Холодильные машины для электростанций

Сильман М. А., êàíä. òåõí. íàóê

ОАО “Московский завод “Компрессор”

В течение многих лет завод “Компрессор” является разработчиком и поставщиком пароводяных эжекторных холодильных машин (ПЭХМ), предназначенных для охлаждения хладоносителя (рабочей воды) до 5 15°С. Эффект охлаждения рабочей воды в машинах этого типа достигается за счет частичного ее испарения в условиях вакуума, создаваемого и поддерживаемого в испарителе машины пароструйными эжекторами, в которых в ка- честве рабочей среды используют водяной пар с избыточным давлением 0,8 – 1,0 МПа. Подробно термодинамические основы, принцип действия, конструкции основных элементов, технологиче-

ские схемы и эксплуатационные характеристики ПЭХМ описаны в [1].

Первая партия отечественных ПЭХМ промышленного назначения марки 5Э была изготовлена заводом в начале 50-х годов прошлого века для холодильного центра МГУ им. М. В. Ломоносова, причем головной образец этой машины испытывался в ВТИ им. Дзержинского [2, 3].

Многолетняя эксплуатация ПЭХМ различных марок на электростанциях и других промышленных объектах (металлургических и целлюлознобумажных комбинатах, предприятиях химической промышленности и др.), а также в составе корабе-

A A

6

1

B

2

2100

1650

Á

950

J C + F

льных систем кондиционирования воздуха подтвердила их высокую надежность, простоту обслуживания, относительно небольшой объем и стоимость монтажа и пусконаладки, минимальный расход запасных частей и вспомогательных материалов при выполнении профилактических и ремонтных работ, безопасность и экологическую чистоту (благодаря отсутствию в этих машинах токсичных, взрыво- и пожароопасных веществ).

Основным потребителем ПЭХМ являются энергетические объекты и, в первую очередь, тепловые электростанции (ГРЭС и крупные ТЭЦ), где охлажденная рабочая вода используется в системах кондиционирования воздуха, обеспечивающих комфортные условия в помещениях БЩУ, лабораторий и др. Успешному и экономически обоснованному применению ПЭХМ на тепловых электростанциях способствует ряд факторов, в том числе: наличие, особенно в летний период, избытка пара из отборов паровых турбин; наличие развитой системы оборотного водоснабжения; практически полная идентичность конструкции и обслуживания ПЭХМ с основным технологиче- ским оборудованием ТЭС.

Однако на многих ТЭС до настоящего времени в эксплуатации находятся давно снятые с производства ПЭХМ (5Э и др.), которые не только устарели морально, но и многократно выработали установленный технический ресурс и срок службы, поэтому при первой возможности (при проведении ремонта, модернизации или реконструкции ТЭС) их следует заменять новым оборудованием. Для этой цели могут быть использованы серийно выпускаемые ПЭХМ типов 18ЭП и 18ЭПМ холодопроизводительностью 350 кВт, предельно унифицированные между собой и имеющие одинаковые монтажные и присоединительные размеры. Эти машины имеют существенные преимущества по сравнению с ПЭХМ, выпускавшимися ранее, так как выполнены в виде моноблочных агрегатов, благодаря чему обеспечивается сохранение герме-

Q0, êÂò

450

400

350

300

@ < # #

0 C F F J ! 0

" ;# 34 " # #

#

гладких конденсаторных труб применены трубы со спиральными пристенными турбулизаторами, изготовляемыми путем накатки роликом на наружной поверхности трубы канавок с образованием на ее внутренней поверхности соответствующих выступов [4]. Геометрические параметры труб, используемых заводом в конденсаторах ПЭХМ, описаны в [5].

Интенсификация теплообмена в конденсаторе холодильной машины позволила снизить приблизительно на 15% расход рабочего пара на номинальном режиме и одновременно существенно повысить предельную температуру охлаждающей воды перед конденсаторами.

Номенклатура ПЭХМ, выпускаемых заводом, не ограничивается двумя описанными марками: возможно изготовление их аналогов в специаль-

ном исполнении для работы на морской охлаждающей воде (18Э и 18ЭМ), а также ПЭХМ с большей холодопроизводительностью – 700 кВт (17ЭП и 17ЭПМ) и 1400 кВт (16ЭП и 16ЭПМ). Все выпускаемые ПЭХМ оснащаются предохранительными разрывными устройствами мембранного типа, обеспечивающими защиту аппаратов машины при аварийном повышении давления.

По желанию заказчика в объем поставки могут быть включены электронасосы и другие элементы систем холодоснабжения. Возможна также доработка машин по индивидуальным заказам для условий работы, отличающихся от паспортных.

При проектировании систем хладоснабжения с ПЭХМ следует руководствоваться рекомендациями, разработанными ПО “Средазтехэнерго”, заводом “Компрессор” и институтом “Теплоэлектропроект” [6], использование которых позволяет существенно упростить технологическую схему, уменьшить число регулируемых параметров и повысить надежность работы системы в целом.

Список литературы

1.Сильман М. А., Шумелишский М. Г. Пароводяные эжекторные холодильные машины. М.: Легкая и пищевая промыш-

ленность, 1984.

2. Зингер Н. М., Андреева К. С. Испытание пароводяной эжекторной холодильной установки. – Промышленная энергетика, 1957, ¹ 10.

3.Соколов Е. Я., Зингер Н. М. Струйные аппараты. М.: Госэнергоиздат, 1960.

4.Калинин Э. К., Дрейцер Г. А., ßðõî Ñ. À. Интенсификация теплообмена в каналах. М.: Машиностроение, 1981.

5.Сильман М. А. Модернизация пароводяных эжекторных холодильных машин. – Холодильная техника, 1997, ¹ 6.

6.Правила проектирования систем хладоснабжения с пароэжекторными холодильными машинами. М.: Теплоэлектропроект, 1989.

Минкина И. С., èíæ., Романов А. А., êàíä. òåõí. íàóê

Волжская ГЭС имени В. И. Ленина

Одной из основных тенденций развития энергетики в настоящее время является переход на техническое обслуживание оборудования по его состоянию. Возможность для такого перехода обеспечивается внедрением большого количества устройств автоматики, регистрирующих параметры как нормального, так и аварийного процессов. К ним относятся как специализированные устройства – Нева, БАРС, Бреслер и др., так и микропроцессорные защиты всех типов, имеющие вспомо-

гательную функцию осциллографирования. Пере- численные устройства позволяют фиксировать пофазно действующие значения токов и напряжений на присоединении, где возникло повреждение. Пользуясь этими данными, можно достаточно точ- но оценить тяжесть отключения выключателем повреждения, обеспечив одновременно и повышение точности за счет пофазного учета.

Обычно фирмами – изготовителями выключа- телей указываются для них следующие парамет-

ры: номинальный ток, номинальный отключаемый ток короткого замыкания, ресурс по коммутационной стойкости при первом и втором значениях тока, ресурс по механической стойкости выключателя.

Поскольку практически ток КЗ, превосходящий номинальный ток выключателя, как правило, оказывается существенно меньше номинального отключаемого тока КЗ, простой учет числа отклю- чений токов КЗ может привести к значительной погрешности в оценке остаточного ресурса выключателя и, следовательно, увеличить затраты на его ремонт или реновацию.

Увеличения затрат можно избежать, интерполируя зависимость между значением тока КЗ через выключатель и ресурсом его коммутационной стойкости (ðèñ. 1) и определяя весовой коэффициент каждого отключения. На ðèñ. 1 приняты следующие обозначения; mo – номинальный отключаемый ток КЗ, в примере mo = 40 êÀ; m – номинальный отключаемый ток ВВ, в примере m = 2 êÀ; mt – значение отключенного в момент t тока КЗ в диапазоне m mt mo, используемое для определения весового коэффициента отключения kt; no – ресурс по коммутационной стойкости выключателя при

номинальном отключаемом токе КЗ mo, в примере no = 20; n – ресурс по коммутационной стойкости выключателя при номинальном отключаемом токе ВВ m, в примере n = 3000; nt – значение ресурса по коммутационной стойкости выключателя, приведенное по интерполированной характеристике к току КЗ в момент времени t.

Одним из возможных способов интерполяции может быть применение экспоненциального закона, данный вариант приведен в примере [1].

В общем случае по согласованию с изготовителем выключателя характеристика интерполяции может быть представлена методом кусочно-линей- ной аппроксимации в виде нескольких смежных диапазонов с независимым применением прямолинейной или экспоненциальной характеристики на каждом из них [2].

Согласно приведенной характеристике nt = = f (mt ) остаточный ресурс выключателя n^ определяется как

n^ = n – nk,

ãäå nk – приведенное число отключений, рассчи- танное с учетом весовых коэффициентов kt(i ) всех отключенных токов КЗ (где i может изменяться от 0 до некоторого значения nr , равного числу факти- чески отключенных токов КЗ)

nr

nk nô nr (k t(i) ),

i 1

ãäå nô – фактическое число отключений выключа- теля; nr – число отключений с весовым коэффициентом kt > 1.

Основной задачей при расчете остаточного ресурса выключателя является определение весового коэффициента kt каждого отключения тока КЗ. Весовой коэффициент отключения вычисляется по выражению

kt = n/nt.

Приведенный ресурс по коммутационной стойкости nt можно легко определить, зная вид функции, посредством которой аппроксимируется характеристика в том или ином диапазоне.

Если в диапазоне ni nt nj принята линейная функция, значение nt определяется по выражению

Если функция экспоненциальная, т.е. имеет вид

mt = moe-zt,

показатель данной функции z можно определить, зная область значений функции mj mt mi. Принимая t = 1, в приведенном примере получим

Y m j mi mmo e zt 240 0,05,

откуда z = – ln 0,05 = 2,99573. Вспомогательная функция Y введена для упрощения вывода расчетного выражения.

Для значения тока КЗ в момент времени t

Yt = mt/mi,

откуда следует, что при ln Yt = –zt момент t = –ln yt /z. Приведенное значение ресурса nt по коммутационной стойкости выключателя при токе КЗ mt

определяется по выражению

nt = t (nj – ni ) + ni,

или в развернутом виде

Пример оценки остаточного ресурса выключа- теля приведен в таблице для трех фаз присоединения Hi при аппроксимации характеристики по экспоненциальному закону во всем диапазоне функции nt = f (mt ). Для исключения неопределенности при расчете логарифма от нулевого значения Yt в исходном состоянии при отсутствии КЗ значение mt условно принято равным 0,01, что соответствует весовому коэффициенту kt % 0,36 и почти не отражается на итоговом значении; в практических расчетах для повышения точности значение mt может быть взято еще меньшим, но не равным нулю (см. расчет для фазы À ).

Выбор выключателя присоединения при проектировании осуществляется с учетом данных по максимально возможному току КЗ, однако принимая во внимание, что в общем случае возможно некоторое превышение фактическим током КЗ mt отключающей способности данного выключателя mo, для исключения ошибок в расчете остаточного ресурса при этом в таблицу введена логическая функция обнуления значения t при получении в расчете отрицательной величины, значение kt в этом случае принимается максимальным (см. рас- чет для фазы С) по выражению

kt = n/nî.

Полученные данные позволяют автоматизировать выдачу сообщения о приближении остаточного ресурса выключателя к пределу и о полном ис- черпании установленного ресурса; с этой целью в таблице задано значение остаточного ресурса в процентах номинала, при котором предусмотрено срабатывание сигнализации.

Для иллюстрации срабатывания сигнализации в приведенном примере установлено значение появления сигнала при остаточной доле ресурса Sô S = 35% полного ресурса выключателя, где фактическая доля ресурса

mî

Òîê ÊÇ

mt

m

Ресурс выключателя (число циклов отключения)

, / & /

+ 3& !

Практически имеет смысл сигнализировать приближение к исчерпанию диапазона в пределах 3 5% ресурса по коммутационной стойкости n, а полное исчерпание ресурса выключателя отображать дополнительными информационными средствами – изменением цвета или формы сообщения, звуковым сигналом и др.

Применение предложенного алгоритма в форме документа в среде Excel принципиально возможно, но малоэффективно ввиду трудоемкости работы с массивом таких документов и отсутствия оперативности предоставления данных и анализа результатов. Существенный эффект может быть получен в случае реализации алгоритма на языке высокого уровня – WinCC, Oracle и др. – и использования его в качестве прикладной задачи АСУ ТП предприятия.

Для решения задачи на первом этапе следует создать базу данных, в которую для каждого выключателя ввести следующую информацию:

паспортные данные выключателя m, mo, n, no; число диапазонов i при кусочно-линейной ап-

проксимации расчетной характеристики и границы каждого диапазона mi, mj, ni, nj;

функции, посредством которых аппроксимируется характеристика на каждом диапазоне (линейная или экспоненциальная);

значение остаточного ресурса выключателя S, при котором должна проходить сигнализация (см. блок-схему алгоритма, ðèñ. 2).

Если схема присоединения допускает пофазное управление, должен обеспечиваться независимый учет отключений для каждой фазы, с этой целью в блок-схеме предусмотрена специальная логическая функция учета. Если привод выключателя трехфазный, при общем числе отключений для всех фаз выключателя тяжесть отключения для каждой фазы оценивается независимо по значе- нию mt(ô). И в первом, и во втором случаях подсчет ведется с учетом однократного или двукратного отключения повреждения в зависимости от эффек-

& 3& !

та срабатывания схемы автоматического повторного включения (АПВ): успешно & R = 1, неуспешно & R = 0.

В общем случае в блок-схему алгоритма может быть введен учет отключений и при большем числе циклов АПВ, что в настоящем варианте не предусмотрено ввиду практически малой применимости таких вариантов АПВ.

При увеличении числа циклов АПВ в блок-схе- му необходимо ввести дополнительные условные операторы; так, в случае двукратного АПВ – операторы для проверки условия R = 2? В случае, если двукратное АПВ окажется неуспешным, выражение для определения остаточного ресурса вы-

ключателя n^ ô будет отличаться от аналогичного

выражения для неуспешного однократного АПВ лишь заменой вычитаемой величины (3 вместо 2).

Расчетное выражение для определения приведенного ресурса по коммутационной стойкости nt должно выбираться в зависимости от заданной характеристики диапазона nt = f (mt ), в который попадает значение тока КЗ mt (ô). Затем рассчитываются весовой коэффициент отключения фазы выключателя kt(ô), остаточный ресурс фазы n^ ô è ôàê-

тически использованная доля полного ресурса Sô. Если значение Sô оказывается меньше задан-

ной величины S, блок-схема предусматривает прохождение предупредительного сигнала, а при полном исчерпании ресурса n^ ô 0 – аварийного.

Для обеспечения возможности послеаварийного анализа информации занесение данных в программу расчета должно производиться с помощью ведомости всех отключений с весовым коэффициентом kt > 1; ведомость отключений должна вклю- чать в себя следующие данные:

дату и время отключения;

присоединение Hi, на котором произошло отключение;

вид отключения: однофазное – x = 1 или трехфазное – x = 0;

результат работы схемы АПВ: успешно – R = 1 èëè íåò – R = 0;

значения токов mt (ô ) через все отключаемые фазы Ô, в том числе и значения токов фаз с весо-

вым коэффициентом kt(ô) < 1 при трехфазном отключении.

Соответственно и в базу данных для каждого выключателя должна вводиться следующая информация для каждой фазы:

остаточный ресурс фазы выключателя n^ ô ; исходное значение n^ ô = n;

фактическая доля остаточного ресурса Sô; исходное значение Sô = 100%.

Оперативные отключения присоединения Hi и отключения, выполняемые при наладке выключа- теля, следует учитывать дополнительно, изменяя соответствующим образом значение остаточного ресурса n^ ô вручную или автоматически при на-

личии такой функции в автоматизированной системе управления технологическим процессом; вспомогательным средством контроля за правильностью учета произведенных выключателем отключений могут стать специальные счетчики, которыми оснащаются выключатели последних моделей.

Учет оперативных отключений выключателя может быть организован на этапе задания вида отключения в блок-схеме: кроме трехфазного или однофазного – оперативное или аварийное. В первом случае достаточно просто предоставить оператору право ввода значения произведенных отклю- чений для автоматического пересчета числа n^ ô .

Эффектом реализации предложенного алгоритма в рамках АСУ ТП станет увеличение межремонтного периода выключателей, повышение обоснованности выбора очередности выполнения ремонтных работ на этом оборудовании, общее снижение затрат на выполнение профилактических мероприятий на силовом оборудовании, повышение безопасности при наличии в первичной схеме элегазовых выключателей, для которых требуется периодическая очистка элегаза от продуктов разложения, образующихся в аварийных условиях, так как объем продуктов разложения зависит от интенсивности произведенных отключений [3].

Список литературы

1.Вакуумные выключатели серии BB / TEL. Руководство по эксплуатации ИТЕА674152.003РЭ, 2001.

2.Усенко А. Ф. Воздушные выключатели с воздухонаполненными отделителями. М.: Энергоатомиздат, 1986.

3.Электрическая часть станций / Под ред. Усова С. В. Л.: Энергоатомиздат, 1987.