6 Июля 2020

Ликбез №55: Нагреть поверхности

Замена «железа» на ТЭЦ – процесс, который нельзя останавливать. Под воздействием высоких температур горения топлива металл постепенно разрушается, что может сказаться на надежности работы котлогрегатов.

Поделиться в социальных сетях

Котел – не «кастрюля»

«После завершения проектов ДПМ и освобождения нашего монтажного персонала, СГК постоянно наращивала на своих ТЭЦ и ГРЭС замену поверхностей нагрева котлов. В этом году рассчитываем заменить свыше трех тысяч тонн изношенных элементов, в том числе провести плановую замену тех, которые отработали свой ресурс. Если этого не делать в постоянном режиме, то могут случится разрывы, и даже остановы котлов. Напомню, когда мы только зашли в Новосибирск и взяли в управление «СИБЭКО», в первый год у нас на Новосибирской ТЭЦ-5 постоянно «рвались» котлы. Это было связано с тем, что поверхности нагрева там были сильно изношены. Пережив первую зиму, мы в срочном порядке их заменили, и все следующие ОЗП крупнейшая станция Новосибирской энергосистемы проходит уже без аварий», - заявил в июне в прямом эфире в Instagram технический директор СГК Олег Петров

О чем идет речь? Что это за поверхности нагрева такие? И почему они так важны? Напомним, основными агрегатами тепловой электростанции является паровой котел и связанная с ним паровая турбина. По названию ясно, что «рабочим телом», предназначенным для выработки электрической энергии, на таких ТЭС выступает водяной пар, перегретый до давления выше атмосферного. Этот пар образуется в котле за счет теплоты сжигаемого топлива (угля, газа, мазута и т.д.), и затем направляется на турбину, где его тепловая энергия преобразуется в механическую, раскручивает вал турбины, связанный с генератором, в котором, наконец, механическая энергия превращается в электрическую. Отработавший пар из турбины направляется либо в конденсатор (например, градирню или водохранилище), либо – на подогрев сетевой воды для выработки тепловой энергии (на ТЭЦ). 

Вопреки обывательским представлениям, паровой котел – это не «кастрюля», в которой на ТЭС греют воду, а сложная технологическая система, основными рабочими элементами которой как раз и выступают те самые поверхности нагрева. Если у кастрюли такая поверхность одна – днище, которое стоит на печке, то у котлов их очень много, и все они выглядят как металлические трубки разной длины, толщины и диаметра, которые с внешней стороны «омываются» горячими дымовыми газами от горения топлива, а с внутренней – водой, пароводяной смесью, паром или воздухом. 

Производство перегретого пара на ТЭС – это четкая последовательность процессов, протекающих в разных поверхностях нагрева. Так, подогрев питательной воды до температуры насыщения происходит в экономайзерах (элемент котлоагрегата, по сути – теплообменник, в котором вода перед подачей в котел подогревается уходящими из котла газами; позволяет существенно повысить КПД всей установки). Образование пара – в испарительных поверхностях нагрева. Наконец, перегрев насыщенного пара до заданной температуры – в пароперегревателях. Все это на ТЭС происходит в непрерывном режиме. Неудивительно, что от исправности поверхностей нагрева зависят экономичность, эффективность, но главное – надежность работы конкретной котельной установки.

Поверхности нагрева паровых котлов котлов выглядят как металлические трубки разной длины, толщины и диаметра.


 

Схема устройства котлоагрегата зависит от его конструкции и мощности, а также давления пара. Действующие в России ТЭС строили и запускали в разные годы и периоды развития энергетики, поэтому паровые котлы на них сильно различаются. Например, на четырех ТЭЦ СГК в Новосибирске работают котлоагрегаты П-образной компоновки, имеющие один горизонтальный и два вертикальных газохода, газы в которых движутся в разных направлениях. Но производительность у котлов – в диапазоне от 170 до 670 т/ч, а давление пара – от 100 до 140 ата.

Чем больше производительность и давление, тем больше и вес поверхностей нагрева. Например, на котле типа ТП-170 они весят 322 тонны, а в котлоагрегате типа ТПЕ-214А – в четыре раза больше, 1167 тонн. Именно поэтому замену поверхностей нагрева в генкомпаниях «взвешивают» в тоннах металла – считать трубки поштучно просто бессмысленно.

В 2019 году СГК только на одной Бийской ТЭЦ заменила 137 тонн поверхностей нагрева станционных котлоагрегатов №7 и 14, направив на эти цели 41,9 млн рублей (в 14 раз больше, чем годом ранее). В целом на замену этих металлических конструкций СГК тратит от 5 до 10% в структуре расходов ежегодных ремонтных компаний. В текущем году, без учета Рефтинской ГРЭС, это примерно 600 млн рублей.

Ювелирный расчет 

Как уже было сказано выше, работоспособность ТЭС полностью зависит от надежности котельного оборудования, большинство отказов которого происходит именно из-за повреждений труб поверхностей нагрева. Основная причина «разрывов» (если не считать «человеческий фактор» и отказы автоматики) – перегревы металла выше расчетных или предельно допустимых температур, исчерпание запасов прочности металлоконструкций, в том числе из-за т.н. «тепловой неравномерности» (неоднородного распределения температуры и скорости продуктов сгорания и циркулирующего теплоносителя). «Виноваты» могут быть и неправильно проведенная консервация оборудования в межотопительный период, и ошибки, допущенные на этапе химической подготовки питательной воды, и некачественные материалы, из которых сделаны сами поверхности. 

«Поверхности нагрева, которые работают с температурой металла выше 450 градусов по Цельсию, находятся в так называемой «зоне ползучести», там они подвержены деформации, и, соответственно, первыми выходят из строя. Это связано как с химическими преобразованиями внутри металла, так и физическими преобразованиями в структуре металла. Соответственно, эти элементы надо менять с определенной периодичностью, в среднем где-то через 100 тысяч часов наработки. Требования к современным котлам, которые изготавливаются после 2000 года – 200 тысяч часов работы», - объясняет Олег Петров

Из его слов ясно, что замена таких труб – это планово-предупредительные ремонты на ТЭС, то есть такие работы стараются не проводить после обнаружения «разрывов». Задача как раз – предотвратить их образование. Для этого на тепловых станциях в постоянном режиме ведут диагностику состояния металлоконструкций. Занимаются этим или собственные лаборатории неразрушающего контроля, или специализированные фирмы на аутсорсинге – для выдачи экспертных заключений в таком случае используют вырезки труб. Саму замену поверхностей нагрева проводят только после останова и расхолаживания котла до температуры не выше 40 градусов по Цельсию. Обычно, как и все ремонты в тепловой генерации, это делают летом, в межотопительный период, когда ТЭС в России традиционно работают с пониженными нагрузками. 

При всей кажущейся простоте подобные операции требуют ювелирной точности и высочайшего профессионализма персонала. Как рассказали «Кислород.ЛАЙФ» в Новосибирском филиале СГК, демонтаж поверхностей нагрева, запланированных к замене, начинается только после закрепления на месте остающихся элементов – это нужно для того, чтобы не нарушить их проектного положения. «Трубы вырезают механическим способом. Огневая резка допускается в виде исключения в труднодоступных местах при условии последующего удаления грата (расплавленный в ходе сварки материал, застывающий в виде потеков – прим. «Кислород.ЛАЙФ») из оставшихся нижних трубных элементов и тщательного контроля за их чистотой. Установку новых элементов поверхностей нагрева выполняют с соблюдением требований, обеспечивающих возможность свободного их теплового расширения и удлинения на величину и в направлении, указанные в чертежах. Устанавливаемые новые блоки экранов и змеевиковых поверхностей нагрева не должны иметь отклонений от проектных размеров», - объяснил нам начальник управления организации ремонтов технической дирекции НФ СГК Юрий Федьков

Когда на Новосибирской ТЭЦ-5 меняли 24 ширмы пароперегревателя котла ТПЕ-214, работы заняли 80 дней, с учетом завершающих процедур (снятие такелажа, демонтаж площадок, восстановление тепловой изоляции и конструкций котла в местах устройства монтажных проемов). Сложность заключалась в том, что каждая ширма имела размер 3,1 на 16,95 метров (то есть 50 кв. метров), и весила 4,6 тонны! Для начала ремонтникам нужно было вырезать «старые» ширмы, и спустить их краном с высоты 50 метров на нулевую отметку ТЭЦ (там их потом разрезали на части, чтобы отправить на металлолом). Новые ширмы с помощью лебедок на специально сконструированном лафете аккуратно «подвозили» к монтажному проему в котле, лавируя между металлических колонн и металлоконструкций котельного цеха. Путь длиной в 200 метров занимал несколько часов. 

Но это было еще не самое сложное. «Подъем новой ширмы на высоту 50 метров надо было провести так, чтобы при перемещении из горизонтального в вертикальное положение с одновременным прохождением через монтажный проем в котле ширма всегда оставалась в положении, исключающем любого рода деформации, удары об окружающие металлоконструкции, неравномерное натяжение такелажных тросов, раскачивание, - рассказал Юрий Федьков. – Персонал работал на высоте, в стесненных условиях, в зоне подъема и перемещения груза. Любая ошибка могла стоить потери большого количества времени и материальных ценностей». 

Если поверхности нагрева не менять в плановом режиме, на ТЭС возникнет риск аварийного останова котла, с прекращением выработки пара, электро- и теплоснабжения. Подобные ЧП чреваты «заморозкой» городов и другими малоприятными последствиями, обычно обозначаемыми термином «чрезвычайная ситуация». Для генкомпаний это, к тому же, прямая потеря денег – поэтому гораздо проще вложиться в предупреждение, чем устранять потом последствия недофинансирования надежности.

Если поверхности нагрева не менять в плановом режиме, на ТЭС возникнет риск аварийного останова котла, с прекращением выработки пара, электро- и теплоснабжения.
Александр Попов Учредитель и шеф-редактор «Кислород.ЛАЙФ»
Если вам понравилась статья, поддержите проект