Рябчиков А. Ю., Бродов Ю. М., Блинков С. Н., Жугрин Г. А., Бухман Г. Д.
В статье представлен опыт АО Свердловэнерго и УГТУ - УПИ по разработке, проектированию и изготовлению высокоэффективных и надежных конденсаторов лабиринтового пара (охладителей) для эжекторов системы концевых уплотнений турбин К-300-240 ХТЗ и К-500-240 ХТЗ Рефтинской ГРЭС.
Эжекторные установки системы концевых уплотнений типа ЭУ-8М турбины К-300-240 и ЭУ-16 турбины К-500-240 предназначены для отсоса паровоздушной смеси из крайних отсеков уплотнений роторов турбин. Конструктивно эжекторы выполнены в виде единого двухсекционного аппарата с автономными, параллельно работающими секциями [1,2].
Эжекторная установка (рис. 1) состоит из двух пароструйных аппаратов одинаковой производительности, которые могут быть включены как порознь, так и одновременно. Эжекторы размещены в одном корпусе и имеют раздельные охладители первой ступени и общий охладитель второй ступени. Кроме того, в установку входят камера смешения, корпус и водяная камера [1,2].
Сопла обоих эжекторов устанавливаются в камере смешения и разделены перегородкой, а диффузоры размещены между трубными системами охладителей первой и второй ступеней в корпусе эжекторной установки. Охладители первой ступени и диффузоры разделены вертикальными перегородками.
Трубные системы охладителей образованы U- образными трубками, концы которых развальцованы в общей трубной доске. Трубная доска крепится между фланцами корпуса и водяной камеры при помощи болтов и воротниковых шпилек. Для повышения эффективности и вибрационной надежности трубных систем в межтрубном пространстве охладителей установлены поперечные перегородки, обеспечивающие движение паровоздушной смеси в несколько ходов.
Эжектируемая паровоздушная смесь подводится в один из охладителей первой ступени и конденсируется в нем. Несконденсировавшийся пар и воздух поступают в камеру смешения на всас эжектора. Паровоздушная смесь после диффузора, сжатая до давления несколько выше барометрического, поступает в охладитель второй ступени, конденсируется в нем, после чего воздух и остаток пара выбрасываются в атмосферу. Отвод дренажа из охладителей первой и второй ступеней осуществляется через коллекторы, выполненные на фланце корпуса. При увеличении расхода эжектируемой паровоздушной смеси включается в параллельную работу второй эжектор и, таким образом, осуществляется ступенчатое количественное регулирование работы эжекторной установки. Подвод и слив охлаждающего конденсата осуществляются в нижней части водяной камеры [1,2].
В процессе эксплуатации турбин Рефтинской ГРЭС неоднократно отмечались срывы в работе (резкое ухудшение эффективности) эжекторных установок.
Проведенное обследование состояния трубных систем охладителей эжекторов концевых уплотнений ЭУ-8М и ЭУ-16 Рефтинской ГРЭС показало, что причиной их неудовлетворительной работы является периодическая потеря герметичности трубок. Периодически во время останова блока производилась частичная разборка эжекторной установки, гидроопрессовка и отглушение поврежденных трубок.
Трубки конденсатора лабиринтового пара на турбинах К-300-240 и К-500-240 Рефтинской ГРЭС выполнены из сплава МНЖ5-1, диаметр трубок 19/17 мм, срок эксплуатации 20-25 лет. Наружная поверхность трубок покрыта отложениями черного цвета, сильно замасленными (со средней удельной загрязненностью 560 - 580 г/м2), поскольку пар из лабиринтовых уплотнений, поступающий в конденсатор эжектора, приносит на внешнюю поверхность трубного пучка масло, взвешенные частицы карбидов железа и кремния. Химический анализ состава отложений показал, что минеральная часть отложений - оксидная (9,7% - Fe2О3, 12,3% - CuO), потери при прокаливании составили 58,3%, нерастворимая часть - 19,4%. Визуальный осмотр образцов трубок под отложениями показал равномерную шероховатость поверхности без локальных повреждений, угрожающих целостности трубок.
Внутренняя поверхность трубок покрыта оксидными отложениями со средней удельной загрязненностью 20-22 г/м2. Химический состав отложений: 47,3% - Fe2О3, 41,4% - CuO, потери при прокаливании составили 10%. Поверхность трубок под отложениями имеет значительные повреждения локальной (питтинговой) коррозией, а также имеются отдельные продольные трещины. Измерение глубины питтингов показало, что они достигают 265 - 270 мкм.
Анализ полученных результатов позволил сделать вывод о том, что причиной повреждаемости трубок охладителей эжекторных установок является локальная коррозия их внутренней поверхности, представленная как питтингообразованием, так и продольным растрескиванием.
По условиям эксплуатации в системе водоподготовки Рефтинской ГРЭС предусмотрено введение аммиака в основной конденсат после БОУ перед эжекторной установкой. Эта мера должна обеспечивать связывание углекислоты и повышение pH конденсата. Известно, что присутствие аммиака, гидразина, аминов и азотосодержащих реагентов в воде является причиной питтинговой и межкристаллитной коррозии трубок из медных сплавов, особенно в местах повышенных напряжений: гибов, вальцовки и др. Считаем, что именно присутствие аммиака в конденсате вызвало развитие трещин и питтингов на трубках конденсатора лабиринтового пара.
Разрушение трубок конденсаторов лабиринтового пара происходило в основном в первых ступенях охладителей, причем, на входе паровоздушной смеси в трубный пучок. Результаты вибрационных расчетов трубных систем серийных охладителей эжекторных установок ЭУ-8М и ЭУ-16 показали, что амплитуды вибрации трубок периферийных рядов недопустимо большие и это может приводить к повреждениям трубок. В результате осмотра трубной системы выяснилось, что на периферийных рядах трубок наблюдаются повреждения вибрационного характера - подрезы у трубной доски и нижней перегородки. Это свидетельствует о неудовлетворительной вибронадежности трубной системы и необходимости специальных мер, исключающих такие разрушения.
На основе проведенного обследования были сформулированы следующие основные выводы и рекомендации:
разрушение поверхности трубок конденсаторов лабиринтового пара эжекторных установок ЭУ-8М и ЭУ-16 на Рефтинской ГРЭС вызвано в основном локальной коррозией (питтингообразованием и продольным растрескиванием) со стороны охлаждающей воды (основного конденсата), содержащей аммиак, введение которого в воду перед эжекторными установками и обусловливает данный вид коррозии;
Рис. 1. Эжектор с конденсатором лабиринтового пара [1]:
1 - эжектор пароструйный; 2 - охладитель первой ступени; 3 - охладитель второй ступени; 4 - камера смешения; 5 - корпус; 6 - водяная камера; А - подвод рабочего пара; Б - выхлоп паровоздушной смеси; В - подвод охлаждающего конденсата; Г - отвод охлаждающего конденсата; Д - отвод конденсата из охладителей первой и второй ступеней; Е - подвод паровоздушной смеси
Рис. 2. Конденсатор лабиринтового пара ЭУ-16 турбины К-500-240 ХТЗ
повреждение трубок также происходит вследствие неудовлетворительной вибрационной надежности трубных систем конденсаторов лабиринтового пара эжекторных установок;
присутствие аммиака в конденсате ограничивает возможность применения медных сплавов, поэтому целесообразна замена трубок из сплава МНЖ5-1 на трубки из нержавеющей стали;
для повышения эффективности работы теплообменной поверхности целесообразно использовать профилированные трубки [3];
для повышения герметичности вальцованных соединений целесообразно использовать новый способ крепления трубок в трубных досках [4], уже прошедший апробацию на аналогичных аппаратах;
с целью повышения вибрационной надежности охладителей необходимо изменить компоновку трубного пучка с переходом от трубок диаметром 19/17 мм из МНЖ5-1 на трубки диаметром 16/14 мм из сплава 12Х18Н10Т с изменением системы расстановки поперечных перегородок трубных систем и установкой специальных демпфирующих поясов (скреп) на гибах трубок [3].
Все эти рекомендации были реализованы при модернизации конденсаторов лабиринтового пара эжекторных установок ЭУ-8М и ЭУ-16.
Проведенные теплогидравлические расчеты серийных и модернизированных конденсаторов лабиринтового пара показали, что предлагаемые конструкции трубных систем по охлаждающей способности будут превосходить серийные. При этом гидравлическое сопротивление трубной системы конденсатора лабиринтового пара при замене гладких трубок на профильные из нержавеющей стали увеличивается примерно в 4 раза. С целью исключения вибрационных разрушений была проведена оптимизация системы расстановки поперечных перегородок в трубных пучках, дополнительно для повышения вибронадежности охладителей первой ступени эжекторов ЭУ-16 потребовалась установка на двух периферийных рядах в области гиба U-образных трубок специальных демпфирующих поясов (скреп).
На основе проведенного исследования были разработаны, спроектированы и изготовлены модернизированные трубные системы (рис. 2) для охладителей эжекторов концевых уплотнений турбин Рефтинской ГРЭС.
К настоящему времени на Рефтинской ГРЭС проведена плановая замена охладителей эжекторных установок ЭУ-8М и ЭУ-16 на восьми энергоблоках. Накопленный опыт эксплуатации показал высокую эффективность и надежность модернизированных конденсаторов лабиринтового пара эжекторов концевых уплотнений турбин. Результаты испытаний модернизированных эжекторных установок подтвердили результаты их расчета, а также целесообразность и эффективность всех технических решений, реализованных в этих аппаратах.
Список литературы
- Паровая турбина К-300-240 ХТГЗ / Под ред. Косяка Ю. Ф. М.: Энергоиздат, 1982.
- Паровая турбина К-500-240 ХТГЗ / Под ред. Саввина В. И. М.: Энергоатомиздат, 1984.
- Повышение эффективности и надежности теплообменных аппаратов паротурбинных установок / Под ред. Бродова Ю. М. Екатеринбург: УГТУ, 1996.
- Опыт применения нового высокоплотного соединения труб с трубными досками в теплообменных аппаратах турбоустановок / Бродов Ю. М., Рябчиков А. Ю., Бухман Г. Д., Великович В. И. и др. - Тяжелое машиностроение, 1998, № 9.
