Balakovskaya - Турбина, ТПН, маслосистема

121

Цели обучения

1.Описать принцип получения турбинного масла.

2.Назвать физико-химические и эксплуатационные свойства масла, объяснить их влияние на качество турбинного масла.

3.Указать назначение турбинного масла, назвать состав общ его масляного хозяйства паротурбинной установки. Перечисли ть

требования, предъявляемые к маслосистемам.

4.Описать состав и работу систем маслоснабжения машзала и очистки масла.

5.Объяснить назначение, конструкцию и правила эксплуатац ии главного масляного бака.

6.Для маслоочистительной сепараторной машины СМ2-4: описать устройство и работу;

указать технические характеристики; назвать приемы эксплуатации; перечислить возможные неисправности.

7. Для фильтр-пресса ФП2-3: описать конструкцию; объяснить принцип работы;

привести технические характеристики; изложить приемы эксплуатации.

8. Для насоса Ш5-25-3,6/4Б откачки масла: назвать назначение и технические данные; объяснить устройство и принцип работы; описать приемы эксплуатации;

указать возможные неисправности и их вероятные причины.

9. Объяснить пожарную опасность масляных систем.

Объяснить назначение, устройство и эксплуатацию систем SC маслоснабжения машзала и очистки масла.

122

Природа нефтяного турбинного масла

Турбинное масло является продуктом переработки нефти - сл ожной смеси углеводородов различного строения и происхождени я.

После отгона из нефти легкокипящих бензиновых, керосинов ых и газойлевых фракций образуется остаток - мазут, продуктом вакуумной перегонки которого являются масляные дистилл яты.

Турбинное масло получается путем специальной очистки ук азанных дистиллятов с целью удаления тех компонентов, которые уху дшают стабильность масла, повышают коррозионную агрессивност ь, снижают текучесть.

Способ очистки дистиллятов в значительной мере влияет на качество масла.

Наибольшее применение находит селективная очистка, заключающаяся в избирательном извлечении растворителем из дистиллятов “нежелательных” компонентов: смол, сернисты х и азотистых соединений, некоторых углеводородов и сероугл еродов и др. Твердые парафины удаляются при обработке сырья карбам идом, ацетоном, бензолом с последующей фильтрацией.

Гидрогенизационная очистка (гидроочистка) включает обра ботку масла водородом, под воздействием которого сернистые сое динения в присутствии катализаторов преобразуются в сероводоро д, удаляемый с газообразными продуктами.

Завершающей “шлифующей” операцией является земельная о чистка, то есть контактная обработка масла отбеливающими глинам и, оксидом алюминия или другими адсорбентами.

Многолетний опыт производства и применения масла показы вает, что использование совершенных методов перегонки нефти и очи стки дистиллятов не позволяет получить смазочные материалы, п олностью удовлетворяющие требованиям современных турбоагрегато в.

Поэтому для улучшения эксплуатационных свойств базовых масел вводят композиции присадок, являющихся обычно продуктам и химического синтеза.

На энергоблоках Балаковской АЭС применяется нефтяное ту рбинное масло марки Тп-22С.

Тп-22С - турбинное масло, вырабатываемое на Ферганском НПЗ п о улучшенной технологии из западно-сибирских нефтей; содер жит композицию присадок (0,8% ионола; 0,02% ингибитора коррозии В- 15/41; 0,02% деэмульгатора ДПК-157); содержание серы до 0,5%. Цифра “22” означает кинематическую вязкость, сСт, при темпе ратуре 50 ÎÑ.

До 1980 года основным турбинным маслом, находящимся в эксплуатации на тепловых и атомных электростанциях, было масло Тп-22. В настоящее время на ТЭС и АЭС поставляется дистиллят ное масло Тп-22С селективной очистки с последующей гидроочист кой.

Физико-химические и эксплуатационные свойства масла

Теплопроводность

Турбинное масло - плохой проводник теплоты. Теплопроводно сть воды в 4-5, а стали в 500 раз выше, чем масла.

123

Вязкость масла

Одним из важнейших свойств турбинных масел является вязк ость - объемное свойство жидкости оказывать сопротивление относительному перемещению ее слоев. Вязкость влияет на н есущую способность масляного слоя в подшипниках; от нее зависят потери мощности на трение в насосах, опорах скольжения; вязкость определяет утечку масла через уплотнения, пропускную спо собность маслопроводов и дроссельных элементов, скорость отстоя м асла от примесей в баке и др.

С понижением температуры масло постепенно загустевает, е го подвижность снижается, а вязкость растет. Вязкость масел возрастает с повышением давления.

Во время эксплуатации турбины вязкость масла изменяется из-за окисления, загрязнения, зашламления, обводнения и аэрации . Растворенные продукты старения масла, как правило, облада ют большей вязкостью. Частично вязкость масла увеличиваетс я за счет испарения летучих фракций. Вода, растворенная в масле, пра ктически не влияет на его вязкость. Воздух и другие газы, растворенн ые в масле, несколько снижают вязкость.

Аэрация масла

При работе турбины масло перемешивается с газами: атмосфе рным воздухом, водородом, газообразными продуктами окисления . Наибольший контакт образуется между маслом и воздухом, поскольку масляные системы паровых турбин не герметизир ованы. Часть воздуха растворяется в масле, другая часть образует механическую смесь.

Растворимость газов в масле

При нормальных температуре и давлении турбинное масло мо жет содержать растворенный воздух в количестве до 8-12% своего объема. С увеличением давления растворимость газов, в том числе и воздуха, в масле увеличивается. При растворении воздуха в масле соотношение между входящими в состав воздуха газами изме няется. Так, при нормальной температуре атмосферный воздух содер жит азота и кислорода соответственно 78 и 21 объемных долей. В мас ле же растворяется азота 68, а кислорода - 32 объемных долей. При снижении давления выделяющийся из раствора воздух будет содержать кислорода примерно на 40-50% больше, чем он содержится в атмосферном воздухе. Вследствие этого значи тельно повышается взрывоопасность таких масляных паров. С повыш ением температуры растворимости воздуха и его компонентов (азо та, кислорода) изменяются по сложным зависимостям.

При нагреве герметизированного объема масла концентрац ия растворенного кислорода при температуре 115-150 ÎС резко уменьшается и при охлаждении не восстанавливается, что ук азывает на протекание бурной реакции окисления.

Деаэрируемость масла

Скорость выделения воздуха замедляют антипенные присад ки.

Огнестойкие масла хуже, чем нефтяные, освобождаются от пу зырьков воздуха. Весьма заметно ухудшается деаэрируемость масла с увеличением его кислотности.

Обводненное масло, еще не успевшее окислиться, деаэрирует ся так же хорошо, как и свежее, а в отдельных случаях деаэрированнос ть обводненного масла даже повышается. При эксплуатации турбоагрегата этот эффект обычно не замечается. Однако по мере старения масла вредное влияние воды на деаэрируемость ре зко возрастает, что уже не проходит незамеченным при эксплуат ации.

Некоторые частицы шлама прочно прилипают к воздушным пузырькам и вместо свободного осаждения, наоборот, вынося тся в пенный слой. С течением времени пена разрушается, а грязев ые частицы снова опускаются вниз до очередной встречи с пузы рьками воздуха.

124

Обводнение масла

Гигроскопичность масла

Масло способно поглощать воду и водяные пары из окружающе й среды. Гигроскопичность турбинного масла незначительна , но она оказывает большое каталитическое воздействие на процес сы старения масла.

Нагрев масла при неизменных температурах и влажности окружающего воздуха сопровождается осушкой масла. Наобо рот, при охлаждении масла часть ранее растворенной воды выделяет ся в виде мелких капель, образуя эмульсию “вода в масле”.

Наличие в масле продуктов окисления и кислот ведет к повы шению гигроскопичности масла. Поэтому масло, недостаточно очищ енное или сильно окисленное в процессе эксплуатации, труднее по ддается обезвоживанию.

Эмульгируемость масла

Попадание воды в масло - распространенное явление при эксплуатации паровых турбин. Крупные включения воды опус каются на дно маслобака, откуда могут быть удалены. Однако в ряде с лучаев турбинные масла при обводнении образуют стойкие эмульси и, нежелательные по следующим причинам:

повышенная вязкость эмульсии может ухудшить условия течения масла по трубопроводам, спровоцировать вибрацию валопровода турбины, создать отклонения от расчетных режимов гидродинамической смазки подшипников; масло перестает быть однородным, ухудшаются его смазочны е свойства; вода усугубляет окисление масла, ржавление смазываемых

деталей, эрозийный износ и окисление баббита; в подшипниках генератора из обводненного масла выделяет ся

водород, повышающий пожарную опасность системы.

Для систем, работающих на обводненном масле, характерны ч астые доливки свежего масла. Периодический слив отстоявшейся в баке воды всегда сопровождается потерями той части эмульгиро ванного масла, которая собирается на границе раздела между водой и маслом.

Эмульсия не является стабильной системой. Однако время, необходимое для разделения фаз эмульсии, может различать ся очень сильно: в пределах от нескольких секунд до многих часов (и даже суток).

Образованию эмульсии, сохранению ее устойчивости к разру шению способствуют механические примеси и различные загрязни тели.

Вода легко обнаруживается в светлом турбинном масле, кото рое мутнеет от воды при нормальной температуре.

Старение масла

В процессе эксплуатации турбоагрегатов масло постепенн о претерпевает глубокое изменение, которое обычно характе ризуется понятием “старение”, включающим изменения его химически х и физических свойств. Химическую основу турбинных масел составляют углеводороды. Старение масла происходит в рез ультате контакта углеводородов с кислородом воздуха, стимулируе тся каталитическим действием воды и металлов и быстро прогре ссирует с повышением температуры. В результате окисления масла повышается его плотность и вязкость, ухудшается деэмульг ирующая способность, образуются растворимые в масле и летучие кис лые продукты, обуславливающие коррозионную агрессивность м асла; плотные продукты окисления выпадают в осадок; появление с мол приводит к потемнению масла.

Известно, что во всех случаях, когда в масле отсутствуют ки слород и вода, никаких окислительных реакций не происходит.

125

диффузии кислорода. Распыливание, разбрызгивание, вспени вание масла создают условия для интенсивного растворения кисл орода вплоть до получения равновесной концентрации (около 4% объемных долей для нефтяного турбинного масла), при котор ой старение протекает с максимальной скоростью.

Окисление масла, хотя и замедленное, происходит при комна тной температуре и даже при температуре ниже 0 ÎС. При высоких температурах способность масла к окислению настолько ве лика, что достаточно следов кислорода, чтобы началось интенсивное образование кислых продуктов. Известно, что повышение тем пературы на каждые 10 ÎС сверх 110 ÎС ускоряет реакцию окисления приблизительно в два раза.

Продукты окисления могут сами по себе служить катализато рами старения масла. Из опыта эксплуатации известно, что добав ление свежего масла к окисленному и зашламленному не приостана вливает, а, наоборот, вызывает усиленное окисление полученной смес и.

Посторонние примеси в масле

Под общим понятием посторонних примесей имеют в виду нежелательные продукты, снижающие эксплуатационные сво йства масла. Механическими примесями считают все нерастворенн ые вещества, находящиеся в масле в виде загрязнений или осад ков, которые могут быть задержаны при фильтровании.

Загрязнениями называют посторонние вещества, которые те м или иным путем попали в масло и не вступили с ним в химическое соединение (пыль, волокна тряпок и др.).

Осадками называют нерастворенные продукты распада или старения масла, а также продукты реакции оксидов металлов с органи ческими кислотами.

Различные механические примеси (осадки и загрязнения) вс егда перемешаны между собой и представляют обычную липкую мас су, обогащенную оксидами железа, мылами, смолами. Такая смесь называется шламом. Многие компоненты шлама растворимы в горячем масле, но выпадают в осадок при охлаждении. Наблюд аются случаи, когда горячее и внешне совершенно прозрачное масл о при циркуляции через маслоохладители оставляет на холодных стенках трубок обильный шлам, бывший до этого в растворенном сост оянии. На различной растворимости части шлама в горячем и холодном масле основан и способ его выявления: отбирается проба ма сла из системы работающей турбины и постепенно охлаждается до 12 -15ÎС. Помутнение масла будет свидетельствовать и о наличии в не м растворимого шлама. Такое масло считается ненадежным, и е го следует сменить при первой возможности.

С увеличением концентрации механических примесей в масл е возрастают силы трения, ускоряются процессы окисления и разложения масла, повышается коррозионно-механическое изнашивание поверхностей трения.

Специфическим загрязнителем масла является сера. Активн ой (свободной) серы в масле обычно не бывает. Сернистые соеди нения в зависимости от их строения по-разному влияют на эксплуата ционные свойства масел, но в некоторых случаях при старении масла образуются агрессивные кислоты, включая серную, вызывающ ую коррозию оборудования.

Прозрачность и цвет масла являются важнейшими характери стиками, по которым можно качественно судить о содержании посторо нних примесей. Свежие турбинные масла обычно светлого цвета с желтоватым оттенком. Несколько темнее цвет у сернистых ма сел. Характерна зеленая подцветка у гидроочищенных масел. Эксплуатационное масло под влиянием смол, осадков и загря знений темнеет, приобретает различные тона вплоть до темно-красн ого. Цвет масла с присадками зависит от типа присадок. Быстрое и сил ьное потемнение масла указывает на его быстрое изнашивание. Од ним из показателей хорошей очистки масла является наличие флюоресценции (отсвечивания). Если рассматривать свежее масло в проходящем свете, то на его поверхности всегда бывает гол убоватое или зеленоватое отсвечивание. Масла Тп-22 и Тп-22С обладают специфической ярко-зеленой флюоресценцией (иногда с сине ватым

126

оттенком). В окисленных, загрязненных маслах флюоресценц ия выражена слабо (матовая или слегка голубоватая) или совсе м отсутствует.

Назначение турбинного масла, требования к системам маслоснабжения

Масло, применяемое в паротурбинных установках, предназна чено выполнять различные функции:

предотвращать износ фрикционных поверхностей; снижать потери мощности на трение;

отводить теплоту, выделяющуюся при трении и передаваемую от горячих деталей турбины; уплотнять вал электрического генератора, охлаждаемого водородом;

предотвращать коррозию элементов масляной системы; передавать импульсы и перемещать исполнительные органы в системе автоматического регулирования и защиты турбины .

Система маслоснабжения энергоблока Балаковской АЭС - централизованная, питает турбинным нефтяным маслом Тп-22С при температуре 40-45 ÎС подшипники турбины, генератора, возбудителя, турбопитательных насосов, систему регулирования и гидростатического подъема роторов.

Общее масляное хозяйство паротурбинной установки состо ит из следующих систем: приема, хранения и регенерации масла, смазывания подшипников турбины и генератора; уплотнения вала генератора; регулирования и защиты турбины; смазывания и регулирования питательных агрегатов.

Турбина К-1000-60/1500-2 имеет общий маслобак и масло, используемое в одной системе, применяется в качестве рабо чей жидкости и в других маслосистемах. На каждом энергоблоке Балаковской АЭС находятся в эксплуатации следующие маслосистемы:

система маслоснабжения машзала; система сбора протечек масла и его очистки;

три системы смазки конденсатных насосов второй ступени; две системы маслоснабжения турбопитательного насосного агрегата; система смазки подшипников турбогенератора;

система гидроподъема роторов турбогенератора; система регулирования и защиты турбоагрегата; система уплотнения вала турбогенератора.

К маслосистемам предъявляется ряд требований:

высокая надежность системы. Для ее обеспечения применяют дублирование и резервирование элементов, а также используют несколько независимых контуров защит; пожаробезопасность. Органическое масло возгорается при температуре 370 ÎС. Поэтому в условиях эксплуатации должно быть исключено попадание масла на горячие части турбины, паропроводы и т.д; система должна обеспечить возможность длительного

использования масла (8-10) лет. Высокая стоимость масла, в больших количествах используемого на энергоблоках, не позволяет производить его частую смену. Поэтому контроль качества масла и эксплуатация масляной системы должны производиться так, чтобы обеспечить сохранение пригодно сти масла к эксплуатации в течение длительного времени.

В системах маслоснабжения АЭС применяются различные тип ы насосов. Основные требования, предъявляемые к насосам сис тем маслоснабжения, - высокая их надежность и герметичность.

127

При эксплуатации маслосистем всегда нужно помнить о воздействии турбинного масла на окружающую среду. Нередк и загрязнения водоема. Уместно сказать, что одна капля масл а диаметром 5 мм, растекаясь, покрывает водную поверхность площадью 0,25 м2, а 10 кг масла - площадь до 40 000 м2.

Состав систем маслоснабжения машзала и очистки масла, описание работы

В состав систем маслоснабжения машзала и очистки масла вх одят: главный маслобак объемом 127 м3 - для хранения и очистки масла; доливочный маслобак объемом 2,5 м3- для восполнения утечек

масла из маслосистемы; бак сбора протечек масла объемом 2,5 м3;

бак грязного масла объемом 0,1 м3; аварийный маслобак - для слива масла в случае пожара;

две маслоочистительных сепараторных машины СМ2-4 - для очистки масла от воды и механических примесей; два фильтр-пресса ФП2-3 - для очистки масла от механических примесей; насос 3В16/25-22/6,5 перекачки отработанного масла;

насос Ш5-25-3,6/4 откачки масла из бака протечек; насос Ш5-25-3,6/4 откачки из емкости аварийного слива масла.

Заполнение главного масляного бака ведется с масломазут ного хозяйства. Доливка масла в главный маслобак производится из доливочного маслобака.

Вне машинного зала установлена подземная емкость - аварий ный маслобак - для слива масла из главного маслобака в случае п ожара. Сюда же отводится масло из бака сбора протечек в случае ег о переполнения.

Существующая схема позволяет принимать все сливы масла в бак сбора протечек и вновь использовать это масло после очист ки.

Для очистки масла и восстановления его свойств в системе предусмотрены две маслоочистительных сепараторных маши ны и два фильтр-пресса. Масло к очистительной установке подводитс я из бака грязного масла или непосредственно от главного маслобак а. Возврат очищенного масла в главный маслобак производится через контрольный фонарь.

Главный масляный бак

Шлам, смолистые продукты окисления масла, ржавчина вызыва ют явление застойной нечувствительности, закупоривают дро ссельные шайбы, заклинивают золотники.

Воздух, содержащийся в масле в виде пузырьков, снижает ско рость передачи гидравлических импульсов, вызывает пульсацию д авления в проточных линиях, уменьшает запас устойчивости системы регулирования.

Система регулирования и, главным образом, система смазки ухудшают масло: нагревают его, вспенивают, обводняют, напр имер, через неплотные маслоохладители, концевые уплотнения ту рбин.

130

Выделившаяся теплота, несмотря на ничтожно малое количес тво и кратковременность воздействия, существенно катализируе т окисление масла. За насосом сжатые пузырьки постепенно растворяютс я, а содержащиеся в воздухе примеси (пыль, водяной пар) переход ят в масло, загрязняя и обводняя его. Все это приводит к ухудшен ию качества масла, снижению надежности и экономичности элем ентов масляной системы и всего паротурбинного агрегата.

Кроме того, при большом содержании воздуха в масле может происходить образование воздушных мешков во всасывающи х полостях резервных маслонасосов, а это при пуске насосов может вызвать срыв их работы.

Поэтому во всех элементах системы смазки следует предупр еждать возможность насыщения масла воздухом, а в масляном баке - создавать благоприятные условия для его выделения. Иссле дования показали, что время всплывания пузырька воздуха тем меньш е (а значит, выделение воздуха тем интенсивнее), чем крупнее пу зырьки и чем меньше вязкость масла. Слив масла как из подшипников в корпуса, так и в маслобак должен быть плавным, спокойным. В бак сливают нагретое масло, чтобы его вязкость была меньше.

Масляный бак емкостью 127 м3 установлен на отметке 0,0 м. Во время работы турбоагрегата уровень в баке уменьшается на велич ину емкостей аварийных бачков и демпферных баков, маслопрово дов, маслоохладителей.

Главный маслобак разделен промежуточными фильтрующими перегородками на три отсека: грязный, промежуточный и чистый. Наиболее насыщенное воздухом и водой масло от подшипнико в поступает в грязный отсек. Затем через фильтры грубой очи стки масло проходит в промежуточный отсек. Чистый отсек отделе н от промежуточного сетчатыми фильтрами тонкой очистки. Нали чие в системах маслоснабжения частиц загрязнений размером св ыше 100 мкм не допускаются.

Во время эксплуатации необходимо контролировать разниц у уровней в чистом и грязном отсеках главного маслобака. Пр и увеличении перепада более 200 мм производится чистка сеток .

В промежуточный отсек обязательно под уровень сливается относительно чистое масло из системы регулирования. Это п озволяет избежать насыщения чистого масла воздухом.

Дно масляного бака имеет уклон для возможности периодиче ского слива шлама, отстоя, воды и грязи.

Патрубки забора масла насосами смазки и регулирования размещают как можно ниже для того, чтобы брать деаэрирова нное масло. При этом, конечно, учитывается, что придонный слой ма сла содержит механические примеси, воду и шлам.

Верхняя часть масляного бака вентилируется с помощью эксгаустеров - вытяжных вентиляторов. Это способствует вы делению воздуха из масла. Такая вентиляция необходима еще и потом у, что масло, поступающее на уплотнения генератора с водородным охлаждением и препятствующее утечке водорода из него, зан осит водород в масляный бак. Образование гремучего газа - смеси , выделяющихся из масла в баке воздуха и водорода, - грозит взрывом. Поэтому необходима постоянная вентиляция бака.

Маслоочистительная сепараторная машина СМ2-4

Маслоочистительная сепараторная машина СМ2-4 предназначе на для очистки от воды и механических примесей минеральных смазочных и изоляционных масел, а также жидкого дизельног о топлива. Сепарация агрессивных жидкостей на этой машине н е допускается.