Strategia dalszej eksploatacji i obsługi turbin parowych z uwzględnieniem elastycznych warunków pracy bloku węglowego

• Autorzy: Rusin Andrzej , Tomala Martyna

Warianty tytułu

EN

Strategy of further operation and maintenance of steam turbines taking account flexible operating conditions of coal-fired unit

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Aby zapewnić bezpieczeństwo funkcjonowania systemu elektroenergetycznego w Polsce i utrzymać produkcję energii ze starszych jednostek węglowych, wymagane jest opracowanie strategii dalszej pracy bloków w warunkach zwiększonej elastyczności. W artykule skupiono się na elemencie krytycznym turbiny parowej, jakim jest wirnik części wysokoprężnej. Przedstawiono metodologię pozwalającą na prognozowanie propagacji pęknięć oraz wzrostu zużycia zmęczeniowo-pełzaniowego oraz oszacowano prawdopodobieństwo wystąpienia awarii w kolejnych latach. Rozwój zidentyfikowanych zjawisk jest zależny od poziomu naprężenia podczas rozruchów, który został dobrany w taki sposób aby zapewnić bezpieczeństwo funkcjonowania turbiny w zakładanym okresie 13 lat pracy. Dla dłuższego okresu eksploatacji wynoszącego 20 lat, zaprezentowano dodatkowo metodę doboru optymalnego czasu przeprowadzenia obsługi prewencyjnej w oparciu o analizę ryzyka. Przedstawiono również algorytm pozwalający na monitorowanie poziomu naprężenia w wirniku w trybie online, uwzględniający zmienność współczynnika wnikania ciepła, który następnie może zostać przekształcany w system sterowania poziomem naprężeń w czasie rzeczywistym. Dzięki opracowanym narzędziom możliwe jest uzyskanie żądanego przyrostu naprężenia w czasie rozruchu. Przeprowadzone badania pozwalają na przedstawienie strategii dalszej eksploatacji i obsługi turbiny, która może zostać dopasowana dla konkretnego obiektu rzeczywistego.

EN

In order to ensure the safe operation of the power system in Poland and to maintain energy production from old coal-fired power plants, it is required to develop a strategy for further operation of the units in conditions of increased flexibility. The article focuses on the critical element of the turbine, which is the rotor high-pressure part. The methodology of the forecasting of crack propagation and the increase in fatigue-creep wear was presented, and the probability of failure in the following years was estimated. The development of the identified phenomena depends on the stress level during start-up, therefore it was selected in such a way as to ensure the safety of the turbine's operation during the assumed period of 13 years. For a longer service life of 20 years, the method of selecting the optimal time for preventive maintenance based on a risk analysis was additionally presented. An algorithm for online stress monitoring is also described, taking into account the variability of the heat transfer coefficient. It can be also transformed into a real-time stress level control system. Through the developed tools, it is possible to obtain the desired increase in stresses during start-up. The conducted research allows for the presentation of a strategy for further operation and maintenance of the turbine, which can be adapted to a specific real unit.

Słowa kluczowe

PL

turbina parowa; planowanie obsługi; zarządzanie eksploatacją

EN

steam turbine; maintenance planning; operation management

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2022
• Tom: Nr 6
• Strony: 28--36
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Rusin Andrzej

• KatedrA Maszyn i Urządzeń Energetycznych Politechniki Śląskiej w Gliwicach, ul. Konarskiego 18, 44-100 Gliwice

autor

Tomala Martyna

• doktorant, Katedra Maszyn i Urządzeń Energetycznych Politechniki Śląskiej, ul. Konarskiego 18, 44-100 Gliwice

Bibliografia

• [1] Banaszkiewicz M., Radulski W., Dominiczak K.: Advanced lifetime assessment of steam turbine components based on long-term operating data. Archive of Mechanical Engineering, vol. 65 (2018), s 579-597.
• [2] British Electricity International: Turbines Generators and Associated Plant. Pergamon (1991).
• [3] Dobosiewicz J.: Kryteria oceny stanu wirników turbin parowych. Energetyka, nr 11 (1999), s. 564-566.
• [4] Hong H., Wang W., Liu Y.: High-temperature fatigue behavior of a steam turbine rotor under flexible operating conditions with variable loading amplitudes. International Journal of Mechanical Sciences, vol. 163 (2019).
• [5] Krajowy plan na rzecz energii i klimatu na lata 2021-2030. Założenia i cele oraz polityki i działania. Ministerstwo Aktywów Państwowych, Warszawa (2019).
• [6] Łukowicz H., Rusin A.: The impact of the control method of cyclic operation on the power unit efficiency and life. Energy, vol. 150 (2018), s. 565–574.
• [7] Malko J.: Narastający dylemat: OZE vs elastyczność i wystarczalność generacji. Rynek Energii, nr 5 (2013), s. 16-20.
• [8] Pilarczyk M., Cisek P.: Możliwości polepszenia własności dynamicznych bloków węglowych w aspekcie zwiększającego się udziału oze w krajowych mocach wytwórczych. Rynek Energii, nr 6 (2014), s 16-24.
• [9] Polityka energetyczna Polski do 2040 r.. Ministerstwo Klimatu i Środowiska, Warszawa (2021).
• [10] Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2019/943 z dnia 5 czerwca 2019 r. w sprawie rynku wewnętrznego energii elektrycznej (Dz. U. UE L 158/54 z 14.06.2019).
• [11] Rusin A.: Awaryjność, niezawodność i ryzyko techniczne w energetyce cieplnej. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice (2008).
• [12] Rusin A., Nowak G., Lipka M.: Practical algorithms for online thermal stress calculations and heating process control. Journal of Thermal Stresses, (2014), s. 1286-1301.
• [13] Rusin A., Tomala M., Łukowicz H., Nowak G., Kosman W.: On-Line Control of Stresses in the Power Unit Pressure Elements Taking Account of Variable Heat Transfer Conditions. Energies, vol. 14 (2021), 4708.
• [14] Rusin A., Tomala M.: Steam turbine maintenance planning based on forecasting of life consumption processes and risk analysis. Eksploatacja i Niezawodność – Maintenance and Reliability, vol. 24(3) (2022), s. 395–406.
• [15] Shibli A., Ford J.: Damage to coal power plants due to cyclic operation. W: Coal Power Plant Materials and Life Assessment, Woodhead Publishing (2014), s. 333-357.
• [16] Tomala M., Rusin A., Wojaczek A.: Risk-Based Planning of Diagnostic Testing of Turbines Operating with Increased Flexibility. Energies, 13(13) (2020), 3463.
• [17] Trzeszczyński J.: Diagnostyka zapewniająca bezpieczeństwo i wysoką dyspozycyjność bloków klasy 200 MW. Energetyka, nr 12 (2018), s. 704-712.
• [18] Urząd Regulacji Energetyki, [data dostępu 15.06.2022]. Dostępne pod adresem: https://www.ure.gov.pl/pl/urzad/informacje-ogolne/edukacja-i-komunikacja/publikacje/ seria-wydawniczabibli/kontrakty-dlugotermino/1306,Tabela-nr-3.html.
• [19] Wymiana transgraniczna energii elektrycznej - najważniejsze uwarunkowania. Polskie Sieci Elektroenergetyczne, Warszawa (2020).
• [20] Zhang H.L., Liu S., Xie D., Xiong Y., Yu Y., Zhou Y, Guo R.: Online fatigue-monitoring models with consideration of temperature dependent properties and varying heat transfer coefficients. Science and Technology of Nuclear Installations, (2013).

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).