Выбор метода консервации паровых и газовых турбин

Продукция и услуги компании ЮВТЕК - это надежная защита оборудования от коррозии, контурных токов, электромагнитного износа подшипников, остаточной намагниченности
Выбор метода консервации паровых и газовых турбин

Металлы и сплавы, используемые для изготовления теплоэнергетического оборудования, обладают способностью вступать во взаимодействие с соприкасающейся с ними средой (вода, пар, газы), содержащей те или иные коррозионно-агрессивные примеси. В результате воздействия среды происходит коррозионное разрушение металла вследствие электрохимических и химических процессов, которое обычно начинается с поверхности и постепенно продвигается вглубь.

При длительных простоях энергетического оборудования возникает необходимость защиты их деталей от коррозии. Особую важность приобретает защита от коррозии деталей паровых турбин, для которых очаги коррозии могут служить концентраторами высоких динамических напряжений, возникающих в процессе работы. Это касается как вращающихся деталей (рабочие лопатки, диски, втулки), так и статорных элементов (диафрагмы, обоймы, сопловые-направляющие лопатки). Первостепенное значение защита от коррозии приобретает при условии наличия на поверхности металла коррозионно-активных отложений, имеющих повышенную активность при увлажнении.

Основными методами предотвращения стояночной коррозии, согласно нормативным документам являются:

- подавление коррозии с помощью химических средств (ингибиторов);

- предотвращение контакта металла с кислородом воздуха;

- снижение влажности воздуха во внутренних полостях ниже 40%.

Обязательным для всех трех методов защиты от коррозии является полное дренирование консервируемого оборудования и трубопроводов в процессе подготовки к консервации. Повреждения выходных кромок направляющих лопаток нижних половин диафрагм, превышающие по своей величине верхние половины, говорят о недостатках в организации дренирования турбины при остановах.

Критерии выбора метода консервации турбины:

- защита от атмосферной коррозии в течение всего периода простоя;

- минимальный объём подготовительных работ по вводу в режим консервации;

- возможность выполнения ремонтных работ на законсервированном оборудовании;

- минимальный объём подготовительных работ по выводу из режима консервации без дополнительных работ по расконсервации;

- возможность систематической консервации силами оперативного персонала;

- экологичность;

- приемлемая стоимость затрат;

- применимость для условий простоя различной длительности.

Метод консервации турбины ингибиторами

Для предотвращения коррозии тепломеханического оборудования возможно применение различных ингибиторов коррозии. Данный метод предусматривает создание на предохраняемых от коррозии внутренних поверхностях оборудования защитных плёнок. Для предотвращения коррозии с их помощью необходимо, в первую очередь, чтобы защитная плёнка равномерно покрывала все защищаемые поверхности оборудования.

Для консервации оборудования с помощью химических средств его внутренний объем продувается горячим воздухом, содержащий пары летучих ингибиторов атмосферной коррозии. Охлаждение воздуха при соприкосновении с поверхностью металла приводит к осаждению кристаллов ингибитора на поверхности деталей. Защитными свойствами обладает не только тонкий слой ингибитора, но и сам воздух, наполняющий консервируемый объем и содержащий пары ингибитора. В настоящее время разработаны ингибиторы, имеющие низкую температуру возгонки и не требующие предварительного подогрева воздуха.

Сложность применения этого способа консервации определяется тем, что для предотвращения попадания ингибитора в атмосферу требуется уплотнение консервируемого объема, приводящее к образованию невентилируемых полостей и к неравномерному распределению ингибитора по поверхности металла. Последнее особенно опасно, поскольку вызывает усиленную локальную коррозию. По окончанию консервации, консервируемый объём необходимо промыть от образовавшейся на металле плёнки. Кроме того, некоторые ингибиторы (НДА и КЦА) имеют избирательный спектр защитного воздействия и не только не защищают, но и оказывают окислительное действие на медь и ее сплавы, что ограничивает возможности их применения.

Ещё один способ консервации - насыщение воздуха ингибитором при контакте его с силикагелем, пропитанным ингибитором. Пропитка силикагеля осуществляется на заводе-изготовителе. Для поглощения избытка ингибитора на выходе из турбоустановки воздух проходит через чистый силикагель. Для осуществления консервации через турбоустановку просасывается воздух, насыщенный ингибитором. Воздух просасывается через турбину с помощью эжектора уплотнений или пускового эжектора.

Консервация летучим ингибитором проводится при выводе в резерв на срок более 7 суток. Летучие ингибиторы коррозии типа ИФХАН защищают стали, медь, латунь, адсорбируясь на поверхности металла. Этот адсорбированный слой значительно снижает скорость электрохимических реакций, обусловливающих коррозионный процесс.

После остывания металла турбины приблизительно до 50°С ее герметизируют набивкой асбеста, пропитанного герметиком. После сушки турбины на вход устанавливают патроны с пропитанным силикагелем, а на выход патроны с чистым силикагелем, включают эжектор и просасывают воздух. При достижении защитной концентрации ингибитора, равной 0,015 г/дм3, консервация прекращается, для чего отключают эжектор, устанавливают заглушку на входе и выходе воздуха.

Метод консервации турбины азотом

Предотвращение контакта металла с кислородом воздуха может быть достигнуто путем заполнения внутреннего пространства консервируемого оборудования нейтральным газом, например азотом, который может подаваться от балонной рампы. Во всем консервируемом объеме должно поддерживаться избыточное давление инертного газа, предотвращающее попадание наружного воздуха. Такой способ консервации достаточно надежен, однако, трудность консервации азотом паротурбинного оборудования связан с наличием большого числа мест утечки азота и со сложностью уплотнения этих мест. Необходимость уплотнения консервируемых систем приводит к существенному увеличению объема работ при вводе в консервацию и при выводе из нее.

Консервация нейтральным газом (как правило, азотом) с последующим поддержанием небольшого избыточного давления 5–10 кПа (0,05-0,1 кгс/см2 или 500-1000 мм вод. ст) предотвращает доступ наружного воздуха. Этот способ требует организацию непрерывной подачи азота и качественной герметизации системы. При этом большие трудности вызывает герметизация турбины. Практика показала, что утечки азота при консервации составляют (в зависимости от качества запорной и предохранительной арматуры и мер по уплотнению контура) от 2–3 до 10 и более м3/ч, т.е. фактически необходимо собственное азотное производство. Несмотря на высокую надежность этого метода консервации, он является довольно дорогостоящим из-за наличия большого числа мест возможных утечек азота и сложности их уплотнения.

Рекомендуемые методы ликвидации утечек – уплотнение различными видами герметика, связаны с большим объёмом работ по обнаружению и устранению разного рода разуплотнений, что создает серьёзные неудобства при остановах турбины в резерв. Ввиду сложности реализации данного способа на многих электростанциях страны консервацию турбин азотом осуществляют без проведения работ по закрытию концевых щелей в концевых уплотнениях. В связи с этим, при нетоксичности азота, опасность связана с вытеснением (в определённых зонах турбины) кислорода из воздуха, что опасно для здоровья обслуживающего оборудование персонала. Надёжность способа азотной консервации зависит от герметичности оборудования и чистоты азота, используемого для консервации.

Консервацию турбину азотом рекомендуется применять на тех электростанциях, где имеются кислородные установки, производящие азот концентрацией не менее 99%. Для проведения консервации необходимо иметь подвод газа к тем же точкам, что и воздух. Подачу азота в турбину начинают после останова турбины и окончания вакуумной сушки промежуточного пароперегревателя. Консервацию азотом можно применять и для паровых пространств бойлеров и подогревателей.

Несмотря на отмеченные ранее недостатки этого способа, данный метод имеет также и определенные преимущества перед другими видами консервации турбоустановок. Подавляющее большинство турбин, имевших длительные простои, получило коррозионные повреждения концевых уплотнений, что, как уже отмечалось, свидетельствует о необходимости совершенствования схем и видов консервации уплотнений. Как показывает опыт, низконапорные установки консервации осушенным или подогретым воздухом требуют организации подвода воздуха к камерам уплотнений с учётом сопротивления уплотняющих устройств доступных участков уплотнений. Практика показала, что наибольший эффект противокоррозионной защиты уплотнений даёт консервация с помощью инертного газа.

Методы консервации турбины воздухом

Снижение влажности воздуха внутри консервируемого оборудования может быть достигнуто несколькими способами. 

Способ статической осушки воздуха: осушка воздуха осуществляется в полостях консервируемого оборудования  с помощью влагопоглотителей (хлористого кальция, негашеной извести, силикагеля), размещаемых на специальных поддонах внутри оборудования. Данный способ имеет существенный недостаток - отсутствие циркуляции сухого воздуха внутри консервируемого объема, отсутствует физическая возможность равномерного размещения влагопоглотителя по проточной части турбины. Так же требуется периодическое вскрытие оборудования для замены влагопоглотителя и его последующая регенерация.

При консервации оборудования воздухом достаточно поддерживать в консервируемом объеме относительную влажность воздуха в пределах 40÷60 %. Если на консервируемых поверхностях имеются солевые отложения или рыхлые продукты коррозии, относительную влажность воздуха в консервируемом объеме необходимо поддерживать в пределах 35÷45 %, что гарантированно защищает оборудование от стояночной коррозии.

Поскольку при снижении влажности воздуха можно ограничиться задачей уменьшения относительного содержания влаги в воздухе, появляется возможность добиться этого путем нагревания воздуха до некоторой температуры. Значение величины нагрева и полученная относительная влажность воздуха определяются: исходными параметрами воздуха в точке забора и температурой нагрева воздуха. Применение такого способа, хотя и сопряжено с некоторыми энергетическими затратами, позволяет добиться консервации теплоэнергетического оборудования, изготовленного из различных материалов, без применения химических реагентов и при минимальных затратах на обслуживание. К другим преимуществам этого способа следует отнести простоту операций по вводу оборудования в консервацию и выводу из нее.

Основным недостатком метода консервации подогретого воздуха является то, что влагосодержание воздуха остается постоянным. Двигаясь через турбину, воздух охлаждается, вследствие чего его относительная влажность повышается. При недостаточном расходе подогретого воздуха может происходить конденсация влаги внутри турбины. Поэтому консервация турбин подогретым воздухом может проводиться только при достаточно больших расходах воздуха и правильной организации схемы консервации, позволяющей минимизировать застойные маловентилируемые области внутри турбины. Этот способ понижения относительной влажности воздуха сопровождается большими затратами электроэнергии при использовании электрокалориферов.

Воздухонагревательные консервационные установки компании ЮВТЕК позволяют получать влажность воздуха в диапазоне 25-30% даже на выходе из конденсатора турбины. Это достигается за счет продувки проточной части большим количеством воздуха с низкой относительной влажностью 15-20% и правильной организацией схемы продувки.

Нагрев воздуха существенно снижает его относительную влажность, однако, данный способ имеет ряд недостатков:

- низкая эффективность из-за охлаждения воздуха до температуры точки росы в слабо вентилируемых объёмах, в результате чего возможны конденсация влаги и усиление локальной коррозии;

- невозможность получения равномерного распределения нагретого воздуха во всем внутреннем объёме турбоустановки, при этом возрастает опасность перемещения избыточных водяных паров из нагретой части оборудования в холодную с последующей конденсацией из-за способности подогретого воздуха активно поглощать влагу;

- большие энергетические затраты для поддержания консервируемого оборудования в прогретом, примерно до 60 °C, состоянии.

Энергопотребление консервационных воздухонагревательных установок JUVTEK Tornado существенно снижено за счет применения многоступенчатого нагрева, а так же контроля влажности воздуха и регулирования нагрева в автоматическом режимах. Удельное электропотребление установок ЮВТЕК составляет 1,3-1,5 Вт на один метр кубический нагреваемого воздуха. На первом этапе консервации - в режиме сушки (сразу после включения установки) энергопотребление максимальное. Затем, когда значение влажности воздуха на выходе турбины снижается до 30-35%, установка автоматически переходит в режим консервации с уменьшенным энергопотреблением и постоянной продувкой внутренних полостей турбины и конденсатора.

Неоспоримым преимуществом консервационных воздухонагревательных установок, использующих большой объем воздуха для продувки внутренних полостей, является:

- существенное влагоудаление - в пять раз превышающее адсорбционные и морозильные воздухоосушители;

- способность эффективно осушать не только проточную часть цилиндров, но и конденсаторов;

- быстрый выход на режим консервации – менее суток.

При динамической осушке в полости консервируемого оборудования постоянно нагнетается атмосферный воздух, прошедший предварительную осушку в воздухоосушительной установке. Адсорбционная установка представляет собой либо кассеты с влагопоглотителем, либо ячеистый ротор заполненный гранулами силикагеля. К недостаткам указанных способов осушки воздуха следует отнести необходимость применения химических влагопоглотителей, требующих регулярной замены или регенерации, что заметно увеличивает трудоемкость обслуживания консервационной установки.

Конденсационные (рефрижераторные) осушители имеют более низкое энергопотребление в абсолютном выражении, чем воздухонагреватели, однако, их удельное потребление выше и составляет порядка 2,5 Вт/м.куб. подготовленного воздуха. Осушитель работает по принципу конденсации влаги из воздуха при его охлаждении ниже температуры точки росы. Влажный воздух из машзала всасывается вентилятором, фильтруется и попадает на испаритель, на котором он охлаждается ниже температуры точки росы - хладагент забирает тепло из проходящего воздуха. При этом из воздуха конденсируется влага - влагосодержание воздуха уменьшается. Далее воздух попадает на конденсатор, который отдает тепло хладагента проходящему воздуху. Температура воздуха при этом увеличивается, влагосодержание не меняется, а относительная влажность воздуха уменьшается. Температура воздуха при прохождении через осушитель незначительно увеличивается.

Воздухоосушительные консервационные установки JUVTEK Tornado DRY работают в автоматическом режиме и обеспечивают поддержание заданной влажности воздуха в консервируемом контуре.

Консервационная установка JUVTEK Tornado DRY состоит из силовой рамы на колесах, воздушного фильтра, вентилятора, испарителя, конденсатора, компрессора, шкафа управления и вспомогательных узлов. Для защиты установки предусмотрены схемы защиты: по перегреву компрессора; по короткому замыканию; по разгерметизации контура хладагента, по превышению тока и перегреву электродвигателя вентилятора. Осушитель имеет вспомогательную сигнализацию об обмерзании испарителя и о загрязнённости воздушного фильтра. Управление производится непосредственно с лицевой панели шкафа, на которой располагаются элементы контроля, управления и сигнализации.

Применение воздуха в качестве консервирующего агента позволит во многих случаях полностью отказаться от использования химических реагентов при консервации, в результате чего не потребуется специальная подготовка оборудования к пуску после простоя и уменьшится сброс сточных вод в водные объекты.

 

Выбор метода консервации паровой турбины

В соответствии с изложенными выше положениями, самым простым, наиболее эффективным и доступным способом консервации паровых и газовых турбин является метод воздушной консервации. 

Консервация осушенным воздухом позволяет:

- консервировать энергооборудование с первых суток останова, что исключает начальный период простоя, в течение которого проявляется максимальная скорость атмосферной коррозии;

- защитить внутренние поверхности турбины от атмосферной коррозии безреагентным методом на 6 месяцев и более;

- осуществлять текущие ремонтные работы на законсервированном оборудовании без проведения дополнительных работ по расконсервации;

- производить непрерывный приборный контроль относительной влажности воздуха в консервируемом объёме и автоматически поддерживать её в диапазоне 35-45%, в пределах которого скорость атмосферной коррозии металла значительно ниже допустимой.

Консервация оборудования осушенным воздухом широко используется в мировой практике, как один из наиболее эффективных и рациональных методов предотвращения стояночной коррозии. Этот метод заменил ранее использовавшуюся технологию консервации турбоустановок подогретым воздухом.