Preview

Надежность и безопасность энергетики

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 11, № 1 (2018)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.24223/1999-5555-2018-11-1

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ ЭНЕРГЕТИКИ

4-13 112
Аннотация

Статья посвящена актуальному вопросу определения необходимого полного резерва генераторной мощности для заданного уровня балансовой надежности (БН) при управлении развитием и функционированием Единой электроэнергетической системы Российской Федерации. Проблема резервирования энергетических мощностей — это, прежде всего, проблема обеспечения надежности систем энергетики, систем электроснабжения потребителей. Наличие резервов — это лишь один (хотя и основной) из способов обеспечения надежности (в том числе, надежное и качественное оборудование, регулярные и качественные ремонты, высокопрофессиональное обслуживание, материальное и финансовое снабжение и другие меры). В плане нормирования надежности электропотребления целесообразно нормировать БН, а не резервы генераторных мощностей. Это связано как с общепринятой практикой (в том числе и зарубежной), так и с тем, что норматив БН определяет и необходимый резерв генераторной мощности и его размещение в системе с учетом пропускных способностей межсистемных связей. В статье делается акцент на тесную взаимозависимость БН и полного резерва мощности. Очевидно, что чем выше БН, тем больше должен быть резерв. Исходя из требования, принимать тот или иной норматив БН, авторами предлагается оценивать и рассчитывать ее показатели, в том числе вероятности безотказной работы. Резерв, получаемый в результате расчетов и соответствующий нормативу БН, следует считать полным и необходимым (но не нормативным) для поддержания заданного уровня БН. В статье на примере ОЭС Сибири проанализированы и показаны результаты только трех расчетов. Многовариантные расчеты действительно показали, что анализ показателей адекватности позволяет получить не только необходимый резерв мощности, но и определить территории, где необходимо принять соответствующие меры для обеспечения надежности.

14-20 89
Аннотация

Эксплуатация оборудования на объектах топливно-энергетического комплекса сопряжена с повышенным уровнем потенциальной опасности возникновения аварийной ситуации. Это связано с тем, что в технологическом процессе используется значительный объем взрывопожароопасных веществ. При этом оборудование эксплуатируется при повышенных температурах и давлениях, а многие среды, используемые при контакте с материалом, обладают повышенной коррозионной активностью. При разрушении объектов на любой стадии развития аварийной ситуации наиболее весомый негативный вклад вносят три фактора — пожароопасность, взрывоопасность и токсическое заражение. Согласно действующим нормативно-техническим документам существует несколько подходов к определению этих опасностей. Однако, используя полученные результаты, сложно принимать решения и планировать мероприятия по снижению потенциальной опасности аварийного разрушения и предсказанию сроков достижения критического состояния объектов топливно-энергетического комплекса. В связи с этим ранее для оценки потенциальной опасности оборудования опасных производственных объектов было предложено использование интегрального параметра (ИП), который отражает все категории опасности, определяемые согласно существующим методикам расчета. Однако, расчет ИП в данных работах учитывает только физическую природу происхождения опасностей, но не дает возможности оценить текущее состояние и спрогнозировать период безопасной эксплуатации. Таким образом, особую актуальность приобретает совершенствование метода оценки опасности на основе комплексного анализа количественных характеристик аварий на нефтегазоперерабатывающих предприятиях, основой которого должен стать комплексный ИП потенциальной опасности, учитывающий не только взрывоопасность, пожароопасность, токсическое поражение, но и степень деградации материала каждого оборудования.

 

21-29 108
Аннотация

Рассматриваются вопросы надежности функционирования магистральных сетей 500 – 220 кВ ОЭС Юга и влияние присоединения новых нагрузок на их работу. В 1-й части статьи показано, что уже в настоящее время действующие магистральные сети имеют уровень надежности (вероятность бесперебойной работы) 0,980, что соответствует продолжительности аварийных состояний сетей 175 ч/год. С подключением новых потребителей загрузка магистральных сетей 500 – 330 кВ существенно возрастает, что резко снижает резерв их пропускной способности и понижает надежность их функционирования, особенно в периоды про- ведения планово-профилактических ремонтных работ в сетях 500 кВ. Передача электроэнергии и мощности из ОЭС Юга в дополнительную новую энергосистему по действующим магистральным сетям в пределах 800 – 850 МВт особенно в летний период (в период проведения ремонтных кампаний) существенно снижает надежность их работы до вероятности бесперебойного функционирования 0,965. Это увеличивает вероятную длительность аварийных состояний сети до 300 – 310 ч/год и может стать источником системных аварий, особенно в режимах с плановыми ремонтами основных ЛЭП 500 кВ, приводящими к понижению пропускной способности сети. Близкая к предельным значениям загрузка магистральных сетей 500 – 330 – 220 кВ в доаварийных нормальных режимах создает дополнительные негативные условия их функционирования, так как в этих случаях аварийные отключения даже малоответственных в режимном отношении линий электропередачи может стимулировать развитие системных аварий.

ИССЛЕДОВАНИЯ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ, РАСЧЕТЫ

30-35 64
Аннотация

Излагается приближенный метод расчета газо- и термодинамических параметров гомогенно конденсирующихся высокоскоростных потоков пара, в том числе в проточных частях паровых турбин и другом энергетическом оборудовании. Точный расчет спонтанной конденсации, базирующийся на общей теории многофазных течений и кинетической теории ядрообразования в паре, учитывает кинетику процесса и требует использования современных, достаточно сложных компьютерных программ. Разработанный приближенный метод, учитывающий все принципиальные физические особенности реального потока, позволяет определить параметры потока достаточно просто, используя результаты систематических точных расчетов. В соответствии с реальным потоком течение разделяется на три области: полного переохлаждения, фронта конденсации, термодинамического равновесия. Расчеты в области переохлаждения и термодинамического равновесия выполняются как для изоэнтропийно расширяющегося идеального газа с разными для каждой из областей значениями показателя адиабаты. Конец области переохлаждения определяется значением порогового переохлаждения, а начало области термодинамического равновесия — протяженностью собственно фронта. Критериями, определяющими эти параметры, выбраны градиент расширения проходной площади канала и давление на линии насыщения при изоэнтропном расширении потока. Местоположение и протяженность конденсационного фронта определяются по обобщенным диаграммам, построенным по результатам систематических расчетов, выполненных по программному комплексу «Влажный пар». Изменение параметров в самом конденсационном фронте определяется по известным газодинамическим соотношениям для теплового сопла. Приводится сравнение точного и приближенного расчета с опытом, показывающее удовлетворительную точность метода.

36-40 63
Аннотация

Статья посвящена расчетно-экспериментальному исследованию вибрационного состояния элементов торцевых зон статоров мощных турбогенераторов. В связи с особенностями конструкции и условиями работы при совместном воздействии температурных и нестационарных электромагнитных полей, конструктивные элементы торцевых зон статоров мощных турбогенераторов подвержены вибрации. Чрезмерные уровни вибрации в конструкции ведут к возникновению усталостных трещин в вибронагруженных элементах и выходу их из строя с последующим остановом генератора и, как следствие, целого энергоблока. В связи с этим создание надежно работающей электрической машины является важной и актуальной научно- технической задачей. Для решения подобных задач в настоящее время активно применяются различные расчетные и экспериментальные методики, которые зачастую используются независимо друг от друга. Особенностью настоящей работы является совместное использование современных расчетных и экспериментальных методов для решения задачи по обеспечению вибронадежности элементов торцевых зон статоров мощных турбогенераторов. Рассмотрены вопросы вибрационной диагностики статоров турбогенераторов методом ударных импульсов с целью повышения вибрационной надежности. Выполнено численное моделирование импульсного динамического воздействия на модель выводного конца мощного турбогенератора. Модель состоит из шинодержателя, жестко закрепленного по основанию элемента нажимной плиты, и выводного конца c композитной изоляцией. Физико- механические свойства изоляции приняты в соответствии с результатами расчетно-экспериментальных исследований. Результаты расчетных исследований позволили определить зависимости регистрируемых откликов от места и длительности удара, а также выбрать точку приложения импульса в зависимости от формы колебаний. Разработаны рекомендации по проведению вибрационной диагностики методом ударных импульсов на примере выводных шин статоров турбогенераторов, позволяющие увеличить уровень получаемых сигналов и повысить вероятность обнаружения всех форм колебаний в требуемом диапазоне частот.

41-47 66
Аннотация

Физико-химический анализ трансформаторных масел является надежным инструментом, позволяющим влиять на эффективность регенерационных работ: контролировать технологический цикл, определять точку завершения процедур при проведении ремонтных работ. Правильный выбор контрольных параметров с последующей разработкой методов их экспресс-анализа позволит перенести физико-химический контроль из стационарных лабораторий к месту непосредственного проведения ремонтных работ (в полевые условия), что позволит повысить качество и эффективность ремонтной деятельности. Минеральное трансформаторное масло является значимым элементом маслонаполненного оборудования, влияющим как на его надежность, так и на долговечность. Важнейшими эксплуатационными характеристиками трансформаторного масла являются химическая стабильность и химическая стойкость. Доказано, что кислотное число (КЧ) является ключевым показателем качества, позволяющим косвенно с высокой степенью достоверности оценивать изменение (ухудшение) вышеуказанных свойств масла и его ресурса. Поставлена задача разработки экспресс-анализа показателя КЧ. В ходе реализации пробного эксперимента предложено использование смешанного индикатора, продемонстрировано его эффективное применение при реализации разработанного экспресс-метода. На основе результатов исследований разработан алгоритм подготовки и проведения экспресс-измерения КЧ, изложены критерии оценки результатов его полуколичественного измерения экспресс-методом. В ходе экспериментальных измерений КЧ экспресс-методом проведена оценка компонентного состава окраски реакционных растворов в пробирках при реакции нейтрализации с помощью прикладного программного обеспечения «Цветоанализатор ColorAnalyzer» согласно модели RGB. На лепестковой диаграмме продемонстрирована зависимость изменения характера распределения цветовой гаммы в анализируемой модели RGB от количественного содержания кислот (измеренного значения КЧ).

48-53 57
Аннотация

Для решения задач повышения ресурсоэффективности и надежности различного оборудования, работающего с применением водооборотных систем на промышленных предприятиях и ТЭС, рассмотрен высокоэффективный пленочный аппарат очистки воды от растворенных коррозионно-активных газов. Аппарат состоит из пучка вертикальных труб, закрепленных в трубных решетках, и работает в режиме восходящего прямотока газа и жидкости по трубному пространству. Газ движется со скоростью 10 – 30 м/с (сильное взаимодействие фаз) и увлекает жидкую пленку снизу вверх. В таком режиме происходит значительная интенсификация тепло- и массообмена (в 5 – 15 раз) по сравнению с противотоком. Кроме этого, внутренние поверхности труб могут иметь искусственную дискретную шероховатость (прямоугольные выступы), что дополнительно повышает эффективность проводимых процессов. Представлены математическая модель и результаты расчета эффективности пленочного контактного устройства с шероховатыми стенками при сильном взаимодействии фаз. Математическое описание базируется на моделях структуры потока и диффузионного пограничного слоя. Приведены выражения для расчета коэффициента массоотдачи в турбулентной пленке при прямотоке с газом, а также параметров моделей структуры потоков в контактной трубке. Основными параметрами уравнения для расчета коэффициента массоотдачи является динамическая скорость трения на межфазной поверхности пленки и безразмерная толщина вязкого подслоя. Динамическая скорость находится из уравнения баланса сил в контактной трубке, а безразмерная толщина вязкого подслоя — на основе известного значения на пластине с коррекцией на условия взаимодействия фаз. Использована ячеечная модель структуры потока и получено выражение для расчета профиля концентрации растворенного газа в воде по высоте труб. Представлено выражение для расчета числа ячеек полного перемешивания. Даны расчетные и экспериментальные зависимости эффективности декарбонизации для трубок с гладкими и шероховатыми стенками. Показано влияние шага между элементами шероховатости (выступами) на эффективность очистки воды. Сделаны выводы о конструктивном исполнении аппарата с восходящей пленкой при повышенных концентрациях растворенных газов в воде.

 

54-61 74
Аннотация

Утилизация золы и шлака угольных ТЭС является проблемой для всех стран, использующих уголь в энергетических целях. В России 20% электроэнергии производится на тепловых электростанциях, сжигающих уголь, и согласно Энергетической стратегии России на период до 2030 г. не планируется снижать эту долю. Всего в мире в золошлакоотвалах к настоящему времени накоплено свыше 1,5 – 2 млрд т золошлаковых отходов (ЗШО). Площадь золошлакоотвалов в РФ достигает 28 тыс. га, при этом утилизируется и используется не более 8% годового выхода ЗШО, который составляет около 30 – 50 млн т. Затраты на содержание ЗШО составляют 5 – 7% себестоимости производства энергии на угольной ТЭС. В настоящее время разработан ряд способов утилизации золошлаков, учитывающих их физико-химические свойства, особенности формирования и складирования, потребности и возможности переработки техногенного сырья. На рынке спецтехники предлагаются линейки соответствующего оборудования, создаются предприятия и организации, готовые утилизировать золошлаки. Возникает задача многокритериального выбора оптимального способа утилизации. Для решения задач выбора стратегии из ряда альтернативных вариантов с 70-х годов ХХ века успешно применяется метод анализа иерархий, разработанный американским математиком Т. Саати. Данная работа посвящена применению метода Саати к выбору способа утилизации золошлаковых материалов Новочеркасской ГРЭС.

 

62-67 62
Аннотация

Рассматривается проблема планирования объема испытаний комплектующих составных частей теплоэнергетического оборудования на этапе испытаний опытных образцов. Существующие методы планирования испытаний относятся к изделиям крупносерийного и массового производства, когда на испытания можно поставить большое количество элементов; в гидромеханических системах при испытаниях новых образцов уплотнений, клапанов, подшипников и т. п. Комплектующие составные части теплоэнергетического оборудования представляют собой устройства, состоящие из совокупности элементов механического, электронного, гидравлического, пневматического и другого типа, например, турбины, подшипники, генераторы, маслосистема, паропроводы и т. п. Перечисленные устройства являются дорогостоящими, и поэтому существующие методы планирования объема испытаний требуют уточнения. В основу предлагаемого метода планирования объема испытаний положено условие восстанавливаемости испытуемого опытного образца после отказа путем проводимых конструктивных доработок. В этом случае риск разработчика (изготовителя) принимается близким к нулю α = 0,00001. Доработка считается эффективной, если проведенные испытания на стенде в том же объеме, что и до доработки, окажутся успешными. Таким образом, новизна предлагаемого метода планирования испытаний позволяет на одном или двух опытных образцах получить требуемые выходные характеристики, например, надежность, безопасность и т. п. Рассмотрены методы планирования объема испытаний для различных законов распределения функции надежности, в частности, для законов биноминального и экспоненциального распределения функции надежности. В статье приведены формулы объемов испытаний для двух заданных уровней показателя надежности.

ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ

68-74 91
Аннотация

В России установлено 22 энергоблока с турбинами Т-250/300-23,5: 19 энергоблоков на ТЭЦ Москвы и 3 энергоблока на ТЭЦ Санкт-Петербурга. Полный установленный срок службы паровой турбины составляет не менее 40 лет, поэтому турбины, выпущенные в 70-х годах, уже предстоит заменить, реконструировать или модернизировать. Принятая ООО «Газпром энергохолдинг» и ПАО «Мосэнерго» политика не содержит конкретных технических решений по замещению турбин указанного типа или энергоблоков на их основе, что вызвало не- которые трудности при выборе варианта для замены выведенной из эксплуатации турбины энергоблока №9 филиала «ТЭЦ-22» ПАО «Мосэнерго». ТЭЦ-22 — единственная ТЭЦ московского региона, способная сжигать природный газ и пылеугольное топливо. На электростанции вместо турбины Т-250/300-23,5 с температурой пара перед турбиной и температурой промперегрева 540/540°С предполагается установить турбину Т-295/335-23,5 с температурой пара перед турбиной и температурой пара промперегрева 565/565°С. Контракт на реконструкцию оборудования не предполагает обновления эксплуатируемого парогенератора энергоблока и проведения соответствующих работ по сокращению выбросов при сжигании пылеугольного топлива. Эти обстоятельства приведут к тому, что энергоблок не сможет эксплуатироваться при повышенной температуре пара, не будет и возможности перехода от сжигания природного газа к пылеугольному топливу; придется использовать исключительно природный газ. Принятый вариант реконструкции энергоблока №9 ТЭЦ-22 ПАО «Мосэнерго» приведет к повышенным затратам энергетиков на проводимую реконструкцию оборудования энергоблока, что может привести к увеличению тарифов на электроэнергию и тепло. Необходимо оперативно определиться с эффективными направлениями обновления турбин Т-250/300-23,5 и энергоблоков на их основе, вынести предложенное решение на обсуждение с участием заинтересованной научной общественности страны.

 

75-82 91
Аннотация

Сепараторы-пароперегреватели (СПП) предназначены для сепарации влаги из пара и последующего его перегрева. Проектная влажность пара после осушки в сепараторе СПП должна быть не более 1%, однако в эксплуатации она превышает этот уровень, что сказывается на эффективности и надежности турбины. В связи с истечением проектного срока эксплуатации аппараты СПП-220М и СПП-1000 требуют замены либо модернизации. Конструкции СПП-220М и СПП-1000 унифицированы с СПП-500-1, и все эти аппараты имеют общие достоинства и недостатки. Отмечено, что ведущие зарубежные фирмы, поставляющие СПП на АЭС, также ведут работы по совершенствованию своих аппаратов. Изложен опыт немецкой фирмы Balcke Durr, принимавшей участие совместно с ОАО «НПО ЦКТИ» в модернизации СПП-500-1 на АЭС в России, а также самостоятельно в проекте модернизации СПП на АЭС Ловииса в Финляндии. Приведены результаты разработок ОАО «НПО ЦКТИ» по проектам модернизации СПП-220М для энергоблока с реактором ВВЭР-440 и СПП-1000 для энергоблока с реактором ВВЭР-1000. Проекты выполнены на основе собственного опыта и с учетом опыта совместных разработок с фирмой Balcke Durr. Они разработаны при соблюдении следующих условий: новые аппараты устанавливаются на прежние фундаменты; аппараты вписываются в прежние габариты; расположение присоединительных фланцев позволяет сохранить существующую обвязку аппаратов трубопроводами. Расчетное обоснование проекта включало вычислительный эксперимент на основе разработанной авторами модели СПП, а также теплогидравлические расчеты. Численное моделирование позволило провести оптимизацию конструкции сепарационных блоков, а теплогидравлические расчеты — оптимизацию конструкции пароперегревателя. На основе расчетных оценок показано, что модернизация аппаратов может обеспечить осушку влажного пара на уровне 0,6%, понизить гидравлическое сопротивление по тракту влажного пара на 26% для СПП-220М и на 36% для СПП-1000, а также уменьшить массу аппаратов на 12%. Предложены рекомендации по модернизации существующих и созданию перспективных конструкций СПП.

ИНФОРМАЦИЯ



ISSN 1999-5555 (Print)
ISSN 2542-2057 (Online)