Консервация турбины осушенным воздухом, ее особенности и преимущества

При снижении относительной влажности окружающего воздуха с 60-100 % до 30-45 % скорость развития коррозии уменьшается на 1-2 порядка. Для консервации паровых турбоагрегатов и газовых турбин, помимо защитных химических способов (азотом и с помощью аэрозольных ингибиторов коррозии) и физических (осушка силикагелем), применяется два основных метода, которые отличаются принципиальным подходом к понижению содержания влаги. Они основаны на способности нагретого или осушенного воздуха абсорбировать влагу.

Консервация турбины нагретым воздухом (источник — электрокалориферная установка) требует больших энергозатрат, и применяется в основном для турбоагрегатов малой мощности, поскольку требует сильного нагрева воздуха и значительной производительности продувки, чтобы компенсировать его охлаждение по мере проходжения через внутренности агрегата, и обеспечить отсутствие застойных зон возможной конденсации испарившейся влаги, а также точного отслеживания влажности на выходе из осушаемого контура.

Консервация турбины осушенным воздухом — данный процесс основан на предварительной обработке воздуха перед его подачей в турбину. Воздух пропускается через осушительную установку, где происходит удаление содержащейся в нем влаги через нагрев с последующим охлаждением.

Чистая металлическая поверхность, находящаяся в неагрессивной среде при стабильной температуре и относительной влажности среды менее 60%, обладает устойчивостью к окислению. Однако, в реальных условиях из-за колебаний температуры и влажности, а также наличия гигроскопических частиц на поверхностях внутренних деталей, на практике требуется существенно более низкий уровень содержания влаги.

Агрессивные газы и присутствие даже небольшого количества различной пыли в воздухе также снижают порог влажности, при котором активизируется процесс коррозии. А металлы с наличием участков, имеющих рыхлую ржавчину, ускоренно ржавеют в бездействии. Поэтому для обеспечения оптимальных условий хранения оборудования влажность воздуха должна поддерживаться в пределах 30-45 %.

Уменьшение и поддержание относительной влажности ниже 40 % внутри законсервированного оборудования обеспечивается непрерывной или эпизодической продувкой полостей обезвоженным воздухом под напором.

Консервация турбин продувкой осушенным воздухом считается наиболее эффективным способом резервирования турбоустановок на длительный срок. Основные этапы консервации паротурбинного оборудования сухим воздухом описаны в нормативных отраслевых документах — РД 153-34.1-30.502-00 и методических указаниях 34-70-078-84.

Особенности осушения турбоагрегатов воздухом

Важным условием непосредственно перед началом консервации является тщательное удаление остатков влаги из системы, что обеспечивается сливом жидкости из рабочих полостей и трубопроводов. Оставшаяся после слива остатков увлажненность будет поглощена и удалена потоком сухого воздуха.

При необходимости продувки системы подогретым осушенным воздухом, воздухоосушительную установку нужно дооснастить электрокалорифером, чтобы обеспечить температуру подаваемого воздуха в турбину на 5-10 °С выше наружной.

Для паровых турбин с промежуточным перегревом пара для временной консервации применяется двухконтурная осушительная установка. Большая часть сухого воздуха должна направляться в цилиндры низкого/среднего давления и в конденсаторную часть (как основным потребителям), а меньший объём — в цилиндр высокого давления.

Замкнутая и разомкнутая схемы консервации турбоустановок осушенным воздухом

Консервационная схема может реализовываться в двух вариантах: с замкнутым или открытым контуром. На начальном этапе, для удаления влаги из внутреннего пространства оборудования, контур может размыкаться, пока влажность на выходе не достигнет нужного уровня. Затем выход закрывается и подключается к системе очистки воздуха.

В разомкнутой (открытой) схеме сухой воздух закачивается по воздуховодам внутрь контура, откуда он выводит поглощенный водяной пар через сдувки и дренажные отверстия в машинное отделение или на улицу. При такой схеме удобно контролировать воздушный поток и влажность в любой точке системы, а также создавать повышенное давление для предотвращения попадания неосушенного воздуха извне.

В замкнутой (закрытой) схеме отработавший воздух с выхода газовой турбины возвращается обратно на вход консервационной установки, что усложняет процедуру и требует дополнительных воздуховодов. Кроме того, при начале работ в оборудовании может быть конденсат и капли влаги, из-за чего возвращаемый воздух будет иметь практически стопроцентную влажность. Это замедляет процесс консервации, поскольку снижает эффективность осушителя. Поэтому данная схема требует более тщательной подготовки и дренирования турбоагрегата.

После достижения нужного уровня влажности во внутренних полостях ГТ, закрытая схема работает экономичнее. Но энергетики пришли к выводу, что затраты на осушение воздуха относительно невелики, и дополнительное усложнение схемы не всегда оправдано.

Так, производитель Siemens в своей инструкции IIG-79-60-74 рекомендует использовать открытый контур для консервации газо-паровых турбин (кроме осушения мосле монтажа). Опыт показывает, что закрытая схема не всегда обеспечивает должную защиту лопаток турбоагрегата от коррозии во время простоя.

Кроме того, закрытый контур создает риск подсасывания снаружи влажного воздуха из-за разрежения на впуске в осушитель. Для исключения этого эффекта необходимо постоянно подпитывать консервационный контур наружным воздухом и периодически поднимать давление, обеспечивая сквозной проток осушенного воздуха через уплотнения и фланцы турбоагрегата.

Консервация турбин электростанций осушительной установкой

Расчеты теплообмена и аэродинамики (диаметров штуцеров и воздуховодов, производительности осушительной установки) проводятся с учетом кратности циркуляции воздуха в контуре от 6 до 10 объёмов в час. Для предотвращения коррозии уплотнений от попадания внешнего воздуха необходимо обеспечить поднятие давления в контуре до 0,6 кПа (60 мм водного столба, или 0,006 кг/см²).

Долговременно и стабильно снижать и поддерживать относительную влажность воздуха внутри турбины в пределах 35-45% способна JUVTEK Tornado DRY — автоматизированная консервационная воздухоосушительная установка.

Для поддержания оптимальной влажности внутри консервируемого оборудования требуется постоянная циркуляция осушенного воздуха через проточную часть турбины с мониторингом содержания влаги на выходе из консервационного контура. Поэтому гигрометрический датчик контроля влажности устанавливается в точке выхода воздуха с максимальной влажностью (из конденсатора).

Монтаж осушительной установки — подача, дренаж, выхлоп

Схема проведения консервации турбины осушенным воздухом должна предусматривать его равномерное распределение по всему внутреннему объему. Для полноценной вентиляции следует предусмотреть точки выхода воздуха в наиболее удаленных участках.

В качестве выпускных отверстий могут использоваться штатные инспекционные люки, воздушники, дренажные системы воронки, патрубки воздухоотсоса, концевые уплотнители или доустановленные вентштуцеры с запорной арматурой.

Расположение и количество выпускных каналов воздуха определяются индивидуально, исходя из схемы консервации и конфигурации турбины. Запорная арматура и все штатные впускные/выпускные штуцеры должны выдерживать эксплуатационные параметры оборудования.

Для подачи воздуха к оборудованию и обеспечения продувки между отсеками рекомендуется максимально задействовать штатную арматуру, фланцы и трубопроводы. На входе воздуха в контур устанавливаются постоянные или временные впускные штуцеры.

При сборке воздуховодов предусматриваются крепления (подвески и опоры) на несущих конструкциях машинного зала, а также теплоизоляция воздушных магистралей при их нагреве выше 45 °С. Окончания воздуховодов должны иметь цилиндрические элементы для подключения к фланцам впускных штуцеров турбины.

Для удобства монтажа консервационные установки JUVTEK Tornado DRY оснащены фланцами-переходниками, гибкими воздуховодами и воздухофильтром для очистки осушающего воздуха.

Воздухоосушитель рекомендуется устанавливать в места с минимальной относительной влажностью — например, рядом с отопительными радиаторами. Следует учитывать, что в машинном зале влажность воздуха снижается с увеличением высоты от уровня пола, а температура повышается.

КИПиА для консервации турбины воздухоосушительной установкой

Для обеспечения безопасности и достаточной защиты от коррозии схема консервации должна включать следующие КИП (контрольно-измерительные приборы):

• стационарные гигрометры на входе и выходе контура для работы автоматики осушительной установки;
• мобильный гигрометр для ручного замера влажности в точках выпуска воздуха;
• органы управления процессом консервации, обеспечивающие аварийную остановку консервирующей установки;
• сигнализаторы рабочих режимов воздухоосущителя,

а также группу реле контроля: воздушного давления для отслеживания загрязнения фильтра, температуры обмоток электромотора и направления вращения вентилятора; работы компрессора, обмерзания радиатора осушающего испарителя.

Для повышения эффективности процесса консервации следует использовать индикаторы коррозии и корректировать параметры технологического процесса (влажность осушающего воздуха, температура подогрева, частота включения и отключения установки).

Рекомендации по процессу консервации турбины осушенным воздухом 

Перед тем, как остановить турбину для длительной (более месяца) консервации рекомендуется промыть её детали с соблюдением технологии, а также провести подготовительные мероприятия:

• разработать схему консервации, адаптированную к конкретному оборудованию;
• обеспечить схему необходимыми точками отбора проб и контрольно-измерительными приборами для мониторинга консервации в автоматическом и ручном режимах;
• определить последовательность управления оборудованием на всех этапах — в начале, во время, и после завершения консервации.

Консервация газовой турбины — основные этапы

1. Подготовительные мероприятия (описаны выше).
2. Остановка турбины согласно требованиям инструкции по эксплуатации.
3. Промывка ротора, лопаток, сопел, уплотнений моющим спецраствором.
4. Полное дренирование — удаление остатков жидкости из полостей турбины.
5. Координация действий — переключение групп управления дренажными системами, запорными клапанами и другими компонентами для режима консервации турбоустановки.
6. Подсоединение шлангов подачи воздуха от осушительной установки (если это не предусмотрено стационарно).
7. Заполнение внутреннего объёма турбоагрегата осушенным воздухом.
8. Мониторинг прохождения консервации, устранение возникающих неисправностей.
9. Регулярное увеличение давления подачи воздуха для вентиляции и просушки уплотнений и воздуховодов турбоустановки.
10. По завершении консервации — выключение установки, отсоединение шлангов и закрытие воздушных патрубков заглушками (если стационарное подключение не предусмотрено).
11. Перевод групп управления дренажными системами, клапанами, и прочими элементами в режим, необходимый для запуска турбины.

Заключение

Консервация турбин продувкой осушенным воздухом — это удобный, экономичный и действенный способ защиты газотурбинных установок. Применение этого метода уменьшает энергозатраты организации, исключает необходимость в закупке химических консервантов, облегчает подготовку к последующему запуску, и снижает объем вредных отходов ТЭС/АЭС.

Использование осушенного воздуха дает возможность:

• поддерживать влажность на уровне 35-45%, практически полностью останавливая коррозионную деструкцию;
• начинать процесс консервации сразу после останова турбоагрегата, предотвращая развитие окисления;
• обеспечивать защиту от коррозии внутренних компонентов на любой срок без использования химических составов;
• выполнять ремонтные мероприятия на законсервированном оборудовании, не прибегая к расконсервации;
• оперативно возвращать законсервированную установку в работу.

Поэтому методы консервации турбин осушенным воздухом успешно применяют в развитых странах, его используют энергетические компании в России и странах СНГ.