621.311.25. (075.8)

З 475

МИНИСТЕРСТВО ТОПЛИВА И ЭНЕРГЕТИКИ УКРАИНЫ

Севастопольский национальный университет

ядерной энергии и промышленности

Г.С. Зезюлинский

ОСНОВЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ

ТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Книга 2

У т в е р ж д е н о

Ученым советом университета

Севастополь

2009

621.311.25. (075.8)

З 475

УДК 621.311.25: 621.165.004 (075.8)

Зезюлинский Г.С.

З 475 Основы эксплуатации турбинных установок атомных электростанций: Учебник. – Севастополь: СНУЯЭиП, 2009. – 188 с.: ил.

Изложены основные вопросы эксплуатации турбоустановок АЭС в различных условиях их использования. Рассмотрены организационные вопросы эксплуатации ПТУ АЭС и подготовки персонала, характеристики, конструктивные и схемные особенности ПТУ АЭС, основные технологические операции при эксплуатации систем ПТУ и турбоустановки в целом, действия обслуживающего персонала в нормальных условиях эксплуатации и при возникновении аварийных ситуаций.

Учебник предназначен для студентов СНУЯЭиП, обучающихся по специальности 7.090502 – «Атомная энергетика». Может быть использован студентами других специальностей и преподавателями специальных дисциплин.

Рецензенты: П.И. Алексеенко

В.Ф. Тишков

В.Н. Петрыкин

М.Ф. Клементьев

Научный редактор а.С. Чупрынин © Издание снуяЭиП, 2009

13. Системы маслоснабжения машинного зала

Турбоустановок аэс

В состав систем маслоснабжения машинного зала (МЗ) турбоустановок входят следующие системы, отличающиеся по своему назначению:

• смазки подшипников турбины и генератора;

• гидростатического подъема роторов турбины и генератора;

• маслоснабжения САРЗ ТГ;

• смазки ТПН и обеспечения маслом САРиЗ ТПН;

• уплотнения вала генератора;

• очистки масла.

Системы маслоснабжения турбоустановки относятся к наиболее важным системам ПТУ, которые в процессе эксплуатации энергоблока определяют его надежность.

ПТЭ – 2003 [102] предъявляет следующие условия к системам маслоснабжения при их эксплуатации:

• обеспечение надежности работы агрегатов на всех режимах;

• обеспечение пожаробезопасности;

• поддержание качества и температуры масла в соответствии с требованиями инструкций по эксплуатации турбоустановок;

• предотвращение протечек масла и попадания его в охлаждающую систему (в конденсатор) и окружающую среду.

Система смазки ТПН и обеспечения маслом САРиЗ ТПН рассмотрена в главе 10 (см. п. 10.1). Система обеспечения маслом САРЗ ТГ рассматривается в главе 14 (см. п. 14.3). Остальные системы кратко рассматриваются в настоящей главе.

13.1. Масло, используемое в системах маслоснабжения турбоустановок аэс

В системах маслоснабжения турбоустановок используется нефтяное масло марки Тп – 22С для ТА производства ХТГЗ К-1000-60/1500-1,2, 2М и К – 220-44. Это дистиллятное масло, полученное углубленной селективной очисткой с последующей гидроочисткой. Оно содержит антиокислительную, антикоррозионную и деэмульгирующую присадки, обозначенные буквой «П». Цифра «22» означает кинематическую вязкость масла в сантистоксах (сСт), при температуре 50 ^оС.

Для масляных систем турбоустановок К-1000-60/3000 производства ЛМЗ используется огнестойкое масло Теплотехнического института (ОМТИ). Это масло, имея практически одинаковую кинематическую вязкость с Тп-22С при температуре 50 ^оС, отличается большей плотностью, приблизительно на 30 %, что увеличивает гидравлические сопротивления в элементах масляных систем.

Плотность масла Тп-22С меньше плотности воды (при температуре 50 ^оС  = 875,8 кг/м³), плотность масла ОМТИ больше плотности воды примерно на 14 % (при температуре 50 ^оС  = 1120 кг/м³). Масло ОМТИ имеет более высокие огнестойкие качества (температура вспышки в открытом тигле – 240 ^оС, у Т-22 – 180 ^оС; температура воспламенения на воздухе – не ниже 350 ^оС, у Т-22 – не ниже 220 ^оС, температура самовоспламенения – не ниже 720 ^оС, у Т-22 – не ниже 370 ^оС) [71].

Каждый сорт масла применяется строго по назначению. Смешивание масел разных сортов запрещается, особенно для оборудования ПТУ АЭС.

В маслосистемах ПТУ АЭС масло выполняет следующие функции:

• предотвращает износ фрикционных (трущихся) поверхностей опорных и упорных подшипников, а также исполнительных органов САРЗ ГТ и ТПН;

• снижает потери мощности на трение в элементах ТА;

• отводит теплоту, которая выделяется при трении и передается от горячих деталей турбин;

• предотвращает интенсивную коррозию элементов масляных систем;

• передает импульсы и перемещает исполнительные органы (сервомоторы, золотники и др.) в САРЗ ГТ и ТПН;

• уплотняет вал электрического генератора, охлаждаемого водородом.

Кратко рассмотрим основные свойства масла и процессы, происходящие в нем при эксплуатации ТУ.

Вязкость (объемное свойство жидкости оказывать сопротивление относительному перемещению ее слоев) является одним из важнейших свойств турбинных масел. Она влияет на несущую способность масляного слоя в подшипниках, от нее зависят потери мощности на трение в насосах и опорах скольжения (с увеличением вязкости потери возрастают). Вязкость определяет утечки масла через уплотнения, пропускную способность маслопроводов и дроссельных элементов (с ростом вязкости они уменьшаются). Вязкость влияет на скорость отстоя масла от примесей в баке и др.

Изменение температуры масла приводит к значительному изменению его вязкости. С понижением температуры масло загустевает, его подвижность снижается, а вязкость растет. С повышением давления вязкость масла растет. Во время эксплуатации ТА вязкость масла изменяется из-за окисления, загрязнения, зашламления, обводнения и аэрации.

Шлам (различные механические примеси, осадки и загрязнения) - это липкая масса, обогащенная окислами железа, маслами и смолами. Растворенные продукты старения масла, как правило, обладают большей вязкостью. Вязкость масла увеличивается за счет испарения из него летучих фракций. Вода, растворенная в масле, практически не влияет на ее вязкость. Воздух и другие газы, растворенные в масле, несколько снижают его вязкость.

Аэрация масла. При эксплуатации ТА масло перемешивается с газами: воздухом, водородом, газообразными продуктами окисления. Наибольший контакт между маслом и воздухом, маслом и водородом - в системе уплотнения вала ТГ. Часть воздуха (газов) растворяется в масле, часть образует механические смеси различной структуры: большие пузыри, полости, незаполненные маслом, взвеси (газовые эмульсии) – легкие пузырьки диаметром 50…500 мкм, равномерно распределенные по всему объему масла, пена – ячеистая система, в которой масло вытянуто в тонкие пленки, обволакивающие воздушные пузыри. При нормальных температуре и давлении масло в системах ПТУ может содержать растворенный воздух в количестве до 8…12 % своего объема. С увеличением давления растворимость газов в масле увеличивается, с повышением температуры изменяется по сложной зависимости [71].

Деаэрируемость масла – способность масла уменьшать содержание пузырьков воздуха в данном объеме смеси (это важно знать для бака, как отстойника); определяется по экспериментальным кривым. Масло ОМТИ хуже, чем нефтяное Тп-22С, освобождается от пузырьков воздуха. Увеличение кислотности масел ухудшает их деаэрируемость. Антипенные присадки замедляют скорость выделения воздуха из масла.

Гигроскопичность масла – способность поглощать воду и водяные пары из окружающей среды. Гигроскопичность масла незначительна, но она приводит к ускорению процессов старения масла. Нагрев масла сопровождается его осушкой, охлаждение приводит к выделению в виде капель части растворенной в масле воды; образуется эмульсия («вода в масле»). Попадание воды в масло – распространенное явление при эксплуатации ТА. Крупные включения воды нефтяных масел (Тп-22С) опускаются на дно масляных баков и могут быть удалены через дренаж. В ряде случаев, при обводнении масла образуются стойкие эмульсии, нежелательные по следующим причинам:

• повышенная вязкость эмульсии ухудшает условия движения масла по трубопроводам и отклонение от расчетных режимов гидродинамической смазки подшипников, что может вызвать вибрацию трубопроводов и валопровода;

• ухудшаются смазочные свойства масла;

• усиливается окисление масла, коррозия элементов масляной системы, эрозионный износ и окисление баббитовой заливки подшипников.

Визуально вода в масле обнаруживается по помутнению масла. Эмульсия не является стабильной системой. Однако, время деэмульсации (разделения фаз) может сильно различаться от нескольких секунд до многих часов (даже суток). Для турбинных масел Тп-22С обычно время деэмульсации 60-180с, для окисленного и зашламленного масла – до 1200с и более.

Старение масла – это глубокое изменение масла в процессе его эксплуатации, которое характеризуется изменением его химических и физических свойств. Старение происходит в результате контакта углеводородов с кислородом воздуха, стимулируется действием воды и металлов, быстро прогрессирует с повышением температуры. Повышается плотность и вязкость масла, ухудшается деэмульгирующая способность, повышаются коррозионные свойства масла, плотные продукты окисления выпадают в осадок, появляются смолы, что приводит к потемнению масла.

В процессе эксплуатации в масле появляются посторонние примеси – это загрязнения (пыль, волокна тканей и др.), осадки (нерастворенные продукты распада или старения масла). Различные посторонние примеси всегда перемешаны в масле. С увеличением концентрации посторонних примесей в масле ускоряются процессы окисления и разложения масла.

Более подробно физические и химические свойства масел рассматриваются в публикациях [67, 71].

Система приема, хранения, регенерации и эксплуатации масляных систем должна обеспечить возможность длительного использования масла (до 8 - 10 лет).

Для очистки масла от посторонних примесей и воды, а также восстановления его свойств, в системах маслообеспечения ПТУ используются маслоочистительные сепараторные машины, фильтр – прессы и маслобаки.

Маслоочистительная машина состоит из центробежного сепаратора (сепаратора–центрифуги), насоса для подачи неочищенного масла в сепаратор и насоса для очищенного масла, электроподогревателя масла, фильтра грубой очистки, вакуум-насоса, смонтированных на общей раме. Оба насоса и центрифуга приводятся от одного электродвигателя. Дополнительно, для более тщательной очистки масла от механических примесей и осветления масла после сепарации его в центрифуге, используется фильтр–пресс.

В составе ПТУ с турбинами К-1000-60/1500-1,2, 2М предусмотрено две маслоочистительные машины с сепараторами марки СМ2-4 и два фильтр–пресса. В масляном сепараторе–центрифуге более плотные фракции отбрасываются к периферии, а менее плотные - сосредотачиваются в центральной части. Затем, по специальным каналам, образованным перегородками, вода, с некоторым количеством масла, отводится в бак-отстойник, механические примеси – в бак грязного масла, чистое масло – в главный масляный бак. Основной рабочий орган сепаратора – барабан, в котором вода и механические примеси отделяются от масла. В зависимости от степени обводнения или загрязнения механическими примесями, он может быть собран различным способом. Если масло содержит более 0,5 % воды, барабан собирают для отделения воды (способ пурификации). При содержании воды в масле менее 0,5 %, и оно значительно загрязнено механическими примесями, барабан собирается для удаления последних (способ кларификации). Сборка барабана сепаратора производится ремонтным персоналом по заявке эксплуатационного персонала ПТУ.

Основные технические характеристики сепаратора СМ2-4 [90]:

а) номинальная производительность при температуре окружающей среды 20^о ± 5^о, давлении на линии нагнетания не менее 2,5 кгс/см², температуре сепарируемого масла 45^о ± 0,5^о при очистке методами:

- удаления воды – 3,0 ± 0,2м³/ч;

- удаления механических примесей – 4 ± 0,2м³/ч;

б) максимальное содержание механических примесей в масле после одного цикла его очистки, при исходном содержании примесей до 0,08 % - не более 0,005 %;

в) максимальное содержание влаги в масле после одного цикла очистки, при исходном содержании воды до 1,0 % - не более 0,05 %;

г) содержание масла в отходах воды - не более 1,0 %.

Фильтр-пресс представляет собой автономный агрегат, состоящий из набора рамок, пластин и фильтровальной бумаги, собранных в одном блоке, через который, специальным насосом, под давлением 2,0…4,0 кгс/см² прокачивается масло для его более тщательной очистки от механических примесей, неотделившихся в сепараторе и осветления масла. Все элементы фильтр-пресса смонтированы на специальной подвижной раме с платформой на роликах. Очищенное масло подается в главный маслобак.

Конструкция и работа маслоочистительных машин ТУ К-1000-60/1500-1,2, 2М более подробно изложено в сборнике [91].

Принцип очистки ОМТИ от воды и механических примесей и конструкция сепаратора марки А-1-АОЖ ТА К-1000-60/3000 аналогичны изложенному выше. Отличие обусловлено тем, что плотность этого масла, как указывалось ранее, значительно выше плотности воды. Поэтому более плотными фракциями является само масло и механические примеси, которые в сепараторе–центрифуге отбрасываются к периферии, а вода отводится из полости, расположенной на меньшем диаметре барабана. Конструкция барабана предусматривает отделение чистого масла от тяжелой жидкой части осадка (шлама, механических примесей) с некоторой частью масла. Подробное описание конструкции и работы сепаратора А-1-АОЖ дается в учебнике [108].