ПУСК ПАРОВЫХ ТУРБИН

Пуски и остановы паротурбинных установок являются ответственными этапами эксплуатации. Они связаны со значительными изменениями механического и термического состояния элементов турбины и паропроводов.

К основным изменениям механического состояния агрегата относятся:

1. Возникновения напряжений в паропроводах и корпусах турбин от внутреннего давления пара.

2. Появление напряжений от центробежных сил в рабочих лопатках, дисках, втулках и других вращающихся деталей агрегата.

3. Появление касательных напряжений на валу турбины вследствие передачи на вал генератора крутящего момента.

4. Возникновение напряжений от вибраций в рабочих лопатках и других элементах турбины

5. Возникновение осевого усилия, действующего на упорный подшипник.

6. Возникновение напряжений изгиба в дисках, диафрагмах, направляющих и рабочих лопатках

К основным изменениям термического состояния турбоагрегата относятся:

1. Появление термических напряжений в стенках и фланцах корпуса турбины паропроводов стопорных и регулирующих клапанов

2. Появление дополнительных стягивающих напряжений в шпильках горизонтального разъема корпуса турбины, а также в шпильках фланцевых соединений паропровода и клапанов.

3. Возникновение термических напряжений в роторе турбины.

4. Изменение линейных размеров ротора и статора (удлинение турбины).

5. Изменения осевых зазоров в проточной части турбины в следствии разности удлинения ротора и корпуса.

6. Изменение радиальных зазоров в проточной части турбины.

7. Изменение посадочных напряжений деталей ротора, имеющих температурный натяг.

Из всех элементов, испытывающих термические напряжения, в наиболее тяжелых условиях находятся фланцевые соединения корпусов турбин. Максимальное термическое напряжение имеет место на внутренней поверхности фланцев. Сюда же добавляются напряжения от затяжки шпилек и разности температур между фланцами и шпильками.

Для уменьшения температурного перепада по ширине фланца прогрев корпусов турбин высокого и сверхкритического давления должен производиться со скоростями, значительно меньшими, чем скорости прогрева трубопроводов и других элементов агрегата. Поэтому время пуска турбины высокого давления с момента начала прогрева корпуса определяется в основном временем прогрева фланцевого соединения. Следующим фактором, который ограничивает скорость пуска турбин, является возникновение в процессе пуска разности температур и шпильками. Наряду с появлением с дополнительных напряжений сжатия во фланце, шпильки при этом испытывают значительные напряжения растяжения.

Значительные термические напряжения испытывает ротор. В процессе прогрева тепловой поток направлен к его центру. Возникающая при этом разность температур приводит к появлению термических напряжений в металле ротора. Следствием термически неустановившегося состояния является появление разности температур верха и низа корпуса турбины при её останове. Эта разность температур может также появиться при пуске из-за скопления конденсата в нижних точках корпуса турбины при плохой работе дренажных устройств. Наличие разности температур между верхом и низом корпуса приводит к выгибу корпуса вверх, тем более значительному, чем больше длина корпуса. Выгиб корпуса приводит к уменьшению нижних радиальных зазоров в уплотнениях диафрагм, что может явиться причиной задевания ротора о статор при вращении ротора. Задевание ротора о гребни лабиринтных уплотнений может вызвать местный перегрев вала. При изменении температурного состояния турбины в процессе пуска происходит изменение линейных размеров цилиндров турбины из-за теплового расширения металла. Для обеспечения свободы тепловых расширений турбины и сохранения соосности ротора и корпуса используется система направляющих шпонок, установленных на рамах подшипников. Пересечение осей продольных и поперечных шпонок образует мертвую точку, вокруг которой перемещение корпуса равно нулю. Для обеспечения соосности корпусов и подшипников турбины в вертикальной плоскости эти элементы имеют вертикальные шпонки. Расширение цилиндров горизонтальной плоскости происходит от вертикальных шпонок и направляется поперечными шпонками, расположенными в местах опирания лап цилиндров на подшипники.

Прямым следствием некачественных пусков являются:

1. Выявления трещин в корпусах турбин, паропроводов,

2. коробления фланцев горизонтального разъема

3. Ослабление посадочных соединений

4. Изменения структурного состояния металла.

5. Повышенный износ подшипников.

Пуск конденсационных турбин из холодного состояния

Операции по пуску турбины можно разделить на три характерных периода:

1. Подготовка к пуску

2. Пуск и повышение частоты вращения до номинальной.

3. Включение генератора в сеть и нагружение турбины.

К первому периоду относятся следующие операции:

- Осмотр всего основного и вспомогательного оборудования турбоагрегата;

- проверка наличия контрольно-измерительных приборов;

- проверка действия всех сигнализаций;

- проверка положения и состояния пароводяной арматуры;

- запись показаний приборов, контролирующих тепловое расширение цилиндров турбины, относительное удлинение роторов, осевой сдвиг и температуры металла в контрольных точках;

- проверка готовности генератора к пуску;

- смазка узлов, не имеющих централизованной принудительной смазки;

- подготовка к пуску масляной системы;

- опробование элементов управления и защиты турбины;

-опробование действия защит и блокировок БРОУ и РОУ;

- подготовка к включению и включение валоповоротного устройства;

- подготовка и пуск конденсационной установки;

- подготовка и пуск воздухоотсасывающих устройств;

- подача пара на концевые уплотнения

- подготовка к пуску регенеративной установки

- включение в работу деаэратора

- прогрев паропроводов

Второй период пуска – толчок ротора паром и подъем числа оборотов

Третий период – подключение генератора в сеть и напряжение турбины:

- включение генератора в параллельную работу

- нагружение турбины

- подключение ПНД, испарителя и деаэратора

2.2 Пуск турбины с противодавлением

Пуск турбины типа «Р» проще, чем конденсационных, так как у них нет конденсатора, циркуляционная установка, ПНД, других вспомогательных элементов.

Если в турбине К при прогреве корпус турбины находится под разряжением и пар поступает для прогрева, может быть дросселирование до любого давления, то в турбине с противодавлением для обеспечения самого пропуска пара через турбину, необходимо в корпусе турбины иметь давление, превышающее давление на выходе из турбины. Быстрое повышение давления может привести к недопустимой скорости прогрева и возникновение значительных температурных напряжений. Имеется возможность турбину прогревать с выпуском пара в атмосферу – в этом случае давление пара в корпусе турбины будет несколько превышать атмосферное давление. Недостатком этого способа является безвозвратные потери конденсата. Современные турбины с противодавлением имеют валоповоротные устройства, что позволяет производить прогрев турбины с выхлопом. Использование пара низкого давления в начале прогрева является технически более целесообразным и экономически более выгодным, чем применение для этих целей острого пара. Для осуществления пуска по этому способу прогрев выхлопной производят валоповоротные устройства, открываются дренажи пароперепускных труб, после чего обводка вентилей задвижек на трубопроводе происходит прогрев давления в корпусе турбины, подается пар с таким расчетом, чтобы первое время давление в цилиндре не превышало 2 атмосфер.

В таком режиме турбина прогревается некоторое время, после чего давление в цилиндре плавно повышается до 2-3 атмосфер. После прогрева турбины с выхлопа открытием пусковой задвижки или байпаса ГПЗ производится толчок ротора паром. При этом задвижки на выхлопе турбины должны быть открыты полностью. Турбины с противодавлением, не имеющие ВПУ прогреваться с выхлопа не могут, т.к. в данном случае не будет обеспечиваться вращение ротора. Такие турбины пускаются первоначально на выхлоп в атмосферу через принудительно открытый атмосферный клапан или специальный паропровод. После синхронизации и включения генератора в сеть турбину переключают с атмосферы на магистраль, потребляющую пар.

Особенности пуска блочных установок

Пуск турбоагрегата, работающего в блоке с паром котлом, отличается от пуска не блочной турбины целым рядом особенностей. Главная особенность заключается в том, что в блочных установках вместе с турбиной пускается и котел, причем пусковые операции котла неразрывно связаны с пусковыми операциями турбины. Вторая особенность заключается в том, что если при пуске турбины от общего паропровода параметры пара перед ГПЗ остаются всегда постоянными, равными начальным параметрам цикла, то при блочном пуске давление и температура пара перед турбиной в процессе пуска могут изменяться в самых широких пределах в зависимости от работы котла, турбины и элементов пусковой схемы.

Пуск ПН, деаэратора и других вспомогательных элементов турбины и котла также тесно связаны с пуском всего блока и проводится в строгой последовательности совместно с основным оборудованием. Пуск блочных установок усложняется еще и тем, что растопочная паровая нагрузка котла значительно превышает расход пара, требующийся для прогрева и пуска турбины. Для барабанных котлов растопочная нагрузка определяется исходя из условий надежной работы пароперегревательных труб и установления устойчивой циркуляции в кипятильных пучках. Значительный расход среды в прямоточных котлах объясняется требованиями гидродинамики потока. При малых расходах возникает опасность тепловой развёрки параллельно включенных пусков и пережога поверхностей нагрева котла. Таким образом, при пуске блока часть пара должна минуя турбину попасть в конденсатор. Время пуска турбины высокого давления из холодного состояния с учетом прогрева составляет 5-9 часов, пуск же парового котла производится в течение 45 минут-5 часов в зависимости конструкции котла.

По способу байпасирования парового потока были разработаны две модификации пусковых схем: двухбайпасная и однобайпасная. Двухбайпасная схема предусматривает охлаждение вторичного пароперегревателя и предназначается для котлов, у которых он расположен в зоне высоких температур. Эта схема предусматривает установку двух БРОУ, одна из которых подает пар в холодную нитку вторичного пароперегревателя, а другая перепускает пар из горячей нитки промперегрева в конденсатор. Такая схема при пуске блока позволяет иметь достаточных пропуск пара через вторичных пароперегреватель для его охлаждения.

При однобайпасной пусковой схеме вторичных пароперегреватель располагается в зоне умеренных температур и в дополнительном охлаждении не нуждается. В этом случае для охлаждения вторичного пароперегревателя используется РОУ, включаемая оперативным персоналом.

При пусках блока из холодного неостывшего состояния эта РОУ используется для прогрева холодных и горячих ниток промежуточного перегрева, а также блока клапанов ЧСД. От это же РОУ осуществляется прогрев ЦВД с конца.

Турбина одноцилиндровая, имеет не­большое число ступеней. Однако, при пуске турбин с противодавлением необходимо строго соблюдать скорости прогрева т.к., если в конденсационных турбинах давление в корпусе при пуске вакуумметрическое и пар, поступающий для прогрева может быть дросселирован до любого давления, то в противодавленческих турбинах давление в корпусе выше атмосферного, поэтому для обеспечения минимального пропуска пара через турбину, необходимо в корпусе турбины иметь давление, превышающее давление на выходе из турбины. Поэтому разность температур между паром и металлом выше, чем при пуске конденсационных турбин. Эти турбины приходится прогревать паром из общестанционного коллектора с высокой температурой. Для более безопасного пуска этих турбин разработана специальная технология. При прогреве турбины острым паром возникает сильный разогрев выхлопного патрубка и предельное значение относительного удлинения ротора. В новой технологии пуск производится с противоточным прогревом турбины при работе генератора в моторном режиме. При таком прогреве температурное состояние турбины ближе к рабочему.