Przebiegi ciśnienia pary w czasie awaryjnych wyłączeń bloku z ruchu i ocena układów zrzutowo-zabezpieczających

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ Serias ENERGETYKA z. 113

________ 1990 Nr kol. 1101

Stanisław WAGLCWSKjj Instytut Energetyki

PRZEBIEGI CIŚNIENIA PARY W CZASIE AWARYJNYCH WYŁĄCZEŃ BLOKU Z RUCHU I OCENA UKŁADÓW ZRZUTOWO - ZABEZPIECZAJĄCYCH

Streszczenie. W pracy przedstawiono zarys programu obliczeń prze- biĆĘĆTTlSnTenTa pary w kotle w czasie awaryjnego wyłączenia bloku.

Przedstawi ono struktury i podstawowe zależności opisujące dynamikę bloku oraz matematyczny opis tych urządzeń, które decydują o dokładności obliczeń. Przedstawi ono ocenę działania układu zrzutowo - zabezpieczającego na przykładzie wyników obliczeń uzyskanych dla zmodernizowanego bloku 120 MW. Przedstawiono sposoby prowadzące do zwiększenia bezpieczeństwa podczas zrzutu obciążenia.

t WSTĘP

W praktyce eksploatacyjnej bloku energetycznego zdarzają się przypadki awaryjnych wyłączeń z ruchu, podczas których stacja zrzutowa do skraplacza turbiny, na skutek działania zabezpieczeń cieplnych, pozostaje w stanie zamkniętym. W tym przypadku następuje akumulacja pary w przestrzeni przogrzewacza i rurociągów pary wtórnej aż do otwarcia zaworów bezpieczeństwa zabudowanych za przegrzewaczem międzystopniowym. Może przy tym wystąpić taka kombinacja cech stacji zrzutowych, zaworów bezpieczeństwa i pojemności parowej bloku, przy której ciśnienie pary wtórnej przekroczy wartość dopuszczalną. Konieczne jest wówczas zastosowanie środków umożliwiających zmniejszenie maksymalnej wartości amplitudy ciśnienia pary.

W artykule przedstawiono sposób określania warunków, w których zagrożenie jest największe oraz opisano sposoby ograniczenia wzrostu ciśnienia pary wtórnej. Przedstawiono zarys programu urnużliwiającego analityczne wyznaczenie przebiegu parametrów pary podczas zrzutu obciążenia, na podstawie którego możliwe jest dokonanie oceny poprawności rozwiązania układu zrzutowo—zabezpieczająeego i stopnia bezpieczeństwa tej operacji.

310

S. Waglewski

2. UKŁAD ZRZUTOWO - ZABEZPIECZAJĄCY BLOKU

Schemat układu zrzutowo - zabezpieczającego przedstawia rys.i.

Zrzut obciążenia przebiega w sposób normalny, gdy po zamknięciu dopływu pary do turbiny otwierają się obie stacje obejściowe: wysokiego i średniego ciśnienia. Strumień pary świeżej kierowany jest do tzw. zimnej szyny przegrzewacza międzystopniowego przez stację RS, a w przypadku szybkiego otwarcia tej stacji zawory bezpieczeństwa zabudowane na przegrzewaczu pary świeżej nie otwierają się. Strumień pary wtórnej odprowadzany jest do skraplacza przez stację RH, której parametry są tak dobrane, że nie następuje przekroczenie wartości dopuszczalnej ciśnie­

nia w przegrzewaczu międzystopniowym.

□ZNACZENIA:

ZBS.ZBW - zawory bezpieczeństwa ZSZ - zawór szybkozamykający KZ- klapa zwrotna

Rys. 1. Układ zrzutowo — zabezpieczający bloku Fig. 1. Safety bypass system

Podczas zrzutu obciążenia może się zdarzyć, że układ zabezpieczeń technologicznych uniemożliwi otwarcie stacji RH. Następuje wówczas akumulacja pary w przegrzewaczu międzystopniowym, co jest powodem wzrostu ciśnienia pary wtórnej , aż do otwarcia zaworów bezpieczeństwa zabudowanych w tej części kotła. Bezpieczny przebieg zrzutu obciążenia zależy od własności dynamicznych zaworów bezpieczeństwa pary wtórnej, które muszą spełniać wyższe wymagania niż zawory bezp. pary świeżej, a błędy w ich doborze mogą spowodować niedopuszczalne przekroczenia ciśnienia pary wtórnej.

Przebiegi ciśnienia pary,« 311

3« K r y t e r i a o c e n y p o p r a w n o ś c i p r z e b i e g u z r z u t u o b c i ą ż e n i a

P o d s t a w o w y m k r y t e r i u m , k t ó r e p o w i n n o b y ć z a w s z e spe ł n i o n e , jest n i e p r z e k r a c z a n i e d o p u s z c z a l n e j w a r t o ś c i c i ś n i e n i a pary. Za d o p u s z c z a l n ą w a r t o ś ć u z n a j e s i ę l i c z b ę r ó w n ą 1,1 c i ś n i e n i a o b l i c z e n i o w e g o .

D r u g i m w a r u n k i e m , od s p e ł n i e n i a k t ó r e g o z a l e ż y b e z p i e c z e ń s t w o kotła, j e s t u t r z y m a n i e t e m p e r a t u r y m e t a l u p r z e g r z e w a c z a w b e z p i e c z n y c h granicach.

O g r a n i c z e n i e t o m a z w i ą z e k z g w a ł t o w n ą a k u m u l a c j ą c i e p ł a w y s t ę p u j ą c ą w p r z e g r z e w a c z u w o k r e s i e b e z p r z e p ł y w o w y m zrzutu.

T r z e c i m w a r u n k i e m je s t u t r z y m a n i e sił d y n a m i c z n y c h o d d z i a ł y w a j ą c y c h n a r u r o c i ą g i parowe, w s z c z e g ó l n o ś c i r u r o c i ą g i p a r y w t ó r n e j p o d c z a s duż y c h z m i a n p r z e p ł y w u w c z a s i e w y ł ą c z a n i a t u r b i n y i akcji z a w o r ó w b e z p i e c z e ń s t w a .

W a ż n y m c z y n n i k i e m , k t ó r y p o w i n i e n być s p r a w d z a n y , jest a m p l i t u d a n a p r ę ż e ń t e r m i c z n y c h p o w s t a j ą c y c h w c z a s i e o t w i e r a n i a stacji o b e j ś c i o w e j w y s o k i e g o c i ś n i e n i a w e l e m e n t a c h r u r o c i ą g ó w z lokal i z o w a n y c h z a stacją.

W a r t y k u l e z a m i e s z c z o n o s z e r e g s p o s t r z e ż e ń u m o ż l i w i a j ą c y c h d o k o n a n i e o c e n y z a r ó w n o p o p r a w n o ś c i r o z w i ą z a n i a u k ł a d u z r z u t o w o - z a b e z p i e c z a j ą c e g o z p u n k t u w i d z e n i a m a k s y m a l n e j w a r t o ś c i c i ś n i e n i a pary, jak r ó w n i e ż o c e n ę s k u t e c z n o ś c i p r z e d s i ę w z i ę ć z m i e r z a j ą c y c h d o o g r a n i c z e n i a t e g o ciśnienia.

4. O P I S M O D E L U D Y N A M I K I B L O K U I P R O G R A M U O B L I C Z E Ń

4.1. P o d s t a w o w e r ó w n a n i a d y n a m i k i p r z e p ł y w u

P r z e p ł y w c z y n n i k a i z w i ą z a n y z t y m p r z e b i e g c i ś n i e n i a o p i s u j e u kład

’- ó w n a ń r ó ż n i c z k o w y c h ; c i ą g ł o ś c i , p ę d u i ene r g i i . Z a c h o w a w c z a f o r m a tych r ó w n a ń u m o ż l i w i a p r z e d s t a w i e n i e ich w p o s t a c i w e k t o r o w e j . P r z y p a d e k q u a s i - j e d n o w y m i a r o w e g o p r z e p ł y w u w p r o s t y m o d c i n k u r u r y o p i s u j e równanie:

9 W 9 tF

~'9t ~9~x ^{( 1 )}

D l a p r z e p ł y w u a d i a b a t y c z n e g o w y r a z y t e g o r ó w n a n i a m a j ą n a s t ę p u j ą c e z n a c z e n i e :

(2)

D l a p r z e p ł y w u p a r y z r ó w n o c z e s n ą w y m i a n ą c i e p ł a o b o w i ą z u j ą z a leżności:

R O R G » u 0

(W = R O U ss p + R Q ' U 2 S * L A R O u i uj

E u <p+E) O

R O R O u 0

W = ^{R O U} (F *

„ 2 p + R O u

S = L A R O u|u|

E u <p-*-E) (o2/d)(TW-T)

TW 0 SI E q l—o»2 (TW—T)

g dzie: R G , R O m - g ę s t o ś ć c z y n n i k a , metalu, R O U - pęd, p - c i ś nienie,

312

u -

prędkość przepływu,

-

ct2 -

4.2, W y

bór

I s t n i e j e s z e r e g s p r a w d z o n y c h m e t o d r o z w i ą z y w a n i a r ó w n a ń adwekcji.

S p o ś r ó d Jawn y c h m e t o d z a c h o w a w c z y c h na u w a g ę z a s ł ugują: m e t o d a Laxa, L e l e v i e r a , isdno- i d w u s t o p n i o w a L a x a ~ W e n d r o f f a , s k o k o w a i p r z y b l i ż o n a d r u g i e g o r z ę d u C23. W y b ó r m e t o d y m a w p ł y w n a c z a s o b l i c z e ń i r o z m i a r y k o n i e c z n e j pamięci kom p u t e r a . W o p r a c o w a n y m p r o g r a m i e o b l i c z e ń p r z y j ę t o a l g o r y t m L a x a — W e n d r o f f a , k t ó r e g o c e c h ą s z c z e g ó l n ą je s t p r o s t a s t r u k t u r a i c e c h y z b l i ż o n e d o m e t o d y d r u g i e g o rzędu.

4.3. W y m i a n a c i e p ł a w p r z e g r z e w a c z u p a r y

W y s t ę p u j ą c y w r ó w n a n i u (3) s t r u m i e ń c i e p ł a - ql p r z e k a z y w a n e g o do p o w i e r z c h n i o g r z e w a l n e j s t a nowi s u m ę c i e p ł a p r z e j m o w a n e g o n a d r o d z e konwekcji i p r o m i e n i c w a n i a. W p r z y p a d k u p r o s t o p a d ł e g o u ł o ż e n i a w ę ż o w n i c w s t o s u n k u do k i e r u n k u p r z e p ł y w u s p a l i n o b o w i ą z u j e z a l eżność;

ql « sr D Co^tTS - TW> + a CTS4 - T W 4

>>

gdzie: TS — t e m p e r a t u r a spalin, T W — t e m p e r a t u r a p o w i e r z c h n i w e w n ę t r z n e j ścianki, ak,ar- w s p ó ł c z y n n i k i p r z e j m o w a n i a ciepła; n a d r o d z e k o n w ekcji i p r o m i e n i o w a n i a .

4.4. O p i s e l e m e n t ó w u k ł a d u p r z e p ł y w o w e g o b l o k u

Komora przegrzemacza pary

P r z e p ł y w z k o m o r y j e s t t r a k t o w a n y j a k o e f e k t i z e n t r o p o w e g o r o z p r ę ż a n i a c z y n n i k a d o c i ś n i e n i a w p i e r w s z y m e l e m e n c i e siatki r ó ż n i c o w e j za komorą.

W t y m p r z y p a d k u o b o w i ą z u j ą r ó w n a n i a : - energi i

k pkP k ».¡-i ^ u j«i

— s t a n u

c u -Rok 6 - r 2 » <5>

p. r ROk -k

H k _ r _ „ i

pj=i L R0J=1 J c a>

gdzie: p. , RO - ciśnienie i gęstość w komorze, u. ,,p, RO. - prędkość, cienienie i gęstość w pierwszym elemencie siatki k - współczynnik poi i tropy.

Przebiegi ciśnienia pary». 313

Parownik

P r o c e s a k u m u l a c j i c i e p ł a w p a r o w n i k u je s t w y n i k i e m o d d z i a ł y w a ń s t r u m i e n i : p a r y o d p r o w a d z a n e j d o p r z e g r z e w a ć * a , w o d y z a s i l a j ą c e j i c i e p ł a p r z e k a z y w a n e g o d o e k r a n ó w C93

-??- « Cl u + C 2 u** + C 3 qi ,

dt <7>

gdzie: u , u w - p r ę d k o ś ć pary, wody, ql - s t r u m i e ń c i e p ł a p r z e k a z y w a n e g o d o p a r o w n i k a , L I . . C 3 — wsp. c h a r a k t e r y z u j ą c e p o j e m n o ś ć cieplna, p a r o w n i k a

Komora pa.I oniskowa

S t r u m i e ń c i e p ł a d o e k r a n ó w p a r o w n i k a w y n i k a z b i l a n s u c i e p ł a d o s t a r c z a n e g o z pal i w e m , p o w i e t r z e m p i e r w o t n y m i w t ó r n y m oraz c i e p ł a z a k u m u l o w a n e g o w p r z e s t r z e n i k o m o r y p a l e n i s k o w e j . W y m a g a n y jest p r z y t y m model k o m o r y p a l e n i s k o w e j , k t ó r e g o r o z w i ą z a n i e m o ż e być podstawa, w y z n a c z e n i a w s p ó ł c z y n n i k a G 3 r ó w n a n i a (7).

Układ, młynowa - paleniskowy

D y n a m i k a s t r u m i e n i a p y ł u w ę g l o w e g o d o p r o w a d z a n e g o d o k o m o r y p a l e n i s k o w e j r o z p o z n a w a n a je s t g ł ó w n i e n a p o d s t a w i e d a n y c h p o m i a r o w y c h . Materiał u z y s k a n y w ten s p o s ó b u m o ż l i w i a p r z e d s t a w i e n i e n a s t ę p u j ą c e g o u p r o s z c z o n e g o modelu:

— m ł y n a dm

-dt" = B W1 - B W 2 j (Q)

B W 2 = k m LI ,

- p r z e s t r z e n i p y ł o — p o w i e t r z n e j m ł y n a i r u r o c i ą g ó w p y ł o w y c h d B W 2

- - - — * ( BW2 - BW1 ) / TP; (9) g dzie: m — m a s a w ę g l a z a k u m u l o w a n e g o w m ł y nie, B W 1 , B W 2 — s t r u m i e ń w ę g l a

s u r o w e g o , T P - s t a ł a c z a s o w a r u r o c i ą g ó w pyłowych.

S t a c j a z r z u t o w o - z a b e z p i e c z a j ą c a

S t r u m i e ń p a r y w z a w o r z e stacji je s t f u n k c j ą s t o p n i a j e g o o t w a r c i a oraz p a r a m e t r ó w pary. Dla p r z e p ł y w ó w n a d k r y t y c z n y c h o b o w i ą z u j e p r z y b l i ż o n a

z a l e ż n o ś ć ; 1

R O A M o --- Mo

R O o A o

P po

<I0 >

A o

gdzie: M — m a s o w y p r z e p ł y w pary, A — p r z e k r ó j p r z epływu, i n d e k s O odnosi s i ę d o w a r u n k ó w z n a m i o n o w y c h .

Z a w ó r b e z p i e c z e h s t w a

P r z e d s t a w i o n y n i ż e j o p i s od n o s i się d o z a w o r u b e z p i e c z e ń s t w a wraz z u k ł a d e m s t e r o w a n i a . S c h e m a t z a w o r u p r z e d s t a w i o n o na rys. 2. W modelu

314

S. Wag loweki

u w o r u uwzględniono główne oddziaływania na jego elementy ruchome^dążąc do uzyskania możliwie wiernego odwzorowania dynamiki ruchu wrzeciona i strumienia pary wypływającej z rurociągów CIO].

Uwzględniono następujące oddziaływania:

1. Siła wywierana przez sprężynę główna! Fs * - ko - kl H, gdzie; H — położenie wrzeciona zaworu, ko— wstępny naci ag sprężyny

( Fs = — ko dla H *= 0 ), kl— stała sprężyny głównej a Fs

kl = --- . O H

2.Oddziaływanie sprężyny tłumiącej

(11)

FsT - O

FsT = - kT i H - L >

gdzie: L - luz sprężyny tłumiącej, kT- stała sprężyny tłumiącej, a FsT

kT - .

dla H < L dla H > L,

(12)

Rys.2. Zawór bezpieczeństwa z układem sterowania

Fig 2. Safety valve with control system

3. Statyczne oddziaływanie ciśnienia pary Fe = kp p kp- czynna powierzchnia oddziaływania pary 4. Dynamiczne oddziaływanie strumienia pary

Fd = M

RO ^{( 1 3 )}

gdzie: RO - gęstość pary, h - strumień masy pary, v - współczynnik.

5. Oddziaływanie powietrza sterującego

Fp = pow2 s2 - powi sl, (14)

gdzie: powl,pow2 - ciśnienie powietrza sterującego nad i pod tłokiem sl,s2 - czynne powierzchnie; górnej i dolnej części tłoka.

6. Zmiana ciśnienia powietrza w przestrzeni nad tłokiem wiąże się z akumu­

lacją masy w tej objętości i może być opisana równaniem różniczkowym:

d(powl) dH

T p + powl « a l --- + a2 pow2 ,

dt dt

(15)

P r z e b i e g i c l ś n l . n l « p . r y . . 315

gdzie« Tp,ml,«2-Mspółczyrtniki .

7. Strumień rozładowuJacy przestrzeń powietrza nad tłokiem jest funkcja ciśnienia powl i pow2 oraz położenia membrany h wzmacniacza pneumatycznego. Zależność wiążącą te wielkości jest dość Złożona. W uproszczeniu może być wyrażona równaniem:

T d(powl) al dH a2- b

— JE + P"*1 “ T T — — — T T T T - pow 2’ _{1+kb h dt 1-ł-kb h} <14>

h * d> (p - po) ♦ yt <mp),

gdzie: h — położenie membrany wzmacniacza pneumatycznego,

mp- strumień powietrza wypływającego ze wzmacniacza pneumatycznego kb,po- współ czynni ki ,

8. Siła bezwładności mas ruchomych

™ - - . Ą - ..

dt m « mw+mT+0.5 ans,

gdzie: m - masa łaczna elementów ruchomych, mw- masa wrzeciona^

mT- masa tłoka, ms- masa sprężyny, 9. Siła tarcia

dH

T - - sign < — > TA (1A)

dt

gdzie: TA - bezwzględna wartość siły tarcia.

Źródłem informacji o parametrach modelu zaworu bezpieczeństwa wraz z układem powietrza sterującego wyniki badań wykonanych na bloku nr 1 w El. Połaniec. Umożliwiają one określenie niektórych parametrów związanych z dynamiką oraz oszacowanie, niemożliwej do określenia na drodze analitycznej, siły tarcia elementów ruchomych zaworu.

Wykorzystywany do obliczeń dynamiki zmian ciśnienia model ma strukturę przedstawioną na rys 3.

5. Ocena przebiegów ciśnienia pary wtórnej na podstawie uzyskan/ch wyników obiiczeń

5.1. Znaczenie początkowego położenia zaworu regulacyjnego stacji wysokoprężnej

Obliczenia przebiegu ciśnienia pary po zrzucie obciążenia z różnymi początkowymi położeniami zaworu regulacyjnego stacji RS m ają znaczenie dla eksploatacji bloku. Mogą być wykorzystane do wyboru najkorzystniejszego położenia zaworu. Na rys. 6 przedstawiono kilka przebiegów ciśnienia pary przed przegrzewaczem międzystopniowym dla początkowego położenia 2

316

S. Wąglowkł

Rys 3. Struktura modelu bloku

Fig 3. Schematic diagram of the simulati on model

przedziału O - 100X. Wyniki te odnoszą się do zmodernizowanego bloku 120 MW. Z analizowanych przebiegów, różniących się czasem otwiarania zasuwy stacji RS (15 i 30s), wynika wniosek o celowości ustawiania zaworu regulacyjnego tej stacji w położenie środkowe.

_____ B

PU tMPal

12 ... T ~ ~ ! T... r r ~ ’’... ' 10 ' ' — ..

Rys.4. Wpływ początkowego położenia zaworu regułacyjnego stacji RS na na przebieg ciśnienia pary wtórnej podczas zrzutu obciążenia A - czas przestawiania zasuwy - 15 s, B - 30 s.

Fig.4. Influence of bypass valve initial position upon reheat steam preasure transients

A - trip time of bypass gate valve - 15 sec, B - 30 sec.

Przebiegi ciśnienia pary.. 317

5.2. W p ł y w s z y b k o ś c i o t w i e r a n i a z a s u w y p a r o w e j stacji R S n a p r z e b i e g ci ś n i e n i a

P r z e d s t a w i o n y n a rys, 4 m a t e r i a ł pro w a d z i r ó w n i e ! d o w n i o s k u o n i e w ł a ś c i w o ś c i r o z w i ą z a n i a z z a s t o s o w a n i e m n a p ę d u z a s u w y p a r o w e j o d u ż y m c z a s i e p r z e s t a w i ani a« W t a k i m p r z y p a d k u w y s t ę p u j e t e n d e n c j a do n i e u z a s a d n i o n e g o z a m y k a n i a z a w o r u b e z p i e c z e ń s t w a w t r a k c i e o t w i e r a n i a st a c j i RS. J e s t t o o c z y w i s t a n i e p r a w i d ł o w o ś ć p o p e ł n i a n a p r z y p r o j e k t o w a n i u u k ł a d u z r z u t o w e g o , kt ó r e j skutki o b s e r w u j e się w -formie n i e p o p r a w n y c h p r z e b i e g ó w z r z u t u o b c i ą ż e n i a w n i e k t ó r y c h e l e k t r o w n i a c h .

5.3. W p ł y w m i e j s c a p o m i a r u c i ś n i e n i a p a r y n a d z i a ł a n i e z a w o r u bezpiec z e ń s t w a .

P o m i a r c i ś n i e n i a p a r y jest n i e z b ę d n y d o s t e r o w a n i a

w z m a c n i a c z a p n e u m a t y c z n e g o zaworu. W o g ó l n y m p r z y p a d k u m o ż e to być c i ś n i e n i e w d o w o l n y m p u n k c i e układu. W p r z y p a d k u p a r y w t ó r n e j w kotle e n e r g e t y c z n y m p u n k t ten m o ż e być z l o k a l i z o w a n y w b e z p o ś r e d n i m s ą s i e d z t w i e m i e j s c a z a b u d o w y z a w o r ó w lub w i n n y m m i e j s c u p r z e g r z e w a c z a i r u r o c i ą g ó w p a r y w t órnej. Na rys, 5 p r z e d s t a w i o n o k i l k a m o ż l i w y c h s p o s o b ó w po b o r u s y g n a ł u p o m i a r o w e g o i o d p o w i a d a j ą c e t y m w a r i a n t o m p r z e b i e g i c i ś n i e n i a p a r y w r u r o c i ą g u d o l o t o w y m p r z e g r z e w a c z a »

czas [s1 Rys. 5.P o ł o ż e n i a p u n k t u p o m i a r u c i ś n i e n i a p a r y w t ó r n e j i o d p o w i a d a j ą c e

im p r z e b i e g i p o d c z a s z r z u t u o b c i ą ż e n i a

F i g 5,L o c a t i o n of r e h e a t s t e a m p r e a s u r e m e a s u r e m e m n t and t r a n s i e n t s e f f e c t e d .

m i ę d z y s t o p n i o w e g o . Jak w y n i k a z oblic z e ń , po m i a r c i ś n i e n i a w m i e j s c u o d l e g ł y m od z a w o r u b e z p i e c z e ń s t w a je s t k o r z y s t n y j p o n i e w a ż działa s t a b i l i z u j ą c o n a c i ś n i e n i e p a r y p o d c z a s z r z u t u obciążenia.

318 S. WaęlsKskl

6. P r z e d s i ę w z i ę c i a u s p r a w n i a j ą c e d z i a ł a n i e u k ł a d u z r z u t o w o - z a b e z p i e c z a j ą c e g o

W c e l u z m n i e j s z e n i a r y z y k a p r z e k r o c z e n i a d o p u s z c z a l n e j w a rtości c i e n i e n i a p a r y w t ó r n e j lub o b n i ż e n i a tej wartości, g d y p r z e k r o c z e n i e to w y s t ę p u j e — p r z e w i d z i a n a d o d a t k o w e o d d z i a ł y w a n i e n a z a w o r y b e z p i e c z e ń s t w a . S t o s o w a n e w e n e r g e t y c e z a w o r y t y p u Si Z p r o d u k c j i C H E M A R K i e l c e u m o ż l i w i a j ą w p r o w a d z e n i e d o d a t k o w e g o o d d z i a ł y w a n i a n a z a w ó r e l e k t r o m a g n e t y c z n y w o b w o d z i e p o w i e t r z a ster u j ą c e g o . W w y n i k u u z y s k u j e s i ę w y m u s z o n e o t w a r c i e z a w o r u bez k o n i e c z n o ś c i p r z e k r o c z e n i a c i ś n i e ia pary, p r z y króryra z a w ó r ten p o w i n i e n s i ę s a m o c z y n n i e otwor z y ć . S p o s ó b o d d z i a ł y w a n i a p r z e d s t a w i o n o w w a r i a n t a c h A -D, k t ó r e o d n o s z ą s i ę d o p r z y p a d k u , g d y z a p r z e g r z e w a c z e m m i ę d z y s t o p n i o w y m z a b u d o w a n e s ą d w a r ó w n o l e g l e d z i a ł a j ą c e z a w o r y b e z p i e c z e ń s t w a .

W A R I A N T As U k ł a d s t e r o w a n i a o d d z i a ł y w u j e n a z a w o r y e l e k t r o m a g n e t y c z n e u m i e s z c z o n e w o b w o d a c h p o w i e t r z a s t e r u j ą c e g o z a w o r ó w b e z p i e c z e ń s t w a . Sygnał s t e r u j ą c y je s t w y t w a r z a n y w u k ł a d z i e r ó ż n i c z k o w a n i a c i ś n i e n i a p a r y p r z e d p r z e g r z e w a c z e m m i ę d z y s t o p n i o w y m . S t r u k t u r a u k ł a d u i u z y s k a n e p r z e b i e g i c i ś n i e n i a p r z e d s t a w i a rys.

Ł

Rys. 6. P r z e b i e g i c i ś n i e n i a p a r y w z m o d y f i k o w a n y m u k ł a d z i e z r z u t o w a — z a b e z p i e c z a j ą c y m wg w a r i a n t u A

Fig. ń. R e h e a t s t e a m p r e a s u r e t r a n s i e n t s in m o d y f i e d s a f e t y s y s t e m control - W A R I A N T A.

W A R I A N T Bs Sygnał s t e r u j ą c y z a w o r e m e l e k t r o m a g n e t y c z n y m z a w o r ó w b e z p i e c z e ń s t w a jest t w o r z o n y w u k ł a d z i e r ó ż n i c z k o w a n i a s t r u m i e n i a p a r y w w y s o k o p r ę ż n e j stacji o b e j ś c i o w e j . S t r u k t u r ę u k ł a d u i wy n i k i p r z e d t a w i a rys. 7 E73.

Przebiegi ciśnienia pary.. 319

WARIANT Ci Sygnał oddziaływOjacy na jeden zawór elektromagnetyczny jest tworzony przez wykorzystanie impulsu pochodzącego z wytrzasku turbiny, którego aktywność jest podtrzymywana w układzie przerzutnika monostabi1nego przez czas T sekund (rys 8 ).

WARIANT Ds Struktura układu jest podobna do wariantu C f z tym że ddziaływanie odbywa się na oba zawory bezpieczeństwa (rys. 9).

( opis rozwiązania oparto na poz. 183).

c z a s i s )

Rys. 7. Przebiegi cienienia pary w zmodyfikowanym układzie zrzutowo — zabezpieczającym wg wariantu 8

Fig.7. Reheat steam preasure transients in modyfied safety system control - WARIANT B

Z400 03 06 001215 18 21 242730

c z a s [ s i

Rys 8. Przebiegi ciśnienia pary w zmodyfikowanym układzie zrzutowo — zabezpieczającym wg wariantu C

Fig 8. Reheat steam preasure transients in modyfied safety system control — WARIANT C.

320

Rys 9. Przebiegi ciśnienia pary w zmodyfikowanym układzie zrzutowo - zabezpieczającym wg wariantu D

Fig 9. Reheat steara preasure transients in raodyfied safety system control - WARIANT D.

Z porównania przebiegów ciśnienia wynika, że poprawny przebieg ciśnienia par y wtórnej uzyskuje się w wariantach A, B i D. Układ wg wariantu A ma uniwersalny charakter.Zabezpiecza przed wzrostem ciśnienia pary wtórnej nie tylko w czasie zrzutu obciążenia ; lecz w każdej innej sytuacji ruchowej. Wariant C wymaga zainstalowania pomiaru przepływu pary przez stacją R Sfco w warunkach bloku 120 MW może być dyskusyjne. Wariant D ma prostą strukturę, w której nie przewiduje się aparatury analogowej.

Zapewnia on również poprawny przebieg ciśnienia pary pod warunkiem, że:

— podtrzymanie impulsu pochodzącego od wytrzasku turbiny nie bidzie krótsze niż 20 s,

— zawór regulacyjny stacji RS przed zrzutem będzie w położeniu środkowym,

7. Podsumowań i e

Przedstawione wyniki uzyskana dla przypadku wyłączenia bloku z ruchu. Obliczenia wykonano na podstawie matematycznego opisu procesu akumulacji pary w przestrzeni ach parowych kotła, rurociągów i turbiny.

Komplet równań różniczkowych opisujących przepływ czynnika i wymianę ciepła wraz z warunkami początkowymi i brzegowymi stanowi model bloku przeznaczony do badania awaryjnych wyłączeń bloku z ruchu.

Wykorzystywany w obliczeniach model został zweryfi kowany na podstawie badań przeprowadzonych w elektrowni. Podczas badań obiektowych stwierdzono, że istotne znaczenie dla dokładności obliczeń ma znajomość własności dynamicznych zaworów bezpieczeństwa. W tym celu sporządzono opis matematyczny zaworu bezpieczeństwa typu Si Z, ujmujący wszystkie istotne oddziaływania, przeprowadzono również pomiarową weryfikację jego parametrów.

Przebiegi ciśnienie pary..

Podczas oblicze* różnych wariantów układu zrzutowo — zabezpieczającego poczyniono szereg spostrzeżeń dotyczących działania zaworów bezpieczeństwa i całego układu, z których najważniejsze przedstawiono niżej.

1. Dla określonej konstrukcji kotła i rurociągów parowych istnieje pewna optymalna szybkość przyrostu cienienia pary wtórnej, przy której jego wartość szczytowa jest najmniejsza,a działanie zaworów bezpieczeństwa jest stabilne. Szybkość ta może być dobrana przez zastosowanie odpowiedniej kombinacji napędów zaworu i zasuwy stacji R Sj a także początkowego położenia zaworu regulacyjnego.

2. Z badań wynika znaczenie miejsca pomiaru cienienia pary do sterowania zaworem bezpieczeństwa. Umieszczenie czujnika ciśnienia przed przegrzewaczem wpływa korzystnie na przebieg ciśnienia pary i jego wartość maksymalną.

3. W przypadku gdy układ zrzutowo - zabezpieczający nie zapewnia wymaganego bezpieczeństwa^tzn. następuje przekroczenie dopuszczalnej wartości ciśnienia pary wtórnej, możliwe jest zastosowanie środków usprawniających jego działanie. Przykładowe rozwiązania przedstawiono i oceniono ich skuteczność.

4. Opracowany program może być wykorzystany do badania rozmaitych wariantów układu zrzutowo - zabezpieczającego, jak również do weryfikacji poprawności wyboru ciśnienia obliczeniowego rurociągów pary i przegrzewacza kotła. Może być użyty również do doboru armatury układu zrzutowo- zabezpieczającego bloku.

Literatura

fi] Schiesser W.E.; A Digital Simulation System for Mixed Ordinary / Partial Differential Equation Models. Mat.Konf. IFAC Gyor 1971.

[2J Potter D.; Metody obliczeniowe fizyki. Fizyka komputerowa. PWN 1982.

[3f Kay I.M., Nedderman R.M.; Fluid Mechanics and Heat Transfer. Cambridge University Press, 1974.

1*41 Matwiejew N.M. ; Metody całkowania równań różniczkowych zwyczajnych.

1 PWN. 1986.

£5] RELAP 4 - A computer Programm for Transient Thermal - Hydraulic Analysis. US Atomic Energy Commission. 1973.

[¿»I Waglowski S. Eksperymentalna weryfikacja metody obliczeń awaryjnego u wyłączania bloku z ruchu. Oprać. IEn. 1988.

£7] Waglowski S. Układy zrzutowo—zabezpieczające bloków energetycznych i sposoby zabezpieczenia przed wzrostem ciśnienia pary. Mat.Seminarium IEn marzec 1988.

£8^ Projekt wynalazczy ZE PAK. 1988r.

¡9*1 Duda M, Parametryczny model matematyczny dynamiki kotła walczakowego do badań przy dużych zmianach obciążenia, Oprać.IEn 1974.

[loj Waglowski S. Ocena układów zrzutowo-zabezpieczających bloków energetycznych z zaworami bezpieczeństwa typu Si Z. Mat.Seminarium OBRAP Kielce, 1990. P e c e n z e n t : prof, dr hab. inż. Tadeusz CHMIELNIAK

8. ttaelowak?

&HHAMHKA MBJD3H5IH ilAE.A BO B P S M CBPOOA HATK/3KH H OUEHKA EAiillAOHOii CHCTEUU 3HEPrETH'£BCK0r0 BJIOIU

F e s m s e

B CT3TMM n p e f l c r a B i i e H o MeTOA o n p e s e n e H M J i BpeH eH H hix x ap aK T epH C T M X A a s n e H s i a n a p a b o u p « « * a a a p n f t H o r o c 6 n o c a H arp y o K M 5 / i o i c a . H c n o n i» 3 0 B a H £ n B T ofi u an M « a T o n a t H v e c K a a u o A e / ib n o A r o v o B n e w a c v < j« to m p e a y n n a T o u o 6 t e K T H w x McnMTaHMM, HuMep&Hbix Ha o n p e f t s n e H M e e r o a h h a m m m s c k h x c s o h c t b . K o q e n b n a p o n e p e r p s a a T e r e M h n a p c b b i x T p y g o n p o B O f l o s c o s a a H a c c c T a s a o o H r ^5>«i>epeKU>MUJii»Hbix y paB M K eH ufi c MacTHbiMH n po H sso A H b iM H , c b s s b k u m h c r.naaHbiMH n a p a n e T p a M K d n o x a c e p e a rpaH HW Hbie y crtO B M ^ . 0 c o 6 e n H O TuHbiO p a a p a G c s T isH a « o n e n s » n p © flo x p 3 H « T e /ii» H b ix x n a n a H O B b m c c t c c h x c m c t h s k oA y r r p a « n e Hh» , r a x k«k o h m B n a H M T e a b H O B n x a t o r h s a p G w e H itsi« x apaK T epH C T M K H n a » n e h i i $ i n a p a . A nanM B x a c a e T c s i c / i y w a a c 6 p o c a n a r p y s K M , b o s t p & H * x o T o p o r o x /i a n a H b i 6 a t f n a c M o ii CMCtaMbi c p e f l H c r o jsa »n eH * 5* o c i a w x c s t s a a x p b i 'r o n c o c t o s i h h h . AM nnwTyAa A a a / i e t i * » » a r o n c r . y q a e n p u H n n a e r H a A S o n b io u e S H a s e H M e . B C T a T e o p e flC T a B /ie H O H a x e peM M « AaiO'-uee b o 3 M o x h o c t i > orpaH H SB M M ^ p o c r a a a s n e H h i i b t o p m s h o x o n a p a n y r c n 6o3AM<aftcTM9i n a CHCTHewy y n p a B n e H M « npneRO X paH M TM nH bix x n a n a H O B . A n a r . n 3 h o a h ^ h u , h p o s a h hwix c m c T e n y n p a B / i e H * * n o * c a 3 b iB a e T BOSMOXHocTb n o /iy s e H H s i VAOB/lCTBCp*«UiMX p e 3 y n b T a T O B .

SIMULATION OF STEAM PREASURE DYNAMICS AFTER LOAD REJECTION OF POWER UNIT AND BY-PASS SYSTEM ASSESSMENT

S ' « . * a &

r

The aim of the paper is to present the analitical approach to evaluation of steam preasure transients in power unit after load rejection. The model has been built with respect to experimental trials aimed to identification o* dynamic behaviour. The boiler heat exhangers and steam pipelines are represented by a set of partal differential equations concerned with the main plant variables by boundary conditions- Special attention is payed to modeling of safety values with control system due to significant influence of its behaviour on preasure transients. The simulated reheat steam preasure transients are concerned with the case of load rejection while IP by-pass valve remindes closed. It should be noticed that the amplitude of reheat steam preasure may excideed its permissible value in tnis case. The paper presents some affords directed towards reduce of maximal value of reheat steam preasure. Some action on safety valve control loop are considered. The comparative analysis of modified «afety valve control system clearly presents the satisfactory results obtained.