Паровая турбина sst5 3000 компании siemens

общее описание оборудования паротурбинной установки

1. Паровая турбина серии SST5-3000 конденсационного типа состоит из одного цилиндра высокого давления (ЦВД) и одного комбинированного прямоточного цилиндра СД (среднего давления) и НД (низкого давления) с осевым сбросом пара в конденсатор. Комбинированный цилиндр (ЦСД/ЦНД) объединяет в себе цилиндр среднего или промежуточного давления (ЦСД) и цилиндр низкого давления (ЦНД)

Вид турбины в продольном разрезе представлен в Приложении А.

В тепловой схеме отсутствует регенерация высокого и низкого давлений. Схема подачи конденсата одноступенчатая. Конденсатор оборудован конденсатосборником и системой поддержания вакуума.

1. Для консервации паротурбинной установки в период ее простоя предусмотрены специальные разъемы на клапанах турбины, позволяющие вводить осушенный воздух в цилиндр высокого давления, а также в цилиндр среднего (промежуточного) и низкого давления. Опорожнение турбины и конденсатора предусмотрено через дренажную систему. Паровая турбина управляется автоматизированной системой электростанции вместе с РСУ (распределенной системой управления). Все стопорные и регулирующие клапаны и клапаны дренажей управляются соответствующими подгруппами управления, в том числе в период консервации. Непосредственное ручное вмешательство запрещено.
2. Для консервации оборудования осушенным воздухом предусмотрены установки Munters MLT, рекомендованные компанией Siemens. Для этой же цели могут быть использованы компрессорные установки ZR 90. Указанные установки расположены на территории машинного зала.

1. Выбор метода консервации

1. Необходимость консервации

Характер повреждений, связанных с состоянием поверхностей консервируемого оборудования, определяется процессами, происходящими на этих поверхностях, как в периоды простоя оборудования, так и при его работе. Эти две группы процессов взаимодействуют между собой, ускоряя повреждения рабочих элементов.

Пуски основного оборудования после длительного простоя в резерве всегда сопряжены с появлением в тракте растворимых и нерастворимых примесей. Отсутствие консервации оборудования во время простоев, так же как некачественное ее проведение или несвоевременное проведение переконсервации, способствует увеличению продолжительности выноса загрязнений в пароводяной тракт. Водорастворимые примеси в большинстве своем начинают проявлять разрушительное действие на лопаточный аппарат, начиная со ступеней, работающих в зоне фазового перехода. Механические примеси оказывают воздействие на весь лопаточный аппарат: с одной стороны, за счет своих абразивных свойств, а с другой – стимулируя формирование центров конденсации влаги (более раннее выделение жидкой фазы из двухфазного потока, усиливающее ударное воздействие капель, кавитационные явления, коррозионное растрескивание металла под напряжением).

Из-за наличия механических примесей в паре эрозионному износу подвержены и элементы парораспределения, регулирующие ступени и ступени давления ЦВД, заведомо постоянно работающие в зоне перегретого пара. Преобладающее количество коррозионных явлений приходится на ступени фазового перехода (область перехода перегретого пара в насыщенный и влажный пар), где объем повреждений суммируется за счет их накопления в рабочих режимах в результате воздействия первичного конденсата и в режимах останова от стояночной коррозии.

Подавляющее большинство турбин, имевших длительные простои, получило коррозионные повреждения концевых уплотнений, что свидетельствует о необходимости совершенствования схем и видов консервации лабиринтовых уплотнений.

Причиной появления влаги в проточной части турбины является прежде всего конденсация пара, заполняющего турбину после ее остановки. Конденсат частично остается на лопатках и диафрагмах, а частично стекает и скапливается в корпусе турбины, если он не отводится через дренажи. Количество влаги внутри турбины может увеличиваться вследствие просачивания пара из подсоединенных к ней паропроводов. Относительная влажность воздуха машинного зала весьма высока, поэтому достаточно незначительного охлаждения воздуха в проточной части турбины, чтобы наступили точка росы и выделение влаги на металлических деталях.

Для устранения «стояночной» коррозии паровых турбин необходимо исключить возможность попадания пара в турбины во время нахождения их в резерве, как со стороны паропровода перегретого пара, так и со стороны дренажных линий и т. д.

1. Способы консервации

Металлы и сплавы, употребляемые для изготовления теплоэнергетического оборудования, обладают способностью вступать во взаимодействие с соприкасающейся с ними средой (вода, пар, газы), содержащей те или иные коррозионноагрессивные примеси. В результате воздействия содержащей такие примеси среды происходит коррозионное разрушение металла вследствие электрохимических и химических процессов, которое обычно начинается с поверхности и более или менее быстро продвигается вглубь.

Основными методами предотвращения стояночной коррозии, согласно нормативным документам являются:

• предотвращение попадания кислорода в несдренированную воду и в водяную пленку на поверхностях металла;
• заполнение внутреннего объема оборудования инертным газом (азотом);
• консервация оборудования химическими реагентами.

Для турбины рекомендуется вакуумная сушка атмосферным воздухом через уплотнения турбины и консервация сухим или подогретым воздухом с относительной влажностью не более 40%.

Методы консервации подогретым и осушенным воздухом основаны на способности воздуха с низкой относительной влажностью, поглощать влагу, при этом уменьшается влажность внутри оборудования до уровня, при котором коррозия практически прекращается (относительная влажность меньше 45%). Следует отметить, что данные методы имеют принципиальные отличия в способе снижения относительной влажности.

Снижение относительной влажности воздуха может быть достигнуто двумя путями: 1) нагреванием и 2) осушением. Если воздух с температурой 20 °C и относительной влажностью 70 % подогреть на 10 °С, то относительная влажность снизится ниже 40 %. Затем подогретый воздух подается внутрь оборудования и повышает температуру металла по сравнению с окружающей средой, что препятствует выпадению влаги и предохраняет поверхности от коррозии.

Понижение относительной влажности воздуха во внутреннем объеме консервируемого оборудования и поддержание ее ниже 40 % на весь период простоя достигается, также, путем постоянной или периодической продувки внутренних каналов и полостей осушенным воздухом, имеющим пониженную относительную и абсолютную влажность. Если в системе после дренирования остается влага, то она будет ассимилирована проходящим сухим воздухом.

1. Недостатки при организации противокоррозионных мероприятий

Сопутствующим фактором ускорения коррозионных повреждений внутренних поверхностей оборудования является образование на них разного рода дефектов и отложений.

Установленные заводами-изготовителями и нормативными документами регламенты технического обслуживания турбин не предусматривают контроля за работой влагоудаляющих устройств (постоянно действующих дренажей цилиндров, паропроводов отборов, перепускных труб) в зоне влажного пара. В объем регламентных работ при плановых ремонтах не включается ревизия обратных клапанов на дренажах цилиндров и трубопроводах…

Повреждения выходных кромок направляющих лопаток нижних половин диафрагм, превышающие по своей величине верхние половины, говорят о недостатках в организации дренирования цилиндров при остановах.

1. Критерии выбора способа консервации

Критерии выбора метода консервации:

• Защита от атмосферной коррозии в течение всего периода простоя.

• Экологичность.

• Приемлемая стоимость затрат.

• Применимость для условий простоя различной длительности.

• Минимальный объем подготовительных работ по вводу в режим консервации.

• Возможность систематической консервации силами оперативного персонала.

• Возможность выполнения ремонтных работ на законсервированном оборудовании.

• Минимальный объем подготовительных работ по выводу из режима консервации без дополнительных работ по расконсервации

Технология и схема воздушной консервации позволяют:

• консервировать энергооборудование с первых суток останова, что исключает начальный период простоя, в течение которого проявляется максимальная скорость атмосферной коррозии;
• защитить внутренние поверхности пароводяного тракта от атмосферной коррозии безреагентным методом на 6 месяцев и более;
• производить непрерывный приборный контроль относительной влажности воздуха в консервируемом объеме и автоматически поддерживать её в диапазоне 40-60%, в пределах которого скорость атмосферной коррозии стали значительно ниже допустимой;
• осуществлять текущие ремонтные работы на законсервированном оборудовании без проведения дополнительных работ по расконсервации.

Преимущества метода осушенного воздуха

Преимущества метода осушенного воздуха в сравнении с подогретым

Основным направлением развития защиты турбинного оборудования от стояночной коррозии следует считать снижение влажности атмосферного воздуха, контактирующего с внутренними элементами установки. Вместе с тем, при отсутствии надежных средств осушения воздуха, рекомендуются методы консервации подогретым воздухом. Недостатками последнего способа являются:

• низкая эффективность из-за охлаждения воздуха в слабо вентилируемых объемах до температуры росы, в результате чего возможны конденсация влаги и усиление локальной коррозии;
• невозможность получения равномерного распределения нагретого воздуха во всем внутреннем объеме турбоустановки из-за способности подогретого воздуха поглощать влагу из тупиковых (недренируемых) участков, содержащих конденсат. При этом возрастает опасность перемещения избыточных водяных паров из нагретой части оборудования в холодную с последующей конденсацией;
• большие энергетические затраты для поддержания консервируемого оборудования в прогретом, примерно до 60 °C, состоянии.

Таким образом. Нагрев воздуха снижает относительную влажность воздуха. Недостатком этого способа является то, что влагосодержание воздуха остается постоянной. Двигаясь через турбину, воздух охлаждается, вследствие чего его относительная влажность повышается. При недостаточном расходе подогретого воздуха может происходить конденсация влаги внутри турбины. Поэтому консервация турбин подогретым воздухом может проводиться только на турбинах малой мощности и при достаточно больших расходах воздуха. Этот способ понижения относительной влажности воздуха сопровождается большими затратами электроэнергии при использовании тепло-электронагревателей.

Осушители имеют гораздо более низкое энергопотребление, чем оборудование для получения горячего воздуха, и могут оставаться в постоянной работе в течение всего времени простоя турбоустановки.
Недостатки консервации ингибиторами

Для предотвращения коррозии тепломеханического оборудования возможно применение различных ингибиторов. Консервация с использованием ингибиторов предусматривает создание на предохраняемых от коррозии внутренних поверхностях оборудования защитных пленок. Для предотвращения коррозии с их помощью необходимо, в первую очередь, чтобы защитная пленка равномерно покрывала все защищаемые поверхности оборудования. Применительно к паровым турбинам предпринимались попытки осуществить это путем возгонки ингибитора и подачи в турбину так называемого «ингибированного воздуха». Однако на практике ингибитор оседал лишь на первых метрах тракта, поэтому такая консервация во многих случаях не дала положительного результата. Кроме того, при использовании ингибиторов необходимо исключить их попадание в атмосферу машинного зала. Для этого требуется герметизация консервируемого оборудования, а значит существенное увеличение объема работ при вводе в консервацию и при выводе из нее.

В тоже время есть и положительные отзывы о защитных противокоррозионных свойствах ингибиторов серии ИФХАН. Так, в ГДК 34.20.591-96. Руководящие указания по консервации теплоэнергетического оборудования. «Энергопрогресс», 1996 г. отмечается: «После достижения 50% относительной влажности приступают к насыщению пространства ингибированным воздухом. Эта операция трудностей не представляет, так как ингибитор очень летуч, особенно при предварительном (до 70-80 °C) прогреве воздуха, пропускаемого через линасиль».

Тем не менее. Летучий ингибитор ИФХАН – прозрачная жидкость желтоватого цвета с резким специфическим запахом. Класс опасности: 2, опасное для здоровья человека вещество, ПДК р.з. 0,1 мг/м³. Относится к легковоспламеняющимся веществам, не разлагается в сточных водах, может разрушительно воздействовать на водную флору и фауну.
Недостатки консервации азотом   

Консервация нейтральным газом (как правило, азотом) с последующим поддержанием небольшого избыточного давления 5–10 кПа (0.05-0.1 кгс/см2 или 500-1000 мм вод. ст.) предотвращает доступ наружного воздуха. Этот способ требует организацию непрерывной подачи азота и качественной герметизации системы. При этом большие трудности вызывает герметизация проточной части турбин. Практика показала, что утечки азота при консервации составляют (в зависимости от качества запорной и предохранительной арматуры и мер по уплотнению контура) от 2–3 до 10 и более м³/ч, т.е. фактически необходимо собственное азотное производство. Несмотря на высокую надежность этого метода консервации, он является довольно дорогостоящим из-за наличия большого числа мест возможных утечек азота и сложности их уплотнения.

Рекомендуемые методы ликвидации утечек — уплотнение резиной, клеем или шнуром, пропитанным краской, связаны с частичной разборкой уплотнений, что создает серьезные неудобства при остановах турбины в резерв. Ввиду сложности реализации данного способа на многих электростанциях страны консервацию турбин азотом осуществляют без проведения работ по закрытию концевых щелей в концевых уплотнениях. В связи с этим, при нетоксичности азота, опасность связана с вытеснением (в определенных зонах турбины) кислорода из воздуха, что опасно для здоровья обслуживающего оборудование персонала.
Распространенность метода консервации осушенным воздухом

Консервация оборудования осушенным воздухом широко используется в мировой практике, как один из наиболее эффективных и рациональных методов предотвращения стояночной коррозии.

По действующим в Германии рекомендациям консервация турбоустановок должна производиться только сухим воздухом (VGBRichtlinie VGB R116 H, Konservierung von Kraft werksanlagen VGBKraft werkstechnik, Verl. Techn.Wiss. Schr, 01/1981).

Так, например, на сегодня в Германии более 200 турбинных агрегата, включая, трубопроводы промперегрева и  паровое пространство конденсатора оборудованы системой сухой консервации на базе роторных осушителей воздуха. К числу энергетических компаний, эксплуатирующих данное оборудование, относятся:  KRAFTWERK MAINZ , RUHRGAS, SIEMENS, SIEMENS AG STADTWERKE и др.

Этот метод заменил ранее использовавшуюся технологию консервации турбоустановок горячим воздухом. В качестве осушителя компанией Siemens рекомендован сорбционный осушитель, тип Munters MLT.
Преимущества консервации азотом

Несмотря на отмеченные ранее недостатки этого способа, данный метод имеет также и определенные преимущества перед другими видами консервации турбоустановок.

Подавляющее большинство турбин, имевших длительные простои, получило коррозионные повреждения концевых уплотнений, что, как уже отмечалось, свидетельствует о необходимости совершенствования схем и видов консервации лабиринтовых уплотнений. Как показывает опыт, низконапорные установки консервации осушенным или подогретым воздухом требуют организации подвода воздуха к камерам уплотнений с учетом сопротивления уплотняющих устройств доступных участков лабиринтовых уплотнений. Так, перепад давления на уплотнениях в рабочем режиме может достигать десятков ата, а напор современных установок динамической осушки не превышает 8 ата. Практика показала, что наибольший эффект противокоррозионной защиты лабиринтовых уплотнений дает консервация с помощью инертного газа.

Выбор метода консервации

В соответствии с изложенными выше положениями, для консервации паротурбинной установки на период простоя блока ПГУ предлагаются метод консервации осушенным воздухом и метод консервации азотом.

Первый метод предлагается как приоритетный на данный момент. Тем более, что он предлагается и производителем оборудования, компанией Siemens. Второй метод может быть использован, если первый метод в процессе его применения не обеспечит необходимую защиту металла от стояночной коррозии в пределах консервируемого объема, в частности лабиринтовых уплотнений паровой турбины.