Hoerbiger оптимизирует ТЕЦ
Координатор по эксплуатации Колин Пендлбери и его коллеги гордятся ТЭЦ ливерпульского порта. Она работает практически без технического обслуживания, загрязнение окружающей среды сведено к минимуму. Но так было не всегда: «Когда в 2004 году станцию ввели в эксплуатацию, сразу начались проблемы с компрессорами, Через две недели работы отказали уплотнительные кольца поршней, и началась утечка через сальники. Об этом говорил запах газа из высоких вытяжных труб, Опасности никакой не было, но газ тратился впустую».
ТЭЦ: эффективное производство электроэнергии
ТЭЦ ливерпульского порта поставляет электроэнергию компании Mersey Docks and Harbour (MDHC) — оператору доков и порта в Ливерпуле. Среди других крупных потребителей два завода агропромышленного гиганта Cargill: в Сифорте (по производству кукурузной муки} и в Брокл бэнке (по выпуску растительного масла).
ТЭЦ — хороший пример оптимизированного и эффективного производства электроэнергии, и ТЭЦ в ливерпульском порту — не исключение. Сердце станции — газовая турбина RollsRoyce, работающая на природном газе из коммунальной сети Ливерпуля. Чтобы достичь рабочего давления нагнетания турбины (47 бар), предусмотрен двухступенчатый поршневой компрессор, работающий от электродвигателя и сжимающий газ с 6 до 47 бар.
Сжатый природный газ под давлением впрыскивается в турбину и сжигается в ней. Подачу воздуха обеспечивает
им приходится повышать давление газа до 30-50 бар компрессорами.
Работа таких небольших станций непосредственно зависит от динамики потребления клиентами (в нашем случае — потребления электроэнергии портом и тепловой энергии заводами Cargill). Поэтому и турбина, и компрессор неизбежно подвергаются переменным нагрузкам; бывают моменты, когда технологическая среда находится в стационарной фазе. Именно такие специфические условия эксплуатации привели к проблемам с компрессорами в Ливерпуле.
Чтобы справиться с неполадками, E.ON заключила договор с британским отделением HOERBIGER. В сервисной службе HOERBiGER работают признанные специалисты в области оптимизации поршневых компрессоров. И их усилия увенчались успехом: им удалось значительно улучшить работу компрессоров, установив уплотнения и сальники HOERBIGER. Проблема с утечкой газа также была решена.
В поисках возможных причин
Что же привело к утечкам? Поршневые компрессоры часто имеют масляную смазку. Рано или поздно масло неизбежно проникает в газовую среду. Масляный туман — аэрозоль из мельчайших капелек масла — может привести к повреждению турбины.
Поэтому сама турбина; горячие газообразные продукты сгорания вращают лопасти турбины и приводят в движение ее вал. Перед зоной горения, на стороне всасывания турбины, другие лопасти, укрепленные на том же валу, подают воздух, поддерживающий горение. К валу турбины на выходе присоединен генератор. Он производит электроэнергию, которая через подстанцию подается в общую распределительную сеть портового оборудования.
Не вся энергия продуктов сгорания тратится в турбине. Их можно вновь поджечь в горелке котла, расположенного ниже в линии, и использовать для превращения воды в пар. Этого пара достаточно для обеспечения теплом двух заводов Cargill. Пар подается на заводы в Сифорте и Броклбэнке по двум теплоизолированным трубам.
Проблемы с компрессором
Проектирование ТЭЦ началось в 2001 году. Тогда компании Mersey Docks and Harbour (MDHC) и Cargiil заказали компании Rolls-Royce ТЭЦ под ключ. С компанией E.ON был, в свою очередь, заключен контракт на 20 лет на эксплуатацию и техническое обслуживание ТЭЦ.
Уплотнения и сальники перегреваются и быстро выходят из строя. Мы нередко встречаем такую проблему на ТЭЦ, работающих при низком давлении газа»,— говорит Джексон. Ситуация ухудшается еще и частыми пусками и остановами компрессоров на многих ТЭЦ. Компрессоры работают при низкой нагрузке с открытым перепускным клапаном и охлаждаются. При низкой нагрузке недостаточное давление приводит к ухудшению работы уплотнений: «Уплотнения поршневого компрессора работают только в динамическом режиме,— объясняет Джексон.— Если перепада давления нет, начинаются утечки».
Чтобы избежать этой проблемы, в газовых турбинах используются бессмазочные компрессоры. Так было и в ливерпульском порту. Но в данном случае это привело к другим проблемам.
«В отсутствие масляной смазки и охлаждения бессмазочные компрессоры для уменьшения трения должны иметь специальные полимерные уплотнения, например из ПТФЭ. Частичное охлаждение этих уплотнений производится компримируемым газом»,— объясняет Мэтт Джексон, менеджер по техническому обслуживанию (британское отделение HOERBIGER).
СИСТЕМА
Кольца и сальники HOERBIGER повысили пробег компрессоров компакт Mersey Docks and Harbour между техническими обслуживаниями с нескольких сотен до тысяч часов. Новые опорноуплотнитепьные кольца BCD полностью устранили утечки в атмосферу. Кроме того, анализаторы положения штока HOERBIGER постоянно отслеживают состояние компрессоров.
Когда компрессор работает на полной скорости под нагрузкой, уплотнения от перегрева расширяются, и внутренность цилиндров дополнительно шлифуется об уплотнительные и опорные поршневые кольца. Создается замкнутый круг: когда трение уплотнения о металл снижается, ПТФЭ уже не образует пленку между цилиндром и поршневым кольцом. В отсутствие такого «смазывающего слоя» износ прижатых к стенке цилиндра деталей из ПТФЭ возрастает. Это относится и к сальникам, используемым для уплотнения штока.
Сжатие природного газа для нужд ТЭЦ предъявляет серьезные требования к материалу и конструкции уплотнительных колец и сальников, и немногие производители изготавливают действительно пригодные для этой цели детали: «Ряд операторов считают утечки газа незначительными по сравнению с компримируемым объемом,— говорит Джексон — Но мы в HOERBIGER подходим к этому вопросу более строго. Ведь эти утечки в конечном итоге снижают общую эффективность работы ТЭЦ и увеличивают воздействие на окружающую среду».
На ТЭЦ в ливерпульском порту установлено два одинаковых компрессора, работающих от электродвигателей. В каждый момент времени один компрессор работает, а второй остается в резерве. В первые годы работы предприятия только это обстоятельство спасало ТЭЦ от долгих простоев. Вскоре после ввода в эксплуатацию уплотнительные и опорные поршневые кольца, а также уплотнения штока вышли из строя. Это привело к серьезному повреждению штока и цилиндра.
«Каждый день был для нас битвой за продолжение работы предприятия,— признается Колин Пендлбери.— Едва удавалось исправить один компрессор, как тут же отказывал другой. Сначала предположили, что причиной частых аварий был водяной пар в составе газа, Но анализ показал, что проблема заключалась не в этом». В 2006 году был заключен контракт с HOERBIGER на техническое обслуживание компрессоров всех ТЭЦ компании E.ON в Великобритании. «Тогда мы смогли пристальнее изучить ситуацию»,— вспоминает Мэтт Джексон.
Решение для поршневых и опорных колец
Специалисты HOERBIGER установили, что в материале поршневых колец имелось значительное содержание стекловолокон. Именно об эти волокна
(наполнитель в составе ПТФЭ) шлифовалась внутренняя поверхность цилиндров. Операторы и специалисты HOERBIGER по сервису кропотливо искали решение. «Проверки занимают очень много времени, ведь нельзя изменять сразу много параметров, чтобы не упустить оптимальный результат»,— говорит Джексон.
Наблюдение за компрессорами растянулись на долгие месяцы, но это помогло лучше оценить характеристики всех деталей в различных рабочих режимах ТЭЦ, при различных нагрузках, при работе летом и зимой.
Исходя из результатов этих наблюдений, компания стала использовать разработанные HOERBIGER новые материалы, что позволило устранить вредную шлифовку поверхностей. Кроме того, специалисты британского отделения HOERBIGER изменили конструкцию колец и сальников. Им удалось существенно снизить масштаб проблемы с поршневыми и опорными кольцами. Если безаварийный пробег ранее используемых деталей составлял 200 часов, то после модификации период работы без сбоев составил почти 4 тыс. часов.
Проблема со штокам решена с помощью колец BCD
Настоящий прорыв в оптимизации сальникового уплотнения штока произошел, когда научно исследовательская группа HOERBIGER провела первые полевые испытания колец BCD, полностью переработанных для британской сервисной службы.
Инновационные материалы, инновационная конструкция
Сервисная служба успешно применила новейшие кольца BCD (HOERBIGER получила патент на них незадолго до этих событий). Новый материал в сочетании с новой конструкцией колец значительно повысил герметичность сальника, Утечка в компрессорах была полностью устранена.
«Конструкция колец BCD обеспечивает более эффективное уплотнение,— объясняет Джексон.— Вместо обычной пары колец — одного с радиальным, другого с тангенциальным разъемом — в кольцах BCD оба кольца объединены в одно. Характеристика уплотнения становится более предсказуемой по сравнению с обычными кольцами; утечка в статическом режиме значительно снижается. Это особенно важно для ТЭЦ. где в цилиндрах даже после останова машины остается газ гад давлением».
В ТЭЦ компании Mersey Docks and Harbour новые кольца BCD легко поместились в прежние сальниковые камеры. С момента их установки компрессоры работают отлично. Продолжительность безаварийной работы составила уже 8 тыс. часов. Кольцам BCD не страшен перегрев, из-за которого прежние кольца регулярно выходили из строя.
Благодаря разработанным HOERBIGER кольцам BCD утечкиполностью прекратились. Дейв Моллоу гордо указывают на расходомер на сальниках: «Датчик показывает ноль! Запаха газа нет, вытяжные трубы холодные». ®
ПАРТНЕРСТВО
Британское отделение HOERBIGER — партнер по сервису всех ТЭЦ компании E.0N в Великобритании с 2006 года. Важнейшие детали компрессоров от HOERBIGER Compression Technology обеспечивают высокий коэффициент эксплуатационной готовности британских ТЭЦ E.ON. Особый успех совместной работы двух компаний — оптимизация ТЭЦ ливерпульского порта.
