image
energas.ru

Газовая промышленность Спецвыпуск № 3 2018

Актуальная тема

01.09.2018 11:00 ОСВОЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВА И РЕМОНТА ЗАПАСНЫХ ЧАСТЕЙ, НЕОБХОДИМЫХ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПЛАНОВЫХ РЕМОНТОВ ГТУ SGT-600 ГПА «БАЛТИКА-25», В УСЛОВИЯХ РОССИЙСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ
В настоящее время одним из актуальных направлений импортозамещения в ПАО «Газпром» является локализация производства комплектующих газоперекачивающих агрегатов зарубежного производства в условиях российских предприятий. В частности, газоперекачивающий агрегат «Балтика-25» скомпонован на основе газотурбинной установки SGT-600 и центробежного компрессора типа 12MV2A. В ПАО «Газпром» эксплуатируются шесть газоперекачивающих агрегатов «Балтика-25», которые смонтированы и введены в эксплуатацию в 2006–2007 гг. Ввиду отсутствия на территории Российской Федерации локализованного производства и ремонта запасных частей для данных агрегатов, а также введения режима санкционных ограничений работы по импортозамещению запасных частей для «Балтики-25» были включены в планы ПАО «Газпром». Исполнителем по реализации данных работ выбрано ООО «Газпром центрремонт», для чего заключен договор на выполнение опытно-конструкторских и технологических работ по теме «Разработка технологии выполнения ремонта и производства запасных частей ГТУ SGT-600 ГПА «Балтика-25». В качестве соисполнителей ООО «Газпром центрремонт» привлечены ОАО «Газэнергосервис» и АО «Металлист-Самара». Заказчиками данной работы от ПАО «Газпром» выступили департаменты под руководством П.В. Крылова и С.В. Скрынникова.
Ключевые слова: ЗАПАСНЫЕ ЧАСТИ, КОНСТРУКТОРСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ, ИССЛЕДОВАНИЕ, ИЗГОТОВЛЕНИЕ, РЕМОНТ, ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА, ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИЙ АГРЕГАТ.
Открыть PDF


Надежная и безопасная эксплуатация газоперекачивающих агрегатов (ГПА) «Балтика-25» требует периодического технического обслуживания и ремонта с заменой выработавших ресурс комплектующих. Система планово-предупредительных ремонтов данных ГПА предусматривает проведение плановых ремонтов (инспекций) с заданной периодичностью (табл. 1) и поэтапное увеличение объема работ и номенклатуры заменяемых запасных частей в рамках ремонтного цикла.

До недавнего времени материально-технические ресурсы (МТР) для обеспечения технического обслуживания и ремонта (ТОиР) ГПА «Балтика-25» закупались за рубежом, что, учитывая внешнеполитическую обстановку и введенные санкции в отношении РФ, влечет за собой риски длительных поставок необходимых комплектующих, а также их высокую стоимость.

В связи с отсутствием необходимой для ремонта и изготовления запасных частей газотурбинных установок (ГТУ) SGT-600 ГПА «Балтика-25» технической документации локализация производства необходимых МТР на российских предприятиях была невозможна. Освоение изготовления МТР при незначительном количестве ГПА также было затруднительно ввиду необходимости больших финансовых затрат на освоение при незначительном объеме будущих поставок МТР.

 

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Была поставлена задача снижения импортозависимости, оптимизации затрат, уменьшения сроков изготовления, поставки запасных частей и комплектующих, используемых при проведении ТОиР ГТУ SGT-600 ГПА «Балтика-25» на объектах ПАО «Газпром» за счет локализации производства и ремонта запасных частей и комплектующих на российских предприятиях.

В соответствии с поставленной задачей было необходимо выполнить разработку конструкторской документации (КД), подбор отечественных аналогов материалов и покрытий, изготовление и испытание опытных образцов запасных частей, необходимых для проведения инспекций: рабочие лопатки 1-й и 2-й ступеней турбины высокого давления (ТВД), 1-й ступени силовой турбины (СТ); направляющие лопатки 1-й и 2-й ступеней ТВД; бандажные уплотнения 1-й и 2-й ступеней ТВД и 1-й ступени СТ; комплект расходных запасных частей; камера сгорания. Также было необходимо разработать документацию на ремонт направляющих лопаток 1-й и 2-й ступеней ТВД.

Разработка КД выполнялась методом реинжиниринга оригинальных запасных частей. На рисунке представлен порядок проведения таких работ на примере реинжиниринга охлаждаемых рабочих лопаток 1-й ступени ТВД ГТУ SGT-600.

В процессе выполнения работ были проведены исследования оригинальных запасных частей: определены расходные характеристики, проведены исследования химического состава образцов с определением оригинальной марки материала, исследованы химический состав покрытий с определением толщины диффузионного слоя и способы их нанесения, пределы выносливости рабочих лопаток.

 

ЭКСПЕРИМЕНАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ

В ходе исследований выявлено, что материалом рабочих лопаток является сплав Inconel 792-5A (IN792-5A), направляющие лопатки выполнены из сплава Inconel 939 (IN939). Все лопатки изготовлены методом равноосного литья. Покрытия трактовых поверхностей содержат платину, алюминий, хром; использован гальванический метод нанесения покрытия с последующим газовым или порошковым хромоалитированием (алитированием). Покрытия внутренних поверхностей содержат алюминий и хром; метод нанесения покрытия – порошковое хромоалитирование (алитирование).

Материалы, используемые для изготовления оригинальной камеры сгорания, – сплавы Hastelloy X и EN 1.4835, покрытие ZrO2 – 8 % Y2О3.

По результатам сканирования наружных и внутренних поверхностей были созданы 3D-модели и разработаны комплекты КД на лопатки.

Для производства опытных образцов лопаток разработана КД и изготовлена формообразующая и контрольная оснастка: пресс-формы керамических стержней, пресс-формы моделей, драйеры моделей и керамических стержней, контрольно-измерительные приборы для контроля отливок двух наименований. Также разработана документация и изготовлена оснастка для механической обработки и нанесения покрытий.

Разработана КД на лопатку рабочую 1-й ступени ТВД, лопатку рабочую 1-й ступени СТ, пакет сопловых лопаток 1-й ступени ТВД, лопатку сопловую 2-й ступени ТВД. Разработана технологическая документация на изготовление рабочих и сопловых лопаток. Отработаны технология литья (с доработкой литейной оснастки) и циклы механической обработки.

На основе литературных данных, научно-исследовательских работ, а также опыта ОАО «Газ-энергосервис» по замене импортных материалов лопаточного аппарата турбин General Electric MS3000 и MS5000 на отечественные коррозионностойкие жаропрочные сплавы проведен анализ применяемых в РФ сплавов для рабочих и сопловых лопаток газотурбинных установок. С учетом требований к литым рабочим лопаткам турбины SGT-600 на сегодняшний день в РФ не имеется материала с аналогичными служебными характеристиками, которые можно было бы использовать в качестве замены сплава IN792-5A (табл. 2).

Авиационные некоррозионностойкие сплавы ЖС6К, ЖС26У и др. хотя и имеют сравнимые с IN792-5A характеристики жаропрочности, но уступают ему по коррозионной стойкости не менее чем в 10 раз, что в случае потери сплошности покрытия при эксплуатации приведет к питтинговой коррозии и снижению заданного ресурса.

Коррозионностойкие сплавы типа ЧС70, ЧС88, ЦНК-7П имеют высокое сопротивление коррозии, но уступают IN792-5A по жаропрочности около 10 %, что также приводит к ограниченному ресурсу рабочих лопаток. Таким образом, использование существующих отечественных материалов не позволит обеспечить требуемые коэффициенты запаса прочности и ресурса рабочих лопаток турбины SGT-600.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

В ходе рабочих совещаний представителей ООО «Газпром центрремонт» и АО «НПО «ЦНИИТМАШ» была отмечена целесообразность проведения работ по доработке сплава IN792-5A в пределах марочного состава (повысить его структурную стабильность, нивелировать выпадение охрупчивающих фаз и эвтектических образований, повысить пластичность). Опираясь на опыт ГНЦ РФ АО «НПО «ЦНИИТМАШ» в области совершенствования и разработки коррозионностойких жаропрочных сплавов и технологических процессов производства рабочих и сопловых лопаток газотурбинных двигателей, была подана заявка на изобретение № 2018117928 от 15.05.2018. Разработанная композиция в равноосном состоянии не уступает зарубежному сплаву IN792-5A (табл. 3).

Несмотря на то что новая композиция коррозионностойкого сплава находится в пределах базового химического состава сплава IN792-5A, целесообразным является проведение испытаний для доказательства нахождения служебных характеристик нового сплава в пределах генерального распределения сертификационных данных зарубежного IN792-5A и получение паспорта на сплав.

Доработка зарубежного IN792-5A стала вынужденным мероприятием, поскольку, как было показано в [1], в сплаве IN792-5A в процессе наработки выделяется 4–5 % охрупчивающей -фазы, снижающей служебные характеристики, а также значительное количество эвтектических фаз, не участвующих в упрочнении материала.

В настоящее время в ОАО «Газ-энергосервис» проводятся испытания на длительную прочность отдельно отлитых образцов из сплавов Inconel792, ЧС88У-ВИ и ЦНК-7П для построения температурно-ресурсных зон работоспособности материалов. Предварительные результаты испытаний при различных температурах представлены в табл. 4.

В ОАО «Газэнергосервис» проведены испытания рабочих лопаток из сплавов ЧС88У-ВИ и IN792-5A на выносливость. Испытания прошли успешно. Лопатки из обоих материалов выдержали заданные циклические нагрузки. По результатам проведенной работы следует вывод о возможности применения отечественного сплава ЧС88У-ВИ как наиболее подходящего для изготовления рабочих лопаток турбины ГТУ SGT-600. Но для опытной эксплуатации рабочих лопаток из сплава ЧС88У-ВИ требуется ввести ограничения по ресурсу в связи с несколько сниженными свойствами сплава ЧС88У-ВИ по сравнению с IN792-5A. После выработки 20 тыс. экв. ч необходимо будет выполнить металлографические исследования микроструктуры и механических свойств материала лопаток, по результатам исследований сделать выводы о возможности продолжения эксплуатации до наработки 40 тыс. экв. ч.

Для изготовления сопловых лопаток турбины SGT-600 на территории РФ целесообразно использовать отечественный коррозионностойкий сплав ЦНК-21 [2]. Сплав ЦНК-21 не уступает импортному IN939 по служебным характеристикам и имеет наработку более 100 тыс. ч на газоперекачивающих агрегатах ПАО «Газпром».

В рамках работ по освоению технологии ремонта сопловых лопаток 1-й и 2-й ступеней ТВД ОАО «Газэнергосервис» совместно с компанией ООО «НПП «Уралавиаспецтехнология» выполнено исследование лопаток с наработкой с начала эксплуатации 20 548 и 49 528 экв. ч соответственно. Разработаны критерии дефектации. В ОАО «Газэнергосервис» проводятся опытные работы по восстановлению сопловых лопаток. В соответствии с результатами данных работ будут подготовлены рекомендации по выполнению ремонтов сопловых лопаток.

Ведется освоение комплексного восстановительного ремонта камеры сгорания ГТУ SGT-600. Разработана документация, изготовлена оснастка и проведены работы по разрезке камеры сгорания на наружный и внутренний корпусы. Отработана технология снятия старого и нанесения нового теплозащитного покрытия. Изготовлена оснастка для раскатки колец внутреннего корпуса и оснастка для сварки корпусов в блок камеры сгорания, разработана технология сварки штатного материала, успешно проведены опытные работы. Разработана КД и изготовлены отдельные дефектные детали для замены в процессе опытных ремонтов (например, детали для ремонта фланцев патрубков впуска газа, кольца внутреннего корпуса и т. д.).

Силами инженерно-технических подразделений ООО «Газпром центрремонт» исследована имеющаяся в наличии на компрессорных станциях документация на ГТУ SGT-600 ГПА «Балтика-25», на месте проведения ремонтных работ оборудования изучены места установки, условия работы и методы монтажа запасных частей, заменяемых при ТОиР ГПА «Балтика-25», ведется разработка технологической документации по ремонту ГПА Балтика-25 в «полевых» условиях. Это позволит проводить разборочно-сборочные работы на ГПА силами работников АО «Газпром центрэнергогаз» без привлечения иностранных специалистов. В частности, в высокой степени готовности находятся документы, представленные в табл. 5.

Следует отметить, что одновременно с проведением вышеуказанных работ в целях обеспечения в 2017 г. запасными частями ремонта агрегата ст. № 52 на КС «Вуктыльская» ООО «Газпром трансгаз Ухта», а также для оценки результатов работ по изготовлению оснастки было принято решение об изготовлении опытных образцов лопаток из оригинальных импортных материалов (рабочих лопаток 1-й и 3-й ступеней из импортного сплава IN792-5A, направляющих лопаток 2-й ступени турбин ГТУ из импортного сплава IN939), комплекта расходных запасных частей, а также восстановлении комплектов бандажных уплотнений 1-й ступени ТВД и 1-й ступени СТ в условиях ОАО «Газэнергосервис».

В процессе изготовления и испытаний опытных образцов проводилась корректировка конструкторской и технологической документации.

После прохождения запасными частями всех видов необходимого контроля и испытаний, включая усталостные испытания рабочих лопаток, опытные комплекты были направлены в ООО «Газпром трансгаз Ухта» для проведения эксплуатационных испытаний по соответствующим программам и методикам, согласованным в ПАО «Газпром».

При монтаже рабочих лопаток были выявлены незначительные проблемы по сопрягаемым размерам, которые были устранены в кратчайшие сроки. Для исключения данных проблем была выполнена корректировка КД и принято решение об изготовлении имитатора диска для выполнения контрольного облопачивания 1-й и 2-й ступеней ТВД и 1-й ступени СТ.

В рамках обеспечения запасными частями инспекции того же агрегата был проведен восстановительный ремонт камеры сгорания ГТУ SGT-600 в АО «Металлист-Самара». При ремонте данной камеры были изготовлены и заменены отдельные дефектные элементы и проводилась замена защитного покрытия.

В 2018 г. опытные комплекты запасных частей успешно прошли 72-часовые испытания. В настоящее время наработка составляет ≈900 календарных ч (≈700 экв. ч.), эксплуатационные испытания продолжаются.

 

ВЫВОДЫ

Тема статьи является одним из направлений работ по импортозамещению технологий ремонта оборудования и производства комплектующих для импортных ГПА, установленных на компрессорных станциях ПАО «Газпром», проводимых департаментами сов-местно с ООО «Газпром центр-ремонт» в течение ряда последних лет.

На сегодняшний день продолжение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ призвано определить наиболее перспективные патентозащищенные материалы, а также технологии изготовления и ремонта компонентов ГТУ SGT-600 на территории РФ.

Освоение на предприятиях РФ изготовления и ремонта запасных частей ГТУ SGT-600 ГПА «Балтика-25» в совокупности с разработкой технологии выполнения ремонта в «полевых» условиях, проводимой инженерно-техническими подразделениями ООО «Газпром центр-ремонт», позволит Департаменту, отвечающему за реализацию единой корпоративной политики ПАО «Газпром» в области капитального ремонта, оптимизировать процесс проведения ТОиР ГПА «Балтика-25» путем уменьшения сроков изготовления и поставки запасных частей для ремонтов ГТУ SGT-600, снижения затрат на их приобретение, а также выполнения ремонтных работ по разборке-сборке ГТУ без привлечения иностранных специалистов.

Таблица 1. Периодичность проведения плановых ремонтов в соответствии с документацией производителяTable 1. Frequency of planned repairs in accordance with the manufacturer's documentation

Суммарная эквивалентная наработка, ч × 103

Total equivalent operating time, h × 103

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

Схема уровня 

Level scheme

A

B

A

C

A

B

A

C

A

B

A

C

 

Таблица 2. Служебные характеристики сплавов с равноосной структурой для рабочих лопаток ГТУTable 2. Service characteristics of alloys with equiaxial structure for working blades of the gas turbine unit

Характеристики сплава

Alloy characteristics

IN792-5A

ЧС88У

ChS88U

ЧС70У

ChS70U

ЖС26К

ZhS26K

ЖС6К

ZhS26K

ЦНК-7П(М)

TsNK-7P(M)

Упрочняющая '-фаза

Strengthening '-phase

Объем '-фазы, ат. %

Volume of the '-phase, at. %

53,5

47,6

45,2

44,1

58,1

48,0

Температура растворения '-фазы, °C

Temperature of the '-phase dissolution, °C

1172

1202

1193

1265

1230

1201

Несоосность при 850 °C

Mismatch at 850 °C

–0,002

–0,007

–0,008

–0,004

–0,010

–0,005

Количество неравновесной эвтектической '-фазы, межось-литой, %

Amount of nonequilibrium eutectic '-phase, inter-casting, %

4,0-5,0

≤3,0

≤2,0

≤1,0

3,0-4,0

≤1,0

Плотность, т/м3

Density, t/m3

8,36

8,19

8,21

8,5

8,09

8,18

Структурная стабильность по ФАКОМП – критическая величина Md ≤ 0,928, осредненная с ТО

Structural stability by the Federal Agency of Production Complement – critical value Md ≤ 0.928 averaged with maintenance

0,933, -фаза – 3–4 %

(-phase is 3–4 %)

0,928, -фазы <1 %

(-phase is <1 %)

0,928, -фазы <1 %

(-phase is <1 %)

0,889, -фазы нет

(-phase is absent)

0,940,  -фазы 3–4 %

(-phase is 3–4 %)

0,920, -фазы нет

(-phase is absent)

Длительная прочность, ч

Long-term strength, h

6750 × 103

530

484

481

613

572

534

6850 × 103

279

268

268

344

309

262

6900 × 103

190

180

180

253

218

185

6982 × 102

147

140

139

209

173

141

Сравнительная коррозионная стойкость

Comparative corrosion resistance

lg Metal loss (IN792 = –0,26)

–0,086

–1,372

–1,331

1,328

0,335

–1,415

lg Corros rate (IN792 = –0,1)

0,143

0,115

0,112

1,179

0,816

0,208

Условная стоимость литой шихтовой заготовки, $/т

Conditional cost of a charge cast section, $/t

22 020

12 178

11 748

13 855

10 594

11 213

 

Таблица 3. Служебные характеристики сплавов для литья рабочих лопаток ГТУ с равноосной структуройTable 3. Service characteristics of alloys for casting turbine blades with equiaxial structure

Характеристики сплава

Alloy characteristics

ЦНК-7П

TsNK-7P

IN792-5A

ЖС6К

ZhS6K

Новый сплав

New alloy

Количество неравновесной эвтектической фазы, межось-литой, %

Amount of nonequilibrium eutectic phase, inter-casting, %

1,5

4,5

7,0

1,5

Структурная стабильность по ФАКОМП:

Structural stability by the Federal Agency of Production Complement:

Md ≤ 0,928, осредненная с ТО

Md ≤ 0.928 averaged with maintenance

0,920, -фазы нет

(-phase is absent)

0,933, -фаза ~4,5 %

(-phase is ~4.5 %)

0,933, -фаза ~4,5 %

(-phase is ~4.5 %)

0,928, -фазы нет

(-phase is absent)

Nv ≤ 2,31

2,29

2,387

2,392

2,29

Длительная прочность, ч

Long-term strength, h

6750 × 103

534

568

572

567

6850 × 103

262

279

270

277

6870 × 103

228

243

233

241

Сравнительная коррозионная стойкость

Comparative corrosion resistance

lg Metal loss (JN792 = –0,26)

–1,245

–0,161

–0,369

–0,249

lg Corros rate (JN792 = 0,1)

0,150

0,131

–0,014

0,075

 

Таблица 4. Усредненные предварительные результаты испытаний на длительную прочность образцов из сплавов Inconel792, ЧС88У-ВИ и ЦНК-7ПTable 4. Averaged preliminary results of tests for long-term strength of samples from Inconel792, ChS88U-VI and TsNK-7P alloys

Температура испытаний, °C

Test temperature, °C

Нагрузка , МПа

Load , MPa

Inconel 792

ЧС88У-ВИ

ChS88U-VI

ЦНК-7П

TsNK-7P

Время до разрушения, ч

Time to failure, h

, %

, %

Время до разрушения, ч

Time to failure, h

, %

, %

Время до разрушения, ч

Time to failure, h

, %

, %

900

330

58,1

6,96

11,4

42,3

7,5

10,9

17,5

5,85

4,55

800

600

31,0

8,8

13,1

550

44,4

6,2

11,1

34,4

8,6

7,8

600

1050

47,0

13,6

16,8

38,4

11,1

13,5

975

49,5

8,4

12,1

 

Таблица 5. Документация по ремонту ГТУ SGT-600 в условиях компрессорных станций, разрабатываемая ООО «Газпром центрремонт»Table 5. Repair documentation for the SGT-600 gas turbine unit in the conditions of compressor stations, developed by Gazprom tsentrremont LLC

Документ

Document

Перечень технологических карт

List of technological cards

Комплект технологических карт на замену (демонтаж, монтаж) газогенератора

Set of technological cards for replacement (dismantling, installation) of gas generator

Газогенератор. Разъединение (соединение) газогенератора и СТ. Осевое перемещение газогенератора

Gas generator. Disconnection (connection) of the gas generator and power turbine. Axial movement of gas generator

Газогенератор. Монтаж, демонтаж приспособлений для извлечения газогенератора

Gas generator. Installation, dismantling of tools for extraction of gas generator

Газогенератор. Демонтаж, установка на ремонтной площадке, монтаж газогенератора

Gas generator. Dismantling, installation on the repair site, installation of the gas generator

Комплект технологических карт на замену рабочих лопаток и сопловых аппаратов 1-й, 2-й ступеней турбины

Set of technological cards for the replacement of working blades and fuel nozzles of the 1st and 2nd stages of the turbine

Газогенератор. Демонтаж, монтаж корпуса турбины

Gas generator. Dismantling, installation of the turbine housing

Газогенератор. Демонтаж, монтаж дисков 1-й, 2-й ступеней, сопловых аппаратов 2-й ступени турбины

Gas generator. Dismantling, installation of disks of the 1st and 2nd stages, fuel nozzles of the 2nd stage of the turbine

Газогенератор. Демонтаж, монтаж рабочих лопаток 1-й ступени турбины

Gas generator. Dismantling, installation of working blades of the 1st stage of the turbine

Газогенератор. Демонтаж, монтаж рабочих лопаток 2-й ступени турбины

Gas generator. Dismantling, installation of working blades of the 2nd stage of the turbine

Газогенератор. Разборка, сборка сопловых аппаратов 2-й ступени турбины

Gas generator. Disassembly, assembly of fuel nozzles of the 2nd stage of the turbine

Газогенератор. Демонтаж, монтаж сопловых аппаратов 1-й ступени турбины

Gas generator. Dismantling, installation of fuel nozzles of the 1st stage of the turbine

Газогенератор. Разборка, сборка сопловых аппаратов 1-й ступени турбины 

Gas generator. Disassembly, assembly of fuel nozzles of the 1st stage of the turbine

Комплект технологических карт на замену сопловых аппаратов 3-й, 4-й ступеней СТ

Set of technological cards for replacement of fuel nozzles of the 3rd and 4th stages of the power turbine

СТ. Демонтаж, монтаж соплового аппарата 3-й ступени

Power turbine. Dismantling, installation of the fuel nozzles of the 3rd stage

СТ. Демонтаж, монтаж соплового аппарата 4-й ступени

Power turbine. Dismantling, installation of the fuel nozzles of the 4th stage

Комплект технологических карт на замену рабочих лопаток 3-й, 4-й ступеней СТ

Set of technological cards for replacement of working blades of the 3rd and 4th stages of the power turbine

СТ. Демонтаж, монтаж рабочих лопаток 3-й ступени

Power turbine. Dismantling, installation of working blades of the 3rd stage

СТ. Демонтаж, монтаж рабочих лопаток 4-й ступени

Power turbine. Dismantling, installation of working blades of the 4th stage

 




← Назад к списку