3.3.3 Профилактика повреждений деаэраторов повышенного давления

Из рассмотрения схемы включения деаэратора (рис. 3.29) видно, что в него направляются потоки с различными параметрами. При этом не для всех выполняется требование "Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением" об установке на подводящем трубопроводе автоматического редуцирующего устройства с манометром и предохранительным клапаном, расположенными на стороне меньшего давления после редуцирующего устройства в тех случаях, когда давление среды в подводящем трубопроводе выше давления в деаэраторе (например, трубопровод разгрузки питательных насосов, трубопровод слива конденсата из подогревателей высокого давления и др.). Указанное требование может быть выполнено не на всех потоках, поэтому надежная и безопасная работа деаэратора обеспечивается оснащением его комплексом приборов, регулирующих и предохранительных устройств. Для этого каждый деаэратор оснащается регулятором давления на линии греющего пара, поддерживающим постоянное давление независимо от тепловой и гидравлической нагрузок и колебаний давления в источнике (имеется в виду, что давление в источнике пара больше давления в деаэраторе). Баланс расходов между поступающими в деаэратор и отводимыми из него потоками поддерживается регулятором уровня. Контроль за уровнем воды в деаэраторе осуществляют по водоуказательныи приборам прямого действия и по дистанционным указателям уровня.

Защита деаэраторов от превышения давления обеспечивается рычажными неполноподъемными предохранительными клапанами, устанавливаемыми на баках или подводящих трубопроводах греющего пара, и импульсными предохранительными клапанами, устанавливаемыми на паропроводах. При расчете пропускной способности предохранительных клапанов исходят из одновременного максимального поступления пара от всех источников в деаэрационную колонку и полного прекращения подачи холодной воды. Максимальный расход пара из каждого источника определяют по пропускной способности паропровода при полностью открытых запорных и регулирующих органах и максимальном давлении в источнике пара. Определяя максимальный расход пара, учитывают также вторичный пар, образующийся при вскипании перегретых потоков воды, поступающих в деаэратор. На линиях сброса в деаэратор от растопочных сепараторов прямоточных котлов устанавливают ограничительные шайбы и импульсные предохранительные клапаны.

Рис. 3.29. Схема включения деаэратора повышенного давления энергоблока 300 МВт: 1 - подача пара на уплотнение вала турбогенератора и на эжекторы = 350 мм, = 2,5 МПа (25 кгс/см); 2 - рециркуляция питательного турбонасоса P = 1,0 МПа (10 кгс/см), t = 164° С, = 150 мм, =40 МПа (400 кгс/см); 3 - рециркуляция питательного электронасоса P = 1,0 МПа (10 кгс/см), t = 164° С, = 150 мм, = 40 МПа (400 кгс/см); 4 - пар от штоков стопорных и регулирующих клапанов = 100 мм, = 2,5 МПа (25 кгс/см), Р = 1,0 МПа (10 кгс/см), t = 500° С; 5 - выпар = 80 мм, = 6,4 МПа (64 кгс/см); 6 - воздушник =10 мм, = 10 МПа (100 кгс/см); 7 - основной конденсат P = 1,0 МПа (10 кгс/см), t = 158° С, = 300 мм, =2,5 МПа (25 кгс/см); 8 - пар от коллектора собственных нужд 1,3 МПа (13 кгс/см); 9 - пар от растопочного сепаратора РС=20 с давлением 2,0 МПа (20 кгс/см); 10 - греющий пар от IV и V отбора турбины; 11 - вода с узла впрысков P = 1,0 МПа (10 кгс/см), t = 265° С, = 100 мм, =40 МПа (400 кгс/см); 12 - дренаж греющего пара подогревателей высокого давления P = 1,7 МПа (17,3 кгс/см), t = 212° С, = 150 мм, = 6,4 МПа (64 кгс/см); 13 - всас бустерных питательных насосов = 300 мм, = 2,5 МПа (25 кгс/см); 14 - всас НКП = 250 мм, = 2,5 МПа (25 кгс/см); 15 - перелив Н = 2,5 м, = 200 мм, = 2,5 МПа (25 кгс/см); 16 - опорожнение = 150 мм, = 2,5 МПа (25 кгс/см); 17 - водоуказательные стекла, пробковый клапан = 10 мм; 18 - предохранительные клапаны (2 шт.) = 250 мм, = 0,85 МПа (8,5 кгс/см) с импульсными клапанами = 20 мм

Так как в деаэратор подается ряд потоков с параметрами, значительно превышающими рабочие параметры для деаэратора, то в случае неисправности регулятора уровня корпус деаэратора может оказаться полностью заполненным водой, давление которой с большой скоростью достигнет максимальной величины давления входящих потоков. Это может привести к разрушению корпуса деаэратора. Поэтому для исключения переполнения деаэратора на нем устанавливают автоматические регуляторы перелива, открывающие автоматически сброс воды из деаэратора при достижении предельного уровня. Сброс воды прекращается как только восстанавливается нормальный уровень. В качестве автоматического клапана сброса широко применяется разгруженный поплавковый регулятор типа РП-80, пропускная способность которого при перепаде давления 0,5 МПа (5 кгс/см) составляет 130 т/ч.

При эксплуатации деаэраторов повышенного давления отмечались случаи повреждения аккумуляторных баков. Так, на одной из ТЭЦ было замечено парение в средней части аккумуляторного бака деаэратора 6 ата.

Визуальным осмотром в местах парения обнаружены сквозные трещины, две из которых располагались в местах приварки ребер жесткости, а три - в местах приварки сборочных приспособлений. Магнитопорошковой дефектоскопией было выявлено около ста трещин протяженностью до 400 мм и глубиной до 5 мм. Значительная часть из них была расположена под ребрами жесткости, некоторые трещины развивались в глубь металла от подрезов. Ультразвуковой дефектоскопией были обнаружены трещины, не выявленные магнитопорошковой дефектоскопией.

Исследования показали, что по химическому составу и механическим свойствам металл бака деаэратора соответствовал установленным требованиям. Трещины имели внутрикристаллитный характер, края их были несколько размыты. Зависимости обнаруженных повреждений от времени эксплуатации, материала и других факторов не было установлено. При проверке баков-аккумуляторов были обнаружены подрезы и выборки металла, являющиеся концентраторами остаточных напряжений и напряжений, возникающих в процессе эксплуатации. Приварка ребер жесткости к обечайкам бака была выполнена с нарушением шахматного порядка приварки ребер; на некоторых участках зазор между ребрами жесткости и обечайками доходил до 6 мм и для его уменьшения были приварены прутки. Ширина сварных швов и высота катетов были неравномерны, имели место подрезы швов до 7 мм и незаваренные кратеры глубиной до 6 мм. Анализ данных эксплуатации деаэраторов на ТЭЦ показал, что развитию трещин способствуют нарушения нормальной работы колонки деаэратора.

Отдельные потоки воды, смешивающиеся в колонке деаэратора, имеют широкий диапазон значений рН (от 6 до 10,5). Колебания рН воды обусловливают частичное разрушение пленки оксидов железа. Это ускоряет протекание процессов электрохимической коррозии, о чем свидетельствует наличие размытых окончаний трещин.

Кроме основного потока конденсата турбин, нагретого в подогревателе низкого давления до температуры, близкой к температуре насыщения, в колонку деаэратора поступает также ряд потоков воды с более низкой температурой (например, значительный поток химически очищенной воды с температурой 100-105 °С). Это приводит к появлению гидравлических ударов, что, с одной стороны, ухудшает деаэрацию, а с другой, - способствует образованию трещин.

Случаи выявления сквозных трещин на деаэраторах повышенного давления отмечались и на других электростанциях. Для предупреждения повреждений аккумуляторных баков деаэраторов повышенного давления (6 и 7 ата) противоаварийным циркуляром № Т-4/69 Главтехуправление Минэнерго СССР предложило:

на всех деаэраторах повышенного давления, находящихся в эксплуатации, проводить 100% проверку швов приварки ребер жесткости и монтажного сварного шва приварки деаэрационных колонок к баку ультразвуковым методом, а также сварных соединений обечаек, мест приварок сборочных приспособлений и мест выборок металла - внешним осмотром и магнитопорошковой дефектоскопией. Во всех случаях выявления дефектов (трещин) следует вызывать представителя завода-изготовителя для выдачи рекомендаций по технологии ремонта;

принимать необходимые меры по устранению тепловых перегрузок деаэраторов для предотвращения гидравлических ударов (в частности, путем предварительного подогрева химически очищенной воды до 140-145 °С), а также обеспечить максимальную стабильность водно-химического режима.

Предложенные противоаварийным циркуляром меры были выполнены, однако последующая эксплуатация отремонтированных баков показала, что через некоторое время повреждения, аналогичные описанным, возникают вновь, поэтому при эксплуатации деаэраторов должно быть уделено особое внимание обеспечению стабильного режима их работы (исключение тепловых перегрузок и поддержание стабильного водно-химического режима). При проведении внутренних осмотров особое внимание должно уделяться осмотру мест возможного образования трещин.

Особое внимание необходимо обращать на соблюдение требований "Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением", при подключении деаэраторов к источнику давления. Согласно правилам, сосуд, который работает под давлением, меньшим давления питающего его источника, должен иметь на подводящем трубопроводе автоматическое редуцирующее устройство с манометром и предохранительным клапаном, установленными на стороне меньшего давления после редуцирующего устройства. При этом следует иметь в виду, что при необходимости иметь обводную (байпасную) линию у редуцирующего устройства она должна быть также оборудована редуцирующим устройством с манометром и предохранительным клапаном, установленными на стороне меньшего давления.

Несоблюдение указанных требований может привести к тяжелым последствиям. На ГРЭС из-за повышения давления выше допустимого произошло разрушение деаэратора повышенного давления (рабочее давление 6 кгс/см, температура нагрева воды 158 °С, емкость бака деаэратора 100 м). В результате аварии были повреждены строительные конструкции машинного зала, оборудование и трубопровод, расположенные в зоне деаэратора, остановлена работа электростанции.

Тепловой схемой электростанции была предусмотрена подача греющего пара в деаэратор от второго отбора турбины через регулятор давления, а также по резервной линии от главного паропровода через БРОУ-100/31 ата и РОУ-31/14 ата. Ввиду того что работы по наладке регулятора давления на отборе пара от турбины не были закончены, питание паром деаэратора осуществлялось по резервной линии. На линии резервного подвода пара в деаэратор из-за нарушения требований "Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением", не было установлено автоматическое редуцирующее устройство, исключающее возможность повышения давления в деаэраторе выше 6 ата (давление в источнике питания 14 ата).

Установленные на этой линии БРОУ-100/31 ата и РОУ-31/14 ата эксплуатировались без устройств автоматического регулирования давления и температуры, без быстродействующего электропривода на БРОУ и охлаждения пара на РОУ. В нарушение правил технической эксплуатации электростанции регулирование давления в деаэраторе осуществлялось с помощью секционной запорной задвижки на паропроводе острого пара. При выводе в ремонт коллектора с давлением пара 3,1 МПа (31 кгс/см) произвольное открытие этой задвижки привело к быстрому росту давления в деаэраторе и его разрушению.