П5.3. Исследование термонапряженного состояния паровпускных органов высокого давления
П5.3.1. Стопорные, регулирующие клапаны и первые перепускные трубы
Характеристики остывания СК, РК, а также пароперепускных труб (ППТ) для моно- и дубль-блоков не имеют существенных различий (рис. 2.9). Это вполне естественно, так как РК и ППТ этих блоков одинаковы, а СК отличаются лишь конструкцией паропроводящих патрубков. Для моноблока поставляется СК с одним паропроводящим патрубком, соединенным с трубопроводом 0325 х 60 мм, а для дубль-блока — с двумя патрубками, соединяемыми с паропроводами 0245 х 45 мм.
Технология прогрева СК, РК и ППТ при пусках моно- и дубль-блоков из всех тепловых состояний однотипна, а продолжительность всех операций, связанных с предварительным прогревом этих элементов и нагружением для дубль-блока, близка, но не меньше, чем для моноблока. В связи с этим нет оснований опасаться за превышение в процессе пусковых режимов соответствующих критериев надежности по этим элементам, полученным для моноблока. Действительно, во всех проведенных режимах фактические скорости прогрева СК на этапе предварительного прогрева и повышения частоты вращения не превышали 3 °С/мин, составляя, в основном, 1-2 °С/мин. Их можно оценить по табл. П5.1 и рис. П5.5, П5.6. Допустимая скорость прогрева для этого этапа составляет 4 oС/мин.
Минимальная допустимая скорость прогрева СК, установленная с учетом реальных отклонений от графиков-заданий, составляет 2 oС/мин. Термопрочность стопорного клапана не лимитирует осуществление пусковых режимов в рамках справедливости принятых критериев термопрочности.
Отказ от этапа прогрева закрытого СК, осуществляемого на основе технологии пуска моноблока, ощутимо повышает долговечность стопорного клапана.
Максимальная разность температур по толщине стенки (Δtр.к) возникала при пусках дубль-блока в момент их открытия (при повышении частоты вращения турбины, а в РК5-7 — при N > 180 МВт) и составляла 50-60 °C. Величина допустимой разности температур |Δtр.к| = 100 °C (при наиболее жестких условиях температура РК > 500 °C, разность температур стенки и крышки клапана составляет 100 °C).
Скорости прогрева первых перепускных труб при пусках из всех тепловых состояний не превышали допустимых величин, составлявших 20 0С/мин для пусков после простоя 18 ч и более, а для пусков из горячего состояния — 30 °C /мин.
Таким образом, критерии надежности, принятые для рассматриваемых элементов, удовлетворяются при пусках дубль-блоков из всех тепловых состояний. Учитывая консервативность этих критериев и незначительное количество режимов (15-20 пусков в год), можно утверждать, что эти элементы не являются лимитирующими. Их живучесть (в рамках справедливости принятых допущений) обеспечивается в пределах контролируемого и восстанавливаемого ресурса основных, ответственных элементов турбины, срок жизни этих элементов (экспертная оценка) — 40-60 лет.
П5.3.2. Вторые перепускные трубы
Обоснование количества регулирующих клапанов, открываемых при прогреве перепускных труб
Технология пуска моноблоков предусматривает повышение частоты вращения и выдержку при п = 800 об/мин с обязательным открытием первых четырех, а не всех семи РК. Эта выдержка предусматривается, в частности, для конвективного прогрева перепускных труб за РК1-4, осуществляемого основным расходом пара. Перепускные трубы за РК5-7 прогреваются при этом, в основном, насыщением, если на этапе от толчка до включения в сеть действительно обеспечено открытие этих клапанов.
Большая серия экспериментальных режимов, проведенных на дубль-блоке (табл. П5.2) показала, что при повышении частоты вращения от 800 об/мин до номинальной открытие РК5-7, как правило, приводит к повышению скорости прогрева соответствующих труб до 60 oС/мин. Это явление имело место в четырнадцати пусках из восемнадцати.
Рассмотрим основные факторы, которые могли оказать влияние на этот эффект. Низкий вакуум, увеличивая расход пара, необходимый для повышения частоты вращения, может приводить к открытию РК5-7. В семи пусках вакуум при п = 800 об/мин был в пределах V = 500-510 мм рт.ст., т.е. на нормативном уровне. В остальных семи режимах величина вакуума при п = 800 об/мин составляла V = 550-600 мм рт.ст.
Реализацию моноблочной технологии на дубль-блоке рассмотрим на ряде примеров. Так, при пуске 04.10.76 (табл. П5.1 и П5.2) прогрев вторых перепускных труб в процессе выдержки при п = 800 об/мин проходил при открытых РК1-4 и вакууме V = 500 мм рт.ст. Регулирующие клапана 5-7, автоматически приоткрывшиеся при подъеме п до 800 об/мин, затем закрылись. Прогрев перепускных труб за РК1-4 осуществлен в этом пуске с соблюдением критерия подогреву наружной поверхности этих труб до t0=160 — 180 °C, что обеспечило их низкие скорости прогрева (10-12 °С/мин) при п — 800 об/мин. Перед подъемом (п > 800 об/мин) температуры перепускных труб за РК6 и 7 составляли 140 °C, а за РК5 — 176 °C. Повышение частоты вращения до номинальной сопровождалось открытием РК5-7. При этом скорости прогрева перепускных труб за РК5-7 составляли, соответственно, 30, 50 и 58 °С/мин.
Этот пример иллюстрирует последствия отказа от открытия всех РК при выдержке с n= 800 об/мин в условиях реальных отклонений от графиков-заданий, имеющих место в эксплуатационной практике. Наиболее существенным отклонением от графика-задания является здесь то, что вакуум начали увеличивать не одновременно с открытием Др-3, а лишь через 5 мин, и через 6 мин после этого достигли К=600 мм рт.ст. Однако повышение частоты вращения начали через 2 мин после начала повышения вакуума, когда он достиг лишь 535 мм рт.ст. Можно ли утверждать, что если к моменту повышения частоты вращения V = 600 мм рт.ст., то РК5-7 не откроются? Результаты, полученные в опытах 28.03.77, 29.03.76, 22.03.76 и 27.06.77, когда к моменту повышения частоты вращения вакуум превышал 600 мм рт.ст., показывают (табл. П5.1 и П5.2), что эти клапана могут открываться при быстром прохождении зоны частот вращения (n= 1000-2000 об/мин). Так, в пуске 28.03.77 к моменту окончания выдержки при п—800 об/мин (τ=4 ч 21,5 мин) вакуум составил 615 мм рт.ст. Повышение частоты вращения до 3000 об/мин проведено за 5 мин, а этап выхода на п=2 000 об/мин (не регламентируемый типовыми инструкциями) — за 2 мин. Именно на этом этапе открылись РК5 и 6. Если бы на предыдущем этапе перепускная труба за РК5 была прогрета до 220 °C, то, очевидно, при открытии этого клапана произошел бы быстрый прогрев перепускной трубы за РК5 от 130 до 220 °C. Следует отметить, что при достижении п = 3000 об/мин вакуум составил 630, а не 650 мм рт.ст.
Более чистый результат получен в пуске после 83 ч простоя 10.05.75. В этом пуске к моменту повышения частоты вращения от 800 до 3000 об/мин вакуум V = 600 мм рт.ст., а р0=30 кгс/см2. При этом были открыты только РК1 и 2. К моменту выхода на холостой ход (через 5 мин) вакуум составил 650 мм рт.ст., а р0=37 кгс/см2. Тем самым, время повышения частоты вращения, уровень и темп повышения вакуума соответствуют нормативным. Однако быстрое повышение п от 800 до 2000 об/мин (за 2 мин) привело к открытию всех РК. При этом скорости перепуска 4-й и 6-й труб за 4-м и 5-м РК (превышали, соответственно, 40 и 30 °С/мин. Открытие пяти и более РК при повышении частоты вращения от 800 до 3000 об/мин наблюдается в трех режимах (табл. П5.1 и П5.2). Следовательно, положение о том, что требование открытия всех РК при п = 800 об/мин становится необязательным, не подтверждено соответствующим положительным экспериментом.
Эксплуатационная практика пусков дубль-блока показывает, что выполнение условия ограничения максимальной скорости прогрева всех перепускных труб Vп.т =20 °С/мин более надежно достигается при использовании технологии прогрева перепускных труб, отработанной в 1972-1973 гг. на моноблоке. Однако, как будет показано ниже, расплатой за надежное выполнение этого критерия является усложнение технологии пуска и увеличение захолаживания ЦВД. Эта технология предусматривает обязательное открытие РК1-7 для прогрева всех перепускных труб в процессе выдержки при п — 800 об/мин до температуры наружной поверхности этих труб tп.т=t0— (160 ч-180) °C.
Таблица П5.2. Основные характеристики прогрева вторых перепускных труб
Проверка этой технологии проводилась в семи пусках дубль-блоков (табл. П5.2). В пяти из них (01.11.76,14.02.77,28.03.77,11.04.77, 27.06.77) она реализована удовлетворительно. Так, в режиме пуска после 53 ч простоя 14.02.77 клапана РК1-7 были открыты 31 мин при п = 800 об/мин. За это время все вторые перепускные трубы прогрелись до tп.т = 330-360 °C, температура свежего пара за пусковым впрыском была при этом t0 п.вп ~ 420 °C.
Это обеспечило низкие скорости прогрева всех перепускных труб (не более 10 oС/мин) при повышении частоты вращения до номинальной. Следует отметить, что и на этапе от толчка турбины до n=800 об/мин скорости прогрева всех перепускных труб были не более 22 °С/мин. Таким образом, рассматриваемый режим осуществлен с соблюдением всех принятых критериев надежности по перепускным трубам.
При пуске 11.04.77 после 54 ч простоя на всем этапе прогрева перепускных труб от толчка до начала открытия Д3 вакуум стабильно поддерживался на уровне V = 500-510 мм. рт. ст. Открытие Др-3 и подъем вакуума начаты после догрева перепускных труб за РК1-4 до t0 — 160-180 °C.
Следует отметить, что V = 500 мм. рт. ст. сохраняется лишь до момента выхода на n= 800 об/мин, затем же, в процессе выдержки, постепенно поднимается. Значение вакуума V = 450-500 мм. рт. ст необходимо сохранить до окончания прогрева.
Рис. П5.9. Характеристики прогрева вторых перепускных труб при пуске дубль- блока 300 МВт Костромской ГРЭС после 52 ч простоя (11.04.77): Нрк — высота подъема РК. Обозначения — см. рис. П5.1, П5.2 и П5.5
На этапе от толчка до открытия Др-3 наибольшая скорость прогрева была зафиксирована по первой перепускной трубе (рис. П5.9, т. 618), в момент открытия РК1 она составила Vп.т =20 °С/мин. К моменту повышения р0 (открытия Др-3) перепускная труба за РК5 догрелась до 160 °C, а за РК6 и 7 — до 130 °C. Следовательно, по этим трубам условие tn.т = t0— (160 4- 180) °C не было выполнено. При выходе на холостой ход и включении в сеть максимальные скорости прогрева V5-7п.т составляли 20-23 °С/мин.
При пуске после 27 ч простоя 27.06.77 на этапе прогрева перепускных труб с прикрытием Др-3 температура свежего пара в СК составляла ~ 430 °C. К моменту начала подъема р0 значения температуры наружной поверхности перепускных труб достигли уровня: за РК1-4 — t0= 160 4-180 °C, за РК5 — 210 °C, за РК6 и 7 — 230 °C. При этом максимальная скорость прогрева, отмеченная по перепускным трубам за РК1 и 2, составляла Vп.т=18 оС/мин. На этапе выхода на номинальную частоту вращения и взятия начальной нагрузки Vп.т также были в допустимых пределах; максимальная величина Vп.т=20 °С/мин при взятии начальной нагрузки. Аналогичные результаты получены в пуске после суточного простоя.
Представляет интерес тот факт, что в пуске 27.06.77 открытие Др-3 при п — 800 об/мин выполнено за 2 мин.
Таким образом, для прогрева перепускных труб на этапе п>800 об/мин (по рассматриваемой технологии со скоростью Vп.т< 20оС/мин), расположенных за РК1-4, достаточно удовлетворить условию tп.т = t0 — (160 4-180) °C, а для перепускных труб, расположенных за РК5-7, — tп.т= t0 — (210 4- 230) °C.
Хотя критерий tп.т=t0 — (160 4-180) °C сформулирован, исходя из обеспечения tп.т=15 °С/мин, целесообразно его не ревизовать с учетом отклонения от графиков- заданий, имеющих место в реальных пусках. Основанием для сохранения таких консервативных критериев, как tп.т= t0 — (160 4-180) °C, является то, что во всех экспериментальных режимах скорости прогрева перепускных труб незначительно отличаются от 20 0 С/мин.
При пуске после простоя 18 ч и менее величина допустимой скорости прогрева перепускных труб составляет 30 °С/мин. При пусках после простоя 10 ч и менее прогрев перепускных труб на этапе от толчка турбины до взятия начальной нагрузки производится без прикрытия Др-3. Хотя максимальное давление свежего пара при этом достигало 80-95 кгс/см2, максимальные скорости прогрева всех перепускных труб не превышали допустимой величины (табл. П5.1 и П5.2, режимы 01.04.77 и 26.05.76).
Таким образом, полученные результаты показывают, что при пусках из всех тепловых состояний технология прогрева перепускных труб, предусматривающая открытие всех семи РК и догрева перепускных труб за РК1-4 до температуры tп.т= t0 - (160-180) °C, за РК5-7 — до tп.т = t0 - (210-230) °C, обеспечивает значения максимальных скоростей прогрева перепускных труб не более допустимых, составляющих 20 и 30 °С/мин, соответственно.
Эти же результаты не менее убедительно показывают, что более четкое выполнение эксплуатационным персоналом нормативных требований по осуществлению всех операций на этапе п > 800 об/мин, особенно связанных с уровнем V, темпом набора п и V, безусловно гарантируют не открытие РК5-7 при повышении п от 800 до 3000 об/мин и, тем самым, необязательность открытия РК5-7 при выдержке с п = 800 об/мин. При этом Vп.т также не должны превысить |Vп.т|.
