DE102014210221A1

DE102014210221A1 - Verfahren zur Konservierung von Komponenten eines Dampfturbinensystems

Info

Publication number: DE102014210221A1
Application number: DE102014210221.9A
Authority: DE
Inventors: Kai Brune; Stefan Brussk; Nigel-Philip Cox; Daniel Dreier; Tobias Gabl; Andrei Ghicov; Marie Hu; Mario Koebe; Marc Lange; Teresa Pott; Stefan Riemann; Andreas Ulma; David Veltmann; Gerta Zimmer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-05-28
Filing date: 2014-05-28
Publication date: 2015-12-03
Also published as: WO2015180913A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konservierung von Komponenten eines Dampfturbinensystems (1) zur Vermeidung einer Stillstandskorrosion, das die Schritte aufweist: a) Abfahren einer Dampfturbine (2) des Dampfturbinensystems (1); b) Erfassen wenigstens eines Messwertes, anhand dessen bewertet werden kann, ob die Gefahr einer Stillstandskorrosion gegeben ist; c) Vergleichen des wenigstens einen erfassten Messwertes mit zumindest einem vorab definierten zugehörigen Grenzwert; und d) Einleiten von Trockenluft ins Innere der Dampfturbine (2), wenn der wenigstens eine erfasste Messwert den zumindest einen Grenzwert über- oder unterschreitet. Ferner betrifft die Erfindung ein Dampfturbinensystem (1) zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konservierung von Komponenten eines Dampfturbinensystems zur Vermeidung einer Stillstandskorrosion. Ferner betrifft die Erfindung ein Dampfturbinensystem, das zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignet ist.
Dampfturbinensysteme sind im Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Sie umfassen eine Dampfturbine, die häufig in mehrere Turbinenstufen unterteilt ist. So können beispielsweise eine Hochdruckstufe, eine Mitteldruckstufe und eine Niederdruckstufe vorgesehen sein. Während des Betriebs des Dampfturbinensystems wird erhitzter Dampf der Dampfturbine zugeführt und in dieser entspannt. Hierbei wird thermische Energie in mechanische Energie umgewandelt, die zum Antreiben eines Verbrauchers genutzt wird, wie beispielsweise eines Generators.
Beim Abfahren einer Dampfturbine kondensiert der in der Dampfturbine befindliche Dampf, sobald die Temperatur den Taupunkt unterschreitet. Zudem dringen feuchte Luft und Sauerstoff aus der Umgebung durch Dichtungen des Turbinengehäuses ins Innere der Dampfturbine ein, was während des Betriebs beispielsweise durch ein Sperrdampfsystem verhindert wird. Hieraus resultiert die Gefahr einer Stillstandskorrosion von im Innern der Dampfturbine angeordneten metallischen Komponenten. Hiervon betroffen sind insbesondere Turbinengehäuse, Ventilgehäuse, Kondensatoren und dergleichen.
Zur Vermeidung einer Stillstandskorrosion während längerer Stillstandszeiten eines Dampfturbinensystems ist es bereits bekannt, externe Trockenluftquellen an die Dampfturbine anzuschließen, die Luft aus der Umgebung trocknen und dann kontinuierlich ins Innere der Dampfturbine einleiten. Die eingeleitete Trockenluft nimmt Feuchtigkeit auf und führt diese ab. Auf diese Weise wird einer Stillstandskorrosion effektiv entgegengewirkt. Der Zeitpunkt, zu dem Trockenluft ins Innere der Dampfturbine geleitet wird, beruht auf Erfahrungswerten. So kann es beispielsweise vorgeschrieben sein, dass das Innere einer Dampfturbine ab dem vierten Tag nach Abfahren eines Turbinensystems mit Trockenluft zu beaufschlagen ist, um nur ein Beispiel zu nennen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Konservierung von Komponenten eines Dampfturbinensystems zur Vermeidung einer Stillstandskorrosion sowie ein verbessertes Dampfturbinensystem zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art, das die Schritte aufweist:

a) Abfahren einer Dampfturbine des Dampfturbinensystems;
b) Erfassen wenigstens eines Messwertes, anhand dessen bewertet werden kann, ob die Gefahr einer Stillstandskorrosion gegeben ist;
c) Vergleichen des wenigstens einen erfassten Messwertes mit zumindest einem vorab definierten Grenzwert; und
d) Einleiten von Trockenluft ins Innere der Dampfturbine, wenn der wenigstens eine erfasste Messwert den zumindest einen Grenzwert über- oder unterschreitet.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass ein Konservieren von Komponenten eines Dampfturbinensystems durch Einleitung von Trockenluft bedarfsgerecht erfolgt. Mit der Einleitung von Trockenluft wird erst dann begonnen, wenn die Bedingungen im Innern der Dampfturbine das Einsetzen einer Stillstandskorrosion befürchten lassen. Diese Bedingungen werden durch entsprechende Wahl des zumindest einen Grenzwertes definiert und unter Verwendung der zumindest einen Messeinrichtung überwacht. Eine solche bedarfsgerechte Einleitung von Konservierungsmaßnahmen ist dahingehend von Vorteil, dass auch in Ausnahmefällen rechtzeitig mit dem Konservierungsmaßnahmen begonnen wird, wie beispielsweise bei einem unerwartet schnellen Abkühlen korrosionsanfälliger Komponenten der Dampfturbine unterhalb des Taupunktes. Zudem kann verhindert werden, dass Trockenluft zu einem Zeitpunkt eingeleitet wird, zu dem noch gar keine Gefahr einer Stillstandskorrosion besteht, womit unnötige Kosten für das Betreiben der Trockenluftquelle vermieden werden.
Bevorzugt wird als wenigstens einer Messwert eine Innentemperatur der Dampfturbine und/oder eine Temperatur eines Bauteils der Dampfturbine und/oder eine Luftfeuchtigkeit im Innern der Dampfturbine erfasst.
Gemäß einer Variante der vorliegenden Erfindung wird der zumindest eine Messwert manuell unter Verwendung einer separat von dem Dampfturbinensystem vorgesehenen Messeinrichtung erfasst. So können beispielsweise vorhandene Zugänge zur Dampfturbine in Form von Entwässerungsanschlüssen, Mannlöchern oder dergleichen zur händischen Temperaturerfassung und/oder Luftfeuchtemessung genutzt werden.
Gemäß einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Schritte a), b) und c) automatisch unter Verwendung zumindest einer Messeinrichtung und einer Auswerte- und Steuereinrichtung durchgeführt, die Bestandteile des Dampfturbinensystems bilden, was mit einer höheren Sicherheit und weniger Personalaufwand einhergeht.
Bei einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Signal ausgegeben, das einen Benutzer darauf hinweist, dass Schritt d) durchzuführen ist, also Trockenluft ins Innere der Dampfturbine zu leiten ist. Mit anderen Worten werden die Schritte a) bis c) automatisch durchgeführt, während das Einleiten von Trockenluft seitens des Personals initiiert wird, sobald diese durch die Ausgabe des Signals darauf aufmerksam gemacht wurden. Dies bietet sich beispielsweise bei Dampfturbinensystemen an, die nicht über eine integrierte Trockenluftquelle verfügen, so dass eine solche erst an das Dampfturbinensystem angeschlossen werden muss. Bei dem Signal handelt es sich bevorzugt um ein akustisches Signal, ein um optisches Signal oder um eine Kombination beider Signale.
Alternativ wird bei Über- oder Unterschreiben des zumindest einen Grenzwertes das Einleiten von Trockenluft ins Innere der Dampfturbine automatisch durchgeführt. Dies bedingt, dass eine Trockenluftquelle bereits an das Dampfturbinensystem angeschlossen ist oder einen integralen Bestandteil des betreffenden Dampfturbinensystems bildet.
Bevorzugt wird der zumindest eine Messwert wenigstens im Bereich eines Kondensators und/oder im Bereich einer Niederdruckstufe der Dampfturbine erfasst. Aufgrund der regulären Betriebsbedingungen sind, wenn die Dampfturbine mehrere Stufen aufweist, die Hoch- und Mitteldruckstufe sowie nahe Komponenten wesentlich wärmer als die Niederdruckstufe. Den kältesten Bereich der Dampfturbine während des Betriebs bilden die Abströmung der Niederdruckstufe und der sich anschließende Kondensator, der den aus der Niederdruckstufe austretenden Dampf kondensiert. Insofern ist zu erwarten, dass die Unterschreitung des Taupunktes sich nach dem Abfahren einer Dampfturbine von hinten, also ausgehend von dem Kondensator bzw. vom Austritt der Niederdruckstufe nach vorne in Richtung der Hochdruckstufe fortpflanzt. Bei Vorliegen von Sauerstoff wird sich demnach zuerst die Notwendigkeit ergeben, die Dampfturbine im Bereich des Kondensators und/oder der Niederdruckstufe zu konservieren. Im Bereich der Hochdruckstufe und der Mitteldruckstufe wird der Taupunkt hingegen erst deutlich später unterschritten. Gleichzeitig haben die Hoch- und die Mitteldruckstufe keine unmittelbaren Kontakte zu den Wassermengen des Kondensators. Konservierende Maßnahmen sind in diesem Bereich entsprechend deutlich später und in geringerem Umfang erforderlich. Bei kurzen Stillständen kann eine Konservierung der Hochdruck- und Mitteldruckstufen sogar ganz entfallen.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ferner ein Dampfturbinensystem, das insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgelegt ist. Das Dampfturbinensystem umfasst erfindungsgemäß eine Dampfturbine, eine strömungstechnisch mit der Dampfturbine verbundenen Kondensator, eine Trockenluftquelle, die strömungstechnisch mit dem Innern der Dampfturbine verbunden oder verbindbar ist, und ein Leitsystem zur Steuerung des Dampfturbinensystems, wobei das Dampfturbinensystem dadurch gekennzeichnet ist, dass dieses zumindest eine Messeinrichtung, die derart eingerichtet ist, dass sie im abgefahrenen Zustand des Dampfturbinensystems zumindest einen Messwert erfasst, anhand dessen die Gefahr einer Stillstandskorrosion beurteilt werden kann, und eine datentechnisch mit der zumindest einen Messeinrichtung verbundene Auswerte- und Steuereinrichtung umfasst, die derart eingerichtet ist, dass sie den von der Messeinrichtung erfassten zumindest einen Messwert auswertet und bei Über- oder Unterschreiten zumindest eines vorab definierten zugehörigen Grenzwertes automatisch Trockenluft ins Innere der Dampfturbine leitet, oder ein Signal ausgibt, das einen Benutzer darauf hinweist, dass Trockenluft durch das Innere der Dampfturbine geleitet werden muss.
Vorteilhaft ist die zumindest eine Messeinrichtung derart eingerichtet, dass sie als zumindest einen Messwert eine Innentemperatur der Dampfturbine und/oder eine Temperatur eines Bauteils der Dampfturbine und/oder eine Luftfeuchtigkeit im Innern der Dampfturbine erfasst.
Bevorzugt ist die zumindest eine Messeinrichtung wenigstens im Bereich eines Kondensators und/oder einer Niederdruckstufe der Dampfturbine angeordnet.
Vorteilhaft ist die Auswerte- und Steuereinrichtung Bestandteil des Leitsystems, wodurch Komponenten und dadurch Kosten eingespart werden können.
Weitere Merkmale und Vorteile werden anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Dampfturbinensystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich, die schematisch das Dampfturbinensystem zeigt.
Das in der Zeichnung dargestellte Dampfturbinensystem 1 umfasst eine Dampfturbine 2 mit einer kombinierten Hoch- und Mitteldruckstufe 3 und einer Niederdruckstufe 4, die über eine Überströmleitung 5 miteinander verbunden sind. Die Hoch- und Mitteldruckstufe 3 und die Niederdruckstufe 4 weisen jeweils eine Turbinenwelle 6, 7 auf, wobei die Turbinenwellen 6, 7 in einem gemeinsamen oder in voneinander getrennten, nicht näher dargestellten Gehäusen gelagert und in bekannter Weise mittels Dichtungen 8 abgedichtet sind.
Das Dampfturbinensystem 1 umfasst ferner einen strömungstechnisch mit der Niederdruckstufe 4 verbundenen Kondensator 9. Darüber hinaus ist der Kondensator 9 über eine Entleerungsleitung 10 mit der Hoch- und Niederdruckstufe 3 verbunden.
Einen weiteren Bestandteil des Dampfturbinensystems 1 bildet eine Trockenluftquelle 11, die strömungstechnisch mit dem Innern der Dampfturbine 2 verbunden ist. Genauer gesagt ist die Trockenluftquelle 11 über Trockenluftverteilerleitungen 12 im Bereich der Dichtungen 8 an die Hoch- und Mitteldruckstufe 3 sowie an die Niederdruckstufe 4 angeschlossen.
Ferner weist das Dampfturbinensystem 1 ein Leitsystem 13 auf, das zur Steuerung des Dampfturbinensystems 1 dient.
Zur Vermeidung einer Stillstandskorrosion von im Innern des Dampfturbinensystems 1 angeordneten metallischen Komponenten umfasst das Dampfturbinensystem 1 darüber hinaus mehrere Messeinrichtungen 14, 15 und 16, eine Auswerte- und Steuereinrichtung 18 und eine Alarmeinrichtung 19. Die Messeinrichtung 14 ist innerhalb des Kondensators 9 angeordnet und derart eingerichtet, dass sie Messwerte in Form der Innentemperatur des Kondensators 9 einerseits und der innerhalb des Kondensators 9 vorherrschenden Luftfeuchtigkeit andererseits erfasst. Die Messeinrichtung 15 ist innerhalb der Niederdruckstufe 4 positioniert und derart eingerichtet, dass sie die Temperatur eines metallischen Bauteils der Niederdruckstufe 4, das während des bestimmungsgemäßen Betriebs des Dampfturbinensystems 1 mit Dampf direkt in Kontakt kommt, und die in der Niederdruckstufe vorherrschende Luftfeuchtigkeit als Messwerte erfasst. Die Messeinrichtung 16 ist innerhalb der Hoch- und Mitteldruckstufe 3 angeordnet und derart eingerichtet, dass sie die Temperatur eines Bauteils der Hoch- und Mitteldruckstufe 3, das während des bestimmungsgemäßen Betriebs des Dampfturbinensystems 1 direkt mit Dampf in Kontakt kommt, sowie die Luftfeuchtigkeit innerhalb der Hoch- und Mitteldruckstufe 3 als Messwerte erfasst. Die Auswerte- und Steuereinrichtung 17 ist datentechnisch sowohl mit den Messeinrichtungen 14, 15 und 16 als auch mit der Trockenluftquelle 11 verbunden. Die Alarmeinrichtung 18 ist datentechnisch mit den Messeinrichtungen 14, 15 und 16 verbunden. Die Auswerte- und Steuereinrichtung 17 und die Alarmeinrichtung 19 sind vorliegend integral mit dem Leitsystem ausgebildet. Alternativ können diese aber auch als separate Komponenten vorgesehen sein.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in der Auswerte- und Steuereinrichtung 17 Grenzwerte für diejenigen Messgrößen hinterlegt, die unter Verwendung der Messeinrichtungen 14, 15 und 16 erfasst werden. Bezüglich der von den Messeinrichtungen 14, 15 und 16 erfassten Temperaturen wird der Grenzwert vorteilhaft derart gewählt, dass er einige Grad oberhalb der Tautemperatur des Taupunktes des in dem Dampfturbinensystem 1 verwendeten Prozessmediums liegt. Hinsichtlich der von den Messeinrichtungen 14, 15 und 16 erfassten Luftfeuchtigkeit wird der Grenzwert bevorzugt derart gewählt, dass er geringfügig oberhalb derjenigen Luftfeuchtigkeit liegt, bei der die Gefahr einer Stillstandskorrosion zu erwarten ist.
Beim Abfahren der Dampfturbine 2 des Dampfturbinensystems 1 werden die Messeinrichtungen 14, 15 und 16 durch die Auswerte- und Steuereinrichtung 17 aktiviert und erfassen in vorbestimmten Abständen oder auch kontinuierlich die zu überwachenden Messgrößen. Für den Fall, dass eine der Messeinrichtungen 14, 15 oder 16 Messwerte erfasst, bei denen der vorab definierte Grenzwert für die Luftfeuchtigkeit überschritten und die vorab definierte Grenztemperatur unterschritten wird, wird automatisch Trockenluft über die entsprechenden Trockenluftverteilerleitungen 12 ins Innere der Dampfturbine geleitet, und zwar zumindest zu denjenigen Bereichen, für welche die Auswerte- und Steuereinrichtung 17 ein Gefahrenpotential einer Stillstandskorrosion anhand der von der zugehörigen Messeinrichtung erfassten Messwerte detektiert hat. Zu diesem Zweck können in den Trockenluftverteilerleitungen 12 geeignete Ventile vorgesehen sein, um den Trockenluftstrom ausgehend von der Trockenluftquelle 11 geeignet zu leiten.
Für den Fall, dass noch keine Trockenluftquelle 11 an das Turbinensystem 1 angeschlossen ist, dient die Alarmeinrichtung 18 dazu, ein Alarmsignal auszugeben, sobald die Gefahr einer Stillstandskorrosion erfasst wurde. Hier sollten die Grenzwerte mit mehr Abstand zu den kritischen Temperaturen und der kritischen Umgebungsfeuchtigkeit gewählt werden, um dem Personal ausreichend Zeit zur Verfügung zu stellen, die Trockenluftquelle 11 an das Dampfturbinensystem 1 anzuschließen.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zur Konservierung von Komponenten eines Dampfturbinensystems (1) zur Vermeidung einer Stillstandskorrosion, das die Schritte aufweist: a) Abfahren einer Dampfturbine (2) des Dampfturbinensystems (1); b) Erfassen wenigstens eines Messwertes, anhand dessen bewertet werden kann, ob die Gefahr einer Stillstandskorrosion gegeben ist; c) Vergleichen des wenigstens einen erfassten Messwertes mit zumindest einem vorab definierten zugehörigen Grenzwert; und d) Einleiten von Trockenluft ins Innere der Dampfturbine (2), wenn der wenigstens eine erfasste Messwert den zumindest einen Grenzwert über- oder unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als wenigstens einer Messwert eine Innentemperatur der Dampfturbine (2) und/oder eine Temperatur eines Bauteils der Dampfturbine (2) und/oder eine Luftfeuchtigkeit im Innern der Dampfturbine (2) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der zumindest eine Messwert manuell unter Verwendung einer separat von dem Dampfturbinensystem (1) vorgesehenen Messeinrichtung erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Schritte a), b) und c) automatisch unter Verwendung zumindest einer Messeinrichtung (14, 15, 16) und einer Auswerte- und Steuereinrichtung (17) durchgeführt werden, die Bestandteile des Dampfturbinensystems (1) bilden.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem ein Signal ausgegeben wird, das einen Benutzer darauf hinweist, dass Schritt d) durchzuführen ist.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem bei Über- oder Unterschreiten des zumindest einen Grenzwertes der Schritt d) automatisch durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der zumindest eine Messwert wenigstens im Bereich eines Kondensators (9) und/oder im Bereich einer Niederdruckstufe (4) der Dampfturbine erfasst wird.
Dampfturbinensystem (1), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Dampfturbine (2), einem strömungstechnisch mit der Dampfturbine (2) verbundenen Kondensator (9), einer Trockenluftquelle (11), die strömungstechnisch mit dem Innern der Dampfturbine (2) verbunden oder verbindbar ist, und einem Leitsystem (13) zur Steuerung des Dampfturbinensystems (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Dampfturbinensystem (1) zumindest eine Messeinrichtung (14, 15, 16), die derart eingerichtet ist, dass sie im abgefahrenen Zustand des Dampfturbinensystems (1) zumindest einen Messwert erfasst, anhand dessen die Gefahr einer Stillstandskorrosion beurteilt werden kann, und eine datentechnisch mit der zumindest einen Messeinrichtung (14, 15, 16) verbundene Auswerte- und Steuereinrichtung (17) umfasst, die derart eingerichtet ist, dass sie den von der Messeinrichtung (14, 15, 16) erfassten zumindest einen Messwert auswertet und bei Über- oder Unterschreiten zumindest eines vorab definierten zugehörigen Grenzwertes automatisch Trockenluft ins Innere der Dampfturbine (2) leitet, oder ein Signal ausgibt, das einen Benutzer darauf hinweist, dass Trockenluft durch das Innere der Dampfturbine (2) geleitet werden muss.
Dampfturbinensystem (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Messeinrichtung (14, 15, 16) derart eingerichtet ist, dass sie als zumindest einen Messwert eine Innentemperatur der Dampfturbine (2) und/oder eine Temperatur eines Bauteils der Dampfturbine (2) und/oder eine Luftfeuchtigkeit im Innern der Dampfturbine (2) erfasst.
Dampfturbinensystem (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Messeinrichtung (14, 15, 16) zumindest im Bereich eines Kondensators (9) und/oder einer Niederdruckstufe (4) der Dampfturbine (2) angeordnet ist.
Dampfturbinensystem (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinrichtung (17) Bestandteil des Leitsystems (13) ist.