Продолжительность остывания до температуры 150 °С, при которой по существующим правилам разрешается снимать тепловую изоляцию и приступать к вскрытию турбины, с принудительным расхолаживанием сокращается в 5— 7 раз.
Существуют различные способы принудительного расхолаживания: воздушный, низкопотенциальным паром, разгружением турбины при скользящих параметрах пара и, наконец, комбинированный. При использовании любого из этих способов ставится обязательное требование: скорость охлаждения металла, разность температур по ширине корпусных деталей, относительное укорочение роторов не должны превышать предельных допустимых значений.
Предельная скорость охлаждения металла при температуре металла, превышающей 400 °С, не должна быть больше 2 °С/минута для корпуса стопорного клапана, 3 °С/минута — для корпусов регулирующих клапанов, 1,5 °С/минута — для стенок цилиндров. При температуре металла, меньшей 400 °С, эти скорости могут быть вдвое больше: для корпуса стопорного клапана — 4, корпуса регулирующего клапана — 6 и для стенок цилиндров — 3 °С/минута. Практика показала, что этот критерий полностью удовлетворяется, когда при температурах металла, больших 400 °С, температура пара в стопорном клапане снижается со скоростью не выше 2,5 °С/минута. При температуре металла, меньшей 400 °С, скорости его остывания существенно меньше допустимых.
Измерения температуры металла расточки ротора в процессе расхолаживания турбины показали, что при скорости понижения температуры пара в 2,5 °С/минута скорость охлаждения металла роторов высокого и среднего давления не превышала соответственно 2,0 и 0,6 °С/минута. Такие скорости не представляют опасности для роторов, поскольку соответствуют малоцикловой термоусталостной повреждаемости 0,01 %.
Таким образом, контроль режима расхолаживания только по температуре пара в стопорном клапане оказывается достаточным для соблюдения критерия скорости охлаждения во всех элементах турбины, упомянутых выше.
Что касается критерия относительного укорочения, то опыт показывает, что темп остывания турбины лимитируется только ротором высокого давления и, следовательно, можно обеспечить надежное расхолаживание, поддерживая в допустимых пределах относительное укорочение только этого ротора. Это обычно выполняется путем подачи горячего пара в передние уплотнения ЦВД.
Расхолаживание остановленной турбины осуществляется при помощи эжекторной установки конденсатора. Для этого после остановки блока и обеспаривания котла оставляют в работе эжекторную установку и соединяют внутренние полости охлаждаемых цилиндров с атмосферой. ЦВД сообщается с атмосферой через открытые предохранительные клапаны на холодных паропроводах системы промежуточного перегрева, а цсд-через предохранительные клапаны на горячих паропроводах. Воздух, поступающий в ЦВД со стороны выхлопа, проходит ЦВД по направлению к паровпуску и по перепускным трубам через открытые регулирующие и стопорные клапаны поступает в главные паропроводы, откуда через РОУ сбрасывается в конденсатор турбины. Воздух, поступающий в ЦСД через один из предохранительных клапанов на горячем паропроводе промежуточного перегрева, проходит ЦСД и также сбрасывается в конденсатор через ЦНД. Для повышения темпа расхолаживания массивных фланцев одновременно осуществляется подача воздуха в систему подогрева фланцев и шпилек ЦВД, вследствие чего снижается относительное расширение ротора и корпуса турбины и появляется возможность дополнительного ускорения процесса расхолаживания. Для организации движения воздуха через систему обогрева фланцев достаточно открыть предохранительный клапан на коллекторе подвода пара в систему.
Температура пара, подаваемого на концевые уплотнения турбины для ограничения укорочения ротора в процессе расхолаживания, регулируется с учетом теплового состояния корпусов путем подмешивания к деаэраторному пару (который применяется в этом случае) пара холодных паропроводов промежуточного перегрева из соседних работающих блоков.
Общая продолжительность расхолаживания турбины атмосферным воздухом от номинальной температуры до 150 °С составляет около 40 часов со средней скоростью 9—10 °С/час, т. е. в три-четыре раза меньше, чем при естественном охлаждении.
Для дальнейшего повышения скорости расхолаживания необходимо было бы повысить скорость движения охлаждающего воздуха, что при помощи штатных эжекторов установки выполнить невозможно. Рекомендуется решить эту задачу путем подключения параллельно штатным эжекторам высокопроизводительного пароструйного эжектора к любой точке тепловой схемы турбины, например к паропроводам свежего пара турбины. Производительность этого эжектора в несколько раз выше, чем у штатных, что позволяет добиться довольно значительного повышения скорости расхолаживания воздушным способом.
Расхолаживание турбины воздухом выгодно сочетать с расхолаживанием ее под нагрузкой за счет понижения температуры свежего и вторично перегретого пара, так как на первом этапе расхолаживания под нагрузкой используется аккумулированная теплота котла для выработки электрической энергии. Расхолаживание турбины на этом первом этапе производится путем постепенного снижения нагрузки блока с одновременным плавным понижением на котле температуры свежего и вторично перегретого пара до минимального возможного уровня. К сожалению, на подавляющем большинстве действующих блоков провести глубокое и надежное расхолаживание этим способом очень трудно и поэтому полностью использовать аккумулированную теплоту не удается. Объясняется это главным образом отсутствием эффективных средств регулирования температуры пара при очень низких нагрузках. На турбинах К-160-130 при нагрузках ниже 40% номинальной уже не обеспечивается равномерный темп снижения температуры перед турбиной, возникают ее провалы и, как следствие,— ограничения по укорочению роторов, заставляющие приостановить процесс расхолаживания.
Практически достижимый минимальный уровень температур в зоне паровпуска ЦВД и ЦСД турбин мощностью 160— 300 МВт оказывается не ниже 250—300, обычно даже 320— 330 °С.
На втором этапе расхолаживание может производиться воздухом или низкопотенциальным паром. При воздушном расхолаживании от 320—330 до 150 °С суммарная продолжительность комбинированного способа составит 25—30 часов, т. е. примерно в 1,5 раза меньше, чем при расхолаживании только воздухом во всем диапазоне температур. Продолжительность отдельных этапов при этом такова: расхолаживание под нагрузкой 7—8 часов, воздушное расхолаживание остановленной турбины (от температуры 320—330 °С) 18—22 часов. Время, необходимое для обеспаривания котла и сборки схемы воздушного расхолаживания, составляет 2—4 часа.
Второй этап комбинированного расхолаживания может быть сокращен дополнительно при использовании значительно более эффективного по сравнению с воздушным парового расхолаживания остановленной турбины. Сущность этого способа заключается в организации движения охлаждающего пара через наиболее металлоемкую часть высокого давления турбины в направлении, обратном рабочему. Для экономии теплоты при этом может быть использован пар, выработанный в котле за счет аккумулированной теплоты. Его температура может регулироваться различными способами: путем подмешивания к свежему пару низкотемпературного пара из общестанционных коллекторов или из паровой уравнительной линии деаэраторов, путем снижения температуры пара впрысками на котле или в паропромывочном устройстве.
На втором этапе расхолаживания в процессе срабатывания давления производится периодическая подпитка барабана водой с температурой 200—230 °С через экономайзер от соседнего блока. За счет этого выработка пара несколько повышается, поскольку используется теплота относительно «горячей» посторонней воды и теплоты, аккумулированной металлом и обмуровкой тракта.
Способ парового расхолаживания может пригодиться и для первого этапа, когда расхолаживание под нагрузкой оказывается неосуществимым из-за недопустимости вращения турбины с большой скоростью, например, при поломке лопаток, сильной вибрации и пр.
Существует возможность еще большего сокращения ремонтного простоя турбины. Она заключается в переводе турбины после первого этапа расхолаживания под нагрузкой в режим естественного остывания при работе валоповоротного устройства (ВПУ). По достижении температурой ЦВД по верхней образующей в зоне камеры регулирующей ступени 275 °С ВПУ и (СС) отключаются и ротор останавливается, что позволяет начинать разнообразные ремонтные работы, не связанные с вскрытием цилиндров. Снятие тепловой изоляции при этой технологии рекомендуется начинать по достижении температурой верха ЦВД 200—210 °С, а это происходит при естественном остывании примерно через 20 часов после отключения ВПУ. Таким образом, эти 20 часов и являются чистым выигрышем времени для производства, ремонтных работ.
Отключение ВПУ и СС рекомендуется производить только при температуре ЦВД не выше 150 °С. Это необходимо для предотвращения теплового прогиба остановленного, сравнительно горячего ротора и недопустимого разогрева баббита подшипников турбины из-за передачи теплоты по валу ротора. Считается, что при температуре роторов ниже 150 °С эти нежелательные явления исключаются. Проведенные исследования показали, что в режиме работы турбины с полной нагрузкой, когда усилия на подшипники достигают наибольших значений, тепловой прогиб ротора за 20 часовой период естественного остывания турбины при отключении ВПУ увеличивается незначительно (до 0,12 мм), не достигая опасных значений, а температура баббита подшипников возрастает на 20 °С, также не достигая предельной допустимой (80—90°С).
Разумеется, этот способ сокращения ремонтного простоя подразумевает строгое соблюдение требований безопасности во время снятия тепловой изоляции при более высоких, чем обычно, температурах, а также обязательное проведение экспериментальных исследований на каждой турбине, которую предполагается перевести в такой режим расхолаживания. Результаты исследований должны показать допустимость более раннего отключения ВПУ и СС по условиям теплового прогиба ротора и температурного режима подшипников турбины.
При остановке и разгружении блочных и неблочных барабанных котлов следует учитывать следующие особенности. В ПТЭ указана предельная скорость понижения температуры насыщения 1,5—2,0 °С/мин в процессе остановки котлов до нагрузки 10 МПа и 1,0—1,5°С/минута — до 15 МПа. Это вызвано ограничениями по температурным напряжениям в торцах барабана, где наблюдается слабая циркуляция воды и недостаточное охлаждение металла. При несоблюдении указанных в ПТЭ скоростей температурные напряжения в торцах барабана превышают допустимые и при многократных повторениях режимов остановки могут привести к усталостным повреждениям металла.
При разгрузке блочных котлов на скользящем давлении пара условия расхолаживания барабана улучшаются, поскольку его верхняя часть охлаждается аккумулированным паром и паром, вырабатываемым за счет сжигания топлива (топливо оптом в Нижнем Новгороде можно заказать перейдя по ссылке), но все, же остается риск повышения температуры в торцах выше допустимой.
Рекомендуются простые конструктивные переделки внутрибарабанных устройств блочных и неблочных котлов, усиливающие циркуляцию в торцах, позволяющие повысить допустимые пределы скорости понижения температуры насыщения до 2,0—2,5 °С/минута и снимающие ограничения по разности температур между верхом и низом барабана. Устройство дополнительного охлаждения верхней части торца барабана состоит из системы коробов, направляющих пар от внутрибарабанных циклонов в верхнюю зону отсеков. Неравномерность температур по периметру барабана сильно возрастает при погашенной топке в процессе выпуска пара в коллектор собственных нужд и существенно ограничивает скорость понижения давления в котле. Чтобы снять и эти ограничения, производится предварительное заполнение барабана водой до отметки 400—450 мм от верхней образующей барабана. Это позволяет снизить давление в котле от 5 до 1 МПа за 40— 60 минут, выдержав при этом разность температур по периметру в допустимых пределах. Отмечается, что допустимая разность температур в зоне давлений ниже 5,0 МПа и при меньших скоростях охлаждения (0,5—1,0°С/минута) составляет 60—80 °С.