А) Вопросы пожаробезопасности со­временных паровых турбин

С ростом мощности турбоагрега­тов и увеличением начальных пара­метров пара существенно увеличи­лась пожароопасность масляной си­стемы турбины. Если у агрегатов сравнительно небольшой мощности, работающих на средних параметрах пара, загорания масла были доволь­но редким явлением, то с переходом на высокие параметры пара количе­ство пожаров стало резко возра­стать, что заставило тщательно про­анализировать причины этого явле­ния и перейти к изысканию новых эффективных мер борьбы с загора­нием масла.

Основными причинами возросшей пожароопасности современных тур­боагрегатов являются повышение давления масла в системах регули­рования, увеличение протяженности маслопроводов, усложнение схемы регулирования и защиты, повыше­ние температуры паропроводов, кор­пуса турбины и паровых клапанов, использование водорода в системе охлаждения электрогенератора.

Увеличение давления силового масла в системах регулирования яв­ляется естественным следствием по­вышения мощности и начальных па­раметров турбины. Для сохранения временных характеристик сервомо­торов при возросших паровых уси­лиях на регулирующие клапаны в современных турбоагрегатах мак­симальное давление масла в масло — системе должно достигать 3,9— 6,9 МіПа (40—70 кгс/см2). В таких условиях увеличивается возмож­ность нарушения фланцевых соединений и разрывов маслопрово­дов вследствие гидравлических уда­ров, вызванных быстрым закрытием клапанов при сбросах нагрузки. Уве­личенная протяженность линий мас­ла высокого давления также способ­ствует возникновению гидравличе­ских ударов.

Немаловажным обстоятельством, усиливающим пожароопасность, яв­ляется повышение начальной темпе­ратуры свежего пара. При попада­нии масла на горячие поверхности турбоагрегата происходят более бы­строе испарение и воспламенение масла.

Высокое давление масла услож­няет тушение пожара, так как воз­растает дальнобойность струи, выте­кающей через неплотность, что при­водит к распространению пожара на другие объекты. Появление водород­ной системы охлаждения генерато­ров также увеличило пожароопас­ность турбоагрегата, так как взры­вы и загорания водорода часто со­провождаются воспламенением ма­сла в системе уплотнения генерато­ра. Попадание водорода в масляную систему турбины и масляный бак тоже может быть причиной пожара в маслосистеме.

Некоторые конструктивные меро­приятия, такие, как размещение сер­вомоторов регулирующих клапанов и других элементов системы регу­лирования, находящихся под давле­нием, в стуле подшипников, органи­зация аварийного слива масла из маслобака и др., дали свои резуль­таты, однако полностью решить проблему пожароопасное™ с их по­мощью не удалось. Радикальным решением этого вопроса является переход на использование негорючих и огнестойких жидкостей в системах регулирования и смазки.

Б) Свойства отечественных огнестой­ких жидкостей и вопросы их эксплуа­тации

Разработка огнестойких жидко­стей для использования в системах регулирования и смазки началась в нашей стране в конце 50-х годов, с момента освоения агрегатов на сверхкритические параметры. Основ­ная задача заключалась в том, что­бы получить жидкость, по своим свойствам мало отличающуюся от нефтяного масла, но обладающую высокой температурой самовоспла­менения. Это позволило бы без зна­чительных переделок применить уже существующие схемы и элементы си­стемы регулирования и тем самым использовать весь богатейший опыт наших турбостроительных заводов по созданию схем регулирования и маслоснабжения турбоагрегатов.

Исходя из этих соображений лабора­торией иефти и масла ©ТИ разработан ряд модификаций огнестойкой жидкости типа «иввиоль». Первые марки огнестойкой жид­кости «иввиоль-1» и «иввиоль-2» были по­лучены на базе специального трикрезилфос — фата и загущенного силиконового лака К.-43. «Иввиоль-З» состоит из специального триксиленилфосфата.

Некоторые показатели отечест­венных огнестойких жидкостей, за­имствованные из [49], представле­ны в табл. 5-6. Здесь же для срав­нения приводятся характеристики нефтяного турбинного масла и тре­бования ГОСТ на него.

Как видно из таблицы, «ивви­оль» в основном соответствует тре­бованиям, предъявляемым к турбин­ным маслам. Важнейшая характери­стика этой жидкости — вязкость — практически соответствует требова­ниям ГОСТ на этот показатель вследствие чего огнестойкие жидко­сти типа «иввиоль» могут быть ис­пользованы и в системе смазки.

Температура самовоспламенения жидкости намного превышает темпе­ратуру перегретого пара в современ­ных турбоагрегатах, что полностью исключает возникновение пожара вследствие попадания жидкости на горячие поверхности турбины. Уве­личение плотности огнестойкой жид­кости накладывает определенный отпечаток на конструкцию масляно­го бака. Поскольку «иввиоль» тяже­лее воды, то выделившаяся вода бу­дет скапливаться не в нижней точ­ке бака, а вверху. Именно отсюда ее и следует удалять. Однако уда­ление воды из верхних слоев бака не представляет трудности, посколь­ку она легко испаряется с поверх­ности огнестойкой жидкости. Нако­пившийся опыт эксплуатации огне­стойкой жидкости «иввиоль» пока­зал, что по некоторым показателям она превосходит турбинное масло, а по некоторым уступает ему.

К положительным свойствам «ив — виоля» следует отнести высокую про — тивоокислительную стабильность, меньшую, чем у нефтяного масла, испаряемость, меньшую агрессив­ность в отношении металлов. С дру­гой стороны, огнестойкое масло ху­же выделяет растворенный в нем воздух, более склонно к ценообра­зованию, растворяет некоторые про­кладочные и изоляционные материа­лы, ранее применявшиеся в турбо­строении, такие, как паранит, мас — лостойкая резина, бакелит, поли­хлорвинил и т. д. Применение жид­кости «иввиоль» требует замены этих материалов на более стойкие, такие, как прессшпан, силиконовая резина, шеллак, фторопласт. Ди­электрические свойства «иввиоля» хуже, чем у нефтяного масла, одна­ко при малом уровне напряжений
применяемом в элементах автомати­ки, подверженных воздействию жид­кости «иввиоль», это не приводит к каким-либо нарушениям в работе автоматических устройств. Однако «иввиоль» воздействует на применя­емые в настоящее время изолирую­щие покрытия обмоток генераторов. Поэтому для применения огнестой­ких масел в системах смазки и уп­лотнений генераторов необходимо предварительно разработать стойкие изолирующие покрытия.

Рассматривая вопросы эксплуа­тации отечественного огнестойкого масла, мы не можем не отметить двух крупных недостатков этой жид­кости: токсичности и высокой стои­мости.

Токсичность первых марок жид­кости «иввиоль» объясняется высо­кой токсичностью соединений, вклю­чающих трикрезилфосфат, которые при попадании в дыхательные пути и в желудочно-кишечный тракт че­ловека могут вызвать отравления нервно-паралитического характера. Эти же вещества могут проникать и через неповрежденную кожу челове­ка. Все это заставляет считать уменьшение токсичности огнестой­ких жидкостей первостепенной зада­чей.

Именно в этом направлении про­водит работы лаборатория нефти и масла ВТИ им. Ф. Э. Дзержинского. Разработанные этим коллективом новые марки огнестойкой жидкости отличаются все меньшей токсич­ностью. , Так, жидкость «иввиоль-2» в 5—7 раз менее токсична, чем «ив­виоль-1», а жидкость «иввиоль-3» в свою очередь в 2—3 раза менее токсична, чем «иввиоль-2». В на­стоящее время применяется новое огнестойкое масло ОМТИ, токсич­ность которого находится на уровне токсичности нефтяного масла.

Вторым существенным недостат­ком огнестойкого масла является его высокая стоимость. В настоящее время стоимость жидкости «ивви­оль» и ОМТИ в 5 раз выше стоимо­сти нефтяного масла. Это объясня­ется сложностью производства и ма­лыми количествами выпускаемой продукции. С ростом потребности в огнестойком масле стоимость его производства будет снижаться.

Рассмотренные выше обстоятель­ства предопределили особенности развития первых систем регулирова­ния с использованием огнестойкого масла. Впервые в нашей стране ог­нестойкое масло «иввиоль» было при­менено на блочных турбоагрегатах К-‘300т240 Ленинградского металли­ческого завода им. XXII съезда К’ПСС. В этих турбинах, принятых к серийному производству, огнестон-
кая жидкость была применена толь­ко в системе регулирования и за­щиты. Смазка подшипников осуще­ствлялась обычным турбинным мас­лом. Такое же решение было приня­то и для двухвальной турбины К-800-240-1 ЛМЗ.

Применение огнестойкой жидко­сти только в системе регулирования позволило резко сократить потреб­ность в ее количестве, что удешеви­ло стоимость турбоагрегата и умень­шило эксплуатационные расходы. У турбины К-300-240 ЛМЗ количество огнестойкого масла для системы ре­гулирования составляет 4,3 м3, в то время как емкость бака системы смазки равна 32 м3.

На рис. 5-19 представлены чертежи ба­ка огнестойкого масла. Верхняя часть бака выполнена расширенной для обеспечения возможности приема жидкости из системы регулирования (при останове турбины) без значительного изменения уровня жидкости в баке. Кроме того, большая поверхность зеркала жидкости способствует более быст­рому разрушению пены. Бак разделен на два отсека — грязный и чистый. Из чистого отсека отфильтрованная жидкость направ­ляется через охладители к насосам. Фильт­рация жидкости происходит через две по­следовательно включенные сетки, установ­ленные между отсеками. Сетки закреплены в кассетах и поочередно в процессе работы могут быть извлечены для очистки.

На крышке бака в чистом отсеке (пос­ле фильтров) установлены указатель уров­ня жидкости и специальное выдвижное устройство для периодического удаления воды, собирающейся над уровнем жидко­сти. В нижнюю часть бака встроены два охладителя жидкости, один из которых является резервным. Трубная система охла­дителей образована латунными трубками, оребренными снаружи медной проволокой. Охлаждающая вода протекает .внутри тру­бок, жидкость — снаружи. Трубная система каждого из охладителей может быть уда­лена из корпуса для чистки и ремонта.

Из верхней части бака специальным эксгаустером осуществляется удаление па­ров, выделяемых огнестойкой жидкостью.

Схема трубопроводов огнестой­кого масла турбогенератора К-300-240 JIM3 представлена на рис. 5-20.

Ввиду широкого распространения огнестойких жидкостей для мощных турбин ЛМЗ, а также их высокой стоимости важное значение приобре­тают вопросы регенерации этих жид­костей в условиях эксплуатации.

Несмотря на высокую противо — окислительную стабильность огне­стойкого масла, его следует регене­рировать, удаляя продукты старе­ния. Так как химическая природа
синтетических огнестойких масел от­лична от нефтяных масел, процессы старения этих соединений, а также образующиеся при этом продукты старения различны. Это требует раз­работки специфических приемов и схем регенерации огнестойкого мас­ла. Такая схема была разработана ВТИ совместно с работниками Кона­ковской ГРЭС и системы Калинин — энерго [65].

Основным элементом представ­ленной на рис. 5-21 схемы является адсорбер (рис. 5-22).

Как показали исследования, ши­роко используемые при регенерации нефтяных масел адсорбенты оказа­лись непригодными для регенерации огнестойкого масла, что безусловно связано со структурой продуктов старения этого соединения. Из всех испытанных сорбентов наилучший результат дал один из бентонитов, хорошо сорбирующий кислые про­дукты старения и продукты конден­сации. Этот адсорбент можно при­менять в паре с силикагелем кото­рый дополняет работу основного сорбента и, кроме того, играет роль фильтрующего элемента по отноше-

/ — адсорбер; 2 — фильтр гпубой очистки; 3 — ватный фильтр; 4 — промежуточная емкость; 5 — пробоотборник; 6 — насос; 7 — фильтр тонкой очистки.

Нию к более тонко измельченному ■бентониту.

После адсорбера масло поступа­ет в ватный фильтр для механиче­ской очистки, а затем в промежуточ­ную емкость, из которой произво­дится отбор проб для определения свойств отрегенерированного огне­стойкого масла. Если масло удов­летворяет предъявляемым требова­ниям, то оно поступает через фильтр тонкой очистки в емкость для хра­нения отрегенерированного масла.

Огнестойкое турбинное масло считается отрегенерированным, если его кислотное число не превышает 0,05 мг КОН на 1 г масла, имеет нейтральную реакцию водной вы­тяжки и содержание механических примесей не выше 0,01%.

Применение огнестойкой жидко­сти только в системе регулирования, помимо сокращения стоимости, соз­дает более легкие условия для обес­печения безопасности при работе с огнестойкой жидкостью. Однако и здесь необходимо было разработать определенный комплекс мероприя­тий, исключающий отравление об­служивающего персонала при экс­плуатации и ремонте оборудования.

Эти мероприятия, разработанные при участии Ленинградского научно-исследова­тельского института гигиены труда и проф­заболеваний, сводятся в основном к следу­ющему. Все узлы и трубопроводы системы регулирования должны находиться под раз­режением 20—40 мм водяного столба, соз­даваемого эксгаустером, для предотвраще­ния проникновения паров огнестойкой жид­кости в помещение машинного зала. Трубы и коллекторы, содержащие огнестойкую жидкость, должны быть смонтированы с уклоном в сторону бака. Это позволяет при останове ту. рбииы полностью слить огнестойкое масло из всех трубопроводов в. бак. Предъявляются повышенные требо­вания к прочности и плотности трубопро­водов, вентилей и флаицевых соединений. Гидравлическое испытание трубопроводов системы производится двойным рабочим давлением. Проверка на плотность! произво­дится воздухом при давлении 0,39 МПа (4 кгс/см2). Чтобы предотвратить попада­ние «иввиоля» в воду при разрыве трубок охладителей, давление охлаждающей воды должно быть выше давления «иввиоля». На всех рабочих местах вахтенного персонала должны находиться дежурные комплекты защитной спецодежды, а также противога­зы БКФ.

Остальные мероприятия по технике бе­зопасности при работе на огнестойкой жид­кости определяются типовыми и местными инструкциями.

Нужно отметить, что применение огне­стойких жидкостей только в системе регу­лирования является вынужденным реше­нием временного характера, поскольку та­кое решение противоречит первоначальной идее создания огнестойкой жидкости, пол­ностью имитирующей нефтяное масло, способное работать и в системе смазки. Не­сомненно, что с накоплением опыта эксплу­атации на мощных агрегатах и с увеличе­нием производства огнестойких жидкостей сфера их применения расширится. В под­тверждение этого можно привести тот факт, что в новой одновальной турбине ЛМЗ К-1200-240 огнестойкое масло плани­руется использовать как в системе регули­рования, так и в системе смазки. Это по­зволит еще более повысить пожарную безо­пасность агрегата.

В) Использование воды в системах регулирования турбин

Одним из весьма перспективных направлений решения проблемы по­жарной безопасности современных турбоагрегатов является применение воды в системе регулирования. При этом учитывается тот факт, что уве­личение мощности турбоагрегатов не сопровождается повышением дав­ления масла, идущего на смазку лодшипников, и что пожары в си­стеме смазки турбоагрегатов — яв­ление очень редкое и менее опасное.

Вода, используемая в качестве рабочего тела в системе регулирова­ния, имеет ряд несомненных преи­муществ по сравнению с маслом и огнестойкой жидкостью. Здесь сле­дует отметить абсолютную негорю­честь и нетоксичность воды (конден­сата), а также ее дешевизну. Нали­чие воды высокого давления в паро­силовом цикле в принципе позволяет отказаться от баков и насосов систе­мы регулирования. При этом в ка­честве емкости может служить кон­денсатор турбины, а в качестве на­соса системы регулирования — кон — денсатный насос. Имеется также принципиальная возможность для этой же цели использовать пита­тельный насос, что может ограни­чить размеры сервомоторов и уве­личить их быстродействие.

Применение в системе регулиро­вания мощных водяных насосов па­росилового цикла весьма благопри­ятно с точки зрения динамики пере­ходных процессов, когда расход жидкости в системе регулирования может кратковременно резко увели­читься. Это выгодно также и с точ­ки зрения экономии электроэнергии, поскольку насосы системы регулиро­вания ставятся с большим запасом мощности, которая при установив­шемся режиме работы турбины пол­ностью не используется.

Однако применение регулирова­ния на воде требует преодоления определенных трудностей. С умень­шением вязкости рабочей жидкости увеличиваются утечки и перетечки через зазоры золотников системы ре­гулирования. В связи с этим зазоры в элементах и узлах системы регу­лирования должны быть меньше, чем в аналогичных узлах, работаю­щих на масле. Это в свою очередь приводит к появлению опасности за­клинивания подвижных элементов. Нечувствительность системы регули­рования может увеличиться и за счет toro, что вода обладает значи­тельно худшими смазывающими свойствами, чем масло.

Все это потребовало специаль­ных мероприятий по увеличению чувствительности регулирования, та­ких, как применение самоцентрирую­щихся или вращающихся поршней и и золотников. Необходимость в со­кращении расхода воды на систему регулирования привело к созданию безрасходных регуляторов скорости и элементов усиления.

Таким образом, введение водя­ных систем регулирования повлекло за собой существенное изменение уз­лов системы регулирования и всей системы в целом. Применение воды потребовало изготовления всех уз­лов регулирования из нержавеющей стали, поскольку появление на тру­щихся поверхностях малейших сле­дов коррозии приведет к резкому увеличению трения и заеданию.

Повысились требования и к каче­ству воды, поступающей в систему регулирования. При минимальных зазорах в элементах системы попа­дание твердых частиц и продуктов коррозии в зазор может привести к заклиниванию золотников. Это привело к тому, что ХТГЗ применил специальные баки системы регули­рования со своими насосами, позво­лившие использовать конденсат осо­бо высокой очистки. Однако все эти трудности были в основном преодо­лены коллективом работников ла­боратории регулирования ВТИ им. Ф. Э. Дзержинского и ХТГЗ имени С. М. Кирова.

В настоящее время системы во­дяного регулирования внедрены на агрегатах Харьковского турбинного завода К-300-240 и К-500-240. Опыт эксплуатации показывает, что, не­смотря на отдельные неполадки, эти системы регулирования работают надежно и обладают хорошими ди­намическими характеристиками.