CC BY
124
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.
