ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2023-1-147-160ipolytech-685Research ArticleЭНЕРГЕТИКАPOWER ENGINEERINGРазработка технических решений по выбору схемы замены барабанов, выработавших ресурсTechnical solutions for selecting an option for replacing overaged boiler steam drumshttps://orcid.org/0000-0002-0973-3863ОхлопковА. В.OkhlopkovA. V.

Охлопков Андрей Владимирович, ассистент кафедры теоретических основ теплотехники им М.П. Вукаловича; начальник службы экспертизы и технического развития

111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, 14/1, Россия

115280, г. Москва, ТЭЦ-9, ул. Автозаводская, 12/1, Россия

Andrey V. Okhlopkov, Assistant Professor of the M.P. Vukalovich Department of Theoretical Foundations of Heat Engineering

14/1, Krasnokazarmennaya St., Moscow 111250, Russia

12/1, Avtozavodskaya St., CHP-9, Moscow 115280, Russia

OhlopkovAV@mosenergo.ruПоповН. В.PopovN. V.

Попов Николай Витальевич, эксперт службы экспертизы и технического развития

115280, г. Москва, ТЭЦ-9, ул. Автозаводская, 12/1, Россия

Nikolai V. Popov, Expert of Expertise and Technical Development Service

12/1, Avtozavodskaya St., CHP-9, Moscow 115280, Russia

Popov_NV@mosenergo.ruМоисеевД. О.MoiseevD. O.

Моисеев Данил Олегович, студент

111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, 14/1, Россия

Danil O. Moiseev, Student

14/1, Krasnokazarmennaya St., Moscow 111250, Russia

MoiseevDO@mosenergo.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2814-6709БитнейВ. Д.BitneyV. D.

Битней Владислав Дмитриевич, эксперт службы экспертизы и технического развития

115280, г. Москва, ТЭЦ-9, ул. Автозаводская, 12/1, Россия

Vladislav D. Bitney, Expert of Expertise and Technical Development Service

12/1, Avtozavodskaya St., CHP-9, Moscow 115280, Russia

BitneyVD@mosenergo.ruНИУ «МЭИ»; ПАО «Мосэнерго»РоссияNational Research University "Moscow Power Engineering Institute"; PJSC “Mosenergo”Russian FederationПАО «Мосэнерго»РоссияPJSC “Mosenergo”Russian FederationНИУ «МЭИ»РоссияNational Research University "Moscow Power Engineering Institute"Russian Federation202308042023271147160Copyright © Охлопков А.В., Попов Н.В., Моисеев Д.О., Битней В.Д., 20232023Охлопков А.В., Попов Н.В., Моисеев Д.О., Битней В.Д.Okhlopkov A.V., Popov N.V., Moiseev D.O., Bitney V.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/685

Замена барабана является сложным технологическим решением и может включать в себя различные варианты технического перевооружения (реконструкции), в зависимости от множества факторов, таких как результатов обследования, наличия подъемной техники, качества подъездных путей, компоновки котельного отделения главного корпуса и ряда экономических вопросов. А также несет в себе, как экономически, так и технически сложную задачу, связанную с возможностью замены устройства, которое расположено на самой высокой отметке в котельном отделении. Компанией ПАО «Мосэнерго» в рамках научно-исследовательской работы для обеспечения максимально длительного срока эксплуатации паровых энергетических котлов при замене главного сепарационного устройства были выделены три варианта замены сепарационного устройства: аналогичный барабан, выполненный из стали импортного производства марки WB36; альтернативная схема с малым барабаном и батареей выносных циклонов; установка безбарабанной схемы, основанной на многоступенчатой схеме испарения и состоящей из батареи циклонов. Также проведен анализ материалов, которые используются в сепарационных устройствах на данный момент, такими являются сталь 16 ГНМ и 16 ГНМА, и их сравнение со сталью импортного производства WB36. Каждый из вариантов имеет свой ряд преимуществ и недостатков, которые будут проанализированы по следующим критериям: массогабаритные характеристики, предполагаемая необходимость в подъемной технике; гидравлические потери, предполагаемые изменения в автоматике котла; относительные затраты на выполнение проекта, анализ и управление рисками. В данной статье будут представлены рекомендации по выбору варианта решения замены барабана, которое может стать основополагающим в дальнейшем продлении ресурса и осуществлении надежной и безопасной работы котельного оборудования.

This work investigates possible options for replacing the main separator of steam power boilers to ensure their maximal service life. Separators of drum-type boilers are reviewed in terms of their advantages and disadvantages. An analysis of two steels – WB36 and 16GNMA – is carried out by comparing their performance characteristics, chemical composition, and welding procedures. Possible technical solutions for replacing overaged drum boilers are analyzed from the technical and economic perspectives. Three options were selected for replacing the separator: a similar drum made of imported grade WB36 steel; an alternative option with a small drum and a bank of off-mounted cyclones; a drumless option based on a multi-stage evaporation cycle and a bank of cyclones. The materials currently used in separators, i.e., 16GNM and 16GNMA, are compared with imported WB36 steel. It was found that each option had its own advantages and disadvantages, which should be analyzed according to the following parameters: weight and dimensions; assumed need in lifting equipment; hydraulic losses; assumed changes in automatic boiler equipment; relative costs associated with designing, analysis, and risk management. Therefore, the presented recommendations for selecting a drum replacement option are essential for extending the service life and ensuring the reliable and safe operation of boiler equipment.

эксплуатация энергетических котловзамена барабанасепарационное устройствобатарея циклоновсхемы испаренияработа котельного оборудованияpower-generating boiler operationdrum replacementseparating devicecyclone batteryevaporation schemesboiler equipment operationReferencesЗройчиков Н.А., Горбуров Д.В. Комплексное обоснование замены барабанов, отработавших свой срок // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: тез. докл. XVII Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов (г. Москва, 2 марта 2017 г.). М.: МЭИ, 2011. Т. 3. С. 98.Zrojchikov N.A., Gorburov D.V. Comprehensive justification for expired service life drum replacement. Radioelektronika, elektrotekhnika i energetika: tezisy dokladov XVII Mezhdunarodnoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii studentov i aspirantov = Radioelectronics, electrical engineering and power engineering: report abstracts of the 17th International scientific and technical conference of students and postgraduate students. 2 March 2017, Moscow. Mos-cow: Moscow Power Engineering Institute; 2011, vol. 3, р. 98. (In Russ.).Байдакова Н.В., Афонин А.В., Благочиннов А.В. Разработка алгоритма реализации ремонтной программы паровых котлов и турбин ТЭС по техническому состоянию энергетического оборудования // Надежность и безопасность энергетики. 2021. Т. 14. № 1. С. 40–44. https://doi.org/10.24223/1999-5555-2021-14-1-40-44.Baidakova N.V., Afonin A.V., Blagochinnov A.V. Devel-opment of an implementation algorithm of CHP steam boiler and turbine repair program based on technical condition of power equipment. Nadezhnost' i bezopasnost' energetiki = Safety and Reliability of Power Industry. 2021;14(1):40-44. (In Russ.). https://doi.org/10.24223/1999-5555-2021-14-1-40-44.Попов А.Б. О предельных сроках эксплуатации энергетического оборудования // Энергетик. 2021. № 2. С. 8–14. https://doi.org/10.34831/EP.2021.18.78.002.Popov A.B. On service life limits of power equipment. Energetik. 2021;2:8-14. (In Russ.). https://doi.org/10.34831/EP.2021.18.78.002.Федоров А.И., Петров И.П., Тоболь Д.А. Анализ влияния конструкции и состояния внутрикотловых устройств на надежность работы барабанных котлов // Электрические станции. 2006. № 6. С. 65–73.Fedorov A.I., Petrov I.P., Tobol' D.A. Analysis of the in-fluence of inter-boiler device design and state on drum boiler operation reliability. Elektricheskie stantsii. 2006;6:65-73. (In Russ.).Ларькин И.С., Овчинникова С.М. Анализ принципов сепарации в котлоагрегатах с точки зрения энергетической эффективности // Огарев-Online. 2014. № 23. [Электронный ресурс]. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-printsipov-separatsii-v-kotloagregatah-stochki-zreniya-energeticheskoy-effektivnosti (12.03.2022).Larkin I.S., Ovchinnikova S.M. An analysis of separation principles in boilers in terms of energy efficiency. Ogarev-Online. 2014;23. Available from: https://cyberleninka.ru/ar-ticle/n/analiz-printsipov-separatsii-v-kotloagregatah-s-tochki-zreniya-energeticheskoy-effektivnosti [Accessed 12th March 2022]. (In Russ.).Молдареева М.Д. Обзор сепарационных устройств барабанных котлов // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: тез. докл. XXVII Междунар. науч.- техн. конф. студентов и аспирантов (г. Москва, 11–12 марта 2021 г.). М.: Радуга, 2021. С. 877.Moldareeva M.D. Review of separation devices for drum boilers. In: Radioelektronika, elektrotekhnika i energetika: tezisy dokladov XXVII Mezhdunarodnoj nauchno-tekhnich-eskoj konferencii studentov i aspirantov = Radioelectronics, electrical engineering and power engineering: report ab-stracts of the 27th International scientific and technical conference of students and postgraduate students. 11–12 March 2021, Moscow. Moscow: Raduga; 2021, р. 877. (In Russ.).Мынкин К.П. Сепарационные устройства паровых котлов. М.: Энергия, 1971. 192 с.Mynkin K.P. Separation devices of steam boilers. Mos-cow: Energiya; 1971, 192 р. (In Russ.).Бузников Е.Ф. Циклонные сепараторы в паровых котлах. М.: Энергия, 1969. 248 с.Buznikov E.F. Cyclone separators in steam boilers. Mos-cow: Energiya; 1969, 248 р. (In Russ.).Ланин А.А., Дьяков Ю.Г., Рева В.В. Влияние технологии сварочного ремонта на хрупкую прочность барабанов высокого давления // Энергетик. 2018. № 4. С. 14–17.Lanin A.A., D'yakov Yu.G., Reva V.V. The effect of welding technology on the brittle strength of high-pressure drums. Energetik. 2018;4:14-17. (In Russ.).Sultanov M.M., Baidakova N.V., Afonin A.V. Analysis of the technical condition of the equipment of generating systems // Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2020. Vol. 1035. Р. 012004. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1035/1/012004.Sultanov M.M., Baidakova N.V., Afonin A V. Analysis of the technical condition of the equipment of generating sys-tems. In: Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2020;1035:012004. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1035/1/012004.Гринь Е.А. Хрупкие разрушения барабанов котлов высокого давления – основные причины и способы предотвращения // Теплоэнергетика. 2008. № 2. С. 40–45.Grin E.A. Brittle fractures of the drums of high-pressure boilers: main causes and methods for preventing them Teploenergetika = Thermal Engineering. 2008;2:40-45. (In Russ.).Махутов Н.А. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. М.: Машиностроение, 1981. 272 с.Makhutov N.A. Deformation criteria of destruction and strength calculation of structural elements. Moscow: Mash-inostroenie; 1981, 272 р. (In Russ.).Гринь Е.А., Анохов А.Е., Зеленский A.B., Федина И.В. Исследование металла барабанов паровых котлов из стали 16ГНМ после длительной эксплуатации // Теплоэнергетика. 2010. № 6. С. 37–42.Grin E.A., Anokhov A.E., Zelenskii A.B., Fedina I.V. Studying the metal of steam boiler drums made of grade 16GNM steel after its long-term operation. Teploenergetika = Thermal Engineering. 2010;6:37-42. (In Russ.).Ожигов Л.С., Митрофанов А.С., Толстолуцкая Г.Д., Василенко Р.Л., Руденко А.Г., Ружицкий В.В. [и др.]. Комплексные исследования металла барабанов котлов тепловых электростанций // Теплоэнергетика. 2017. № 5. С. 40–47. https://doi.org/10.1134/S004036361705006X.Ozhigov L.S., Mitrofanov A.S., Tolstolutskaya G.D., Vasilenko R.L., Rudenko A.G., Ruzhytskyi V.V., et al. Comprehensive investigation of the metal in drums of boilers at thermal power stations. Teploenergetika = Thermal Engi-neering. 2017;5:40-47. (In Russ.). https://doi.org/10.1134/S004036361705006X.Султанов М.М., Байдакова Н.В., Афонин А.В. Анализ оценки технического состояния оборудования генерирующих систем // Альтернативная и интеллектуальная энергетика: матер. II Междунар. науч.-практ. конф. (г. Воронеж, 16–18 сентября 2020 г.). Воронеж: ВГТУ, 2020. С. 312–313.Sultanov M.M., Bajdakova N.V., Afonin A.V. Analysis of the technical condition assessment of generating system equipment. Al'ternativnaya i intellektual'naya energetika: materialy II Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj kon-ferencii = Alternative and intelligent power engineering: materials of the 2nd International scientific and practical conference. 16–18 September 2020. Voronezh, Voronezh State Technical University; 2020;312-313. (In Russ.).Косинов Ю.П., Романов А.А., Трофимов Ю.В. Совершенствование ремонта энергетического оборудования для обеспечения надежной его эксплуатации за пределами паркового ресурса и сроков службы / Тригенерация [Электронный ресурс]. URL: http://www.combienergy.ru/stat/691-Sovershenstvovanieremontaenergeticheskogo-oborudovaniya (12.03.2022).Kosinov Yu.P., Romanov A.A., Trofimov Yu. V. Improving power equipment repair to ensure its reliable operation beyond the fleet life and service life. Trigeneratsiya. Avail-able from: http://www.combienergy.ru/stat/691-Sovershenstvovanie-remontaenergeticheskogo-oborudovaniya [Accessed 12th March 2022]. (In Russ.).Grabchak E.P. Assessment of technical condition of power equipment in digital economy // Safety and reliability of the electric power industry. 2017. Vol. 10. Iss. 4. Р. 268–274. https://doi.org/10.24223/1999-5555-2017-10-4-268-274.Grabchak E.P. Assessment of technical condition of power equipment in digital economy. Safety and reliability of the electric power industry. 2017;10(4):268-274. https://doi.org/10.24223/1999-5555-2017-10-4-268-274.Kuryanov V.N., Sultanov M.M., Kuryanova E.V., Skopova E.M. Mathematical model of the processes of restoration of power equipment in power systems by criterion of the index of technical condition // Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1683. Р. 042041. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1683/4/042041.Kuryanov V.N., Sultanov M.M., Kuryanova E.V., Skop-ova E.M. Mathematical model of the processes of restoration of power equipment in power systems by cri-terion of the index of technical condition. Journal of Physics: Conference Series. 2020;1683:042041. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1683/4/042041.Sultanov M.M., Tyagunov M.G., Baydakova N.V. Procedure for assessment of technical condition of equipment of generating systems taking into account control effects on the basis of data management complex of monitoring and diagnostics system // Journal of Physics Conference Series. 2020. Vol. 1683. Iss. 4. Р. 042035. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1683/4/042035.Sultanov M.M., Tyagunov M.G., Baydakova N.V. Procedure for assessment of technical condition of equipment of generating systems taking into account control effects on the basis of data management complex of monitoring and diagnostics system. Journal of Physics Conference Series. 2020;1683(4):042035. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1683/4/042035.Kokorin E.L., Khalyasmaa A.I. Electrical equipment condition based maintenance strategy // International Conference and Exposition on Electrical and Power Engineering. 2016. https://doi.org/10.1109/ICEPE.2016.7781439.Kokorin E.L., Khalyasmaa A.I. Electrical equipment condition based maintenance strategy. In: International Conference and Exposition on Electrical and Power Engi-neering. 2016. https://doi.org/10.1109/ICEPE.2016.7781439.Султанов М.М., Аракелян Э.К., Шестопалова Т.А., Смирнов А.А., Горбань Ю.А. Усовершенствование информационного обеспечения надежности и безопасности энергетического оборудования современных генерирующих систем на основе цифровой технологии «Блокчейн» // Новое в российской электроэнергетике. 2019. № 1. С. 6–13.Sultanov M.M., Arakelyan E.K., Shestopalova T.A., Smirnov A.A., Gorban Yu.A. Improving information support of reliability and safety of modern generating system power equipment based on Blockchain digital technology. Novoe v rossijskoj elektroenergetike. 2019;1:6-13. (In Russ.).Моисеев Д.О., Охлопков А.В. Исследование особенностей эксплуатации паровых энергетических котлов при замене главного сепарационного устройства // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: тез. докл. XXVIII Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов (г. Москва, 17–19 марта 2022 г.). М.: Радуга, 2022. С. 705.Moiseev D.O., Okhlopkov A.V. Studying operation features of steam power boilers under main separator replacement. In: Radioelektronika, elektrotekhnika i energetika: te-zisy dokladov XXVIII Mezhdunarodnoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii studentov i aspirantov = Radio electronics, electrical engineering and energy: abstracts of the 28th International Scientific and Technical Conference of students and postgraduates. 17–19 March 2022, Moscow, Moscow: Raduga; 2022, p. 705. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.