А. Г. ГРИШИН
Научный руководитель – И. В. ЯГОДКИН, к. т.н.
Физико-энергетический институт им. , Обнинск
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ
ЗАГРЯЗНЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ МАСЕЛ
АТМОСФЕРНЫМИ АЭРОЗОЛЯМИ И ВЛАГОЙ
Выполнено научно-техническое обоснование перспективности использования системы предотвращения загрязнения энергетических масле атмосферными аэрозолями и влагой. Разработан и изготовлен макетный образец для отработки режимов работы. Проведены его испытания. Разработан промышленный образец системы предотвращения загрязнения атмосферными аэрозолями и влагой.
С 2000 года в атомной энергетике России введен в действие руководящий документ РД-0444 [1]. В этом документе жестко определены нормы чистоты трансформаторных и турбинных масел на атомных станциях. Нормы введены и действуют на всех предприятиях атомной промышленности России. Предельный уровень чистоты для систем смазки определен как 11 класс, а для систем регулирования как 9 класс.
Нормативные документы ISO 4406:1999 [2], предусматривают, что масло должно сохранять свои физико-химические характеристики не менее 5-ти лет. Однако, как показывает анализ текущего состояния уровня загрязненности рабочих масел даже при наличии штатных систем очистки, последние не в состоянии выполнить задачу не только очистки, но и поддержания требуемых в ISO 4406:1999 [2] уровней чистоты. В результате не более чем через 10-12 месяцев эксплуатации масло должно быть отбраковано и выведено из эксплуатации, так как очистить его штатными фильтрами уже невозможно. В связи с этим актуальна задача разработки и широкого внедрения эффективных средств очистки. Потеря эксплуатационных свойств турбинных масел, а также иных гидравлических жидкостей представляет, по мнению специалистов – энергетиков серьёзную угрозу безопасности для турбоагрегатов.
Эксплуатация некондиционных рабочих жидкостей приводит:
· к отказам и повреждениям в работе систем регулирования;
· нарушению условий смазки;
· нарушению условий работы систем уплотнения вала - генератора.
«…наличие механических примесей, а иногда и посторонних включений вызывает интенсивное абразивное и коррозионное изнашивание подшипников, шеек роторов, кромок золотников и дросселей, а также приводит к засорению фильтров и заращиванию регулирующих органов…. следствием таких аварий, как правило, являются длительные ремонты узлов и агрегатов. Параллельно приходится проводить целый комплекс работ по очистке гидравлических систем и замене масла в маслобаке». [3]
Механические загрязнения, накапливаясь в зазорах и дроссельных сечениях узлов регулирования, особенно в неподвижных большую часть времени, приводят в залипанию, явлению облитерации каналов - хорошо изученное явление, и соответственно, отказам системы регулирования.
Все это процессы можно остановить или, по крайней мере, значительно замедлить, если удалить из рабочей жидкости (масла) частицы загрязнения и воду.
Исследования, проведенные совместно с институтом нефтехимии, показали, что синтетическое масло типа Furquel-L, находящегося в эксплуатации на атомной станции, содержащее частицы загрязнения и воду («грязное масло») состарилось практически за три года эксплуатации (при нормативе срока службы – пять лет) и, в соответствии с требованиями [2], подлежало отбраковке по кислотному числу (Потери на одной турбине составили120х12 500 $ USA\тонна=1 500 000 $ USA).
Процесс загрязнения масел и топлив является непрерывным. Частицы загрязнений, продукты окисления и вода, поступающие в систему, в том числе и из атмосферного воздуха, осаждаются на элементах энергетического оборудования, в застойных зонах и удерживаются силами Ван-дер-Ваальса и адгезии, особенно частицы размером 1-30 мкм. Под действием сил вибрации, гидроударов и других факторов они поступают в поток жидкости. Эти частицы снижают промышленную чистоту жидкостей до уровня 14 класса по ГОСТ , что не допустимо при эксплуатации энергетического оборудования.
Главный маслобак (ГМБ) выполняет две основные функции во-первых, он служит емкостью обеспечивающей нормальное функционирование систем смазки, регулирования и защиты турбины, уплотнения вала генератора и, во-вторых, ГМБ является отстойником, где масло освобождается от воды и шлама, а также от пузырьков воздуха и водорода.
Для надежного удаления водорода и воздуха, а также коррозионно-активных летучих продуктов окисления масла в схеме маслоснабжения подшипников ТГ применена принудительная вентиляция сливного коллектора и газового объема ГМБ. Участок сливного коллектора между подшипниками генератора вентилируется центробежным вентилятором ЭВОГ, газовый объем ГМБ и концевой участок коллектора – двумя такими же вентиляторами – ЭВОМ-1, 2.
Была произведена количественная оценка аэрозольных частиц, которые могут попасть в масла с учетом планово-предупредительных ремонтов. Основной вклад в счетную концентрацию вносят частицы с размером 0,3¸0,5 мкм (до 98 %). Средняя величина массовой концентрации аэрозолей, которые могут присутствовать в воздухе, составляет ~ 350 мкг/м3. Зная расход воздуха через газовый объем маслобаков (400х3=1200м3/час) можно оценить максимальную величину загрязняющих масло аэрозолей:
М=СхGхT= 300х1200х24х365=3,2кг (1)
где М – масса аэрозольных частиц, осевших в масле за год,
С – средняя массовая концентрация аэрозолей в воздухе АЭС,
G – расход откачиваемого воздуха в системе маслоснабжения АЭС.
В соответствии с нормативными требованиями (ГОСТ 6370) содержание механических примесей в маслах не должно превышать величину 10г/т и 50г/т для соответственно трансформаторного и турбинного масел. Это значит, что при объеме турбинного масла в 100т (для ГМБ) и его эксплуатации в течение 1,5-2 года, оно может превысить норму по примесям только за счет аэрозольных частиц из воздуха. Хотя срок эксплуатации масел составляет 5 лет. В этом расчете не учитывалась массовая доля влаги, которая тоже может попадать в масла из атмосферы.
Такая оценка по атмосферным аэрозолям показывает необходимость применения защитных барьеров (фильтров) по предотвращению попадания загрязнений в энергетические масла при их эксплуатации.
На основе результатов проведенных исследований был разработан и изготовлен макетный образец системы предотвращения загрязнения энергетических масел атмосферными аэрозолями и влагой, далее модуль аэрозольного фильтра (МАФ), для отработки режимов работы. Проведены испытания макетного образца МАФ. На основе данных испытаний разработан промышленный образец МАФ. В 2010 г. запланированы испытания промышленного образца МАФ в натурных условиях на Смоленской АЭС.
Список литературы
1. РД ЭО. Методические указания по эксплуатации, организации и проведению испытаний трансформаторных и турбинных масел на атомных электростанциях. Министерство Российской федерации по Атомной энергии. М. 2002.
2. ISO 4406:1999 Hydraulic fluid power -- Fluids -- Method for coding the level of contamination by solid particles.
3. Приказ № 000 от 23.08.99 «О совершенствовании турбинного оборудования ТЭС». Информационное письмо № ИП –01-
