Вопросы эффективного применения подогревателей мазута серии ПМ в мазутных хозяйствах

Тепловые электростанции (далее по тексту - ТЭС) являются основой российской электроэнергетики, обеспечивая не менее 70% от потребляемой мощности по стране. Доминирующими энергоносителями, сжигаемыми в котлах ТЭС, являются природный газ, жидкие продукты переработки нефти и уголь, однако мазуту находится применение на энергоблоках с любым видом топлива. Даже на ТЭС, сжигающих в качестве основного топлива газ или уголь, мазут используется в качестве резервного топлива, чтобы обеспечивать одно из главнейших требований к электростанциям – бесперебойную работу оборудования, не допускающую кратковременных остановок. Высокие требования к топливоподаче предусматривают обустройство на территории ТЭС специализированных технологических комплексов, называемых мазутными хозяйствами (далее по тексту – МХ). Кроме тепло- электростанций МХ с аналогичными функциями создаются на нефтебазах, котельных, перерабатывающих предприятиях. В составе оборудования МХ обязательно присутствуют подогреватели мазута, предназначенные для разогрева мазутного топлива перед подачей в форсунки жидкотопливного котла.

Подогреватели мазута в составе МХ

Мазутные хозяйства крупных ТЭС или котельных малой энергетики представляют собой комплекс сооружений, оборудования и трубопроводных коммуникаций, в состав которого входят следующие основные функциональные блоки:

• приемо-сливные устройства;
• мазутохранилища;
• мазутонасосная станция, объединяющая насосную группу, фильтры грубой и тонкой очистки, подогреватели мазута.

На рис. ниже приведена условная схема типового МХ с наземным расположением мазутохранилища.

Мазутонасосная станция выполняет следующие задачи:

• прием мазута;
• перекачку его в хранилища (поз. 3);
• подогрев резервуаров с мазутом;
• подачу мазута в котлы (поз. 10) для сжигания.

Физико-химические свойства мазутного топлива требуют поддержания температуры мазута на уровне 60-70C° при его транспортировании по трубопроводам и для обеспечения нормальной работы мазутных насосов.

Это важно! При сравнительно невысокой температуре в диапазоне от 10 до 25C° вязкость мазута резко снижается, сопровождаясь налипанием нарастающего слоя углеводородов парафинового ряда на внутренних стенках труб, емкостей и оборудования. Процесс налипания прекращается при нагреве мазута выше 70C°

В современных ТЭС и котельных малой энергетики подача мазута к котельным агрегатам осуществляется по циркуляционной схеме с использованием пара в качестве греющего теплоносителя и возвратом конденсата в рабочий цикл котельной. Широкое применение получили подогреватели мазута серии ПМ (далее по тексту – ПМ). Промышленностью выпускаются подогреватели следующего модельного ряда:

• ПМ 25-6;
• ПМ 40-15;
• ПМ 40-30;
• ПМ 10-60.

В обозначении модели ПМ указываются два паспортных параметра:

• рабочее давление мазутного топлива в трубках, кгс/кв. см;
• производительность подогревателя по мазуту, тонн/час.

В составе мазутных хозяйств подогревателям ПМ (поз. 9 схемы типового МХ) отведена важная функция подготовки мазутного топлива для оптимальной работы форсунок котлов (поз. 10 схемы). Подготовка топлива с использованием ПМ включает следующие основные технологические операции:

• снижение вязкости мазута до консистенции, необходимой для его эффективного распыления форсункой в топке котла. В этом случае в топке обеспечивается стабильное сгорание жидкого мазутного топлива;
• обеспечение оптимального рабочего давления перед сжиганием;
• блокирование возможного нештатного охлаждения топлива в мазутопроводах.

Подготовка мазутного топлива с использованием ПМ

Температура подогрева мазутного топлива с использованием ПМ определяется маркой мазута и способом распыления. ГОСТ 10585-2013 «Топливо нефтяное. Мазут. Технические характеристики» устанавливает следующие виды топочного мазута (п.3.1):

• флотский Ф5;
• топочный 40;
• топочный 100.

В теплоэнергетике задействованы три вида форсунок, подающих мазутное топливо в топку:

• форсунки механического распыления, требующие подачи мазута, нагретого от 80C° (марка Ф5) до 150C° (марка 100);
• форсунки паромеханические, работающие с топливом, нагретым до температуры от 100C° (марка 40) до 125C° (марка 100);
• форсунки ротационные комбинированные, для которых необходимо топливо температурой от 80°(марка Ф5) до 100C° (марка 100).

В «Типовой инструкции по эксплуатации мазутных хозяйств тепловых электростанций РД 34.23.501-91» в п. 5.1.2.1. определены параметры вязкости, которые должен обеспечивать ПМ, включенный в систему мазутоподготовки МХ:

• для механических и паромеханических форсунок - 2,5 град. ВУ (16 кв. мм/с);
• для паровых и ротационных форсунок - 8 град. ВУ (44 кв. мм/с).

При соблюдении указанных параметров вязкости мазута будут обеспечены оптимальные условия сжигания нефтепродукта, зависящие от качества его распыливания (конусности струи, размеров капель и т.п.).

Требования к работе ПМ

Качественная работа ПМ заключается в поддержании температуры мазута, подаваемого на форсунки, в соответствии с условиями его использования. При несоблюдении этого требования система подготовки топлива и топливная система мазутного котлоагрегата подвергаются следующим негативным воздействиям:

1. Недогреву мазута, вызывающего следующие неполадки:
   • снижение качества распыливания топлива;
   • ухудшение условий транспортирования нефтепродукта по трубам.
2. Перегреву мазута, приводящего к следующим неприятностям:
   • испарению отдельных фракций топлива;
   • вспениванию мазута, способного спровоцировать воспламенение топлива в емкостях;
   • нестабильности работы форсунок, переходу на пульсационный режим работы вплоть до срыва факела;
   • ухудшению работы мазутных насосов, поддерживающих стабильное давление в мазутопроводах.

Это важно! Использование недогретого мазута приводит к следующим потерям эффективности:

• неоправданно высоким энергозатратам для его прокачки по мазутопроводам;
• перерасходу топлива из-за некачественного распыливания форсунками;
• недожогу топлива, образованию сажи;
• резкому повышению эксплуатационных расходов по содержанию МХ.

Техническое обслуживание и ремонт ПМ

По условиям эксплуатации ПМ относятся в категории оборудования, работающего под давлением и при высокой температуре рабочей среды. При этом эксплуатация ПМ сопровождается повышенным абразивным износом его составных элементов, приводящим к потере прочности всей конструкции, и снижением качества теплообмена при нагреве мазута паром. Мазут представляет собой многофазную дисперсную систему, в составе которой можно найти не только сравнительно мягкие парафиновые углеводороды, но и твердые минеральные примеси, карбены и карбоиды. В процессе эксплуатации ПМ частицы высокомолекулярных углеводородов осаждаются на внутренних поверхностях теплообменных трубок. При температуре стенок выше 150C° в пристенном слое начинается процесс коксования (твердения) осаждений, снижающий качество работы ПМ:

• резко возрастает гидравлическое сопротивление (в 5-10 раз);
• снижается интенсивность теплообмена в межтрубном пространстве.

Ухудшение теплообменных и гидравлических показателей работы ПМ требует частых остановок, что существенно сокращает продолжительность непрерывной рабочей компании.

При изготовлении ПМ заводы-производители руководствуются нормативными документами, в которых учтены повышенные требования к прочности конструкции ПМ и обеспечения безопасно й эксплуатации ПМ в составе МХ:

• ПБ 10-115-96 «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением»;
• ПБ 03-384-00 «Правила проектирования, изготовления и приемки сосудов и аппаратов стальных сварных».

Надежную бесперебойную работу ПМ обеспечивает соблюдение техническим персоналом правил эксплуатации ПМ, изложенных в документации завода-изготовителя. В частности, сотрудники МХ должны ежедневно отслеживать и контролировать параметры давления и температуры мазута и греющего пара.

Это важно! Уже при недогреве мазута на выходе на 4-5C° или снижения тепловой мощности ПМ на 30% по сравнению с паспортной необходимо проводить очистку внутренней поверхности теплообменных трубок.

Вопросы обслуживания и эксплуатации ПМ отражены в «Типовой инструкции по эксплуатации мазутных хозяйств тепловых электростанций РД 34.23.501-91» (р. 5 «Техническое обслуживание оборудования и контроль за его работой» и п. 6.2.3. «Подогреватели»).

При необходимости проведения ремонта ПМ руководствуются СТО 70238424.27.060.30.004-2009 «Подогреватели мазута. Общие технические условия на капитальный ремонт. Нормы и требования».

Заключение

Мазут еще не одно десятилетие будет служить основным или резервным топливом на тепло-электростанциях. На огромной территории РФ сотни котельных обслуживают жилые районы и промышленные зоны предприятий. От эффективной бесперебойной работы ПМ зависит надежность тепловых и энергетических систем, поэтому подогреватели мазута серии ПМ являются весьма востребованными агрегатами.