Реновация энергоблоков ТЭС и АЭС путем диагностирования их низкопотенциальных комплексов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.311.2: 65.011.56

Т. И. БЫКОВА, старший преподаватель

Украинскаяинженерно-педагогическая академия, г. Харьков

РЕНОВАЦИЯ ЭНЕРГОБЛОКОВ ТЭС И АЭСПУТЕМ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

ИХ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ

В статье рассмотреоыгвлврлсы реновации энергоблоковТЭСиАЭС путем внедрения автоматического диагностирования низкопотенциальным комплексов турбинных установок (АСТД).

У даннійстатті роздянуті питанняреноваціїенергетичнихблоківТЕСіАЕС шляхом впровадженняавтоматичного діагностування низько потенціальних комплексів турбінних устатктвнвь (йдТДд

Введение

Одним из реальных способов повышения надежности энергоблоков АЭС является совершенствования системы управления их низкопотенциальным комплексом (НПК) [1]. При этом НПК рассматривается как сложная технологическая подсистема, являющаяся одной из важнейших в общеблочной системе. Предлагается концепция повышения надежности и эффективности работы энергоблоков АЭС на основе двуединого метода -решения проблемы совместимости оборудования и систем обеспечения, и создания для них автоматизированных систем управления на базе оперативного технического диагностирования.

Асновная часть

С этой целью разработаны и опробованы [2]:

- методика определения несовместимости оборудования НПК и обеспечивающих систем;

- концепция систем автоматизированной оперативной технической диагностики (как автономных, так и в структуре АСУТП энергоблока);

- методика оценки изменения состояния элементов НПК, предупреждения и ликвидации отказов.

Диагностирование такой сложной технической системы как турбоустановка сводится к установлению некоторых величин - диагностических признаков которые

связаны с параметрами функционирования (£= 1,^следующими зависимостями:

(1)

(2)

В свою очередь, основные показатели эффективности, надежности. Ресурса работы энергоблока зависят соответственно от диагностических признаков:

При отключении диагностических признаков или измеряемых значений (ДFj или Дxj) от нормативных можно определить изменение соответствующих характеристик в зависимости от реальных условий эксплуатации энергоблока:

ДЕИ= ....ДГт)

ІД = К<Д^...гЛО

(6)

(7)

(8)

На данном этапе решения обшей задачи предлагается комплексный подход к разработке одной из важнейших составляющих общей системы диагностики - анализу и обработке эксплуатационных характеристик работы ПНК с целью определения его основных диагностических признаков.

Для условий работы НПК диагностическая модель может быть записана в виде:

(9)

(10)

(11)

где Fl,..., Fm - диагностические признаки (технические, технологические, климатические), оказывающие основное влияние на условия работы НКП, в том числе и фактор времени;

Рк - давление в конденсаторе;

5^ - температурный напор конденсатора;

ІЦ- нагрев охлаждающей воды.

Основными составляющими НКП являются следующие подсистемы [1]:

- технического водоснабжения, включающая в себя источники водоснабжения, циркуляционные насосы и систему водоводов;

- конденсационные установки, состоящие из конденсаторов, конденсатных насосов и воздухоудаляющих устройств (эжекторов).

Авторами проведен детальный анализ реальных условий эксплуатации НПК на энергоблоках ЗаАЭС за последние годы. В работе использованы статистические данные лаборатории надежности ЗаАЭС.

В перечень поставленных задач входили следующие:

1. Конденсатор и эжекторная установка - сравнение фактических и нормативных значений вакуума, температурного напора, переохлаждение конденсата, нагрева воды, гидравлического и парового сопротивления, присосов воздуха и производительности эжекторов.

2. Насосные установки (циркуляционные и конденсатные) и трубопроводы системы технического водоснабжения - определение фактических характеристик и оптимизация режимов работы насосов, анализ и выяснение возможных причин отклонений в работе насосов, оптимизация включения и параметров эксплуатации циркнасосов и водоводов.

Основные результаты исследований

Конденсатор и эжекторная установка

Анализ графиков среднесуточной нагрузки (плановой и фактической) энергоблоков ЗаАЭС в разрезе года показывает, что основные причины снижения нагрузки (не считая разгружений, связанных с возникновением аварийных ситуаций или работы на мощностном эффекте), определяются условиями работы НПК - повышением температуры охлаждающей воды и отклонением давления пара в конденсаторе от нормального значения. Недовыработка электрической энергии по этим причинам в 2003 году по блокам № 1-6 ЗаАЭС составила, соответственно, 102,7; 112,4;184,3; 169,4; 157,8 и 125,4 млн.кВт. час. Это предопределяет то, что в условиях работы энергоблоков АЭС вопросы энергосбережения, повышения надежности и долговечности в первую очередь необходимо изыскивать в системе НКП.

На рисунке в разрезе годового временного периода представлены изменения давления в конденсаторе Рк, температуры охлаждающей воды , нормативного и фактического

температурного напоров 3^ ■ и недобора мощности ДІЧ, , связанного с отключениями

условий работы конденсатора. Приведенные данные свидетельствуют о том, что основной причиной повышения давления в конденсаторе и потери мощности является рост фактического температурного напора. Так, при нормативном значении = 2 — 4“€ ,

фактический температурный напор достигал 6-14 СС , что приводит к недовыработке электрической мощности 18-26 МВт. Определенно, что при различных условиях эксплуатации, отключение температурного напора на 1 СС приводит к снижению мощности

энергоблока ЗаАЭС от 3 до 17 МВт.

С ростом температуры охлаждающей воды недобор мощности резко возрастает из-за разгрузки энергоблока для выдерживания ограничений по давлению в конденсаторе. Так, например, при температуре охлаждающей воды 26°С и разности температурных напоров 13-14°С недобор мощности составит 200МВт, а при разности 30°С - 570МВт. Поэтому, для исключения разгрузки энергоблока по условиям вакуума в конденсаторе разность нормативного и фактического температурного напоров не должна превышать 6°С, что не всегда выдерживается в процессе эксплуатации.

В целях снижения фактического температурного напора, что подтверждается опытом эксплуатации энергоблоков ЗаАЭС за последние годы, эффективно применение шариковой очистки конденсаторных трубок, наличие фильтров предочистки, применение новой технологии антикоррозионной защиты трубных досок и входных участков трубного пучка.

Рисунок. Основные показатели работы конденсатора блока ЗаАЭС в разрезе года

Кроме того, предлагается усилить контроль гидравлической плотности конденсатора, т. к. из-за микроприсосов охлаждающей воды происходит нарушение вводно-химического режима второго контура, вследствие чего отключается система шариковой очистки и снижается мощность энергоблока.

В работе эжекторной установки в процессе эксплуатации принципиальных нарушений не выявлено. Однако есть замечания связанные с недостатками работы пускового эжектора, которые заключаются в основном с конструктивными недоработками:

- заниженный КПД установки;

- затруднительное создание глубокого вакуума;

- потеря теплоты рабочего пара.

Таким образом, основные диагностические признаки конденсатора по их значимости устанавливаются следующими:

- температурный напор конденсатора;

- нагрев охлаждающей воды;

- переохлаждение конденсата;

- присосы воздуха в вакуумную систему;

- присосы охлаждающей воды;

- гидравлическое и паровое сопротивление конденсатора.

Циркуляционные (конденсатные) насосы, конденсатный тракт и система технического водоснабжения

Проведенный анализ работы этих подсистем НПК показал, что основными нарушениями, отказами являлись следующие:

- напорные циркводоводы покрыты слоем минеральных отложений и продуктов коррозии, которые выносятся потоком воды на трубные доски и в трубки конденсаторов (скорость отложения на трубных досках достигает 0,2 мм в месяц);

- рост сопротивления участков системы технического водоснабжения;

- появления признаков помпажного режима в циркводоводах;

- не всегда обеспечивается стабильная форма напорной характеристики при параллельной работе насосов;

- имели случаи срывов насосов, снижение производительности, подсосы воздуха в вакуумную систему конденсаторного тракта.

Так, например, несоответствие угла поворота лопастей циркуляционных насосов на

2-4° (что практически всегда имеет место) приводит к снижению КПД насоса до 4 % и при этом происходит выход за рабочую область работы насоса. Несоответствие расхода охлаждающей воды (по данным исследований - до 40 т/ч) требуемой кратности охлаждения приводит к потере мощности энергоблока до 10 МВт.

В ряде случаев отказы в системе технического водоснабжения или основного конденсата приводили к частичной разгрузке (до 50 %) или полному останову энергоблоков с соответствующей недовыработкой электрической энергии.

Основные диагностические признаки по данной системе оборудования.

Циркуляционная система:

- давление охлаждающей воды на напоре циркуляционных насосов (определяет повышение гидравлического сопротивления конденсатора);

- расход охлаждающей воды (определяется из теплового расчета конденсатора, характеризует степень загрязнения трубного пучка);

- частота вращения и положение лопастей циркнасосов;

- потребляемый ток приводных двигателей циркнасосов;

- рабочие характеристики насосов;

- гидравлическое сопротивление циркуляционной системы (определяет состояние очистных сеток, фильтров, трубопроводов, выходных и поворотных камер конденсаторов).

Система основного конденсата:

- содержание кислорода за КЭН-1 (определяется присосы воздуха по тракту);

- электропроводность основного конденсата или содержание в нем натрия (определяет присосы охлаждающей воды или воздуха; качество подпиточной химобессоленной воды; вынос продуктов коррозии материалов второго контура; правильность технологии регенерации ионообменных установок);

- расход и давление основного конденсата на входе и выходе насоса (определяет зону работы насоса).

Для дальнейшего анализа условий эксплуатации НПК и включения в подсистему его диагностирования, в таблице представлены нормативные значения основных диагностических признаков конденсационной установки энергоблока мощностью 1000МВт ЗаАЭС на

номинальной нагрузке.

Подключение данной подсистемы в общую АСУТП энергоблоков позволяет не только распознать отклонения на ранней стадии их появления, но и улучшить общие эксплуатационные показатели работы турбоустановки. Хорошо функционирующая система диагностики, естественно, предполагает оснащение всего НПК необходимой современной первичной контрольно-измерительнойаппаратурой.

В этой подсистеме очевидны возможности для дальнейшей реализации связи диагностики с автоматическим управлением (без вмешательства оперативного персонала) того или иного узла НПК. Пока все же необходимые действия по регулированию, управлению и защите отделены отобщейсистемыдиагностики(таблица).

__________________________________________________________________________Таблица

Диагностический признак Размерность Значение

Абсолютное давление в конденсаторе, не более кПа 9,0

Уровень в конденсатосборниках, не более не менее мм 2400 1500

Гидравлическое сопротивление конденсатора, не более Мпа 0,075

Избыточное давление циркводы на входе в конденсаторы, не менее Мпа 0,1

Нагрев циркводы, не более °С 12

Температурный напор конденсаторов, не более °С 9

Величина переохлаждения конденсата,не более °С 2

Температура основного конденсата на входе в БОУ, не более °С 45

Величина присосов воздуха в конденсаторы, не более кг/ч 100

Содержание кислорода в основном конденсате мкг/л 30

Жесткость основного конденсата, не более мкг-экв/л 0,5

Электропроводность основного конденсата на входе в БОУ, не более мкСм/см 0,3

Давление основного конденсата на напоре КЭН 1-й ступени, не менее МПа 0,7

Температура основного конденсата перед эжекторами, не менее °С 40

Давление рабочего пара перед эжекторами, не менее МПа 0,4

Абсолютное давление, создаваемое эжектором уплотнений МПа 0,095-0,096

Разность давлений в конденсаторе и трубопроводах отсоса паровоздушной смеси к основным эжекторам, не более кПа 5,0

Температура неконденсирующих газов на выхлопе эжекторов, не более °С 72

Выводы

1. Одним из вариантов реновации действующих энергоблоков ТЭС и АЭС может быть

внедрение систем автоматизиднванногодгагностировнния НІ 1В.

П.Приведенег споичбы рааэаботки иоаечриния АСТД вНПК, поотделкным г^c^дсистемам Скорщєтсатсры, эжекдорнык уетаноекд, цир кулоциониые икондонсатньїенчеясаі, система чиновного конденсата, циркуляционная система).

З .В табдице дриведеиыдндыно стичесои е пертмедры Стемоеодю>фы,дттле нтяи др.) пядсичтем д экемрнднь ШТК.

Єписок литературы

1 .Гячлспцв И. Г.и бтоуба В., Яцкевис с. В. «Teплo990pгeдндеcкIe тсттсоьки эеэктр остьнций».К иов. г- 1999.- 1 ОГд.

2.Кяптдыкин д. СС., Шэдесся И. Г. «Определение и исследование диагностических приз на ковНПК ссчреиюдскте АЭС». Востосно-Ечдооеточий іичрорс гер едочьы тетчюдогий.

cc2Q8).-coo5.-c.e4 д ^15д.

RENO VATIONOF ТН ERMAL POWLR PL ANTO A NDNUCLEA R POWEP PLANT S ВУВІАСТРОиіД LOWPOTVNTCAL G JMPLEXTК

T. BYClGVA,sчпіяс teaehvr

Ыи aclLlc iceotiomcelatHdte иИс eonovation of thermal and nuclear power plants by introduction of automatic diagnosis low potential complexes of turbine.

Поступила в редакцию 18.04 2011 г.