Системы шариковой очистки конденсаторов турбин

СИСТЕМЫ ШАРИКОВОЙ ОЧИСТКИ КОНДЕНСАТОРОВ ТУРБИН
ЛЕНИНГРАДСКОЙ АЭС
Гредасов П.О.
Филиал ФГУП концерн «РОСЭНЕРГОАТОМ»
Ленинградская АЭС
В настоящее время все больше внимания уделяется вопросам
повышения эффективности выработки электроэнергии на АЭС.
Одним из направлений повышения мощности турбоагрегатов является
улучшение условий теплопередачи в конденсаторах турбин.
Применяемые
для
охлаждения
на
электростанциях
поверхностные воды содержат растворенные и нерастворенные
вещества, которые, в зависимости от региона, сильно различаются по
своему количеству и составу. Нежелательное выпадение этих веществ
в виде отложений на внутренних поверхностях охлаждающих трубок
называется микрозагрязнениями.
Выделяют несколько типов микрозагрязнений:
- выпадение частиц (седиментация). Взвешенные вещества в
охлаждающей воде осаждаются на внутренних поверхностях
охлаждающих трубок теплообменника;
- кристаллизация (выпадение осадка). Происходит в основном
из-за наличия в охлаждающей воде нерастворимых
неорганических солей, которые с увеличивающимися
тепловыми нагрузками переходят границу растворимости и
откладываются в качестве твердых отложений;
- коррозия. Коррозионные загрязнения возникают в результате
реакции материала труб с охлаждающей водой;
- биологические отложения. Они возникают вследствие
колонизации различных организмов и отложений продуктов
обмена их веществ.
Микрозагрязнения снижают теплопередачу в охлаждающих
трубках, существенно снижая, тем самым, эффективность работы
конденсатора.
Потери производительности такого рода лежат в пределах 6-22
МВт(э) для блока АЭС электрической мощностью 1000 МВт.
В качестве ориентировочных данных для оценки величины
потерь на электростанциях по причине микрозагрязнений может
служить следующая информация:
- микрозагрязнения повышают тепловой расход турбоустановки
на 1-2%;
вызванный микрозагрязнениями рост давления в конденсаторе
на 10 мбар ведет к потерям в электрической мощности от 0,7 до
1,8%.
Особенностью системы охлаждения конденсаторов на
Ленинградской АЭС является использование в качестве охлаждающей
жидкости морской воды Финского залива. Проведенные исследования
трубных систем конденсаторов турбин показали наличие
органических и шламовых отложений на внутренних поверхностях
трубок, приводящих к питинговой коррозии и увеличению
термического сопротивления стенки трубок. В результате коррозии
появляются течи морской воды в паровое пространство
конденсаторов, что приводит к нарушению водно-химического
режима основного конденсата и, как следствие, к повышенной
нагрузке на ионообменные фильтры.
За последние годы для борьбы с микрозагрязнениями, снижения
теплорасхода и повышения электрической мощности турбоустановок
на большинстве российских АЭС, в том числе и на Ленинградской,
были установлены системы шариковой очистки конденсаторов
турбин.
Системы шариковой очистки конденсаторов турбин (СШО)
предназначены для предотвращения загрязнения охлаждающих
трубок и возникновения отложений на них со стороны охлаждающей
воды, за счет циркуляции шариков в трубной системе конденсатора.
Совместно с СШО используется система предварительной
фильтрации воды, поступающей на охлаждение конденсаторов
турбин, которая включает в себя фильтры предварительной очистки
[1].
Эксплуатация [2]
Эксплуатация в режиме очистки (рис. 1)
-
Очищающие шарики через ввод (1) на входе конденсатора
попадают в трубопровод охлаждающей воды. В потоке воды шарики
распределяются и, проходя через охлаждающие трубки, очищают их
внутреннюю поверхность. Далее шарики улавливаются ситовым
устройством (2), находящимся в выходном циркводоводе, и при
помощи насоса (3а), проходя через шлюз для шариков (3b),
возвращаются в конденсатор. Этот процесс происходит непрерывно.
Рис. 1 Конденсатор с установленной системой шариковой очистки
Выгрузка очищающих шариков
В зависимости от состояния охлаждающих трубок очищающие
шарики подвергаются нагрузке различной степени интенсивности и
при истирании их до внутреннего диаметра охлаждающей трубки
должны быть заменены новой партией. В среднем замена шариков
производится 1 раз в 3 недели.
Необходимо отметить, что для получения максимальной
эффективности от работы СШО, важно выбрать соответствующий тип
очищающих шариков, который зависит от материала и внутреннего
диаметра охлаждающих трубок, типа охлаждающей воды, а также
специфики гидравлических условий систем охлаждения.
Сравнение основных показателей эффективности работы
конденсационной установки на энергоблоке с системой
шариковой очистки и без нее.
В течение 2004, 2005 годов на II-й очереди Ленинградской АЭС
в работе находились два вида конденсационных установок: с
установленной системой шариковой очистки
(4-й энергоблок) и
без неё (3-й энергоблок). Это позволило, с учетом прочих равных
условий (температура морской воды) и различий (количество
дефектных трубок, нагрузка на ТГ, вакуум и т.п.), наглядно сравнить
показатели эффективности применения СШО.
В таблице №1 показаны выдержки из журнала состояния
оборудования ТЦ-2 Ленинградской АЭС [3]:
Нагрузка на все ТГ – номинальная (500Мвт)
Таблица №1. Параметры работы конденсаторов турбин в летнее
(июнь) и зимнее (январь) время
№
Темп.
ТГ напор,°С
5
6
7
8
13,3
12,5
5,3
6
Июнь
Ср. знач.
темп.
напора, °С
∆T,
°С
12,9
7,25
5,65
Темп.
напор,°
С
12,8
10,6
6,2
6,8
Январь
Ср. знач.
темп.
напора, °С
∆T,
°С
11,7
5,20
6,5
Из таблицы можно сделать следующие выводы:
1. Величина температурного напора конденсаторов с СШО
несколько ниже, что говорит о повышении экономичности
турбоустановки, более полном использовании энергии пара.
2. Работа СШО особенно эффективна в летнее время, когда имеет
место наиболее неблагоприятный период в отношении загрязнения
охлаждающих трубок конденсатора биологическими отложениями:
тина, микроорганизмы, мелкие водоросли и т.п.
Исходя из опыта эксплуатации, можно выявить следующие
преимущества:
1. Уменьшение температурного напора, вследствие улучшения
условий теплопередачи между конденсирующимся паром и морской
(охлаждающей) водой, что достигается за счет очистки внутренней
теплопередающей поверхности охлаждающих трубок конденсатора.
2. Удобство ремонта и обслуживания конденсационной установки.
При вскрытии конденсатора отсутствуют органические отложения на
стенках и трубных досках, затрудняющие осмотр и ремонт
внутренних поверхностей конденсаторов.
3. Система
предварительной
очистки
морской
воды,
устанавливаемая совместно с системой шариковой очистки, позволяет
исключить из схемы турбоустановки ненадежные, неудобные в
обслуживании и ремонте фильтры морской воды, установленные на
отводах к цеховым потребителям.
4. Легкость в обслуживании системы шариковой очистки,
обусловленная применением полностью автоматизированного
управления, реализованного на микропроцессорных схемах.
К недостаткам можно отнести следующее:
1. Эффективность работы шариковой очистки во многом
определяется состоянием (износом) охлаждающих трубок. Длительно
эксплуатируемые конденсаторы, как правило, имеют множество
неплотностей и применение очищающих шариков ведет к увеличению
содержания хлора в конденсатно-питательном тракте.
2. В штормовых условиях, характерных для нашего региона,
система предварительной очистки морской воды снижает надежность
линии подачи охлаждающей воды в конденсатор. При аварии фильтра
предварительной очистки, подача охлаждающей воды в конденсатор
невозможна,
т.е.
неизбежно
отключение
конденсатора
с
предварительным снижением уровня электрической мощности всего
турбоагрегата.
3. Отсутствие ремонтной документации на поставляемое
оборудование, т.е. при ситуации приведенной выше, потери
показателя КИУМ (коэффициент использования установленной
мощности) возрастают в зависимости от времени прибытия
представителей фирмы производителя СШО для устранения дефекта.
4. Качество используемых материалов для трубопроводов системы
шариковой очистки не соответствует условиям работы в морской
воде. Через два года эксплуатации большинство трубопроводов,
изготовленных из стали марки Ст. 20, с толщиной стенки 3,5мм
вышли из строя в следствие износа и появления многочисленных
свищей.
Заключение
Опыт эксплуатации системы шариковой очистки в течение 4-х
лет на 4-м энергоблоке и 2-х лет на 3-м энергоблоке Ленинградской
АЭС показал, что решение о применении данной системы необходимо
принимать в комплексе с выполнением ряда условий:
- выявление и замена дефектных трубок конденсатора или
нанесение на внутреннюю поверхность охлаждающих трубок
антикоррозионного покрытия перед началом эксплуатации;
- применение материалов из пластика в качестве обвязки
оборудования СШО;
- использование предохранительных, самоподрывных секторов на
механических фильтрах предварительной очистки;
- обучение персонала и снабжение его всей необходимой для
ремонта документацией.
Прошедший период эксплуатации СШО на Ленинградской АЭС
следует определить как начальный, и назвать преимущественно
положительным. Окончательное заключение о результатах
эксплуатации СШО можно дать на основе длительного опыта
эксплуатации, т.к. в настоящее время отсутствуют, например, данные
о влиянии шарикоочистки на износ (срок службы) охлаждающих
трубок конденсационной установки, данные об эффективности СШО
при работе в КНД с различными защитными покрытиями
охлаждающих трубок.
Литература
1. Инструкция по эксплуатации системы шариковой очистки и
фильтра предварительной очистки (Ленинградская АЭС). Инв. № 2Т284, 2005г.
2. Техническое описание системы шариковой очистки и фильтра
предварительной очистки (Ленинградская АЭС). Инв. № 2ТО-241,
2006г.
3. Журнал состояния оборудования ТЦ-2 Ленинградской АЭС.