автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.12, диссертация на тему:Влияние микродобавок октадециламина на подавление коррозионно-эрозионных процессов в трактах энергоблоков СКД и проточных частях турбин

На правах рукописи

Полевой Евгений Никитович

Влияние микродобавок октадециламина на подавление коррозионно-эрозионных процессов в трактах энергоблоков СКД и проточных частях турбин

Специальность 05.04.12 — Турбомашины и комбинированные турбоустановки

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

АВТОРЕФЕРАТ

Москва.1998 год.

Работа выполнена на кафедре паровых и газовых турбин Московского энергетического института (Технического университета).

Официальные оппоненты: Член-корреспондент, профессор

Филиппов Г.А.

Кандидат технических наук, начальник

отдела ВТИ Федосеев Б.С.

Ведущая организация: ТЭЦ-23 Мосэнерго

Защита состоится в аудитории Б-409 11 декабря 1998 года в 13.15 на заседании диссертационного совета К 053.16.05. Московского энергетического института (Технического университета) по адресу: г. Москва, ул. Красноказарменная, 17, кор.Б. 4-й этаж.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим присылать по адресу:111250, г.Москва, Е-250, Красноказарменная ул.,д.14, Московский энергетический институт (Технический университет), Ученый Совет МЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ. Автореферат разослан ноября 1998 года.

Ученый секретарь Диссертационного

Совета К 053.16.05, к.т.н., с.н.с.

Лебедева А.И.

Решением проблемы подавления коррозионных процессов в элементах энергоблоков занимались ведущие ученые многих научно-исследовательских и академических институтов (ЦНИИТМаш, ЦКТИ, ВТИ, ВНИИАМ, МЭИ, ОРГРЭС), но до сих пор на тепловых электростанциях происходит большое число аварий, связанных с этими явлениями. В последнее время одним из самых эффективных методов подавления коррозионных процессов признан метод введения октаде-циламина, который довольно широко внедряется на многих энергоблоках. Ряд исследователей провели комплексные исследования поверхностно-активных свойств октадециламина, его термической устойчивости, распределения октадециламина между кипящей водой и насыщенным паром, сорбции октадециламина на различных конструкционных материалах и фильтрующей загрузке блочной обессоливающей установки в зависимости от температуры и концентрации исходной эмульсии. Однако, до Сих пор актуальными остается детальные исследования всех сторон физико-химических процессов, происходящих в теплоносителе энергоблоков СКД при дозировании ОДА.

Актуальность проблемы. На современном этапе развития электроэнергетики, характеризующимся сокращением использования установленной мощности энергогенерирующего оборудования электростанций, одновременном разуплотнении суточных графиков электрических нагрузок, сложилась ситуация, при которой происходят снижение показателей надежности и экономичности энергоустановок и дополнительный износ оборудования.

Обеспечение надежной эксплуатации оборудования электростанций является важнейшей задачей, оказывающей решающее влияние на экономику страны. Изменившийся режим энергогенерирующего оборудования требует широкого системного подхода к проблеме организации водного режима, ибо ужесточение требований к качеству питательной воды энергоблоков является необходимым, но не всегда

достаточным способом повышения надежности эксплуатации основного и вспомогательного оборудования электростанций, сводящий к минимуму вредное влияние коррозионных процессов.

Системный подход предполагает совершенствование системы во-доподготовки, подавление процессов образования концентрированных агрессивных сред совершенствованием методов ведения водно-химического режима энергоблока при пусках и работе под нагрузкой, разработку и внедрение эффективных методов консервации внутренней поверхности металла оборудования энергоблока, что актуально для всех электростанций независимо от уровня эксплуатации и соответствия водно-химического режима нормам Правил технической эксплуатации.

Цель работы состоит в экспериментальном исследовании в промышленных условиях процессов подавления коррозионной активности агрессивных сред в пароводяном тракте котла и проточной части турбины СКД совершенствованием методов выведения отложений кор-розионно-агрессивных примесей из пароводяного тракта энергоблока, и, в частности, турбины, разработке и внедрении эффективных методов консервации металла пароводяного тракта энергоблока, включая проточную часть турбины, разработке и внедрении методов подавления коррозионной активности парового потока в зоне фазового перехода путем ввода в проточную часть турбины корректирующих микродобавок ОДА.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем: • в разработке методологии исследования процессов, происходящих в проточной части паровой турбины и других элементах энергоблока СКД при стационарных и переходных режимах работы, включая методики измерения дисперстности влажной фазы в зоне фазового перехода, концентрации примесей в каплях жидкой фазы в зоне фазового перехода, анализа результатов и критериев на-

дежности работы элементов энергооборудования в коррозионно-активных средах;

• впервые в мировой и отечественной практике был апробирован и внедрен способ защиты турбоустановки и энерроблока в целом, включая все вспомогательное оборудование, с помощью октадеци-ламина по технологии, разработанной с участием автора;

• исследовано влияние дозировки поверхностно-активных веществ перед частью низкого давления на корректировку среды в проточной части турбины в зоне фазового перехода;

• исследована возможность использования поверхностно-активных веществ для микропромывок пароводяного тракта энергоблока;

• исследовано распределения капель в зоне фазового перехода по высоте лопаток и влияние на него дозировки поверхностно-активных веществ в условиях реальной турбины.

Степень достоверности и обоснованности результатов. Основные научные положения, выводы и рекомендации, изложенные в работе, достаточно полно и убедительно подтверждены результатами проведенных экспериментальных исследований на энергоблоках Сыр-дарьинской ГРЭС. Методика экспериментальных исследований, тщательная тарировка и калибровка измерительных средств дают основание утверждать, что полученные данные достоверны своей логической непротиворечивостью.

Практическая ценность работы. Выполненными в промышленных условиях исследованиями физико-химических процессов в пароводяном тракте энергоблока сверхкритического давления определены факторы, обуславливающие повышенную скорость коррозии основного оборудования и необходимые условия ее подавления при эксплуатации энергоблоков.

В результате усовершенствования и оптимизации методов ведения водного режима и схемных решений обеспечена достаточно эф-

фективная защита от коррозии энергоблоков. Результаты исследований использованы для повышения надёжности и экономичности работы энергоблоков 300 МВт Сырдарьинской ГРЭС при различных водно-химических режимах и могут быть применены для повышения надёжности и экономичности работы энергоблоков, особенно в условиях эксплуатации с использованием источников водоснабжения повышенной минерализации и в условиях разуплотненного графика эксплуатации энергооборудования с длительными простоями в резерве. Основные положения технологии консервации энергоблока в целом, отработанные с участием автора при консервации энергоблоков Сырдарьинской ГРЭС, использованы при разработке "Методических указаний по консервации теплоэнергетического оборудования с применением пленкообразующих аминов ( Дополнение к РД 34.20.591-97).

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на:

• двух заседаниях Межведомственной комиссии по изучению проблемы коррозионных повреждений лопаточного аппарата частей низкого давления мощных паровых турбин под воздействием агрессивных сред, г. Ширин 1982 г., г. Владивосток 1987 г.;

• Всесоюзном научно-техническом совещании "Вопросы совершенствования эксплуатации и повышения коррозионной надежности паротурбинных установок", г. Москва, ВДНХ, 1989 год

• Республиканской научно-технической конференции "Разработка и внедрение технологий комбинированного производства тепловой и электрической энергии и использование газотурбинных установок", г. Ташкент 1990 год;

• Научно-технической и методической конференции "Технология воды и топлива на тепловых электрических станциях", г. Москва 20 марта 1997 год.

Публикации■ Результаты выполненных исследований опубликованы в 10 научных публикациях, защищены двумя авторскими свидетель ствами.

На защиту диссертации выносятся следующие положения:

1.Методика консервации оборудования энергоблока в целом пленкообразующими поверхностно-активными соединениями для предотвращения стояночной коррозии.

2.Результаты дозирования микроконцентраций октадециламина в проточную часть турбины для коррекции водно-химического режима в зоне фазового перехода и снижение дисперсности влаги на ступенях, работающих в области влажного пара.

3.Результаты дозирования микроконцентраций октадециламина в тракт энергоблока с целью проведения микропромывок конденсат-но-питательного тракта энергоблока без останова его.

Личный вклад автора, работавшего на Сырдарьинской ГРЭС с 1981 года начальником котлотурбинного цеха, с 1982 года начальником производственного технического отдела, с 1983 года заместителем главного инженера, с 1986 по 1994 год главным инженером, заключается:

• в постановке задачи и проведении экспериментальных исследований, составляющих существо данной диссертационной работы;

• в разработке методологии проведения исследований в промышленных условиях физико-химических процессов в пароводяном тракте энергоблока СКД;

• в анализе результатов и объяснении явлений, обнаруженных в экспериментах;

• в разработке и внедрении технических решений, направленных на снижение заноса основного технологического оборудования корро-зионно-активными веществами;

• в разработке и промышленной апробации технологических рекомендаций по подавлению коррозионных процессов в проточной части турбины.

Структура и об1ем работы. Диссертационная работа изложена на 123 страницах машинописного текста, включая 29 рисунков и 12 таблиц. Диссертация состоит из введения, четырех глав основного текста, выводов и списка литературы.

Основное содержание работы.

Во введении обосновывается актуальность рассматриваемой проблемы, приведена краткая характеристика работы и структура изложения материала.

Первая глава содержит обзор литературы по проблемам коррозионного повреждения теплоэнергетического оборудования. Определяющим фактором надежности работы энергооборудования в условиях эксплуатации является воздействие рабочей среды, которое определяется наличием в ней коррозионно-активных примесей. В процессе конденсации пара в турбине происходит распределение примесей между паром и очень малым количеством конденсирующейся влаги. Большинство слаболетучих примесей, в том числе хлориды и сульфаты в соответствии с их коэффициентом распределения, почти полностью переходят в образующиеся капли влаги, при этом во влаге может быть очень высокая концентрация примесей. На поверхности лопаток может образовываться слой влаги с высоким содержанием кор-розионно-активных примесей. Одним из направлений снижения интенсивности коррозионных процессов в проточной части турбины может быть нейтрализация жидкой фазы потока влажного пара путем коррекции рабочей среды непосредственно в проточной части турбины.

Дополнительным источником коррозионных повреждений являются отложения на элементах проточной части и концентрация примесей в коррозионных язвах.

Связанное с общим кризисом экономики России разуплотнение графика нагрузки и снижение числа использования энергогенерирую-щего оборудования вывели стояночную коррозию в один из наиболее распространенных видов коррозионных разрушений. Защитой от нее может быть консервация оборудования.

Хорошо отработаны и достаточно освоены способы консервации котлов, эксплуатируемых в любых принятых водно-химических режимах.

Предусмотренные действующими руководящими материалами способы консервации турбины основаны на применении токсичных реагентов, требуют либо громоздких схем, либо установок с непрерывным осушением или подогревом воздуха и, как правило, требуют герметизации консервирующего оборудования. Вспомогательное оборудование турбинного отделения разработанные типовые технологии вообще не охватывают.

Вопрос эффективности консервации энергетического оборудования требовал принципиально нового комплексного подхода.

На основании проведенного обзора литературы сформулированы задачи исследований.

Во второй глава приведены особенности эксплуатации Сырдарь-инской ГРЭС, базовой электростанции, на которой впервые был проведен весь комплекс исследований непосредственно на действующем оборудовании СКД.

Сырдарьинская ГРЭС, состоящая из 10 энергоблоков мощностью 300 МВт, работает в условиях, которые по ряду параметров не имеют аналогов в отечественной практике. Это и сейсмичность до 8 баллов по шкале Рихтера, сильные ветры (до 40-45 м/с), засоленность почвы и высокая минерализация агрессивными солями используемой исходной и циркуляционной воды. Такие проектные решения, как широкое использование термических методов водоподготовки,

использование гидразинно-аммиачного водного режима как базового в условиях высокоминерализованных водоисточников, некоторые прямые ошибки проектирования и низкий уровень эксплуатации привели к интенсивному коррозионному повреждению оборудования. Интенсификации коррозионных процессов способствовали значительная сезонная неравномерность несения электрической нагрузки. Аналогичные условия эксплуатации имеют место в некоторых регионах России .

Эксплуатация энергоблоков Сырдарьинской ГРЭС в условиях высокой минерализации водоисточника по первоначальным проектным схемам и технологиям проявилась в активизации процессов коррозии металла оборудования. Массовый характер приобрели повреждения труб секций блочных испарителей и паропреобразователей, труб первой степени промежуточного пароперегревателя и трех последних ступеней рабочих лопаток турбин К-300-240 ЛМЗ.

Для решения перечисленных задач были направлены следующие технические предложения, реализованные на оборудовании Сырдарьинской ГРЭС:

• технические решения и реконструктивные работы, направленные на увеличение производительности водоподготовительных установок (ввод общестанционной испарительной установки, ввод автономной обессоливающей установки, расширение резервной обессоливающей установки);

• техн 1ческие реше 1ия, направленные на снижение заноса оборудован л коррозион! о-актиЕпыми веществами (перевод питания паром собственных нужд энергоблока от отборов турбин работающих энергоблоков, предпусковая очистка воды в конденсаторе от скопившихся при останове блока присосов циркводы и продуктов коррозии, отработка водно-химических режимов пуска энергоблока, исключающих накопление водо-растворимых солей в пароводя-

ном тракте, перевод энергоблоков на нейтрально-кислородный водный режим);

• технические решения, направленные на снижение стояночной коррозии (консервация пароводяного тракта котла, включая промежуточный пароперегреватель энергоблоков, эксплуатируемых на гидрозинно-аммиачном водном режиме).

Приведено описание методики исследования поведения примесей в теплоносителе энергоблока. Химический контроль при проведении опытов осуществлялся по основным точкам штатного контроля водно-химического режима энергоблока, дополнительно, перед цилиндром низкого давления и перед 33 ступенью цилиндра низкого давления. Отбор проб первичного конденсата перед 3 3 ступенью проводился специальным изокинетическим пробоотборным зондом, позволяющим производить отбор жидкой фазы потока в зоне фазового перехода. Химический анализ состава примесей осуществлялся по стандартным методикам.

Измерение размера капель первичного конденсата в зоне Вильсона и влажности пара производились лазерным зондом, разработанным в МЭИ. В данном устройстве использовались оптические методы: асимметрии индикатриссы рассеивания, ослабления света и метод малых углов. В качестве источника света применялся гелий-неоновый лазер. Конструкция зонда обеспечивала измерение размера капель и влажности в нескольких сечениях по высоте лопатки. Первичные данные измерений через специальное устройство поступали на оптико-электронный преобразователь.

В третьей глава приведено обоснование использования и технология консервации энергоблока октадециламином. Использование поверхностно-активных веществ, в частности, алифатических аминов, к которым относится октадециламин, в качестве ингибиторов коррозии предшествовал глубокий анализ их физико-химических

свойств применительно к условиям эксплуатации теплоэнергетического оборудования.

Впервые в мировой и отечественной практике был апробирован и внедрен способ защиты турбоустановки и энергоблока в целом, включая все вспомогательное оборудование с помощью октадецилами-на по технологии, разработанной с участием автора.

Технология консервации не требует монтажа дополнительных трубопроводов, а выполнение операций по консервации не требуют дополнительного обучения оперативного персонала, так как являются операциями, предусмотренными типовой инструкцией по пуску и останову энергоблока. Применяемый реагент не токсичен, отличается высокой эффективностью защиты, позволяет проводить ремонтные работы на законсервированном оборудовании. Технология не требует значительных трудозатрат и времени при реализации способа.

Консервация энергоблока производится в два этапа. Первый этап консервации производится при работе турбогенератора в сети либо в режиме расхолаживания при останове турбины в резерв, либо в режиме пуска на скользящих параметрах после простоя до 1 суток, так как при более длительном простое по действующим Правилам технической эксплуатации требуется консервация. Водная эмульсия октадециламина, приготовленная на специальном узле, дозируется на вход бустерных насосов. Консервации подвергаются собственно турбина, теплообменные аппараты (подогреватели высокого и низкого давления) с паровой и водяной стороны, трубопроводы отборов и конденсата греющего пара, основного конденсата и питательной воды. Во время второго этапа консервация проводится на остановленном энергоблоке прокачкой бустерными насосами эмульсии октадециламина через пароперегреватель свежего пара и промежуточный перегреватель поочередно. Консервации при этом подвергается пароводяной тракт котла.

Одним из неоспоримых преимуществ разработанного способа консервации является сопутствующая этому процессу отмывка поверхностей энергооборудования от загрязнений, образовавшихся во время эксплуатации. Моющий эффект обусловлен механическим выносом загрязнений оторванных от обрабатываемой поверхности в результате возникновения расклинивающего давления в процессе адсорбирования молекул октадециламина на обрабатываемой поверхности и частицах твердых и жидких загрязнений.

Моющее действие октадециламина проявляется как во время консервации, так и во время расконсервации за счет уноса разрыхленных отложений во время предпусковой отмывки оборудования по штатной технологии пуска.

В четвертой главе приведены исследования влияния микроконцентраций октадециламина на коррозионно-эрозионные процессы в проточной части турбины.

Исследования ряда авторов показывают значительное увеличение степени концентрации отдельных элементов в жидкой фазе теплоносителя в зоне фазового перехода в области влажного пара в части низкого давления турбины. Из экспериментальных данных, полученных с участием автора, следует, что наибольшая степень концентрирования в жидкой фазе при гидрозинно-аммиачном режиме характерна для хлоридов (30-90 раз). Полученные данные свидетельствуют, что при показателях качества пара перед турбиной строго соответствующим нормам правил технической эксплуатации концентрация хлоридов в жидкой фазе теплоносителя в зоне фазового перехода может достигать пороговых значений, начиная с которых увеличение может привести к резкой интенсификации коррозионных процессов в проточной части низкого давления.

При дозировании октадециламина перед цилиндром низкого давления в условиях гидразинно-аммиачного режима наблюдалось изме-

нение соотношения примесей в паре и жидкой фазе в зоне фазового перехода. Практически при неизменной концентрации хлоридов в паре перед цилиндром низкого давления в исходной серии опытов и серии опытов с дозированием октадециламина (яг 25 мкг/дм3), наблюдалось резкое снижение концентрации хлоридов в жидкой фазе в зоне фазового перехода (с 1100 до 50 мкг/дм3) . Таким образом, если без дозирования октадециламина степень концентрации составила около 44, то при дозировании октадециламина она снизилась до 2.

В режиме дозирования октадециламина примерно в 5 раз уменьшилось содержание сульфатов в первых каплях конденсата.

Концентрация соединений железа в жидкой фазе теплоносителя в зоне фазового перехода при дозировании октадециламина повысилась с 90 до 820 мкг/дм3. Это явление объясняется эффектом отмывки поверхности металла проточной части в присутствии октадециламина. Исследования показали высокую эффективность дозирования октадециламина перед цилиндром низкого давления для снижения концентрации коррозионно-активных примесей в жидкой фазе теплоносителя в зоне фазового перехода.

Особый интерес представляет возможность проведения микропромывок энергооборудования без изменения нагрузки энергоблока при номинальных параметрах теплоносителя.

Результаты ряда исследований термолиза октадециламина при высоких температурах в динамических условиях позволили установить возможность длительного существования октадециламина в кипящей воде и паре.

Проведенная с участием автора микропромывка конденсатно-питательного тракта путем дозирования микроконцентраций эмульсии октадециламина на всас бустерных насосов привела к залповому росту удельной электропроводности по пароводяному тракту энерго-

блока. Электропроводность при исходном значении в питательной воде, равном 0.09 мкС/см, достигала 5,0-6,7 в питательной воде и 16, О-в основном конденсате до блочной обессоливающей установки (рис.1).

Анализ полученных данных показывает, что происходит довольно эффективная отмывка конденсатно-питательного тракта энергоблока, но наиболее эффективно отмывается часть низкого давления турбины от коррозионно-активных отложений, о чем свидетельствует повышение значения удельной электропроводности до блочной обессоливающей установки в 80 раз (с 0.2 до 16.0 мкС/см).

Точка ввода октадециламина в тракт энергоблока выбрана из условий минимального переноса загрязнений из конденсатного тракта на поверхности нагрева котлоагрегата, что неизбежно произошло бы при дозировании октадециламина на всас конденсатных насосов после блочной обессоливающей установки.

Известно, что при работе влажным паром экономичность ступеней снижается и определяющим фактором, влияющим на экономичность, в первую очередь при прочих равных условиях является размер капель первичного конденсата.

Элементы паровых турбин, работающие в области влажного пара, подвергаются непрерывному воздействию влаги и эродируют. Эрозия рабочих лопаток турбины известная, но до сих пор нет решенной задачи паротурбиностроения. Результаты теоретических и экспериментальных исследований свидетельствуют, что одним из определяющих факторов эрозии является размер и функция распределения капель в паровом потоке.

С помощью универсального оптического зонда было проведено диагностирование паро-капельного потока по высоте лопаток в зазорах перед последней и за последней ступенью цилиндра низкого давления. Результаты измерения размеров капель крупнодисперсной

о,1

_ 1 1 1 1 1

о У ] - - 'У 1 . 1 1 ,—(

ю к к

го Ц

а

ф ч та ь х о

а: £ Я та а ь х ш а х

о «

<7 1 г з у *

Рис. 1 Изменение удельной электропроводности по тракту энергоблока при промывке октадецшамином.

о

о. г

01

£ г \ V \ О исходный режим О с дозированием октадециламина

1 /

•э ) 4 г / ° / ю |

Гг 1

1 а) До 1 по< 1 :л< J эдне 1 й ступ« эни

Влажность

Размер капель

0.6

о • \ \ !

• о / \

С» 1 \ \ \ \

3. \ I I к \

7 ° б ) 3. поа \ гседней ступень I . . _ \ ь ю I

с <Р -/о у.

Влажность

¿-о

Диаметр капель

Уо А/Ч'-Лй.

Рис. 2 Параметры влажного потока пара по высоте лопатки последней ступени цилиндра низкого давления.

влаги перед и за последней ступенью цилиндра низкого давления показывают, что дозирование октадециламина перед цилиндром низкого давления значительно снижает среднее значение величины капель до последней ступени (с 33.3 до 30.8 мкм) и после последней ступени (с 70.6 до 36.9 мкм). Результаты замеров величины капель по высоте лопаток, приведенные на рис.2, свидетельствуют, что наиболее значительный эффект достигается в периферийной части лопаток, наиболее подверженной эрозии входной кромки лопатки.

Замер влажности по высоте лопаток в исходном режиме и режиме с дозированием октадециламина показывает, что изменение размеров капель влаги происходит не за счет изменения влажности, которая в обеих сериях опытов практически совпадает, и составляет по контрольным сечениям до последней ступени 5.74 и 5.68% и за последней ступенью 9.01 и 9.0% соответственно.

Выводы.

1. На основании анализа работы энергоблоков и физических исследований, проведенных на натурном оборудовании получено новое решение задачи о подавлении коррозионных и эрозионых процессов в элементах энергоблока и, в частности, паровой турбины с помощью введения по специально разработанной технологии микродобавок октадециламина.

2. Разработанный с участием автора метод консервации энергоблока в целом позволил кардинально решить вопрос эффективной консервации собственно турбины и всего энергетического оборудования, что до сих пор не решалось ни одной существующей на сегодня технологией консервации. Доказано, что сопутствующая консервации отмывка пароводяного тракта энергоблока от корро-зионно-активных отложений является одним из неоспоримых пре-

имуществ технологии консервации энергетического оборудования октадециламином.

3. Дозировка микроконцентраций октадециламина перед цилиндром низкого давления турбины оказывает существенное влияние на изменение распределения коррозионно-активных примесей в жидкой фазе в зоне фазового перехода (зоне Вильсона), снижая их концентрации в первых каплях конденсата до безопасных значений .

4. Показана принципиальная возможность использования октадециламина для промывок энергетического оборудования при номинальных параметрах пара без снижения параметров и нагрузки энергооборудования. Широкому внедрению методики должно предшествовать комплексное изучение термолиза октадециламина в диапазоне температур 350-540°С.

5. Исследование распределения размера капель по высоте рабочих лопаток показало, что присадка микроконцентраций октадециламина в паровой поток более чем в два раза снижает диаметр капель влаги в периферийной зоне лопаток и, следовательно, значительно снижает эрозионный износ наиболее уязвимых входных кромок лопаток.

Основное содержание диссериации отражено в следующих публикациях :

1.Россихин Л.Я., Рожков М.А., Полевой E.H., Литвинов Е.А. Удаление коррозионно-активных соединений из промежуточного пароперегревателя дубль блоков СКД.// Энергетик,-1986, -№9, -С. 14-16.

2.Россихин Л.Я., Полевой E.H., Смирнова Т.Н. О максимальном со-лесодержании теплоносителя и выборе интегральной контрольной точки при пусках энергоблоков СКД.// Теплоэнергетика,-1986, -№12,-С.63-65.

3.Россихин Л.Я., Полевой E.H., Рожков М.А. Отмывка промежуточного пароперегревателя котлов дубль блоков собственным влажном паром при пуске.//Энергетические станции,-1987,-№7,-С.21-23.

4.Мартынова О.И., Поваров O.K., Россихин Л.Я., Полевой E.H. Образование растворов агрессивных сред в проточной части ЦНД турбины К-300-240.//Теплоэнергетика,-1988,-№1,-С.45-49.

5.Способ промывки тракта промежуточного пароперегревателя котла: A.c. №1442785 СССР /Россихин Л.Я., Полевой E.H.

6.Сепарационное устройство: A.c. №1159646 СССР /Кружилин Г.Н., Ливерант Э.М., Дубровский И.С., Агеев А.Г., Гришина В.П., Любимов A.A., Лидер 0.0., Полевой E.H.

7.Россихин Л.Я., Полевой E.H. Результаты исследований концентрации и состава агрессивных примесей в зоне фазового перехода турбины К-300-24О ПО JIM3 на Сырдарьинской ГРЭС//Вопросы совершенствования эксплуатации и повышения коррозионной надежности паротурбинных установок: Тез. докл. на Всесоюзном научном совещании, г.Москва, 198 9,-С.22-23.

8.Поваров O.A., Куршаков A.B., Тепикик Л.Е., Россихин Л.Я., Полевой E.H. Образование агрессивных сред в проточной части турбин и опыт защиты турбоустановок К-300-240 от корро-зии//Вопросы совершенствования эксплуатации и повышения коррозионной надежности паротурбинных установок: Тез. докл. на Всесоюзном научном совещании , г.Москва, 1989,-С.39-42.

9.Поваров O.A., Куршаков A.B., Рыженков В.А., Дубровский И.Я., Абдуллаев Ш.А., Самаренко В.Н., Полевой E.H. , Россихин Л.Я., Тепикин Л.Е., Тажиев Э.И. Защита турбоустановок Т-100-130, К-300-240, К-160-130 от стояночной коррозии с помощью ОДА//Вопросы совершенствования эксплуатации и повышения коррозионной надежности паротурбинных установок: Тез. докл. на Всесоюзном научном совещании, г.Москва, 1989,-С.51-52.

Ю.Россихин Л.Я., Полевой E.H. Исследования влияния дозировки гидразина в проточную часть турбины К-300-240 ЛМЗ Сырдарьин-ской ГРЗС//Разработка и внедрение технологии комбинированного производства тепловой и электрической энергии и использовании газотурбинных установок: Тез. докл. на Республиканской научно-технической конференции. г.Ташкент, 1990.

11.Петрова Т.Н., Поваров O.A., Рыхенков В.А., Петров A.D., Рос-сихин Л.Я., Полевой E.H. Влияние дозирования поверхностно-активного вещества октадециламина на содержание примесей в первичном конденсате//Вестник МЭИ,-1995,-N'3,-С. 61-64 .

12.Мартынова О.И., Рыженков В.А., Полевой E.H. Применение пленкообразующих аминов для консервации энергетического оборудова-ния//Технология воды и топлива на тепловых электрических станциях: Тез. докл. научно-технической и методической конференции, г.Москва, МЭИ, 1997,-С.17.

Типография МЭИ, Красноказарменная, 1.4.

/

¿г / у ? 2 п

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИИ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

На правах рукописи

ПОЛЕВОЙ ЕВГЕНИЙ НИКИТОВИЧ

ВЛИЯНИЕ МИКРОДОБАВОК ОКТАДЕЦИЛАМИНА НА ПОДАВЛЕНИЕ КОРРОЗИОННО-ЭРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ТРАКТАХ ЭНЕРГОБЛОКОВ СКД И ПРОТОЧНЫХ ЧАСТЯХ ТУРБИН.

Специальность 05.04.12 - Турбомашины и комбинированные турбоустановки

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Москва.1998 год.

СОДЕРЖАНИЕ.

Стр,

Введение. 3

Глава 1. Повреждения энергетического оборудования в коррозионных средах, цели и задачи исследования.

1.1 Механизмы образования агрессивных сред в теплоносителе энергетического б оборудования.

1.2 Анализ способов консервации энергетического

10

оборудования.

Глава 2. Особенности эксплуатации Сырдарьинской ГРЭС.

2.1 Характеристика основного оборудования. ^б

2.2 Особенности режима несения электрической нагрузки.

2.3 Результаты первоначального этапа эксплуатации.

2.4 Основные технические решения, направленные на повышение надежности работы Сырдарьинской ГРЭС.

2.5 Методика исследования поведения примесей в теплоносителе энергоблока.

Глава 3. Обоснование использования и технология консервации энергоблока октадециламином.

3.1 Свойства октадециламина и обоснование использования его для консервации теплоэнергетического оборудования.

20

26

38

3.2 Технология консервации октадециламином

оборудования энергоблока в целом. Глава 4. Исследование влияния микроконцентраций

октадециламина на коррозионно-эрозионные процессы в проточной части паровой турбины.

4.1 Разработка новых технологий подавления коррозионно-агрессивных сред в зоне фазового перехода части низкого давления турбин СКД. 8 7

4.2 Разработка технологии микропромывок конденсатно-питательного тракта энергоблоков. 95

4.3 Изучение влияния октадециламина на уменьшение эрозионных процессов в области влажного пара

цилиндра низкого давления. ^^

Выводы. 10 9

Список использованной литературы. 110

Приложение 1.

119

ВВЕДЕНИЕ

Обеспечение надежной эксплуатации энергетического оборудования тепловых электростанций является важнейшей задачей, оказывающей решающее влияние на экономику страны.

Современная энергетика несет значительный ущерб из-за снижения надежности элементов энергетического оборудования. Например, энергетика США имеет ежегодно убыток 3,5 миллиарда долларов из-за повреждений металла элементов оборудования и аварий, вызванных этой причиной [ 1] .

Глубокий экономический кризис, охвативший народное хозяйство России в последние годы привел к значительным изменениям в режимах энергопотребления и теплоснабжения на тепловых электростанциях, характеризующимся сокращением использования установленной мощности энергогенерирующего оборудования электростанций одновременном разуплотнении суточных графиков электрических нагрузок. Сложилась ситуация, при которой происходит снижение показателей надежности и экономичности энергоустановок и дополнительный износ оборудования.

Изменившийся режим энергогенерирующего оборудования требует широкого системного подхода к проблеме организации водного режима, ибо ужесточение требований к качеству питательной воды энергоблоков является необходимым, но не всегда достаточным способом повышения надежности эксплуатации основного и вспомогательного оборудования электростанций, сводящий к минимуму коррозионно-эрозионный износ метала оборудования.

Системный подход предполагает совершенствование системы водо-подготовки, подавление процессов образования агрессивных сред совершенствованием методов ведения водно-химического режима энергоблока при пусках и работе под нагрузкой, разработку и внедрение эффективных методов консервации внутренней поверхности металла оборудования энергоблока, что актуально для всех электростанций незави-

симо от уровня эксплуатации и соответствия водно-химического режима нормам Правил технической эксплуатации.

В решении этих задач значительный вклад внесли ведущие ученые научно-исследовательских и академических институтов: Клыпина A.M., Комаров Н.Ф., Федосеев Б.С.(ВТИ), Чижик А.А, Юрков Э.В., Сутоцкий Г.П. (НПО ЦКТИ),Гинсбург Г.В., Россихин Л. Я. (ОРГРЭС) , Рабинович В.П. (ЦНИИТМаш) , Ливерант Э.И.(ВНИИАМ) ,Поваров O.A., Рыженков В. А., Куршаков A.B. (МЭИ), Урьев Е.В. (УПИ) . Значительна роль Межведомственной комиссии по изучению проблемы коррозионных повреждений лопаточного аппарата частей низкого давления мощных паровых турбин под воздействием агрессивных сред.

После многих лет исследования проблемы, усовершенствования водного режима, ряда конструктивных изменений произошел значительный сдвиг. Однако, многие электрические станции России наработали значительный ресурс (двести и более тысяч часов) и следует полагать, что разрушения за счет коррозии будут продолжаться и далее, потому что на действующих агрегатах лопатки и диски в значительной степени уже ослаблены коррозией, и даже незначительное продолжение ее может привести к аварийному повреждению агрегата.

Целью данной работы является экспериментальное исследование в промышленных условиях процессов подавления агрессивных сред в пароводяном тракте котла и проточной части турбины совершенствованием методов выведения отложений коррозионно-агрессивных примесей из пароводяного тракта энергоблока, разработка и внедрение эффективных методов консервации металла пароводяного тракта энергоблока, включая проточную часть турбины, разработка и внедрение методов подавления коррозионной активности парового потока в зоне фазового перехода путем ввода в проточную часть турбины корректирующих добавок.

Диссертационная работа состоит из четырех глав. Первая глава традиционно содержит обзор научно-технической литературы, в ней конкретизируются цель и задачи исследования.

Во второй главе анализируются особенности объекта исследования и особенности эксплуатации энергоблоков Сырдарьинской ГРЭС; приводится описание схемы измерений и методики проведения экспериментов.

Третья глава посвящена обоснованию использования и технологии консервации энергоблока октадециламином.

В четвертой главе представлены результаты исследования влияния микроконцентраций октадециламина на коррозионно-эрозионые процессы в проточной части паровой турбины.

Сложившаяся в настоящее время ситуация на многих электростанциях России была по ряду причин смоделирована на Сырдарьинской ГРЭС в восьмидесятых годах. Опыт, накопленный при эксплуатации, технические решения, разработанные с участием автором и внедренные на электростанции, позволили обеспечить надежную работу металла энергетического оборудования, представляют особый, по мнению автора, интерес в изменившихся условиях работы оборудования.

Настоящая работа является частью большого комплекса работ, выполненных в своё время для повышения надежности работы Сырдарьинской ГРЭС.

Автор глубоко признателен доктору технических наук, профессору Поварову O.A., чьей легкой рукой было положено начало этой работы, кандидатам технических наук Россихину JT.Я., Рыженкову В.А., Курша-кову A.B. за многолетнюю помощь в проведении работы, выражает искреннюю благодарность доктору технических наук, профессору Трухнию А.Д. за научное руководство, консультативную помощь и активное содействие в проведении работы.

ГЛАВА 1.

Повреждения энергетического оборудования в коррозионных средах, цели и задачи исследования

1.1. Механизмы образования агрессивных сред в теплоносителе

энергетического оборудования

Коррозионные повреждения энергетического оборудования обусловлены сочетанием трех факторов:

• конструкциями, с которыми связан уровень действующих напряжений в металле;

• применяемыми конструкционными материалами;

• средой, в которой работает конструкция.

Одним из основных факторов повреждения энергооборудования в условиях эксплуатации является воздействие рабочей среды, которое определяется наличием в ней коррозионно-активных соединений.

Современное энергетическое оборудование с высокой технологической культурой эксплуатации не имеет абсолютно чистого рабочего тела. Исследования качества питательной воды, перегретого пара, состава отложений, образующихся на внутренних поверхностях котлов и турбин, показывают что в паре более 180 различных соединений: оксиды, сульфаты, карбонаты, хлориды, соединения кремния и отдельные элементы [2].

Наиболее систематически и глубоко изученными являются вопросы, связанные с коррозией паровых котлов [3,4]. Совершенствование водно-химических режимов в последние десятилетия способствовало снижению аварийности паровых котлов, на внутренней поверхности труб которых уменьшились отложения, улучшилась структура отложений, увеличились периоды безаварийной эксплуатации.

Проблема коррозионного повреждения конструктивных элементов проточной части паровых турбин остро встала в семидесятые годы.

Результаты исследования оборудования тепловых электростанций США, приведенного в 1988 году по инициативе ASME, показали, что 67% обследованных турбин имели место коррозионные повреждения [5] . В СССР за период 1985-1989 выявлены коррозионные повреждения рабочих лопаток у 65% обследованных турбин К-300-240 ХТЗ, 30% - у турбин К-300-240 и К-200-130 ЛМЗ и у 20% турбин Т-100-130 ТМЗ, К-160-130 ХТЗ и ПТ60-90 ЛМЗ [6].

По данным [7] 50% повреждений паровых турбин в мире составляют повреждения лопаток, 8 0% из которых приходится на лопатки цилиндра низкого давления (ЦНД). Коррозионные повреждения приводят к наиболее тяжелым авариям турбин. Согласно приведённым в [8] данным, ущерб, вызванный отказами вследствие коррозионных повреждений паровых турбин на тепловых электростанциях США, оценивается в 600 млн. долларов в год.

Значительный ущерб из-за коррозионных повреждений деталей турбин вызываются разрушениями валопровода турбины и пожарами, сопровождающими эти тяжелейшие аварии, которые требуют дорогостоящего ремонта и длительного времени восстановления.

Вопросу влияния содержащихся в паре примесей на проточную часть турбины уделено много внимания в [9,10,11,12]. Исследовался состав отложений, их распределение по цилиндрам и ступеням турбины, зависимости состава и распределения отложений от параметров водно-химического режима.

В некоторой степени упрощенно влияние загрязнений на надежность и экономичность можно распределить на образование отложений на поверхности проточной части высокого и среднего давления из-за снижения их растворимости по мере расширения пара и на образование жидких агрессивных сред вблизи линии насыщения.

Занос твердыми отложениями приводит к сужению проходных каналов, увеличению шероховатости поверхностей лопаток, к росту давле-

ния в регулирующей ступени, к снижению экономичности и ограничению мощности турбины [13].

Коррозионные процессы на поверхности металла протекают в основном при наличии жидких пленок, которые стабильны непосредственно перед "зоной Вильсона", областью которой соответствует влажность около 3%. Концентрированные растворы кислот имеют более высокую точку росы в паре по сравнению с температурой конденсации чистой воды и, следовательно, первые капли кислот образуются раньше чем капли воды [14]. Поскольку с изменением нагрузки линия насыщения смещается вдоль проточной части, то опасная зона может захватить две-три ступени цилиндра низкого давления [15] .

Исследованиями [16,17], проведёнными с участием автора, установлена зависимость изменения степени концентрирования отдельных компонентов в жидкой фазе пара в цилиндре низкого давления турбины К-300-240 ЛМЗ в реальных условиях эксплуатации.

Агрессивные среды, образующиеся вблизи линии насыщения, приводят к опасным повреждениям в результате коррозионно-эрозионных явлений, коррозии с усталостными явлениями, в частности межкристаллическим коррозионным растрескиваниям [18,19].

Исследования на экспериментальной турбине МЭИ [19] и исследования ЦКТИ непосредственно на промышленных турбинах [20] продолжили изучение образования жидких пленок с повышенной концентрацией кор-розионно-агрессивных растворов но сопловых и рабочих лопатках в области от начала влагообразования до зоны трех-четырехпроцентной влажности пара [21].

Надёжные данные по составу жидкой фазы парового потока в цилиндре низкого давления турбины К-30 0-24 0 ЛМЗ получены при исследованиях проведенных на Сырдарьинской ГРЭС [22] и позволили определить образование агрессивных сред по высоте турбинной ступени.

Ужесточение требований к ведению водно-химического режима с точки зрения минимального влияния на показатели работы турбины положены в основу норм качества пара [23]. Проведенные исследования [24,25] показали, что основными видами коррозии в турбоустановках являются:

• коррозионное растрескивание металла;

• коррозионная усталость;

• эрозионно-коррозионный износ;

• стояночная коррозия металла.

Коррозионное растрескивание - разрушение металла под воздействием коррозионной среды и растягивающего напряжения. Если разрушение в коррозионной среде происходит под влиянием знакопеременных или циклических напряжений, то этот процесс носит название коррозионная усталость. В обоих случаях в металле образуются узкие, несколько микрон и более, трещины, которые проходят либо по границам зерен - межкристаллитное растрескивание, либо по зернам - транскри-сталлитное растрескивание.

В промышленных условиях, как правило, происходят колебания напряжения около среднего значения и разрушение в большей степени носит характер коррозионной усталости. При этом нет предела усталости и с ростом числа нагружений разрушение металла происходит даже при небольшом уровне величины переменных нагрузок, в то время как при отсутствии коррозионно-агрессивной среды при условии, если напряжения в металле ниже предела усталости, металл может работать долго.

Основными признаками коррозионной усталости является поражение поверхности коррозией в форме раковин, от которых развиваются трещины вглубь металла. Трещины в основном транскристаллитные и изредка разветвленные.

Коррозионной усталости в основном подвержены третья и четвертая ступени цилиндра низкого давления турбины К-300-240, работающие

вблизи линии насыщения в "зоне Вильсона". В этой зоне происходит распределение примесей, содержащихся в паре в соответствии с коэффициентом распределения соединений между водой и насыщенным паром. Кислород, аммиак, углекислота - примеси с коэффициентом распределения более единицы, концентрируются в газообразной среде, а примеси с коэффициентом распределения менее единицы: соли, минеральные и органические кислоты, основания - в жидкой фазе.

Результаты исследований [22] показали условия формирования агрессивных сред в области влажного пара в проточной части турбины и определили основные пути для обеспечения надёжности работы оборудования :

• поддержание нормируемого качества теплоносителя;

• исключение переноса примесей в цикле блока путем устранения источников попадания примесей извне и удаление скопившихся отложений;

• нейтрализация жидкой фазы потока влажного пара путем коррекции рабочей среды в турбине.

1.2. Анализ способов консервации ¿энергетического

оборудования.

Разуплотнение графика нагрузки и снижение числа часов использования энергогенерирующего оборудования вывели атмосферную коррозию в один из наиболее распространенных видов коррозионных разрушений металла. Наличие оксидов металлов на поверхности металлов энергетического оборудования стимулирует стояночную коррозию. Защитой от неё может быть консервация оборудования.

Хорошо отработаны и достаточно освоены способы консервации прямоточных котлов в зависимости от водно-химического режима работы [26] .

Для котлов с гидразинно-аммиачным и гидразинным водным режимом используются способы:

• "сухой останов", технологические операции, при котором выполняются в соответствии с требованиями [27] . При "сухом останове" из котла вытесняется вся вода собственным паром, затем проводится вакуумная сушка поверхностей нагрева. При этом защитная пленка на поверхности металла не образуется, поскольку воздух содержит и пары воды, и кислород, и коррозионно-активные агенты. Этот способ применяется при останове на небольшой срок. Перед остановом производится дозирование в основной конденсат за блочной обессоливающей установкой гидразина и аммиака по штатным схемам дозирования. Останов котла производится при достижении в питательной воде перед котлом рН=9.3-9.5, концентрации гидразина 2,5-3,0 мг/кг. Для поддержания положительной разницы температур между воздухом в газоходах и воздухом в помещении котельной целесообразно обеспечить передачу подогретого воздуха в нижнюю часть топк�