Совместными
усилиями
к общему успеху...
с_1997 года
"ИНТЕХ ГмбХ"
Назначение: для преобразования кинетической энергии пара, в механическую работу, привода центробежных насосов (электрических генераторов, вентиляторов).
Область применения: химическая, сахарная, лесная, пищевая промышленность и производство удобрений.
Настоящее обоснование безопасности распространяется на паровые турбины H, HO следующих моделей:
Тип Н-124 – малый консольный роторный тип турбин, используется в основном для насосов смазочного масла и насосов уплотняющего масла.
Типы Н-133, -142 и -163 отличаются обработанными лопастями ротора, установленными на диске ротора, расположенными между подшипниками.
Тип Н-183 – габаритная турбина высокой производительности серии H, с максимальной мощностью 1500 кВт. Обработанные лопатки установлены отдельно от диска ротора.
Турбины моделей HO были разработаны на базе турбин H, имеют большую выходную мощность и более высокую частоту вращения по сравнению с аналогами.
Таблица – Основные технические характеристики турбин
| Модель | Н-124 | Н-134 | Н-142 | Н-163 | Н-183 | НO-142 | НO-163 | НO-183 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Частота вращения (об/мин) | 4200 | 4200 | 4200 | 4200 | 4200 | 4005 | 4005 | 4005 |
| Максимальная мощность на выходе (кВт) | 50 | 300 | 600 | 1000 | 1500 | 600 | 1500 | 2500 |
| Максимальное давление на входе (кгс/см2) | 45 | 45 | 45 | 45 | 45 | 60 | 60 | 60 |
| Максимальная температура на входе (°С) | 450 | 450 | 450 | 450 | 450 | 500 | 500 | 500 |
| Максимальное давление выхлопа (кгс/см2) | 5 | 7 | 7 | 7 | 7 | 15 | 24 | 11 |
| Номинальный диаметр ротора (мм) | 300 | 300 | 400 | 600 | 800 | 400 | 600 | 600 |
| Диаметр ввода (мин/макс) (мм) | 50 | 80 | 80/150 | 20/200 | 80/250 | 80/150 | 20/200 | 20/200 |
| Диаметр выхлопа (мм) | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 | 200 | 250 | 250 |
| Ручной игольчатый клапан (шт.) | 0 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| Масса (max) (кг) | 250 | 450 | 750 | 1200 | 1500 | 750 | 1200 | 1200 |
Основными компонентами паровых турбин являются:
Паровые турбины состоит из двух основных элементов – статора (корпуса) и ротора. Корпус турбин и проточная часть разделены по горизонтали на две части. Выходные патрубки пара и выход выхлопных газов располагается ниже половины корпуса. Верхняя часть корпуса турбин – съемная.
Неподвижная часть турбин – корпус (статор) выполнен разъемным в горизонтальной плоскости для возможности выемки или монтажа ротора.
В корпусе имеются выточки для установки диафрагм, разъем которых совпадает с плоскостью разъема корпуса турбины. По периферии диафрагм размещены сопловые каналы, образованные криволинейными лопатками. Сопла перенаправляют пар на лопатки ротора.
В местах прохода вала сквозь стенки корпуса установлены концевые углеродные уплотнения для предупреждения утечек пара наружу (со стороны высокого давления) и засасывания воздуха в корпус (со стороны низкого давления).
На верхней части корпуса турбин установлен предохранительный клапан избыточного уровня давления в корпусе турбины.
Ротор устанавливается на упорные подшипники, установленные в корпусах. На валу турбины установлен диск ротора сборного типа. На окружности диска в два ряда установлены динамически уравновешенные лопатки ротора. На переднем конце вала устанавливается регулятор скорости механического типа. Устройство останавливает турбину при увеличении частоты вращения выше предельно-допустимой.
Упорные подшипники расположены с обеих сторон корпуса турбин, разделенного горизонтально и залитого баббитом. Радиальный подшипник, поддерживающий осевую нагрузку, расположен в передней части корпуса подшипника. Опорные подшипники смазываются масляным кольцом (масляный туман).
В конструкции турбин предусмотрен паровой сетчатый фильтр, очищающий пар от вредных примесей (частей сварки), способных привести к повреждению компонентов турбины.
Для регулировки равномерности подачи пара, турбины оснащаются регуляторным клапаном двухседельного типа.
Если скорость турбины увеличивается из-за уменьшения нагрузки со стороны приводного устройства, с помощью регулирующего клапана происходит регулирование объема подачи пара.
В конструкцию турбины входит аварийный клапан. Клапан срабатывает при достижении предельно-допустимых значений пара и турбины.
Шток регулирующего клапана связан с рычагом управления клапаном. С помощью рычага управления можно вручную контролировать степень открытия и закрытия клапана.
Принцип действия турбины. Свежий пар из парогенератора по паропроводу попадает на входной патрубок турбины, где проходит через регулирующий клапан, контролирующий объем подачи пара на турбину.
Диафрагмы и сопла направляют пар на рабочие лопатки диска ротора. При расширении, кинетическая энергия пара превращается в механическую энергию и приводит во вращение ротор установки.
Вал ротора турбины с помощью муфты соединен с приводным агрегатом. При работе турбины, вращение вала ротора передается на вал приводного центробежного насоса (электрического генератора).
| Расчетная мощность | 110 кВт |
| Расчетная скорость вращения | 2979 об/мин |
График производительности
Основные характеристики
| Нормальный режим | |
| Мощность | 78,9 кВт |
| Скорость вращения вала | 2979 об/мин |
| Расход пара | 48,04 кг/кВт·час |
| Расчётный режим | |
| Мощность | 110 кВт |
| Скорость вращения вала | 2979 об/мин |
| Расход пара | 44,09 кг/кВт·час |
Тип турбины
| Горизонтальная, аксиальная | |
| Конструкция ротора | Сборный |
| Радиальный подшипник | скольжения |
| Упорный подшипник | подшипник с шарнирно-закрепленным сегментом подпятника |
| Предусмотренная вязкость масла (ISO) | VG 46 |
| Система смазки | Масляное кольцо/масляный туман |
| Тип системы внешней смазки | в соответствии с API 614 СР 3 GP |
Турбина
| Количество цилиндров | 1 | |||||||||||||||||||||
| Диаметр турбинного колеса | 600 мм | |||||||||||||||||||||
| Заявленная скорость вращения | ||||||||||||||||||||||
| Максимальная | 3124 Об/мин | |||||||||||||||||||||
| Минимальная | 2529 Об/мин | |||||||||||||||||||||
| Первая критическая скорость вращения | 9100 Об/мин | |||||||||||||||||||||
| Температура на выходе | ||||||||||||||||||||||
| Нормальная | 210 °C | |||||||||||||||||||||
| Без нагрузки | 241 °C | |||||||||||||||||||||
| Максимальная потенциальная (расчетная) мощность | ||||||||||||||||||||||
| Потенциальная мощность | 150 кВт | |||||||||||||||||||||
| Максимальный расход пара | ||||||||||||||||||||||
| Максимальный расход пара | 6300 кг/час | |||||||||||||||||||||
Материалы
| Деталь | Материал | Примечание |
| Корпус высокого давления | сталь, литая | В соответствии с ASTM - A216Gr.WCB |
| Выходная часть корпуса | сталь, литая | В соответствии с ASTM - A216Gr.WCB |
| Форсунки | нержавеющая сталь | В соответствии с ASTM – A276type |
| Рабочие лопатки | нержавеющая сталь | В соответствии с ASTM – 13 Cr S.S |
| Турбинное колесо | кованая сталь | В соответствии с ASTM – A668 CL F |
| Вал | легированная сталь, вал хромированный. Толщина покрытия 0,15 мм | В соответствии с ASTM – AISI 4140 |
| Управляющий клапан | нержавеющая сталь |
Анализ риска
На стадии проектирования паровых турбин были определены компоненты, отказы которых содержат высокие показатели риска.
При проектировании принята следующая классификация уровня риска элементов турбин:
Ниже представлена таблица – анализа видов последствий и критичности отказов (АВПКО) турбин.
| ИС (отказы оборудования, ошибки персонала) | Характеристика частоты отказа B1 | Значение В1 | Последствия отказа B2 | Значение В2 | Характеристика вероятности выявления отказа B3 | Значение ВЗ | Критичность отказа, С (С=B1·B2·B3) |
Уровень риска |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Отказ корпуса - статора (нарушение структурной целостности) | Низкая вероятность возникновения события | 2 | Потеря устойчивости турбины, разгерметизация корпуса может привести к пропуску пара, падению давления, разрушению турбины с разлетом частей | 10 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 3 | 60 | Умеренный |
| Отказ вала ротора | Низкая вероятность возникновения события | 3 | Осевое смещение вала ротора, задевание проточной части, повреждение частей ротора, разрушение турбины с разлетом частей | 10 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 3 | 90 | Высокий |
| Отказ роторного диска | Низкая вероятность возникновения события | 3 | Задевание проточной части элементами диска, разрушение турбины с разлетом частей | 10 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 3 | 90 | Умеренный |
| Отказ сопел и стационарных лопаток | Низкая вероятность возникновения события | 2 | Возникновение избыточного уровня шума и вибраций, осевое смещение, повреждение проточной части, разрушение турбины с разлетом частей | 10 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 3 | 60 | Умеренный |
| Отказ рядных подвижных лопаток диска ротора | Низкая вероятность возникновения события | 2 | Возникновение избыточного уровня шума и вибраций, осевое смещение, повреждение проточной части, разрушение турбины с разлетом частей | 10 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 3 | 60 | Умеренный |
| Отказ упорных и радиальных подшипников (в результате значительного увеличения осевого усилия) | Низкая вероятность возникновения события | 3 | Возникновение избыточного уровня шума и вибраций, осевое смещение, повреждение проточной части, разрушение турбины с разлетом частей | 10 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 3 | 90 | Высокий |
| Отказ регулирующего клапана | Низкая вероятность возникновения события | 2 | Нарушение режима подачи пара, создание избыточного давления, осевое смещение повреждение проточной части, разрушение, взрыв и разлет частей турбины | 10 | Умеренная вероятность несвоевременного выявления | 2 | 40 | Незначительный |
| Отсутствие смазки в корпусах подшипников, отказ системы смазки подшипников | Низкая вероятность возникновения события | 3 | В случае отказа устройств защиты приводит к чрезмерному нагреву подшипников, их выплавлению, смещению оси вала, повреждению проточной части, разрушению турбины | 10 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 3 | 90 | Высокий |
| Отказ АСУ ТП, органов управления турбиной | Низкая вероятность возникновения события | 3 | Потеря контроля над рабочим режимом турбины, выход рабочих параметров за пределы допустимых значений, отказ компонентов, разрушение турбины | 10 | Умеренная вероятность несвоевременного выявления | 4 | 120 | Очень высокий |
| Отказ фундамента и суппортов турбины | Низкая вероятность возникновения события | 2 | Возникновение избыточных вибраций, осевой сдвиг вала ротора, повреждение проточной части, разрушение турбины и разлет частей | 10 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 2 | 40 | Незначительный |
| Наличие механических примесей в паре | Умеренная вероятность возникновения события | 4 | Приводит к эрозионному износу элементов проточной части, отказу и разрушению турбины | 8 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 3 | 96 | Высокий |
| Появление трещин, изломов в несущих и опорных конструкциях турбины в результате воздействия динамических нагрузок, усталостных явлений и коррозии | Низкая вероятность возникновения события | 2 | Разлом несущих конструкций турбины, падение частей турбины, нарушение устойчивости, опрокидывание установки | 9 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 2 | 60 | Умеренный |
| Ослабление затяжки резьбовых соединений, разъединение креплений и соединений трубопроводов, клапанов, в результате воздействия вибраций | Низкая вероятность возникновения события | 3 | Разгерметизация установки, ослабление креплений турбины, повышение уровня вибраций, повреждение проточной части, разрушение турбины с разлетом частей | 9 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 3 | 81 | Высокий |
| Создание недопустимо высокого (низкого) давления в корпусе турбины в результате неконтролируемой подачи пара | Низкая вероятность возникновения события | 2 | Неравномерный прогрев компонентов турбины и (или) создание чрезмерных осевых нагрузок, осевое смещение вала ротора, повреждение проточной части, разрушение ротора с разлетом частей турбины | 10 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 3 | 60 | Умеренный |
| Физический износ элементов ротора (вала, дисков, лопаток) | Умеренная вероятность возникновения события | 4 | Металлический шум, вибрации, увеличение осевого сдвига ротора, задевание проточной части, повреждение и разрушение установки, разлет частей | 10 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 2 | 80 | Высокий |
| Гидравлические удары в подводящих трубопроводах, турбине | Низкая вероятность возникновения события | 3 | Хлопки, металлический шум, увеличение осевого сдвига ротора, задевание проточной части, повреждение и разрушение установки, разлет частей | 10 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 3 | 90 | Высокий |
| Разгерметизация фланцевых соединений | Низкая вероятность возникновения события | 3 | Пропуск пара под давлением, утечка масла через неплотности фланцевых соединений маслосистемы, может привести к воспламенению масла при попадании на горячие поверхности установки, развитию пожара | 10 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 3 | 90 | Высокий |
| Нарушение регламента проведения обслуживающих и ремонтных работ | Событие возможно, наблюдалось при эксплуатации подобных изделий | 6 | Нарушение нормально режима эксплуатации турбины, отказ компонентов турбины и ее разрушение, травмирование персонала | 10 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 2 | 120 | Очень высокий |
| Касание персоналом движущихся частей турбины | Низкая вероятность возникновения события | 2 | Затягивание конечностей, травмирование обслуживающего персонала, гибель персонала | 10 | Умеренная вероятность несвоевременного обнаружения | 4 | 80 | Высокий |
| Касание персоналом горячих поверхностей турбины | Низкая вероятность возникновения события | 3 | Получение персоналом термической травмы | 8 | Умеренная вероятность несвоевременного обнаружения | 4 | 96 | Высокий |
| Отказ устройств защиты и систем безопасности, в т.ч. эксплуатация турбины с удаленными и неисправными устройствами защиты и системами безопасности | Низкая вероятность возникновения события | 2 | Несвоевременный останов турбины в случае создания аварийной ситуации, разрушение оборудования турбины, взрыв, разлет частей турбины | 10 | Умеренная вероятность несвоевременного выявления | 4 | 80 | Высокий |
На основании проведенного анализа видов последствий и критичности отказов, определены ИС – исходные события (отказы оборудования, ошибки персонала), связанные с остаточным риском эксплуатации паровых турбин.
К осевому смещению вала ротора, задеванию проточной части, разрушению турбины с разлетом частей, может привести отказ следующих компонентов установки:
Следующие исходные события могут привести к осевому смещению вала ротора, задеванию проточной части, разрушению турбины с разлетом частей:
Отказ конденсатора (нарушение структурной целостности) может привести к пропуску, выбросу под давлением пара и воды, разрыву трубопроводов, нарушению технологического режима работы турбины в части конденсации отработанных паров.
Отказ органов управления, контрольно-измерительных приборов и средств автоматики (КИПиА), может привести к потере контроля над рабочим режимом турбины, выходу рабочих параметров за пределы допустимых значений, отказу компонентов, разрушению турбины.
Отказ фундамента и суппортов турбины, появление трещин и изломов в опорных конструкциях турбины в результате воздействия динамических нагрузок, усталостных явлений и коррозии, может привести к потере устойчивости конструкции, возникновению избыточного уровня вибраций, повреждению компонентов, опрокидыванию турбины.
Наличие механических примесей в паре, подающемся на турбину, может привести к эрозионному износу элементов проточной части, отказу компонентов установки.
Ослабление затяжки резьбовых соединений, разъединение креплений и соединений трубопроводов, клапанов, в результате воздействия вибраций, может привести к разгерметизации установки, ослаблению креплений турбины, повышению уровня вибраций, осевому сдвигу, задеванию и повреждению проточной части, разрушению турбины с разлетом частей.
Разгерметизация фланцевых соединений может привести к пропуску пара под давлением и травмированию персонала, утечке масла через неплотности фланцевых соединений маслосистемы. Попадание масла на горячие поверхности системы может привести к воспламенению масла и развитию пожара.
Отказ устройств защиты и систем безопасности (предохранительных и аварийных клапанов), в случае возникновения аварийной ситуации, может привести к несвоевременной остановке турбины и развитию аварии, повреждению компонентов турбины и разрушению турбины.
К отказам компонентов турбин и травмированию персонала может привести нарушение регламента проведения обслуживающих и ремонтных работ, правил безопасной эксплуатации установок, в том числе:
Эксплуатация турбины с признаками неисправностей (хлопки, металлические шумы, избыточный уровень вибраций) и заведомо неисправными компонентами может привести к повреждению прочих компонентов оборудования и разрушению турбины.
Эксплуатация турбин с неисправными или демонтированными устройствами защиты и системами безопасности, в случае создания аварийной ситуации, может привести к несвоевременному останову турбины, развитию аварии.
Отказ компонентов турбин и дальнейшее развитие аварийной ситуации (разрушение турбины, разлет частей установки, возникновение пожара), может привести к повреждению близлежащих установок и оборудования, травмированию и гибели персонала.
Остаточный риск эксплуатации турбин также связан с внешними событиями. К ним относятся сильная ветровая нагрузка, землетрясения, падения объектов, летательных аппаратов, разрушение сооружений, расположенных вблизи рабочей зоны турбины.
Для снижения показателей остаточного риска установлены требования к безопасной эксплуатации, меры и ограничения использования, требования к персоналу, требования к процедурам ввода в эксплуатацию и эксплуатации турбин.
Турбины
Анализ риска на стадии проектирования паровых турбин
Меры и рекомендации по снижению уровня риска и обеспечению безопасности
Мобильные газотурбинные станции (установки), система удаленного мониторинга газотурбинных установок
Общие принципы обеспечения безопасности паровых турбин
Паровые турбины тип B, производство Shin Nippon Machinery
Паровые турбины тип C, производство Shin Nippon Machinery
Паровые турбины тип CC, производство Shin Nippon Machinery
Паровые турбины тип H, производство Shin Nippon Machinery
Паровые турбины тип V, производство Shin Nippon Machinery
Поверхностный конденсатор паровой турбины
Ремонт и установка турбин. Инструкция по эксплуатации паровой турбины
Требования к оператору и персоналу
Требования к управлению безопасностью при вводе в эксплуатацию турбины
Требования к управлению качеством для обеспечения безопасности при эксплуатации
Требования к управлению охраны окружающей среды при вводе в эксплуатацию, эксплуатации и утилизации
Турбины производителя Shin Nippon Machinery
Турбогенератор. Турбогенераторная установка
Турбокомпрессоры
Промышленные электрогенераторы и газогенераторы
Паровые котлы
Центробежные насосы компании Shin Nippon Machinery
Центробежные насосы компании Shin Nippon Machinery