Водный режим энергоблоков сверхкритического давления при пусках в работу из холодного состояния

Вайнман А.Б. , кандидат техн. наук, Малахов И.А. , доктор техн. наук

НИИТЭ Украины — МЭИ

    Рассмотрены особенности и недостатки пусковых водных режимов энергоблоков сверхкритического давления (СКД). Показано, что при пусках таких блоков, работающих на кислородных водных режимах, может создаваться коррозионно-опасное сочетание пониженного качества рабочей среды и высокого содержания в ней кислорода. Изложены рекомендации по совершенствованию таких режимов.

    Практически все энергоблоки СКД ТЭС России, Украины, других стран СНГ, а также большинство энергоблоков СКД промышленно развитых стран Запада эксплуатируются на кислородных водных режимах — нейтрально-кислородном (НКВР) либо кислородно-аммиачном (КАВР). Основным условием применения этих режимов является обеспечение такого высокого качества рабочей среды (с нейтральной или близкой к ней реакцией), при котором кислород выполняет противокоррозионную пассивирующую функцию по отношению к железоуглеродистым сплавам и на поверхности металла пароводяного тракта создается качественный защитный оксидный слой. Если же указанное условие не выполняется, то кислород проявляет свойства коррозионного агента. Однако именно такое сочетание: наличие рабочей среды пониженного качества и высокое содержание в ней кислорода, весьма опасное в коррозионном отношении, часто наблюдается при пусках в работу из холодного состояния энергоблоков СКД многих ТЭС СНГ. К тому же рабочая среда имеет повышенное содержание углекислоты. Ее совместное с кислородом воздействие на металл коррозионно-опаснее, чем каждого компонента в отдеьности. Есть все основания утверждать, что для энергоблоков СКД, которые часто запускаются в работу, коррозионное поражение металла тракта происходит главным образом в переходных режимах, а не при работе под нагрузкой.

   Согласно [1], при каждом пуске энергоблока СКД продолжительность приведения качества рабочей среды в соответствие с нормативными требованиями составляет не менее 42...45 ч. С учетом регулирования графика электрических нагрузок общая продолжительность работы энергоблока с ухудшенными показателями качества теплоносителя может достигать 25 % годовой наработки. Поскольку за период пуска (до включения в сеть) энергоблока с прямоточным котлом не удается достигнуть нормативных значений основных показателей качества питательной воды и свежего пара, в правилах технической эксплуатации вынужденно допускается полуторакратное ухудшение таких показателей в течение первых 2 сут после доведения нагрузки до заданной по диспетчерскому графику, а при пуске после капитального и среднего ремонта — в течение 4 сут [2]. При этом в первые сутки разрешается содержание соединений железа СFe и кремниевой кислоты Csi0 до 50 мкг/дм , а для пуска после капитального и среднего ремонта — до 100 мкг/дм каждого компонента. Мнение зарубежных специалистов по этому вопросу таково: для энергоблоков с частыми пусками (50 в год и более) при содержании в паре Fe и (или) SiO2 выше 50 мкг/дм (каждого компонента) эксплуатация турбины не допускается (т.е., если энергоблок работал под нагрузкой и произошло указанное ухудшение качества свежего пара, то требуется незамедлительный останов турбины) [3]. В различных зарубежных источниках подтверждается, что в процессе пуска может создаваться экстремальная ситуация, когда электропроводность рабочей среды иногда на порядок превышает нормируемые значения для работы под нагрузкой. Тогда обязательным является принятие мер, исключающих коррозионно-опасное сочетание пониженного качества теплоносителя и значительного содержания в ней кислорода [4, 5]. В отечественной печати еще более 10 лет тому назад отмечалось отсутствие должного внимания к контролю качества рабочей среды при пусках и глубоких изменениях нагрузки энергоблоков, а также необходимость оптимизации регламента КВР в процессе пуска до выхода энергоблока на заданную нагрузку [6].

   Разработанный в ЭНИН (М.Е. Шицман) первый нормативный документ (НД) по НКВР [7] имел исключительно важное значение для широкого промышленного внедрения НКВР на энергоблоках СКД, но вопросы пускового водного режима в нем не затрагивались. В последующем документе [8] указывалось, что при кислородном режиме пуск энергоблока из любого теплового состояния проводится без предварительной деаэрации обессоленной воды.
   Иными словами, содержание кислорода в рабочей среде не ограничивалось, независимо от ее качества. В ныне действующем НД [9] для КВР предусматривается следующее: пуск энергоблока из любого теплового состояния при повышенной электропроводности Н-катионированной пробы питательной воды (значение хв около 0,5 мкСм/см) без предварительной ее деаэрации; изменение концентрации кислорода CQ в питательной воде в период пуска в пределах 8 000... 1 000 мкг/дм ; поддержание нижнего значения (1 000 мкг/дм ) дозированием кислорода (воздуха) в течение 30...40 ч после пуска, до стабилизации всех показателей водно-химического режима на нормативном и более низком уровне. Эти меры направлены на ускорение процесса восстановления защитных свойств оксидных пленок и снижение выноса железа до нормативных значений. Однако современные представления о КВР и многолетний практический опыт пусков энергоблоков СКД ставят под сомнение указанные положения.
Во-первых, представляется недостаточно обоснованным значение Хв ~ 0,5 мкСм/см.
Во-вторых, не регламентированы действия персонала ТЭС при хв > 0,5 мкСм/см, что и наблюдается в массе случаев при пусках энергоблоков СКД (обычно в процессе пуска регистрирующие кондуктометры отключены из-за зашкаливания).
В-третьих, остается открытым вопрос о возникновении весьма частой ситуации, когда через 30...40 ч после пуска из холодного состояния (особенно энергоблока, находившегося в ремонте) стабилизации показателей водного режима на нормативном уровне достигнуть не удается. Наконец, при пусках содержание в питательной воде кислорода определяется главным образом неорганизованными присосами воздуха через неплотности тракта и в большинстве случаев изменяется произвольно.

   В действующей типовой инструкции [10] при пусках из холодного состояния энергоблоков СКД, работающих на КВР, предусматривается следующее: включение в работу блочной обессоливающей установки (БОУ), когда электропроводность Н-катионированной пробы воды перед БОУ менее 1 мкСм/см (жесткость не выше 10 мкг-экв/дм ;Csi0 < 300 мкг/дм ; CFe < 300 мкг/дм ); начало растопки котла при хв < 1 мкСм/см (жесткость не выше 3 мкг-экв/дм ; Cs;o < 100 мкг/дм ; CFe < 100 мкг/дм ); дальнейшие пусковые операции после замыкания контура отмывки на конденсатор и по подъему параметров — при тех же значениях показателей качества рабочей среды; дозирование аммиака при КАВР одновременно с замыканием контура; толчок турбины при электропроводности Н-катионированной пробы пара хп < 0,5мкСм/см (Csi0 < 50 мкг/дм3, CFe < 50 мкг/дм ); отказ от предпусковой деаэрации питательной воды; отсутствие каких-либо ограничений по содержанию в рабочей среде кислорода до набора энергоблоком нагрузки. Таким образом, относительно пусковых режимов при КВР между НД [9] и [10] имеются существенные различия в допустимых значениях X концентрации О2.

    Приведенные в действующих НД требования к электропроводности рабочей среды на период пуска энергоблока из холодного состояния и до подачи пара в турбину (около 0,5 мкСм/см в соответствии с [9] и до 1,0 мкСм/см согласно [10]), очевидно, следует понимать как безопасные в коррозионном отношении. Это не согласуется с результатами экспериментальных исследований зависимости интенсивности коррозии перлитной стали от электропроводности контактирующей с ней кислородсодержащей воды, в частности с результатами стендовых испытаний [11], приведенными на рис. 1 (Со = 240 мкг/дм3, Т = 348 К).

Рисунок 1.Зависимость общего содержания соединений железа в кислородсодержащей воде от ее электропроводности [11]

При значении х =0,1 мкСм/см общее содержание в воде железа невелико (менее 4,0 мкг/дм ), тогда как при повышении х до 0,5 мкСм/см концентрация Fe возрастает примерно на порядок, а при Х =1,1 мкСм/см значение СРе увеличивается до 100 мкг/дм . Отсюда следует, что при пусках в условиях сочетания повышенной электропроводности рабочей среды (0,5... 1,0 мкСм/см) и значительного содержания в ней кислорода (тысячи микрограмм на кубический дециметр), что предусмотрено в НД [9, 10], может происходить коррозия металла водопарового тракта. Осложняющим фактором является наличие углекислоты, удаление которой при отсутствии деаэрации является проблематичным. На практике при пусках энергоблоков, работающих на НКВР, часто рН рабочей среды в течение длительного времени сохраняется на недопустимо низком уровне (менее 6,0), что еще больше усиливает коррозию. Показательно, что значение рН при пуске (до набора энергоблоком нагрузки) в [9, 10] не нормируется.

Читать далее
 
ООО "ЭнергоЭкоСервис" ©2008
Яндекс цитирования