Питательные насосы представляют собой важный элемент парового цикла, и их производительность напрямую влияет на способность установки вырабатывать энергию. Поскольку это сложный элемент, перемещающий жидкость при высокой температуре и под высоким давлением, при установке и модернизации особенно важно соблюдение критических значений давления и соответствующих допусков. Не менее важно, чтобы сборку и монтаж на месте выполняли опытные и квалифицированные специалисты.
Чем более старое оборудование, тем более важно привлечение опытных технических консультантов для проведения монтажных работ на месте эксплуатации. По мере эксплуатации оборудование обычно многократно модифицируется, что может привести к изменению размеров внутреннего элемента, корпуса и нагнетательного патрубка. Для насосов BB5, называемых в промышленности корпусно-секционными насосами, корпус обычно остается установленным в системе и не отправляется вместе с внутренней частью и патрубком на ремонт. По мере того, как установка оседает, фундамент разрушается, а компоненты подвергаются многократному тепловому расширению и сжатию, корпус может частично деформироваться.
Рис.1 Отложения кальция и стоячая вода наблюдались в трех местах расположения шпилек
Одно из самых серьезных препятствий на пути успешного монтажа — это слепое доверие к руководству по монтажу и эксплуатации, прилагаемому к оборудованию. Хотя этот документ содержит полезные рекомендации, в нем не могут быть учтены никакие изменения компонентов, как преднамеренные, так и непреднамеренные. Также важно не предполагать, что насосы, работающие параллельно, имеют одинаковые корпусы или что внутренние элементы взаимозаменяемы. Чтобы не стать жертвой этих предположений, рекомендуется выполнить измерительный контроль на месте эксплуатации.
Ценность такого сбора и регистрации данных была продемонстрирована в ходе комплексного проекта по устранению неисправностей питательного насоса котла на угольной электростанции. Этот проект также позволил подчеркнуть важность адаптивности и способности быстро реагировать на изменяющиеся обстоятельства при проведении полевых работ.
Анализ причин утечки: первоначальные выводы
Рассматриваемый питательный насос котла имеет конструкцию с турбоприводом, которая обеспечивает напор в 12000 футов при 5200 оборотах в минуту (об/мин). Отремонтированный внутренний элемент находился в эксплуатации около года, когда постоянная утечка на стыке корпуса и нагнетательного патрубка потребовала проведения всестороннего исследования. Предлагаемый проект включал вскрытие насоса, осмотр патрубка и корпуса и замену рабочего внутреннего элемента на недавно отремонтированный запасной.
Конечный пользователь обратился в отдел сервисного обслуживания независимой компании, занимающейся послепродажным обслуживанием насосов, для осуществления технического надзора в ходе проекта. Сотрудничество с этой компанией позволило получить дополнительное преимущество в виде доступа к специализированному сервисному центру для выполнения работ, которые невозможно было выполнить на месте эксплуатации.
Рис. 2. Контактное повреждение разделительного ребра во всасывающем патрубке
Технические консультанты в тесном сотрудничестве с персоналом завода и сторонней службой технической поддержки демонтировали нагнетательный патрубок, оценили его состояние, состояние корпуса и шпилек и зафиксировали полученные данные. Методология диагностического контроля включала в себя:
- тщательные измерения размеров;
- всестороннюю фотодокументацию;
- систематическую оценку компонентов насоса;
- выявление признаков чрезмерного износа (например, истирание балансировочных дисков).
После успешного демонтажа нагнетательного патрубка из корпуса, специалисты отметили, что на поверхностях уплотнений корпуса и патрубка не было заметных повреждений, однако между позициями «9» и «12 часов» имелись признаки утечки. В дополнение к визуальному осмотру в четырех местах, расположенных на расстоянии 90 градусов друг от друга, было проведено измерение глубины прокладки патрубка. Все измерения были одинаковыми и соответствовали данным, полученным при предыдущей установке.
Во время первоначальной разборки технические специалисты столкнулись с неожиданной сложностью: балансировочный диск и диффузор концевой ступени не удалось снять с нагнетательного патрубка. Это потребовало отправки патрубка в сервисный центр компании в Чикаго для более детального изучения и демонтажа компонентов.
Проверка размеров и испытание
После того, как не было обнаружено никаких аномалий, которые могли бы привести к наблюдаемой утечке, было принято решение провести капиллярный контроль в области прилегания прокладки и поверхности крепления фланца под шпильками. Не было обнаружено никаких признаков, которые указывали бы на пути утечки; были обнаружены только небольшие трещины от напряжения на корпусе в районе четырех шпилек. Поскольку потребовалось дополнительное исследование, корпусы подшипников, пробивные втулки и внутренний элемент были извлечены из корпуса.
Во время разборки специалисты заметили, что разделительное ребро во всасывающем патрубке имеет повреждения, свидетельствующие о контакте с корпусом. В этой области внутренний элемент проходит дальше всего внутрь корпуса и должен иметь зазор с корпусом. Контактное повреждение сигнализировало о возможных расхождениях в размерах внутреннего элемента, которые влияли на его осевое положение. Длина от конца элемента до рабочей поверхности разделительного ребра была измерена как на снятом элементе, так и на запасном. Сравнение этих измерений подтвердило, что на снятом элементе данная величина была больше примерно на 1/8 дюйма.
Рис. 3. Питательный насос котла перед снятием патрубка
Технические консультанты измерили соответствующий размер на внутренней стороне корпуса, чтобы рассчитать осевой зазор сменного элемента. Полученное значение составило примерно 0,040 дюйма. При расчете ожидаемого теплового расширения элемента было установлено, что этого недостаточно. Разделительное ребро было отшлифовано на 1/8 дюйма и перепрофилировано на соответствующий контур. В корпус установили новый внутренний элемент, а величина осевого зазора была подтверждена с помощью бороскопа.
На этом этапе продолжение установки зависело от возврата нагнетательного патрубка. В ожидании патрубка специалисты проверили размеры компонентов, ожидающих повторной сборки, включая существующие втулки, новые стаканы подшипников и новые радиальные подшипники.
Из сервисного центра поступило сообщение, что балансировочный диск был установлен с более плотной посадкой, чем было указано, что объясняет трудности при демонтаже. На нем были обнаружены следы значительного износа, которые также были видны на соответствующей втулке, которая все еще оставалась на месте. По мере продвижения исследования было принято решение удалить существующую наплавку 309L с поверхности прокладки патрубка и провести ультразвуковой и магнитопорошковый контроль, прежде чем приваривать новую наплавку и подвергать механической обработке для получения окончательных размеров. После завершения всех работ с патрубком была проведена еще одна проверка размеров, чтобы убедиться в надлежащем сжатии прокладки.
Продолжение испытаний на месте
Поскольку команде еще предстояло найти “неопровержимые доказательства” утечки в области патрубка, было решено удалить заменяющий элемент и провести неразрушающий контроль корпуса. Испытание включало:
- капиллярный контроль наплавки по длине отверстия под шпильку и по нагнетательному патрубку;
- ультразвуковой контроль верхней части корпуса с внешней стороны, под углом 45 градусов вниз с каждой стороны;
- ультразвуковой контроль корпуса на 360 градусов, от поверхности прокладки до конца выполненной наплавки;
- ультразвуковой контроль методом фазированных решеток внутри корпуса на 360 градусов от поверхности прокладки до конца выполненной наплавки.
Единственными аномалиями, обнаруженными в ходе неразрушающего контроля, были возможные признаки, выявленные при ультразвуковом контроле методом фазированных решеток. Поскольку результаты были неубедительными, специалисты завода решили провести дополнительные испытания, чтобы понять, произошла ли утечка через резьбовые шпильки. Компания по послепродажному обслуживанию предоставила заводу чертеж для изготовления инструмента для испытания под давлением в полевых условиях. Все шпильки на внутреннем и внешнем кольце были демонтированы. Было отмечено, что в резьбовых отверстиях в трех местах присутствовали отложения кальция и стоячая вода, что указывает на утечку.
Рис. 4. Итоговый капиллярный контроль корпуса на месте эксплуатации
Испытание началось с создания давления в каждом из резьбовых отверстий до 5000 фунтов/дюйм2 в течение 20 минут. Все результаты были нормальными, за исключением одной шпильки. В начале испытания данной шпильки наблюдалось небольшое падение давления, после чего давление сохранялось до конца испытания. Команда исследователей добавила зеленый краситель в воду для испытания и установила нагреватель, чтобы повысить температуру корпуса, прежде чем повторно исследовать эту шпильку в течение одного часа. Во время второго этапа испытания утечки обнаружено не было.
Повторная сборка
После завершения испытания шпилек под давлением на заводе провели совещание, чтобы определить дальнейшие действия. Осмотр торцевых поверхностей корпуса и прокладки патрубка не выявил никаких признаков, которые могли бы привести к утечке. При испытании шпилек под давлением утечку воспроизвести не удалось, хотя испытание не удалось провести при полном рабочем давлении и температуре. Визуальные признаки утечки в трех местах указывают на то, что некоторые шпильки могут давать утечку при нормальных условиях эксплуатации.
В качестве заключительной проверки, чтобы обеспечить перезапуск установки с минимальным риском, на объекте было принято решение провести еще один цикл неразрушающего контроля, включая капиллярный контроль и ультразвуковое испытание корпуса и шпилек, а также ультразвуковое испытание нагнетательного патрубка. Ни в одном из этих испытаний не было обнаружено никаких признаков повреждений. Убедившись в том, что в ходе исследования была проведена надлежащая проверка, специалисты завода решили продолжить установку запасного элемента.
Все компоненты были собраны заново, после чего были проведены тщательные измерения размеров для проверки расчетных значений зазоров, подтверждения надлежащего сжатия прокладки, расчета необходимых размеров прокладки/набора прокладок компенсатора и обеспечения правильного осевого и радиального расположения элемента.
Рис. 5. Гидравлические испытания резьбовых шпилек на месте
Комплексная замена элементов и поиск неисправностей на месте эксплуатации, проведенные для этого питательного насоса котла, подчеркивают важность опыта, внимания к деталям и критического мышления при проведении работ по техническому обслуживанию в полевых условиях. Хотя команда приступила к этому проекту с расчетом на то, что он потребует всесторонних испытаний и верификации данных, при выполнении стандартных работ на месте эксплуатации часто возникают неожиданные трудности, для решения которых требуется способность быстро принимать решения и здраво рассуждать.
В данном случае команда собрала достаточно доказательств, чтобы опровергнуть многие из предполагаемых причин утечки, и установила, что при эксплуатации установки со сменным элементом не было краткосрочного риска. Специалисты считают, что наиболее вероятной причиной является деформация корпуса из-за многократного теплового расширения и сжатия. Возможная причина также заключается в изгибе внутреннего элемента внутри корпуса, о чем свидетельствует контактное повреждение разделительного ребра и несоответствие осевой длины демонтированного элемента. Возможный изгиб элемента также подтверждается наблюдаемым износом балансировочных дисков.
В будущем компания рассматривает возможность замены корпуса и патрубка, чтобы обеспечить конструктивную прочность и соответствие размеров установки. Проведенное исследование дает уверенность в том, что эти инвестиции станут правильным выбором для возобновления надежной работы системы.
Джон Нили — генеральный менеджер подразделения технического обслуживания гидроэлектростанций в условиях эксплуатации HydroAire в компании Hydro, Inc, обеспечивает техническую поддержку насосов во многих отраслях промышленности и разных областях применения. Начав свою карьеру в Военно-морском флоте США, Джон Нили в течение последних 50 лет работал с насосами самых разных производителей.
