МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР
ГЛАВНИИПРОЕКТ ГЛАВТЕХУПРАВЛЕНИЕ
ИНФОРМЭНЕРГО СЦНТИ ОРГРЭС
АВТОМАТИЧЕСКИЙ ХИМИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ЗА ВОДНЫМ РЕЖИМОМ ЭНЕРГОБЛОКОВ СВЕРХКРИТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ
(Обзор)
ИНФОРМЭНЕРГО
МОСКВА 1974
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Повышенные требования к качеству теплоносителя современных блочных электростанций, обусловленные высокими и сверхкритическими параметрами, а такие большими единичными мощностями агрегатов, заставляют изыскивать новые пути организации химического контроля за концентрацией основных примесей в питательной воде и ее составляющих.
Известно [Л. l], что водный режим энергоблока тесно связан с условиями работы всего основного оборудования: котла, турбины, конденсатора, конденсатно-питательного тракта. Эта взаимосвязь усугубляется для энергоблоков с прямоточными парогенераторами, где состав основных примесей питательной воды при данных давлении и температуре однозначно, определяет их концентрацию по пароводяному тракту и качество пара. Что же касается качества питательной воды, то оно связано с условиями работы конденсатно-питательного тракта и, очевидно, определяется величинами присосов в конденсаторе и по тракту, принятая схемами и режимами эксплуатации конденсатоочистки и установки по подготовке добавочной воды, а также коррекционной обработки теплоносителя. При этом на качество теплоносителя оказывают воздействие и параметры работы оборудования, и его конструкции, и материалы. С повышением параметров и тепловых нагрузок на поверхности нагрева заметно интенсифицируются процессы коррозии конструкционных материалов, снижается растворимость большинства примесей в теплоносителе, увеличивается вероятность образования отложений в котле и турбине. Таким образом, в процессе эксплуатации энергоблока важно устанавливать и поддерживать как заданную температуру и давление теплоносителя, так и определенные физико-химические характеристики среды, обеспечивающие предотвращение, вернее, замедление коррозионных прогрессов конструкционных материалов, а также образования отложений на поверхностях нагрева. Это достигается путем повышения требований к чистоте воды, пара, конденсата, строгого соблюдения заданных концентраций минеральных и газовых примесей по тракту энергоблока, создания и обеспечения определенной величины pH среды, обусловливающей замедление коррозионных процессов конструкционных материалов поверхностей нагрева. Правильная организация контроля за соблюдением требований к показателям качества теплоносителя является основным условием обеспечения надежности работы энергоблока со стороны водного режима.
В соответствии с ПТЭ содержание большинства примесей, таких, как растворенный кислород, кремниевая кислота, соединения натрия, железа, меди, соли жесткости, в основном тракте энергоблока не должно превышать 5-20 мкг/кг. Установлено, например, что при жесткости питательной воды порядка 0,5-1,0 мкг-экв/кг в течение первых суток работы котла на такой воде могут образовываться отложения, вывивающие серьезные нарушения, создающие аварийную ситуацию. Отложение солей и продуктов коррозии на лопатках ц.в.д.
турбин блоков 300 МВт в количестве 1 кг вызывает повышение давления в регулирующей ступени турбины примерно на 5-10 кгс/с2 и снижение мощности турбины на 5-10 МВт. Только быстрое, точное и объективное определение изменения показателей качества теплоносителя позволит устранить подобные ситуации.
Организованный в настоящее время на ряде электростанций автоматический химический контроль, как показано в ряде работ, обеспечивает требуемую оперативность и объективность наблюдений за составом теплоносителя по тракту энергоблока и быстродействие передачи информации обо всех изменениях и нарушениях водного режима оператору с целью последующего устранения этих нарушений. Применение автоматических приборов-анализаторов повышает информационную ценность химического контроля и, кроме того, освобождает персонал от трудоемких операций аналитических определений состава теплоносителя. Подсчитано [Л.4], что если химический анализ какого-либо вещества производится каждые 2 ч, а. один анализ, включая отбор пробы и обработку результатов, продолжается 30 мин, то на анализы в течение года при непрерывном процессе производства потребуется 2190 ч, что составляет годовую нагрузку квалифицированного лаборанта-химика. Его работу полностью заменяет автоматически действующий анализатор.
Опыт показывает, что один слесарь по контрольно-измерительным приборам может обеспечить безаварийную работу около 20 анализаторов, что практически заменяет то же количество химиков-аналитиков. Следовательно, производительность труда при этом может быть повышена также примерно в 20 раз. Если учесть, что стоимость анализаторов в зависимости от сложности конструкции обычно составляет от 600 до 3000 руб., то окупаемость системы автоматического химического контроля возможна в среднем за 1-3 года. Введение автоматических анализаторов в практику химического контроля за водным режимом энергоблоков, исключая операции "ручных" анализов, позволяет реализовать комплексные системы автоматизации технологических процессов обработки воды и конденсата. Так, на большей части электростанций СССР в настоящее время действуют автоматизированные системы коррекционной обработки питательной воды по показателям ее качества [Л.7], получили распространение системы кондуктометрического контроля за обессоливанием турбинного конденсата [Л.8] и водным режимом ТЭС [Л.9]. На 30 энергоблоках 300 МВт различных электростанций эксплуатируется система автоматического химического контроля за качеством теплоносителя, разработанная ВТИ при участии Теплоэлектропроекта и ОРГРЭС [Л. 5,10]. При этом осуществляется непрерывный оперативный контроль за основными показателями качества воды, пара и конденсата в соответствии с временными нормами, разработанными ВТИ.
Приборостроительная промышленность СССР и зарубежных стран за последние 2-3 года освоила и осваивает ряд новых типов анализаторов, представляющих значительный интерес для химиков-энергетиков. Это, главным образом, приборы, действующие на основе так называемых безреактивных методов. При этом прежде всего необходимо отметить активное развитие чрезвычайно перспективного направления измерительной техники - потенциометрического измерения концентрации ионов в растворах с применением ионоселективных электродов, а также совершенствование кондуктометрических методов непрерывного контроля за качеством водных растворов. Кроме того, значительное развитие получили инструментальные методы лабораторного контроля, которые используются:
- для определения показателей качества, не имеющих оперативного значения, т.е. характеризующих медленно текущие процессы; например, появление соединений железа и меди в теплоносителе;
- для периодической проверки работы промышленных анализаторов;
- для исследовательского контроля.
Опыт показывает, что введение автоматического оперативного химического контроля за водным режимом энергоблока дает определенный экономический эффект. Экономическая эффективность при этом обусловливается в значительной мере тем, что периодический ручной контроль практически заменяется непрерывным инструментальным [Л.5], вследствие чего гарантированно обеспечивается заданное нормами качество теплоносителя и, следовательно, надежная эксплуатация энергоблока со стороны водного режима. Улучшение качества теплоносителя приводит к увеличению межпромывочных периодов работы котла и турбины, повышает экономичность работы турбины за счет сокращения заноса проточной части отложениями. По данным Литовской ГРЭС, экономический эффект при введении автоматического контроля на одном энергоблоке 300 МВт составляет в среднем около 40 тыс.руб/год.
Ниже приводится краткое описание современных решений по схемам и приборам автоматического химического контроля за водным режимом энергоблоков, а также по схеме подготовки проб для анализов, применяемых в отечественной и зарубежной энергетике.
При составлении обзора использована в основном литература (книги, статьи, печатные доклады, проспекты), вышедшая в СССР и за рубежом в 1969-1973 гг.
