Vladimir Stevanović,,j , Sanja Prica, Blaženka Maslovariće2010.drustvo-termicara.com/resources/files/presentations/stevanovic.pdf · Mašinski fakultet u BeograduMašinski fakultet

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


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


TERMOHIDRAULIKA KOTLA –PROJEKTNI USLOVI


TERMOHIDRAULIČKI MODEL CEVNOG SISTEMA KOTLA –

GEOMETRIJA I LOKALNI OTPORIGEOMETRIJA I LOKALNI OTPORI

114700

105460

12800

14603

7900

d k l


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 = = + −⎢ ⎥⎜ ⎟

⎝ ⎠


2 2 ' "lp ς ςρ ρ⎢ ⎥⎜ ⎟

⎝ ⎠⎣ ⎦

PRORAČUN PROJEKTNIH USLOVA


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)


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


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)


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)


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


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


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


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


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 ?


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.


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.


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


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


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


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.


ZAKLJUČCI:

4. Veći pad pritiska u cevnom sistemu kotla na B1 izmeren i pri garancijskim ispitivanjima 1984./85. godine


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


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.


HVALA NA PAŽNJI


Documents

Vladimir Stevanović,,j , Sanja Prica, Blaženka Maslovariće2010.drustvo-termicara.com/resources/files/presentations/stevanovic.pdf · Mašinski fakultet u BeograduMašinski fakultet