Metody diagnostyki urządzeń energetycznych w elektrowniach
– badania nieniszczące diagnostyka zainstalowanych nieferromagnetycznych rur urządzeń wymiany ciepła
Rys. 3. Trajektorie zmian sygnałów różnicowego wewnętrznego przetwornika przelotowego dla wzorcowych sztucznych nieciągłości o głębokościach (od lewej do prawej): 100%, 80%, 60%, 40% i czterech nieciągłości zewnętrznych o głębokości 20% grubości ścianki
Diagnostyczne defektoskopowe badania zainstalowanych nieferromagnetycznych rur urządzeń wymiany ciepła, w elektrowniach i w elektrociepłowniach są przeprowadzane metodą prądów wirowych [1–3]. Metoda prądów wirowych należy do metod badań powierzchniowych. Może być ona stosowana do wykrywania powierzchniowych i podpowierzchniowych nieciągłości obiektów z materiałów przewodzących prąd elektryczny (tj. z metali) zarówno nieferromagnetycznych, jak i ferromagnetycznych. Możliwe jest wykrywanie nieciągłości o głębokości od około 0,1 mm szerokości do około 0,0005 mm i o długości od około 0,4 mm (dane przybliżone). Do przeprowadzenia badań metodą prądów wirowych wystarcza jednostronny dostęp do obiektu.
Zobacz także
Farnell Projekty w trudnych warunkach przemysłowych
Zastosowanie skomplikowanych urządzeń elektronicznych i czujników do ulepszania i rozszerzania procesów produkcji, obróbki skrawaniem i procesów produkcyjnych w zastosowaniach przemysłowych jest możliwe...
Zastosowanie skomplikowanych urządzeń elektronicznych i czujników do ulepszania i rozszerzania procesów produkcji, obróbki skrawaniem i procesów produkcyjnych w zastosowaniach przemysłowych jest możliwe tylko wtedy, gdy wszystkie komponenty przetrwają w trudnym środowisku. Systemy muszą wytrzymywać gorące, wilgotne i trudne warunki oraz niszczące pola elektryczne i magnetyczne. Specyficzne warunki środowiskowe, w których produkt jest używany, wpływają na jego specyfikacje. Takie specyfikacje należy...
mgr inż. Marcin Orzechowski Wpływ temperatury na bezpieczeństwo eksploatacji rozdzielnic niskiego napięcia (część 2.)
Kontynuując cykl poświęcony rozdzielnicom niskiego napięcia (a dokładnie połączeniom wewnętrznym w rozdzielnicach niskich napięć [9], [10], [11], [12] oraz [13]), tym razem autor zajął się zagadnieniem...
Kontynuując cykl poświęcony rozdzielnicom niskiego napięcia (a dokładnie połączeniom wewnętrznym w rozdzielnicach niskich napięć [9], [10], [11], [12] oraz [13]), tym razem autor zajął się zagadnieniem temperatury wewnątrz rozdzielnicy nn. W kolejnej części artykułu przedstawiamy praktyczne przykłady, które wyjaśnią problem wpływu temperatury na pracę wyposażenia rozdzielnicy oraz przyłączonych przewodów i kabli.
mgr inż. Paweł Jasiński, mgr inż. Piotr Jasiński, dr inż. Waldemar Jasiński Kontrola rezystancji izolacji w instalacjach
Systematyczne kontrole stanu izolacji urządzeń i instalacji elektrycznych mogą zapobiec niebezpiecznym dla życia i zdrowia wypadkom oraz w przyszłości ograniczyć koszty związane z usuwaniem awarii. Cykliczne...
Systematyczne kontrole stanu izolacji urządzeń i instalacji elektrycznych mogą zapobiec niebezpiecznym dla życia i zdrowia wypadkom oraz w przyszłości ograniczyć koszty związane z usuwaniem awarii. Cykliczne pomiary izolacji pomagają w wykryciu pogarszającego się stanu ochrony zarówno przeciwporażeniowej, jak i pożarowej. Głównym zadaniem kontroli stanu izolacji przewodów instalacji oraz urządzeń elektrycznych jest wykrycie jej uszkodzeń, a tym samym możliwość zapobiegania zwarciom, które mogą być...
StreszczenieW artykule opisano badania, in-situ, metodą prądów wirowych, nieferromagnetycznych rur skraplaczy pary i wymienników ciepła. Przedstawiono następujące aspekty nieniszczących badań rur nieferromagnetycznych: charakterystykę metody prądów wirowych, obszary zastosowania, stosowane przetworniki wiroprądowe oraz rezultaty badań.AbstractDiagnostic Methods of Power Generations Systems – Nondestructive Testing Heat exchangers nonmagnetic tubing in-situ diagnosticEddy current inspection of condensers and heat exchangers nonmagnetic tubing, in-situ, is presented. The following issues concerning nondestructive testing of nonmagnetic tubing are covered: features of eddy current method, areas of implementation, eddy current transducers used, transducers signals evaluation as well as tests results. |
Badanie rur urządzeń wymiany ciepła, a przede wszystkim rur skraplaczy pary turbinowej, jest rozpowszechnione na świecie. Nie ma alternatywnej metody do metody prądów wirowych i techniki badań nieniszczących zainstalowanych rur z metali nieferromagnetycznych. Badania takie, w odniesieniu do rur w elektrowniach i w elektrociepłowniach, są również wykonywane w Polsce, w czym wieloletnie doświadczenie praktyczne ma autorka niniejszego artykułu.
Przy badaniach rur urządzeń wymiany ciepła wymagany jest dostęp do wnętrza rur. Konieczne jest przesuwanie sond wiroprądowych, wewnątrz rur. Urządzenia wymiany ciepła muszą być odstawione do badań, a np. z rur skraplaczy pary turbinowej musi być usunięta woda.
Aby otrzymać z zespołu ogniw fotowoltaicznych napięcie stałe na poziomie ok. 350 Vdc wymagany jest układ podwyższający i stabilizujący napięcie. Do tego celu można wykorzystać kilka rozwiązań układowych znanych z zasilaczy impulsowych. Jednym z rozwiązań jest zastosowanie układu przekształtnika typu dc/ac/dc z transformatorem. Zaletą takiego rozwiązania jest możliwość kilkukrotnego podwyższenia napięcia, np. z poziomu ok. 20 Vdc na 350–400 Vdc, ale musimy zamienić napięcie stałe na zmienne o dużo wyższej częstotliwości, np. ok. 20 kHz, i zastosować transformator, a następnie to napięcie jeszcze raz wyprostować. Na poszczególnych etapach zamiany napięcia tracona jest moc na elementach półprzewodnikowych (diody i tranzystory) i na transformatorze.
Przetworniki do kontroli rur zainstalowanych
W kontroli zainstalowanych rur skraplaczy pary i rur innych urządzeń wymiany ciepła stosowane są przede wszystkim przelotowe wewnętrzne przetworniki różnicowe (rys. 1.), przy czym jedno z uzwojeń różnicowych może być wykorzystywane także jako przetwornik bezwzględny.
Przetworniki wewnętrzne (rys. 1. i rys. 2.) są stosowane do kontroli zainstalowanych prostych rur (z metali nieferromagnetycznych) urządzeń wymiany ciepła. Giętkie sondy, z przetwornikami wewnętrznymi, są stosowane do kontroli rur (z metali nieferromagnetycznych), o kształcie litery „U”.
Przetworniki przelotowe wewnętrzne pozwalają na określanie położenia nieciągłości wzdłuż długości rurek. Przetworniki przelotowe wewnętrzne, przy kontroli rur zainstalowanych, pracują przy wzbudzaniu wieloczęstotliwościowym. Z ich użyciem wykrywane są nieciągłości położone zarówno od strony zewnętrznej, jak i wewnętrznej ścianki rur. Prędkość przesuwu sondy wewnątrz rur może wynosić do ok. 2 m/s. Sondy można przesuwać ręcznie wewnątrz rur lub można im nadawać ruch, w rurach, przy użyciu agregatów na sprężone powietrze.
Przetworniki z magnesami (rys. 2a) są stosowane do kontroli zainstalowanych cienkościennych rur z metali słaboferromagnetycznych. Sondy wieloprzetwornikowe z wieloma statycznymi miniaturowymi przetwornikami płaskimi (rys. 2b) są stosowane w kontroli rur zainstalowanych, jeśli celem badania jest nie tylko wykrycie nieciągłości i wskazanie ich położenia wzdłuż długości rur, ale również określanie położenia nieciągłości na obwodzie rur.
Sondy wirujące, z wieloma miniaturowymi przetwornikami stykowymi płaskimi, są stosowane w badaniach diagnostycznych rur urządzeń wymiany ciepła do wykrywania nieciągłości rur, w strefie ich roztłaczania w ścianach sitowych.
Materiały rur badanych i wykrywane nieciągłości rur
Mogą być kontrolowane rury, wykonane z takich materiałów, jak: mosiądz MC 70 (ok. 30% Zn, ok. 1% Sn, reszta Cu), miedzionikle (90% Cu i 10% Ni; 80% Cu i 20% Ni oraz 70% Cu i 30% Ni), miedź, aluminium, Hastelloy – C, Inconnel 600, monel, austenityczne stale odporne na korozję i stopy tytanu.
Wykrywane są zarówno punktowe, jak i rozległe ubytki ścianki rur. Możliwe jest wykrywanie i rozróżnianie przede wszystkim takich eksploatacyjnych uszkodzeń rur, jak: pęknięcia, wżery korozyjne, ubytki powstałe w wyniku korozji selektywnej (tj. wskutek odcynkowania niektórych mosiądzów), ubytki powstałe w wyniku korozji „amoniakalnej”, ubytki grubości ścianki wynikające z otarć rur o podpory i wzajemnych otarć rur na skutek ich wibracji, co prowadzi do pęknięć, ubytki rozległe – pocienienia ścianki rur oraz wgniecenia. Wykrycie wgnieceń jest istotne ze względu na ich „wycieranie”, od wnętrza rur, przez kulki czyszczące rury, co następuje przy stosowaniu systemów tzw. ciągłego czyszczenia rur. Prowadzić to może do perforacji ścianki rur. Mogą być m.in. rozróżniane gatunki materiałów rur, jeśli przy ich montażu nastąpiło pomieszanie.
System kontroli zainstalowanych rur z materiałów nieferromagnetycznych
System kontroli rur zainstalowanych umożliwia przeprowadzanie wieloczęstotliwościowej, wieloparametrowej kontroli rur, wykonanych z materiałów nieferromagnetycznych. System spełnia wymagania Komisji Regulacji Energetyki Atomowej Stanów Zjednoczonych, podane w przewodniku 1.83 i odnośnych wytycznych ASME, dotyczących kontroli rur urządzeń wymiany ciepła.
System kontroli składa się z: przelotowych wewnętrznych przetworników różnicowych (rys. 1.) wykorzystywanych także jako przetworniki bezwzględne, wielokanałowego defektoskopu, umożliwiającego akwizycję danych z badań, komputera wraz z oprogramowaniem. Oprogramowanie umożliwia:
- analizę sygnałów przetworników, w tym mieszanie sygnałów przetwornika różnicowego, co pozwala na eliminację wpływu sygnałów zakłócających, pochodzących np. od płyt mocujących rury, na sygnały przetworników wywołane przez nieciągłości rur [1, 2]), otrzymywanych przy badaniach rur,
- sporządzanie raportów z badań.
Cztery kanały defektoskopu mogą współpracować z przetwornikiem różnicowym, a pozostałe cztery kanały – z przetwornikiem bezwzględnym. W systemie rejestrowane są wartości składowej rzeczywistej i składowej urojonej sygnałów przetworników, dla różnych częstotliwości ich pracy, w poszczególnych kanałach defektoskopu. Po przetworzeniu tych sygnałów uzyskuje się trajektorie zmian sygnałów przetworników (rys. 3.).
W przypadku kontroli zainstalowanych rur urządzeń wymiany ciepła, na podstawie fazy sygnałów określa się głębokość punktowych nieciągłości, a na podstawie amplitudy – głębokość rozległych ubytków ścianki rur. W odniesieniu do sygnałów przetwornika różnicowego sporządzane są tzw. krzywe kalibracyjne kąta fazowego sygnałów (rys. 4.) i krzywe kalibracyjne sygnałów wynikowych, po ich zmieszaniu. Krzywe kalibracyjne kąta fazowego ujmują zależność procentowego ubytku grubości ścianki rur (oś pionowa) od kąta fazowego (oś pozioma) sygnałów przetworników.
Przy podanym na rysunku 3. ustawieniu trajektorii, dla wzorcowej nieciągłości przelotowej, dla kątów fazowych sygnałów mniejszych niż np. 40°, w wyniku interpretacji danych, otrzymywana jest informacja o występowaniu nieciągłości położonych od strony ścianki wewnętrznej rur, a dla większych kątów – nieciągłości od strony ich ścianki zewnętrznej.
Wyniki kontroli rur
Na rysunku 5. pokazano przykładowe przebiegi sygnałów wewnętrznego różnicowego przetwornika przelotowego, otrzymane przy badaniu rury z mosiądzu MC 70, zawierającej naturalne uszkodzenia. Są to następujące przebiegi:
- przebieg składowej urojonej wzdłuż długości rury (rys. 5a, od lewej),
- przebieg składowej rzeczywistej wzdłuż długości rury (rys. 5a, od prawej),
- trajektoria zmian sygnałów przetwornika, dla jednego z uszkodzeń naturalnych (rys. 5b).
Przebiegi sygnałów, jak te pokazane przykładowo na rysunku 5. – ale dla wszystkich kanałów systemu, otrzymywane przy wykorzystaniu oprogramowania przeznaczonego do analizy sygnałów przetworników, są podstawą oceny głębokości i położenia ubytków, wzdłuż długości rur, zainstalowanych rur urządzeń wymiany ciepła.
W szczegółowych raportach z badań rur podawane są: wartość zarejestrowanego napięcia, w miejscu wystąpienia największej nieciągłości w danej rurze, procentowa głębokość ubytku w stosunku do grubości ścianki rur, położenie nieciągłości – czy znajduje się ona od strony zewnętrznej ścianki, czy od strony wewnętrznej ścianki danej rury oraz położenie największej z nieciągłości w każdej rurze, w stosunku do określonego dna sitowego. Zbiorcze wyniki kontroli rur urządzeń wymiany ciepła przedstawiane są w postaci rysunków, prezentujących ubytki rur. Rysunki te są przedstawiane na planach den sitowych.
Na rysunku 6. przedstawiono fragment przykładowego rysunku, stanowiącego wynik kontroli rur głównego skraplacza pary, wraz z zestawieniem statystycznym.
Mogą być także przedstawiane rysunki na planach den sitowych, rur do kołkowania lub rysunki rur do wymiany, przy uwzględnieniu kryteriów uzgodnionych z administratorami bloków energetycznych oraz rysunki przedstawiające tylko uszkodzenia zewnętrzne (zwykle bardziej groźne) i rysunki przedstawiające tylko uszkodzenia wewnętrzne oraz rysunki przedstawiające np. wgniecenia lub też rury z innych materiałów. Mogą być przedstawiane rysunki wyróżniające rury z generalnymi pocienieniami ich ścianek, wraz z odpowiednimi danymi liczbowymi.
W raportach podawane są też zbiorcze dane statystyczne, przedstawiające wyniki kontroli rur, z podziałem wykrytych uszkodzeń na ich dziesięcioprocentowe przedziały, w stosunku do grubości ścianki rur. Wyniki kolejnych badań rur urządzeń wymiany ciepła mogą być wykorzystane do sporządzania raportów przedstawiających trendy zużycia rur. Wyniki badań rur metodą prądów wirowych pozwalają na ocenę stanu rur i na podjęcie odpowiednich decyzji, np. wymiany lub zakołkowania części rur, zawierających głębokie uszkodzenia eksploatacyjne. Jest to bardzo istotne, gdyż wiele wymienników ciepła, w tym skraplaczy pary turbinowej, ma wiele lat i podjęcie takich działań przyczynia się do bezawaryjnej dalszej ich pracy.
Literatura
- A. Lewińska-Romicka: Badania materiałów metodą prądów wirowych. Wyd. Biuro Gamma, Warszawa 2007
- A. Lewińska-Romicka: Badania nieniszczące. Podstawy defektoskopii. WNT, Warszawa 2001
- A. Lewińska-Romicka: Metody diagnostyki urządzeń energetycznych w elektrowniach. Badania nieniszczące. Część I. Metody wykrywania powierzchniowych nieciągłości materiałów. Elektro info nr 3/2009 (72), str. 94-100
- A. Lewińska-Romicka: Metody diagnostyki urządzeń energetycznych w elektrowniach. Badania nieniszczące. Część II. Metody wykrywania wewnętrznych nieciągłości materiałów. Elektro info nr 9/2009 (77), str. 120-124