Консервация оборудования ТЭС сухим воздухом

При существующем графике работы большинства ТЭС и ТЭЦ Украины   возникает необходимость в разработке надежного и в тоже время мало затратного способа сохранности основного оборудования. Наиболее активно предлагаемые на данный момент способы консервации зачастую предусматривают применение дорогостоящих, а главное экологически небезопасных химических способов защиты рабочих поверхностей октадециламином, кстати так и не нашедших широкого применения в мировой практике. Это и предложения перевода традиционных фосфатных воднохимических режимов на использование дорогих импортных реагентов (Эпурамин, Хеламин) основным достоинством которых указывается как раз их консервирующая способность в противовес экономической целесообразности. Так, например стоимость разовой консервации энергоблока 300 МВт., поверхностно-активным веществом октадециламин составляет около 100 тыс. грн., причем затраты на утилизацию отработанного раствора традиционно не указываются.

Хотя такая активность иностранных реагентных операторов легко объясняется отсутствием иного, чем страны СНГ рынка сбыта данного расходного материала.

Исходя из специфических особенностей работы тепловой энергетики Украины (изношенность оборудования, ограниченность средств, пиковый график работы и т.д.) метод консервации должен отвечать следующим требованиям:

-         удовлетворять действующим нормативным документам,

-         иметь достаточно большой опыт применения,

-         быть экономически выгодным,

-         надежно решать поставленную задачу защиты оборудования,

-         максимальной унифицированности для любого типа оборудования,

-         экологической безопасности.

Механизм и скорость протекания атмосферной (стояночной) коррозии зависят в первую очередь от увлажненности поверхности коррозирующего металла. Так для котельных сталей, находящихся в атмосфере чистого воздуха, критической величиной относительной влажности является 60%. При относительной влажности воздуха более 60% происходит резкое увеличение скорости атмосферной коррозии г/м2ч.

Исследования [1], показали, что при высокой относительной влажности (?) 60-100 %, скорость протекания коррозионных процессов в сталях, в 100 — 2000 раз выше, чем при более низких значениях влажности, скажем, 30-40 %.

Средняя весовая скорость атмосферной коррозии котельной стали при свободном доступе кислорода и относительной влажности (?) 60% составляет  0,05 г/(м2 ·ч)(при норме для энергетического оборудования 0,03 г/(м2 ·ч), что соответствует уменьшению толщины стенки примерно на 0,057 мм/год. Надежная консервация обеспечивает сохранность оборудования, сокращает затраты на ремонт и восстановление, поддержание технико-экономических показателей тепловых электростанций и сокращение издержек производства. Действующие отраслевые нормативные документы [1,2,3] определяют основные методы консервации оборудования в зависимости от срока нахождения в резерве и особенностей тепловой схемы. Консервация оборудования может производиться следующими способами:

заполнением деаэрированной водой и поддержанием избыточного давления;  подогретым воздухом;    осушенным воздухом;  ингибированным воздухом;          азотом;  гидразинно-аммиачным раствором в режиме останова котла;  раствором аммиака или газообразным аммиаком от баллонов;  нитритно-аммиачным раствором;  контактными ингибиторами типа М-1, МСДА и т.д.;   консервация ингибиторами коррозии;   аммиачным раствором трилона Б.  Анализируя предложенные способы консервации с точки зрения эффективности и экологической целесообразности, предпочтительной является консервация сухим воздухом. Консервация сухим воздухом предполагает полное удаление влаги из консервируемого объема и снижение относительной влажности воздуха ниже 40%. При создании этих условий скорость стояночной коррозии снижается до приемлемой величины в 0,03 г/м2ч и является постоянной во всем консервируемом контуре. Для исключения возникновения “мертвых зон” при проведении консервации сухим воздухом особое внимание следует уделить подбору производительности влагоосушительной установки т.е. созданию необходимых скоростей по тракту и составление оптимальной схемы консервации. При выборе типа воздухоосушителя, предпочтительна установка с сорбционным осушающим ротором.
Роторная технология осушения воздуха

Принцип работы, иллюстрируемый на рис.2, заключается в использовании влагопоглащающего ротора, располагающего высокими адсорбирующими свойствами. Внутренняя сорбционная поверхность ротора конструктивно выполнена в виде сот, что способствует ламинарному движению осушаемого и регенеративного воздуха и, тем самым, сокращает потери на трение. Подвод воздуха к поверхности ротора осуществлен таким образом, что через 85% поверхности ротора проходит рабочий (осушаемый) воздух, а через 15%, в противоток рабочему, воздух регенерации, предварительно подогретый до заданной температуры. Небольшое избыточное давление водных паров способствует эффективному обмену влажности между воздухом и сорбентом, а качество регенерации контролируется температурой воздуха регенерации. Кроме того, воздух регенерации выполняет функцию очистки внутренней поверхности ротора от возможного загрязнения вследствие попадания пыли с рабочим воздухом. Регулируя температуру воздуха регенерации (мощностью нагревателя), вполне реальным становится возможность поддержания заданной относительной влажности рабочего воздуха. Вращение ротора позволяет совместить процесс сорбции рабочего воздуха с регенерацией сорбента, а уплотнения секторов сокращают перетоки воздушных потоков к минимуму. Отсутствие конденсата позволяет использовать установку без привязки к канализационной системе. В зависимости от производительности установки (от 240 м3/час до 7600 м3/час) энергопотребление  установки колеблется от 1,51кВт до 82 кВт соответственно.

Осушитель воздуха оснащен комплексной системой регулирования влажности, снабженной блоком управления и собственно датчиком регулирования производительности системы осушения. На индикаторе отображается фактическая относительная влажность в %. Кроме того, блок управления может быть предварительно настроен на поддержание необходимой относительной влажности, параметры регулирования или параметры аварийной сигнализации.

Конструкция установки удовлетворяет требованиям следующих стандартов:

·        -EN 60204-Безопасность механизмов, электрическое оборудование механизмов;

·        -EN 50081 (часть 1)- Электромагнитная совместимость, стандарт на общее излучение;

·        -EN 50082 (часть 2)- Электромагнитная совместимость, стандарт на общую невосприимчивость, промышленная среда;

·        -EN 746 (часть 2)- Требования к безопасности систем обработки газообразных продуктов сгорания и топлива.
Осушитель воздуха
Рис.2 Принцип работы роторного осушителя воздуха.

Сухая консервация энергетического оборудования.

Применительно к тепловой энергетике данное оборудование используется для консервации котлов, включая радиационные поверхности нагрева, пароперегреватель В.Д., пароперегреватель Н.Д., экономайзер, а также при необходимости, газовую часть и электрофильтров, проточных частей турбин, парового пространства конденсаторов, генераторов, ПЭН и т.д.

Подключение осушителя воздуха на всас штатного компрессора позволяет повысить надежность работы воздушных выключателей подстанций, предотвращая образование оксидной пленки на токоведущих частях.

При консервации осушенным воздухом наиболее привлекательной схемой является замкнутая схема. В этом случае все элементы оборудования с помощью штатной арматуры и временных трубопроводов объединяются в замкнутый контур и продуваются воздухоосушительной установкой включенной в схему. Таким образом, работа осушителя будет направлена на удаление из консервируемого контура определенного количества влаги равного объему не дренируемых участков поверхностей нагрева. Рекомендуемая схема консервации внутренних поверхностей нагрева котла показана на рис.3.

Для организации указанного контура консервации необходим расчет производительности установки по сухому воздуху учитывающий объем консервируемого контура, аэродинамическое сопротивление и ориентировочное количество удаляемой влаги. Так для блока 300 Мвт., с учетом показанной на рисунке схемы продувки т.е. НРЧ, ВРЧ, КПП ВД- ЦВД-КПП НД-ЦСД-ЦНД-конденсатор, наиболее приемлемой является установка с производительностью по сухому воздуху   не менее 2700 м3. Увеличение производительности воздухоосушительной установки ведёт к сокращению времени сушки консервируемого контура. По окончании операции консервируемый контур, герметично закрытый, выводится в резерв. Для предотвращения подсоса влаги извне, через неплотности арматуры, рекомендуется периодично проводить повторные продувки.

При консервации турбоагрегатов более приемлемой является разомкнутая схема консервации, в которой непрерывная подача осушенного воздуха производится через штуцеры продувки, ревизии и дренажей на паропроводах острого пара, а выброс — через штуцеры, на всасывающем коллекторе КЭН. Одинаковое значение относительной влажности воздушного потока на входе в контур и выходе из него будут свидетельствовать о полном удалении собственной влаги проточной части турбины и парового пространства конденсатора.   Установка воздушного эжектора для принудительного удаления воздуха из контура повысит эффективность процесса. Часовой расход осушенного воздуха, необходимый для удаления влаги из контура, ориентировочно составляет 10% объема консервируемого контура. Рекомендуемая схема консервации турбинного агрегата и генератора показана на рис.4.

Контроль качества консервации осуществляется путем установки датчика влажности на выходе из консервируемого контура. Также как и в случае консервации внутренних поверхностей нагрева котла, непрерывная продувка проточной части турбины предпочтительнее периодической.

Схема установки осушителей на подстанциях (открых распредустройствах) показана на рис.5.

Установка роторного осушителя воздуха перед компрессором позволит подавать на всас компрессора предварительно подготовленный воздух с точкой росы –40С. Что, кроме всего повысит К.П.Д. нагнетателя за счёт значительного уменьшения количества капельной влаги, облегчит работу системы конденсатоотвода. В случае, когда требуемая глубина осушки воздуха не ниже –5С установка адсорбционных осушителей не требуется, т.е. упрощается схема подготовки рабочего воздуха путем удаления громоздкого и энергоемкого адсорбционного осушителя. При выводе компрессора в резерв,  роторный осушитель обеспечит продувку воздухоподводящих линий, рабочих поверхностей компрессора, системы конденсатоотвода и если возможно ресивера сухим воздухом, обеспечив, таким образом, сохранность оборудования от стояночной коррозии во время его простоя.

Что касаемо опыта применения данного оборудования в мировой энергетике, то надежность сухого способа консервации подтверждена на более чем 500 объектах. И это только в Европе.

Сухой воздух, как основной, а зачастую и как единственный способ консервации, используется для предотвращения коррозии следующего оборудования:

-         турбина,

-         котел, пароводяной тракт,

-         котел, газовый тракт,

-         генератор,

-         конденсатор,

-         система шлакозолоудаления,

-         электрофильтр,

-         ПЭН, ПТН,

-         пароперегреватель Н.Д.,

-         оборудование подстанций (открытых распредустройств),

-         трансформатор,

-         шкафы КИПиА блочных щитов,

-         резервные емкости запасного конденсата, подпиточной воды и т.д.,

-         оборудования береговых насосных,

-         блочное насосное оборудование.

Так, например, на сегодня в Германии 202 турбинных агрегата, включая, трубопроводы промперегрева и  паровое пространство конденсатора оборудованы системой сухой консервации на базе роторных осушителей воздуха. К числу энергетических компаний успешно эксплуатирующих данное оборудование, относятся такие: А & S AS, LEPPдVEDEN KUNTA (Финляндия), AALBORG BOILERS, AALBORG INDUSTRIES (Дания), АВВ, ALSTOM, ALTMAYER, BABCOCK-LENTJES , ENERGIEVERSORGUNG , GEC ALSTHOM , GHH BORSIG , KRAFTWERK MAINZ , RUHRGAS, SIEMENS, SIEMENS AG STADTWERKE (Германия),ANSALDO ENERGIA (Италия), AUSTRIAN ENERGY (Австрия), BEST, GEA (Чехия), CEA-CE VALRHO, CENTRALE ELECTRIQUE LAVRION IV, COGEMA, CENTRALE PRODUCTION ELECTRICITE, DUM, E.D.F. CENTRALE EMILE HUCHET, E.D.F. CNPE BLAYAIS PAR PREZIOSO, EDF — CNPE DE BUGEY, EDF — CPT CORDEMAIS + LE HAVRE, EDF-DIRECT.ETUDES & RECHERCHES (Франция), ELECTRABEL , SOLAR TURBINES (Бельгия), POLFA (Польша), B L REFRIGERATION LIMITED, ICI TECHNOLOGY, NATIONAL POWER, POWER SYSTEMS (UK) LTD, NUCLEAR ELECTRIC (Великобритания).

Контроль качества консервации

Контроль качества консервации сухим воздухом производится путём установки индикаторов коррозии в консервируемый контур.

Все опытные образцы коррозии помечаются номером (впрессован), взвешиваются и до их установки в испытательную точку хранятся в эксикаторе, в сухой среде.

Перед установкой опытный образец помещается в кассету. Кассета состоит из медного стержня диаметром 8 мм с резьбой, на который надеваются три опытных образца, отделённые друг от друга тефлоновыми втулками. Опытные образцы и втулки сжимаются с обеих сторон накрученными на стержень гайками. Далее кассета устанавливается в контролируемый объект (барабан, труба котла, коллектор и т.д.) так, чтобы она не соприкасалась с основным металлом самого оборудования или его деталями.

В целях дачи оценки процессам коррозии, происходящим на поверхности опытных образцов, рекомендованы следующие методы:

·      внешний осмотр (качественный).

·      определение потери веса (квантитативный).

Первичный внешний осмотр осуществляется уже в ходе изъятия опытных образцов из места установки. В результате внешнего осмотра определяется наличие следов продуктов коррозии (коричневатая пыль, налет).

Далее в лаборатории опытные образцы взвешиваются и по известной методике потери веса определяется скорость протекания коррозионных процессов. Необходимая точность взвешивания ± 0,1 мг.

До взвешивания после проведения контроля, продукты коррозии следует удалить с опытных образцов, для этого существует три метода:

·      механическая обработка.

·      химическая обработка.

·      электрохимическая обработка.

Заключение.

1.При выполнении требований данной технологии и использование осушителя воздуха с влагопоглащающим ротором обеспечивается надежная защита консервируемого оборудования в течении всего срока простоя (до 1-го года).

2.Установка датчика контроля относительной влажности воздуха в нижней точке котельного агрегата и на выходе из конденсатора, в случае консервации турбин, позволяет автоматизировать процесс поддержания необходимых условий, предотвращающих возникновение коррозионных процессов.

3.Относительно небольшое энергопотребление установок по осушке воздуха и их оригинальная конструкция позволяет производить непрерывную продувку консервируемого контура.

4.Применения сухого способа консервации одобрено ныне действующими нормативными документами и имеет широкое распространение за рубежом.

5. Сухой способ консервации предусматривает вложение разовых затрат на покупку воздухоосушающего оборудования и дальнейшую эксплуатацию не менее 10 лет без замены сорбционного ротора. Ежегодные затраты на эксплуатацию осушителей воздуха не превышают 3% от их закупочной стоимости. Две воздухоосушающих установки способны поддерживать заданную влажность на двух блоках ТЭС с учетом периодичного варианта продувки.

6. При условии правильного выбора схемы продувки сухой способ консервации применим для любого оборудования.

7. Сухой способ консервации относится к абсолютно экологически безопасным методам консервации.
Литература.

1.      “Методические указания по организации консервации теплоэнергетического оборудования воздухом”, утвержденные Департаментом научно-технической политики и развития РАО “ЕЭС России” 15.09.2000.

2.      ГКД 34.20.592-76,

3.      ГКД 34.20.591-96,

4.      ГКД 34.25.502-95

5.      “The preservation and starting from cold of large oil-fired generating plant”. Materials was presented at a seminar on “Management and Operation at Thermal Power Stations”.

6.      Эфрос Е. И., Симою Л. Л., Гуторов В. Ф., Баринберг Г. Д., Кортенко В. В. “Усовершенствование системы влагоудаления из проточной части низкого давления теплофикационных турбин”.

7.      Поваров О.А., Томаров Г.В., Семенов В.Н., Алексеев Ю.П., Межиковский И.Г., Гришин А.А., Булавко А.Ю., Рыжков Ф.Е., Мельников А.В., Водолазов А.В. “Защита металлов энергетического оборудования от коррозии”.