Erfaring med virvelstrømmålinger (eddy current) på løpehjul.

Transkript

1 Erfaring med virvelstrømmålinger (eddy current) på løpehjul. Kjell-Tore Fjærvold Seksjonsleder Maskin Vedlikeholdsforum Seminar 1-2. juni 2010 Gardermoen Energi Norge

2 Erfaring med virvelstrømmålinger (eddy current) på løpehjul. Foredrag i økonomi Tilgjengelighet 2

3 HENSIKTEN MED TILSTANDSKONTROLL Sikre fortsatt problemfri drift Sikre optimal tilgjengelighet Hindre skade på mennesker omgivelser Sikre godt grunnlag for driftens budsjettering Sørge for godt innkjøpsgrunnlag Forhindre uønskede hendelser Pa ge 3

4 HVORDAN FORMIDLER VI TILSTANDEN TIL ANDRE. Verbal formidling Bilder EBL karakter Skriftlig rapport: Iht. bedriftskjema EBL EBL karakter med antall år til neste inspeksjon EBL karakter med restlevetid til neste rehabilitering EBL karakter med restlevetid til neste rehabilitering pluss kostnad for jobben EBL karakter med restlevetid til neste rehabilitering pluss kostnad for jobben + nedetid og kostnaden for denne Pa ge 4

5 Løpehjulteori: Begynnelsen på slutten 5

6 Hva er den viktigste kontrollen i et løpehjuls livslengde? 6

7 7

8 NDT står for Non Destructive Testing (Ikke Ødeleggende Prøving). Prøvingen kan ha som mål å kartlegge kvaliteten av materialer og sammenføyninger av disse (sveising) i fremstillingsfasen frem mot en ferdig bygget komponent og konstruksjon. Valg av NDT metode for kontroll i en konstruksjonsfase og for kontroll i en vedlikeholdsfase bygger på forskjellige kriterier. I den siste er kjennskapen til bl.a. nedbrytningsprosessene i et gitt miljø for et gitt materiale avgjørende faktorer. 8

9 sid e HVORFOR FALLER DET BITER UT AV LØPEHJULET?

10 SIKKERHET TURBIN Statkraft har flere løpehjul som krever regelmessig kontroll. Hvordan sikre minst mulig driftsavbrudd og minimalt med tid og ressurser til inspeksjon/kontroll? 10

11 HVILKET UTSTYR KAN VÆRE KRITISK Statkraft - NTNU-Sintef begynte hver for seg i 1997 å se gjennom hvilket type utstyr en burde vie spesiell oppmerksomhet med hensyn på kritiske feil og fare for brudd. Hvilke kontrollmetoder fantes og hvor effektive er disse? 11

12 STÅLKOMPONENTER Robust overdimensjonert utstyr Overdimensjonert og vanlig St Høyfaste stål Rustfrie og moderne høyfaste stål Slankere konstruksjoner Elementberegninger. Optimalisering 12

13 DRIFTSFORHOLD /92 Lite antall start stopp. (Leveringssikkerhet til A/S Norge) Ny energilov. Fokus på inntjening Sterk økning i antall start / stopp Fra pr. år til ca. 850 pr. år 13

14 KRITISKE KOMPONENTER Av komponentene en ønsket å ha spesiell fokus var Løpehjul og spesielt Pelton En av årsakene var tiltakende havari av peltonhjul tidlig på 90 tallet. 14

15 PRODUKSJON AV LØPEHJUL - Francis Støpt - Sveist/støpt - Pelton Støpt (1992 Georg Fischer) Smidd - Maskinert - Sveist Smidd Maskinert - Sveist 15

16 DRIFTSKONTROLL AV PELTONHJUL Fastsette intervall for inspeksjon: - Antall lastvekslinger = (Omdr/min) x 60 x n x h n= antall nåler h= antall driftstimer Viktig med grenseverdier for hvert enkelt hjul - Antall driftstimer Fast tid uavhengig av drift

17 PELTONHJUL Materialkvalitet Cr / Ni - 13 / 4 (13 / 1) Tilkomst: Vanskelig geometri Vanskelig tilkomst til vertikale maskiner Vanlig magnetpulverkontroll. - Åkmagnet - Kabel 17 03

18 PELTON - AKSEPTKRITERIER NDT - Firma: Hvor store feil leter vi etter? Gamle anlegg: - Hjul eldre enn 20 år mangler stort sett akseptkriterier - Normalt letes det etter overflatesprekker på 2 mm - I enkelte tilfeller benyttes CCH Nye anlegg: - Bruddmekaniske beregninger - Leverandøravhengig: 1-4 mm 18 03

19 PELTONLØPEHJUL Sintef tok utgangspunkt i en eksisterende NDT manual CCH 70-3 når de delte skovlen inn i spenningssoner. Det ble foretatt beregning av akseptkriterier for feil ved hjelp av bruddmekanikk. 19

20 Konklusjonen på Sintefs arbeid: Akseptkriterier Spenninger < 45 N/mm 2 sprekker ned til 2 mm Kontroll intervall: Spenninger > 45 N/mm 2 sprekker ned til 1 mm I henhold til leverandørens anbefalinger i garantitiden. Utenom garantitiden må belastning antall start/stopp feilutvikling avgjøre Nødbremsing Ved nødbremsing eller bruk av vannbrems SKAL en alltid foreta full NDT 20

21 KONTROLL PÅ PELTONTURBINENE Hva er den mest effektive kontrollmetoden? Hvordan bør kontrollene utføres? Utarbeide NDT - Manual Riktige akseptkriterier Hvor hyppig bør en foreta kontroll av peltonhjul? Hvilken utdanning bør personellet ha? Eget personell eller eksterne firma? 21

22 MAGNETPULVERKONTROLL 22 03

23 MAGNETPULVERKONTROLL 23 03

24 SKADELIG MAGNETFELT? 2004 Rykter om skadelig magnetfelt fra magnafluxkontroll. Statkraft og UnIO sammen med Rikshospitalet og NDT foreningen så på dette fenomenet. Egen rapport i Statkraft forandret NDT prosedyrene på bakgrunn av dette. Lengre personell avstand fra magnaflux kabler ved kontroll. Virvelstrøm overtar mer som metode. 24 0

25 25 Statkraft presentation

26 26 Statkraft presentation

27 Virvelstrøm prøving (ET) Metoden som også kalles "Eddy Current" er basert på de magnetiske induksjonsprinsipper og anvendes primært til deteksjon av overflatefeil i alle elektrisk ledende materialer. Virvelstrøm er en hurtig, pålitelig og økonomisk prøvingsmetode som ikke stiller store krav til materialets beskaffenhet. Metoden benyttes ofte i tilknytning til tilkomst-teknikk

28 28 Statkraft presentation Virvelstrøm kontroll utstyr

29 Hva finner vi med virvelstrømkontroll? - Sprekker i materialet primært overflatefeil kan finne feil under overflaten fra 0,5 til 3 mm avhengig av forhold. - Sveiseavsett type. Er det brukt den elektroden som er anvist? - Varmepåvirkning ut over det som er spesifisert. - Sveisereparasjoner. Avslører lett om dokumentasjonen stemmer med virkeligheten. - Strukturforandring i materialet: Belastning over flytegrensen. - Er det brukt artslik eller ikke artslik sveising. - Er det sveist før eller etter gløding Materialkvalitet. Med 80% sikkerhet kan du verifisere om du har fått den materialkvalitet du har bestilt.

30 Erfaringer med virvelstrømkontroll: -Virvelstrømapparatet er med på alle kontroller. - Supplerende metode til Penmetrant og Magnaflux - Eneste overflatemetode som kan gi indikasjon på sprekk dybde - Rask og enkel. Kan gå rett på kontroll uten å tørke hjulet. - Ikke avhengig av temperatur på hjulet. - Like rask som magnaflux og penetrant. Ulempe: -Ingen av turbinleverandørene bruker denne metoden. - Manuell metode uten dokumentasjon for inspilling av signal. ( Automatisk scanning vil gi automatisk lagring av signal på data. Ny modell vil kunne gi lagring). - Krever sertifikat level 2. 30

31 NDT Alle som foretar NDT skal ha level 2. Ikke minst gjelder dette for FAT. Vi kan jo dette og holdt på i flere titals år, så vi trenger det ikke. Dette viste seg å ikke stemme. NDT er ikke en metode du bruker sporadisk. Siste fire år har tydelig vist at våre level 2 avslører feil andre ikke finner. Gjelder ikke minst ved FAT og tilstandskontroll. 31

32 Automatisk virvelstrøm Prosjekt startet av EBL / Energi Norge i Mål: Utarbeide metode for automatisk virvelstrømkontroll av Peltonhjul. Utført av Robit/Force Technology som forprosjekt dekket Av EBL/Statkraft. Liten interesse fra bransjen. Statkraft ønsket ikke å gå videre med for og hovedprosjekt alene. 32 Statkraft presentation

33 UTGANGSPUNKT; FORCE TECHNOLOGY P-SCAN SYSTEM

34 UTGANGSPUNKT; FORCE TECHNOLOGY SKANNER ERFARING Skanner basert på de erfaringer og den kompetanse FORCE Technology har innenfor automatisert inspeksjon (Sub-sea, Kjernekraft etc.). Skanner med 3-4 frihetsgrader for tilkomst over hele skovlen. X-probe system med inntil 8 prober. Hocking prober, støpt og produsert etter spesifikasjoner fra FORCE Technology AS. Maks skanne hastighet mm/sek. Setter punkter (x/y) på skovl som bestemmer geometrien.

35 FØRSTE KONSEPT FORCE TECHNOLOGY TURBIN SCANNER Enkel skanner spennes fast. Kables til elektronikkenhet og PC. Leser av geometrien første gang. Gjenbruker geometri ved senere skann. Skovlen inspiseres ved hjelp av flere sensorer Data gjennomgås mens verktøyet er installert. Verktøyet flyttes til nest skovl.

36 AUTOMATISERT INSPEKSJON VED SKANNER KONTRA MANUELL INSPEKSJON Erfaringene og tester viser at riktig automatisert skanning er klart bedre til å finne små defekter, dvs. gir større nøyaktighet en manuelle målinger, gjennom bruk av bildebehandling og analyse verktøy. reproduserbar geometri og data Lagring av måle data

37 Virvelstrømkontroll i Statkraft: - Har 5 Virvelstrømapparat og 5 NDT operatører. - Virvelstrømkontroll er en av våre viktigste NDT metoder % virvelstrømkontroll av påkjente områder ved FAT på Pelton, Francis og Kaplanløpehjul. - Alltid i bruk ved alle tilstanskontroller. 37 Statkraft presentation

38 DRIFTSKONTROLL I STATKRAFT Nye løpehjul: I tillegg til leverandørens kontroll skal Statkraft foreta en 100% avtakskontroll i verkstedet. Det tas: - Magnaflux - Ultralyd - Virvelstrøm - Penetrant Tilstandskontroll (driftskontroll): - Magnaflux - Virvelstrøm - Penetrant 38 03

39 PERSONELL FAT viktigste kontrollen. - Har konsulenten utdanning innen NDT? - Sparer du på kontrollen ved FAT? - Stoler du på leverandøren? - Har du tid til å ta rep. i driftfasen som ikke ble oppdaget ved FAT`en? 39 03

40 Resultatet fra Robits arbeid Robit startet i 1997/98 arbeidet med å oppdage initierte feil i Peltonhjul, samt lage prosedyre for selve prøvingen. Utgangspunkt i en internasjonal standard for kontroll av løpehjul til vannkraftverk. Standarden er CCH 70-3 Spesification for inspection of steel castings for hydraulic machines. En av hovedoppgavene i prosjektet: - Hvilke av kontrollmetodene er mest pålitelige til å finne feil? 40 03

41 FØLSOMHET FOR NDT METODENE Penetrant: Enkel metode for å få rask oversikt over porer. Lite følsom for små farlige sprekker. Lett å gjøre feil: For høyt trykk ved vasking, for lav temp, for kort inntrengningstid. For lang inntrengningstid (penetranten tørker). Magnaflux: Ved tilstrekkelig felt er dette den mest følsomme metoden. Virvelstrøm: Avslører raskt sveiseavvik, finner lett sprekker. Manuell metode som krever nitid overvåkenhet for å få med seg alle områdene. 41 Statkraft presentation

42 HVA MÅ EN HA AV UNDERLAG FOR Å KUNNE DRIFTE EN TURBIN SIKKERT? 42 Statkraft presentation

43 Takk for oppmerksomheten 43 Statkraft presentation