Наблюдаемое снижение температуры пара в регулирующей ступени свидетельствует о наличии протечек пара через регулирующие клапаны из-за их неплотности и является следствием потери тепла паром на участке “холодных” непрогреваемых вторых перепускных труб. Как показывают расчеты, при обеспечении нормативной плотности РК ЦВД расход пара в проточную часть ЦВД при закрытых клапанах не должен превышать уровня G - 0,1 кг/с. По-видимому, величина и скорость охлаждения могут быть в определенной мере критерием качества плотности регулирующих клапанов.
В период предтолчкового прогрева существующая пусковая схема не позволяет одновременно вести прогрев линий острого пара и промперегрева. В этот период при работе турбины на ВПУ температура паропроводов холодного и горячего промперегрева во всех проводимых опытах практически оставалась неизменной и находилась в пределах 60 - 90°С, при этом температура отсечных клапанов ЦСД также оставалась постоянной, но уровень температуры металла их был существенно более высоким, в пределах 200 - 250°С.
В соответствии с инструкционной методикой прогрева предполагается, что первоначальная активная стадия прогрева как цилиндров высокого и среднего давления, так и паропроводов промперегрева (с регулирующими и отсечными клапанами) осуществляется после толчка турбины во время работы ее на частичных оборотах п = 800 об/мин с пропуском пара котла через все цилиндры. Такая методика в свое время была предложена ВТИ.
В таблице показано, что длительная работа на частичных оборотах не способствует прогреву элементов турбины, а наоборот, приводит к охлаждению корпуса ЦСД и ОК, к снижению температуры в районе первых ступеней ЦСД. Такой “прогрев”, как будет показано далее, является одной из причин сверхнормативного уровня термонапряжений в роторе СД.
Практически во всех опытах в начальный момент выхода на частичные обороты имеет место кратковременное быстрое падение температуры пара в камере регулирующей ступени. Уровень скачка захолаживания зависит от уровня начальной температуры острого пара.
Данные по величине скачка падения температуры пара в камере регулирующей ступени в начальный момент при толчке турбины и работе на 800 об/мин приведены далее.
Как видно, скачок температуры пара в регулирующей ступени для различных пусков находится в пределах 50 - 80°С, несмотря на то, что начальный уровень температуры острого пара был несколько более высоким, чем принято по инструкции.
Такое снижение температуры, в основном, обусловлено потерей тепла острого пара в холодных вторых перепускных трубах, которые при принятой методике прогрева практически прогреть невозможно. Перед толчком температура этих труб находилась на уровне 100°С.
Следует отметить, что зафиксированное захолаживание пара в силу кратковременного воздействия на ротор, а также низких коэффициентов теплообмена при работе на частичных оборотах не вызывает каких-либо заметных термонапряжений в РВД. При дальнейшей работе на частичных оборотах при постоянной температуре острого пара в течение первых 20 - 25 мин происходит быстрое повышение температуры пара в регулирующей ступени со скоростью 2°С/мин. При разности температур в регулирующей ступени Δtрег.ст.< 100°С, скорость изменения температуры пара в регулирующей ступени снижается и становится меньше 1 °С/мин.
В начальный момент после выхода на частичные обороты 800 об/мин термонапряжения в сечении паровпуска РВД при разности температур острого пара и регулирующей ступени 140- 150°С становятся близкими к предельно допустимым. При последующей выдержке термонапряжения падают (см. рис. 2, кривая 6).
В процессе выхода на холостой ход и дальнейшего повышения нагрузки при скоростях изменения температуры пара в регулирующей ступени, близкой к 1°С/мин, напряжения в РВД находились на уровне 600 кгс/см2 и ниже. Учитывая, что при этом относительные расширения РВД не превышали 2,4 мм (при допуске 3,5 мм), скорость подъема температуры острого пара можно увеличить (как рекомендуют прогнозные графики) до 1,2 - 1,25 °С/мин.
Ранее отмечалось наличие существенного захолаживания паропроводов ГПП и ЦСД при работе в предтолчковом режиме и при 800 об/мин. Причем, это захолаживание было достаточно продолжительным.
После толчка турбины и работе на частичных оборотах на поверхности ротора СД в сечении думиса и первых ступеней возникают растягивающие напряжения, достигающие 600 - 700 кгс/см2, которые в процессе выдержки снижаются. После выхода на холостой ход и в начале нагружения термические напряжения в роторе СД становятся сжимающими и, как видно из рис. 2 (кривая 7), превышают предельно допустимый уровень.
Повреждаемость ротора СД по малоцикловой усталости в данном опыте составила примерно 0,053% и также превысила допустимый оптимальный уровень повреждаемости за пуск. Фактическая скорость повышения температуры пара ГПП (4,5°С/мин), температуры пара в районе первой ступени ЦСД (3 - 4°С/мин), а также температуры металла корпуса ЦСД (2,2 - 3,5°С/мин) превысили допустимые инструкцией значения.
Скорости прогрева стопорных клапанов ВД и СД в процессе нагружения турбины не превышали допустимых значений, тем самым не лимитировали скорость нагружения.
Основной причиной появления недопустимых скоростей прогрева ЦСД является отсутствие в существующих инструкциях графиков нагружения для условий, когда нагружение по каким-либо причинам прекращается на промежуточной нагрузке (150 МВт). В этом случае эксплуатационный персонал дальнейшее изменение температуры (и всех параметров) проводит как при пусках с выходом на номинальную нагрузку или близкую к ней.
Как видно из рис. 2, прогнозные графики температуры ГПП ИДС “Ментор” существенно отличаются от фактических в опыте.
Выводы
На блоке с турбиной К-300-240 Каширской ГРЭС введена в эксплуатацию информационно-диагностическая система “Ментор”, одной из задач которой является диагностика режимных параметров в период пусков блока. Проведенные опыты показали, что ИДС “Ментор” фиксирует и предупреждает эксплуатационный персонал о превышении нормативных показателей, например, скоростей прогрева, термонапряжений, относительных расширений и других показателей, требующих контроля инструкцией по пуску, позволяет персоналу оперативно реагировать и выполнять анализ причин нарушений.
Выполненный анализ пусков блока дает основание утверждать:
- Учитывая многозначность условий, предъявляемых к пускам (остановам) блоков, целесообразно оснастить их автоматизированными системами “Ментор”.
- Выполненная на ГРЭС пусковая схема (см. рис. 1) и методика пуска с последовательным прогревом линий острого пара и промперегрева не позволяет обеспечить какой-либо прогрев линии горячего промперегрева, ЦВД и вторых перепускных труб. Более того, на этапе “прогрева” при работе на ВПУ и частичных оборотах (800 об/мин) принятая методика приводит к постепенному захолаживанию как корпусов цилиндров, так и роторов.
- Результатом отсутствия прогрева линий ГПП являются существенные, превышающие принятые допустимые значения номинальных термонапряжений на поверхности ротора СД (как растягивающих, так и сжимающих).
- При температуре стопорных клапанов меньше 120 - 140°С для исключения наблюдаемых больших скоростей прогрева стенок стопорных клапанов ЦВД на линии острого пара необходимо либо установить байпасы ГПЗ, либо открытие ГПЗ производить при давлении перед ними на уровне 10 кгс/см2.
- С целью сокращения времени пуска и исключения ранее упомянутых отрицательных последствий следует внести изменения как в саму схему, так и в методику прогрева (Инструкцию по пуску). Для прогрева линии горячего промперегрева, включая трубопроводы, отсечные клапаны, корпуса ЦВД, вторых перепускных труб ЦВД необходимо в линию холодного промперегрева подвести пар либо из линии острого пара через РОУ, либо от расширителя Р-20 (см. рис. 1 пунктиром).
Эти решения известны и нашли широкое применение в практике. Такой подвод пара от посторонних источников целесообразен при температуре металла меньше 200 - 220°С. Для прогрева до 200 - 220°С не требуется больших расходов пара, так как сам прогрев можно осуществлять в режиме постепенного повышения давления греющего пара за счет конденсации этого пара на обогреваемых поверхностях. При более высоких температурах линии ГПП предварительный прогрев проводить нецелесообразно.
