установка для консервации турбин
УСТАНОВКИ ДЛЯ КОНСЕРВАЦИИ
Метод консервации подогретым и осушенным воздухом основан на способности воздуха поглощать влагу из консервируемого объёма, при этом уменьшается влажность внутри оборудования. Уровень относительной влажности воздуха при котором коррозия практически прекращается составляет не более 45%. Следует отметить, что данные методы имеют принципиальные отличия в способе снижения относительной влажности.
Снижение относительной влажности воздуха может быть достигнуто двумя путями:
В компании ЮВТЕК накоплен существенный опыт производства установок консервации осушенным и подогретым воздухом различного теплоэнергетического оборудования, разработаны и опробованы в промышленных условиях установки консервации паровых турбин большой единичной мощности до 800 МВт.
Понижение относительной влажности воздуха во внутреннем объёме паровой или газовой турбины и поддержание ее ниже 40% на весь период простоя достигается, путем применения воздухоосушительных или воздухонагревательных консервационных установок JUVTEK Tornado. Если в оборудовании после дренирования остаётся влага, то она будет ассимилирована проходящим «сухим» воздухом с низкой относительной влажностью.
На основе Методических указаний РД 153-34.1-30.-502-00 специалисты компании ЮВТЕК разрабатывают техническое решение по организации консервации, технологическую схему и методы контроля процесса, а также выбор установки, обеспечивающей максимальную эффективность консервации.
Применение осушенного или подогретого воздуха для консервации паровых и газовых турбин позволяет отказаться от использования химических реагентов, в результате чего не потребуется выполнять специальные мероприятия по подготовке оборудования к консервации и его пуску после простоя.
Применяемая схема консервации должна обеспечивать подачу воздуха во все участки консервируемого оборудования. При использовании осушенного воздуха допускается применение как замкнутого, так и разомкнутого контура консервации. Возможно использование разомкнутой схемы консервации до понижения влажности на выходе турбины до требуемого значения, с последующим переключением на замкнутый контур. Это усложняет схему, однако позволяет сократить затраты на консервацию, вызванные получением осушенного воздуха. При использовании подогретого воздуха контур консервации должен быть разомкнутым.
Вне зависимости от типа консервируемого оборудования подогретый воздух целесообразно применять в случае продолжительности простоев до 6 месяцев, а осушенный воздух при продолжительности простоев свыше 6 месяцев и до года.
Консервация турбин подогретым воздухом
Все турбоуставовки, регулярно выводимые в резер в на срок 7 суток и более, должны быть оснащены стационарными системами консервации. В случаях длительного останова без вскрытия (более 1 месяца), турбоустановка может оснащаться временной системой консервации.
Описание
Консервация осуществляется за счет продувки турбоустановки нагретым воздухом. Нагрев воздуха (до некоторой температуры) вызывает уменьшение его относительной влажности. Получение необходимого значения относительной влажности воздуха определяются исходными параметрами в точке забора. В среднем, нагревание воздуха на каждые 10 град.Ц вызывает снижение относительной влажности на 40%.
Консервация турбины подогретым воздухом сопряжено с большими энергетическими затратами по сравнению с другими методами. Наряду с этим, данный метод имеет существенные преимущества: простота операций и малое время по вводу и выводу оборудования из консервации, отсутствие химических реагентов, воздухонагревательная установка требует минимального обслуживания (только чистка воздушного фильтра). Защита от коррозии приобретает первостепенное значение при наличии на поверхности металла коррозионно-активных отложений, имеющих повышенную активность при относительной влажности более 40%.
Схема консервации
Для мест подвода воздуха к консервируемой турбине следует выбирать трубопроводы регенеративных отборов на участках между турбиной и обратными клапанами или перепускные трубы между отдельными цилиндрами турбины. При этом необходимо стремиться обеспечить относительно равномерный подвод воздуха ко всем цилиндрам турбины. В выбранных местах следует предусмотреть установку впускных штуцеров, рассчитанных на рабочие параметры в соответствующих отборах. Сечения впускных штуцеров уточняются при расчете системы воздуховодов. На время нормальной работы турбоустановки впускные штуцера должны быть закрыты заглушками, для этой цели необходимо снабдить штуцера стандартными фланцами.
Во всех случаях необходимо предусмотреть выпуск воздуха в конце консервируемых участков для обеспечения постоянной вентиляции консервируемого оборудования. Для выпуска воздуха могут использоваться штатные дренажи, открывающиеся в воронку, воздушники, линии опорожнения или специально устанавливаемые вентиляционные штуцера с запорной арматурой. Количество и расположение таких линий для выпуска воздуха определяется конкретной схемой турбоустановки и составом консервируемого оборудования. Вентиляция проточной части турбины обеспечивается выпуском воздуха через концевые уплотнения и через вентиляционные штуцера на трубопроводах свежего пара, холодного и горячего промперегрева и через трубопроводы отсоса воздуха из конденсатора.
Преимущества метода подогрева воздуха
Обязательным для всех методов защиты от коррозии является полное дренирование подлежащего консервации оборудования и трубопроводов в процессе подготовки к консервации.
Метод консервации оборудования энертным газом (азотом) для предотвращения контакта металла с кислородом воздуха связано с рядом трудностей:
Необходимость уплотнения консервируемых систем приводит к существенному увеличению объема работ при вводе в консервацию и выводе из нее.
Метод предотвращения коррози с помощью химических реагентов обеспечивается при продувке консервируемого оборудования горячим воздухом, содержащим пары летучих ингибиторов атмосферной коррозии. Охлаждение воздуха при соприкосновении с поверхностью металла приводит к осаждению к кристаллов ингибитора на поверхности металла. Защитными свойствам и обладает не только тонкий слой ингибитора, но и сам воздух, наполняющий консервируемый объем и содержащий пары и ингибитора.
Сложность применения этого способа консервации определяется тем, что во избежание попадания ингибитора в атмосферу машзала требуется уплотнение консервируемого объема, приводящее к образованию вентилируемых полостей и к неравномерному распределению ингибитора по поверхности металла. Последнее особенно опасно, поскольку вызывает усиленную локальную коррозию. Кроме того, известные ингибиторы имеют избирательный спектр защитного воздействия и не только не защищают, но и оказывают окислительное действие на медь и ее сплавы, что ограничивает возможности их применения.
Метод снижение влажности воздуха может быть достигнут осушкой воздуха с помощью химических реагентов:
Консервационные установки JUVTEK Tornado
Консервация паровой турбины осуществляется при помощи автоматической воздухонагревательной установки типа JUVTEK Tornado, которая применяется для защиты паровых турбин от стояночной коррозии. Установка защищает турбину за счет продувки проточной части осушенным подогретым воздухом. Так же обеспечивает защиту от проникновения агрессивной внешней среды (влага, пыль) путем поддержания избыточного давления в контуре. Консервация осуществляется по разомкнутой схеме. JUVTEK Tornado используется для консервации паровых турбин, типа «Р», «Т», «Тп», «ПТ», «ПР», «ПТР», «ВПТ», «К», «КТ».
Принцип работы установки JUVTEK Tornado
Воздух из машзала забирается вентилятором, фильтруется и поступает в специальную вихревую камеру, в которой осуществляется формирование вихревого воздушного потока и его нагрев. Благодаря этому происходит равномерный нагрев большого количества воздуха и существенное снижение его влажности (менее 25%). Далее осушенный воздух по соединительным патрубкам нагнетается в турбоустановку под большим избыточным давлением и вытесняет влажную среду.
За счет большого объёма продуваемого воздуха JUVTEK Tornado позволяет защитить от коррозии не только проточную часть турбины, но так же конденсатор и промподогреватели.
В отличие от осушительных установок конденсационного и абсорбционного типов, выдающих относительно малый объем воздуха (не более 2000-4000 м3/час), Tornado обеспечивает надежную консервацию проточных частей и конденсаторов мощных многоцилиндровых паровых турбин, таких как К-300, К-500, К-800, К-1000. При этом отсутствует подсос в контур консервации по всей линии вала за счет поддержания избыточного давления порядка 50 Па.
Использование осушительной установки JUVTEK Tornado снижает влажность воздуха в проточной части турбинного оборудования менее 30%, что полностью предотвращает развитие очагов стояночной коррозии. Последние являются концентраторами высоких динамических напряжений, возникающих в процессе работы. Это касается как вращающихся деталей (рабочие лопатки, диски, втулки), так и статорных (диафрагмы, обоймы).
Консервация паровых турбин осушенным воздухом
Описание
На данный момент накоплен существенный опыт консервации энергетических паровых турбин осушенным воздухом. Разработаны и внедрены на ТЭЦ автоматические воздухоосушительные установки различной производительности.
Консервация осушенным воздухом применяется при выводе паровых турбин в резерв или ремонт на срок более 7 суток и до одного года. Применение осушенного воздуха позволяет полностью отказаться от использования химических реагентов при консервации паровых турбин, в результате чего значительно упрощается ввод и вывод оборудования из консервации.
Подготовка и подача осушенного воздуха в проточную часть турбины выполняется с помощью автоматических установок JUVTEK Tornado DRY. Установки работают по принципу конденсации влаги из воздуха при его охлаждении ниже температуры точки росы. Консервация турбины достигается за счет постоянной продувки пароводяного тракта осушенным воздухом с влажностью порядка 30 %. Воздух забирается из машзала, фильтруется, затем осушается и под большим давлением (порядка 2000 Па) по гибким воздуховодам подается в турбину.
Установка состоит из воздушного фильтра, вентилятора, испарителя, конденсатора, компрессора и вспомогательных узлов. Для защиты от перегрева и замыканий в установке предусмотрена схема защиты по перегреву, по короткому замыканию, по разгерметизации. Осушитель имеет вспомогательную сигнализацию при обмерзании испарителя и загрязнённости воздушного фильтра.
Влажный воздух всасывается вентилятором через воздушный фильтр. Затем воздух попадает на испаритель, на котором он охлаждается ниже температуры точки росы (хладагент забирает тепло из проходящего воздуха). При этом из воздуха конденсируется влага и собирается на каплеуловителе (влагосодержание снижается). Далее охлажденный воздух попадает на конденсатор, в котором происходит его нагрев, при этом влагосодержание не меняется, а относительная влажность воздуха уменьшается. Температура воздуха при прохождении через осушитель незначительно увеличивается (на 3-5 град.Ц).
Условия консервации турбины
Необходимым условием консервации является дренирование оборудования. Турбина должна надежно отключаться от действующих трубопроводов воды или пара за счет плотного закрытия запорной арматуры, установки дополнительной запорной арматуры с ревизией или проглушек.
Для продувки воздухом консервируемое оборудование с помощью штатных или временных трубопроводов / воздухопроводов объединяются в замкнутый или разомкнутый контур консервации. Схема консервации должна обеспечивать подачу воздуха во все участки консервируемого оборудования. При консервации оборудования с помощью воздухоосушительной установки схема консервации должна предусматривать как разомкнутый, так и замкнутый контуры.
Использование установок JUVTEK Tornado DRY снижает влажность воздуха во внутреннем объеме турбины ниже 40%, что практически полностью предотвращает развитие очагов коррозии.
Воздухоосушительная установка имеет мобильное исполнение, силовая рама оснащена поворотными колёсами и рым-болтами. Установка поставляется в состоянии монтажной готовности, в монтажный комплект которой входят гибкие воздуховоды, переходники, стандартные переходные фланцы для подключения.
Для подключения JUVTEK Tornado DRY не требуется разработка специального проекта. Для подвода осушенного воздуха используются существующие вентиляционные и смотровые люки, вентиляционные штуцера, заглушки и задвижки. Для сбора отведенной влаги из воздуха необходимо подвести дренаж, размер дренажного патрубка – 3/4 дюйма.
Компания ЮВТЕК на основании Методических указаний (РД 153-34.1-30.502-00) готово осуществить разработку технического решения и технологической схемы по организации консервации.
Выбор метода консервации паровых и газовых турбин
Металлы и сплавы, используемые для изготовления теплоэнергетического оборудования, обладают способностью вступать во взаимодействие с соприкасающейся с ними средой (вода, пар, газы), содержащей те или иные коррозионно-агрессивные примеси. В результате воздействия среды происходит коррозионное разрушение металла вследствие электрохимических и химических процессов, которое обычно начинается с поверхности и постепенно продвигается вглубь.
При длительных простоях энергетического оборудования возникает необходимость защиты их деталей от коррозии. Особую важность приобретает защита от коррозии деталей паровых турбин, для которых очаги коррозии могут служить концентраторами высоких динамических напряжений, возникающих в процессе работы. Это касается как вращающихся деталей (рабочие лопатки, диски, втулки), так и статорных элементов (диафрагмы, обоймы, сопловые-направляющие лопатки). Первостепенное значение защита от коррозии приобретает при условии наличия на поверхности металла коррозионно-активных отложений, имеющих повышенную активность при увлажнении.
Основными методами предотвращения стояночной коррозии, согласно нормативным документам являются:
— подавление коррозии с помощью химических средств (ингибиторов);
— предотвращение контакта металла с кислородом воздуха;
— снижение влажности воздуха во внутренних полостях ниже 40%.
Обязательным для всех трех методов защиты от коррозии является полное дренирование консервируемого оборудования и трубопроводов в процессе подготовки к консервации. Повреждения выходных кромок направляющих лопаток нижних половин диафрагм, превышающие по своей величине верхние половины, говорят о недостатках в организации дренирования турбины при остановах.
Критерии выбора метода консервации турбины:
— защита от атмосферной коррозии в течение всего периода простоя;
— минимальный объём подготовительных работ по вводу в режим консервации;
— возможность выполнения ремонтных работ на законсервированном оборудовании;
— минимальный объём подготовительных работ по выводу из режима консервации без дополнительных работ по расконсервации;
— возможность систематической консервации силами оперативного персонала;
— приемлемая стоимость затрат;
— применимость для условий простоя различной длительности.
Метод консервации турбины ингибиторами
Для предотвращения коррозии тепломеханического оборудования возможно применение различных ингибиторов коррозии. Данный метод предусматривает создание на предохраняемых от коррозии внутренних поверхностях оборудования защитных плёнок. Для предотвращения коррозии с их помощью необходимо, в первую очередь, чтобы защитная плёнка равномерно покрывала все защищаемые поверхности оборудования.
Для консервации оборудования с помощью химических средств его внутренний объем продувается горячим воздухом, содержащий пары летучих ингибиторов атмосферной коррозии. Охлаждение воздуха при соприкосновении с поверхностью металла приводит к осаждению кристаллов ингибитора на поверхности деталей. Защитными свойствами обладает не только тонкий слой ингибитора, но и сам воздух, наполняющий консервируемый объем и содержащий пары ингибитора. В настоящее время разработаны ингибиторы, имеющие низкую температуру возгонки и не требующие предварительного подогрева воздуха.
Сложность применения этого способа консервации определяется тем, что для предотвращения попадания ингибитора в атмосферу требуется уплотнение консервируемого объема, приводящее к образованию невентилируемых полостей и к неравномерному распределению ингибитора по поверхности металла. Последнее особенно опасно, поскольку вызывает усиленную локальную коррозию. По окончанию консервации, консервируемый объём необходимо промыть от образовавшейся на металле плёнки. Кроме того, некоторые ингибиторы (НДА и КЦА) имеют избирательный спектр защитного воздействия и не только не защищают, но и оказывают окислительное действие на медь и ее сплавы, что ограничивает возможности их применения.
Консервация летучим ингибитором проводится при выводе в резерв на срок более 7 суток. Летучие ингибиторы коррозии типа ИФХАН защищают стали, медь, латунь, адсорбируясь на поверхности металла. Этот адсорбированный слой значительно снижает скорость электрохимических реакций, обусловливающих коррозионный процесс.
После остывания металла турбины приблизительно до 50°С ее герметизируют набивкой асбеста, пропитанного герметиком. После сушки турбины на вход устанавливают патроны с пропитанным силикагелем, а на выход патроны с чистым силикагелем, включают эжектор и просасывают воздух. При достижении защитной концентрации ингибитора, равной 0,015 г/дм3, консервация прекращается, для чего отключают эжектор, устанавливают заглушку на входе и выходе воздуха.
Метод консервации турбины азотом
Предотвращение контакта металла с кислородом воздуха может быть достигнуто путем заполнения внутреннего пространства консервируемого оборудования нейтральным газом, например азотом, который может подаваться от балонной рампы. Во всем консервируемом объеме должно поддерживаться избыточное давление инертного газа, предотвращающее попадание наружного воздуха. Такой способ консервации достаточно надежен, однако, трудность консервации азотом паротурбинного оборудования связан с наличием большого числа мест утечки азота и со сложностью уплотнения этих мест. Необходимость уплотнения консервируемых систем приводит к существенному увеличению объема работ при вводе в консервацию и при выводе из нее.
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 турбины. 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 различными видами герметика, связаны с большим объёмом работ по обнаружению и устранению разного рода разуплотнений, что создает серьёзные 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 определённых зонах турбины) кислорода из воздуха, что опасно для здоровья обслуживающего оборудование персонала. Надёжность способа азотной консервации зависит от герметичности оборудования и чистоты азота, используемого для консервации.
Консервацию турбину азотом рекомендуется применять на тех электростанциях, где имеются кислородные установки, производящие азот концентрацией не менее 99%. Для проведения консервации необходимо иметь подвод газа к тем же точкам, что и воздух. Подачу азота в турбину начинают после останова турбины и окончания вакуумной сушки промежуточного пароперегревателя. Консервацию азотом можно применять и для паровых пространств бойлеров и подогревателей.
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 уплотнений. Как показывает опыт, низконапорные установки консервации осушенным или подогретым воздухом требуют организации подвода воздуха к камерам уплотнений с учётом сопротивления уплотняющих устройств доступных участков уплотнений. Практика показала, что наибольший эффект противокоррозионной защиты уплотнений даёт консервация с помощью инертного газа.
Методы консервации турбины воздухом
Снижение влажности воздуха внутри консервируемого оборудования может быть достигнуто несколькими способами.
При консервации оборудования воздухом достаточно поддерживать в консервируемом объеме относительную влажность воздуха в пределах 40÷60 %. Если на консервируемых поверхностях имеются солевые отложения или рыхлые продукты коррозии, относительную влажность воздуха в консервируемом объеме необходимо поддерживать в пределах 35÷45 %, что гарантированно защищает оборудование от стояночной коррозии.
Поскольку при снижении влажности воздуха можно ограничиться задачей уменьшения относительного содержания влаги в воздухе, появляется возможность добиться этого путем нагревания воздуха до некоторой температуры. Значение величины нагрева и полученная относительная влажность воздуха определяются: исходными параметрами воздуха в точке забора и температурой нагрева воздуха. Применение такого способа, хотя и сопряжено с некоторыми энергетическими затратами, позволяет добиться консервации теплоэнергетического оборудования, изготовленного из различных материалов, без применения химических реагентов и при минимальных затратах на обслуживание. К другим преимуществам этого способа следует отнести простоту операций по вводу оборудования в консервацию и выводу из нее.
Основным недостатком метода консервации подогретого воздуха является то, что влагосодержание воздуха остается постоянным. 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 при достаточно больших расходах воздуха и правильной организации схемы консервации, позволяющей минимизировать застойные маловентилируемые области внутри турбины. Этот способ понижения относительной влажности воздуха сопровождается большими затратами электроэнергии при использовании электрокалориферов.
Воздухонагревательные консервационные установки компании ЮВТЕК позволяют получать влажность воздуха в диапазоне 25-30% даже на выходе из конденсатора турбины. Это достигается за счет продувки проточной части большим количеством воздуха с низкой относительной влажностью 15-20% и правильной организацией схемы продувки.
Нагрев воздуха существенно снижает его относительную влажность, однако, данный способ имеет ряд недостатков:
— низкая эффективность из-за охлаждения воздуха до температуры точки росы в слабо вентилируемых объёмах, в результате чего возможны конденсация влаги и усиление локальной коррозии;
— невозможность получения равномерного распределения нагретого воздуха во всем внутреннем объёме турбоустановки, при этом возрастает опасность перемещения избыточных водяных паров из нагретой части оборудования в холодную с последующей конденсацией из-за способности подогретого воздуха активно поглощать влагу;
— большие энергетические затраты для поддержания консервируемого оборудования в прогретом, примерно до 60 °C, состоянии.
Неоспоримым преимуществом консервационных воздухонагревательных установок, использующих большой объем воздуха для продувки внутренних полостей, является:
— способность эффективно осушать не только проточную часть цилиндров, но и конденсаторов;
— быстрый выход на режим консервации – менее суток.
При динамической осушке в полости консервируемого оборудования постоянно нагнетается атмосферный воздух, прошедший предварительную осушку в воздухоосушительной установке. Адсорбционная установка представляет собой либо кассеты с влагопоглотителем, либо ячеистый ротор заполненный гранулами силикагеля. К недостаткам указанных способов осушки воздуха следует отнести необходимость применения химических влагопоглотителей, требующих регулярной замены или регенерации, что заметно увеличивает трудоемкость обслуживания консервационной установки.
Воздухоосушительные консервационные установки JUVTEK Tornado DRY работают в автоматическом режиме и обеспечивают поддержание заданной влажности воздуха в консервируемом контуре.
Консервационная установка JUVTEK Tornado DRY состоит из силовой рамы на колесах, воздушного фильтра, вентилятора, испарителя, конденсатора, компрессора, шкафа управления и вспомогательных узлов. Для защиты установки предусмотрены схемы защиты: по перегреву компрессора; по короткому замыканию; по разгерметизации контура хладагента, по превышению тока и перегреву электродвигателя вентилятора. Осушитель имеет вспомогательную сигнализацию об обмерзании испарителя и о загрязнённости воздушного фильтра. Управление производится непосредственно с лицевой панели шкафа, на которой располагаются элементы контроля, управления и сигнализации.
Применение воздуха в качестве консервирующего агента позволит во многих случаях полностью отказаться от использования химических реагентов при консервации, в результате чего не потребуется специальная подготовка оборудования к пуску после простоя и уменьшится сброс сточных вод в водные объекты.
Выбор метода консервации паровой турбины
В соответствии с изложенными выше положениями, самым простым, наиболее эффективным и доступным способом консервации паровых и газовых турбин является метод воздушной консервации.
Консервация осушенным воздухом позволяет:
— консервировать энергооборудование с первых суток останова, что исключает начальный период простоя, в течение которого проявляется максимальная скорость атмосферной коррозии;
— защитить внутренние поверхности турбины от атмосферной коррозии безреагентным методом на 6 месяцев и более;
— осуществлять текущие ремонтные работы на законсервированном оборудовании без проведения дополнительных работ по расконсервации;
— производить непрерывный приборный контроль относительной влажности воздуха в консервируемом объёме и автоматически поддерживать её в диапазоне 35-45%, в пределах которого скорость атмосферной коррозии металла значительно ниже допустимой.
Консервация оборудования осушенным воздухом широко используется в мировой практике, как один из наиболее эффективных и рациональных методов предотвращения стояночной коррозии. Этот метод заменил ранее использовавшуюся технологию консервации турбоустановок подогретым воздухом.