Эксплуатация конденсаторов К-38080 «блочно-модульного» исполнения на третьем блоке Запорожской АЭС показала: новое оборудование производства АО «Турбоатом» существенно повышает эффективность энергоблока за счёт дополнительной выработки электроэнергии и снижения затрат на ведение водно-химического режима
Конденсаторы нового поколения отвечают международным стандартам и являются лучшими на АЭС Украины
Замену конденсаторов К-33160 на модернизированные конденсаторы «блочно-модульного» исполнения К-38080 с трубными системами из коррозионно-стойких материалов для турбин К-1000-60/1500-2 на третьем и четвертом энергоблоках Запорожской АЭС можно назвать грандиозным шагом к повышению эффективности и надёжности атомных электростанций. И хотя первой среди украинских АЭС заниматься этой работой начала Южно-Украинская АЭС, на Запорожской был получен собственный уникальный опыт. Её третий энергоблок стал «пилотным» в реализации задачи по внедрению конденсатора «подвального» исполнения. Многие работы выполнялись впервые.
Проект выдвинут на соискание Госпремии
За время эксплуатации на ЗАЭС и ЮУАЭС конденсаторы нового поколения оправдали все ожидания – оборудование реально повышает эффективность и надёжность энергоблоков. Это позволило выдвинуть проект «Разработка и внедрение конденсаторов паровых турбин атомных электростанций» на соискание Государственной премии Украины в области науки и техники на 2018 год. В связи с этим недавно Запорожскую АЭС посетили представители секции машиностроения Комитета по Государственным премиям Украины в области науки и техники.
В составе делегации были руководитель Секретариата Комитета по Госпремиям Украины в области науки и техники Вадим Стогний; заместитель заведующего секретариата Комитета по вопросам науки и образования ВРУ Николай Шевченко; директор Механико-машиностроительного института НТУ Украины «КПИ им. Игоря Сикорского», председатель секции Комитета по Госпремиям в области науки и техники Николай Бобырь. (фото2)
А также – замдиректора Института сверхтвёрдых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, учёный секретарь секции Комитета по Госпремиям Украины в области науки и техники Сергей Клименко; главный инженер АНТК «Антонов» Сергей Бычков; ректор Донбасской государственной машиностроительной академии Виктор Ковалёв; президент Украинской академии наук Алексей Онипко; главный научный сотрудник КП «Харьковское конструкторское бюро по машиностроению им. А. А. Морозова» Виталий Климов; проректор НТУ «ХПИ» Андрей Марченко; заместитель главного конструктора ОАО «Турбоатом» Александр Усс.
Генеральный директор Запорожской АЭС Александр Остаповец рассказал о выполненных мероприятиях по замене конденсатора на энергоблоке № 3 и о выполняемых – на энергоблоке № 4.
«Благодаря слаженной работе нашего персонала и подрядных организаций была реализована сверхсложная задача по замене конденсатора на энергоблоке № 3. Надеемся, что с заменой конденсатора на четвертом блоке мы достигнем таких же результатов», – сказал он.
Модернизация требовалась незамедлительно
Основанием для планомерной замены на энергоблоках ЗАЭС старых, физически и морально устаревших конструкций – конденсаторов К-33160, по сути отработавших свой ресурс – стало несколько технических причин. Связаны они были с эрозионно-коррозионным износом внутренних поверхностей теплообменных труб и мест их крепления в трубных досках.
Дальнейшая эксплуатация конденсаторов типа К-33160 могла привести к необходимости преждевременной замены парогенераторов, в первую очередь на третьем блоке. Более того, по мнению специалистов, из-за значительного эрозионно-коррозионного износа металла труб ситуация могла бы повлечь за собой «обвальные» повреждения теплообменных труб конденсаторов К-33160 энергоблока № 3, потерю прочности и плотности. А это ставило бы уже вопрос о невозможности дальнейшей эксплуатации турбины.
Выработка концепции – большая совместная работа специалистов ЗАЭС и «Турбоатома»
Таким образом, модернизацию необходимо было проводить в кратчайшие сроки. Но прежде требовалось определиться с конструкцией новых конденсаторов. Они должны были идеально подходить для замены с учётом всех новейших требований, особенностей монтажа и установки на место старого оборудования. В этом направлении была проведена колоссальная совместная работа ведущих специалистов Запорожской АЭС, НАЭК «Энергоатом» и конструкторов завода-изготовителя, с привлечением научных работников института электросварки им. Патона НАН Украины и института проблем машиностроения НАН Украины.
Разрабатывались и производились конденсаторы нового поколения «блочно-модульного» исполнения для турбоустановок мощностью 1000 МВт на харьковском «Турбоатоме» – заводе, который по праву считается флагманом украинского энергетического машиностроения. Важно, что и конденсаторы типа К-33160, изначально установленные на блоках ЗАЭС, также были в своё время изготовлены на этом предприятии.
В чём ещё выигрывал АО «Турбоатом» по сравнению с другими производителями, в том числе и зарубежными? Габариты оборудования требовали определенных условий при транспортировке – и отдалённость завода-производителя явно доставляла бы неудобства. Другой плюс был в большом опыте харьковского завода по изготовлению конденсаторов для зарубежных станций с энергоблоками такого же типа. Но, пожалуй, самым весомым фактором стала готовность «Турбоатома» идти навстречу заказчику в разработке конденсаторов для энергоблоков ЗАЭС с учётом требований специалистов станции к конструкции новых конденсаторов.
Энергоблок № 3 Запорожской АЭС был пущен в 1986 году. В его составе – турбина К-1000-60/1500-2, которая до продления срока эксплуатации блока и проведённой перед этим модернизации была укомплектована тремя конденсаторами типа К-33160 и 12-ю приёмно-сбросными устройствами.
О необходимости модернизации конденсаторов на блоках ЗАЭС стали задумываться с 2009 года, и определенная работа была начата ещё в то время. Но из-за недостаточного финансирования решение проблемы отодвинулось на несколько лет. Вплотную на ЗАЭС приступили к этой задаче в 2015 году – перед продлением срока эксплуатации третьего энергоблока.
Соответственно обозначились и цели предстоящей модернизации. В первую очередь оборудование нового поколения призвано было обеспечить нормативные технико-экономические показатели при эксплуатации и возможность нести номинальную электрическую нагрузку энергоблока. Важно было добиться повышения экономичности и эффективности с приростом электрической мощности турбоустановки. Также исключить вынос ионов меди в основной конденсат и в охлаждающую воду пруда-охладителя, исключить попадание сырой воды в паровое пространство конденсаторов. Обеспечить нормативные показатели водно-химического режима второго контура, снизить расход химических реагентов при ведении ВХР, и как следствие – повысить надёжность парогенераторов. Ключевое требование к производителю – значительное увеличение срока эксплуатации новых конденсаторов.
В результате проведенной масштабной работы на третьем энергоблоке ЗАЭС все эти цели были достигнуты. И сейчас они успешно реализуются на четвертом.
Конденсаторы К-38080 – теплообменные устройства нового поколения
Модернизированное оборудование кардинально отличается от старого – десять месяцев опытной эксплуатации на третьем блоке подтверждают его эффективность и экономичность. А длительный срок службы гарантирован производителем.
Названные преимущества напрямую связаны с конструкцией нового теплообменного устройства и использованных для его изготовления материалов. В первую очередь исключено содержание меди. Теплообменные трубки в конденсаторах К-38080 изготовлены из коррозионностойкой стали с устойчивостью к питтинговой коррозии, со сроком эксплуатации не менее 40 лет.
Чтобы исключить попадание охлаждающей воды в паровое пространство конденсатора, производителю удалось повысить плотность соединения «трубная доска – труба теплообменная». Новые конденсаторы характеризуются высокой герметичностью, улучшенной деаэрацией основного конденсата, дополнительной защитой от попадания посторонних предметов в конденсатный насос. Устройство отличается также эрозионно-коррозионной стойкостью, от чего напрямую зависит снижение затрат на коррозионную защиту его элементов, в частности наружных поверхностей трубных досок.
В конструкции новых конденсаторов использовано много уникальных ноу-хау. В их числе – схема установки охлаждающих труб в модулях конденсаторов по типу «лук». Это решение применено «Турбоатомом» впервые и не имеет аналогов в конденсаторах зарубежных разработок. Принцип состоит в том, что установка охлаждающих труб таким способом позволяет снизить термическое напряжение не только в местах соединения теплообменных труб с корпусом, но и во всех элементах конденсатора.
Плюсом является и то, что в новых конденсаторах сохранены габаритные размеры, аналогичные предыдущим. Модернизированные теплообменные устройства можно без проблем устанавливать на существующие стержневые опоры фундамента энергоблоков. Это позволило избежать дополнительных затрат на строительно-монтажные работы, исключило изменение компоновки машинного зала и сократило продолжительность замены оборудования.
При этом соблюдены все нормативные требования к уровню сейсмостойкости. В целом разработка конструкции конденсатора К-38080 не имеет аналогов в мировой практике атомного турбостроения и признана уникальной, ранее не применявшейся в конструкциях эксплуатируемых конденсаторов на АЭС Украины и за рубежом.
На сегодняшний день с уверенностью можно говорить, что этот высокоэффективный конденсатор для атомных энергоблоков ВВЭР-1000 в Украине – лучший.
Сборка, транспортировка и монтаж впечатляют цифрами
Значительную часть времени в процессе замены конденсатора на третьем энергоблоке заняли подготовительные работы. Это – демонтаж стеновых панелей здания машзала, обустройство площадки проведения работ, монтаж необходимых металлоконструкций для демонтажа старых и монтажа новых конденсаторов. Это сборка, транспортировка и монтаж новых конденсаторов на штатное место с присоединением к выхлопным патрубкам цилиндра низкого давления турбины. Только одних сварных швов насчитывается более 3-х км! Занимались работами подрядная организация ООО «ЮТЭМ-инжиниринг» и ряд подразделений и цехов атомной станции – УС, ЭРП, ЭЦ, ЦТАИ и др., а также ОП АЭМ.
В целом весь комплекс мероприятий был продолжительным, трудоёмким и металлоёмким. Всё выполнялось впервые. Но значительно облегчало транспортировку и монтажные работы такое новшество, как полное изготовление на заводе отдельных блок-модулей с набранными охлаждающими трубами.
Оборудование, которое нужно демонтировать и установить – громадных размеров. Вес каждого из трёх элементов старого конденсатора К-33160 – 606 тонн (общая масса – более 1800 тонн), нового К-38080 – 520 тонн (общая масса более 1500 тонн). Конденсационное устройство состоит из трёх конденсаторов, корпуса которых в свою очередь состоят из шести блок-модулей, т. е. всего в конденсаторе 18 модулей. Габариты новых конденсаторов – практически такие же, как и старых: 21 х 12 метров.
Стоит сказать отдельно и об особенностях доставки конденсатора на площадку ЗАЭС. Цифры впечатляют. Конденсатор К-38080 со всеми элементами – это примерно 30 товарных вагонов и 19 специальных грузовых машин. Каждый модуль весит около 70 тонн. И вот на 19-ти тяжеловесных грузовиках привезли 18 модулей и приспособления для их подъёма и транспортировки. По железной дороге доставлялись остальные элементы: водяные и поворотные камеры, их крышки, приёмно-сбросные устройства, сварочные материалы – всего 108 грузовых мест.
Все работали сплоченно, с предельной ответственностью
Координировавший все работы заместитель руководителя службы главного специалиста по турбинам ЗАЭС Александр Панченко отмечает слаженность действий и высокую ответственность всех участников замены конденсаторов.
– Хочу сказать о безупречной работе «Турбоатома». Все технические требования рассматривались и внедрялись в проектное решение, все наши пожелания учитывались.
И, конечно, особая благодарность – всем нашим структурным подразделениям, которые внесли свой вклад в это грандиозное мероприятие на третьем блоке, а сейчас работают на четвертом.
Огромное спасибо всем цехам и службам Запорожской АЭС за всестороннее содействие!
Эффективность и экономичность нового конденсатора оправдала все ожидания
Конденсаторы нового поколения по технико-экономическим показателям, показателям надёжности и безопасности турбоустановок мощностью 1000 МВт отвечают международному уровню и являются лучшими на АЭС Украины. Их внедрение позволяет повысить эффективность действующих энергоблоков за счёт дополнительной выработки электроэнергии. Новое оборудование рассчитано и изготовлено с учётом возможного увеличения мощности энергоблока до 107% при соответствующей модернизации проточной части турбины.
Для определения эффективности замены конденсаторов был выполнен сравнительный анализ показателей работы энергоблока № 3 ЗАЭС до ППР-2017 и после. Улучшенные технические показатели привели к приросту электрической мощности турбоустановки на 10 МВт в зимнее время и на 15 МВт – в летнее, а также способствовали восстановлению нормативных показателей водно-химического режима второго контура.
Для расчёта окупаемости нового конденсатора К-38080 оценивался прогноз недовыработки электроэнергии и возможной потери в 2018-2023 гг. Учитывалась недовыработка по давлению в конденсаторе, недовыработка при отключениях циркуляционных насосов, затраты по поддержанию водно-химического режима второго контура. Срок окупаемости замены конденсатора составил порядка 4,5 года.
«Внедрение новых конденсаторов отвечает всем стратегическим заданиям Компании, среди которых – повышение эффективности и надёжности эксплуатации энергоблоков АЭС в рамках соответствующей комплексной программы, продления сроков эксплуатации блоков, реализация проекта «Энергетический мост «Украина-ЕС», достройка энергоблоков № 3 и № 4 Хмельницкой АЭС, подготовка оборудования АЭС к интеграции в европейскую сеть системных операторов – ENTSO-E», – подчёркивает значимость для страны модернизации теплообменного оборудования на АЭС первый вице-президент–технический директор НАЭК «Энергоатом» Александр Шавлаков.
Конденсаторы для энергоблока № 4 изготовлены «Турбоатомом» с учётом новых требований
Замена конденсаторов турбины на Запорожской АЭС продолжается на энергоблоке № 4, который готовится в этом году к продлению срока эксплуатации.
Конденсаторы, которые монтируются на энергоблоке № 4, «Турбоатом» изготовил с учётом новых требований. Определены они были на основании полученного опыта монтажа и по результатам эксплуатации конденсаторов К-38080 на энергоблоке № 3. То есть конденсаторы для энергоблока № 4 доработаны с учётом рациональности сборки и монтажа, повышения надёжности эксплуатации, а также с учётом удобства их обслуживания и ремонта.
В свете всех выполненных задач и полученных результатов целиком оправдано, что проект «Разработка и внедрение конденсаторов паровых турбин атомных электростанций» выдвинут на соискание Государственной премии Украины в отрасли науки и техники за 2018 год.
