Паропроводы, эксплуатирующиеся при температуре 450 °C и выше

137. Изложенные в ФНП требования к методам и объемам контроля при техническом диагностировании станционных паропроводов и пароперепускных труб котлов и турбин диметром более 75 мм после выработки ими своего назначенного ресурса относятся к элементам из стали марок 12МХ (12ХМ), 15ХМ, 12Х1МФ (12ХМФ), 15Х1М1Ф, 10CrMo910, 10Х9МФБ (ДИ82) и Х10CrMoVNb9-1 (Р91).

К основным элементам паропроводов, определяющим их ресурс, относятся прямые трубы, гнутые, штампованные и штампосварные отводы (колена), кованые и штампованные тройники и переходы, литые детали (колена, тройники), сварные соединения.

Перед неразрушающим контролем металла элементов паропровода проводят ревизию всей трассы паропровода и его опорно-подвесной системы (РОПС). РОПС выполняют в горячем и холодном состояниях паропровода. Результаты РОПС используются в последующем для поверочного расчета на прочность и самокомпенсацию (ПРПС) паропроводной системы.

138. Диагностирование прямых участков паропроводов выполняют следующим образом:

а) Контроль остаточной деформации ползучести - 100% труб, подлежащих контролю остаточной деформации: трубы из стали 12МХ, 15ХМ и 10CrMo910 - с температурой 450 °C и выше; трубы из стали 12Х1МФ, 15Х1М1Ф - с температурой 500 °C и выше; трубы из стали 10Х9МФБ и Х10CrMoVNb9-1 - с температурой 530 °C и выше.

б) Участки паропроводов в местах врезки штуцеров с DN50 и более дренажных линий, линий БРОУ и РОУ контролируют методами ВИК, УЗК и ультразвуковой толщинометрии (УЗТ) на расстоянии одного диаметра основной трубы в каждую сторону от места врезки (стенки штуцера). Контроль толщины стенки проводится в двух сечениях: по одному в каждую сторону от места врезки, отстоящих от оси штуцера на расстоянии не более диаметра основной трубы. В каждом контрольном сечении толщина стенки измеряется в четырех точках.

в) Дополнительный контроль прямых труб паропровода после отработки ими назначенного или индивидуального (дополнительно назначенного) ресурса проводится в следующих случаях:

ранее были произведены в полном объеме замена гибов или их восстановительная термообработка;

максимальная остаточная деформация труб превышает 75% допустимой величины.

г) Дополнительный контроль включает:

ультразвуковой контроль толщины стенки (УЗТ) не менее пяти прямых труб с наибольшей остаточной деформацией ползучести, но не менее двух труб по каждому типоразмеру; на каждую трубу одно контрольное сечение в зоне расположения реперов;

контроль методами ВИК, МПК (МПД) (ЦД), УЗК, а также исследование микроструктуры (МИ) и анализ поврежденности (М_КП) - не менее двух труб каждого типоразмера (с наибольшей остаточной деформацией ползучести и минимальной толщиной стенки).

Толщина стенки в контрольном сечении трубы измеряется в четырех точках равномерно по периметру сечения.

Контроль методами ВИК, МПК (МПД) (ЦД) и УЗК прямого участка трубы ведется в зоне расположения реперов на длине не менее 500 мм и должен охватывать по направляющей (окружности) трубы весь периметр сечения.

Контроль микроповрежденности трубы выполняется на участке, подготовленном под МПК (МПД) (ЦД) и УЗК и содержащем точку с минимальной толщиной стенки.

Контроль прямых труб методом УЗК по подпункту "г" пункта 138 ФНП может не проводиться, если по результатам УЗТ минимальная толщина стенки труб данного типоразмера составляет не менее номинальной толщины и максимальная остаточная деформация труб этого типоразмера не превышает половины допустимого значения.

д) Если по результатам контроля минимальная толщина стенки () труб какого-либо из типоразмеров окажется меньше 0,95S - 0,5 мм, где S номинальная толщина стенки, контроль толщины стенки этих труб проводится в удвоенном объеме.

е) При проведении дополнительного контроля прямых труб следует элементы и зоны контроля выбирать с учетом результатов поверочных расчетов на прочность.

139. Диагностирование гнутых отводов (гибов) паропроводов выполняют следующим образом:

а) Контроль остаточной деформации ползучести - 100% гибов, подлежащих контролю остаточной деформации (из стали 12МХ, 15ХМ и 10CrMo910 начиная с 450 °C; из стали 12Х1МФ, 15Х1М1Ф - начиная с 500 °C; из стали 10Х9МФБ и Х10CrMoVNb9-1 - начиная с 530 °C).

б) Определение овальности - 100% гибов.

Овальность определяется по результатам измерений наружного диаметра гиба по двум, взаимно перпендикулярным, направлениям: между наружным и внутренним обводами и между нейтральными зонами. Измерения проводятся не менее чем в трех контрольных сечениях: в центральном сечении гнутой части и по разные стороны от него на расстоянии 0,5D_a (D_a - наружный диаметр).

в) Контроль методами ВИК, МПК (МПД) (ЦД) и УЗК - 100% гибов.

Контроль проводится по всей длине гнутой части на 2/3 окружности гиба, включая растянутую и нейтральные зоны.

г) Ультразвуковой контроль толщины (УЗТ) стенки в растянутой и нейтральных зонах гибов - 100%. Измерение толщины стенки проводится не менее чем в пяти контрольных сечениях гнутой части каждого гиба: одно контрольное сечение - в центральной части гиба и по два сечения - в разные стороны от него с интервалом не более (0,70 0,75)D_a - для нормально загнутых гибов и (0,30 0,40)D_a - для крутозагнутых гибов (D_a - наружный диаметр).

Измерение твердости (ТВ) на гибах из стали 15Х1М1Ф в объеме 50% от общего количества гибов. Площадки измерения твердости совмещать с площадками проведения УЗТ.

д) Анализ микроструктуры (МИ) и микроповрежденности (М_КП) металла.

Анализ проводится методом реплик или непосредственно на шлифах переносным микроскопом в объеме не менее:

для паропроводов из перлитных сталей - 10% гибов на паропроводах и пароперепускных трубах турбин, но не менее двух по каждому из типоразмеров, отработавших назначенный ресурс;

для паропроводов из мартенситных сталей - 20% гибов на паропроводах и пароперепускных трубах турбин, но не менее трех по каждому из типоразмеров, отработавших назначенный ресурс;

для пароперепускных труб котла из перлитных сталей - 5% от количества, но не менее двух гибов каждого назначения (перепуска), отработавших назначенный ресурс;

для пароперепускных труб котла из мартенситных сталей - 10% от количества, но не менее трех гибов каждого назначения (перепуска), отработавших назначенный ресурс.

Контролю подвергаются гибы с максимальной остаточной деформацией или с максимальным уровнем напряжений по результатам расчета на прочность.

Для пароперепускных трубопроводов котла в число контролируемых включаются гибы с максимальной расчетной температурой, в том числе последний гиб перед впрыскивающим пароохладителем.

Для паропроводов с отношением наружного диаметра к внутреннему не более 1,3 (D_a/D_вн 1,3) в контрольную группу для анализа микроповрежденности включаются гибы с овальностью менее 2% (за исключением гибов, изготовленных нагревом токами высокой частоты с осевым поджатием или имеющих исходную овальность не более 2%) и гибы, овальность которых уменьшилась более чем на 40% по сравнению с исходным значением.

На паропроводах блоков сверхкритического давления (далее - СКД) в контрольную группу для анализа микроповрежденности включаются гибы с максимальной овальностью.

Отбор гибов в контрольную группу для анализа микроструктуры и микроповрежденности металла проводится с учетом результатов анализа микроповрежденности металла, полученных при предыдущем обследовании паропровода.

140. Контроль штампованных и штампосварных колен проводится в объеме:

а) методами ВИК, УЗК и МПК (МПД) (ЦД) металла:

25% штампованных отводов;

25% штампосварных отводов, но не менее двух.

Контроль ведется по всей длине изогнутой части по всему периметру (окружности) сечения колена, то есть включая наружный, внутренний обводы и нейтральные зоны колена.

б) Методами УЗК и МПК (МПД) или (ЦД) сварных соединений (продольных) штампосварных отводов - на 100% отводов, контролю подвергаются оба сварных шва в полном (100%) объеме;

в) Ультразвуковой контроль толщины (УЗТ) стенки:

25% штампованных отводов;

100% штампосварных отводов.

Измерения толщины стенки проводят не менее чем в трех контрольных сечениях: в центральном (ось симметрии в плоскости колена) и по разные стороны от него примерно посредине между центральной частью и концом колена. В каждом контрольном сечении штампованного колена измерения проводят в четырех точках: наружный, внутренний обводы и нейтральные зоны.

В штампосварных коленах контроль толщины стенки в зонах продольных сварных соединений выполняют по обе стороны от шва, поэтому в каждом контрольном сечении будет по шесть точек измерения.

в) Анализ микроструктуры (МИ) и микроповрежденности (М_КП) металла:

в зонах сварных соединений штампосварных отводов не менее чем на 50% (но не менее трех колен) каждого из типоразмеров. На каждом обследованном колене анализ проводится в центральной части на двух шлифах: по одному на каждое сварное соединение;

металл штампованных колен - одно из колен каждого типоразмера: в центральной части колена на двух диаметрально противоположных шлифах - на внутреннем и наружном обводах (независимо от марки стали изготовления).

Отводы из стали мартенситного класса в штампосварном исполнении - не применяются.

141. Контроль сварных соединений проводится следующим образом:

а) Контроль сварных соединений методами ВИК, УЗК, МПК (МПД) (ЦД) и УЗТ сталей перлитного класса:

1) Для сварных соединений типа 1:

10% сварных швов при температуре эксплуатации до 510 °C;

20% сварных швов при температуре эксплуатации 510 °C и выше.

2) Для сварных соединений типа 2:

50% сварных швов при температуре эксплуатации до 510 °C;

100% сварных швов при температуре эксплуатации 510 °C и выше.

Контроль сварных соединений методами ВИК, УЗК, МПК (МПД) (ЦД), УЗТ и ТВ сталей мартенситного класса:

для сварных соединений типа 1 - 50%;

для сварных соединений типа 2 и разнородных сварных соединений независимо от типа - 100%.

Толщина стенки стыковых сварных соединений измеряется по основному металлу в пришовной зоне (в проточке) с каждой стороны шва в четырех точках равномерно по окружности трубы.

Толщина стенки штуцерных сварных соединений измеряется в четырех точках по периметру штуцера и в пяти точках основной трубы, четыре из которых равномерно расположены вдоль шва приварки штуцера, а одна - в точке трубы на пересечении с продолжением оси штуцера.

В число контролируемых следует включать сварные соединения за впрыскивающими пароохладителями до первого гиба и ближайшие к расходомерным шайбам на горизонтальных участках паропровода.

При выявлении недопустимых дефектов в сварных соединениях контроль соединений данного типа увеличивается до 100%.

б) Контроль твердости сварных соединений элементов из стали 15Х1М1Ф между собой и труб из стали 15Х1М1Ф с литыми деталями из стали 15Х1М1ФЛ по основному металлу и металлу шва проводится в объеме 100%.

Объем контроля проводимого в соответствии с подпунктами "а" и "б" пункта 141 ФНП после выработки назначенного ресурса паропровода может быть уменьшен по решению экспертной организации, согласованному с эксплуатирующей организацией, если полный объем этого контроля был выполнен не ранее чем за 15 тысяч часов до проведения обследования после исчерпания назначенного ресурса.

в) Анализ микроструктуры (МИ) и микроповрежденности (М_КП) металла зон сварных соединений элементов паропроводов из стали перлитных марок:

для сварных соединений типа 1 - 10%, но не менее двух на каждый перепуск котла или турбины и не менее трех на каждый паропровод;

для сварных соединений типа 2 - 30%; при количестве соединений менее трех на перепуске или на паропроводе - 100%.

г) Анализ микроструктуры (МИ) и микроповрежденности (М_КП) металла зон сварных соединений элементов паропроводов из мартенситных марок стали:

для сварных соединений типа 1 - 20%, но не менее трех на каждый перепуск (котла или турбины) и не менее пяти на каждый паропровод;

для сварных соединений типа 2 и разнородных сварных соединений независимо от типа - 100%.

д) Контроль следует выполнять для наиболее напряженных стыков и наиболее напряженных точек в их сечении по результатам поверочного расчета паропровода от совместного действия всех нагружающих факторов (ПРПС). При отсутствии указанного расчета контроль микроструктуры и микроповрежденности выполняют в четырех точках сечения, равномерно расположенных по периметру; для штуцерных соединений со стороны коллектора и со стороны штуцера.

142. Требования к методам и объемам контроля литых деталей изложены в пункте 134 ФНП. Контроль кованых и штампованных деталей следует выполнять теми же методами и в тех же зонах, что и аналогичных литых деталей, но в уменьшенном в два раза объеме (за исключением штампованных колен, объем контроля которых приведен в пункте 140 ФНП).

143. Исследование состава, структуры и свойств металла на вырезках проводится следующим образом:

а) Исследования состава (химического, фазового), механических свойств и структуры основного металла и сварного соединения на образцах вырезок из паропровода являются обязательными в следующих случаях:

1) при обнаружении в процессе контроля (или предшествующей эксплуатации) недопустимых дефектов или отклонений, в том числе недопустимого уровня остаточной деформации;

2) при выявлении нерекомендованной микроструктуры металла гибов или сварных соединений при неразрушающем контроле (методом реплик, переносным микроскопом);

3) при выявленной (по результатам неразрушающего контроля) в основном металле или (и) сварных соединениях микроповрежденности выше допустимого балла согласно требованиям подпункта "е" пункта 153 и подпунктов "б", "в", "г" пункта 157 ФНП;

4) при нарушении режимов эксплуатации, в результате чего возможны недопустимые изменения в структуре и свойствах металла, или появление недопустимых дефектов;

5) при третьем по счету продлении срока службы паропровода после отработки им дополнительно назначенного ресурса, и после наработки 400 тысяч часов и более, если исследования на вырезках ранее не проводились.

Для паропроводов из стали мартенситного класса - при первичном продлении ресурса.

Вырезка из паропровода с последующим исследованием состояния металла также должна проводиться в случае, если это признано необходимым организацией, выполняющей продление ресурса паропровода в рамках ЭПБ;

б) следует вырезать участок паропровода, содержащий фрагменты прямой трубы и гиба, включая их сварное соединение. Вырезаемая катушка должна быть предварительно замаркирована таким образом, чтобы при последующей механической обработке была возможность идентификации металла прямой трубы и гиба;

в) при определении места вырезки должны быть одновременно учтены следующие факторы:

вырезка должна находиться на начальном по ходу пара участке паропровода;

если в составе паропровода присутствуют элементы с различными сроками эксплуатации, вырезку проводят из участка с максимальной наработкой;

гиб, часть которого входит в состав вырезанной пробы, должен иметь максимальную остаточную деформацию или (и) минимальную по сравнению с другими гибами толщину стенки, или (и) максимальный балл микроповрежденности металла.

Следует для определения места вырезки выполнять предварительный поверочный расчет на прочность от действия всех нагружающих факторов и учитывать фактические данные по результатам контроля, в том числе микроповрежденности металла;

г) в технически обоснованных случаях следует в вырезаемый для исследований участок паропровода включать также гнутую часть гиба. При этом выбор участка паропровода для вырезки и последующего исследования металла следует обосновывать результатами поверочного расчета на прочность паропроводной системы от совместного действия всех нагружающих факторов;

д) вырезку пробы (катушки) из паропровода разрешается выполнять огневым способом с последующим удалением механическим способом слоя металла от кромки реза шириной не менее 30 мм. Длина вырезанной катушки должна составлять не менее 500 мм. Сварной шов должен располагаться по центру вырезки;

е) вырезаемые из трубной заготовки образцы для механических и ударных испытаний следует размещать по периметру заготовки, то есть в окружном (поперечном) направлении. Образцы на длительную прочность, а также для испытаний сварных соединений, располагают вдоль оси трубной заготовки.

Металлографический анализ и исследования микроповрежденности металла выполняются по всей толщине стенки трубы;

ж) на металле вырезки из паропровода проводятся следующие исследования:

определяют химический состав металла (основного и сварного шва);

определяют содержание легирующих элементов в карбидах и при необходимости - типы карбидов (карбидный и фазовый анализы);

определяют твердость металла по толщине стенки трубы и по поперечному сечению сварного соединения, включая основной металл, зону термического влияния и металл шва;

проводят испытания на растяжение по определению механических свойств металла при комнатной и рабочей температурах и ударные испытания по определению ударной вязкости KCU и KCV при комнатной температуре и KCU - при рабочей температуре;

испытания образцов типа "Менаже" из сварного соединения на статический изгиб с определением удельной энергии на зарождение трещины (A_З) и на ее развитие (A_Р) - факультативно;

исследования микроструктуры металла (включая степень сфероидизации перлита) по толщине стенки трубы и сварного соединения по его поперечному сечению;

анализ микроповрежденности (порами ползучести) металла по толщине стенки трубы;

анализ микроповрежденности сварного соединения по его поперечному сечению;

длительные испытания по определению жаропрочных свойств металла и при необходимости сварного соединения.

Полный объем испытания по определению кратковременных механических свойств и длительной прочности проводят на трех партиях образцов, соответствующих металлу гиба, металлу прямой трубы и сварному соединению. При этом в последнем случае рабочая часть разрывных образцов и образцов на длительную прочность представляет собой сварное соединение, включая металл шва, зоны термического влияния и основной металл. Допускается по решению специализированной экспертной организации проводить испытания в сокращенном объеме.

Ударные образцы типа "Менаже" и "Шарпи" из сварного соединения (для испытаний на ударную вязкость и статический изгиб) изготавливают в двух вариантах: надрез располагается в металле шва и в зоне сплавления.

При испытаниях на растяжение основного металла определяют комплекс механических свойств, включая прочностные характеристики - временное сопротивление разрыву (предел прочности) и условный предел текучести и пластические характеристики - относительное удлинение и относительное сужение . При кратковременных испытаниях сварного соединения определяют временное сопротивление разрыву и относительное сужение ;

з) кратковременные механические свойства металла при комнатной и рабочей температурах определяются испытанием не менее двух образцов на разрыв и не менее трех - на ударную вязкость для каждого значения температуры.

Длительные жаропрочные испытания с определением характеристик длительной прочности проводят не менее чем на восьми образцах;

и) исследования микроструктуры и микроповрежденности металла проводятся на образцах из вырезки по всей толщине стенки трубы. Анализ микроструктуры и микроповрежденности основного металла и сварных соединений выполняется методами оптической микроскопии, а также факультативно прецизионным определением плотности для основного металла;

к) при исследовании металла вырезки гнутого участка колена данная вырезка проводится из центральной части гиба. В этом случае образцы для исследований как поперечные, так и продольные, вырезают из половины гиба, соответствующей его наружному обводу, включающей полностью растянутую зону и частично ( 50%) две нейтральные зоны.

144. Ревизию опорно-подвесной системы паропровода для последующего поверочного расчета на прочность и самокомпенсацию (от совместного действия всех нагружающих факторов) выполняют следующим образом:

а) Анализ проектной, монтажно-сдаточной и эксплуатационной технической документации:

проектные и фактические параметры пара (если ответвления паропровода, связанные с ним в одну расчетную систему, и сам паропровод эксплуатируются при различных параметрах среды, или время эксплуатации при рабочих параметрах для различных ответвлений отличается - сведения по каждому такому ответвлению в отдельности);

год ввода паропроводов в эксплуатацию, данные по длительности эксплуатации (наработке) паропроводов и их ответвлений;

аксонометрическая схема паропроводов с указанием марок стали и типоразмеров основной трассы и ответвлений с привязкой арматуры, опор и подвесок (с указанием проектных номеров), указателей температурных перемещений (с указанием проектных номеров) и сварных соединений;

массовые характеристики установленной арматуры;

проектные и эксплуатационные данные по температурным перемещениям паропроводов в местах установки индикаторов температурных перемещений (по осям координат, принятым в аксонометрической проекции паропроводов), а также в местах присоединения к оборудованию;

проектные и фактические данные по пружинным опорам и подвескам, сортамент установленных пружин, их высоты (в рабочем и холодном состоянии);

эксплуатационные формуляры по нагрузкам;

тип тепловой изоляции, ее погонная масса, границы участков с различной погонной массой тепловой изоляции;

величины и места выполнения монтажных растяжек в соответствии с актами о выполнении монтажных растяжек из паспорта паропровода;

возможные сочетания тепловых режимов работы паропроводов и их ответвлений;

данные об имевшихся в процессе эксплуатации повреждениях элементов паропроводов.

б) Осмотр трассы трубопровода в рабочем и холодном состояниях и ревизию ОПС:

визуальная проверка отсутствия защемлений паропроводов в рабочем и холодном состояниях;

визуальный осмотр и оценка работоспособности элементов ОПС;

измерение уклонов горизонтальных участков трасс;

составление ведомости дефектов, в которой указываются необходимые мероприятия по устранению дефектов и сроки выполнения этих работ, а также ответственные за их выполнение.

в) Проверку соответствия фактического исполнения трассы паропроводов и ОПС проектным данным:

измерение фактических линейных размеров трасс паропроводов с уточнением расположения ответвлений, сварных соединений (на основании проектных данных), опор, подвесок, арматуры и индикаторов температурных перемещений, проверка соответствия типов опор и подвесок проекту, проверка целостности и работоспособности элементов ОПС и индикаторов температурных перемещений;

измерение геометрических характеристик установленных пружин: определение количества витков, диаметров прутков и диаметров навивки пружин, а также высоты пружин в рабочем состоянии паропроводов; дополнительно измеряются длины тяг пружинных подвесок и их отклонения от вертикали; выполняется идентификация пружин;

измерение температурных перемещений при переходе паропроводов из горячего в холодное состояние.

г) Сопоставление и анализ фактических и проектных данных паропроводов и ОПС:

документируются все отмеченные при обследовании отклонения от проекта;

разрабатываются расчетные модели выявленных при визуальном осмотре частичных или полных защемлений паропроводов и ОПС;

уточняются применительно к конкретному паропроводу расчетные модели сварных соединений (на основании данных эксплуатирующей организации).