Kontrola stanu technicznego powierzchni ogrzewalnych kotła – na podstawie modułu w systemie TKE®

Autor

Artur Jasiński
Zakład Chemii i Diagnostyki
Tomasz Słupik
Zakład Techniki Cieplnej
„ENERGOPOMIAR” Sp. z o.o.

Do najbardziej awaryjnych elementów bloku energetycznego należą m.in. powierzchnie ogrzewalne kotłów. Eksploatacja bloków energetycznych i optymalizacja nakładów finansowych na remonty kapitalne urządzeń mogą powodować zmniejszenie ich dyspozycyjności, a koszty związane z ich odstawieniem i remontami awaryjnymi przyczyniają się do wzrostu ceny wytwarzania energii. Cienkościenne elementy ciśnieniowe, czyli powierzchnie ogrzewalne kotłów (ekrany, wężownice przegrzewaczy pary i podgrzewaczy), należą do najbardziej awaryjnych obszarów kotła. Nieszczelności tych elementów są dość uciążliwe, gdyż ich usunięcie wymaga odstawienia i ostudzenia kotła, budowy rusztowań i wymiany.

Ponadto w momencie perforacji często mamy do czynienia z uszkodzeniami wtórnymi – powstałymi na sąsiednich elementach skutek wycieku pary lub mieszanki wodno-parowej. Doświadczenie pokazuje, że te uszkodzenia są o wiele kosztowniejsze w naprawie – mogą bowiem obejmować znacznie większą powierzchnię niż awaria pierwotna. Dlatego istotną z punktu widzenia eksploatacji i planowania kwestią jest monitorowanie stanu technicznego powierzchni ogrzewalnych i wyprzedzające działania remontowe mające na celu zminimalizowanie ryzyka powstania awarii. Jak pokazuje praktyka – takie działanie przynosi efekty, musi być jednak poprzedzone dobrze przemyślanym przygotowaniem ujmującym i jednoczesną analizą wielu czynników. Dostępne dzisiaj możliwości informatyczne skojarzone z odpowiednim poziomem doświadczenia i wiedzy inżynierskiej dają użytkownikom instalacji energetycznych i przemysłowych szeroką ofertę narzędzi dedykowanych, służących kontroli kosztów eksploatacji urządzeń energetycznych. Do narzędzi takich należy również System Technicznej Kontroli Eksploatacji TKE®, którego rozwój wpisuje się w bieżące potrzeby szeroko pojętego użytkownika instalacji energetycznych. Narzędzia objęte Systemem TKE® ujmują większość istotnych obszarów związanych z technologiczną stroną procesu wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej. Dotykają bezpośrednio procesów energetycznych, których kontrola bieżąca lub okresowa, gdyby była realizowana w ramach działań projektowych, kojarzona byłaby z zadawalającym użytkownika poziomem wskaźnika NPV. Dlatego też kontrola powierzchni ogrzewalnych kotła to jeden z tematów przewodnich dla nowego modułu w Systemie TKE®

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA STAN TECHNICZNY ORUROWANIA

Do podstawowych czynników wpływających na trwałość eksploatacyjną i zbyt wczesne uaktywnienie katastrofalnych w skutkach procesów niszczenia elementów kotłów można zaliczyć błędy projektowe, nieodpowiednie wykonanie i montaż elementów oraz źle prowadzoną eksploatację. Zaostrzanie wymogów środowiskowych powodowało dodatkowo zmiany sposobu spalania lub stosowanie domieszek do paliwa (np. współspalanie biomasy), które dodatkowo wpływało na zwielokrotnienie zjawisk niszczenia (korozja niskotlenowa, korozja wysokotemperaturowa). Bywa, że złożone przyczyny prowadzą do uszkodzeń mających charakter „incydentalny", a zespół przyczyn ich powstania jest przypadkowy. Prawdopodobieństwo ich powtórzenia jest niewielkie. Z kolei w innych przypadkach uszkodzenia powstają w trakcie długotrwałego okresu eksploatacji, ale tylko w określonych rejonach powierzchni ogrzewalnej kotła. Sukcesywna degradacja powierzchni ogrzewalnych zachodzi z reguły na skutek niszczenia wywołanego korozją i/lub erozją, powodującego ubytki grubości rur oraz zużycia materiału związanego ze zmianami dyfuzyjnymi struktur lub upośledzenia wymiany ciepła spowodowanego zbyt dużymi ilościami osadów.

Popularne do niedawna współspalanie biomasy w konwencjonalnych kotłach pyłowych, spowodowane wymogiem produkcji energii ze źródeł odnawialnych, było jedną z głównych przyczyn zwiększonej awaryjności tych jednostek. Materiały na wężownice przegrzewaczy pary i ekrany na etapie projektowym dobierane były bowiem pod znane już dobrze warunki pracy – spalanie węgla, gdzie głównym związkiem odpowiedzialnym za niszczenie rur (po stronie spalania) była siarka i jej związki zawarte w paliwie. Dotyczy to doboru zarówno materiału rur, jak i ich odpowiedniej grubości nominalnej, zapewniających przenoszenie zadanych obciążeń w zakładanych warunkach pracy. Skutki niszczenia rur powierzchni ogrzewalnych kotłów przy współspalaniu biomasy są tak znaczne, że czasami skracają ich żywotność do 2−3 lat!

Często awarie części ciśnieniowej kotłów są skutkiem więcej niż jednego procesu niszczenia. Czasem jest to proces złożony, dlatego istotne jest opracowanie zasad oceny wielkości i szybkości niszczenia oraz uszkodzeń. Diagnostyka materiałowa odgrywa istotną rolę w ocenie stanu technicznego kotłów, prognozowaniu bezpiecznej eksploatacji i sposobie ich prawidłowej eksploatacji. System monitorowania stanu technicznego powierzchni ogrzewalnych musi uwzględniać powyższe warunki, ponieważ ich analiza jest kluczowa do optymalnego planowania remontów.

DEDYKOWANY DLA MONITOROWANIA STANU TECHNICZNEGO POWIERZCHNI OGRZEALNYCH MODUŁ TKE®

Zgodnie z oczekiwaniami rynkowymi, aby sprostać wymaganiom dyspozycyjności i optymalizacji planowania, opracowano na podstawie wieloletnich doświadczeń moduł monitorowania stanu technicznego powierzchni ogrzewalnych kotłów energetycznych w systemie bilansowania i nadzoru eksploatacji TKE®. Celem nadrzędnym modułu jest dostarczenie służbom eksploatacji narzędzia, w którym wiedza o stanie technicznym orurowania znajduje się w jednym miejscu i jest w optymalny sposób zarządzana. Poza informacjami na temat awaryjności i obszarów o zwiększonym ryzyku powstania nieszczelności moduł posiada funkcję obrazowania na podstawie danych rzeczywistych prognozowania tempa zużycia i informowania z wyprzedzeniem o potencjalnych uszkodzeniach. Dodatkowo skojarzenie tego typu wiedzy ze zdolnością predykcji bazującą na bieżących wskaźnikach techniczno-ekonomicznych pracy bloku energetycznego daje pełniejszą informację służącą wypracowaniu optymalnych decyzji w procesie zarządzania produkcją. Cechą budowy Systemów TKE® jest to, że są one rozwiązaniami dedykowanymi dla danego obiektu w ujęciu specyfiki posiadanego opomiarowania i potrzeb raportowania. Podobnie sprawa wyglądać będzie z nowym modułem. Dodatkowo istotnym elementem jest możliwość specjalistycznego wsparcia posiadacza Systemu TKE® we wszystkich obszarach jego funkcjonowania począwszy od zagadnień związanych z eksploatacją, tzn. działań służących utrzymaniu poprawności jego działania, a skończywszy na wsparciu służb użytkownika w interpretacji wyników danego zdarzenia czy wykonanej analizy predykcyjnej. Rozwiązania zastosowane w Systemie TKE® posiadają jeszcze kilka istotnych dla użytkownika cech, takich jak np. łatwy dostęp do Systemu dla dowolnej liczby użytkowników, którym zamawiający nada stosowne uprawnienia.

Do pobrania pełna wersja artykułu w wersji PDF

Artykuł ukazał się w czasopiśmie „Urządzenia dla Energetyki" nr 3/2014.

Tekst oparty jest na referacie wygłoszonym podczas V Konferencji Szkoleniowej Zakładu Techniki Cieplnej „Procesy energetyczne pod kontrolą" zorganizowanej przez „ENERGOPOMIAR" Sp. z o.o. w dniach 5–7 maja 2014 r. w Gniewie.