Особенности и отличия компоновки здания турбины аэс2006 с турбинами ОАО силовые машины и ООО альстом атомэнергомаш на примере бтаэс
 Скачать 0.58 Mb.
|
|
ОСОБЕННОСТИ И ОТЛИЧИЯ КОМПОНОВКИ ЗДАНИЯ ТУРБИНЫ АЭС-2006 С ТУРБИНАМИ ОАО «СИЛОВЫЕ МАШИНЫ» И ООО «АЛЬСТОМ АТОМЭНЕРГОМАШ» НА ПРИМЕРЕ БтАЭС Л.В. Носанкова., А.В.Бурчева ОАО «Санкт-Петербургский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт «Атомэнергопроект», г. Санкт-Петербург Балтийская АЭС – атомная электростанция серии «АЭС-2006». Референтной станцией для БтАЭС является Ленинградской АЭС-2. Место размещения – северо-восток Калининградской области, на территории Неманского муниципального района. Электрическая мощность каждого энергоблока Балтийской АЭС с водо-водяным энергетическим реактором (ВВЭР) определена в 1194 МВт, теплофикационная — 250 Гкал/ч. Расчетный срок службы Балтийской АЭС — 50 лет, основного оборудования — 60 лет. В техническом проекте БтАЭС в здании турбины к установке принята турбина К-1200-6,8/50 паровая, конденсационная, одновальная с промежуточной сепарацией и двухступенчатым перегревом пара, с рабочей частотой вращения 3000 об/мин, производства филиала ОАО «Силовые Машины» «ЛМЗ». Турбина предназначена для непосредственного привода генератора переменного тока типа Т3В-1200-2АУХЛ3, с водо-водяным охлаждением, производства филиала ОАО «Силовые Машины» «Электросила». Продольный и поперечный разрезы турбины К-1200-6,8/50 представлены на рис.1. Конструктивная схема турбины - 2ЦНД+ЦВД+2ЦНД. Конструктивная схема "бабочка" имеет ряд преимуществ по обвязке турбины трубопроводами и позволяет: • выполнить симметричную обвязку всех цилиндров турбины паропроводами, что обеспечивает равномерное нагружение опор, снижение усилий, приходящихся на патрубки турбины, упрощает компенсацию тепловых расширений паропроводов; • выполнить симметричную обвязку трубопроводами сепараторов-пароперегревателей, обеспечивающую надежную эксплуатацию этих аппаратов. Рис. 1 Продольный и поперечный разрезы турбины К-1200-6,8/50 Система регенерации выполнена по схеме: 4ПНД1 + ПНД2 + ПНД3 + ПНД4 + Д + 2ПВД5+ 2ПВД6. Тепловая схема, представленная на рис.2, имеет все характерные особенности тепловых схем турбоустановок ЛМЗ для АЭС с ВВЭР большой мощности: развитую систему регенерации (число ступеней регенерации — 7); наличие одного поверхностного подогревателя низкого давления (ПНД) смешивающего типа; применение закачки конденсата греющего пара пароперегревателя СПП в тракт питательной воды перед парогенератором. Закачка основного конденсата из конденсатора в деаэратор осуществляется конденсатными насосами в два подъема. Подача питательной воды из деаэратора через ПВД в парогенератор осуществляется питательными насосами с электроприводами (4 рабочих + 1 резервный). Закачка конденсата греющего пара второй ступени пароперегревателя СПП осуществляется в основную линию питательной воды высокотемпературным насосом с гидроприводом, слив конденсата греющего пара первой ступени пароперегревателя СПП — в ПВД-5. Подогреватели НД-1, 3 и 4—поверхностного типа, ПНД-2—смешивающего типа. ПНД-1 выполнен в 4 корпусах, включенных параллельно друг другу, ПНД-2, 3 и 4—в одну, а ПВД-5 и 6 в две группы. Все подогреватели НД выполнены без охладителя дренажа, подогреватели ВД — с охладителем. Конденсат греющего пара ПНД-3 сливается в ПНД-2, далее вместе с основным конденсатом откачивается конденсатными насосами второй ступени в тракт основного конденсата. Дренаж ПВД-6 сливается самотеком в ПВД-5 и далее в деаэратор. Конденсат греющего пара ПНД-4 смешивается с сепаратором СПП, и смесь закачивается сливными насосами в линию основного конденсата перед деаэратором. Рис. 2 Принципиальная тепловая схема турбины К-1200-6,8/50 На данный момент принято решение о замене турбоустановки БтАЭС турбоустановкой на базе турбины «Arabelle» российско-французского совместного предприятия ООО «Альстом Атомэнергомаш». Балтийская АЭС — один из крупнейших инвестиционных проектов в России и использование референтной технологии ARABELLE является важным условием привлечения иностранных инвесторов в проект. В рамках подписанных договоренностей на Балтийскую атомную станцию будут поставлены турбоустановка «Арабель» в комплекте с сепараторами, конденсаторами, генератором, а также прочее вспомогательное оборудование машинного зала. Установка в здании турбины БтАЭС турбоустановки «Arabelle» ООО «Альстом Атомэнергомаш» вызовет немалые трудности и потребует существенного изменения проекта. Также с точки зрения проектирования поставлена трудная задача. При обычной схеме проектирования строительные конструкции здания рассчитывают в зависимости от габаритов турбины. В условиях БтАЭС, когда часть строительных работ уже выполнена, турбоустановка «Arabelle» с учетом условий обслуживания и ремонта оборудования должна будет быть вписана в заданные габариты здания. В таблице 1 представлены необходимые габариты здания для турбины К-1200-6,8/50 ОАО «Силовые машины» и «Арабель» Альстом. Таблица 1 «Требования к габаритам здания турбины» К-1200-6,8/50 ОАО «Силовые машины» «Арабель» Альстом Ширина здания 51 м 60 м Длина здания 121 м 102 м Отметка пола подвала здания, минус 6,000 Минус 5,000 Отметка нижнего пояса ферм кровли здания +37,000 +41,500 Турбина «Арабель» ООО «Альстом Атомэнергомаш» паровая, одновальная с промежуточной сепарацией и двухступенчатым перегревом пара, с частотой вращения 1500 об/мин с длиной последней лопатки ЦНД 1430мм. С конца 1990-х годов во Франции уже находятся в коммерческой эксплуатации четыре энергоблока АЭС единичной мощностью 1550 МВт (АЭС Chooz 1,2 и Civaux 1,2), оснащенные тихоходными турбоустановками типа «Арабель», которые полностью подтвердили все заложенные в них расчетные характеристики в части экономичности, надежности, ремонтопригодности и эксплуатационных расходов. Турбина состоит из одного комбинированного модуля ВСД, содержащего проточные части высокого и среднего давления, установленные в противоположных потоках в одном корпусе, и 2-х двухпоточных модулей ЦНД. Структурная схема – ЦВСД + 2ЦНД. Совмещенный, унифицированный независимо от уровня единичной мощности в диапазоне 1000–1800 МВт ЦВСД позволяет реализовать наиболее эффективную однопоточную схему расширения пара. Примерно 55% всего располагаемого теплоперепада турбины срабатывается в однопоточной конструкции при максимальном КПД. Один компактный модуль ВСД может вырабатывать до 1000 МВт. В турбоустановке «Арабель» применен четырехполюсный турбогенератор с водородно-водяным охлаждением и бесщеточной системой возбуждения, имеющий КПД 99,0%. Для предотвращения утечек водорода из корпуса генератора по валу ротора применена система маслоснабжения уплотнения вала. Принципиальная тепловая схема турбоустановки «Арабель» представлена на рисунке 3. Система регенерации выполнена по схеме: 2ПНД1 + 2ПНД2 + ПНД3 + ПНД4 + Д + 2ПВД5+ 2ПВД6. Тепловая схема имеет характерную особенность: горизонтальные подогреватели НД-1 и НД-2 объединены в один корпус, образуя дуплексный подогреватель. Рис.3 Принципиальная тепловая схема турбоустановки «Арабель» Дуплексные ПНД-1, 2, ПНД-3 и ПНД-4-это горизонтальные подогреватели поверхностного типа. Дуплексные подогреватели НД-1, 2 выполнены в 2 корпусах, включенных параллельно друг другу и установленных на горловине конденсатора, ПНД-3 и ПНД-4—в одну группу, а ПВД-5 и 6 в две. Все поверхностные подогреватели низкого давления выполнены без охладителей дренажа, кроме ПНД-4, ПВД — с охладителями дренажа. Применена одноступенчатая подача конденсата. Подача питательной воды из деаэратора через ПВД в парогенератор осуществляется насосами агрегатами (3 рабочих + 1 резервный). Каждый насосный агрегат состоит из главного питательного насоса и бустерного насоса, создающего подпор питательной воды перед главным насосом. Слив конденсата греющего пара I и II ступени СПП осуществляется в ПВД. При нормальном режиме эксплуатации дренаж ПВД-7 сливается самотеком в ПВД-6, далее в деаэратор. В аварийном режиме – из ПВД-7 и из ПВД-6 в конденсатор. Конденсат греющего пара ПНД-3 и ПНД-4 сливается в бак возврата дренажей, откуда насосом возврата дренажей закачивается в тракт основного конденсата после ЦНД-3. Из ПНД-1 и ПНД-2 слив конденсата осуществляется напрямую в конденсатор. Каждая ветка слива сепарата СПП имеет отдельный сепаратосборник и сливной насос. Закачка сепарата осуществляется напрямую в деаэратор. Турбоустановки ОАО «Силовые Машины» и ООО «Альстом Атомэнергомаш» обеспечивают сверх отборов пара для подогрева основного конденсата и питательной воды отпуск пара на сетевые подогреватели. Основные отличительные особенности турбоустановок сведены в таблицу 2. Таблица 2 Основные отличительные особенности турбоустановок ОАО «Силовые Машины» и ООО «Альстом Атомэнергомаш» Особенности конструкции и отличия компоновки К-1200-6,8/50 ОАО «Силовые Машины» «Arabelle» ООО «Альстом Атомэнергомаш» Конструктивная схема турбины 2ЦНД+ЦВД+2ЦНД ЦВСД+2ЦНД Генератор С водо-водяным охлаждением статора и ротора С водородно-водяным охлаждением статора и ротора СПП Вертикальные; количество – 4; на отм. -6.000; Горизонтальные; количество – 2; на отм. +16.600 Система регенерации 4ПНД1 + ПНД2 + ПНД3 + ПНД4 + Д + 2ПВД5+ 2ПВД6 2ПНД1 + 2ПНД2+ ПНД3 + ПНД4 + Д + 2ПВД5+ 2ПВД6 ПНД1 Горизонтальный Дуплексный (ПНД-1, ПНД-2 в одном корпусе) ПНД2 Смешивающий ПНД3 Вертикальные Горизонтальные ПНД4 ПВД Вертикальные; Расположены на одной отметке Горизонтальные; ПВД-7 расположен над ПВД-6 ПЭН Без бустерного насоса 4 рабочих, 1 резервный; С бустерным насосом; 3 рабочих, 1 резервный Насосы основного конденсата 2-х ступенчатая подача конденсата Одноступенчатая подача Для сравнения расположения оборудования на рис.4 представлено поперечное сечение здания турбины с турбоустановкой К-1200-6,8/50 и «Arabelle». Рис.4 Поперечное сечение здания турбины между 8-9 осью: а- с турбиной К-1200-6,8/50; б- с турбиной «Арабель» а) б) Вспомогательное оборудование (СПП, ПНД, ПВД) турбоустановки К-1200-6,8/50 вертикальное, большое по высоты, поэтому все вместе оно может быть показано на нескольких отметках здания. На рис.5 представлен план здания турбины с турбоустановкой К-1200-6,8/50 на отметке +0.00 здания турбины. Рис.5 План на отметке +0.00 здания турбины с турбоустановкой К-1200-6,8/50 Для наглядного представления особенности расположения оборудования турбоустановки «Арабель» подходит продольное сечение здания (рис.6), на котором видно, что оборудование установлено на разных отметках. Рис.6 Продольное сечение здания турбины «Арабель» С ВВЭР используются турбины, работающие на насыщенном паре. Основные конструктивные особенности турбин, работающих на влажном паре, связаны с существенно нарастающей по ступеням влажности пара. Если для турбин на перегретом паре это относится только к последним ступеням, то на насыщенном паре влажность перед СК ВД уже 0,5%. Допустимая влажность после отдельных цилиндров турбины зависит от величины окружной скорости, т.е. от высоты лопатки рабочего колеса и скорости вращения турбины. Для лопатки длиной 1500мм при частоте вращения 1500об/мин допустимая влажность 14%, то для того же колеса быстроходной турбины – 8%. Уменьшение высоты лопатки при 3000 об/мин до 780мм увеличивает допустимую влажность до 14%. В зависимости от этих обстоятельств и решается конструктивная схема турбины. С точки зрения экономичности целесообразно после каждого цилиндра выбрать максимально допустимую влажность. Для турбин на насыщенном паре характерен небольшой теплоперепад, поэтому величина выходных потерь оказывает значительное влияние на экономичность турбины. Малый теплоперепад приводит к большим расходам пара, увеличивающим выходные потери. Уменьшению величины выходных потерь при том же расходе пара способствует увеличение площади выхлопа за счет длины лопаток последней ступени. Предельная высота лопаток связана с частотой вращения, поэтому более экономичные турбины насыщенного пара при очень глубоком вакууме могут быть созданы только как тихоходные, т.е. с частотой вращения 1500 об/мин. По заявлению ОАО «Силовые Машины» «ЛМЗ» преимуществом быстроходной турбины является сокращение капитальных затрат на сооружение машинного зала и монтаж, а также эксплуатационных затрат на ремонты и обслуживание турбоагрегата, ввиду существенно меньших габаритов и масс статорных и роторных деталей турбины и генератора. Масса тихоходной турбины ПОАТ «Харьковского турбинного завода» примерно в 1,5 раза превышает массу быстроходной турбины «ЛМЗ», а масса основных съемных частей соответственно – в 2-2,5 раза. Габаритные характеристики быстроходной турбины «ЛМЗ» обеспечивают сокращение высоты и ширины пролета здания турбины, высоты подкрановых путей, снижение нагрузок на колонны, фундаменты турбоагрегата, строительные конструкции и перекрытия, сокращение грузоподъемности кранового хозяйства, сокращение площади здания турбины. Суммарное снижение капитальных затрат на сооружение здания турбины, как показывает практика проектирования АЭС, для быстроходной турбины 1000 МВт, составляет порядка 30% по отношению к тихоходной. При этом, характеристики экономичности и надежности быстроходной турбины в целом не ниже, чем аналогичные показатели тихоходной установки. Однако все это справедливо только при сравнении турбин ЛМЗ с турбинами ОАО «Турбоатом» (ХТЗ). Если проводить аналогичное сравнение турбины ЛМЗ с Альстом, то более экономичными получаются тихоходные турбоустановки при том, что капитальные затраты на строительство не увеличиваются по сравнению с быстроходными. Весовые характеристики основного оборудования турбины К-1200-6,8/50 и «Arabelle» представлены в таблице 3. С учетом опубликованных в открытых источниках данных ЛМЗ был выполнен предварительный анализ по сопоставлению термодинамических эффективностей паротурбинных циклов проекта «АЭС – 2006» на базе технических платформ ОАО «Силовые машины» и «Арабель» ООО «Альстом Атомэнергомаш». Работа опиралась на информационные ресурсы коммерческих предложений ООО «Альстом Атомэнергомаш» и ОАО «Силовые машины». Таблица 3 Вес основного оборудования турбины К-1200-6,8/50 и «Arabelle» Оборудование К-1200-6,8/50 «Arabelle» Альстом Вес 1 ед., т Кол. Вес 1 ед., т Кол. Турбина 2540 1 1655 1 Генератор 600.0 1 819.0 1 Конденсатор 1910.0 1 1420.0 1 СПП 208.0 4 285.0 2 ПНД1 21.6 4 60.0 2 ПНД2 40.0 1 ПВД 104.0 2 58.0 2 Деаэратор 213.5 1 240.0 1 С учетом постулированных оценок по эффективности оборудования, при идентичности параметров рабочих тел и схемных решений в конденсаторе прогнозируется интегральное 7. 8% преимущество французского проекта в величине коэффициента полезного действия паротурбинной установки и АЭС в целом за счет повышения эффективности преобразования теплоты в работу в секциях турбины и снижения затрат на собственные нужды в машинном зале. Массогабаритные характеристики, показатели надежности и ремонтопригодности практически идентичны. Но реализация преимуществ технической турбоустановки «Арабель» возможна только при полном наследовании всех конструктивных и компоновочных решений фирмы «Alstom» как в самой турбине, так и в регенеративном цикле. Критическая верификация заявленных технических возможностей платформы «Арабель» требует дополнительной информации для проведения самостоятельных расчетов: • режим гарантийных испытаний на номинальном уровне мощности с указанием параметров и расходов рабочего тела в характерных точках тепловой схемы. В результате предварительного анализа параметров отборов такой схемы определяются реальные внутренние коэффициенты полезного действия каждой из ступеней турбины «Арабель» и проверяется постулированное 5 % превосходство в эффективности в сравнении с отечественным аналогом. Последующий расчет с помощью специализированной лицензионной программы фирмы «EVONIK» EbsilonProfessional 7.0 позволяет определить электрическую мощность на клеммах генератора, а также достоверность информации о заявленных расходах и параметрах отборов для обеспечения регенеративного цикла; • данные о количестве и характеристиках побудителей циркуляции рабочего тела для режима номинального уровня мощности. Анализ электроэнергетического баланса наравне с информацией об отборах на систему регенерации и перегрев рабочего тела позволят косвенно проверить вычлененное в результате экспресс – анализа предположение о 2.8% превосходстве платформы ARABELLE TM в сравнении с отечественным аналогом в коэффициенте полезного действия АЭС за счет снижения расходов на собственные нужды в машинном зале и снижения гидравлических потерь в циркуляционном тракте рабочего тела. Опуская 5% превосходство в эффективности секций турбины «Арабель» по сравнению с К-1200- 6,8/50, рассмотрим, что такое 2,8% снижения расходов на собственные нужды в отпускаемой электроэнергии – это порядка 30МВт, в сутки – 720МВт, а за год работы АЭС – 243000МВт. Согласно данным “СПбАЭП” стоимость отпускаемой электроэнергии на вновь сооружаемых АЭС на 2017 год оценивается на уровне 2,17 руб./кВт час. Значит 2,8% преимущество «Арабель» в год можно оценить на уровне 527млн. руб., 13 млн. евро. Длина последней лопатки турбины «Арабель» 1430 мм, с учетом сказанного выше по зависимости между длиной лопатки и окружной скоростью, тихоходная турбина имеет больше возможностей по увеличению экономичности и мощности. А возможности быстроходной турбины пока ограничены лопаткой 1200 мм, которая была также использована для турбины ЛМЗ в проекте ВВЭР-1500. Созданные необходимые запасы прочности элементов проточной части ЦНД позволяют увеличение мощности с сохранением конструкции ЦНД и использование его в турбоустановках АЭС мощностью от 1000 МВт (с 3 или 4 ЦНД) до 1500 МВт (с числом ЦНД 4). При выполнении технического проекта турбины 1500 МВт будут предусмотрены мероприятия по дальнейшему повышению прочностных характеристик отдельных элементов проточной части ЦНД и в частности рабочих лопаток последней ступени длиной 1200 мм путем применения новых сплавов, упрочняющих покрытий и т.д. ОАО «Силовые машины» отмечает, что создание нового типоразмера ЦНД с лопаткой 1500 мм на 3000 об/мин – это проблема не только турбиностроительного завода. Создание поковок роторов, заготовок из титанового сплава для рабочих лопаток и т.п. требуют проведения большого комплекса научно- исследовательских и опытно-промышленных работ, охватывающих наряду с энергомашиностроительной и другие отрасли экономики. Следует остановить внимание на том, что ОАО «Силовые машины» также завершили работу над техническим проектом нового тихоходного турбоагрегата номинальной мощностью 1200 МВт для АЭС со скоростью вращения ротора 1500 об/мин. Структурная схема – ЦВСД + 2ЦНД. Коэффициент полезного действия турбины превысит 37%. Разработка ЦНД на стадии рабочего проекта осуществлена в двух вариантах – с рабочей лопаткой длиной 1760 мм и 1500 мм. Тихоходные турбины ОАО «Силовые машины» «ЛМЗ» будут изготавливаться на новых производственных площадях завода в поселке Металлострой. Производство тихоходных турбин позволит расширить портфель заказов концерна, выйти на рынок тихоходных турбин большой мощности и составить в этом сегменте конкуренцию ведущим мировым энергомашиностроительным компаниям. Список используемой литературы 1 Маргулова Т.Х. Атомные электрические станции: Учебник для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.:Высш.школа, 1978. – 360 с. С ил. 2 Технический проект. Балтийская АЭС Энергоблоки №1 и №2. Сведения об инженерном оборудовании, о сетях инженерно – технического обеспечения, перечень инженерно - технических мероприятий, содержание технологических решений. Компоновочные решения здания турбины (UMA). ОАО «СПбАЭП» 3 Материалы официальных сайтов ОАО «Силовые Машины» и ООО «Альстом Атомэнергомаш» |