Корюкова Л. В., Малюков А. Л., Колмогорова И. В., Шохирев А. А., Белоконова Н. А.
Существующие методы химического контроля, регламентированные устаревшими отраслевыми руководящими документами, не позволяют решить целый ряд проблем, возникающих как при эксплуатации водоподготовительных установок (ВПУ), так и при организации водно-химических режимов (ВХР) оборудования ТЭС. Химический контроль, выполняемый на ТЭС, не в полной мере отражает специфические особенности природных загрязнителей исходной воды и их влияние на надежность водно-химического режима.
В условиях осуществления реконструкции на ВПУ, оптимизации ВХР, а также постоянно возрастающих требований к охране водного бассейна значимость химического контроля существенно увеличивается. Появление на рынке новых приборов лабораторного и автоматического контроля, внедрение в практику автоматизированных микропроцессорных систем контроля, включая сетевые технологии передачи электронной информации, требуют профессиональной подготовки специалистов нового поколения.
Подготовка таких специалистов и оснащение лабораторий химической службы новыми приборами аналитического контроля осуществляется постоянно, начиная с 1996 г.
Испытательная аналитическая лаборатория службы оснащена приборами спектрального анализа типа Warian, Спираль-17М для выполнения объема химконтроля по экологическому мониторингу и качеству питьевой воды. Кроме того, в случае необходимости, выполняется анализ состава металла для уточнения его марки, а также возможно проведение анализа с целью получения более достоверных данных по содержанию ряда соединений в питьевой воде.
Применение спектрального метода для контроля турбинных масел, наряду с другими методами, позволяет создать направление по диагностике состояния маслонаполненного оборудования, что очень важно для повышения его надежности.
Лаборатория по мониторингу и диагностике в химической службе оснащена приборами химического контроля, которые используются не только для прямых измерений, но и для разработки новых, нестандартных методов контроля.
Использование приборов по определению общего и неорганического углерода (C-mat, фирмы “Штроляйн”), а также спектрофотометра СФ-2000 позволило разработать экспресс-методы для определения содержания органических веществ в обрабатываемой воде на стадии предочистки, а также для контроля анионита на обессоливающих установках. Разработанные методы контроля с 2000 г. используются в практике водоподготовки и оперативного обнаружения источника попадания нефтепродуктов в конденсатно-питательный тракт Рефтинской ГРЭС.
Наличие современных приборов в химической службе и на электростанциях Свердловэнерго позволяет решать ряд проблем, связанных с эксплуатацией ВПУ и оптимизацией ВХР ТЭС.
Для оценки ведения ВХР на блоках Рефтинской ГРЭС, с целью определения продуктов коррозии (Си, Zn, Fe) по пароводяному тракту, используется прибор Спираль-17М с пакетом специального программного обеспечения. Освоение этого метода контроля с использованием современных приборов позволило значительно сократить время на выполнение анализов, дефицитные реактивы и повысить достоверность и точность определений.
Жидкостный хроматограф “Стайер” используется для химического контроля содержания анионов и катионов в различной технологической воде ТЭС. Применение хроматографического анализа, наряду с традиционными методами, позволило разработать типовую программу технического обследования состояния водно-химического режима барабанных котлов среднего и высокого давления.
Проведение более углубленных обследований с использованием новой приборной базы сделало возможным выявление ряда проблем, на которые прежде не обращалось должного внимания. Определение микроколичеств содержащихся в питательной и котловой воде катионов и анионов решает проблему определения правильности ведения коррекционной обработки, pH котловой воды и непрерывной продувки. Понимание химии происходящих процессов, в зависимости от теплофизических и химических показателей, приведет к грамотному формированию системы химико-технологического мониторинга и управлению воднохимическим режимом барабанных котлов.
Проведение наладки и оптимизации эксплуатируемого водоподготовительного оборудования ТЭС требует учета особенностей конкретного оборудования и условий его работы. В этом контексте показательно сотрудничество химслужбы с разработчиками и производителями промышленных приборов химического контроля.
Использование различных методов контроля позволило совместно с фирмой “Семикондактор” создать новый тип прибора для контроля изменения состава исходной воды с целью корректировки дозы коагулянта. Прибор прошел промышленные испытания на ВПУ Первоуральской ТЭЦ. Приборами контроля подобного типа (АЖТ-94), разработанными по техническому заданию химической службы, оснащена предочистка Первоуральской ТЭЦ, где осуществляется непрерывный контроль качества известково-коагулированной и осветленной воды после механических фильтров. Включение в работу реконструированных осветлительных фильтров с двухметровым уровнем загрузки и новым алгоритмом управления позволит отключать фильтр по его грязеемкости и качеству обработанной воды.
Нормативная база по оценке состояния ВХР блоков, работающих на кислородно-аммиачном режиме, является недостаточной.
Несмотря на выполнение всех нормативных показателей ВХР, на ТЭС существуют проблемы, связанные:
с повреждаемостью поверхностей нагрева, классифицируемые металловедами как коррозионные;
с ростом удельной загрязненности и появлением в составе отложений малотеплопроводной рыхлой составляющей;
с длительными растопками, обусловленными высоким содержанием железа и меди в воде, особенно в период прогрева пароперегревательного тракта котла и др.
Перечисленные проблемы не могут быть решены с использованием существующих методов контроля и даже организацией химико-технологического мониторинга с рекомендуемым парком приборов автоматического химконтроля. Задача эта непростая. Механизм формирования защитной пленки сложный, недостаточно изученный и, прежде всего, зависит от качества теплоносителя.
Показатели, характеризующие качество питательной воды (ПТЭ), не являются предельными. Они указаны, исходя из эксплуатационных данных и чувствительности применяемых в энергетике методик химического контроля. Даже при электропроводности питательной воды ниже 0,3 мкСм/см, содержании железа и меди ниже норм ПТЭ в пароводяном тракте идут коррозионные процессы.
Пределы по изменению pH = 7,5 -:- 8,5 и содержанию кислорода 200 - 400 мкг/дм3 для высокочувствительного кислородно-аммиачного режима весьма значительны, и их граничные значения могут быть установлены для конкретной воды и конкретной схемы.
Коррозионные явления усиливаются в пароводяном тракте при попадании в цикл блока органических веществ. Источники попадания органики известны. Этой проблеме посвящен ряд работ ВТИ и МЭИ. Цель этих работ сводится к определению наличия различных органических кислот (муравьиной, уксусной и др.) по тракту блока. В условиях эксплуатации выполнить подобные определения невозможно.
Удельная загрязненность поверхностей нагрева НРЧ-2 блока 500 МВт № 7 Рефтинской ГРЭС:
а, б - соответственно общие и рыхлые отложения; 1 - огневая; 2 - тыл
В течение 3 лет химслужбой совместно с эксплуатационным персоналом Рефтинской ГРЭС проводился комплекс исследовательских, технологических и наладочных работ, связанных с решением проблемы формирования и сохранения защитной пленки.
За этот период было установлено следующее: изменение pH (разница между pH питательной воды и острым паром) является функцией величины органических кислых соединений, попадающих в тракт котла.
В результате проведенных промышленных и лабораторных исследований химслужбой отработана методика, позволяющая оперативному персоналу отслеживать влияние органики по тракту блока. По водопаровому тракту новый метод контроля позволяет с помощью корректирующих агентов (О2, pH) сохранять защитную пленку, а в пароперегревательном тракте ослабить или предотвратить коррозионные процессы. Чувствительность метода достаточно высока и составляет 0,5 мкг/дм3 по соединениям железа. Разработанный метод оценки влияния на поверхности нагрева коррозионной составляющей органики позволит:
правильно сформировать схему размещения приборов АХК;
автоматизировать систему управления ВХР; создать систему диагностики работы отдельных элементов по тракту блока;
оптимизировать ВХР в достижении показателей качества, отражающих специфику органических соединений, попадающих в тракт блока.
Особое внимание должно быть уделено анализу пусков-остановов энергоблока. Насколько правильно и грамотно был остановлен блок, с точки зрения ВХР, настолько эффективнее будет осуществлена водная отмывка тракта.
Проведение комплекса технических мероприятий по оптимизации ВХР на блоках 300 и 500 МВт Рефтинской ГРЭС позволило уменьшить скорость роста отложений, а применение аммиачной консервации с последующей гидродинамической промывкой в период растопки привело к снижению как общей, так и рыхлой части отложений (рисунок).
Критерием оценки содержания органических веществ в тракте энергоблока является изменение pH в остром паре. Поэтому для контроля величины органических веществ в тракте необходима установка высокоточных автоматических приборов химконтроля: кондуктометров и рН-метров. Коррекция дозировки кислорода должна осуществляться в зависимости от качества питательной воды.
Для контроля качества “особо чистой воды” нормируемая погрешность измерения должна составлять 0,01 мкСм/см для УЭП и 0,01 для pH.
Замер pH потенциометрическим методом в “особо чистой воде” сопряжен с рядом трудностей, основной из которых является высокая чувствительность к потоку пробы через датчик, температуре и др. В связи с этим интерес представляет использование кондуктометрического метода измерения pH.
В сентябре - октябре 2001 г. фирмой “Технопрокур” для проведения промышленных испытаний предоставлены два прибора АХК “Deltacon pH” и “FAM Oxytrace” производства швейцарской фирмы “SWAN”.
Прибор “Deltacon pH” использует методику расчета pH в соответствии с “VGB directive 450 L, 1998”, основанную на замере УЭП пробы до и после Н-колонки. Следует отметить, что аналогов подобного прибора в России не существует.
Кислородомер “FAM Oxytrace” использует амперометрический датчик с кислородселективной мембраной. Прибор аналогичен “МАРК-301Т1”.
Оба прибора относятся к классу цифровых устройств, что повышает точность измерения и позволяет использовать различные функции/сервисы. Существует автоматическая калибровка, а также возможность тонкой настройки прибора. Дополнительные датчики температуры, расхода пробы и давления позволяют учитывать влияние этих факторов на значение измеряемых величин.
Прибор “Deltacon pH” был установлен в боксе химического контроля блоков 500 МВт и подключен к точке питательной воды блока № 10. Аналоговые выходы (УЭП до Н-колонки, УЭП после Н- колонки и расчетное значение pH) были подключены к АСУТП “Телеперм” блока № 10.
На питательной воде блока № 10 штатно установлен цифровой прибор КАЦ-037. Прибор оснащен термокомпенсацией.
Показания приборов на момент сличения приведены в таблице, из которой видно, что разница в показаниях по УЭП Н-катионированной пробы питательной воды между приборами “Deltacon pH” и КАЦ-037 примерно 0,01 мкСм/см, что составляет около 10% измеряемой величины.
Использование прибора “Deltacon pH” на “особо чистой воде” позволяет осуществлять непрямой замер pH при одновременном замере УЭП до и после Н-колонки. Достоверность и воспроизводимость замеров подтверждена в результате промышленных испытаний в течение 1,5 мес непрерывной работы.
Одновременно, в ходе эксперимента, полученные значения по УЭП, pH и содержанию О2 позволили выявить ряд очень важных закономерностей и взаимосвязей, обеспечивающих формирование и сохранение защитной пленки на поверхностях нагрева.
На основании полученных данных химическая служба Свердловэнерго для создания системы химико-технологического мониторинга рекомендует минимально оснастить систему АХК блоков современными приборами по точкам:
ПВ-прибор “Deltacon pH” (измерение УЭП до/после Н-колонки и расчет pH);
кислородомер “FAM Oxytrace” или аналогичный по точности и надежности измерения;
ОП-кондуктометр с Н-колонкой (тип и точность измерения должны соответствовать датчику Swansensor RC UP, используемому в приборе “Deltacon pH”).
Выводы
Применение современных лабораторных и промышленных приборов химического контроля позволяет химической службе совместно с энергопредприятиями АО Свердловэнерго:
качественно и достоверно выполнять анализ всей технологической воды электростанций;
успешно проводить наладку и оптимизацию режимов работы ВПУ и ВХР электростанций как среднего, так и высокого и сверхкритического давления;
создавать экспресс-методики, позволяющие получать корректные данные по режимам эксплуатации ВПУ и ВХР оборудования;
эффективно, с минимальными затратами построить систему химико-технологического мониторинга.
