Рыков А. Н., Жидович О. В., Хасеневич Л. С., Токарский М. С., Цуба А. И.
Дымовые трубы тепловых электростанций, обеспечивая их экологическую безопасность, являются весьма сложными инженерными сооружениями, работающими под воздействием совокупности технологических и природных факторов. За последние 10-12 лет существенно изменились параметры основного оборудования ТЭС концерна РБ в связи с их переходом на двухтопливный режим при одновременном снижении нагрузок котельного оборудования, что привело к повсеместному нарушению расчетных режимов работы и сокращению безремонтных сроков службы дымовых труб и газоходов.
Аналогичная ситуация сложилась и на энергообъектах РФ.
В 90-х годах проблемы реконструкции и ремонта дымовых труб стали злободневной темой для энергетиков в РФ и РБ и в конце XX в. достигли кульминационной точки в осознании того, что массовое старение и разрушение труб является одной из реальных угроз для надежного функционирования теплоэнергетики. На совещании ведущих специализированных организаций в Центрэнерго Минтопэнерго РФ в мае 1999 г. были сформулированы основные принципы современной технической политики, выделены приоритетные направления для решения проблем и сформирована рабочая группа из ведущих специалистов отрасли (Протокол технического совещания по проблемам ремонта дымовых труб на ТЭС Центрэнерго, 1999). На семинаре по дымовым трубам, проведенном по инициативе Минтопэнерго РФ в мае 2000 г. на ВВЦ, участвовали специалисты ведущих организаций из РФ, РБ и Казахстана и были заслушаны доклады о достигнутых результатах и нерешенных вопросах по реконструкции и ремонту дымовых труб ТЭС.
На энергообъектах концерна Белэнерго установлено 117 дымовых труб высотой от 60 до 250 м. Более половины железобетонных и 70% кирпичных дымовых труб находятся в эксплуатации более 30 лет.
Техническая политика концерна Белэнерго в этой области в целом совпадает с политикой Минтопэнерго РФ и опирается, в основном, на его технические достижения, технологии и нормативнотехнические материалы, однако имеются и некоторые отличия.
В конце 1998 г. указанием концерна Белэнерго были определены:
генеральная проектная организация по разработке технической документации на ремонт и новое строительство дымовых труб, газоходов и градирен - институт Белнипиэнергопром;
головная организация по ремонту и приемке вводимых в эксплуатацию новых и реконструируемых дымовых труб, газоходов и градирен - ЗАО Белспецэнерго;
головная организация по проведению исследований и испытаний новых эффективных материалов, применяемых для строительства и ремонта указанных сооружений - НИГП БелТЭИ.
Решение проблемы реконструкции (ремонта) дымовых труб является сложной технической задачей и состоит из нескольких этапов:
полное техническое обследование состояния железобетонной оболочки, футеровки и металлических конструкций трубы с использованием современных методов и отбором образцов материалов оболочки и футеровки для лабораторных исследований. Окончательное заключение о состоянии дымовой трубы;
обсуждение и выбор оптимального варианта реконструкции (ремонта), т.е. выбор оптимальных технологических и строительных решений и основных материалов, обеспечивающих требуемую надежность и долговечность трубы при умеренных капиталовложениях и трудозатратах (результаты оформляются в виде технических предложений);
разработка архитектурного проекта (в РБ) или ТЭО (в РФ) реконструкции трубы и согласование в Государственной вневедомственной экспертизе и в региональных экологических органах;
разработка строительного проекта и рабочей документации.
При выборе оптимального варианта реконструкции (ремонта) должен, по нашему мнению, соблюдаться известный прагматический принцип: “зачем на кухне золотая сковородка?”. Это позволяет сразу исключить из рассмотрения такие дорогостоящие материалы, как титан, нержавеющие стали и композитные стеклопластики. Кроме того, на этой стадии акцент все в большей мере должен переноситься с тиражирования уже ставших традиционными методов реконструкции и ремонтов к поиску нетрадиционных технологий и строительных решений, позволяющих ремонтировать дымовые трубы без использования дефицитных и дорогостоящих материалов.
В наиболее тяжелых случаях, когда степень разрушения железобетонной оболочки и футеровки весьма высока, не следует начинать длительную и дорогостоящую реконструкцию, а, в первую очередь, необходимо максимально подробно рассмотреть имеющиеся с точки зрения генплана возможности демонтажа трубы. Вместо сносимой железобетонной трубы иногда оказывается целесообразным возвести с максимальным использованием существующих газоходов две самонесущие металлические трубы высотой примерно 100 - 120 м, рассчитанные на суммарный пропуск того же количества газов, что и существующая труба. При таком подходе суммарные затраты на реконструкцию и сроки ее выполнения могут оказаться в несколько раз меньшими, чем при использовании традиционной технологии ремонта трубы. Экологические ограничения при сниженной нагрузке энергообъекта, как правило, выполняются.
Не нашла подтверждения предложенная классификация дымовых труб по надежности их работы. В свете многочисленных аварийных разрушений оболочек и футеровок, выявленных в последние годы, нельзя считать трубами повышенной надежности конструкции с организованной вентиляцией воздушного канала между газоотводящим стволом и несущей оболочкой, как и умеренно надежными - трубы с прижимной футеровкой к железобетонному стволу.
К трубам высокой надежности могут быть отнесены только таковые с выполнением газоотводящего ствола из материала высокой коррозионной устойчивости или с высокой степенью защиты от коррозии материала и устройством обслуживаемого проходного канала между газоотводящим и несущим стволами.
Проектные и строительно-монтажные организации Минтопэнерго РФ и концерна Белэнерго в настоящее время в процессе реконструкции дымовых труб ТЭС широко используют металлические газоотводящие стволы. Более чем 30-летняя практика эксплуатации металлических газоотводящих стволов на дымовых трубах Лукомльской и Костромской ГРЭС, Омской ТЭЦ-4 и других станциях, где впервые 15-20 лет сжигался только сернистый мазут, подтвердила высокую надежность “тепловой” защиты металла от сернокислотной коррозии с помощью наружной теплоизоляции [а.с. № 338749 (СССР)]. Защита обеспечивается за счет воздействия двух факторов:
повышения температуры металлической стенки ствола сверх кислотной точки росы почти во всем диапазоне нагрузок подключаемых котлоагрегатов;
максимального ограничения потока конденсации паров серной кислоты на металлическую поверхность за счет поддержания разности температур “газ - стенка” на уровне 1 - 2°С.
Коррозионно-опасными считаются объемные концентрации H2SO4 (SO3) выше 0,25 х 10-3%, чему соответствуют температуры кислотной точки росы (стенки) от 118°С и более. Как правило, металлические стволы изготавливаются из углеродистой стали класса ВСт.3пс или низколегированной стали С345К(10ХНДП) по ГОСТ 27772-88. Достаточно надежно работает “тепловая” защита и на внешних металлических газоходах. В РФ наиболее плодотворно внедряют металлические стволы для дымовых труб ВНИПИ Теплопроект (г. Москва) и уральский Теплострой (г. Челябинск).
Из имеющихся и работающих уже длительное время конструкций дымовых труб, кроме труб с металлическими газоотводящими стволами, повышенной надежностью при расчетных нагрузках и сжигании серосодержащего топлива обладают железобетонные трубы с внутренней прижимной футеровкой из полимерсиликатбетона (ПСБ). Двухслойные трубы с монолитной футеровкой и ПСБ используются в теплоэнергетике СССР с 80-х годов. Они разработаны коллективами ВНИПИ Теплопроект, НИИЖБ, НИИ коррозии, Теплоэлектропроектом. К настоящему времени возведено более 50 таких труб высотой 180, 250, 330 и 370 м на ТЭЦ и ГРЭС РФ, Казахстана, РБ. Строительство осуществлялось по общесоюзным и ведомственным нормативным документам ВСН 430-82 ММСС СССР, СНиП 2.03.11.85 и др.
За десятилетие 1991 - 2001 гг. на газомазутных энергообъектах концерна Белэнерго было построено пять дымовых труб такой конструкции (в основном по проектам УралВНИПИэнергопрома):
Н= 240 м, d0 = 9,0 м - Минская ТЭЦ-5;
Н= 120 м, do = 3,6 м - Брестская ТЭЦ;
Н= 150 м, do = 5,7 м - Пинская ТЭЦ;
Н= 120 м, do = 5,2 м - Солигорская РК;
Н= 150 м, do = 5,7 м - Светлогорская ТЭЦ.
Однако практика эксплуатации этих труб при пониженных нагрузках и частых остановах и пусках присоединенных котлов показала, что в этих условиях и такая футеровка быстро теряет свою надежность.
Особенно наглядно возникновение проблемной ситуации демонстрирует работа дымовой трубы Н= 240 м, d0 = 9,0 м Минской ТЭЦ-5, которая была рассчитана на работу четырех энергоблоков по 300 МВт каждый. За год работы присоединенный энергоблок № 1 N= 300 МВт пускался и останавливался более 30 раз. Большие присосы по газовому тракту и нагрузка 20 - 25% максимальной расчетной при работе на природном газе привели по данным обследования ЗАО Белспецэнерго к образованию кольцевых трещин шириной до 3 мм по всей высоте футеровки на уровне консолей и многочисленных мелких трещин. Наблюдается шелушение футеровки в отдельных местах.
Дальнейшая эксплуатация трубы в таком режиме может привести к выходу ее из строя за несколько лет. При сохранении имеющегося режима эксплуатации целесообразно срочно рассмотреть в ПОЭиЭ Минскэнерго вопрос о переводе работы энергоблока № 1 на вновь сооружаемую временную металлическую трубу Н = 80(90) м, do = 5,4 м и о консервации трубы Н = 240 м на период до ввода проектных мощностей.
Наибольшему разрушению, как показывают материалы проведенных обследований, подвергаются при сжигании газомазутного топлива железобетонные дымовые трубы старой конструкции с прижимной футеровкой. В качестве примера может быть приведена труба Н - 150 м, d{] = 7,2 Мозырской ТЭЦ, построенная в 1973 г. по проекту института ВНИПИ Теплопроект. Все это время топливом для котлов был и остается на перспективу высокосернистый мазут. Обследование технического состояния трубы было выполнено в 1997 г. АО Белспецэнерго и в 1999 г. фирмой “АСВИС” (г. Москва).
Основные выводы обследования:
дымовая труба находится в аварийном состоянии, может произойти обрушение верхних 20 м трубы или обрушение какой-либо части футеровки;
необходимо обязательно демонтировать, как минимум, 20 м железобетонной оболочки;
вся футеровка ствола должна быть разобрана, так как может обрушиться.
Эти положения были в дальнейшем выполнены, железобетонная оболочка разобрана до отметки 100 м, а футеровка - полностью. Внутри оболочки установлен новый металлический газоотводящий ствол Н = 110 м с наружной теплоизоляцией, ведется внутренний ремонт оставшейся 100- метровой оболочки (рис. 1). Была разработана уникальная технология по изготовлению и монтажу металлоконструкций газоотводящего ствола. Подготовка элементов (секций) металлического ствола происходила на специальных стендах прямо на строительной площадке, где отвальцованные заготовки разворачивались и сваривались в готовую царгу, после чего выполнялись работы по антикоррозионной защите поверхности и выполнению теплоизоляции. В таком виде подготовленная царга подавалась в монтажный проем железобетонной дымовой трубы и с помощью специально изготовленной оснастки поднималась на нужную отметку, где происходила ее стыковка и сварка. Следует отметить, что такая радикальная реконструкция весьма затратна, трудоемка и длительна.
Второй пример - реконструкция дымовой трубы Н = 180 м, d0 = 7,2 м Минской ТЭЦ-4.
Дымовые трубы с вентилируемым зазором между железобетонной оболочкой и футеровкой, массовое строительство которых происходило в 80 - 90-е годы прошлого века в РФ и РБ, в настоящее время в своем большинстве находятся в аварийном или предаварийном состоянии из-за дефектов и разрушений футеровки, образовавшихся при неработающих вентзазорах. Причины разрушений многоплановы и уже достаточно полно изучены. Дымовая труба № 2 с вентзазором 77 = 180 м, d = 7,2 м Минской ТЭЦ-4 была введена в эксплуатацию в 1977 г. (топливо - газ, мазут). Как показали обследования ЗАО Белспецэнерго и ОРГРЭС (г. Москва), проведенные в 1998 и 2000 гг., она находится в предаварийном состоянии из-за многочисленных трещин, вспучивания и разрушений футеровки.
Рис. 1. Металлический газоотводящий ствол в проеме железобетонной дымовой трубы Мозырской ТЭЦ
Рис. 2. Температурное поле ограждающей конструкции дымовой трубы на отм. 175 м (топливо: мазут), первый вариант
В архитектурном проекте реконструкции этой дымовой трубы, выполненном в 2001 г. Белнипиэнергопромом, рассмотрены два варианта реконструкции: по первому варианту - с ликвидацией вентзазора и ремонтом футеровки и второму варианту - с установкой внутри железобетонной оболочки металлического газоотводящего ствола Н= 185 м, d0 = 6,0 м. Технические предложения по установке металлического ствола были разработаны ОРГРЭС (г. Москва) и ЗАО “Интерэнергоинжиниринг” (г. Москва).
Ликвидация вентзазора в первом варианте реконструкции должна быть выполнена путем разборки верхних барабанов футеровки и ее восстановления, но уже принципиально другой конструкции (рис. 2). В нижних барабанах футеровки, где степень разрушения существенно меньше, предусматривается частичный восстановительный ремонт футеровки и засыпка вентзазора керамзитовым гравием, что позволит снизить температурные перепады в футеровке и железобетонной оболочке до уровня существенно ниже нормативного. Засыпка вентзазора теплоизоляцией была впервые предложена ЗАО Союзтеплострой (г. Москва). Реконструкцию трубы по рекомендуемому первому варианту можно будет вести частями и только в неотопительный период в течение 2-3-х лет. При этом не возникает необходимости в установке одной или двух временных дымовых труб 77 = 80 м, d0 = 5,4 м и переключающих газоходов.
Альтернативным и радикальным вариантом реконструкции трубы является предложенная ОРГРЭС разборка футеровки и установка внутреннего металлического ствола (рис. 3). Этот вариант помимо несомненных достоинств (высокая надежность теплоизолированного ствола и сохранение существующего узла входа газов в трубу) требует установки временных дымовых труб и переключающих газоходов.
Монтаж теплоизолированного стального ствола d0 = 6,0 м в верхней части железобетонной оболочки (отм. 100-180 м) будет крайне затруднен из-за небольшого зазора между консолями оболочки и теплоизоляцией (примерно до 60 см в верхней зоне). Требуется также установка двух температурных компенсаторов d0 = 6,0 м. Выходной конфузор предполагает организацию входа в межтрубное пространство снаружи железобетонной оболочки на отм. 45,0 м, само межтрубное пространство в верхней зоне из-за тесноты теряет свое функциональное назначение. Кроме того, срок реконструкции трубы по этому варианту составит примерно 2 года, а его стоимость будет в 2 раза больше, чем по первому варианту.
Государственная вневедомственная экспертиза РБ после рассмотрения представленного архитектурного проекта реконструкции дымовой трубы с учетом совокупности всех технических, технологических и технико-экономических показателей предложенных вариантов и подвариантов реконструкции утвердила первый вариант.
