Тепловые электрические станции, оснащенные мощными энергетическими блоками с паровыми котлами сверхкритических и высоких параметров пара, обеспечивают большую часть вырабатываемой в настоящее время электрической энергии и поддержание их высокой надежности и экономичности — важная народнохозяйственная задача, которую можно решить только в случае правильного выбора материалов и технологических процессов, используемых при изготовлении, монтаже и ремонте оборудования.
Ввод новых мощных энергетических блоков сопровождается повышением блочности их изготовления и комплектности заводской поставки энергооборудования, повышением качества изготовления и технического уровня котлов, вспомогательного оборудования, деталей трубопроводов и арматуры.
Если в предыдущие годы наблюдалось непрерывное повышение параметров пара, то в 1981 —1986 гг. произошла их стабилизация на уровне 23,5 МПа и 540/540° С для мощных энергоблоков. Эти параметры оказались близкими к оптимальным. Определенный, пока не использованный резерв, не требующий разработки новых сталей для поверхности перегрева, представляет возможность повышения температуры промежуточного перегрева до 560—570° С.
Дальнейшее повышение температуры перегрева свежего пара и промежуточного перегрева сдерживается отсутствием подходящих сталей для высокотемпературной части пароперегревателей и паропроводов. Переход на более высокий уровень температур связан с необходимостью применения дорогих и малотехнологичных сталей и сплавов, содержащих высокий процент таких дефицитных легирующих элементов, как никель, вольфрам, молибден и др.
Для установления предельных возможностей эксплуатируемых блоков целесообразно выполнить проверочный расчет высокотемпературных элементов трубных систем этих блоков на прочность при циклических нагрузках в условиях ползучести, разработать рекомендации по совершенствованию объемов и методов контроля металла в эксплуатации, дать обоснованные рекомендации по организации водно-химического режима, а также по изменению нормативов ремонтного обслуживания.
Непрерывно возрастает доля котлов и трубопроводов, отработавших свой проектный ресурс, что требует разработки нормативно-технической документации, регламентирующей этот процесс. Возрастают объемы фактически выполняемых работ по дефектоскопии и контролю состояния металла. Существовавшая во всем мире практика проектирования котлов и трубопроводов на срок службы до 100 тыс. ч не оправдала себя. В настоящее время разработана таблица допускаемых напряжений, позволяющих производить расчет элементов котлов и трубопроводов на 200 и даже на 300 тыс. ч. Осуществляется выпуск паропроводов на расчетный срок службы 200 тыс. ч.
В промышленной и малой энергетике Советского Союза в последние годы проходят освоение и опробование топки с кипящим слоем, разрабатываются проекты котлов с топками с кипящим слоем производительностью до 420 т/ч. В эксплуатации находится большая номенклатура котлов-утилизаторов, в которых происходит снижение температуры сбросных газов различных химических и металлургических производств. Поэтому требуется проведение исследований, позволяющих обосновать правильный выбор материалов, а также дать рекомендации по совершенствованию конструкции и режимов эксплуатации энергооборудования. Удачный выбор химического состава жаропрочной стали недостаточен для обеспечения ее надежной работы в эксплуатации. Большую роль играют технология металлургического производства (шихтовка, способ выплавки, режимы прокатки, термической обработки и др.)» а также технология изготовления и монтажа элементов котельного агрегата (гибка, сварка, последующая термическая обработка). И только при высоком уровне технологии и культуры производства и эксплуатации можно обеспечить надежную работу современного котла.
Первое издание настоящей книги было выпущено в свет издательством «Энергия» в 1969 г., второе переработанное издание вышло в 1980 г. Книга получила определенное признание у работников тепловых электрических станций, научно-исследовательских институтов и котлостроительных заводов.
За время, прошедшее после второго издания, накоплен дополнительный экспериментальный материал по влиянию длительной эксплуатации на структуру и свойства котельных сталей, по коррозионной стойкости сталей в продуктах сгорания энергетических топлив, воде и паре; по влиянию на надежность поверхностей нагрева водных обмывок для удаления шлака сильно шлакующих топлив; по влиянию консервации на предотвращение стояночной коррозии барабанов и трубной системы котлов. Разработаны и широко применяются новые конструктивные и технологические решения, влияющие на надежность котлов и трубопроводов, внедрены штампованные тройники и гибы, цельносварные экранные панели, появились новые типы котлов и новые типоразмеры трубопроводов. Выпущены новые инструкции по контролю металла котлов и трубопроводов в процессе эксплуатации, по продлению срока службы сверх расчетного. Введены новые руководящие технические материалы по расчетам на прочность элементов котлов и трубопроводов.
В данной книге рассматриваются строение и свойства сталей, используемых для изготовления паровых и водогрейных котлов, трубопроводов пара и горячей воды, а также сосудов, работающих под давлением, описываются применяемые в энергетике стали и влияние технологических процессов и условий эксплуатации на структуру и показатели прочности металла. Значительное внимание уделяется строению и свойствам сварных соединений, сообщаются основные результаты исследований высокотемпературной газовой коррозии экранов, ширмовых пароперегревателей и конвективных поверхностей нагрева мощных паровых котлов; помещена информация о коррозионных процессах в водной среде и низкотемпературной сернистой коррозии, излагаются мероприятия, позволяющие защитить трубную систему котлов от интенсивных коррозионных поражений, основные положения нормативных методов расчета на прочность элементов котлов, трубопроводов и сосудов, работающих под давлением.
Наряду с литературными данными в книге обобщены результаты исследований автора. Отличительной особенностью книги является то, что вопросы металловедения, прочности, коррозии и технологии изготовления рассмотрены во взаимосвязи.
Задача настоящей монографии — ознакомить инженеров, техников, работающих в области проектирования, монтажа, эксплуатации и ремонта котлов, с особенностями строения жаропрочных сталей, с процессами изменения их структуры и свойств в эксплуатации, а также с основными принципами и методами расчета на прочность современных паровых котлов и трубопроводов.
