Часть III Случаи аварийных ситуаций в теплоэнергетике из-за нарушений водно-химического режима
В этой части пособия представлено краткое описание наиболее необычных и сложных случаев нарушений водно-химического режима, приведших к аварийным ситуациям теплоэнергетического оборудования и тепловых сетей.
Авторы приводят также свои соображения о возникновении причин нарушения водно-химического режима и влиянии этих нарушений на надежность, экономичность, экологичность работы объектов малой и большой теплоэнергетики.
Большая часть приведенных описаний аварий и неполадок до настоящего времени в широкой печати не публиковалась.
Цель публикуемого материала ознакомить и передать студентам теплоэнергетических профессий, будущим молодым техническим специалистам практический пятидесятилетний опыт работы в энергетике Г.П. Сутоцкого*, издавшего в 1993 г. книгу «100 случаев аварийных ситуаций в теплоэнергетике по вине водно-химического режима», а также Э.П. Гужулева, одного из авторов учебного пособия, проработавшего более сорока лет в теплоэнергетическом, нефтехимическом комплексе Омского региона, в основном в части водоподготовки и водно-химических режимов, чтобы они не повторяли ошибок старшего поколения.
Кроме того, раздел рассчитан на специалистов, работающих в области как станционной, так и промышленной энергетики, связанных с вопросами повышения надежности энергооборудования ТЭС, объектов промышленной теплоэнергетики и тепловых сетей.
* Г.П. Сутоцкий – доктор технических наук, зав. отделом ВТИ России, специалист по водоподготовке и водно-химическим режимам теплоэнергетического оборудования среднего и низкого давления, издаший Справочник по данному теплоэнергетическому оборудованию.
Оборудование водоподготовительных установок (впу) останавливает котельную и заводы
Случаи, когда из-за неполадок с оборудованием ВПУ приходится останавливать целиком котельную и даже отдельные цехи завода, крайне редки. Приведем примеры трех случаев, когда возникли ситуации остановок.
Случай 1. На ВПУ котельной металлургического завода на Южном Урале произошел взрыв осветительного фильтра диаметром 2500 мм. Взрывом фильтр был сорван с фундамента и пролетел по воздуху 15 м, врезался в кирпичную кладку здания. При этом были оборваны трубопроводы, связывавшие данный фильтр с другим оборудованием ВПУ. Из-за упуска воды в деаэраторах пришлось срочно загасить топки котлов, и ряд цехов завода, не получая пара, вынуждены были тоже в аварийном порядке остановиться. Известно, что фильтры ВПУ не являются взрывоопасными аппаратами.
Расследование обстоятельств аварии установило ее причины. Год назад этот осветительный фильтр по инициативе работников завода был реконструирован из однопоточного в двухкамерный. При этом высота фильтра была увеличена на 1,5 м путем врезки в него обечайки с одним вертикальным сварным соединением. После переоборудования фильтр был опрессован на избыточное давление 0,6 МПа. ВПУ работала по прямоточной схеме: фильтрование, двухступенчатое Na-катионирование, деаэрация в аппарате атмосферного типа. Обычно давление воды в осветительных фильтрах не превышало 3 кгс/см2. Насос исходной воды развивал давление до 5 кгс/см2, но работал с подпором из сети водоснабжения завода, где давление колебалось в пределах 1–3 кгс/см2. В деаэратор, кроме умягченной воды, периодически подавали конденсат, возвращаемый с производства. Клапан регулятора уровня воды в деаэраторе был установлен на подводе к нему воды от ВПУ.
В момент взрыва произошло неблагоприятное сочетание следующих факторов: из-за подачи в деаэратор конденсата из дренажного бака клапан на воде, подаваемой из ВПУ, полностью закрылся, давление воды в сети завода было необычно высоким (3 кгс/см2) За счет этого давление воды в фильтре поднялось до 8 кгс/см2 (0,8 МПа), и вертикальный сварной шов на сварной обечайке раскрылся. Для использования в процессах водных промывок к корпусу фильтра был подведен сжатый воздух при давлении до 4 кгс/см2 (из общей воздушной сети завода). На подводе воздуха к фильтру рядом с регулирующим вентилем был установлен обратный клапан, не допускавший попадания воды из фильтра в систему воздухопроводов. В период времени, предшествовавший аварии, конденсат в деаэратор не подавался, и давление воды в фильтре находилось на уровне 3 кгс/см2. Вентиль на подаче воздуха в фильтр оказался неплотным, и в корпус фильтра поступало некоторое количество воздуха. Обычно воздух из верхней части фильтра удалялся через открытый воздушник. На этот раз воздушник оказался закрытым. Воздух, накопившийся в верхней части фильтра, и превратил фильтр в реактивный снаряд с небольшой дальностью полета.
Случай 2. В одной из котельных Свердловска вышел из строя двигатель работающего насоса, который прокачивал воду через тракт ВПУ в деаэратор. Переход на резервный насос занял не более 5 мин., и упуска воды в деаэраторе не произошло. Однако вполне исправный резервный насос по непонятной причине отказался прокачивать воду через вторую ступень катионирования. Растерявшийся персонал не мог разобраться, что произошло с этим фильтром, и котельную пришлось аварийно остановить, т.к. задвижку на подводе сырой воды непосредственно в деаэратор заклинило, (задвижка бездействовала несколько лет, т.к. подобных ситуаций в котельной ранее не случалось).
Причиной возникшей «непроходимости» катионитного фильтра второй ступени оказалось расплавление в его дренажной системе колпачков из карболита, которые пригодны к использованию по своей термостойкости только при температурах воды ниже 50 °С. На подводе воды к колонке деаэратора отсутствовал обратный клапан (это не предусмотрено в нормах проектирования ВПУ). При остановке насоса исходной воды давление в фильтрах ВПУ упало до атмосферного, и подогретая вода в паровом теплообменнике до деаэратора обратным ходом под давлением гидростатического столба проникла через нижнюю дренажную систему в фильтр, расплавив при этом карбонитовые колпачки. Несколько десятков литров воды с температурой порядка 60 °С оказались достаточными для того, чтобы остановить ВПУ, котельную и часть завода железобетонных конструкций. Авария была ликвидирована за счет перемонтажа, позволившего воду после фильтров первой ступени катионирования подавать непосредственно в деаэратор.
Случай 3. В середине шестидесятых годов возникла ситуация остановки доменного цеха, причиной которой послужило следующее. Экскаватор строителей разрушил подземный трубопровод диаметром 300 мм, по которому вода из центральной ВПУ комбината подавалась на паровоздуходувную электростанцию для питания трех котлов паропроизводительностью каждого 150 т/ч, работающих при 3,0 МПа. Действующие инструкции по водно-электрическому режиму котлов требовали остановки котлов, это повлекло бы остановку и всех домен. В практике работы Магнитогорского комбината за 30 лет подобной ситуации не случалось.
По телефону Г.П. Сутоцким были даны следующие рекомендации:
– работу котлов в течение 24 ч, т.е. в период восстановления трубопровода, при жесткости питательной воды 2000 мкмоль/дм3 (норма 10 мкмоль/дм3) считаю возможной. Для этого необходимо:
– перевести котлы на сжигание только доменного газа с отключением горелок коксового газа;
– паровая нагрузка котлов не должна превышать 80 % от номинальной;
– через каждый час осуществлять продувку всех нижних точек с производительностью 30 с;
– во все котлы через дозаторы фосфата натрия подавать смесь 50 % гидроксида натрия и 50 % тринатрийфосфата, за счет чего щелочность котловой воды будет поддерживаться в пределах 5–10 ммоль/дм3.
Указанный режим был принят и выдержан. Внеплановой остановки котлов и всех домен не потребовалось.
Случай 4. В шестидесятые годы почти одновременно на ТЭЦ двух металлургических комбинатов на Урале и в Сибири произошли аварии, вызвавшие необходимость аварийной остановки ряда агрегатов.
В обоих случаях это было вызвано попаданием в котлы значительных количеств поваренной соли и своевременно не определено оперативным химконтролем по питательной и котловой воде.
На обеих ТЭЦ котлы и турбины были аварийно остановлены из-за резких снижений температуры перегрева пара котлов, работающих при давлении 3,2 МПа.
Известно, что в ПТЭ Минэнерго солесодержание питательной воды прямо не нормировалось. ТЭЦ не располагали поэтому солемерами-кондуктометрами. Солесодержание котловой воды нормировалось по косвенному показателю – общей щелочности котловой воды.
ТЭЦ имели одинаковую особенность схемы ВПУ и способов приема умягченной воды. На ВПУ имелся бак подсоленной воды, расположенный на отметке + 8,0 м над катионитными фильтрами первой и второй ступеней умягчения. В этот бак собиралась вторая часть регенерационного раствора поваренной соли, используемой в дальнейшем для взрыхления очередного катионитного фильтра при его регенерации.
В обоих случаях умягченная вода поступала непосредственно в деаэраторы ТЭЦ и в промежуточные дренажные баки. Эти баки находились в машзале ТЭЦ на расстоянии 100–200 м от отдельного здания ВПУ и располагались на нулевой отметке.
Как показали произведенные расследования, возникновение аварийной ситуации на обеих ТЭЦ произошло аналогично. При очередной регенерации катионитного фильтра второй ступени не была полностью закрыта задвижка, связывающая выход воды из фильтра с баком подсоленной воды.
В какой-то период времени давление умягченной воды на выходе из ВПУ оказалось ниже гидростатического давления высоты столба расположения бака и в трубопровод, связывающий ВПУ с машзалом ТЭЦ. Вместе с умягченной водой стала поступать и подсоленная вода с концентрацией хлористого натрия порядка 5000 мг/дм3.
Происшедшее при этом быстрое повышение солесодержания питательной и котловой воды и привело к вспениванию котловой воды, резкому повышению размера капельного уноса и, как следствие, к уменьшению температуры перегрева пара. Это вызвало необходимость аварийного отключения ряда турбоагрегатов.
Для невозможности повторения подобных аварий на ТЭЦ были установлены на выходе умягченной воды из ВПУ регуляторы давления прямого действия «до себя» и электрометрические указатели предельно допустимого солесодержания со звуковой сигнализацией.
Важно отметить, что в обеих ТЭЦ локализация аварии была затруднена недостаточной пропускной способностью линий для непрерывной продувки котлов.
Учтя этот печальный опыт, Минэнергомаш в нормативном документе, регламентирующем водно-химический режим котлов низкого и среднего давления, предусмотрел требование для заводов-изготовителей, обеспечить отвод из котла линии непрерывной продувки расхода воды до 20 % от его паропроизводительности.