Д.т.н. В.И. Шарапов, профессор, заведующий кафедрой «Теплогазоснабжение и вентиляция», Ульяновский государственный технический университет (ФГБОУ ВПО УлГТУ), г. Ульяновск
Гидравлическая плотность теплообменных аппаратов конденсатно-питательного тракта ТЭЦ в значительной мере определяет надежность и энергетическую эффективность теплофикационных систем. Попадание жесткой воды в конденсатно-питательный тракт при разгерметизации конденсаторов, сетевых подогревателей и других теплообменников паротурбинных установок приводит к аварийным остановам паровых котлов.
В один из первых дней моей работы в качестве главного инженера тепловой электростанции произошла авария, при которой одновременно вышли из работы почти все котлы станции.
Сменная лаборантка химического цеха в эти злополучные сутки сделала необходимые ночные анализы. Поскольку все результаты были в пределах нормативов, она решила поспать до утра. Утром переписала в суточную ведомость ночные результаты и благополучно сдала смену. Через полчаса после начала дневной смены стали один за другим аварийно останавливаться энергетические котлы из-за свищей и порывов экранных труб. Первые же анализы показали, что деаэраторы питательной воды заполнены почти сырой водой, которая и стала причиной быстрого накипеобразования и пережога экранных труб котлов. Как выяснилось далее, жесткость в питательную воду попала из конденсатора одной из турбин, в котором порвалась латунная трубка, и жесткая циркуляционная вода стала поступать в конденсатно-питательный тракт станции.
Этот случай запомнился на всю жизнь, и пришло понимание, что так быть не должно — не может благополучие большой электростанции зависеть от нерадивости одного работника.
Магистральный путь повышения надежности водно-химического режима ТЭЦ связан с автоматизацией оперативного контроля, непрерывным мониторингом показателей этого режима.
Данным перспективным направлением занимаются многие научные школы и научно-производственные предприятия [1, 2]. Эта тематика занимает важное место и в деятельности Научно-исследовательской лаборатории «Теплоэнергетические системы и установки» УлГТУ (НИЛ ТЭСУ УлГТУ). Одно из направлений работы лаборатории можно сформулировать как создание технологий мониторинга показателей водно-химических режимов турбоустановок ТЭЦ и систем теплоснабжения. Режимы работы турбоустановок в большинстве случаев определяют надежность и безопасность котельного оборудования, а также надежность и экономичность всей электростанции.
В первую очередь, наши работы были направлены на решение весьма актуальной для многих электростанций страны проблемы герметичности вакуумных систем турбоустановок. От решения этой проблемы существенно зависит энергетическая эффективность работы теплообменного оборудования турбоустановок и эффективность предотвращения внутренней коррозии конденсатно-питательного тракта. Существующие методы определения мест присосов воздуха в конденсаторы и другие элементы вакуумных систем были трудоемки и неэффективны. Новые возможности в решении этой проблемы открылись в связи с разработкой и серийным выпуском отечественных кислородомеров [3]. Были разработаны технологии мониторинга герметичности вакуумных систем турбоустановок [4, 7], позволяющие осуществлять непрерывный приборный контроль мест присо- сов воздуха с помощью многоканальных кислородомеров.
Благодаря оперативности обнаружения мест присосов воздуха в элементах вакуумных систем турбоустановок, разработанные технологии мониторинга их герметичности получили в настоящее время достаточно широкое распространение на тепловых электростанциях. Однако еще более важной проблемой является обеспечение надежности ТЭЦ, которая в значительной мере зависит от гидравлической плотности теплообменников, работающих на нагреваемом и охлаждаемом теплоносителях с различной жесткостью и солесодержанием. Описанный в начале статьи аварийный случай как раз был связан с разгерметизацией трубной системы конденсатора турбины, в результате чего охлаждающая речная вода с очень высокой жесткостью попала в паровое пространство конденсатора и далее в конденсатно-питательный тракт электростанции.
В основу технологии автоматического мониторинга гидравлической плотности теплообменников турбоустановок нами положен тот же принцип, что и в технологиях оперативного контроля герметичности вакуумных систем: измерение показателя в основных потоках конденсата, составляющих питательную воду. Для определения мест присосов жесткости в тракте питательной воды используют кондуктометры, датчики которых измеряют уровень жесткости в конденсате после теплообменников, в которых нагреваемой или охлаждаемой средой служит вода с жесткостью, превышающей нормативную жесткость питательной воды котлов. Места присосов жесткости определяют по абсолютным величинам показаний датчиков кондуктометров и по разности этих показаний. Наиболее рационально для определения мест присосов жесткости в тракт питательной воды использовать многоканальный кондуктометр, на который подаются сигналы от нескольких датчиков. Один из вариантов реализации таких решений представлен на рисунке.
На приведенной схеме датчики жесткости установлены на трубопроводе основного конденсата турбины после конденсатора, а также на конденсатопроводах сетевых подогревателей. Такие датчики могут устанавливаться и на конденсатопроводах других теплообменников, например, подогревателей подпиточной воды теплосети перед деаэраторами.
Отечественные предприятия выпускают в последние годы достаточно надежную аппаратуру для контроля параметров водно-химического режима. Благодаря этому на Сормовской ТЭЦ создана уникальная система автоматического контроля показателей водно-химического режима [2].
Рассматриваемая технология автоматического мониторинга позволяет гарантированно повысить надежность ТЭЦ за счет повышения оперативности обнаружения и устранения мест присосов жесткости в цикл питательной воды котлов.
Выводы
Основное направление повышения надежности водно-химического режима ТЭЦ связано с автоматизацией оперативного контроля, непрерывным мониторингом параметров этого режима.
Разработана технология автоматического мониторинга гидравлической плотности теплообменников турбоустановок, позволяющая гарантированно повысить надежность тепловых ТЭЦ за счет оперативности обнаружения и устранения мест присосов жесткости в цикл питательной воды котлов.
Литература
1. Живилова Л.М., Назаренко П.М., Маркин Г.П. Автоматический контроль водно-химического режима ТЭС. М.: Энергия. 1979. 224 с.
2. Шарапов В.И. Заметки о 2-й научно-практической конференции «Теоретические и практические вопросы применения приборов контроля водно-химического режима в теплоэнергетике» // Энергосбережение и водоподготовка. 2013. № 5. С. 72,73.
3. Шарапов В.И. О применении кислородомеров при исследовании и эксплуатации теплоэнергетического оборудования // Энергосбережение и водоподготовка. 2005. № 5. С. 3-7.
4. Патент № 2237814 (Россия). МПК F 01 К 13/00. Способ работы тепловой электрической станции / В.И. Шарапов, Е.В. Макарова // Открытия. Изобретения. 2004. № 28. Заявл. 12.05.2003, № 2003114006.
5. Патент № 2298663 (Россия). МПК F 01 К 17/02. Способ работы тепловой электрической станции / В.И. Шарапов, Е.В. Макарова, М.А. Маликов // Открытия. Изобретения. 2007. № 13. Заявл. 08.11.2005, № 2005134621.
6. Патент № 2299334 (Россия). МПК F 01 К 13/00. Способ работы тепловой электрической станции / В.И. Шарапов, Е.В. Макарова, М.А. Маликов// Открытия. Изобретения. 2007. № 14. Заявл. 09.12.2005, № 2005138395.
7. Патент № 2309260 (Россия). МПК F 01 К 13/00. Способ работы тепловой электрической станции / В.И. Шарапов, Е.В. Макарова, М.А. Маликов // Открытия. Изобретения. 2007. № 30. Заявл. 23.12.2005, № 2005140532.