Турбіни із протитиском і як забезпечується промислова безпека при їх використанні

Єрьомін Борис Михайлович,
технічний директор АНО «ДІЕКС»

У роботі докладно описується принцип роботи турбіни з протитиском, пропонуються формули по визначенню необхідних параметрів і вказуються вимоги промислової безпеки при її використанні.

У професійному світі під турбінами розуміють ротативних теплової двигун, який здатний безперервно перетворювати теплову енергію робочої речовини в механічну. Така турбіна складається з двох складових:

Ротор - обертається частина.

Статор - нерухома частина.

Щоб робота турбіни була можлива необхідно, щоб дотримувалися одну головну умову - наявність різниці в тисках між робочими лопатками і сопловим апаратом.

В сучасних енергетичних системах турбіни з протитиском працюють не окремо від конденсаційних, а паралельно з ними. В цьому випадку турбіна противодавления виробляє ту кількість енергії, яке визначається витратою пара. Немає необхідності встановлювати на одному об'єкті конденсаційні турбіни, досить, щоб обидва види агрегатів були включені в єдину мережу. На жаль, потужність турбіни з протитиском визначена навантаженням споживача, що істотно обмежує область їх використання.

Встановлювати таке обладнання коштує там, де воно зможе працювати з постійним навантаженням, наприклад, в північних районах, коли теплове споживання практично не припиняється. Якщо розглядати з конструкційної боку різницю між конденсаційної турбіною і з протитиском, то в останньої немає ступенів, які працюють в області низького тиску.

Графічно зобразити схему установки турбіни з протитиском можна наступним чином:

1 - турбіна з протитиском;

2 - конденсаційна турбіна;

3 - редукційно-охолоджувальна установка.

У нашому випадку пар виходить з парогенератора з Р0 тиском, потім йде в турбіну, тут спостерігається його розширення до тиску Рп. далі пар відправляється в мережеві підігрівачі, а звідси до споживача тепла. Якщо говорити про промислових цілей, то пара використовується з тиском від 0,4 до 0,7 МПа, а в деяких випадках і до 1,8 МПа.

Потужність використовуваної турбіни можна розрахувати за формулою:

де G - витрата свіжої пари;

H0 - наявний теплоперепад;

Ƞое - відносний електричний ККД, рівний відношенню електричної потужності до потужності ідеальної турбіни.

Саме тому, що Ƞое при незмінних процесах залежить від пропуску пара крізь турбіну, потужність буде визначатися виключно з витрати пари, що проходить через неї.

Використання цього типу обладнання спільно з конденсаційним пов'язано з тим, що працюючи ізольовано турбіни з протитиском не можуть забезпечити одночасно споживача електроенергією і теплом. при спільній роботі відповідальність за електроенергію в більшій мірі бере на себе компенсаційне обладнання.

Як правило, тиск пара в даному випадку доводиться підтримувати весь час постійним. Рівняння витрат, яке буде зв'язувати засунений і теплове навантаження, в даному випадку буде мати вигляд:

де V - ємність паропроводу, провідного від турбіни до теплового споживача;

G1 - секундний витрата пари, що проходить через систему регулюючих клапанів турбіни;

G2 - секундний витрата пара, що відводиться до споживача;

P і T - тиск і температура відпрацьованого в турбіні пара.

Наше рівняння демонструє що тиск відпрацьованої пари буде незмінним лише тоді, коли кількість пара пройшов через турбін G1, у, дорівнює кількості пара надходить до споживача G2. Якщо G1> G2. то dP / dt> 0, тобто тиск зростає і навпаки, якщо G1

Власне стає зрозуміло, що будь-яке порушення рівності призводить лише до одного результату - зміни тиску. Можна зробити так, щоб турбіна противодавления під час роботи автоматично підтримувала витрата пара. Для цього необхідно оснастити її не тільки регулятором швидкості, але і тиску.

Система регулювання буде повністю залежати від регулятора і лише тоді, коли відбудеться відключення агрегату і генератор повністю розвантажитися вступить в роботу регулятор швидкості.

Промислова безпека вимагає підбирати конструкцію турбін відповідно до обсягу пропуску пара, з яким має справлятися обладнання. Беруть до уваги і графік навантаження.

Якщо враховувати конструкційні особливості цього типу обладнання, то можна відкинути всі складнощі з проектуванням лопаток для великих обсягом пропуску пара. Навіть агрегати, які використовують для масової витрати висота лопаток помірна. Варто пам'ятати, що чим більше буде відношення тисків Р2 / Р0> 0, де Р0-тиск свіжої пари, Р2 - тиск у вихідному патрубку, тим сильніше позначається втрата пара в регулюючомуклапані при недовантаження обладнання.

Оскільки в ТПД відношення Р2 / Р0 велике, дросельне паророзподіл застосовувати не рекомендується. Чим вище Р2 / Р 0. тим більше число клапанів необхідно встановлювати.

Важливо відзначити, що використання соплового розподілу ще не виправдовує характер економічності при повному навантаженні турбіни. Коефіцієнт корисної дії ТПД при недозагрузке краще зберігається при більшому Теплоперепад для регулюючої ступеня. Якщо є ідеальне паророзподіл, то і перепад ступні буде постійним незалежно від навантаження, а отже відношення швидкостей теж не змінюється U / Сф. U - окружна швидкість робочої решітки U = Wd / 2.

Де W - кутова швидкість робочих лопаток;

d - діаметр щаблі;

Сф - фіктивна швидкість.

Використання установок з одним ступенем стало затребуване з агрегатами, у яких невеликі Теплоперепад, що працюють в умовах великої змінного навантаження. Якщо необхідна в умовах створення котелень турбіна з великою потужністю, встановлювати таке обладнання не можна, однієї ступні може бути недостатньо. Якщо ми будемо говорити конкретно про виробничі потужності, то там найчастіше використовується одна регульована ступні і наступні нерегульовані. Виходить, що багатоступенева конструкція одна з найбільш безпечних і затребуваних в промислових масштабах.

В рамках таблиці можна розглянути параметри комбінованої установки для міні-ТЕЦ, яка складається з декількох котлів ДКВР і ДЕ, бутанового контуру і протитисковими турбіни.

Питання забезпечення необхідного рівня промислової безпеки на промислових об'єктах з турбінами противодавления стоїть гостро. Перше, що потрібно від керівництва - розробка місцевих інструкцій по експлуатації обладнання, з докладним викладом правил зупинки, пуску, введення в ремонт. Персонал проходить атестацію щодо запобігання та усунення можливих аварій в момент використання агрегату.

В рамках вимог промислової безпеки є кілька дефектів, які в обов'язковому порядку усуваються перед запуском турбіни. Серед них можна назвати:

Несправність або повна відсутність основних приладів, що відповідають за контроль теплового процесу. Сюди входять: термометри, манометри, тахометри і інше обладнання.

Якщо несправна система мастила, тобто перед запуском обов'язково проводиться повний огляд маслоблока.

Несправності в системі захисту по контурах, що відповідає за припинення подачі пари в турбіну. Важливо перевіряти перед запуском весь ланцюжок, починаючи від датчиків і закінчуючи запірною арматурою.

Якщо несправна система регулювання.

У разі, якщо валоповоротного пристрій не працює. При подачі пара на ротор, який не рухається, може статися його вигин.

За правилами промислової безпеки особлива увага приділяється технології запуску турбіни. Вона буде залежати від її температурного стану, якщо менше 150 градусів, то прийнято вважати, що агрегат запускається з холодного стану. Потрібно не менше трьох діб після зупинки.

Пуск з гарячого стану проводиться, коли температура 400 і вище градусів. Якщо температура знаходиться між 150 і 400 градусів, такий стан називають неостигле. Основний принцип безпеки, який важливо використовувати при запуску - не нашкодь.

Використання, ремонт, запуск і інші дії щодо турбін з протитиском повинні проводитися відповідно до існуючим законодавством і нормативами. Обов'язково беруть до уваги наступні документи: