15.07.2003 09:49
╘ С.А.Гуназа, к.т.н.
Контакт с автором: S.Gunaza@rambler.ru, europlastic@mail.ru
--------------------------------------------------------------------------------
Аннотация: В статье рассмотрены некоторые аспекты состояния очистки энергетических масел на российских и украинских энергетических объектах, предложен комплексный подход к решению такой проблемы.
--------------------------------------------------------------------------------
Потеря эксплуатационных свойств турбинных масел и других гидравлических жидкостей рассматривается сегодня специалистами-энергетиками как серьезная угроза безопасности для турбоагрегатов по причине отказов и повреждений в работе систем регулирования, смазки и уплотнения вала генератора. Этому вопросу уделяется серьезное внимание в РАО ⌠ЕЭС России■ (Приказ ╧ 307 от 23.08.99. ⌠О совершенствовании эксплуатации турбинного оборудования ТЭС■, Информационное письмо ╧ ИП-01-27-2001). Проблемы российской энергетики характерны и для украинских энергетических объектов. Об этом свидетельствует информационное письмо-требование НАЭК ⌠ЭНЕРГОАТОМ■ ╧4566 от 16.05.2001. ⌠Об эксплуатации турбинных масел на АЭС■.
Серьезность поднятой проблемы обуславливается тем, что многие объекты энергетики России и Украины находятся на завершающем этапе эксплуатации и требуют в этой связи особого внимания. Выполненный нами анализ эксплуатирующегося масла на некоторых объектах энергетики Украины показал недостаточную эффективность используемых генерациями сегодня методов и морально устаревшего технологического оборудования систем маслоочистки.
В российской энергетической отрасли сегодня руководящими документами рекомендовано применение фильтров типа PALL GmbH. Руководящими документами по вопросу маслоочистки могут являться следующие :
Харьковское центральное конструкторское бюро Минэнерго Украины, документ ⌠Маслосистемы турбин электростанций Украины. Анализ состояния и рекомендации. г.Харьков. ТИ-1205. 08.04.1998 г.■,
АООТ ⌠Ленинградский металлический завод■, документ ⌠Оборудование для очистки масла систем смазки и регулирования паровых турбин. г.Санкт-Петербург, 1998.■,
АО ⌠ОРГРЭС■. РАО ЕЭС России. Департамент эксплуатации энергосистем и электростанций. Документ ⌠Рекомендации по эксплуатационным очисткам энергетических масел■, М., 1996.
- РАО ⌠ЕЭС России■ приказ от 23.08.99 ╧ 307.
По рекомендациям ISO 4406 для обеспечения надежной работы узлов турбоагрегатов (очистка масла до нормы 15/12 т.е. не хуже 13 класса по ГОСТ17216) следует регламентировать содержание частиц размерами 3┘25 мкм. Аналогично по данным харьковского ЦКБ Минэнерго Украины, 1998 г. следует регламентировать содержание частиц размерами 5┘20 мкм. Это объясняется тем, что в опорном подшипнике турбоагрегата при его максимальном нагружении расстояние между упорным гребнем и подушкой с учетом прогиба гребня составляет примерно 10 мкм. Для режима пуска смазочный слой для этого подшипника составляет 5-8 мкм. Гидроподьем ротора турбины большой мощности обеспечивает всплывание ⌠шейки■ на 40┘60 мкм. В системах регулирования турбин российского и украинского производства золотниковые пары имеют радиальные зазоры 50┘100 мкм, а при вращении золотников между ними и буксой устанавливаются клиновидные зазоры размерами от 10┘25 мкм. Механические загрязнения, накапливаясь в зазорах и дроссельных сечениях узлов регулирования, зазорах золотников (особенно в неподвижных большую часть времени золотниках защиты), приводят к их залипанию и соответственно отказам системы регулирования турбины. Попадание твердых частиц в опорный подшипник может нарушить установку подушек и вызвать тяжелую аварию турбины.
Используемые сегодня для фильтрации в маслобаках турбоагрегатов металлические сетки имеют обычно ячейки с размером стороны 500 мкм и 250 мкм. При этом следует иметь в виду, что даже сетки с размерами ячейки 20 мкм задерживают частицы загрязнений таких размеров чисто номинально, так как размеры и пространственная ориентация частиц в потоке жидкости случайна. Кроме этого сетки характеризуются более низкой (в 10√100 раз меньшей) удерживающей способность, так называемым коэффициентом фильтрации бетта. Сами напорные насосы являются источниками вибрации, которая может передаваться на фильтрующие элементы и снижать их удерживающую способность. Промывка сеток достаточна сложна, так как требует применения ультразвуковых ванн, моющих средств, подогрева и очень аккуратной продувки воздухом (не более 0,5 атм.). Так как промывать сетки полностью обычно не удается, то вследствие постоянного накопления в них мельчайших частиц грязи срок службы самих сеток ограничен. Немецкие фирмы HYDAC, EPPENSTEINER, MAHLE, выпускающие металлические сетки для фильтров с размерами фильтруемых частиц 10 √ 25 мкм, рекомендуют использовать фильтроэлементы-сетки с промывкой не более 8 раз. УИЦ (г. Челябинск) для своих металлосеточных фильтроэлементов приводит данные о возможности 15 кратной промывки элементов с тонкостью фильтрации 10 мкм и 50 кратной промывке фильтроэлементов с тонкостью фильтрации до 100 мкм. Следует учесть также, тот факт, что стоимость фильтроэлементов-сеток примерно в пять раз больше одноразовых фильтроэлементов. При этом применение сетчатых промываемых фильтроэлементов представляется целесообразным для сильнозагрязненных масел, так как позволит избежать увеличения расхода одноразовых фильтроэлементов.
В исследованных нами образцах эксплуатирующихся масел выявлен в отдельных случаях высокий уровень металлических фрагментов, силикатов, волокон, затвердевшей смолы, прозрачных кристаллических частиц, продуктов старения и пр., частиц достигающих размеров 250-500 мкм. Применение центрифуг, как правило, не обеспечивает удаление частиц размерами 5 мкм и менее, количество которых может стать недопустимо большим. Эксплуатация загрязненного механическими примесями и водой масла будет приводить к повышению температуры и преждевременному износу или разрушению подшипников, неустойчивой работе системы регулирования, увеличению затрат на ремонты с привлечением квалифицированного персонала. Преждевременная замена масел из-за потери их эксплуатационных свойств (при сроке службы от 2 до 5 лет) значительно повышает стоимость капитальных ремонтов и регламентных работ.
Предлагаемое сегодня оборудование фильтрации технических масел подразделяется на:
- стационарные фильтры с фильтроэлементами глубинного типа (PALL, PARKER, HYDAC, EPPENSTEINER, MAHLE, ГП ⌠Фильтротехника■ (ОАО РЗТА, г.Ровно), ЧП ⌠ТПК■ (г.Киев), УИЦ (г.Челябинск), завод ⌠Прогресс■ (г.Бердичив) и др.),
- центрифуги (ALFA LAVAL, Полтавский турбомеханический завод, АООТ НИТИ ТЕСАР (г. Саратов), Новые технологии (г.Москва).
- мобильные фильтрующие системы с вакуумным отделением влаги и газов (PALL, EPPENSTEINER, ΗYDAC, MICAFIL),
- мобильные промывочные агрегаты (фильтр+насос) (PALL, EPPENSTEINER, ΗYDAC, MAHLE, УИЦ (г.Челябинск),
- мобильные и стационарные установки с применением для удаления влаги цеолита и адсорбента палыгорскита (ООО ⌠Энергетические Технологические Системы■) производства Белгород-Днестровского завода, как стационарные, так и мобильные,
- мобильные установки для полной регенерации трансформаторных масел (с восстановлением всех основных физических и химических свойств в т.ч. внесением ингибитора (MICAFIL, EКOFLUID). В качестве адсорбента используется фуллерова земля. Аналогичная установка применяется на Запорожской АЭС,
- мобильные системы электрической очистки масел (МИКРОИНТЕР).
Указанные работы выполняются также ОАО ⌠ВИТ■ (г.Запорожье).
В качестве фильтрующих материалов используются фильтр-бумага, ткань, полипропиленовые и другие нити, многослойные композитные трековые мембраны, фуллерова земля, палыгорскит, цеолит, стеклонити, металлонити, продукты порошковой металлургии, керамика, ионообменные смолы, металлические сетки. Каждый из этих материалов и способов имеет свои достоинства и недостатки.
Качество предлагаемых фильтроэлементов фирмами PALL, PARKER, HYDAC, EPPENSTEINER, MAHLE примерно одинаково. Наиболее престижной и соответственно производящей наиболее дорогое оборудование, причем принципиально построенное на использовании только одноразовых фильтрующих элементов является фирма PALL. Выпускаемые сегодня этими фирмами фильтроэлементы снижают количество частиц, с размерами на которые они рассчитаны не менее чем в 1000 раз за один проход при заявленных перепадах давления на фильтроэлементе и расходе потока. Данные по грязеемкости для своих фильтров из всех указанных выше фирм приводит только фирма HYDAC. Так грязеемкость рекомендованного этой фирмой для применения на турбоагрегатах фильтроэлемента типоразмером 2600 (для расхода 2600 л/мин) составляет примерно 500 Г. Для маслосистемы объемом 60 тонн масла фирма рекомендует устанавливать как минимум 2 таких параллельных корпуса с напорным насосом 275 л/мин. Это означает что такая система сможет гарантированно очистить 2 тонны масла с класса чистоты 17 до класса чистоты 13 по ГОСТ 17216-71. По данным фирмы Pall для поддержания 13 класса чистоты турбинного масла при объеме системы примерно 80 тонн на работающем агрегате будет израсходован ее аналогичный фильтроэлемент примерно за 6 месяцев. Сегодня все эти фирмы жестко конкурируют между собой как за установку своих фильтров, так и самих фильтроэлементов в чужие корпуса.
Глубинные фильтроэлементы отечественных и российских производителей к сожалению заявляют размеры фильтрующих пор своих фильтроэлементов и коэффициент фильтрации только расчетным путем из за отсутствия оборудования для проведения мультитеста по ISO 4572. Рассматривая показатель цена-качество, следует заметить, что фильтры, а также фильтроэлементы фирмы PALL уступают их ближайшим конкурентам - немецким фирмам ΗYDAC, MAHLE, EPPENSTEINER. Наиболее экономичной при гарантированном качестве является продукция фирмы MAHLE и УИЦ с учетом выпускаемых ими фильтроэлементов - металлических сеток многократного применения. Промывка этих фильтроэлементов может быть выполнена в ульразвуковых ваннах, предлагаемых многими российскими производителями.
При фильтрации огнестойкой жидкости ОМТИ (используется на некоторых тепловых и атомных электростанциях в системе регулирования турбоагрегатов) фильтроэлемент будет после его применения содержать остатки эфиров фосфорной кислоты, что приводит к экологическим проблемам при утилизации. В этом случае представляется обоснованным применение промываемых фильтроэлементов типа HYDAC, EPPENSTEINER, MAHLE на основе металлических сеток, металлических волокон тонкостью фильтрации 10 или 20 мкм, саморазгружающихся фильтров фирмы ХОРИН и мобильных установок электродинамической очистки МИКРОИНТЕР и электрофильтров ФГУП ⌠ЦНИИ им. академика А.Н.Крылова■.
Использование для очистки и полной регенерации масла, в том числе значения его коэффициента поверхностного натяжения и восстановления кислотного числа адсорбента - фуллерова земля ограничено тем, что она поглощает из масла ингибитор, а вымывание из нее солей может привести к эффекту дизелирования турбинных масел. Поэтому сегодня этот адсорбент используется для очистки трансформаторных масел. Достоинством фуллеровой земли является возможность ее промывки и многократного применения.
Цеолит после его неоднократной регенерации (прокаливание) имеет свойство крошиться, сам является мощным источником пыли. Кроме этого молекулярные сита имеют ограничения по дегидратационной способности √ емкость влагосодержания примерно 20% от его сухого веса, а остаточное содержание влаги, например для жидкости ОМТИ - не менее 100 ppm.
Ионообменные смолы, рекомендуются сегодня фирмой Pall для восстановления огнестойкой жидкости типа ОМТИ, в том числе сильно разрушенных, совместно с технологией удаления воды при среднем вакууме, при рабочей температуре жидкости. По отношению к адсорбенту палыгорскит, фуллерова земля и ионообменные смолы отличаются минимальными затратами на утилизацию отходов и потери самой жидкости.
Применение для очистки и восстановления масла, в том числе кислотного числа отечественного адсорбента √ палыгорскита, цех по производству которого был построен в свое время Минэнерго Украины имеет ограничения по влажности палыгорскита, температуре и содержанию воды в масле. Хотя палыгорскит в меньшей степени поглощает ингибитор, чем фуллерова земля.
Применение всех адсорбентов предполагает очистку масел при их рабочей температуре. Для всех адсорбентов актуален вопрос их утилизации, особенно при фильтрации жидкости типа ОМТИ (эфиры фосфорной кислоты).
Мобильные промывочные агрегаты с вакуумным отделением воды фирм PALL, EPPENSTEINER, ΗYDAC примерно одинаковы по характеристикам, конструкции и цене, Они эффективно работают на влагоудаление при температуре масла 55-70оС. Следует отметить, что в настоящее время такие установки комплектует специальным встроенным подогревателем и системой цифрового мониторинга за отделение влаги только фирма EPPENSTEINER. Эта же фирма использует два последовательных корпуса фильтров, с возможностью выбора заказчиком устанавливаемых в них фильтроэлементов. Применение компактных передвижных фильтрующих установок позволяет производить очистку масел в сжатые сроки непосредственно на производстве заказчика.
Электроочистка является перспективными, эффективным для получения особо чистых гидравлических жидкостей, и быстро развивающимся направлением. Хорошо зарекомендовала себя для очистки масел в изолированных емкостях. Имеется большой опыт применения для дегидратации нефти и нефтепродуктов ( в том числе самолетного топлива), в том числе для высокообводненных нефтей (60% воды) и аномально стойких эмульсий. Также требуются предварительный подогрев потока жидкости. Отличаются отсутствием динамического сопротивления потоку фильтруемой среды в свободном пространстве рабочей камеры, простотой управления технологического процесса, так как его интенсивность зависит от приложенного напряжения и вязкости рабочей среды. Однако существующие в настоящее время установки этого типа не предназначены для установки на работающие турбо- и гидроагрегаты, требуют предварительного обезвоживания очищаемой жидкости до уровня 0,03%, от механических примесей до 8 класса чистоты по ГОСТ 17216-71, допустимая температура не должна превышать 90оС при скорости потока масла до 30 мм/с. Такие системы в отличие от механических фильтроэлементов с разной эффективностью удаляют частицы различной физической природы (так как эти частицы обладают различной диэлектрической проницаемостью, которая к тому будет зависеть от их температуры среды, напряженности электрического поля┘). Сами воскоподобные образования, продукты старения масла, гели имеют близкие к маслу коэффициенты диэлектрической проницаемости, что затруднит их отделение от масла. Особенно актуальной является для таких систем защита от электрического пробоя. Отмечаемое при электроочистке незначительное снижение коэффициента поверхностного натяжения масла свидетельствует все же о его старении при такой очистке. По рекламным данным Микроинтера для систем типа СФОТМ достигается уровень чистоты масла не хуже 00 по ГОСТ 17216-71, остаточное содержание воздуха не более 0,1%, влаги - 0,0005%. ФГУП ⌠ЦНИИ им. академика А.Н.Крылова■ для своей установки производительностью 100л/час, масло Shell ISO-32 гарантирует очистку от механических и биологических загрязнений с тонкостью фильтрации до 5 мкм - 95%.
Предлагаемые сегодня для объектов генерирующих компаний как отечественные, так и импортные центрифуги своими заявленными паспортными характеристиками привязаны к исходному классу чистоты гидравлической жидкости и не обеспечивают удаление механических частиц размерами менее 5 мкм. Количество же таких частиц в итоге может стать недопустимо большим.
Положительным в применении фильтроэлементов-металлических сеток является многократность их применения и меньшие проблемы с экологией при утилизации отфильтрованных загрязнений. Утилизация фильтроэлементов на основе органической или неорганической бумаги, стекловолокон, полипропилена, фторопласта и пр. предполагает их сжигание.
Следует отметить технологию словацкой фирмы ECOFLUID (применена на Запорожской АЭС, установка для регенерациии трансформаторных масел из ЮАР), экологически чистую за счет многократной регенерации фуллеровой земли с последующим вывозом ее для утилизации после полной отработки поставщиком оборудования. При этом технология включает восстановление требуемого содержания ингибитора в масле и основных показателей его свежести, в т.ч. коэффициента поверхностного натяжения.
Анализ существующей ситуации очистки энергетических масел показывает отсутствие единого системного подхода к решению этой проблемы, к контролю качества масел и вследствие этого при общей кажущейся благополучной ситуации наличие серьезных проблем на отдельных объектах. Начинаются эти проблемы прежде всего с проблем контроля чистоты масел как из-за ограничений присущих используемому весовому методу так из-за проблем обеспечения реактивами и оборудованием.
Крайне актуальной является также сегодня проблема отсутствия в лабораториях химических служб как расходных реактивов (присутствие воды обычно определяется тестом на медной пластине) так и современных экспресс- лабораторий для определения класса чистоты масел, а также цифровых датчиков содержания воды в масле для постоянного мониторинга и разовых проверок на работающих агрегатах. Применяемый сегодня весовой метод контроля загрязнения гидравлических жидкостей имеет ограничения по точности измерений и не позволяет определить природу и размеры загрязняющих частиц.
Следует также обратить внимание на имеющую сегодня место установку в маслосистемах турбоагрегатов разнотипных корпусов фильтров. Так на Змиевской ТЭС фирмой Siemens на рециркуляцию на маслобак 60 тонн установлена система трех корпусов фильтров с насосом фирмы HYDAC (фильтроэлементы-сетки 20 мкм), в системе гидроподъема применены два переключаемые корпуса фильтра фирмы EPPENSTEINER (фильтроэлеменгты-сетки 40 мкм), в системе гидроусилителей REXROTHE на конечном участке фильтры фирмы PALL. Такая ситуация не является критичной, так как сегодня жесткая конкуренция этих фирм привела к выпуску ими взаимозаменяемых по размерам и качеству фильтроэлементов. Смотря дальше, сегодня можно утверждать, что возможно изготовление конкурентных фильтроэлементов как на базе отечественных проволочных сеток (УИЦ), так и на базе полипропиленовых материалов (фирма ТПК, Украинский университет технологии и дизайна, АОЗТ УКРФИЛЬТР). Так испытание фильтрующего материала ( ПП ткань двойной слой, поры 5 мкм) Украинского университета технологии и дизайна на Киевской ГАЭС показало его способность при входном классе масла 17 по ГОСТ 17216 и присутствии воды, определяемой тестом на медной пластине получить на выходе 13 класс и отсутствие свободной воды.
Назревшим требованием сегодняшнего дня является модернизацию маслохозяйств генерирующих объектов. При этом основной целью являться сокращение потребления свежих масел, повышение чистоты эксплуатирующихся масел и самих маслосистем, увеличение межремонтного периода, а также повышение надежности работы турбо- гидроагрегатов и трансформаторов. Использование современного фильтрующего оборудования позволяет увеличить срок службы рабочих жидкостей в два и более раз, понизить рабочие температуры подшипников и увеличить срок их службы, обеспечивает стабильную работу систем смазки и регулирования, а также трансформаторов. Все это в целом приводит к снижению затрат на ремонт, приобретение запасных частей, замену технических масел, предотвратит аварии по причинам, вызванным эксплуатацией загрязненного масла.
Такие работы на основании системного подхода к решению данной проблемы рекомендуется выполнять в следующих направлениях :
1.Создать в рамках Генерирующих компаний независимую постоянно действующую экспертную группу с привлечением внешних специалистов Минтопэнерго для контроля чистоты масел на турбоагрегатах, трансформаторах, других объектах обособленных подразделений генерирующих компаний, а также состояния маслохозяйств в целом, их оснащенности системами очистки масел, разработки планов модернизации этих маслохозяйств, подготовки технико-экономических заключений по использованию того или иного маслоочистительного оборудования, рекомендаций по комплексному решению проблемы маслоочистки.
2.Оснастить химические службы генераций современными лабораториями экспресс- анализа и цифровыми датчиками загрязнений, как для постоянного мониторинга, так и для разовых проверок.
3.Системно решать саму проблемы маслоочистки для турбоагрегатов, а именно :
3.1.Устанавить стационарно систему корпусов фильтров и напорного насоса, на рециркуляцию на главный маслобак турбины, а также на основных трубопроводах для постоянного удаления механических загрязнений. Это позволит гарантированно поддержать требуемое качество масла и значительно продлить срок его эксплуатации. За сутки требуется фильтровать байпасно примерно 10-20 объемов масла системы. По рекомендациям фирм HYDAC, MAHLE для маслобаков объемов 30 и 60 тонн производительность насоса должна быть примерно 16 м3/час, фирмы PALL - 25 м3/час.
3.2.Периодически включать на рециркуляцию в работающую маслосистему и ее отдельные трубопроводы промывочные агрегаты (фильтр+насос) типа Учебно-инжинирингового центра УИЦ (г.Челябинск) производительностью примерно 300 л/мин, центрифуги непрерывной разгрузки АООТ НИТИ ТЕСАР и др.
3.3.Избегать применения специальных промывочных жидкостей для промывки маслосистем, так как полное удаление их из этих систем невозможно, а также возникает проблема очистки самих этих жидкостей. Промывка маслосистем должна осуществляться циркулирующим в ней маслом.
3.4.Заливать свежее масло в систему только через фильтрационное оборудование.
3.5.Комплексно использовать отечественное фильтрационное оборудование и высококачественное фильтрующее оборудование ведущих фирм дальнего зарубежья. Так при наличии в системе грязного масла класса чистоты не лучше 17 по ГОСТ 17216-71 целесообразно выполнить его первичную очистку центрифугой типа АООТ НИТИ ТЕСАР или агрегатом УИЦ, и только после этого использовать дорогостоящие фильтроэлементы фирм PALL, MAHLE, HYDAC, EPPENSTEINER или использовать сторонние организации для выполнения работ по очистке масла. Стоимость работ по очистке масла в Украине сегодня составляет 25 - 60% от стоимости свежего масла. Это означает, что при ежегодном выполнении таких работ на одном и том же объекте генерация оплатит фирме выполняющей работы в течение 3-х лет как минимум стоимость всего объема свежего масла.
Комплексность подхода означает также целесообразность разработки и установки в импортные корпуса фильтров металлосетчатых фильтроэлементов российского производства - УИЦ 10 мкм, 25 мкм, 40 мкм, и полипропиленовых фильтроэлементов до 100 мкм.). Применение их оправдано тем, что стоимость их на порядок меньше импортных при достаточном качестве фильтрации. Однако при этом следует учитывать, что заявленные характеристики полипропиленовых фильтроэлементов (тонкость фильтрации при данном коэффициенте бетта) являются расчетными и обычно не подтверждены тестированием. Финишную доочистку целесообразно выполнять фильтроэлементами MAHLE, PALL, EPPENSTEINER, ΗYDAC.
3.6.Оснастить ремонтные цеха обособленных подразделений генерирующих компаний необходимым комплектом современного оборудования маслоочистки и провести обучение персонала по его эксплуатации согласно существующим современным концепциям чистоты гидравлических жидкостей. При этом выбор приобретаемого оборудования осуществлять на основании критерия ⌠цена-качество■ как для самого оборудования, так и расходных материалов и элементов.
Для более детального обсуждения проблемы в Генерирующих компаниях представляется целесообразным обязать все их обособленные подразделения представить головной организации следующую информацию за последние 3-5 лет :
- результаты анализа текущего состояния отобранных из всех систем проб гидравлических жидкостей с указанием общего объема этих жидкостей в системах, наименования жидкостей, срока их эксплуатации,
- перечень используемых для очистки в данной системе штатных средств (адсорберы, фильтры с указанием размера ячеек этих фильтров, типа центрифуг и т.д.,),
- данные (сроки и акты выполненных работ с заключениями лабораторий химических служб) о выполнении работ по очистке гидравлических жидкостей, в том числе внешними организациями с указанием реквизитов этих организаций и применяемых ими средств очистки масла,
- данные об имевших место нарушениях, отказах, авариях систем турбоагрегатов по причине потери гидравлическими жидкостями своих эксплуатационных свойств за анализируемый период.
Дата публикации: 15 июля 2003
Источник: SciTecLibrary.ru
добавить ресурс
.gif){kind=small}
Переработка мусора:
ТБО и другие проблемы современности:
© Дизайн Студии РОМАрт, 2004.