Właściwości pożarowe i zagrożenia związane ze stosowaniem materiałów eksploatacyjnych w energetyce
Fire hazard properties and fire hazards connected with the usa of consumables in power engineering
Produkcja energii z paliw kopalnych jest jednym
z filarów światowej energetyki. Mimo wielu kontrowersyjnych aspektów,
niektóre kraje świata próbują walczyć z globalnym ociepleniem.
Jednocześnie USA, Australia, Chiny czy Indie zwiększają produkcję CO2,
w perspektywie najbliższych lat przewiduje się także rozwój energetyki
afrykańskiej. Kraje rozwijające się wykorzystują często przestarzałe
technologie, wobec ograniczonych zasobów finansowych, podczas gdy kraje
rozwinięte, poza poszukiwaniem alternatywnych paliw, starają się także
zwiększać sprawności urządzeń.
Zobacz także
mgr inż. Piotr Wasiucionek Zgodnie z warunkami technicznymi, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1], „Przeciwpożarowy wyłącznik prądu, odcinający dopływ prądu do wszystkich obwodów, z wyjątkiem obwodów zasilających instalacje i urządzenia, których funkcjonowanie jest niezbędne podczas pożaru, należy stosować w strefach pożarowych o kubaturze przekraczającej 1000 m3 lub zawierających strefy zagrożone wybuchem.
Zgodnie z warunkami technicznymi, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1], „Przeciwpożarowy wyłącznik prądu, odcinający dopływ prądu do wszystkich obwodów, z wyjątkiem obwodów zasilających...
Zgodnie z warunkami technicznymi, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1], „Przeciwpożarowy wyłącznik prądu, odcinający dopływ prądu do wszystkich obwodów, z wyjątkiem obwodów zasilających instalacje i urządzenia, których funkcjonowanie jest niezbędne podczas pożaru, należy stosować w strefach pożarowych o kubaturze przekraczającej 1000 m sześc. lub zawierających strefy zagrożone wybuchem.*)
mł. bryg. mgr inż. Piotr Musielak Instalacje i urządzenia, których funkcjonowanie jest niezbędne podczas pożaru, zasilane sprzed przeciwpożarowego wyłącznika prądu (PWP)
W niniejszym artykule autor stara się odpowiedzieć na pytanie: jakie urządzenia i instalacje, które muszą funkcjonować podczas pożaru, powinny być zasilane sprzed przeciwpożarowego wyłącznika prądu, na...
W niniejszym artykule autor stara się odpowiedzieć na pytanie: jakie urządzenia i instalacje, które muszą funkcjonować podczas pożaru, powinny być zasilane sprzed przeciwpożarowego wyłącznika prądu, na czym polega zasada zapewnienia ciągłości dostawy energii elektrycznej lub przekazu sygnału przez czas wymagany do uruchomienia i działania urządzenia oraz w jaki sposób wymagania te powinny być realizowane w obiekcie budowlanym.
mgr inż. Michał Świerżewski Dobór urządzeń elektrycznych do przestrzeni potencjalnie zagrożonych wybuchem – zagadnienia wybrane (cz. 2.)
Bezpieczna eksploatacja urządzeń elektrycznych w przestrzeniach zagrożonych wybuchem zależy przede wszystkim od prawidłowego ich doboru do warunków pracy, tzn. do właściwości występujących w danej przestrzeni...
Bezpieczna eksploatacja urządzeń elektrycznych w przestrzeniach zagrożonych wybuchem zależy przede wszystkim od prawidłowego ich doboru do warunków pracy, tzn. do właściwości występujących w danej przestrzeni czynników tworzących z powietrzem atmosfery wybuchowe, przyjętej klasyfikacji do stref zagrożenia wybuchem, określonego poziomu zabezpieczenia urządzeń (EPL), prawidłowego montażu, zasilania i zabezpieczenia przed skutkami zwarć i przeciążeń.
Zjawiskiem fizycznym, które ma kolosalne znaczenie w energetyce, są straty ciepła. W myśl prawa Joule’a – Lenza, przepływowi prądu elektrycznego zawsze towarzyszyć będzie wydzielanie ciepła na rezystancji przewodnika. Aby urządzenie mogło pracować w stabilnych warunkach termicznych, należy zapewnić chłodzenie tychże elementów strumieniem ciepła o odpowiedniej gęstości. W przypadku transformatorów olejowych, funkcję tę pełni ciekły dielektryk, odbierając ciepło z uzwojeń i przekazujące je na użebrowania obudowy. W przypadku turbogeneratorów, stosuje się różnego rodzaju chłodzenie: powietrzem, wodorem lub wodą destylowaną.
Podnoszenie sprawności elektrowni o obiegach wodno-parowych może odbywać się na wiele sposobów. Wyróżnia się dwie grupy rozwiązań:
- metody parametryczne – polegają na modyfikacji parametrów pracy układu; stosuje się podnoszenie temperatury i ciśnienia pary świeżej lub obniżanie ciśnienia i temperatury w skraplaczu;
- metody układowe – polegają na właściwym zaprojektowaniu instalacji; stosuje się regenerację i przegrzew wtórny pary.
Stosowanie metod parametrycznych wiąże się z koniecznością poszukiwania nowych materiałów, które będą w stanie zachowywać odpowiednie parametry wytrzymałościowe w wysokich temperaturach i przy wysokim ciśnieniu. Tradycyjne rozwiązania oparte były o stale węglowe, pracujące do ok. 400°C, obecne trendy nakazują stosowanie stali ferrytycznych (nawet do 580°C). Koncepcyjne projekty zakładają stosowanie stali stopowych o strukturze austenitycznej lub stopów austenitycznych (Ni, Ko), co pozwoli na dalsze podnoszenie parametrów, ale też wiąże się ze znacznym wzrostem kosztów.
W tym miejscu należy zwrócić uwagę na turbiny, które także poddawane będą oddziaływaniu znacznych obciążeń mechanicznych, jak i cieplnych. Dla przykładu, turbina parowa typu STF-100, pracująca przy bełchatowskim bloku klasy 858 MW, pracuje przy parametrach: 25,2 MPa/550°C (dolot części WP), 5,4 MPa/580°C (dolot części SP).
W turbinach gazowych temperatury gazów dolotowych (w najnowszych technologiach) sięgają 1500°C, co wymaga intensywnego chłodzenia łopatek i kierownic. Wobec tego stawia się wysokie wymagania co do olejów smarnych, niezbędnych do zapewnienia właściwej pracy łożysk, ale także mających znaczenie podczas rozruchu (tzw. lewarowanie).
W energetyce wiatrowej, smarowania będą wymagały także przekładnie mechaniczne. W tym przypadku stosowane materiały eksploatacyjne będą musiały utrzymać określone parametry (szczególnie właściwą lepkość) także w niskich temperaturach.
Celem niniejszego artykułu jest zwrócenie uwagi na stosowane w energetyce materiały eksploatacyjne, a tym samym budowanie świadomości, że także i one mają wpływ na zagrożenie pożarowe.
Identyfikacja zagrożeń
Turbozespoły
Rolą turbozespołu jest odebranie entalpii wytworzonej pary wodnej i zamianę jej na energię mechaniczną (turbina), a następnie na energię elektryczną (generator).
W turbinach gazowych, czynnikiem napędowym, zamiast pary wodnej, są gazy wylotowe z komory spalania. Turbiny normalnoobrotowe poruszają się z prędkością obrotową równą 3000 min–1.
W niektórych przypadkach stosuje się turbiny wolnoobrotowe (1500/1800 min–1), np. w elektrowniach jądrowych, gdzie duże moce narzucają wysokie strumienie pary. Wymusza to zasilanie generatora przez przekładnię, lub stosowanie generatorów 4-biegunowych, a jednocześnie umożliwia wykorzystanie wyższych łopatek. Z kolei w turbinach gazowych małej mocy możliwa jest poprawa sprawności przez stosowanie turbin wysokoobrotowych (5000 – 12 000 min–1). Wówczas generator zasilany jest przez przekładnię.
Są to warunki pracy bardzo wymagające, a zatem konieczne jest zastosowanie odpowiedniego smarowania. Układ olejowy turbozespołu jest zatem uważany za konieczny do zapewnienia bezpieczeństwa i prawidłowej pracy. Zwykle stosuje się zamknięte układy, pracujące niezależnie od siebie, co pomaga na utrzymanie właściwych parametrów oleju. Podstawowe układy to:
- układ oleju smarnego;
- układ oleju regulacyjnego;
- układ oleju lewarowego.
W celu utrzymania wymaganych parametrów oleju turbinowego stosuje się filtrowanie, odwirowywanie czy też podawanie środków chemicznych. Olej w trakcie eksploatacji, na skutek kontaktu z powietrzem i parą wodną, będzie zawierał w swoim składzie wodę. Wiąże się to z powstawaniem korozji.
Z kolei kontakt z powietrzem będzie sprawiał, że w wysokich temperaturach następować będzie jego utlenianie oraz starzenie. Powstawać będą osady i szlam, a więc ciała stałe, na które szczególnie wrażliwe są łożyska.
Olej lewarowy niezbędny jest do zapewnienia prawidłowego smarowania podczas rozruchu, wybiegu oraz przestoju turbiny, kiedy to używa się obracarki wału (w celu uniknięcia odkształceń statycznych wału). Przy znamionowej prędkości wału, w łożyskach wirnika turbiny i generatora, na powierzchni bieżni łożysk ślizgowych, powstaje film olejowy. Przy niższych prędkościach obrotowych, wtłacza się pod odpowiednio wysokim ciśnieniem olej lewarowy.
Wreszcie olej regulacyjny służy do zapewnienia nominalnej prędkości obrotowej wirnika. Zwykle regulator w postaci odważnika zawieszonego na sprężynach, o środku masy odsuniętym względem osi wału, powoduje zwiększanie lub zmniejszanie przepływu oleju impulsowego, który porusza tłokami serwomotorów, regulując zawory turbiny.
W tabeli 1. zestawiono klasyfikację olejów przemysłowych przeznaczonych do pracy z turbinami, wg PN-ISO 6743-5:2009.
Do typowych parametrów oleju turbinowego można zaliczyć:
- lepkość kinematyczna w temp. 40°C: 32 – 46 mm2/s;
- temperatura płynięcia: ok. –10°C;
- temperatura zapłonu: 180 – 230°C;
- zawartość wody: dziesiątki ppm;
- gęstość: ok. 0,875 g/cm3 w 15°C;
- ciepło spalania: 30 – 40 MJ/kg.
W artykule:• O identyfikacji zagrożeń: turbozespoły, generatory, transformatory, przekładnie mechaniczne• Wnioski |
StreszczenieWytwarzanie energii elektrycznej wiąże się ze stratami mocy. Straty na prądy wirowe, przemagnesowanie rdzenia, czy straty mocy czynnej wymuszają stosowanie chłodzenia transformatorów czy generatorów w turbozespołach. Z kolei stosowanie przekładni mechanicznych, zarówno w elektrowniach wiatrowych, jak i w turbozespołach wymaga stosowania oleju przekładniowego. Materiały te stanowią zagrożenie pożarowe. Celem niniejszego artykułu jest podnoszenie świadomości na ten temat.AbstractGeneration of electrical energy is inseparably connected with power losses, i.e. Eddy current losses, hysteresis losses or active power losses force the usage of various cooling systems in transformers or turbine sets. On the other hand, application of mechanical advantage, both in wind turbines or tubo sets, forces the use of gear oil. All these materials constitute fire hazard. The aim of present article is to raise awareness of the problem. |