Смарт-система мониторинга окисной пленки и прогнозирования срока службы поверхностей нагрева

Практическое значение технологии

При длительной эксплуатации энергоблоков особенно явными становятся такие проблемы, как перегрев поверхностей нагрева и внутреннее засорение труб окисной пленкой. Согласно статистике, с данной проблемой связано 2/3  всех аварий энергоблоков, перегрев вызывает увеличение количества незапланированных остановов и расходов на ремонт котлов, оказывает значительное влияние на надежность, безопасность и стабильность работы энергоблоков. Высокие параметры пара в котлах на СКД и ССКД, а также температура выше 570 ℃ создают благоприятные условия для образования окисной пленки. Отложения окисной пленки внутри трубы образуют засоры, провоцируют перегрев и в результате приводят к разрыву труб.

Рис.1. Разрыв труб по причине перегрева

Рис.2. Внешний вид окисной пленки

Механизм образования окисной пленки

Рис.3. Структура окисной пленки при температуре внутри трубы ниже 570℃

Окисная пленка относительно плотная, состоит из Fe2O3и Fe3O4

Рис.4. Структура окисной пленки при температуре внутри трубы выше 570℃

Окисная пленка состоит из трех компонентов: Fe2O3, Fe3O4, FeO.

Основа технологии:

1. Использование цифровой модели и технологии моделирования для понимания взаимодействия элементов топки и стенок котла, расчета количества тепловой энергии, температуры стенок и гидродинамического расчета.

2. Расчет точной температуры образования окисной пленки и ее толщины на основании базы данных о плотности теплового потока поверхностей нагрева при различных рабочих режимах.

Рис. 5. Схема основных элементов котла

Рис. 6. Тепловые потоки внутри котла

Описание системы

Компоненты системы:

• Точки измерения температуры термопарой
• Интеллектуальный пользовательский интерфейс
• Клиентский терминал ПЛК

Рис.7. Схема составляющих системы

Рис. 8. Иллюстрация компонентов системы

Функции системы

• Для пользователей доступно визуальное отображение эксплуатационных данных, благодаря чему оператор может осуществлять точное регулирование.
• Интеллектуальный мониторинг температуры стенок поверхностей нагрева котла
• Интеллектуальный мониторинг толщины окисной пленки
• Интеллектуальный мониторинг срока службы труб
• Отображение распределения температуры стенки в реальном времени
• Для пользователей доступны измеримые точные данные о работающем оборудовании и сроке его службы

Рис.9. Отображение эксплуатационных данных

• Оптимальный вариант компоновки точек измерения температуры стенок поверхностей нагрева определяется на основании расчетной базы данных моделирования

Рис.10. Моделирование компоновки точек измерения температуры

Установка оборудования

Система имеет компактное аппаратное и надежное программное обеспечение, удобна в обслуживании и управлении, а также соответствует требованиям интеллектуализации электростанций.

Анализ экономичности

Стоимость системы определяется количеством точек термоконтроля, параметрами работы котла и прочими данными. Результаты экономического анализа для реализованных проектов, позволяют говорить о том, что инвестиции на установку системы могут быть окуплены путем предотвращения 3-5 незапланированных остановов энергоблоков (600 МВт), конкретные данные зависят от большого количества факторов и могут быть оценены только на основании технического задания и результатов обследования оборудования.