Водно-химический режим системы охлаждения электрогенераторов на теплофикационных энергоблоках 250 МВт*
ПЕТРОВА Т. И., НОСОВА Н. П., кандидаты техн. наук, ВОРОНИНА М. П., ВОРОХАНОВ А. Б., ТУПИКИНА Н. В., инженеры, МЭИ — Мосэнерго
* В порядке обсуждения
В настоящее время на тепловых электростанциях в нашей стране и за рубежом используются электрогенераторы с водяным охлаждением. В частности, в 1975—1982 гг. на ТЭЦ-23 Мосэнерго были введены в эксплуатацию энергоблоки с турбиной Т-250-240 и водяным охлаждением статора генератора. Замкнутый контур охлаждения заполняется и подпитывается конденсатом после блочной обессоливающей установки. Эта вода обычно характеризуется следующими показателями: удельная электрическая проводимость — не более 0,15 мкСм/см; значение pH — 6,9-:7,0; концентрация меди — не более 5 мкг/кг; железа — не более 10 мкг/кг.
Если в конденсатно-питательном тракте блока поддерживается гидразинно-аммиачный водный режим и присосы воздуха в конденсаторе и насосах практически сведены к минимуму, то эксплуатация системы охлаждения не вызывает больших опасений, так как в этом случае концентрация продуктов коррозии меди в воде находится, как правило, на уровне 20—30 мкг/кг. При нейтрально-окислительном водном режиме или наличии значительных присосов в насосах или конденсаторе, что в условиях эксплуатации не является исключением, вода, поступающая в систему охлаждения электрогенератора, будет содержать кислород.
Наличие в системе вакуумного бака (давление в нем составляет 0,30— 0,35 кгс/см2) и азотной защиты согласно циркуляру Минэнерго СССР не позволяет существенно снизить концентрацию кислорода.
Так, в процессе эксплуатации систем охлаждения статоров генераторов ТВВ-320-2 энергоблоков мощностью 250 МВт, станционные № 5—8, ТЭЦ-23 в охлаждающей воде постоянно отмечалось значительное содержание продуктов коррозии меди в пределах 150—250 мкг/кг. Было установлено, что причиной коррозии медных проводников стержней статоров явилось значительное содержание кислорода в воде, доходящее до 500 мкг/кг.
По данным эксплуатации на некоторых электростанциях Мосэнерго концентрация меди в охлаждающей воде электрогенератора в ряде случаев достигала 1000 мкг/кг. Наличие такого количества продуктов коррозии меди в воде может привести к образованию отложений на стенках полых проводников электрогенератора и, как следствие, к частичной или полной закупорке проходных сечений. Особую опасность представляет закупорка полых проводников мощных турбо- и гидрогенераторов, которая чревата недопустимым перегревом изоляции стержней и повреждением электрогенератора. Поэтому одним из условий надежной работы системы водяного охлаждения электрогенераторов является правильная организация воднохимического режима и использование воды соответствующего качества.
Предусмотренная в циркуляре № Ц-10/85(э) установка ионообменных фильтров для удаления продуктов коррозии в системе охлаждения обмотки статора затруднена по условиям изготовления и эксплуатации этих фильтров.
Некоторый опыт эксплуатации электрогенераторов с водяным охлаждением имеется на ряде электростанций ФРГ. Так, на станции Библис в системе охлаждения поддерживался нейтральный водный режим, при котором качество воды характеризовалось следующими показателями: удельная электрическая проводимость — 0,08ч- 0,11 мкСм/см значение рН=6,9ч-7,2; концентрация кислорода — не более 5 мкг/кг. При использовании воды указанного качества содержание продуктов коррозии меди в контуре системы охлаждения составляло 15—20 мкг/кг.
Специалисты ФРГ считают, что такая концентрация меди в воде достаточно высока и является причиной усиления коррозии других конструкционных материалов. Поэтому было решено повысить значение pH воды до 8,2±0,8 дозированием в воду КОН. Качество воды при модифицированном водном режиме было следующим: удельная электрическая проводимость — 0,5ч-1,5 мкСм/см; значение pH — 8,3±0,8; концентрация кислорода — 20 мкг/кг. В результате перехода к этому режиму концентрация меди в воде резко снизилась и составляла в среднем примерно 1 мкг/кг. Следует отметить, что на станции Библис для удаления кислорода из воды используются водород и фильтр с зернистой насадкой и палладиевым катализатором. Для совершенствования работы системы охлаждения отечественных электрогенераторов в МЭИ были проведены исследования, цель которых состояла в изучении влияния различных водных режимов (бескоррекционного, с дозированием перекиси водорода, кислорода, смеси кислорода и водорода в стехиометрическом соотношении, водорода в различных концентрациях и при различных значениях pH) на поведение меди, в частности, на коррозию и вынос продуктов коррозии меди с поверхности металла при температурах 20—100 °С. В результате установлено (см. таблицу), что наименьший вынос продуктов коррозии меди в воду при этих температурах был при восстановительном режиме с дозированием в обессоленную деаэрированную воду газообразного водорода в концентрации 30 мкг/кг. Этот водный режим было решено проверить в системе охлаждения статора электрогенератора энергоблока, станционный № 8, ТЭЦ-23 Мосэнерго.
Система водяного охлаждения обмотки статора генератора ТВВ-320-2 энергоблока 250 МВт (рис. 1) представляет собой замкнутый контур, охлаждающим теплоносителем в котором является обессоленный конденсат. Проходя через полые проводники стержней статора, он нагревается и сливается в вакуумный бак, расположенный на отметке 12,5 м. Небольшое разрежение в баке поддерживается с помощью водоструйного эжектора, служащего для удаления из контура системы охлаждения водорода, присасываемого из корпуса генератора через возможные неплотности. Из бака охлаждающая вода откачивается насосами (один — рабочий, второй — резервный), расположенными на отметке 0 м. Далее охлаждающая вода проходит через охладители и специальные фильтры и снова поступает в обмотку статора. Для восполнения ее эксплуатационных потерь предусмотрена подпитка контура системы охлаждения основным конденсатом или химически обессоленной водой.
При ухудшении качества воды в контуре системы охлаждения ее заменяют. Для этого предусмотрена линия размыкания контура для вывода охлаждающей воды. Заполняется контур при одновременном сбросе всей охлаждающей воды через линию подпитки.
Рис. 1. Система водяного охлаждения обмотки статора электрогенератора ТВВ-320-2 энергоблока 250 МВт:
1 — вакуумный бачок; 2— насосы охлаждения обмотки статора; 3 — охладители дистиллята; 4 — подводы и отводы охлаждающего конденсата; 5 — подвод дистиллята через фильтры в обмотку статора; 6 — отвод дистиллята из обмотки статоры; 7 — подвод конденсата и химически обессоленной воды на подпитку контура; 8 — водоструйный эжектор отсоса водорода из вакуумного бачка; 9 — подвод технической воды к эжектору; 10 — сброс в самотечный канал; 11 — трубопровод отсоса из вакуумного бачка; 12 — трубопровод отсоса из вакуумного бачка в конденсатор; 13 — новая линия размыкания дистиллятного контура; 14 — демонтированный участок трубопровода; 15 — сброс в бак низких точек
Для внедрения на энергоблоке, станционный № 8, ТЭЦ-23 оптимального для медьсодержащих сплавов восстановительного водного режима охлаждения обмоток статора генератора с дозированием в обессоленную деаэрированную воду микроколичеств водорода необходимо было поддерживать качество воды на требуемом уровне: концентрация растворенного кислорода — не более 20 мкг/кг; значение pH — примерно 7,0; удельная электропроводимость — не более 0,15—0,20 мкСм/см.
В процессе эксплуатации энергоблока был выявлен факт, позволивший отказаться от специального устройства для дозирования газообразного водорода в воду системы охлаждения: в электрогенераторе обмотки статора охлаждаются водой, а обмотки ротора — водородом, при этом давление в системе охлаждения ротора выше, чем в системе охлаждения статора, вследствие чего практически постоянно имеют место присосы водорода в охлаждающую воду.
Рис. 2. Изменение ОВП, концентраций кислорода и меди в воде в период пуска блока
Для снижения концентрации растворенного в воде кислорода до значений, не превышающих 20 мкг/кг, а также для более полного удаления неконденсирующихся газов, в частности СО2, было решено создать в вакуумном баке более глубокий вакуум. Для этого были выполнены некоторые конструктивные изменения в схеме: существующий трубопровод отсоса из вакуумного бака был присоединен дополнительно смонтированным трубопроводом к трубопроводам отсоса конденсатора турбины. Эжектор, неспособный обеспечить достаточный вакуум, был отключен. Проверка работоспособности насосов системы охлаждения обмоток статора в условиях естественного снижения подпора на всасывающей стороне с 9—10 до 1,5—2 м вод. ст. в результате постановки бака под глубокий вакуум дала положительный результат. В новых условиях эксплуатации они сохранили устойчивость работы, практически не изменив своей подачи.
Система охлаждения обмотки статора генератора ТВВ-320-2 с деаэрацией охлаждающей воды в вакуумном баке была введена в постоянную эксплуатацию в январе 1988 г. Предварительно была выполнена гидроопрессовка части тракта системы охлаждения, находящейся под разрежением; выявлены и устранены обнаруженные неплотности; смонтирована новая линия размыкания контура системы охлаждения, поскольку существовавшая линия опорожнения вакуумного бака при нахождении его под глубоким вакуумом оказалась непригодной к использованию; уменьшены уставки срабатывания АВР насосов охлаждения обмотки статора по давлению охлаждающей воды на входе в обмотку из-за естественного снижения давления в контуре после постановки бака под глубокий вакуум.
За время эксплуатации выяснено, что в результате изменения схемы содержание кислорода в охлаждающей воде снизилось до 5—20 мкг/кг и, как следствие, значительно упала интенсивность коррозии проводников стержней статора, о чем свидетельствовало уменьшение содержания продуктов коррозии меди в охлаждающей воде до 20— 40 мкг/кг.
В мае 1988 г. были проведены опыты по изучению влияния концентрации кислорода при наличии водорода на содержание продуктов коррозии меди в охлаждающей воде и испытанию системы химического контроля. Для этого на линии отбора проб после системы охлаждения статора была установлена ячейка, в которой измерялись значение pH и окислительно-восстановительный потенциал (ОВП); в этой же точке отбирались пробы для определения концентрации кислорода и меди. Измерялась также удельная электропроводимость.
Известно, что ОВП характеризует наличие в воде окислителей и восстановителей. В связи с тем, что в воде системы охлаждения присутствовали кислород и водород, ОВП использовался в качестве основного контролируемого параметра. Он измерялся с помощью платинового2 и хлорсеребряного электродов. В качестве вторичного прибора применялся рН-метр и самопишущий прибор КСП2-016. Результаты опытов представлены на рис. 2.
Из приведенных данных следует, что снижение концентрации кислорода в воде со 160 до 10 мкг/кг и менее при одновременном наличии в ней водорода привело к уменьшению значения ОВП с +150 до —370 мВ; концентрация меди в воде с некоторым опозданием снизилась с 80 до 20 мкг/кг.
Таким образом, можно считать, что предложенная схема подключения вакуумного бака к конденсатору работоспособна и позволяет снизить концентрацию кислорода в охлаждающей воде, что особенно важно для ТЭС, на которых в конденсатно-питательном тракте используется водный режим с дозированием кислорода. Для охлаждения обмоток статора необходимо использовать воду высокого качества с концентрацией кислорода не более 10 мкг/кг. Кроме того, наличие присосов водорода в охлаждающую воду из обмоток ротора способствует снижению коррозии меди, и следовательно, нет необходимости в их устранении. Нейтрально-восстановительный режим может поддерживаться без ввода дополнительных реагентов. В качестве основного показателя для контроля за качеством охлаждающей воды следует использовать ОВП. Как следует из экспериментальных данных, только при значениях ОВП более +100 мВ необходимо проводить дополнительный химический анализ охлаждающей воды на содержание в ней кислорода и меди и принимать меры для поддержания ее качества.
2 Мартынова О. И., Самойлова Ю. Ф., Петрова Т. И. Измерение радокс-потенциала дифференциальным методом.— Тр. МЭИ, 1977, вып. 328, с. 54—57.
