Entretien et mises à niveau de la chaudière

La réduction des temps d’arrêt de la chaudière – en particulier en cas de défaillance des tubes – exige une vigilance constante.

Les pannes de tubes de chaudière, en particulier dans les centrales électriques au charbon, continuent d’être la principale cause des pannes forcées des chaudières. Cependant, si une fuite de tube est détectée tôt, des dommages plus graves aux tubes et aux bancs de tubes environnants peuvent être évités. Les méthodes courantes pour déterminer les fuites dans les tubes à leur stade précoce sont la surveillance acoustique en ligne et les tests non destructifs hors ligne. Un logiciel est également disponible pour documenter et analyser le problème des fuites prématurées des tubes.

Bien que la plupart des anciennes centrales au charbon aient été conçues pour un fonctionnement en charge de base, nombre de ces centrales sont maintenant exploitées comme des unités cyclables. Malheureusement, étant donné que les unités n’étaient généralement pas conçues pour un fonctionnement cyclique, divers problèmes se sont posés avec les pièces sous pression et les systèmes vapeur / eau. Un changement dans l’absorption de chaleur du changement de combustible peut également causer des problèmes de tube.

Le cyclisme peut entraîner divers problèmes:

 

  • Mauvaise charge suite
  • Augmentation des temps d’arrêt et des coûts de maintenance
  • Surchauffe du tube et capacité de la chaudière limitée.

De plus, il existe un risque de dépôt excessif d’eau en raison du faible débit, des fluctuations du contrôle de l’eau d’alimentation et de la fissuration et de la déformation du collecteur.

Améliorations de la circulation

Selon Babcock & Wilcox (B&W), les problèmes de fonctionnement liés au cycle de chaudière sont très complexes. Une chute de pression ou un changement de débit apparemment faible dans une zone peut entraîner une détérioration importante dans d’autres parties de la chaudière. Néanmoins, avant de remédier à ces problèmes, il est recommandé que les services publics effectuent une analyse détaillée de la circulation de la conception existante de la chaudière.

La surchauffe des tubes de chaudière de paroi d’aile dans une grande chaudière à tambour de service public de l’Ouest a rendu la chaudière incapable de fonctionner à pleine charge. Après avoir effectué une évaluation technique détaillée et une étude du modèle de la conception originale de la chaudière, B&W a déterminé que la surchauffe était due à de faibles vitesses d’écoulement et à un déséquilibre de débit. En conséquence, une ébullition vapeur / film s’est produite dans les tubes.

Après avoir installé des composants internes du tambour à faible perte de charge pour augmenter le débit, repensé les parois des ailes pour augmenter l’absorption de chaleur, augmenté l’angle des tubes du panneau et installé des tubes nervurés pour empêcher l’ébullition du film, le problème a été résolu.

En-têtes haute température

Selon B&W, comme les en-têtes de surchauffeur et de sortie de réchauffage sont exposés à des températures supérieures à 900 ° F, ils présentent certains des problèmes de conception les plus difficiles. Heureusement, ils offrent également certaines des meilleures opportunités pour améliorer le fonctionnement et l’efficacité des chaudières.

Dans des conditions de fonctionnement normal de la chaudière, les collecteurs de surchauffe et de réchauffage subissent un fluage à haute température qui réduit la durée de vie des collecteurs. De plus, les contraintes thermiques et mécaniques dues aux opérations de cyclage, lorsqu’elles sont combinées au fluage, peuvent conduire à une défaillance des collecteurs beaucoup plus tôt que le fluage seul.

Pour surmonter les problèmes de collecteurs dus aux températures élevées, une combinaison de modifications de conception et de matériaux peut améliorer la durée de vie et les performances de la chaudière et des collecteurs. L’utilisation de buses de sortie forgées plutôt que soudées est une option. De même, augmenter l’espacement des ligaments en étalant les pénétrations de la tête autour de la circonférence de la tête, au lieu de les regrouper, réduira les zones de stress élevé.

Surchauffeurs, réchauffeurs et économiseurs

Étant donné que tous les charbons n’ont pas les mêmes caractéristiques de cendres, le changement de combustible pour réduire les coûts d’exploitation et / ou les émissions peut entraîner un scories excessives de surface et un encrassement des surchauffeurs, des réchauffeurs et des économiseurs.

Etant donné qu’une augmentation du laitier augmente la température du gaz de sortie du four, cela peut provoquer une surchauffe du surchauffeur et des débits excessifs de l’atténuateur. Selon B&W, les débits accrus de l’attemperator réduisent l’efficacité globale du cycle et, dans certains cas, limitent la charge de la chaudière en raison d’une capacité de pulvérisation insuffisante.

Heureusement, il existe des solutions pour réduire et / ou éliminer les scories et l’encrassement. Dans la zone de température basse pression d’une passe de convection, l’économiseur peut être amélioré pour réduire l’encrassement, la perte de pression, le colmatage des cendres et limiter la corrosion et l’érosion. Certaines des améliorations comprennent la refonte de l’espacement et des agencements des tubes, la modification de la vitesse du gaz et l’ajout de barrières contre l’érosion et de boucliers anti-suie. De même, la refonte de l’arche du four permettra une distribution plus uniforme du débit de gaz.

Améliorations des murs de la fournaise

Bien que la stratification soit un problème majeur dans certaines chaudières, il est possible de remédier au problème en modifiant la géométrie du four. Tim Ristau de Foster Wheeler, vice-président exécutif, a déclaré qu’un client du nord-est avait rencontré des problèmes de stratification dans une zone de sa chaudière où le gaz sort du four. Cette condition a entraîné une érosion anormale des pièces sous pression et des défaillances ultérieures des tubes.

Selon Ristau, le problème de stratification a été résolu par l’installation d’une section de nez qui redirige le flux de gaz vers la paroi arrière de la chaudière. Depuis l’installation de la section de nez, la stratification dans cette zone de la chaudière a été éliminée. La modification a également permis de réduire les vibrations des tubes de la lunette arrière, de réduire la surchauffe et l’érosion du réchauffeur de premier passage, et de réduire l’érosion sur les tubes de la lunette arrière et le fond du four près des parois latérales. En raison du succès de ce projet, Foster Wheeler travaille avec d’autres services publics pour obtenir des avantages similaires en utilisant cette approche.

L’érosion des tubes de chaudière au coin du feu, en particulier dans la gorge du brûleur des installations à faible émission de NOx, peut être un problème majeur. Cependant, ce problème peut être résolu en ajoutant un recouvrement de soudure à 360 degrés aux tubes dans la zone du col du brûleur. Cette mise à niveau nécessite le retrait des anciennes parois et leur remplacement par de nouvelles parois tubulaires avec recouvrement de soudure à 360 degrés. Le recouvrement de soudure s’étend juste au-dessus de l’ouverture supérieure de l’orifice d’air. Un service public du Midwest a modernisé deux de ses unités avec des parois de four de recouvrement de soudure, Des unités supplémentaires sont en cours de modification.

Pour réduire les problèmes de chaudière au niveau des unités de cyclage conçues à l’origine pour un fonctionnement en charge de base, Foster Wheeler propose l’utilisation d’un alliage de chrome plus élevé pour les collecteurs et les tubes. L’utilisation d’un matériau à plus de chrome permet aux collecteurs et aux tubes de la chaudière d’être fabriqués avec un matériau plus mince et plus léger, dit Ristau. Étant donné que les parois plus minces réduisent les problèmes de dilatation, elles réduisent également considérablement la contrainte sur la chaudière pendant le fonctionnement cyclique.

Nettoyage de la surface du four

Garder propre la surface des parois des tubes du four d’une chaudière est essentiel pour optimiser le rendement et l’efficacité des unités de fonctionnement. AEP a récemment terminé un test de performance du système de nettoyage de four SmartCannon de Clyde Bergemann pour améliorer l’efficacité de la chaudière. Le système SmartCannon a été testé sur l’unité 2 de la centrale électrique de Gavin, une chaudière murale Babcock & Wilcox de 1300 MW brûlant du charbon bitumineux de l’Est. Selon Randy Sheidler, coordinateur senior, AEP Gavin, le test de performance SmartCannon avait trois objectifs:

 

  • Réduire la température de sortie du four
  • Réduisez les émissions de NOx
  • Améliorez l’efficacité de l’usine

 

Pour nettoyer le four de l’élévation du nez jusqu’à juste au-dessus des tubes de la pente inférieure, quatre SmartCannons ont été installés au-dessus des brûleurs supérieurs sur l’élévation du 9e étage de l’unité 2. Deux canons ont été installés sur la paroi avant et deux sur la paroi arrière. Les parois latérales de la chaudière sont divisées en deux sections.

Afin de fournir un retour d’information sur l’efficacité de nettoyage des canons, 24 capteurs de flux thermique ont été installés. Une pompe a fourni de l’eau pour les canons à différents débits et pressions. De même, les données des thermocouples à haute température, installés à la hauteur du 13e étage de la chaudière, ont été utilisées pour évaluer les performances du canon.

Au cours de la période d’essai de trois jours, du 11 au 13 mars 2003, la réduction des NOx a été en moyenne de 5,1%, tandis que le taux de chaleur a été réduit de 25 Btu / kWh en moyenne. L’amélioration de la vitesse de chaleur provenait d’une meilleure absorption de chaleur dans le four, qui à son tour réduisait le débit de pulvérisation d’atténuation contrôlant la température de réchauffage. Bien que seule une légère augmentation de l’efficacité de la chaudière ait été observée, la température de sortie du gaz du four a été réduite d’environ 124 F.

Les canons installés pour le programme de test sont toujours utilisés sur l’unité 2. Quatre mois après l’installation des canons sur l’unité 2, l’usine est allée de l’avant et les a installés sur l’unité 1. Cependant, en raison de certains problèmes de fiabilité avec les canons, AEP n’installe pas les canons à eau, sur d’autres unités jusqu’à ce que les problèmes aient été résolus, dit Sheidler.

Suivi et documentation des fuites de tube

Dans de nombreux cas, les enregistrements des fuites des tubes de chaudière et de la manière dont elles ont été rectifiées sont conservés dans des usines individuelles et ne sont pas toujours partagés avec d’autres usines du parc d’un service public. En conséquence, les plantes individuelles ont tendance à analyser uniquement la cause profonde des fuites de tubes dans leur usine particulière. 

Malheureusement, là où les services publics d’électricité n’ont pas de procédures standard pour analyser, suivre les tendances et examiner l’entretien antérieur, ils ne peuvent pas générer de rapports intégrés montrant l’historique des pannes et des réparations effectuées sur plusieurs chaudières.

Pour résoudre ce problème, le service d’entretien chaudiere Paris 6 a développé un logiciel de défaillance des tubes de chaudière appelé «Aware Boiler Module». Le programme permet aux ingénieurs d’usine et au groupe d’ingénierie central d’un service public de surveiller et d’analyser en permanence les fuites des tubes de chaudière dans toutes les centrales électriques d’un service public. Une base de données commune à toutes les usines est accessible à partir de n’importe quel navigateur Web dans l’intranet de l’utilitaire. Il n’est pas nécessaire d’installer le logiciel sur des ordinateurs individuels de l’usine.

Des rapports standard de défaillance de tube et d’inspection sont fournis pour toutes les pièces sous pression de la chaudière. Les données comprennent un enregistrement de toutes les pannes et réparations de tubes, des lectures de test par ultrasons, leur emplacement et la cause de la panne. Selon ATI, les avantages de l’installation du logiciel de la chaudière comprennent:

 

  • Une réduction de 50% des pannes forcées causées par des pannes de tubes
  • Une réduction du temps d’analyse et de recherche manuelle des données
  • Une réduction de 50% du temps de rédaction des rapports
  • Moins de temps passé à justifier les réparations et les remplacements à la haute direction
  • Le potentiel d’économiser 5 000 $ / usine / année sur le coût de la collecte de données historiques pour les études d’évaluation de l’état.

Une interface graphique peut être utilisée pour superposer les données sur des dessins AutoCAD spécifiques aux composants. L’affichage graphique tend à donner une meilleure perspective des pannes des tubes de chaudière.

Dominion Generation a installé le logiciel Web Aware et l’interface graphique dans son siège social. L’accès au programme via l’intranet de l’entreprise est disponible pour toutes leurs centrales. Selon le service public, toutes les pannes forcées dues à des pannes de tubes de chaudière qui se produisent dans leurs usines sont désormais documentées dans le système. La capacité de centraliser les problèmes de tubes de chaudière dans tout leur parc a permis au service public de rationaliser et de normaliser les rapports et l’analyse internes des pannes de tubes de chaudière à partir d’un emplacement central.

Les chauffagistes plombiers Paris 6 sur site et au bureau central peuvent également partager des informations sur les défaillances des tubes de chaudière pour toutes les chaudières du service public. En utilisant ces informations, les ingénieurs sont en mesure de déterminer les pannes de tubes pour les chaudières de même conception et avec les mêmes conditions de fonctionnement. Les résultats de l’analyse des données sont également utilisés par Dominion pour déterminer l’étendue des travaux de planification et de gestion des pannes.

Selon Frank Timmons, ingénieur chaudronnerie, Dominion Generation, l’interface graphique a été utilisée pour développer des dessins CAO indiquant les dimensions, le nombre de tubes et les élévations. Ces informations sont transmises au planificateur des pannes qui peut alors faire fabriquer un panneau de remplacement ou une boucle de suspension.

Un autre avantage du programme est la budgétisation. Il n’est plus nécessaire de faire des hypothèses. Il est désormais possible de préparer, de recommander et de justifier les besoins et les dépenses d’entretien à la haute direction, dit Timmons.

Chaque usine Dominion dispose d’un coordinateur des pannes de tubes de chaudière qui est chargé d’identifier la défaillance des tubes et de saisir toutes les données dans la base de données historique. Cette personne s’assure également que l’usine est conforme à toutes les exigences des codes ASME et National Board.

En utilisant ce programme, Dominion prévoit réduire les pannes forcées d’au moins une par an tout en améliorant la fiabilité de l’approvisionnement en électricité pendant les mois de pointe d’été.

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