ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПАРОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ПЛОТНОСТЬ КОНДЕНСАТОРА

Высокие требования, предъявля­емые к качеству питательной воды на современных энергетических установках, означают повышен­ные требования н к качеству кон­денсата. Это особенно касается бло­ков с прямоточными котлами, где существует жесткая зависимость между качеством пара и качеством питательной воды. Поэтому именно для этих агрегатов установлены на­иболее жесткие нормы величины присосов охлаждающей воды 0,001—0,005%! (при пресной охлаж­дающей воде) по отношению к рас­ходу конденсата и 0,0001—0,00001%, при сильно минерализованной пру­довой или морской охлаждающей воде. Однако реально проверять в настоящее время можно не вели­чину присоса охлаждающей водь» в конденсатор, а жесткость конден­сата (до конденсатоочистки).

Согласно ПТЭ жесткость конден­сата должна отвечать следующим нормам (мкг-экв/кг, не более):

Котлы с естественной цнркуляциев до 3,92 МПа

(40 кгс/см1) . ... 10 То же 3,92—9,81 МПа

(40—100 кгс/см»). . . S. . выше 9,81 МПа

(100 кгс/см1) . . . .3 Котлы прямоточные (до конденсатоочистки)..... I

При непрерывной очистке 100%1 конденстата, выходящего из кон - денсатосборника турбины, допуска­ется кратковременное (не более 4 сут) повышение жесткости исход­ного конденсата до 5 мкг-экв/кг с соблюдением норм качества пи­тательной воды.

Для поддержания высокого ка­чества исходного конденсата необ­ходимо предотвращать образование течей как в вальцовочных соедине­ниях трубок с трубными досками, так и в самих трубках, подвержен­ных различным механическим, эро­зионным и коррозионным поврежде­ниям.

Наиболее опасными с точки зре­ния ухудшения водного режима яв­ляются механические повреждения трубок, поскольку обрыв в конден­саторе даже одной трубки из числа нескольких тысяч приводит к необ­ходимости срочного отглушения про­худившейся трубки или аварийного останова турбины. Причинами ме­ханических повреждений трубок мо­гут быть вибрационная усталость; эрозия периферийных трубок, воз­никающая при высокой влажности и большой скорости набегающего парового потока; эрозия трубок в местах подвода дренажей; нека­чественная вальцовка трубок (пере­вальцовка, подрезка); истирание трубок в местах прохода их через промежуточные перегородки при вибрации.

Отметим, что вибрация трубок может вызываться не только под воздействием вращения вала турби­ны, но и аэродинамическими силами от воздействия парового потока. Этим вибрациям, носящим характер автоколебаний, подвержены только первые по ходу пара несколько ря­дов трубок [83].

Предотвращение поломок трубок от резонансной вибрации достига­ется за счет тщательной отстройки трубного пучка от резонанса. В ря­де случаев для предотвращения эро­зии целесообразно в первом ряду пучка на входе пара установить за - глушенные трубки, которые гасили бы энергию водяных капель, содер­жащихся в паре [2]. Целесообразно также первые ряды трубных пучков компоновать трубками из износо­устойчивых материалов, а также трубками с повышенной толщиной стенок.

Среди причин, вызывающих ме­ханические повреждения трубок, нельзя исключить также случаи по­вреждения трубок кусками лопаток или бандажей, попадающих в кон­денсаторы при разрушении элемен­тов проточной части турбин. Эти случаи весьма редки, и предотвра­тить их, естественно, нельзя.

Более частой причиной повреж: дения трубок является коррозия, которая может явиться следствием воздействия коррозионно-активных примесей, содержащихся в охлаж­дающей воде. Иногда коррозии тру­бок с водяной стороны способству­ют местные очаги эрозии, препятст­вующие образованию прочной за­щитной пленки на поверхности ме­талла, или местные загрязнения стенки трубок, приводящие, как и инородные включения в металле, к образованию гальванических пар.

Коррозии с паровой стороны мо­жет, как правило, подвергаться лишь небольшое количество трубок в области воздухоохладителя, где сильно возрастает концентрация аг­рессивных газов в паровоздушной смеси. По предложению ВТИ этот пучок рекомендуется изготовлять из нержавеющих материалов [8]. Что же касается коррозии с водяной стороны, то самым радикальным мероприятием, уменьшающим этот процесс до допустимых пределов, является правильный подбор ма­териала трубок в зависимости от характеристики охлаждающей воды.

В практике отечественного тур­бостроения длительное время в ка­честве материала для конденсатор­ных трубок применялись два вида латуни: J1-68 для пресной и J1070-1 для морской воды. Опыт эксплуата­ции ряда станций показывает, что упомянутые материалы не выдер­живают длительной эксплуатации на охлаждающих водах со средним в коррозионном отношении качест­вом. Вследствие этого наблюдались случаи остановок крупных блоков для частичной или даже полной замены трубной системы конден­сатора через 3—4 года эксплуа­тации.

Вопрос о правильном выборе ма­териала конденсаторных трубок яв­ляется определяющим для обеспе­чения длительной безаварийной ра­боты конденсаторов. При решении этого вопроса следует руководство­ваться разработанными ВТИ сов­местно с другими институтами «Ре­комендациями по применению кон­денсаторных трубок из различных материалов» [10, 83]. Ниже, в табл. 6-1, приводятся эти реко­мендации.

В зарубежной практике нашло известное распространение исполь­зование в качестве материала для трубок нержавеющей стали. Сов­местно с возможностью приварки трубок к трубной доске это обеспе­чивает условия для создания чрез­вычайно надежной с точки зрения гидравлической плотности конструк­ции конденсатора. Эксплуатацион­ное опробование этого материала производится и в СССР.

Специфическим видом разруше­ния трубок является так называе­мая «ударная» коррозия. Этот вид разрушения обычно проявляется на входных участках трубок (100— 200 мм от входа воды в трубки) в виде шероховатости, интенсивного уменьшения толщины стенок и сквозных язв. Предполагается, что причиной коррозии этого вида слу­жит срыв защитной пленки с по­верхности трубки под действием струй воды, абразивных примесей и пузырьков воздуха, обильно вы­деляющихся при входе потока в трубки.

«Ударная» коррозия латунных трубок обычно наблюдается в кон­денсаторах со средними скоростями воды в трубках, превышающими 1,5 м/с. С повышением скорости во­ды «ударная» коррозия усиливает­ся. Особенно опасны высокие скоро­сти в конденсаторах на морской или сильноминерализованной воде.

В этих случаях проблема надежно­сти трубных пучков может быть ре­шена рациональным выбором ма­териала трубок и скоростей охлаж­дающей воды.

Среди проблем, касающихся обеспечения гидравлической плот­ности конденсатора, важное место занимают вопросы дополнительной герметизации вальцовочных соеди­нений. Подсос сырой воды в паро­вое пространство конденсатора че­рез неплотности вальцовочного со­единения является постоянно дейст­вующим фактором, поскольку обес­печить абсолютную плотность не­скольких десятков тысяч вальцовоч­ных соединений не представляется возможным, тем более что плотность этих узлов может нарушаться в процессе эксплуатации. Особенно сложно решается этот вопрос при­менительно к мощным агрегатам сверхкритического давления, по­скольку требования к качеству кон­денсата в этих установках в доста­точной мере жесткие, а количество вальцовочных соединений с ростом единичных мощностей турбоагрега­тов возрастает.

С учетом указанных обстоя­тельств в последнее время были разработаны мероприятия по повы­шению герметичности вальцовочных соединений и устранению вредного влияния подсоса сырой воды в па­ровое пространство конденсатора. К этим мероприятиям относятся:

1) нанесение уплотняющих по­крытий на трубные доски и выступа­ющие концы трубок со стороны во­дяных камер;

2) применение двойных трубных досок;

3) организация соленых отсеков в паровом пространстве конденса­тора;

4) приварка трубок к трубным доскам.

Способ дополнительной гермети­зации вальцовочных соединений пу­тем нанесения на трубную доску уплотняющих покрытий, предложен­ный ВТИ в 1953 г., пригоден как для вновь строящихся, так и нахо­дящихся в эксплуатации конденса­торов. Покрытие выполняется из водостойкого материала и образует плотный и прочный защитный слой, перекрывающий возможные неплот­ности в вальцовочных соединениях (рис. 6-17). Уплотняющие материа-

Таблица 6-1

Рекомендации по применению конденсаторных трубок из различных материалов в зависимости от характеристики охлаждающей воды

Характеристика охлаждающей воды

Солесодержание до 300 мг/кг:

А) чистая речиая, озерная или оборотная вода

Б) солесодержание хлоридов более 20 мг/кг и небольшое загрязнение стоками (сум­марное содержание аммиака, сероводо­рода, нитритов и др. не более 1 мг/кг)

Солесодержание от 300 до 1500 мг/кг;

А) отсутствует загрязненность стоками

Б) небольшое загрязнение стоками (см. п. 1,6)

Солесодержание от 1500 до 3000 мг/кг:

А) отсутствует загрязненность стоками и взвесями

Б) небольшое загрязнение стоками (см. п. 1,6), небольшое содержание взвесей

В) значительное содержание взвесей (в среднем, исключая п ериод паводка, вы­ше 25 мг/кг)

Солесодержание от 3000 до 5000 мг/кг:

А) отсутствует загрязненность стоками и взвесями

Б) небольшое загрязнение стоками (см. п. 1,6), небольшое [.содержание взвесей

Солесодержание выше 10 000 мг/кг (морская вода):

А) отсутствуют абразивные примеси (пе­сок) и сероводород

Б) имеются абразивные примеси

Независимо от общего солесодержания при кис­лой реакции воды (рН = 2-=-6), кроме морской

Зона воздухоохладителя (при закритических па­раметрах пара):

А) прн пресной воде

Б) при морской водевили повышенном со­держании хлоридов (более 800 мг/кг)

Л070-1 ЛОМш70-1-0,06

ЛОМш70-1-0,06

Латунь ЛАМш77-2-0,06

МНЖМц5-1-0,8 (МНЖ5-1)

ЛАМш77-2-0,06

МНЖМц5-1-0,8 (МНЖ5-1)

ЛАМш77-2-0,06

МНЖМцЗО-О,8-1 (МН70-30) X18H12M2T

1Х18Н9Т

1Х18Н9Т X18H12M2T

До 2,0—2,2 с пони­жением до 1,7—1,9 при небольшом содер­жании твердых при­месей

То же

До 2,5—2,7

До 2,0—2,2 До 2,5—2,7

До 2,0—2,2 До 3

То же

Примечания - I. Настоящие рекомеїцачки относятся к конденсаторам тур Зин, работающим нормально со еоелней за наиболее жаркую декаду температурой охлаждающей воды на выходе не более 45°С.

2 Для блоков с прямоточными котлами следует применять конденсаторные трубки из материала для следую - Bid) (более высокой) ступени солесодержаї ия охлаждающей воды.

3 Трубки из нержавеющей стали подлежат еще проверке на различных водах в опытном порядке. Широкое ■х применение намечается после получения результатов проверки.

Лы должны плотно соединяться с ме­таллом трубной доски и трубок кон­денсатора или предварительно на­несенной грунтовкой. Кроме того, этот материал должен быть стоек к разрушающему действию минера­лизованной или сильно загрязнен­ной абразивными включениями ох­лаждающей воды.

На основании проведенной ВТИ многолетней проверки различных материалов на опытных образцах и в промышленных условиях в на­стоящее время могут быть рекомен­дованы для практического примене­ния следующие типы покрытий (83]: а) битумное покрытие по фенолфор - мальдегидной грунтовке; б) гумми­рование «жидким» наиритом по хлорнаиритовой грунтовке; в) гум­мирование тиоколовым герметиком У-ЗОМ по хлорнаиритовой грунтов­ке; г) покрытие эпоксидным компа­ундом на основе эпоксидных смол.

Работы по герметизации трубных досок нового конденсатора или кон­денсатора, в котором установлены новые трубки, производятся после развальцовки всех трубок, проведе­ния гидравлического испытания и устранения обнаруженных при этом неплотностей.

Уплотняющие покрытия приме­няются для герметизации не только вальцовочных соединений, но и сварных швов составных трубных досок, соединений трубных досок с корпусом конденсатора и свар­ных соединений анкерных болтов с трубными досками.

В некоторых типах конденсато­ров ХТГЗ применен другой способ герметизации трубных досок. Кон­денсаторы этой конструкции имеют двойные трубные доски (рис. 6-18), зазор между которыми заполнен конденсатом. Конденсат для этой цели подается из напорного бачка, установленного на такой высоте, чтобы статическое давление столба воды превышало давление охлажда­ющей воды в водяной камере. При такой системе уплотнения загряз­нение конденсата за счет неплот­ности вальцовочного соединения мо­жет быть полностью исключено. Од­нако широкого распространения этот метод герметизации вальцовоч­ных соединений не получил ввиду больших трудностей, связанных с изготовлением и эксплуатацией этих конденсаторов.

Сложность изготовления подоб­ной конструкции заключается в том, что при сварке конденсатора труд­но обеспечить полную соосность от­верстий внутренних и внешних трубных досок, вследствие чего после сварки конденсатора необхо­дима дополнительная подгонка от­верстий. Кроме того, вдвое увели­чивается количество вальцовочных
соединении, причем вальцовка тру­бок во внутренней трубной доске со­пряжена с определенными трудно­стями, и качество ее, как правило, ниже обычного.

При появлении течи в вальцо­вочных соединениях внутренних до­сок отыскание мест присосов невоз­можно, поскольку внутренние труб­ные доски недоступны для осмотра.

Более простым, но недостаточно эффективным способом предохране­ния конденсата от попадания в него охлаждающей воды через неплот­ности вальцовочного соединения яв­ляется устройство «соленых» отсе­ков в паровом пространстве конден­сатора в районе расположения ос­новных трубных досок. Для этой цели в паровом пространстве на расстоянии 100—150 мм от трубных досок устанавливают вертикальные перегородки на всю высоту трубно­го пучка, причем трубки свободно, с зазором, проходят через отверстия в этой перегородке. Плотное соеди­нение перегородки с корпусом кон­денсатора требуется только на участке, расположенном ниже труб­ного пучка.

При такой конструкции конден­сатора сырая вода, проникающая через неплотности вальцовочного соединения или через раковины и трещины в трубках вблизи трубных досок, попадает в отсек, образован­ный трубной доской и перегород­кой, и удаляется специальным на­сосом, не смешиваясь с основной массой конденсата. Схема работы конденсатора такого типа представ­лена на рис. 6-19.

Устройство соленых отсеков дает возможность при возникновении те­чи в трубных досках обеспечить ра­боту агрегата до очередной его остановки без существенного ухуд­шения качества основной массы конденсата. Кроме того, по измене­нию концентрации солей в соленом отсеке можно судить о появлении весьма умеренных присосов, кото­рые в обычных условиях даже не прослеживаются ввиду их значи - J

Тельного разбавления основным ко­личеством конденсата. Однако при­менение соленых отсеков в крупных, отечественных конденсаторах не на­ходит широкого распространения.

Эффективным средством герме­тизации трубных досок конденсато­ров является приварка к ним тру­бок. Но этот способ применим лишь при изготовлении трубсгк и трубных досок из одинакового материала, или из разных, но сваривающихся между собой металлов. В настоя­щее время в нашей стране в стацио­нарных энергетических установках соединение трубок и трубных досок с помощью сварки не применяется, так как сварное соединение затруд­няет замену поврежденных трубок.

Для определения количества охлажда­ющей воды, проникающей через неплотно­сти в паровое пространство конденсатора, пользуются опрессовкой конденсатора с во­дяной стороны. Для этого конденсатор с паровой стороны полностью опоражнива­ется, конденсатопровод после конденсато - сборника временно отглушается. С водяной стороны создается полное рабочее давление циркуляционной воды, а с паровой стороны с помощью пускового эжектора создается разрежение (пар на уплотнение не подает­ся). По истечении 2—3 ч производятся слив, и измерение количества накопившейся в па­ровом пространстве охлаждающей воды. Этим методом удается только приблизи­тельно оценить величину присосов охлаж­дающей воды, так как гидравлическая плотность неработающего конденсатора мо­жет существенно отличаться от плотности-• конденсатора, работающего с глубоким ва­куумом под нагрузкой.

Важнейшей задачей в условиях, обеспечения максимальной гидрав -
лической плотности конденсаторов является обнаружение мест присо­сов сырой воды в паровое простран­ство конденсатора. Эта задача по мере роста требований к качеству конденсата все более усложняется. В настоящее время в установках сверхкритического давления тради­ционные методы опрессовки конден­сатора для обнаружения мест при­сосов сырой воды уже становятся непригодными, поскольку жесткие требования к качеству питательной воды в этих агрегатах требуют на­хождения даже капиллярных тре­щин н неплотностей.

В этих условиях хорошо зареко­мендовал себя люминесцентный ме­тод, основанный на применении для гидравлической опрессовки водного раствора люминофора, обладающе­го свойством свечения под действи­ем ультрафиолетовых лучей [83]. При облучении трубных досок кон­денсатора ультрафиолетовыми лу­чами люминофор, проникающий на­ружу через неплотности трубной си­стемы, начинает светиться ярким желтовато-зеленым светом. Это по­зволяет обнаруживать очень мелкие неплотности и трещины, наличие ко­торых невозможно обнаружить при обычной опрессовке.

В качестве люминофора при оп - рессовках конденсаторов применя­ется водный раствор флуоресцеина натрия (уранина C2oHio05Na2). Вод­ный раствор флуоресцеина натрия не ядовит и не вызывает коррозии металлов. Свечение раствора под действием ультрафиолетового излу­чения наблюдается уже при незна­чительных концентрациях флуорес­цеина натрия, поэтому количество его, необходимое для опрессовки конденсатора, очень невелико.

Для приготовления рабочего раствора используется готовый по­рошок уранина или флуоресцеина C2oH1005. Поскольку флуоресцеин плохо растворяется в воде, его пред­варительно переводят в уранин. Для этого в отдельном бачке раст­воряют равное по весу количество флуоресцеина и едкого натра (NaOH) [9, 83]. Концентрация ука­занных соединений в воде для од­нократной опресовки составляет 7— 12 г/м3. При заливке водой парового пространства конденсатора люмино­фор должен быть тщательно пере­мешан с водой. Отыскание мест не­плотностей по свечению люмино­фора производится при затемнен­ных водяных камерах.

Из прочих методов определения мест присосов следует отметить обычную гидравлическую опрессов - ку и опрессовку под давлением. Гидравлическая опрессовка произ­водится при остановленной турбине путем заливки парового пространст­ва конденсатора конденсатом или химически очищенной водой. При этом трубки и трубные доски пред­варительно осушаются сжатым воз­духом. Появление капель, течи из вальцовочного соединения или из какой-либо трубки сигнализирует о местах подсоса сырой воды.

Этот метод позволяет определить места лишь с относительно боль­шими неплотностями, поскольку при таком испытании все вальцовочные соединения, трубки и сварные швы находятся под давлением воды, зна­чительно меньшим, чем в условиях эксплуатации. В нижней части трубных досок, где давление воды выше, таким путем могут быть об­наружены течи порядка 10—20 кг/ч и более. В верхней же части труб­ных досок давление воды ниже, вследствие чего могут остаться не - выявленными значительные неплот­ности.

Несколько лучшие результаты могут быть получены при гидравли­ческой опрессовке под давлением, когда над поверхностью воды созда­ется при помощи сжатого воздуха от компрессора избыточное давле­ние порядка 0,049—0,0784 МПа (0,5—0,8 кгс/см2).

Для определения крупных не­плотностей на ходу турбины опо­ражнивают с водяной стороны одну половину конденсатора и, исследуя трубную доску с помощью горящей свечи, по отклонению пламени опре­деляют места присосов сырой воды. Иногда поиск течи производят с по­мощью одновременного наложения эластичных тонких пластмассо­вых пленок на одинаковые места трубных досок в противоположных водяных камерах. В местах крупных присосов пленка под действием раз­ности давлений прогибается. Заслу­живает большого внимания метод поиска прохудившихся трубок с по­мощью пены, наносимой на поверх­ности трубных досок [90].