بازرسی اجزای بویلر و تاثیر عوامل بهره‌برداری در افزایش عمر آنها

0 رای05 
یكی از دلایل هزینه بسیار سنگینی كه زوال های بویلر ایجاد می‌كند، خروج های اجباری بلندمدت واحد از مدار برای تعمیر یا جایگزینی قطعات است.
با توجه به خسارت های بالای وارده به اجزا بویلر كه یكی از دلایل آن ناشی از عدم كنترل صحیح عوامل بهره‌برداری است، بنابراین ارایه برنامه بازرسی صحیح می‌تواند در افزایش عمر این اجزا سهم به سزایی داشته باشد.
طراحی برنامه بازرسی نیز، به فاكتورهای متعددی مثل نوع طراحی بویلر، دماها و فشارهای كاری بویلر، جنس مواد، تركیب سوخت، تاریخچه و عمر واحد و شرایط كاری بستگی دارد. طراحی بازرسی حول اجزا بحرانی متمركز می‌شود. بطور كلی اجزای بحرانی آن هایی هستند كه زوال آن ها مستقیماً بر عملكرد بویلر اثر می‌گذارد. این اجزا بحرانی تحت فشار عبارتند از:
▪ هدرها – هدرهای بخار و آب
▪ تیوب‌ها- سوپرهیتر، واتروال، اكونومایزر
▪ پایپ‌ها- بخار و آب تغذیه
▪ دی‌سوپرهیتر (Attemperator)
كه در ادامه به بحث در رابطه با این مواد پرداخته می‌شود.
● تیوب‌های بویلر
زوال تیوب‌های بویلر شایع‌ترین دلیل خروج های اجباری واحد از مدار است. در ادامه به تاثیر عوامل موثر بر زوال این تیوب ها می‌پردازیم:
● لوله‌های بخارگرد

▪ مكانیزم های اصلی تخریب
چون غالباً عمر بویلرهای نیروگاه ها بیشتر از ۲۰ سال است، سوپرهیترها یك بخش بحرانی در آنها محسوب می‌شوند. این لوله‌ها در سوپرهیتر (فشار بالا) و سوپرهیتر ری‌هیت وجود دارند. هر دوی این ها لوله‌هایی دارند كه دچار خزش می‌شوند. خزش تابعی از دما، تنش و زمان كاركرد است. عمر خزشی لوله‌های سوپرهیتر با افزایش دما و مكانیزم های دیگری مثل خوردگی و فرسایش – كه منجر به نازك شدن دیواره لوله و افزایش تنش در آن می‌شود- كاهش می‌یابد. هم چنین تنش های اضافی بر اثر انبساط حرارتی و بارگذاری مكانیكی نیز ممكن است ایجاد شود كه باعث ایجاد ترك و سوراخ در لوله‌ها می‌شود واین مساله در عمر پیش‌بینی شده خزشی منظور نمی‌شود.
در طول یك برهه زمانی، بر اثر خوردگی یك لایه اكسیدی در سطح داخلی لوله‌ها ایجاد می‌شود كه این لایه اثر خنك‌كنندگی بخار را كم می‌كند و باعث افزایش دمای لوله می‌شود و عمر لوله به شدت كاهش می‌یابد. همچنین این اكسید داخلی می‌تواند كنده شود، داخل بخار حركت كند و براثر برخورد باعث فرسایش ولوها و اجزای توربین شود. برخی از سوخت ها، باعث خوردگی شدید لوله‌ها می‌شوند و عمر لوله‌های سوپرهیتر را با افزایش سرعت فرسایش شدیداً كاهش می‌دهند كه اثر آنها حتی از دما و سرعت رشد لایه اكسیدی نیز بیشتر است كه خوردگی ناشی از خاكستر زغال مثالی از آن است.
▪ اثر عوامل بهره‌برداری به منظور افزایش عمر
كنترل دقیق شیمی آب برای كاهش خوردگی سطح داخلی لوله‌ها، جلوگیری از روشن- خاموش شدن های متوالی كه منجر به تنش های انبساطی در لوله‌ها می شود، اسیدشویی لوله‌ها زمان تعمیرات اساسی برای حذف لایه اكسیدی داخلی، آنالیز دقیق ماهانه سوخت و گاز مصرفی برای انطباق با استاندارد، قلیاشویی لوله‌ها در تعمیرات، انجام دقیق تست های NDT در بازرسی‌ها و تعویض لوله‌های فریتی با لوله‌های فریتی كرومایز شده یا زنگ نزن برای جلوگیری از جدایش لایه اكسیدی برای افزایش عمر لوله‌ها اهمیت بسیاری دارند.
▪ برنامه بازرسی پیشنهادی
یك برنامه بازرسی برای لوله‌های بخارگرد می‌تواند بصورت زیر باشد:
▪ بازرسی چشمی- برای نقاطی كه دچار فرسایش، خوردگی، شوك حرارتی یا مشكلات انبساطی هستند.
▪ ضخامت سنجی التراسونیك (UTT) – برای نقاط حساس و مسیرهای سوت بلور و نواحی دیواره كه مستعد رفتگی‌اند.
▪ ضخامت سنجی لایه اكسیدی داخلی- در نقاط مختلف باید صورت گیرد به ویژه در اطراف جوش های بین لوله‌های غیرهمجنس مثل اتصال T۱۱ به T۲۲. از نتایج این مرحله می‌توان در تخمین عمر گسیختگی باقیمانده لوله‌ها استفاده كرد.
● لوله‌های آب‌گرد
▪ مكانیزم های اصلی تخریب
این لوله‌ها معمولاً شامل لوله‌های اكونومایزر و بخشی از لوله‌های واتروال هستند. این لوله‌ها در دمای اشباع یا كمتر از آن كار می‌كنند و مشكل خزش ندارند. این لوله‌ها به رسوب های سمت آب (رسوب های داخلی) حساس‌اند و تخریب‌های وسیع در لوله‌های واتروال می‌تواند بر اثر رسوب‌گذاری ایجاد شود و منجر به خوردگی شدید و تخریب هیدروژنی شود.
در بویلرهای سیكلی یك مشكل مهم، خستگی خوردگی در نقاط اتصال كوره پایینی مثل اتصال‌های buckstay ها و جعبه‌های هوا است. خستگی خوردگی منجر به ترك خوردگی لوله‌ها از داخل می‌شود كه تشخیص آن ها با تست‌های غیرمخرب بسیار مشكل است. سطح خارجی لوله‌ها نیز معمولاً بر اثر فرسایش و خوردگی از بین می‌روند. فرسایش سطحی لوله‌های بویلر و اكونومایزر می‌تواند بر اثر دوده زدایی یا حملات ذرات خاكستر ایجاد شود. خوردگی لوله‌های آب گرد می‌تواند به دلیل احتراق ناقص در مشعل‌ها نیز باشد.
● اثر عوامل بهره‌برداری برای افزایش عمر
برای افزایش عمر لوله‌ها، اسیدشویی و قلیاشویی آن ها امری اجتناب‌ناپذیر است اما عدم شستشوی مناسب، خود باعث از بین رفتن لوله‌ها می‌شود. از سوی دیگر كنترل شیمیایی آب مساله بسیار مهمی است. PH آب باید بین ۵ تا ۱۲ كنترل شود.
از جمله عوامل بسیار مهم در افزایش عمر این لوله‌ها به حداقل رساندن مواد رسوب‌دهنده سود (NaOH) روی لوله‌ها با تمیز كاری شیمیایی و عملیات صحیح هوادهی با حذف هوا در گرمكن های آب تغذیه با فشار كم و یا تزریق مواد شیمیایی اكسیژن‌زدا به منظور جلوگیری از حفره‌دار شدن آنهاست. كنترل احتراق (تنظیم مشعل‌ها، نسبت هوای ورودی و تركیب سوخت) مطابق استاندارد نیز عامل دیگر افزایش عمر لوله‌های بویلر محسوب می‌شود.
● لوله‌های بخار گرد و آب گرد خارج از بویلر
▪ مكانیزم های اصلی تخریب
خوردگی و خستگی خوردگی مهمترین مكانیزم های زوال لوله‌های خارج از بویلر هستند. لوله‌های رایزر از جمله این لوله‌ها هستند كه تركیب شیمیایی نامناسب آب باعث حملات شدید خوردگی و نازك شدن لوله‌ها می‌شود. اما در واحدهایی با عمر بالای سی‌سال، خستگی خوردگی عامل اصلی زوال لوله‌های رایزر در پنت‌هاوس بویلرهاست. زوال های فوق زوال هایی بسیار خطرناك هستند.
▪ اثر عوامل بهره‌برداری برای افزایش عمر
از آن جایی كه این لوله‌ها خارج از سیستم بویلر هستند، آموزش مناسب پرسنل بهره‌برداری از مهم ترین راه های جلوگیری از زوال های شدید است. از سوی دیگر پیشگیری از خوردگی عامل مهم دیگری در افزایش عمر لوله‌هاست.
▪ برنامه بازرسی پیشنهادی
▪ بازرسی چشمی:
برای تشخیص فرسایش‌ها، خوردگی و شوك‌های حرارتی شدید اورهیت موضعی، تورم لوله و ...
▪ ضخامت سنجی التراسونیك:
برای تشخیص میزان اكسیداسیون لوله‌ها
▪ بازرسی EMAT:
برای تشخیص نقاطی از داخل لوله‌ها كه دچار خوردگی رسوبی، حفره دار شدن یا تخریب هیدروژنی شده‌اند. با این روش می‌توان نقشه ضخامت را تهیه و خستگی خوردگی را تشخیص داد.

● هدرها
هدرها و مشكلات آن ها می‌توانند بر اساس دمای كاری تقسیم‌بندی شوند. بر این اساس هدرهای بخارگرد دما بالا بیشتر مورد توجه هستند، چون عمر خزشی محدودی دارند و هزینه جایگزینی آن ها بالاست. هدرهای دما پایین بخارگرد یا آب گرد مشكل خزش ندارند اما بر اثر خوردگی، فرسایش یا تنش های حرارتی شدید دچار تخریب می‌شوند.
● هدرهای دما بالا
▪ مكانیزم های اصلی تخریب
هدرهای دما بالا درخروجی‌های سوپرهیتر و ری‌هیتر هستند كه در دمایی بالاتر از ۴۸۰ درجه سانتی‌گراد كار می‌كنند. هدرهایی كه در دمای بالا كار می‌كنند در حالت عادی مشكل خزش دارند، اما دچار خستگی حرارتی و مكانیكی نیز می شوند و تركیب این مكانیزم ها سرعت تخریب را به شدت افزایش می‌دهد. خستگی خزشی هدرهای سوپرهیتر تحت تاثیر سه عامل است: احتراق، سیلان بخار و بار بویلر
علاوه بر تغییرات دما، تنش های خارجی حاصل از انبساط هدر و بارهای لوله‌ها نیز باید در نظر گرفته شود. انبساط و انقباض هدر می‌تواند باعث ایجاد ترك های خستگی در اتصالات، صفحات torque و جوش های تیوب‌ها به هدر شود.
▪ اثر عوامل بهره‌برداری برای افزایش عمر
طراحی مكان مشعل ها و كنترل توزیع دما در بویلر، اهمیت بسیاری دارد. بیشتر طراحان مشعل ها را روی دیواره جلویی و یا دیواره پشتی تعبیه می‌كنند. توزیع حرارت داخل بویلر، یكنواخت نیست چون بسته به مكان مشعل ها، توزیع هوا یكنواخت نیست و نیز ذرات حاصل از كثیفی سوخت نیز كه عامل دیگری در افت خواص است، با كنترل تركیب سوخت باید كنترل شود.
اثر پارامترهای احتراق در تغییر حرارت ورودی به لوله‌های سوپرهیتر و ری‌هیتر است. وجود این تغییرات در كنار عدم یكنواختی سیلان بخار بین لوله‌ها، تغییرات قابل ملاحظه‌ای در دمای بخار ورودی به هدر ایجاد می‌كند. تغییرات بار بویلر، اختلاف دمایی بین پایه‌های لوله‌ها و بدنه هدر را بیشتر می‌كند. با افزایش بار بویلر سرعت احتراق باید زیاد شود تا فشار مورد نظر حاصل شود. برای این كار بویلر باید Over-Fire شود تا برای افزایش سیلان بخار و كاهش فشار آماده شود.
● برنامه بازرسی پیشنهادی
▪ بازرسی چشمی
▪ بازرسی ذرات مغناطیسی فلورسنت تر (WFMT):
برای بازرسی جوش های اصلی هدر شامل نازل خروجی، صفحه‌های torque، صفحات و lug های پشتیبان، جوش های محیطی، درابتدا تمام جوش های ورودی لوله‌ها به هدر باید WFMT شوند پس از بازرسی اولیه، بازرسی‌های بعدی به ۱۰ تا ۲۵ درصد جوش های لوله به هدر محدود می‌شود.
▪ تست التراسونیك با پرتو زاویه‌دار و موج برشی روی جوش های اصلی
▪ رپلیكا:
برای بررسی تخریب خزشی
- بازرسی حفره (Bore) و لیگامنت:
عامل اصلی به پایان رسیدن عمر هدر، خستگی خزشی است. این پدیده باعث ترك خوردگی حفره و لیگامنت می‌شود. در اینجا دو یا سه نقطه از نقاطی با بالاترین تنش و دما تحت بازرسی قرار می‌گیرد. البته قبل از تست، لایه اكسیدی باید كاملاً‌ برداشته شود.
● هدرهای دما پایین
▪ مكانیزم های اصلی تخریب
هدرهای دما پایین هدرهایی هستند كه دمای كاری آنها به اندازه‌ای نیست كه خزش اهمیت داشته باشد و شامل هدرهای واتروال، هدرهای ورودی و خروجی اكونومایزر و هدرهای ورودی و میانی سوپرهیتر هستند. مهم ترین عامل تخریب این هدرها خوردگی و در برخی از موارد فرسایش و خستگی حرارتی است.
از سوی دیگر هدرهای واتروال، خارج از ناحیه احتراق قرار دارند. اما هدر ورودی اكونومایزر استثنا است چون غالباً در مسیر گاز قرار دارند.
این هدرها مشكل شوك حرارتی دارند. اندازه شوك حرارتی تابعی از اختلاف دمای بین فید واتر سرد و هدر ورودی است كه تابعی از سیلان آب است و غالباً به دلیل اینكه لوله‌ها / ولوهای فیدواتر برای كار با كل ظرفیت طراحی شده‌اند، اختلاف دما زیاد است. شوك حرارتی در نزدیكی ورودی فیدواتر هدر، بدترین حالت را دارد و با عبور سیال به هدرها و لوله‌ها، سریعاً كم می‌شود. هدرهای ورودی اكونومایزر نیز مشكل خوردگی دارند و به طور كلی مهم ترین مطلب در ارتباط با هدرهای دما پایین، خوردگی داخلی و خارجی است.
▪ اثر عوامل بهره‌برداری برای افزایش عمر
بنابر توضیح فوق مهم ترین عامل كاهش عمر هدرهای دما پایین، تركیب شیمیایی سیال عبوركننده از آنهاست كه منجر به خوردگی و زوال آن ها می‌شود. از این كنترل شیمیایی آب در افزایش عمر آن ها اهمیت بسیار دارد.
از طرف دیگر كاهش اختلاف دمای بین فیدواتر سرد و هدر ورودی می‌تواند زوال های ناشی از شوك حرارتی را كاهش دهد.
▪ برنامه بازرسی پیشنهادی
▪ بازرسی چشمی
▪ تست ذرات مغناطیسی فلورسنت تر (WFMT) برای جوش های اتصالات، جوش های هدر و صفحه‌های انتهایی و ۱۰ درصد جوش های لوله‌ها به هدرها
▪ بازرسی Video Probe
▪ ضخامت سنجی التراسونیك برای نقاطی كه در بازرسی‌های قبلی معلوم شده كه به دلیل خوردگی یا فرسایش دچار كاهش ضخامت شده‌اند.
● دی‌سوپرهیترها
▪ مكانیزم های اصلی تخریب
دی‌سوپرهیتر‌ها بین لوله‌های سوپرهیتر قرار می‌گیرند و برای كنترل دمای بخار به كار می‌روند. پركاربردترین نوع آن ها، نوع اسپری است. در واحد اسپری، آب با كیفیت بالا به صورت مستقیم به جریان بخار سوپرهیت شده پاشیده می‌شود وآب اسپری شده، تبخیر شده و بخار را خنك می‌كند. به علت اختلاف دمایی زیاد بین بخار و آب اسپری شده، قسمت های مختلف دی‌سوپرهیتر، دچار شوك حرارتی می‌شوند و این به مرور باعث خستگی حرارتی و تخریب می‌شود. بیشترین تخریب دی‌سوپرهیتر‌ها درجوش ها واقع می‌شود.
▪ برنامه بازرسی پیشنهادی
جوش ها و دهانه‌ اسپری روی نازل، ابتدا به صورت چشمی و سپس با تست ذرات نفوذی (PT) برای بررسی وضعیت ترك ها، بازرسی می‌شوند. در دی‌سوپرهیترهای بزرگ، برای تست كردن بهتر جوش های بحرانی تست رادیوگرافی باید انجام شود.
● ‌پایپ‌ها
پایپ‌های بخار اصلی (Main Steam) و دی‌هیت داغ (Hot Reheat) اجزای بحرانی پایپ های نیروگاهی هستند. این ها به علت‌ دما و تنش كاری بالا همواره در معرض خزش قرار دارند. جوش های درزی پایپ های ری‌هیت داغ و پایپ های بخار اصلی از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند، چون جوش های درزی طولی تحت فشار بالایی هستند. به طور كلی تست كامل حجمی تمام جوش های بحرانی، شامل جوش های درزی پایپ ها و جوش های محیطی، الزامی است. تست حجمی به روش موج برشی زاویه‌دار آلتراسونیك (UTS)، انجام می‌شود. علاوه بر آن تست های MFMT، UTT، رپلیكاگیری و اندازه‌گیری ابعادی میزان خزش نیز در مورد این اجزا انجام می‌شود.
پایپ های كم انرژی مثل پایپ های ری‌هیت سرد و به ویژه پایپ های فید واتر نیز مشكلات افت خواص و زوال دارند. خوردگی و خستگی مهم ترین علل زوال پایپ های ری‌هیت سرد هستند. به طور كلی بازرسی چشمی و بررسی غیرمخرب جوش ها، زانویی‌ها و جاهایی كه محل تجمع آب است برای پایپ های ری‌هیت سرد صورت می‌گیرد. تست های غیرمخرب شامل WFMT، پروب ویدیویی برای چك كردن داخل پایپ، UTT و UTS هستند.
پایپهای فیدواتر به علت اینكه تحت تاثیر مكانیزم خوردگی بر اثر سیلان شتاب یافته (FAC) قرار می‌گیرند، اهمیت خاصی دارند. این پدیده باعث نازك شدن قسمتهای وسیعی از پایپ می‌شود بنابراین زوالهای ناشی از آن بسیار خطرناكند. از این رو در برنامه كلی بازرسی باید از اولیت برای تست برخوردار باشند.
ضخامت سمجی التراسونیك (UTT) اولین تست این پایپ هاست. حساس‌ترین نقاط این پایپ ها، نقاط تغییر جهت سیال مثل زانویی‌ها، اتصالات T شكل و كاهنده‌ها و نیز نقاطی كه در حركت سیال آشفتگی ایجاد می‌شود، هستند. هم چنین نقاط تزریق تغذیه شیمیایی، پایپ های Downstream و محل های اتصال نیز نقاطی هستند كه باید مورد ارزیابی قرار گیرند.
● نتیجه‌گیری
فرآیند افزایش عمر قطعات بویلر كه مهم ترین بخش آن لوله‌ها هستند منجر به صرفه‌جویی بسیار زیادی در هزینه‌ها می‌شود. از طرفی زوال قطعات كه باعث خروج واحد از مدار و ضررهای شدید می‌شوند به تعویق می‌افتد و از سوی دیگر عمر واحد افزایش می‌یابد و این خود به معنی درآمد بیشتر است. با توجه به عوامل موثر به عمر بویلرها برخی غیرقابل كنترل هستند (مثل دمای محیط یا رطوبت نسبی هوا) و برخی قابل كنترلند مثل كیفیت سوخت، عوامل نگه داری و بهره‌برداری.
از این رو برخی از مهم ترین عوامل موثر در افزایش عمر لوله‌های بویلر عبارتند از:
▪ كنسروه كردن بویلر جهت تعمیرات میان دوره‌ای و اساسی
▪ آنالیز ماهانه گاز مصرفی و انطباق آن با آنالیز استاندارد گاز
▪ تست مشعل های بویلر در تعمیرات اساسی جهت تنظیم طول شعله، كنترل احتراق، دمای گاز، زوایه پخش شدن شعله و ...
▪ نصب سیستم اندازه‌گیری دقیق دما در ری‌هیت سرد و گرم
▪ جلوگیری از تولید واحد در شرایط بالا بودن شاخص های آب تغذیه
▪ آموزش پرسنل بهره‌برداری
▪ اسید‌شویی و قلیاشویی لوله‌ها در هراورهال
▪ آنالیز زوال لوله‌های تخریب شده و تعیین مهم ترین مكانیزم های تخریب
▪ كالیبراسیون و بازرسی از ترموكوپل ها
▪ كنترل شیمیایی دقیق آب
▪ كنترل تركیب سوخت
▪ بازرسی‌های دقیق غیرمخرب مانند ضخامت سنجی به منظور ارزیابی و تخمین عمر باقیمانده لوله‌ها
▪ تست‌های مكانیكی مخرب (DT) به منظور ارزیابی و تخمین عمرباقیمانده لوله‌ها
▪ تست رپلیكا برای هدرها و main steam به منظور تخمین عمر باقیمانده
▪ استفاده از روش های جدید NDT مثل EMAT برای كنترل دقیق تر وضعیت
▪ تست جوش ها و كنترل كیفیت آن ها

مهندس اعظم باجلقی
مهندس حامد میرابوالقاسمی
مهندس مهدیزاده

منبع : ماهنامه صنعت برق

ادامه مطلب

حسین مقدم سپهر
نویسنده :: حسین مقدم سپهر
شبکه های اجتماعی