Проблемы эксплуатации конденсационных установок и пути их решения

конденсационная установка турбоагрегат шарикоочистка Конденсационная установка является одним из основных элементов АЭС, определяющих надежную работу второго контура и оказывающих влияние на экономические показатели энергоблока.

В общем случае надежность и экономичность конденсационной установки определяются ее техническим состоянием, характеризуемым такими показателями как:

• — гидравлическая плотность;
• — вакуумная плотность;
• — чистота трубного пучка.

На атомных станциях, в зависимости от качества исходной воды, имеют место две основные проблемы, связанные с эксплуатацией конденсационных установок, это обеспечение необходимой гидравлической плотности и чистоты трубного пучка Высокая гидравлическая плотность конденсатора, несомненно, является важным фактором обеспечения надежной и экономичной работы всей турбоустановки и энергоблока в целом.

Многолетний опыт работы паротурбинных атомных электростанций (АЭС) показывает, что нарушение гидравлической плотности трубной системы конденсатора влечет за собой значительные убытки, связанные с необходимостью разгрузки или останова энергоблока для поиска и устранения протечек сырой (циркуляционной) охлаждающей воды в паровое пространство конденсатора, приводящих к нарушению водно-химического режима энергоблока.

Особенное значение придается обеспечению высокой водяной плотности конденсаторов турбин двухконтурных АЭС с водо-водяными реакторами. Зарубежный и отечественный опыт эксплуатации АЭС указанного типа свидетельствует о ряде случаев разрушения труб парогенераторов вследствие коррозионных повреждений, приведших к попаданию радиоактивной воды во второй контур и потребовавших полной замены парогенераторов (т.е. длительных простоев энергоблоков) и больших капитальных затрат. Согласно исследованиям эта коррозия была вызвана в основном попаданием в конденсат охлаждающей воды, кислорода и продуктов коррозии медных сплавов. Кроме того, присосы охлаждающей воды провоцируют коррозионные повреждения элементов проточной части паровой турбины.

Очевидно, что наличие коденсатоочистки не снимает задачу обеспечения высокой водяной плотности конденсатора. Более того, применение для обеспечения необходимого качества конденсата обессоливающей установки требует чрезвычайно больших дополнительных затрат, сложнее и менее надежно в эксплуатации, чем использование высокоплотных конденсаторов.

Экономичность паротурбинной установки в значительной степени определяется давлением в конденсаторе. При его увеличении на 1 кПа мощность энергоблоков на конденсационном режиме уменьшается на 0,8−0,9%, а для турбин низкого и среднего давления — на 1,2…1,5%. При неизменной мощности удельный расход топлива повышается. Поэтому согласно ПТЭ допускается повышение давления не более чем на 0,5 кПа из-за загрязнения конденсатора, после чего должна производиться его очистка. По данным исследований средний перерасход топлива на электростанциях Российской Федерации, вызванный ухудшением вакуума в конденсаторах турбоагрегатов вследствие загрязнения трубок конденсаторов, составляет около 2%.

Особенно он велик в южных районах с сильно минерализованными и биологически активными охлаждающими водами. Проблема поддержания в чистоте поверхности конденсаторов в будущем станет ещё более актуальной в связи с дефицитом охлаждающей воды и ухудшением её качества.

На отечественных электростанциях периодически проводятся чистки конденсаторов. При этом применяют: механическую очистку с помощью ершей и пескоструйных установок, кислотные промывки, вакуумные сушки, разрушение отложений с помощью высоконапорных струй и пр.

Общими недостатками всех этих способов являются: необходимость остановки или разгрузки турбины, значительные трудозатраты при выполнении работ в тяжелых условиях внутри водяных камер и водоводов, функционирование турбины между периодическими чистками с ухудшенным вакуумом, а реагентные способы ещё и экологически вредны. При всех этих способах уменьшается срок службы конденсаторных трубок из-за активизации коррозионных процессов при разрушении защитной оксидной пленки на поверхности трубок, а при вакуумной сушке, кроме того, из-за значительных перепадов температуры часто наблюдаются разуплотнение трубок в местах вальцовочных соединений и увеличение в связи с этим жесткости конденсата.

Проведение профилактических мероприятий, в частности химической обработки охлаждающей воды для предотвращения образования минеральных отложений или хлорирования воды для борьбы с микроорганизмами, ограничено экологическими нормативами и высокой стоимостью.

Поэтому наиболее радикальным методом решения этих вопросов является оснащение конденсаторов дополнительными автоматизированными фильтрами и системой очистки трубок шариками из пористой резины.

Многолетним опытом эксплуатации турбин разных типов во всем мире было доказано, что способы борьбы со всеми видами отложений уступают способу поддержания чистоты трубок с помощью эластичных шариков из пористой (губчатой) резины, разработанному еще в 60-х годах фирмой «Тапрогге» (Германия). Он принципиально отличается от ранее применявшегося способа очистки монолитными шариками тем, что используемые в нем пористые шарики имеют диаметр на 1−2 мм больше внутреннего диаметра трубки, плотно прилегая к ее стенке, они весьма эффективно удаляют закрепляющиеся на ней частицы отложений. Монолитные же шарики диаметром на 1−2 мм меньше диаметра трубки при своем движении лишь уплотняли рыхлые отложения. При увеличении толщины уплотненного слоя отложений ухудшалась теплопередача и, в конечном счете, снижалась экономичность. Поэтому, несмотря на то, что турбостроительные заводы в течение длительного времени поставляли конденсаторы с шариковой очисткой, в том числе и на Калининскую АЭС, этот способ оказался неэффективным и был в значительной степени дискредитирован.

В связи с перечисленными обстоятельствами одной из основных задач эксплуатации АЭС является поддержание высокой герметичности конденсаторов и чистоты трубного пучка. При этом должны соблюдаться следующие принципы:

• — трубки конденсаторов не должны подвергаться повреждениям и не должны заменяться в течение всего срока службы энергоблока (30−40 лет)
• — соединения трубок с трубными досками должны быть в течение этого срока полностью плотными.

Повышение надежности (гидравлической плотности) и теплотехнических показателей конденсаторов турбин АЭС в целом ряде случаев может быть достигнуто за счет поддержания чистоты внутренней поверхности трубок. Такая система непрерывной («на ходу») очистки внутренней поверхности труб предотвращает образование органических, минеральных или биологических отложений. В свою очередь поддержание чистоты внутренней поверхности трубок не только улучшает коэффициент теплопередачи в конденсаторе, но и предохраняет трубы от повреждений вследствие коррозии под отложениями.

На атомных станциях в зависимости от качества исходной воды имеют место две основные проблемы, связанные с эксплуатацией конденсаторов турбин:

• 1. Поддержание гидравлической плотности конденсаторов, обеспечивающей, обеспечивающих полное разобщение пароконденсаторного пространства и тракта «сырой» охлаждающей воды.
• 2. Обеспечение чистоты трубного пучка конденсаторов

Данные требования могут быть достигнуты за счет:

• 1. Внедрение современных систем шарикоочистки охлаждающих труб (СШО), первые образцы которых, смонтированные на энергоблоках Балаковской АЭС, подтвердили их высокую эффективность. До внедрения таких СШО производится периодическая очистка трубок конденсаторов механическим и гидродинамическим способами.
• 2. Выполнение выборочного вихретокового контроля конденсаторных труб.
• 3. Освоение методов поиска присосов охлаждающей воды в конденсаторах при помощи пленок.
• 4. Нанесение защитного покрытия трубных досок главных турбин на энергоблоках с ВВЭР-1000; на энергоблоках с РБЖ-1000 эти работы начаты.
• 5. Замена конденсаторов на модульные модернизированные трубные системы из коррозионно-стойких материалов (АООТ «ЖЗ»).
• 6. Разрабатываются технологические процессы изготовления конденсаторных труб из нержавеющей стали (НПО ЦНИИТМАШ совместно с АО «Филит») и титана (ЦНИИ КМ «Прометей»).
• 7. Проводятся работы по определению остаточного ресурса конденсаторов (НПО ЦКТИ), разрабатывается программа экспресс оценки потерь мощности турбин из-за снижения вакуума в конденсаторах (МЭИ).

Наряду с указанными мероприятиями на АЭС внедряются более совершенные методы акустического поиска неплотностей конденсаторных труб, очистки технической воды, консервации конденсаторов и др.

Планируется привлечение специалистов ЭДФ к работам по модернизации трубных систем конденсаторов и к оценке их эффективности.