Главная \ Проекты \ Ростовская АЭС

Новости

Ростовская АЭС

PDFСкачать PDF


Введение

Одним из ресурсов, используемых в процессе генерации и распределения, является масло. Очевидно, что масло не является непосредственным средством производства, однако оно выполняет функции, без осуществления которых работа основного оборудования, такого как трансформаторы и турбоагрегаты, не представлялась бы возможной. Само масло выполняет различные функции: смазочную, теплоотводную, изоляционную. Квалифицирование масла как ресурса обусловлено необходимостью периодического его обновления в силу объективного процесса загрязнения. Действительно в процессе эксплуатации маслу свойственно наполняться загрязнителями различного размера и состава. Обусловлено это естественным износом подвижных частей оборудования В конце концов, само масло имеет тенденцию к старению, это в том числе означает, что добавки и присадки, содержащиеся в масле, выполнив свои функции, выпадают в виде шлама.

Как результат, мы видим разнообразные группы загрязнителей: металлические фрагменты, продукты старения масла в виде растворенного шлама, вода, продукты коррозии, силикаты, бумажные волокна изоляции обмоток, продукты окисления, газы, кислоты и т.п. Представляется очевидным, что упомянутые выше загрязнители негативно влияют на условия работы основного оборудования, в силу неполноценности выполнения маслом его функций и не просто снижают эффективность процесса генерации, но и приводят к отказам. Было также установлено, что количество частиц размером менее 5 мкм может стать недопустимо большим и привести к непоправимым последствиям. Например, европейский норматив СETOP RP 92 H устанавливает регламентацию содержания частиц размером:

Очевидно, что при таких маленьких зазорах содержание частиц размером 5 мкм недопустимо. В противном случае появляется риск аварийного останова турбины из-за отказа системы регулирования.

Кроме того, существует определенный уровень насыщения масла загрязнителями, по достижении которого, липкие полярные продукты окисления начинают оседать на внутренних поверхностях оборудования, образуя лаковый слой, на который потом налипают остальные загрязнители, что приводит к еще более быстрому старению масла и возникновению проблем, описанных выше. Поскольку очистка масел от частиц размером 5 мкм и выше не обеспечивает должного уровня чистоты, невозможно таким способом очистки довести масло до состояния ниже уровня насыщения загрязнителями. Соответственно, налицо еще одна проблема - без останова оборудования, невозможно очистить внутренние поверхности маслобаков, а маслопровод вообще не поддается очистке.

Рис. 1. Пример образования лакового слоя на внутренних поверхностях оборудования. Фотография подвижных частей турбины

К сожалению, в данный момент проблема загрязнителей размером менее 5 мкм не получила должного освещения и, как следствие, практически не осознается отечественными предприятиями. Опыт нашей работы с главными инженерами станций показал, что лишь немногие отдают себе отчет о существовании такой проблемы, а многие и после объяснения не признают опасность использования неочищенного масла, не говоря уже о размерах загрязнителей. Между тем, качественная сверхглубокая очистка масла (до размеров загрязнителей менее 5 мкм) позволит избежать активного потребления данного продукта и даст станциям, как и всем предприятиям, имеющим маслохозяйство, возможность высвобождать средства на модернизацию путем экономии на затратах по покупке данного продукта и продления срока службы основного оборудования при сохранении объемов амортизационных отчислений.

Мелкие частицы, имеющие размер менее 5 мкм и ниже, вплоть до субмикронных, в большинстве своем являются поляризованными продуктами окисления. В силу своей заряженности, эти частицы имеют свойство притягиваться к стенкам внутренней поверхности оборудования, налипать на них и со временем образовывать изолирующий слой, который мешает отводу тепла из масла, что лишь катализирует процесс образования продуктов окисления, так как с повышением температуры норма окисления растет по экспоненте.

Более того, так как этот слой является липким (так называемый «лаковый» слой), на него налипают и другие, более крупные загрязнители, что в случае с подшипником турбины приводит к его повышенному износу, так как зазоры забиваются этими загрязнителями. И наконец, этот лаковый слой приводит к залипанию клапанов в системе регулирования турбины, что неизбежно вызывает останов оборудования

Рис. 2. Клапан системы регулирования со следами лакового слоя
Рис. 3. Фотография изношенного подшипника с отчетливо заметным лаковым слоем

Исходя из вышеизложенного, становится понятно, что игнорировать такую проблему нельзя и необходимо искать пути ее решения. Одним из таких путей может стать внедрение схемы электростатической очистки с использованием комплекса сверхглубокой очистки диэлектрических жидкостей ФОДЖ КФ2-01.


1. Устройство и принцип работы комплекса ФОДЖ КФ2-01

1.1. Устройство комплекса ФОДЖ КФ2-01

Комплекс ФОДЖ поставленный на Ростовскую АЭС предназначен для эксплуатации на энергообъектах атомной промышленности и имеет улучшенные характеристики по надежности и эффективности работы. Работу комплекса ФОДЖ КФ2-01 условно можно разделить на 3 стадии:

1. Предварительная очистка турбинного масла с использованием фильтров грубой очистки (ФГО). Для нужд атомных электростанций нами были предложены фильтры грубой очистки с армированным корпусом. Предлагаемые фильтры мембранного типа удаляют загрязнители размерного ряда от 10 мкм и выше. Армированная конструкция (Рис.4) исключает деформацию фильтроэлемента и гарантированно не пропускает загрязнители в очищаемую маслосистему.

Рис. 4. фильтр грубой очистки

Предыдущая комплектация фильтрами грубой очистки комплекса ФОДЖ (Рис.5) не позволяла гарантированно сохранять форму фильтроэлемента и как следствие значительная часть загрязнителей вновь попадала в маслосистему.

Рис. 5. Фильтр грубой очистки предыдущей модификации

За счет этого значительно увеличивался процесс удаления загрязнителей вышеуказанного размерного ряда. Кроме этого расход фильтроэлементов был значительно выше.

2. Осушка очищаемого турбинного масла осуществляется в осушителе ПАО (Рис.6). Осушитель ПАО предназначен для удаления свободной и растворенной влаги из продукта путем перколяции внутри камеры агрегата с выводом влаги через фильтр каплеотделитель, который обеспечивает разделение масляно-воздушной эмульсии и выход влаги вместе с газами в атмосферу.

Рис. 6. Осушитель ПАО

3. Сверхглубокая очистка турбинного масла в фильтрах тонкой очистки (ФТО). Принцип работы ФТО основан на применении пакетов фокусирующих электродов для осуществления электростатической очистки и заключается в пропускании масла через электрическое поле сложной конфигурации, при котором полярные частицы осаждаются на электроды электростатических фильтров. Сверхглубокая очистка масла осуществляется в электростатических фильтрах (Рис.7).

Рис. 7. Изображение ФТО в сборе

Электростатические фильтры представляют из себя блоки питания, расположенные в верхней части электрофильтра и комплекта фокусирующих электродов, состоящих из пластин изготовленных с использованием специальной технологии ООО «Микронинтер Сибирь» г. Кемерово и оригинальных недеформируемых изоляторов, образующих ячейки-накопители загрязнений (Рис.8).

Рис. 8. «Ячейки-накопители» в ФТО (фильтр тонкой очистки)

Пульт управления (Рис.9) процессом сверхглубокой очистки соответствует всем требованиям, предъявляемым к оборудованию, эксплуатирующемуся в атомной отрасли и имеет повышенные функциональные характеристики. Разработанное нами программное обеспечение позволяет добавлять функциональные возможности предъявляемые заказчиками комплексов (вывод сигналов на ЦПУ и пр.), а сенсорный экран облегчает управление процессом сверхглубокой очистки и имеет запоминающие устройства контролирующими работу комплекса. Кроме этого на сенсорном экране отражается информация о работе комплекса в режиме реального времени.

Рис. 9. Панель управления

1.2. Принцип работы комплекса ФОДЖ КФ2-01

Процесс сверхглубокой очистки заключается в том, что заряженные мелкие частицы (вплоть до субмикронных) удаляются из потока масла, чего невозможно добиться с помощью фильтрации. Так как масло очищается до уровня частиц размерами 0,1 мкм, это позволяет достигнуть уровня чистоты, который далек от уровня насыщенности. Соответственно, масло, уже очищенное, будет впитывать в себя отложения с внутренних поверхностей оборудования (за счет процесса диффузии), что позволит очищать и их, поэтому процесс очистки должен быть циклическим. Если подходить к процессу очистки ответственно, то нельзя не признавать несостоятельность методов очистки, обеспечивающих класс очистки от загрязнителей размером более 5 мкм. (Рис.10)

Масло, очищенное до 0,8 мкм Масло, очищенное до 5 мкм
Рис. 10. Сравнительный анализ чистоты масла, проведенный на мембране с размером пор 0,4 мкм

Конечно, такая очистка не лишена смысла, но она не решает проблемы, возникающие в оборудовании из-за грязного масла, она их лишь отсрочивает, так как подобным образом не удастся очистить полностью внутренние полости маслосистемы.

Важно отметить, что предлагаемая сверхглубокая очистка масла не чувствительна к размерам загрязнений и удаляет загрязнения любого размерного ряда. (Рис. 11)

Рис. 11. Фотография элементов электростатических фильтров работающих в комплексе ФОДЖ на Ростовской АЭС

Все растворимые присадки сохраняются в масле, так как электростатические силы действуют только на заряженные поверхности раздела фаз. По уровню чистоты очищаемое масло значительно превосходит новое масло. Это позволяет исключить окислительные процессы происходящие в масле и увеличить ресурс его работы в 5-7 раз.

Повышение ресурса технических систем турбин происходит путем обработки жидких смазывающих сред электростатическими полями сложной конфигурации. Установлено, что в процессе такой обработки происходит разрушение мицелярных структур поверхностно - активных веществ (ПАВ) на мономеры, что увеличивает их концентрацию в объеме смазочных сред и за счет этого интенсифицируется процесс формирования адсорбированной пленки ПАВ. Такие физические процессы при воздействии электростатических полей сложной конфигурации на смазочные среды приводят к изменению их структуры, и тем самым, трибосистема в большей мере сохраняет режим самоорганизации и, следовательно, её ресурс увеличивается.

Продукты износа и иных загрязнителей с размерным рядом от 0,1мкм и ниже являются стимуляторами и переносчиками структурированных молекулярных образований в жидких смазочных средах. Данные показывают, что за счет интенсификации адсорбционного процесса формируется смазочная пленка, многократно превышающая шероховатости и неровности поверхности трения, что позволяет паре трения перейти из режима граничной смазки в "полужидкостный" вариант, позволяющий создавать на граничном уровне локальную концентрацию параллельно ориентированных молекул ПАВ. Благодаря этому смазочный слой становится более "упакованным", полимолекулярного характера, а его толщина увеличивается. (Рис 12)

Рис. 12. Взаимодействие поверхностей трения при граничной смазке:
а) без обработки масла электростатическим полем
б) после обработки масла электростатическим полем
1- сталь; 2- бронза; 3- сервовитная пленка из структурированных комплексов (загрязнители и продукты износа покрытые полимолекулярным слоем ПАВ)

Принципиальная гидравлическая схема комплекса фильтров типа ФОДЖ КФ2-01 представлена (Рис.13).

Масло подается для очистки через входной вентиль поз.1(рис.2). Насос (3) через электромеханическую задвижку с возвратным механизмом (2) подает масло в ФГО (5), который предназначен для отделения грубых частиц загрязнений и частично свободной воды. Из ФГО масло подается на осушку в осушитель ПАО через распределительную задвижку (9). В осушителе ПАО масло через регулировочный дроссель подачи масла на распылитель (11) подается к распределителю распылителя (12), где происходит процесс удаления воды из масла.

Автомат поддержания уровня и гидрозатвор обеспечивают разделение масляно-воздушной эмульсии и выход влаги вместе с воздухом в атмосферу. Воздух, необходимый для реализации процесса, подается в систему с помощью центробежного компрессора , установленного на бак турбосушки (15).

Из гидрозатвора осушенное масло откачивается с помощью насоса (17) и подается для дегазации на газосепаратор (18). В газосепараторе происходит окончательное отделение микрочастиц воздуха.

Далее масло через распределительную задвижку (22) подается в электрические фильтры тонкой очистки ФО 30/60 ДЖ ФТО (28,29) предназначенные для удаления микрочастиц загрязнения из масла. Расход масла из ФТО регулируют дросселя (30,31). После очистки масло подается назад в маслосистему потребителя через предохранительный клапан на выходе (32) и вентиль(33).

При работе на сухом масле с помощью АСК КФ2-01 «ФОДЖ» коммутируется таким образом что масло из ФГО (5) подается непосредственно в ФТО (28,29) через распределительные задвижки (9 и 22) и возвращается потребителю.

Рис. 13. Принципиальная гидравлическая схема фильтра «ФОДЖ» КФ2-01

2. Результаты выполненных работ

Сокращённый анализ показателей качества турбинного масла Тп-22С при проведении работ по очистке турбинного масла комплексом фильтров очистки диэлектрических жидкостей ФОДЖ КФ2-01 представлен в протоколах.


Вывод

В процессе работы комплекс ФОДЖ КФ2-01 улучшил класс промышленной чистоты масла с 11 (протокол №194 от 15.12.2014) до 5 по ГОСТ 17216-01 (протокол №108 от 05.05.2015). При этом из масла были удалены различные загрязнители и загрязнители с внутренних поверхностей маслонаполненного оборудования см. (Рис.11) вплоть до субмикронных. Важно отметить динамику очистки маслосистемы с 11класса (протокол №194 от 15.12.2014) по 5 класс (протокол №108 от 05.05.2015), отбор проб масло на входе в комплекс ФОДЖ КФ2-01. Четвертый класс промышленной чистоты (ГОСТ 17216-01) полученный на выходе из комплекса ФОДЖ (протокол №109 от 05.05.2015) показывает, что масло, поступающее в маслобак турбины лучше, чем идущее из маслобака по системе маслопроводов в комплекс ФОДЖ. Очистку масла и внутренних поверхностей маслонаполненного оборудования следует продолжать до получения одинаковых показателей класса промышленной чистоты на входе и выходе из комплекса ФОДЖ.