ANÁLISE DA VIDA REMANESCENTE E DO DANO ACUMULADO EM COMPONENTES DE PLANTAS TERMELÉTRICAS EXPOSTOS AOS MECANISMOS DE DANO POR FLUÊNCIA E FADIGA

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1 ANÁLISE A VIA REMANESENTE E O ANO AUMULAO EM OMPONENTES E PLANTAS TERMELÉTRIAS EXPOSTOS AOS MEANISMOS E ANO POR FLUÊNIA E FAIGA Bruno Reis ardoso Heloísa unha Furado arlos Frederico Troa Ma enro de Pesquisas de Energia Elérica EPEL Luiz Auguso de Mello Torres Luiz Felippe TRATEBEL ENERGIA III Seminário Nacional de Manuenção e Gesão de Aivos do Seor Elérico 29/9/214 a 3/1/214, Sanos, SP

2 TÓPIOS INTROUÇÃO o MOTIVAÇÃO o OBJETIVOS o PROJETO E PESQUISA ESENVOLVIO METOOLOGIA E AVALIAÇÃO E ANO o ABORAGENS PARA AVALIAÇÃO O ANO POR FLUÊNIA Parâmero de Larson-Miller Parâmero de Manson-Haferd Mecânica do dano o ABORAGENS PARA AVALIAÇÃO O ANO POR FAIGA urva de resisência à fadiga urvas de desgase cíclico PLATAFORMA OMPUTAIONAL TURBOIAG-SOMA o PRINIPAIS ARATERÍSTIAS o ARQUITETURA BÁSIA o RESULTAOS ISPONIBILIZAOS ONSIERAÇÕES FINAIS

3 INTROUÇÃO MATRIZ ENERGÉTIA NAIONAL o ~8% da geração é de origem hidráulica o 2ª maior fone de geração de energia é de origem érmica carvão, óleo combusível, biomassa, gás e nuclear ARATERÍSTIAS O ESPAHO AS USINAS TÉRMIAS o Não operam em base; operam de forma cíclica o Operam geralmene nos momenos de pico de energia o onseqüências: alo cuso de geração R$/MWh maeriais submeidos a carregamenos cíclicos érmico e mecânico o Ouro mecanismo de degradação enra em cena e compromee a segurança e inegridade esruural de componenes críicos: fadiga ermomecânica

4 INTROUÇÃO con. ARATERÍSTIAS O ESPAHO AS USINAS TÉRMIAS o Revisão das meodologias de avaliação de inegridade exisenes o Meodologias menos conservadoras, com sólida base cienífica e comprovação experimenal o Meodologias capazes de considerar a ineração fluência-fadiga OBJETIVOS esenvolver uma meodologia compuacional robusa e com acurácia saisfaória para previsão de dano e de vida remanescene em componenes críicos de usinas ermeléricas esenvolver uma plaaforma compuacional de fácil uilização por pare das equipes de operação e manuenção das usinas de modo a auomaizar a meodologia de avaliação de vida remanescene

5 INTROUÇÃO con. PROJETO INSTITUIONAL NO EPEL TURBOIAG Início: final de 28 Enrega: final de 214 EQUIPAMENTO E INTERESSE Turbina a vapor do complexo ermelérico de Jorge Lacerda PAREIROS NO PROJETO Empresas do grupo Elerobrás TRATEBEL ENERGIA OMPONENTES SELEIONAOS o Roor de ala pressão o Tubulação da carcaça exerna de ala pressão o aixa de válvula de bloqueio

6 METOOLOGIA E AVALIAÇÃO E ANO MEANISMOS E EGRAAÇÃO o Fluência: degradação do maerial em emperauras elevadas quando o mesmo é submeido a um carregameno mecânico esacionário o Fadiga ermomecânica: degradação do maerial quando o mesmo é submeido simulaneamene a ciclos de carregameno érmico e mecânico operação cíclica de uma usina ermelérica ABORAGENS PARA AVALIAÇÃO O ANO POR FLUÊNIA o Parâmero de Larson-Miller LM o Parâmero de Manson-Haferd MH o Teoria da mecânica do dano Kachanov-Rabonov-Penny KRP ABORAGENS PARA AVALIAÇÃO O ANO POR FAIGA o urva de resisência à fadiga do maerial RFM o urvas de desgase cíclico LE Objeivos: Esimaiva do empo de rupura R, do número de ciclos aé a iniciação de macrorincas N R, do dano oal acumulado aé a daa de avaliação

7 Tensão MPa METOOLOGIA E AVALIAÇÃO E ANO con. ETAPAS A ABORAGEM LM o Moniorameno das grandezas de processo da usina o Esimaiva da emperaura e da ensão mecânica no pono críico do componene de ineresse o Esimaiva do valor do PLM aravés da curva do maerial o Esimaiva do empo de rupura e do dano por fluência PLM rmov PLM T 2 log N O 1 R, R PLM x,1 urva de ensão mecânica versus PLM Para aço rmov

8 Tensão MPa METOOLOGIA E AVALIAÇÃO E ANO con. ETAPAS A ABORAGEM MH o Moniorameno das grandezas de processo da usina o Esimaiva da emperaura e da ensão mecânica no pono críico do componene de ineresse o Esimaiva do valor do PMH aravés da curva do maerial o Esimaiva do empo de rupura e do dano por fluência PMH PMH rmov T 37 N O 1 log R, R 17, PMH x 1 urva de ensão mecânica versus PMH para aço rmov

9 METOOLOGIA E AVALIAÇÃO E ANO con. ETAPAS A ABORAGEM KRP o Moniorameno das grandezas de processo da usina o Esimaiva da emperaura e da ensão mecânica no pono críico do componene de ineresse o Esimaiva do empo de rupura e do dano por fluência a parir da solução da equação de evolução do dano f f R T T A T d d , T T B R T A T T a a T T d A T d 1 AT, BT, T e T são coeficienes do maerial, obidos a parir do ajuse de dados experimenais exraídos de ensaio de fluência

10 METOOLOGIA E AVALIAÇÃO E ANO con. ETAPAS 1,E+1 A ABORAGEM RFM o Moniorameno das grandezas de processo da usina o Idenificação do início e do fim de cada ransiene de operação o Esimaiva da variação da emperaura de meal e da ensão mecânica no pono críico do componene de ineresse o Esimaiva da variação de deformação oal no pono críico % 1,E+ f T, o Esimaiva do número de ciclos a parir da curva de resisência à fadiga 1,E-1 1,E+2 1,E+3 1,E+4 1,E+5 NR iclos urva de resisência à fadiga do maerial F N n N 1 R,

11 METOOLOGIA E AVALIAÇÃO E ANO con. ETAPAS A ABORAGEM LE o Moniorameno das grandezas de processo da usina o Idenificação do início e do fim de cada ransiene de operação o Esimaiva da axa de aquecimeno ou resfriameno do vapor durane cada ransiene, T v / em o /h o Esimaiva da diferença enre a emperaura do vapor e a emperaura de meal, T vm em o o Esimaiva do dano por fadiga a parir do diagrama conendo as curvas de desgase T A 1 A 3 F T F A2 vm T F vm LE

12 METOOLOGIA E AVALIAÇÃO E ANO con. ÁLULO O ANO TOTAL AUMULAO T ÁLULO A VIA REMANESENTE O OMPONENTE F rem, R, base, n rem, NR, n bas e, R, rem, n N n R, horas de operaçãoembase empo de rupura por fluência vida remanescene à fluênciaem horas número de ciclos rem, número de ciclos aé a iniciação de macrorincas vida remanescene à fadigaem ciclos Grandezasavaliadasaé ouno - ésimo período

13 PLATAFORMA TURBOIAG-SOMA Produo do projeo TURBOIAG Sisema de moniorameno, de diagnósico e de prognósico de vida remanescene de componenes de usinas ermeléricas submeidos aos mecanismos de degradação por fluência e fadiga ermomecânica Escrio em linguagem de programação Java Baseado em ecnologia WEB acesso resrio ompaível com equipamenos de medição da empresa Naional Insrumens PXI e Fieldpoins Inegrado ao sisema de supervisão da usina Arquieura da plaaforma

14 PLATAFORMA TURBOIAG-SOMA con. Evolução emporal da emperaura de meal sensor I73TT312 e da pressão do vapor sensor I731PT315 Período: 7/4/213 a 29/4/213

15 PLATAFORMA TURBOIAG-SOMA con. Evolução emporal do dano acumulado por fluência e fadiga ermomecânica no primeiro eságio de expansão do roor AP Período: Janeiro a ezembro de 213

16 PLATAFORMA TURBOIAG-SOMA con. Evolução do dano acumulado por fluência e fadiga ermomecânica no primeiro eságio de expansão do roor AP Período: Janeiro a ezembro de 213

17 PLATAFORMA TURBOIAG-SOMA con. Evolução da vida remanescene à fluência para o roor AP Período: Janeiro a ezembro de 213

18 ONSIERAÇÕES FINAIS esenvolvimeno de meodologia compuacional para prognósico de vida remanescene de componenes de urbinas a vapor sujeios à degradação por fluência e fadiga ermomecânica Abordagens e criérios adoados na meodologia desenvolvida aceios pela comunidade cienífica esenvolvimeno de plaaforma compuacional para moniorameno em empo real de grandezas de processo relevanes para avaliação de inegridade em componenes de urbinas a vapor Plaaforma compuacional com ecnologia WEB, de simples uilização e inegrada ao banco de dados do sisema de supervisão da usina Ferramena imporane de auxílio à omada de decisão por pare da equipe de engenharia da usina em função do acompanhameno da condição operacional da urbina

19 OBRIGAO PELA ATENÇÃO! arlos Frederico Troa Ma,.Sc., Engenheiro Mecânico enro de Pesquisas de Energia Elérica eparameno de Linhas e Esações Telefone: Fax: cfma@cepel.br

20 METOOLOGIA E AVALIAÇÃO E ANO con. INTERAÇÃO FLUÊNIA-FAIGA VIA ABORAGEM BASEAA NA MEÂNIA O ANO d d d F d T d M, T A T 1 M M dn