Vladimir Stevanović,,j , Sanja Prica, Blaženka...
Transcript of Vladimir Stevanović,,j , Sanja Prica, Blaženka...
TERMOHIDRAULIKA CEVNIH SISTEMA KOTLOVA NA BLOKOVIMA B1 I B2KOTLOVA NA BLOKOVIMA B1 I B2
TERMOELEKTRANE „NIKOLA TESLA B”
Vladimir Stevanović, Sanja Prica, , j ,Blaženka Maslovarić
Mašinski fakultet u BeograduMašinski fakultet u Beogradu
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
MOTIV I CILJMOTIV I CILJ
P ć j t k ž ilj ć j• Povećanje protoka sveže pare u cilju povećanja snage blokova B1 i B2 na TENT B
• Određivanje promene pritiska u cevnom sistemu kotla odOdređivanje promene pritiska u cevnom sistemu kotla od ulaza u EKO do izlaza iz pregrejača pare 4 pri radu na nominalnim i maksimalnim opterećenjima
• Sagledavanje termohidraulike kotla pri radu sa dve, jednom i bez obe linije ZVPUzroci povećanog pada pritiska u cevnom sistemu kotla?• Uzroci povećanog pada pritiska u cevnom sistemu kotla?
• Podloge za licenciranje blokova od 620 MWe za novu nominalnu snagu od 665 MWenominalnu snagu od 665 MWe
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
CEVNI SISTEM KOTLA I PROJEKTNI NOMINALNIPROJEKTNI NOMINALNI
USLOVI RADA
•Protok sveže pare 522,22 kg/sProtok sveže pare 522,22 kg/s (1880 t/h)
•Pritisak sveže pare na izlazu iz kotla 186,5 bar,
•Temperatura sveže i naknadno dogrejane pare na izlazu iz kotla
540 oC•Pritisak napojne vode na ulazu u EKO 231,5 bar•Ukupni pad pritiska u kotlu
45 bar•Pad pritiska od EKO do separatora
20 barP d iti k d t d i l•Pad pritiska od separatora do izlaza
iz PP4 25 bar
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
TERMOHIDRAULIČKI MODEL CEVNOG SISTEMA KOTLA –
GEOMETRIJA I LOKALNI OTPORIGEOMETRIJA I LOKALNI OTPORI
114700
105460
12800
14603
7900
d k l
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
6550
6170
desna strana kotla
TERMOHIDRAULIČKI MODEL CEVNOG SISTEMA KOTLA –PRORAČUN STRUJANJA
• Numeričko rešavanje bilansa mase, količine kretanja i energije za jednofazno i dvofazno strujanje vode i vodene pare
PRORAČUN STRUJANJA
jednofazno i dvofazno strujanje vode i vodene pare• Bilansi mase
1 1 121 12
( )d udxα ρ
= Γ −Γ 2 2 221 12
( )d udx
α ρ= −Γ + Γ
• Bilansi količine kretanja
dx dx
21 1 1( ) sind u dp a a u u gα α τ τ α θρ
+ = + Γ Γ ρ
Bilansi energije
1 21 21 1 1 21 2 12 1 1 1 sinz za a u u gdx dx
α τ τ α θ+ = − + Γ −Γ − ρ
22 2 2
2 21 21 2 2 12 1 21 2 2 2( ) sinz z
d u dp a a u u gdx dx
α α τ τ α θρ+ = − − + Γ −Γ − ρ
• Bilansi energije
"1 1 1 121 12 1
( ) ( ) vd h u h q
dxα ρ
= Γ −Γ + & "2 2 2 212 21 2
( ) ( ) vd h u h q
dxα ρ
= Γ −Γ + &
• Lokalni otpori
2 2 '1 1lu Gp xρ ρς ς
⎡ ⎤⎛ ⎞Δ = = + −⎢ ⎥⎜ ⎟
⎝ ⎠
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
2 2 ' "lp ς ςρ ρ⎢ ⎥⎜ ⎟
⎝ ⎠⎣ ⎦
PRORAČUN PROJEKTNIH USLOVA
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
Dve linije ZVP, protok sveže pare = 1880 t/h, ubrizgavanje = 112 t/h, hrapavost cevi do 0,05 mm
PRORAČUN POGONSKIH USLOVA – BLOK B1
3400 `
PP2-BFBF-PP3 BF534,9 0C
3000
3200
3400
Noseće cevi Isparivačke cevi 2
PP2PP3PP4
PP1-PP2PP3 PP4
``
``
` `
457,6 0C
490,3 0C
421,9 0C
480,7 0C
411,8 0C`
2400
2600
2800
)
Isparivačke cevi 1p
Spiralne isparivačke cevi
PP1PP3-PP4
`
` `
,410,9 0C
411,8 C
379,0 0C
0 `
380,4 0C
372,6 0C1
1800
2000
2200
h (k
J/kg
)
``
372,3 0C
373,1 0C372,8 0C
x = 1
x = 0
1200
1400
1600 Spusne cevi320,0 0C 320,0 0C
800
1000
1200
160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260
EKO220,0 0C
Jedna linija ZVP, protok sveže pare 1824 t/h, ubrizgavanje = 224 t/h, hrapavost 0 28 mm 0 7 mm; u odnosu na proj nom Δ(Δp +Δp ) = 13+7 = 20 bar
160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260
p (bar)
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
0,28 mm – 0,7 mm; u odnosu na proj. nom. Δ(Δpeko-sep+Δpsep-PP4) = 13+7 = 20 barpri 1826 t/h, ubrizgavanju 155 t/h i Tnv=231 oC = 16+9 = 25 bar
TERMOHIDRAULIČKI PARAMETRI U ISPARIVAČU KOTLA390 700
370
380
390
(o C)
1900 t/h
1826 t/h
1711 t/h
500
600
700
m3 ) 1900 t/h
1826 t/h
340
350
360
Tem
pera
tura
Verti-k l
200
300
400
Gus
tina
(kg/
m
1711 t/h
1826 t/h
Verti-
320
330
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450Dužina (m)
kalne ispari-vačke cevi Noseće Spiralne isparivačke cevi Negrejane cevi
0
100
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450D ži ( )
kalne ispari-vačke cevi Noseće Spiralne isparivačke cevi Negrejane cevi
Dužina (m) Dužina (m)
235
245
7
8
9
u2
205
215
225
Prit
isak
(bar
)
1826 t/h
1900 t/h
3
4
5
6
Brz
ina
(m/s
) u2
u1
u2 u1 u1
u1
185
195
205 1711 t/hVerti-kalne ispari-vačke cevi Noseće Spiralne isparivačke cevi Negrejane cevi
0
1
2
3
0 0 100 1 0 200 2 0 300 3 0 00 0
Verti-kalne ispari-vačke cevi Noseće Spiralne isparivačke cevi Negrejane cevi
u2
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450Dužina (m)
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450Dužina (m)
PRORAČUN POGONSKIH USLOVA – BLOK B1POREĐENJE SA IZMERENIM VREDNOSTIMA
250
260Izmereno iza napojne glave (RL70P011)
230
240
r)
Ulaz u ekonomajzer, računska vrednost
200
210
220
ritis
ak (b
ar
Sračunato za separator
180
190
200Pr
Izmereno ispred TVP RA30P001
Izmereno u separatoru, NA45P001
160
170Izmereno ispred TVP, RA30P001
Sračunato ispred TVP
Jedna linija ZVP protok sveže pare 1824 t/h ubrizgavanje = 224 t/h
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00Vreme (min)
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
Jedna linija ZVP, protok sveže pare 1824 t/h, ubrizgavanje = 224 t/h, hrapavost 0,28 mm – 0,7 mm
PRORAČUN POGONSKIH USLOVA – BLOK B1POREĐENJE SA IZMERENIM VREDNOSTIMA
550.00
Izmereno ispred TVP, RA30T001
Izlaz iz kotla, sračunato
500.00
a (o C
)
450.00
empe
ratu
ra
400.00
Te
Ispred pregrejača pare 1, sračunato
350.000.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00
Izmereno ispred pregrejača pare 1
Jedna linija ZVP, protok sveže pare 1824 t/h, ubrizgavanje = 224 t/h, hrapavost 0 28 mm 0 7 mm
Vreme (min)
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
hrapavost 0,28 mm – 0,7 mm
RADNA KARAKTERISTIKA KOTLA NA BLOKU B1
260Rad sa dve linije ZVP
240250260
Iza napojne glave
Jedna linija ZVP
210220230
(bar
)
U separatoru
180190200
Prit
isak
U separatoru
Jedna linija ZVP
160170180 Izlaz iz kotla
Jedna linija ZVP
140150
1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950
Ispred turbine
Protok (t/h)
Ο - računski pritisak iza napojne glave, • - izmereni pritisak iza napojne glave, - sračunati pritisak u separatoru ■ - izmereni pritisak u separatoru ◊ - sračunati pritisak na izlazu iz kotla
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
pritisak u separatoru, ■ - izmereni pritisak u separatoru, ◊ - sračunati pritisak na izlazu iz kotla, Δ - sračunati pritisak ispred turbine, ▲ – izmereni pritisak ispred turbine
POREĐENJE PADA PRITISKA NA BLOKU B1 PROJEKTNI USLOVI – POGONSKI USLOVI
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
ANALIZA POJEDINIH UTICAJA NA PAD PRITISKA
• Lokalni otpori do 10%V i i l i i i čki i 1 5 b• Varovi u spiralnim isparivačkim cevima < 1,5 bar
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
ANALIZA UTICAJA PROFILA 1
1.2
1.4
TOPLOTNOG FLUKSA DUŽ VISINE LOŽIŠTA NA PAD PRITISKA U ISPARIVAČU
0.6
0.8
1
q A /
q A,s
r
0.2
0.4
0.6
Uniformni profil
Profil sa maksimumom okopolovine visine ložišta
Gorionik I Gorionik II Gorionik III
00 50 100 150 200
Dužina (m)
Profil sa maksimumom privrhu ložišta
225
219
221
223
)
213
215
217
Priti
sak
(bar
)
Maksimum toplotnog fluksa pri vrhu ložišta
Uniformni profil
205
207
209
211
Maksimum toplotnog fluksa oko polovine i i
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
2050 50 100 150 200 250
Dužina (m)
ANALIZA UTICAJA NA PAD PRITISKA
Očekivana hid. hrapavost 0,1 mmp ,
Razlozi povećane hrapavosti:
•“Starenje” materijala cevi tokom 25 godina pogona sa 512 zastoja na B1 i 441 zastoja na B2 (na bloku B1 100 zastoja u toku 1. godine rada)
•Izloženost visokim toplotnim fluksevima sa brojnim zagrevanjima i hlađenjima
•Periodi rada sa lošijim kvalitetom vode
•Korozija
Z 9 b ći d iti k i i l t ć j d j kt d ti•Za 9 bar veći pad pritiska pri nominalnom opterećenju od projektne vrednosti pri garancijskim ispitivanjima na bloku B1 – povećana hrapavost novih cevi ?
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
HIDRAULIČKA HRAPAVOSTHIDRAULIČKA HRAPAVOST
Hrapavost cevi > ravnomerna i neravnomerna. Većina industrijskih cevi su neravnomerno hrapave. Pošto se na osnovu dimenzija neravnomernosti na površinizida cevi ne može jednoznačno predvideti hidrauličkizida cevi ne može jednoznačno predvideti hidrauličkiotpor, uvodi se pojam hidrauličke ili ekvivalentne hrapavosti koja se određuje merenjem pada pritiska u cevi. Hid ličk h t i i dHidraulička hrapavost zavisi od:• materijala i načina izrade cevi,• karakteristika fluida koji struji u cevi i koji dovodi do korozije,karakteristika fluida koji struji u cevi i koji dovodi do korozije,
formiranja neravnina i stvaranja naslaga na zidu cevi,• vremenskog perioda i uslova skladištenja do ugradnje cevi,
perioda korišćenja cevovoda, perioda van pogona i stanjaperioda korišćenja cevovoda, perioda van pogona i stanja okvašenosti cevi u periodu zastoja.
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
RASPOLOŽIVI PODACI O HIDRAULIČKOJ HRAPAVOSTI
•Idelčik, Priručnik za hidrauličke otpore: •komercijalne čelične bešavne cevi sa protokom hemijski pripremljene•komercijalne čelične bešavne cevi sa protokom hemijski pripremljene pregrejane pare ili vode ε≈0,1 mm, •u malo korodiranim cevima i cevima sa manjim naslagama ε≈ 0,4 mm
Siddh th B E C i & M t 47 (2006)•Siddhartha, B., Energy Conversion & Management, 47 (2006)• u kotlovima snage 210 MWe, nakon perioda od 20 godina pogona
•u ekonomajzeru 0,235 do 0,4 mm, •u isparivačima od 0,34 mm do 0,5 mm •u pregrejačima pare 0,365 mm do 0,5 mm.
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
ZAVISNOST KOEFICIJENTA TRENJA OD HIDRAULIČKE HRAPAVOSTI
Koeficijent trenja pri razvijenom turbulentnom strujanju u cevi unutrašnjegKoeficijent trenja pri razvijenom turbulentnom strujanju u cevi unutrašnjeg prečnika 0,028 m
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
STANDARDI
Evropske norme DIN EN 10216-2
dozvoljava se odstupanje unutrašnjeg prečnika cevi do vrednosti koja je•dozvoljava se odstupanje unutrašnjeg prečnika cevi do vrednosti koja je određena kao veća od ±1% prečnika cevi i ±2 mm
•za cevi kod kojih je odnos debljine zida i unutrašnjeg prečnika veći od 0,12 toleriše se promena debljine zida cevi od ±10% (kod cevi spiralnog isparivača dimenzija 38 x 5 mm debljina prečnika može da varira do ± 0,5 mm
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
ZAKLJUČCI:1. Odlično slaganje rezultata proračuna sa projektnim podacima RAFAKO,
hidraulička hrapavost do 0,05 mm
2 P ć hid ličk h t d š j t j B1 i B22. Povećana hidraulička hrapavost u sadašnjem stanju na B1 i B2
3. Povećani hidraulički otpori
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
ZAKLJUČCI:
4. Moguće snage blokova B1 i B2 TENT B u zavisnosti od temperature rashladne vode
P i i k i i b i l i i i č k l bl k B15. Pritisak u separacionim bocama na izlazu iz isparivača kotla na bloku B1, koji se ostvaruje pri protoku sveže pare od 1900 t/h, iznosi približno 213 bar. Dalje povećanje pritiska u separatoru dovelo bi do prelaska napojne vode u t j j bl ti iti k i t t k ji č j ij ćistanje pregrejane pare u oblasti pritiska i temperature koji su značajnije veći
od kritičnih vrednosti (pkr=220,64 bar i Tkr=373,95 oC), što bi uticalo na povećanje temperature na izlazu iz isparivača preko 400 oC.
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
ZAKLJUČCI:
4. Veći pad pritiska u cevnom sistemu kotla na B1 izmeren i pri garancijskim ispitivanjima 1984./85. godine
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
PREPORUKE:•Tokom remonta vizuelna kontrola, naslage i talog u kolektorima?•Uzimanje uzoraka i određivanje geometrije i hrapavosti površina. •Hidrauličko merenje pada pritiska u cevima uzorkovanim sa kotla u okviruHidrauličko merenje pada pritiska u cevima uzorkovanim sa kotla u okviru ekperimentalne test instalacije. •Ugradnja merenja pritiska sa odgovarajućom tačnošću i digitalnim očitavanjem u cilju određivanja pada pritiska u pojedinim delovima cevnog j j j p p p j gsistema kotla. •Proveriti i prema potrebi baždariti merenja protoka vode za ubrizgavanje, kao i merenja protoka pare.
Zavisno od uzroka, mogu se primeniti sledeće mere za smanjenje hidrauličkih otpora u kotlu:•ukoliko je hrapavost cevovoda mala, a postoje naslage značajne debljine, treba razmotriti mogućnost hemijskog čišćenja, pod uslovom da se hrapavost površina nakon čišćenja ne poveća usled hemijskog delovanja sredstva za čišć jčišćenje; •pri tome treba imati u vidu da je planirano da se u narednih 5 godina zamenepojedine grejne površine i da se izvrše rekonstrukcije u cilju smanjenja emisije NO ( t l d j tl ž ih i ik itd ) t k d t t išt
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
NOx (eventualna ugradnja vrtložnih gorionika itd.), tako da sa tog stanovišta ne treba vršiti hemijsko čišćenje cevi koje bi ubrzo nakon čišćenja bile zamenjene novim;
PREPORUKE:•ukoliko je hrapavost cevovoda značajna, što se može očekivati s obzirom na dosadašnji period rada kotlovskih postrojenja TENT B od oko 25 godina, treba pristupiti postupnoj zameni starih cevi sa novim, čija bi hrapavost unutrašnjepristupiti postupnoj zameni starih cevi sa novim, čija bi hrapavost unutrašnje površine bila u granicama do 0,05 mm; takođe, treba predvideti nabavku kvalitetnijih cevi kod kojih bi odstupanje od cilindrične geometrije bilo minimalno (cevi sa minimalnim promenama unutrašnjeg prečnika i debljine ( p j g p jzidova cevi); •razmotriti mogućnost povećanja protočnog preseka (povećanjem broja paralelno povezanih cevi) kod slabije toplotno opterećenih površina (na primer rekonstrukcijom ekonomajzera). Pri tome treba voditi računa da ne dođe do povećanog stvaranja naslaga usled prekomernog smanjenja brzine u cevima.
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja