Режимная наладка водоподготовительных установок и водно-химических режимов ТЭС
Разделяя принципиально режимно-наладочные работы на давно действующих ТЭС и пуско-наладочные работы на строящихся и вводимых в эксплуатацию электростанциях (и отдельных энергоблоках) следует сказать следующее.
С пуско-наладочными работами вроде бы всё понятно: существует целый ряд предприятий и организаций, специализирующихся на выполнении ПНР строящихся энергообъектов как по схеме «под ключ», так и по отдельным узлам и направлениям.
Направление же режимно-наладочных работ в водно-химической части на действующих электростанциях в последние годы постепенно и незаметно сошло на нет. Причинами этого являются:
- во-первых – не установленная нормативными документами отрасли обязательность выполнения с определённой периодичностью режимно-наладочных работ по водно-химической части на ТЭС специализированными организациями;
- во-вторых – банальная экономия денег в сочетании с глубоко ошибочным мнением отдельных руководителей, что данный вид работ совершенно не нужен на их электростанциях (обоснование, опять-таки, для экономии денег).
Понятно, что экономия денег напрямую вытекает из первого пункта.
На очень многих электростанциях режимно-наладочных работ на водоподготовительных установках (ВПУ) и по водно-химическому режиму (ВХР), технологических обследований в этом направлении не проводилось 20-25 лет и более. Значительно сузился круг организаций, которые могут выполнять работы для электростанций на высоком инженерном уровне.
Кроме того, и к сожалению, выросло целое поколение эксплуатационников, в силу объективных причин не знающее, что такое энергоналадка, не видевшие положительных результатов квалифицированно выполненных наладочных работ. Это, в свою очередь, привело к тому, что на ТЭС РФ накопился внушительный багаж запущенных, нерешённых проблем, касающихся технологии эксплуатации ВПУ и основного оборудования в части ВХР, и влияющих на надёжность и экономичность эксплуатации. Эти проблемы на действующих ТЭС необходимо решать, т.к. вывод их из эксплуатации не предполагается в ближайшие десятилетия.
Данная статья подготовлена автором на основании более чем двадцатилетнего опыта пуско-наладочных, режимно-наладочных работ, обследований, консультаций на двух десятках крупных электростанций, принадлежащих различным энергокомпаниям на территории РФ, и за её пределами.
В каких городах проводим режимно-наладочные испытания водно-химического режима котлов
Наша компания работает по всему Сибирскому федеральному округу. Со всеми ценами на режимно-наладочные испытания водно-химического режима котлов вы можете познакомиться, обратившись по номеру 8. Также можно заказать обратный звонок на сайте.
Водоподготовительные установки
Основными выявляемыми недостатками эксплуатации водоподготовительных установок большинства ТЭС (помимо неудовлетворительного технического состояния) являются:
- технологически неналаженный (по разным причинам) режим работы установки предварительной очистки воды (осветлители) с частыми систематическими нарушениями, приводящими к ухудшению качества коагулированной воды;
- также по разным причинам (в том числе из-за нарушений в работе установки предварительной очистки) неналаженный режим работы ионообменной части ВПУ;
- в силу определённых причин, не всегда корректная эксплуатация ВПУ.
Указанные недостатки приводят к тому, что ВПУ вырабатывают воду худшего качества и эксплуатируются с гораздо меньшей экономичностью, чем могли бы даже при их текущем техническом состоянии.
Режим работы водоподготовительных установок не в соответствии с требованиями отраслевых нормативных документов приводит к повышенным (часто в разы) удельным расходам химических реагентов (серная кислота, гидроксид натрия), к повышенным расходам воды на собственные нужды ВПУ и, таким образом, к повышенным эксплуатационным затратам. Часть выявленных проблем можно решить относительно невысокими финансовыми вложениями в ремонт, замену или модернизацию оборудования, обеспечив в дальнейшем оптимальные режимы эксплуатации оборудования и, соответственно, экономию ресурсов.
Приведём два примера выявленных при технологических обследованиях недостатков, крайне негативно влияющих на экономичность и надёжность эксплуатации ВПУ.
Пример 1. В результате выхода из строя (естественный износ) двух регулирующих клапанов на технологических потоках ВПУ одной из ТЭС расход воды этих потоков на 70% превышал расчётный на протяжении уже более двух лет на момент обследования. При технологически предусмотренном безвозвратном сбросе этих потоков в повышенном на те же 70% количестве, «лишние» необязательные потери подогретой частично обработанной воды составили около 30 тыс. м3 в год, что в денежном эквиваленте составило около 700-800 тыс. рублей. При этом стоимость замены изношенных регулирующих клапанов составляла на тот момент около 150 тыс. рублей со сроком дальнейшей службы около 10 лет.
Пример 2. На одной ТЭС ввиду отсутствия общестанционных баков запаса подпиточной обессоленной воды требуемой ёмкостью в несколько тысяч кубометров режим работы ВПУ можно назвать просто катастрофическим. Имеющиеся на станции баки запаса обессоленной воды и конденсата общей ёмкостью всего около 400 м3 ни в коей мере не обеспечивали необходимого демпфирования расхода обессоленной воды на подпитку цикла ТЭС. В течение одной смены нагрузка водоподготовительной установки от 4 до 10 раз изменялась (и всегда резко) в диапазоне 30…120 т/ч в зависимости от величины потребления обессоленной воды в котлотурбинном цехе. При этом систематически крайне неудовлетворительное качество коагулированной воды после фактически неработающих осветлителей негативно отражалось на технико-экономических показателях следующей ступени очистки – механической фильтрации и последующих ступеней ионообменного обессоливания. Таким образом, вся водоподготовительная установка многие годы эксплуатировалась в нерасчётных режимах, при которых в принципе невозможно выполнить наладку оборудования и говорить о какой-либо эффективности эксплуатации. В данном примере для исправления ситуации требуются куда более существенные инвестиции, по сравнению с предыдущим. Но и величина реальных потерь от неэффективности эксплуатации при этом соответствующая.
Режимная карта котла
Этот документ выдаётся в конце поверки, после того как провели все наладочные испытания и балансовые. Он содержит все оперативные и контрольные параметры работы оборудования, значение коэффициента полезного действия, удельный расход топлива при разной производительности, предельные значения параметров (при контроле автоматикой и др. системами регулирования). Режимная карта котла помогает правильно им пользоваться. После проведённых работ вы сможете:
- обнаружить и убрать все недочёты вашего устройства;
- сэкономить до 5% топлива;
- снизить количество вредных выбросов на предприятии;
- повысить КПД, составить режимную карту;
- выявить оптимальные режимы работы оборудования;
- продлить срок службы всех систем, улучшить их безопасность.
Водно-химические режимы
Основными проблемами водно-химических режимов, встречающимися, практически, на всех ТЭС в различных комбинациях, являются:
- ненадлежащее техническое состояние схем и оборудования отбора проб воды, пара, конденсатов, влияющее на представительность отбираемых проб и, как следствие, на корректность результатов химического анализов, что, в свою очередь, приводит к неправильным действиям (или бездействию) персонала по организации ВХР;
- ненадлежащим образом организованный (или настроенный) режим коррекционной обработки теплоносителя с частыми систематическими нарушениями качества питательной, котловой воды, паров и конденсатов, приводящий к скорому образованию отложений на теплообменном оборудовании, развитию интенсивной коррозии пароводяного тракта;
- несовершенство и неэффективность тепловой схемы ТЭС с точки зрения организации ВХР;
- неэффективные способы консерваций теплосилового оборудования или полное отсутствие консерваций.
Помимо указанных, существует ещё множество причин неудовлетворительного ведения ВХР, которые в итоге влияют и на надёжность, и на экономичность эксплуатации основного тепломеханического оборудования.
Пример 3. На двух, расположенных рядом, электростанциях с одним источником водоснабжения, аналогичными по технологии водоподготовительными установками, и также аналогичным по параметрам основным оборудованием водно-химические режимы основного цикла велись настолько по-разному, что на одной ТЭС химические очистки паровых энергетических котлов выполнялись один раз в 10-12 лет, на другой ТЭС – один раз в 1,5-3 года. Различия в комплексном подходе к организации ВХР очевидны, причин этому – множество.
Пример 4. На одной ТЭС ежегодно выполняли вскрытие и очистку проточной части хотя бы одной паровой турбины, что является затратными мероприятием, т..е., по сути, занимались только устранением последствий систематически неудовлетворительного качества пара. При этом не принимались никакие меры по выявлению и устранению причин этого явления. Кроме того, на этой станции отмечались относительно частые разрывы экранных труб котлов. Причин этому был целый набор, среди которого была и неудовлетворительная организация водно-химического режима и химического контроля станции.
Пример 5. На одной ТЭС (расположенной в местах, далеко не южных) по определённым причинам, ВХР тепловых сетей для теплоснабжения пристанционного жилого посёлка вёлся с грубыми нарушениями нормативных документов. Результатом этого являлось крайне неудовлетворительное качество сетевой воды: не соблюдалась требуемая величина рН подпиточной и сетевой воды, содержание железа в сетевой воде в 2-3 раза превышало максимально допустимые нормы, что указывало на наличие процессов интенсивной коррозии тепловых сетей по всей протяжённости от теплогенерирующего оборудования на ТЭС до конечного потребителя. Продукты коррозии образовывали отложения по тракту, ещё более усугубляя ситуацию.
Существовала реально высокая опасность внезапных массовых повреждений сетевого оборудования и трубопроводов с прекращением теплоснабжения большого числа потребителей. После выдачи рекомендаций руководству станции были приняты соответствующие меры по исправлению ситуации.
Химический контроль
Химический контроль является неотъемлемой частью эксплуатации ТЭС, всех видов наладочных работ и технологических обследований.
Надлежащим образом выполняемый химический контроль теплоносителя позволяет правильно вести режим эксплуатации, своевременно и с высокой точностью выявлять возникающие нарушения в работе оборудования ТЭС, тепловых сетей.
Аудит ведущегося на ТЭС химического контроля позволяет выявить различные недостатки, «узкие» места. По результатам аудита зная, уровень и особенности ведения химконтроля, можно выполнять анализ ведения водно-химического режима электростанции за прошлые периоды на основании эксплуатационной документации, что называется, с «открытыми глазами»: с полным пониманием истории развития выявленных возможных нарушений, текущей ситуации и прогнозирования дальнейшего развития событий.
На различных ТЭС неоднократно выявлялись такие недостатки как некорректное выполнение отдельных видов химических анализов. В особенности это касается сверхчистых потоков теплоносителя, таких как питательная вода, пары. Вплоть до того, что на некоторых ТЭС отдельные нормируемые показатели просто переставали выполняться как «неполучающиеся». К чему приводит фактическая бесконтрольность качества питательной воды, насыщенных и перегретых паров объяснять излишне.
Пример 6. На одной из крупнейших электростанций на территории бывшего СССР, по причине некорректного выполнения химического анализа одного из нормируемых показателей качества обессоленной воды, рассматривался вопрос принципиального изменения водно-химического режима ТЭС, который никаких проблем, к слову, не создавал. Результаты химических анализов одного показателя в процессе определения систематически непреднамеренно искажались в худшую сторону.
Изменение ВХР ТЭС повлекло бы за собой существенное увеличение расходов обессоленной воды на собственные нужды, увеличение в 2-3 раза количества потребляемых химических реагентов на регенерацию фильтрующих материалов. В итоге это вылилось бы в значительное увеличение финансовых затрат на эксплуатацию, но фактически не существовавшей «проблемы» качества обессоленной воды, из-за которой был поднят вопрос смены ВХР, не решило бы. По стечению обстоятельств истинная картина определения качества обессоленной воды специалистами наладочной организации была установлена, ситуация исправлена, вопрос смены ВХР электростанции был снят.
Описание и режимы работы ВПУ
Исходная вода поступает на установку умягчения воды АКВАФЛОУSR 055/2-91непрерывного действия.
Установка состоит из трех основных элементов – двух натрий-катионитных фильтров с расположенным у одного из них сверху блоком управления, и бака-солерастворителя.
Загрузка фильтра — сильнокислотная катионнообменная смола в Na-форме
Умягчение воды методом Nа-катионирования осуществляется в процессе фильтрования её через слой катионита, частицы которого содержат катион натрия, способный к обмену на накипеобразующие катионы кальция и магния. В результате этого в профильтрованной умягченной воде содержатся в основном натриевые соли, обладающие большой растворимостью и не образующие отложений на внутренней поверхности теплообменных аппаратов.
В процессе фильтрования обрабатываемой воды через Nа-катионитный фильтр, находящиеся в воде ионы Са+2 и Mg+2 поглощаются катионитом и вместо них в воду переходят катионы Na.+
В процессе умягчения воды катионит постепенно насыщается солями кальция и магния и теряет свою обменную способность. После того, как рабочая обменная емкость фильтра полностью исчерпана, остаточная жесткость воды заметно повышается. Фильтр автоматически отключается на регенерацию при условии выработки ресурса фильтра, который рассчитывается в процессе наладочных работ. Качество умягченной воды в основной части фильтроцикла составляет 0,05-0,1°Ж при требовании производителя к питательной воде котлов по жесткости 0,3 °Ж.
Продолжительность и последовательность стадий регенерации указаны в режимной карте.
Расчет автоматической водоподготовки умягчения воды
В соответствии с СП 124.13330.2012 необходимый минимальный объем химочищенной воды для подпитки составляет 0,143 м3/час.
Производительность одной колонны 1,8 м3/час.
Следовательно, производительность автоматической установки сможет обеспечить потребность котельной в умягченной воде.
Расчет объема очищенной воды, количество регенераций,
Расхода соли для установки умягчения
№Наименование показателяЕд. измеренияЗначениеКоличество обработанной воды за фильтроцикл QfNа= ЕрNa·Vк/Жи.в.-Жост.м38,3Рабочая обменная способность катионита ЕрNa =эNаЕn-0,5q Жи.вг-экв/м3Расход соли на одну регенерацию Qc = 0,001 ЕрNa fNa Hсл. qcкг7,3fNa –площадь фильтрования натрий-катионитного фильтра,;(принимается по сечению пустого фильтра) fNa =πd 2 /4м20,073qc – удельный расход соли на регенерацию, обменной способности катионитаг/г-эквHсл. – высота слоя катионита в фильтре, Vкат/ fNaм;0,75Число регенераций фильтра в сутки n=24·Ж общ ·QNа/fNa·Hcл·ЕрNaQNа- производительность натрий-катионитного фильтрам3/час1,8Расход технической соли на регенерацию фильтра в сутки Q техc= Qc·n·100/p;кг31,2
Жи.в.— общая жесткость обрабатываемой (исходной) воды, г-экв/м3 (ºЖ);
Жост.-остаточная (средняя за фильтроцикл) жесткость обработанной воды, г-экв/м3;
э– коэффициент эффективности регенерации катионита;
Nа–коэффициент, учитывающий снижение обменной способности катионита по ионам Са+2 и Мg+2 вследствие ионов Nа+, содержащихся в исходной воде;
Еn— полная обменная способность катионита, г-экв/м3;
q— удельный расход воды на отмывку катионита, м3 /м3;
Полная обменная способность для ионообменной смолы Еn= 2000 г-экв/м3. Исходя из состава исходной воды: э= 0,67, Nа= 0,84, q=6
qc – удельный расход соли на регенерацию, г/г-экв обменной способности катионита. qc=120 г/г-экв.
QNа- производительность натрий-катионитного фильтра, м3/час;
р-содержание NaCl в технической соли, (93%)
Режимная карта
по эксплуатации автоматической установки умягчения воды непрерывного действия АКВАФЛОУ SF 55/2-91(срок действия — три года)
Наименование показателейФактические или рекомендуемые значенияПримечание1. Качество воды на входе в установку умягчения1.1 Жесткость общая, °Ж7,6Запрограммирована 7,02. Технические характеристики фильтра2.1 Тип фильтраАКВАФЛОУ SF 55/2-912.2 высота/ диаметр корпуса фильтра, мм1220/3052.3 Тип, марка катионитаСильнокислотная катионообменная смола в Na-форме2.4 Объем катионита в колонне, л3. Умягчение3.1 Количество работающих фильтров, шт.Одна колонна в работе, одна в резерве3.3 Производительность колонны, м3/ч:Нормальная1,8Максимальная2,2Время работы в форсированном режиме не более 20 мин.3.4 Ресурс колонны, г-экв3.5 Жесткость умягченной воды в основной части фильтроцикла, °Ж0,13.6 Жесткость умягченной воды при отключении фильтра на регенерацию, °Ж0,33.7 Количество умягченной воды за фильтроцикл, м39,13.8 потери напора, кгс/см20,4-0,63.9 линейная скорость фильтрования, м/ч24,74. Взрыхляющая промывка фильтра4.1 Продолжительность промывки, мин5. Пропуск регенерационного раствора соли NaCl через фильтр и медленная отмывка5.1 Расход таблетированной соли на одну регенерацию, кг7,26При удельном расходе 150 г/л смолы5.2 Продолжительность пропуска раствора соли через фильтр и медленная отмывка, мин.6. Быстрая отмывка фильтра, мин.6.1.Жесткость воды, при которой отмывка заканчивается, °Ж≤0,17. Время заполнения солевого бака водой, мин.8. Общая продолжительность регенерации фильтра, мин.9. Общий расход воды на регенерацию, м30,4210. Периодичность химического контроля работы установкиУказана в графике аналитического контроля
Режимная карта составлена на основании:
— РД 10-179-98.Методические указания по разработке инструкций и режимных карт по эксплуатации установок докотловой обработки воды и по ведению водно-химического режима паровых и водогрейных котлов;
— Руководство по эксплуатации установок умягчения воды непрерывного действия АКВАФЛОУ «SF/2- 90.91.95». Тип Twin.
Инженер-химик ООО «СТМ-Оскол» __________________________ Н.В.Юрова
Эксплуатационная документация
Эксплуатационная документация, а именно: инструкции по эксплуатации ВПУ и ведению ВХР, режимные карты на значительной части ТЭС подготовлены не специализированными наладочными организациями, а персоналом химических цехов электростанций, не всегда имеющих соответствующую квалификацию для данного вида работ.
Содержание инструкций по эксплуатации ВПУ и по ведению ВХР зачастую таково, что вновь принимаемый на работу оперативный, инженерно-технический персонал не может быть квалифицированно обучен по этим инструкциям. Фактически обучение новых работников производится только устно, передачей им практического опыта работы с оборудованием давно работающими сотрудниками. И, к сожалению, не всегда имеющийся и передаваемый практический опыт является правильным с технологической точки зрения. А это, понятно, ведёт в дальнейшем к неправильной эксплуатации оборудования и, как следствие, снижению экономичности, надёжности работы ВПУ и основного оборудования, ухудшению качества вырабатываемой ВПУ воды, неэффективному ведению ВХР ТЭС.
При этом основой обучения должны быть эксплуатационные инструкции, в полной мере отражающие как теоретическую, так и практическую стороны работы с вверенным оборудованием ТЭС.
Нисколько не умаляя квалификацию эксплуатационного персонала химцехов именно как эксплуатантов оборудования, и не занимаясь поиском виновных в сложившейся ситуации, её можно охарактеризовать следующим образом: «так исторически сложилось».
Резюмируя приведённые выше примеры, считаю, что ситуация в этом направлении сложилась серьёзная и требует скорейшего исправления.