Задачи и методы технического диагностирования объектов промышленной энергетики

Одним из важных методов управления техническим состоянием объектов промышленной энергетики в эксплуатации является диагностирование. Диагностированием называют процесс использования приёмов диагностики для выявления нарушений функционирования объектов и оценки их работоспособности. Главная цель диагностирования — это предотвращение тяжелых последствий возможных отказов объектов.

Диагностика технических объектов сформировалась как наука во второй половине двадцатого века. Она включает достижения теории надёжности, измерений и анализа информации, а также опыт использования информационных технологий и кибернетики по распознаванию образов Биргер И. А. Техническая диагностика. М.: Машиностроение, 1978. -240 с.

Основные понятия и определения в области диагностирования регламентируются государственными стандартами. Одним из наиболее важных является понятие контроля.

Технический контроль — это проверка соответствия продукции или процессов, от которых зависит качество продукции, установленным техническим требованиям. Особое внимание уделено эксплуатационному контролю, под которым понимают контроль, осуществляемый на стадии эксплуатации объектов. К основным видам эксплуатационного контроля относят:

контроль параметров функционирующего объекта при установлении необходимых режимов его работы с использованием штатных приборов контроля;

периодический контроль правильности функционирования и состояния исправности объекта с использованием штатных сигнализаторов, имеющихся на приборном пульте;

контроль с целью обнаружения отклонений в работе объекта с использованием штатных средств контроля и средств предупредительной и аварийной сигнализации;

контроль технического состояния с использованием специальных алгоритмов обработки информации, а также средств анализа рабочих жидкостей, тестов и проверок объектов при помощи специальной аппаратуры. Этот вид контроля чаще всего и называют диагностированием.

Различают экспериментальные, расчётные и эвристические методы диагностирования. Каждый из методов определяется набором средств диагностирования, который, в свою очередь, зависит от контролепригодности объекта, условий его эксплуатации, вида диагностического сигнала, а также от степени участия человека в диагностировании.

Экспериментальные методы предусматривают использование специальных технических средств измерения, контроля и оценки состояния объекта.

Расчётные методы основаны на вычислении диагностических признаков по значениям измеренных параметров при известных заранее аналитических зависимостях этих признаков от параметров работы объекта.

Эвристические методы предусматривают определение диагностических признаков человеком на основе накопленных знаний, опыта эксплуатации, интуиции и т. п.

Диагностическими признаками называют совокупность единичных или обобщённых сигналов, по которым можно сделать вывод о техническом состоянии объекта. Каждый из признаков имеет свою информационную ценность, которая связана со спецификой рабочего процесса объекта. Для одной и той же неисправности одновременно могут существовать несколько диагностических признаков. Выбор необходимого количества признаков для достоверного определения причины того или иного отказа выполняется обычно человеком с учётом их информационной ценности, точности измерения и накопленного опыта диагностирования.

Технические средства диагностирования разделяются на средства контроля и средства регистрации параметров. Средства контроля могут быть частью конструкции объекта (встроенные средства) или располагаться вне его (внешние средства контроля).

На объектах промышленной энергетики техническое диагностирование чаще всего выполняется экспериментальными методами для оборудования, работающего в пределах назначенного ресурса или срока службы, для предупреждения возникновения аварийных ситуаций. Там же имеются соответствующие рекомендации по оценке технического состояния оборудования, отработавшего назначенный ресурс.

Так, например, на котлоагрегатах в процессе эксплуатации с определённой периодичностью диагностируются трубопроводы диаметром 100 мм и более, барабаны, коллекторы, трубы поверхностей нагрева, арматура, некоторые крепёжные детали. Периодичность проверки паропроводов с температурой рабочей среды более 500 ⁰С дифференцируется для прямых труб и гибов. Так, состояние прямых трубопроводов диагностируется после ввода котла в эксплуатацию первый раз через 100 тыс. ч работы, а далее через каждые 25 тыс. ч. Гнутые трубы (гибы) подлежат контролю через каждые 25 тыс. ч.

При диагностировании труб измеряют остаточную деформацию, определяют свойства металла по вырезанному образцу (предел прочности, предел текучести, относительное сужение и удлинение, твёрдость, ударная вязкость, микроструктура). Это позволяет установить скорость накопления повреждений в металле и получить оценку остаточного ресурса деталей.

Гнутые трубы необогреваемых трубопроводов в пределах котла, пароотводящих, водоопускных и пароперепускных труб при давлении рабочей среды более 9,0МПа и температуре ниже 450 ⁰С контролируются через каждые 1000 пусков, причём для оценки их состояния используется ультразвуковая и магнитопорошковая дефектоскопия.

На котлах с естественной циркуляцией 1 раз в 8 лет проводится магнитопорошковая дефектоскопия внутренних стенок барабанов на специально выделенных для этой цели участках поверхности размером 200×200 мм. Сварные швы барабанов контролируются ультразвуком через каждые 100 тыс. ч работы котла. Отверстия в стенках, к которым приварены штуцера или трубы водоопускной и пароотводящей систем, и некоторые служебные трубопроводы и приборы контролируются с целью выявления трещин через каждые 50 тыс. ч эксплуатации.

На стационарных трубопроводах с наружным диаметром более 100 мм диагностирование выполняется в тех же объёмах и с той же периодичностью, как и на трубопроводах котлоагрегатов при аналогичных параметрах пара.

В турбинах периодический контроль проводится на корпусных деталях, некоторых деталях проточной части и на пароперепускных трубах. При контроле состояния корпусов цилиндров высокого и среднего давления и стопорных клапанов при давлении свежего пара 13 МПа и выше при наличии трещин глубиной более 15% от толщины стенки через 100 тыс. ч работы делается контрольная вырезка. По ней определяются свойства и характеристики прочности металла, на основании которых прогнозируется остаточная долговечность.

После наработки турбин 170 тыс. ч проводится обязательное диагностирование цилиндров высокого и среднего давлений, корпусов стопорных клапанов и других частей турбин. Периодически (не реже, чем через каждые 50 тыс. ч) контролируются цельнокованые валы турбин высокого и среднего давлений, насадных дисков, диафрагм, направляющих и рабочих лопаток. Для этого используются внешние средства контроля в виде ультразвукового контроля, магнитопорошковой и цветной дефектоскопии, травления.

Трубы поверхностей нагрева в котлоагрегатах выборочно проверяются толщиномером. Особое внимание при этом обращают на трубы испарительных экранов, пароперегревателей и экономайзера. Трубы с уменьшенной толщиной стенок заменяются новыми.

Среди новых технических средств диагностирования в последние годы широко стали применяться такие как виброакустический, тепловизионный, хроматографический, акустической эмиссии и др.