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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konservierung eines Anlagenteils eines Dampfkraftwerks. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Dampfkraftwerk mit einem Anlagenteil, der mit einem entsprechenden Verfahren konserviert ist.
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Ein Dampfkraftwerk ist die vorherrschende Bauart eines Kraftwerks zur Stromerzeugung. Dabei wird die thermische Energie von Wasserdampf in einer Dampfturbine in mechanische Energie umgewandelt, die ihrerseits zum Antrieb eines Generators eingesetzt wird. Das Dampfkraftwerk kann hierbei separat betrieben werden, wobei zur Erzeugung von Wasserdampf beispielsweise ein fossilbefeuerter Dampferzeuger eingesetzt ist. Oder die Dampfturbine wird als Teil eines Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerks (GuD-Kraftwerk) eingesetzt, wobei die Abwärme der Gasturbine zur Erzeugung von Wasserdampf herangezogen wird. Eine Dampfturbine umfasst in der Regel mehrere für unterschiedliche Drücke (Druckstufen) ausgelegte Teilturbinen, die in entsprechenden Turbinengehäusen angeordnet sind.
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Üblicherweise werden Hochdruck(HD)-, Mitteldruck(MD)- und Niederdruck(ND)-Teilturbinen hintereinandergeschaltet, wobei die Anzahl der Expansionsstufen, also die Anzahl der hintereinandergeschalteten Teilturbinen, je nach Anwendung und nach angeschlossenen Verbrauchern variieren kann. Hierbei können Hochdruck- und Mitteldruckteilturbinen in Kompaktbauweise zu einem so genannten K-Turbinen-Modul kombiniert sein, welches sich mit einer Niederdruckteilturbine zu einem KN-Modul ergänzt. Solche KN-Module sind insbesondere in GuD-Kraftwerken und in kleinen Dampfkraftwerken zu finden.
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Aufgrund der gegenwärtigen Marktbedingungen sehen sich Kraftwerksbetreiber immer häufiger gezwungen, ihre Anlagen oder zumindest Teile derselbigen in nicht geplante Stillstände von unvorhergesehener Dauer zu versetzen. Bei einer solchen Stillsetzung besteht die Gefahr der Stillstandskorrosion der einzelnen Kraftwerkskomponenten, die eine störungsfreie Wiederinbetriebnahme des Kraftwerks nach Ablauf der Stillstandsdauer verhindert.
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So kondensiert beispielsweise bei einer stillgesetzten Dampfturbine zum einen in dieser befindlicher Dampf als Wasser, sobald die Temperatur den Taupunkt unterschreitet. Zum anderen kann Umgebungsluft und damit korrosionsfördernder Sauerstoff in das Turbinengehäuse gelangen, da nach einer Stillsetzung auch das Sperrdampfsystem, welches der Abdichtung der Dampfturbine bzw. der entsprechenden Teilturbinen gegenüber der Umgebung dient, nicht mehr in Betrieb ist. Entsprechend treffen drei die Korrosion begünstigende Bedingungen zusammen: Wasser(kondensierter Dampf), Sauerstoff aus der Umgebungsluft, und Metall als Werkstoff der Turbinenkomponenten.
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Derzeitige Konzepte zur Vermeidung einer Stillstandskorrosion sind für eher seltene Stillstände entwickelt, die in der Regel geplant sind und langfristig andauern. Hierbei ist zum jetzigen Zeitpunkt der Anschluss von Trockenluftgeräten an einer Dampfturbine ab dem ersten Tag der Stillsetzung vorgesehen, sobald die gesamte Stillstandszeit drei Tage überschreitet. Durch den Betrieb mit Trockenluftgeräten wird kontinuierlich getrocknete Luft aus der Umgebung in die Turbinengehäuse eingeleitet und damit der Zutritt von feuchter Umgebungsluft aus dem Maschinenhaus in die Dampfturbine verhindert. Die eingeleitete Trockenluft nimmt Feuchtigkeit insbesondere aus den Gehäusen der Kraftwerkskomponenten auf und tritt aus definierten Öffnungen wieder aus. Allerdings ist der Einsatz solcher Trockenluftgeräte und insbesondere der An- und Abbau der Anschlüsse der Trockenluftgeräte sehr zeitaufwändig und unter Einhaltung der betriebsinternen Vorgaben nicht für jeden Kraftwerksbetreiber umsetzbar.
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Der Erfindung liegt als eine erste Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit welchem ein die Dampfturbine umfassender Anlagenteil eines Dampfkraftwerks im Falle einer Stillsetzung auf einfache Weise vor Korrosion geschützt werden kann.
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Als eine zweite Aufgabe liegt der Erfindung zugrunde, ein Dampfkraftwerk anzugeben, wobei ein die Dampfturbine umfassender Anlagenteil nach Durchführung eines entsprechenden Verfahrens sicher vor Korrosion geschützt ist.
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Die erste Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Konservierung eines Anlagenteils eines Dampfkraftwerks, welcher Anlagenteil eine Dampfturbine mit zumindest einer in einem Turbinengehäuse angeordneten Teilturbine umfasst, wobei im Falle einer Stillsetzung der Dampfturbine das Turbinengehäuse zur Vermeidung einer Stillstandskorrosion mit einem Inertgas, insbesondere mit Stickstoff, geflutet wird.
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Die Erfindung geht in einem ersten Schritt von der Überlegung aus, dass zur Verhinderung von Korrosion grundsätzlich die Reaktion von metallischen Komponenten mit Sauerstoff und Luftfeuchtigkeit verhindert werden muss. Eine Möglichkeit liegt hierbei in der Verdrängung des korrosionsfördernden Sauerstoffs bzw. der Feuchtigkeit aus dem entsprechenden korrosionsgefährdeten System.
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In einem zweiten Schritt geht die Erfindung von der Methode aus, einen stillzusetzenden Dampferzeuger mit einem Inertgas und insbesondere mit Stickstoff zu fluten, und so den korrosionsfördernden Luftsauerstoff und die Feuchtigkeit aus dem Dampferzeuger zu verdrängen. Durch einen leichten Überdruck innerhalb des Dampferzeugers wird der unerwünschte Eintritt von korrosionsbegünstigendem Sauerstoff über die Umgebungsluft verhindert und der Dampferzeuger so vor Korrosion geschützt.
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Die Erfindung überträgt nun in einem dritten Schritt diese Konservierungsmethode überraschend auf die Konservierung einer Dampfturbine als solche, die Teil eines Kraftwerks oder auch einer Kraftwerksteilanlage ist. Bislang wurde das Konservierungsverfahren durch Einbringen von Inertgas, insbesondere von Stickstoff, von der Fachwelt nicht für große Dampfturbinen herangezogen, da ein Austritt des Inertgases und damit eine eventuelle Gefährdung des Personals befürchtet wurde. Durch die Einbringung von temporären Dichtungen und/oder durch Überwachung des Turbinengehäuses auf Leckagen lässt sich dieses Problem jedoch sicher beherrschen.
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Im Falle einer Stillsetzung der Dampfturbine wird demnach das Turbinengehäuse zur Vermeidung einer Stillstandskorrosion mit einem Inertgas, insbesondere mit Stickstoff, geflutet. Das Inertgas bzw. der Stickstoff wird in das Turbinengehäuse eingeströmt. Hierbei findet ein Gasaustausch statt, durch den der restliche Sauerstoffgehalt in dem Turbinengehäuse reduziert wird, so dass das mit Stickstoff befüllte Turbinengehäuse für die Dauer der Stillsetzung nicht korrodiert wird. Die oder jede in dem Turbinengehäuse angeordnete Teilturbine wird so vor Korrosion geschützt.
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Mit anderen Worten kann durch ein Fluten des Turbinengehäuses mit Inertgas, also insbesondere mit Stickstoff, auf einfache Weise unerwünschte Korrosion der Dampfturbine verhindert und dadurch insbesondere sichergestellt werden, dass ein Dampfkraftwerk nach dessen Stillsetzung störungsfrei und rasch wieder in Betrieb genommen werden kann.
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Eine solche Konservierungsmethode lässt sich einfach überwachen und handhaben, ist umweltfreundlich und vielfältig einsetzbar. Die Voraussetzungen für eine solche Konservierung sind die vollständige Befüllung des Systems, ein luftdichter Abschluss des Systems gegenüber der Umgebung, wie einem Maschinengehäuse, sowie eine ständige Überwachung des Stickstoffgehalts und möglicher Leckagen. Vorzugsweise wird der Gehalt des eingesetzten Inertgases, also insbesondere der Stickstoffgehalt, und/oder eine Leckage kontinuierlich und vollautomatisiert überwacht.
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Grundsätzlich kann als Inertgas ein entsprechendes reaktionsträges Gas eingesetzt werden, welches in der Lage ist, den Sauerstoffanteil innerhalb des zu konservierenden Systems zu reduzieren oder idealerweise vollständig zu ersetzen. Zu den Inertgasen gehören beispielsweise sämtliche Edelgase. Aufgrund seiner einfachen Handhabung, der guten Verfügbarkeit, sowie der Preisvorteile gegenüber anderen Inertgasen und als natürlicher Bestandteil von Luft wird besonders bevorzugt Stickstoff zum Fluten der einzelnen Komponenten einer Dampfturbine eingesetzt.
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Das eingesetzte Inertgas kann hierbei beispielsweise in entsprechenden Vorratsbehältern komprimiert gelagert werden und im Bedarfsfall über ein Rohrleitungssystem in das zu konservierende Turbinengehäuse geleitet werden. Vorzugsweise kann das Inertgas aus einem der Dampfturbine vorgeschalteten Dampferzeuger in das oder die zu konservierenden Turbinengehäuse geleitet werden, wenn der Dampferzeuger und das Turbinengehäuse mit demselben Inertgas, insbesondere mit Stickstoff, konserviert werden. Alternativ kann ein Anschluss für das Inertgas einer oder mehreren Entwässerungsleitungen angebracht werden und die Turbinengehäuse über diese Leitungen mit dem Inertgas geflutet werden.
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Bei einem Kraftwerk, dessen Dampfturbine mehrere insbesondere auf einer gemeinsamen Welle angeordnete, in zumindest einem Turbinengehäuse angeordnete Teilturbinen umfasst, wird im Falle einer Stillsetzung der Dampfturbine das oder jedes Turbinengehäuse mit dem Inertgas, insbesondere mit Stickstoff geflutet. Vorzugsweise sind die von der Dampfturbine umfassten Teilturbinen strömungstechnisch hintereinandergeschaltet. So sind beispielsweise eine Hochdruckteilturbine und eine dieser strömungstechnisch nachgeschaltete Mitteldruckteilturbine in einem gemeinsamen Turbinengehäuse als K-Turbinen-Modul kombiniert. Diesem K-Turbinen-Modul ist in einer Ausführungsvariante eine als Niederdruckturbine ausgestaltete, in einem separaten Turbinengehäuse angeordnete Teilturbine nachgeschaltet. Zweckmäßigerweise werden beide Turbinengehäuse zur Vermeidung von Stillstandskorrosion mit dem Inertgas geflutet.
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Das oder jedes Turbinengehäuse wird üblicherweise mittels sogenannter Wellendichtungen gegenüber der Umgebung abgedichtet. Diese Wellendichtungen sind zweckmäßigerweise an dem jeweiligen Austrittspunkt der Welle aus einem Turbinengehäuse angeordnet. Um zu verhindern, dass Stickstoff aus dem Turbinengehäuse austritt, ist es von Vorteil, wenn zur Abdichtung des oder jedes Turbinengehäuses bei Konservierung als Dichtgel oder als aufblasbare Dichtung ausgebildete Dichtelemente temporär eingesetzt werden. Das Dichtgel oder eine aufblasbare Dichtung wird bei geplanter Stillsetzung im Bereich der Wellendichtung zusätzlich eingesetzt. Die temporär eingesetzten Dichtelemente werden bei einer Wiederinbetriebnahme wieder entfernt.
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Die Dampfturbine umfasst zusätzlich zu den eingehausten Teilturbinen entsprechende Dampfzufuhrleitungen, über die die jeweiligen Teilturbinen mit dem benötigten Dampf versorgt werden.
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Vorteilhafterweise ist der oder jeder Teilturbine eine Dampfzufuhrleitung angeschlossen, die mit dem Inertgas, insbesondere mit Stickstoff, geflutet wird. Die Dampfzufuhrleitungen koppeln insbesondere den Dampferzeuger mit den Teilturbinen bzw. mit dem jeweiligen Turbinengehäuse. Durch ein Fluten der Dampfzufuhrleitung(en) wird verhindert, dass aus diesen möglicherweise Luft und damit Feuchtigkeit oder Sauerstoff in die Turbinengehäuse gelangt. Die Anzahl und die Anordnung einer oder mehrerer Dampfzufuhrleitungen sind hierbei unter Berücksichtigung des jeweiligen Betriebsmodus der Dampfturbine bzw. unter Berücksichtigung der Anzahl der mit Dampf zu beaufschlagenden Teilturbinen ausgewählt.
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Weiterhin umfasst die Dampfturbine gegebenenfalls eine Anzahl von Verbindungsleitungen, über die einzelne Teilturbinen strömungstechnisch miteinander gekoppelt sind. Bevorzugt wird eine der oder jeder Teilturbine angeschlossene Verbindungsleitung mit dem Inertgas geflutet. Die Verbindungsleitung dient insbesondere der Zuführung von in einer ersten Teilturbine entspanntem Dampf zu einer dieser strömungstechnisch nachgeschalteten weiteren Teilturbine. Beispielsweise wird in einer Hochdruck- oder Mitteldruckteilturbine entspannter Dampf über eine solche Verbindungsleitung der Niederdruckteilturbine zugeführt und dort anschließend weiter entspannt.
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Über die Verbindungleitung wird insbesondere der in einer ersten Teilturbine, beispielsweise einer Hochdruckteilturbine, entspannte Dampf einer dieser strömungstechnisch nachgeschalteten weiteren Teilturbine, beispielsweise einer Niederdruckteilturbine, zugeführt. Hierbei erfolgt die Zufuhr entweder im Wesentlichen direkt. Alternativ wird aus der ersten Teilturbine ausströmender Dampf zuerst über einen in der Verbindungsleitung angeordneten Zwischenüberhitzer, beispielsweise dem Dampferzeuger, geführt, dort erneut erhitzt und erst nach Erreichen einer gewünschten Temperatur der nachgeschalteten Teilturbine zugeführt.
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Weiter ist in einer Ausführungsvariante eine Dampfzufuhrleitung mit einer Verbindungsleitung gekoppelt, so dass über die Kopplungsstelle zwischen der Verbindungsleitung und der Dampfzuführleitung frischer Dampf aus einem Dampferzeuger in eine entsprechende Teilturbine strömt.
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Zweckmäßigerweise ist in der oder jeder Dampfzufuhrleitung und/oder in der oder jeder Verbindungsleitung ein Ventil angeordnet. Über das jeweilige Ventil wird die Zufuhr des Dampfes geregelt. Gleichzeitig dient es der Abdichtung der an die Leitungen angeschlossenen Turbinengehäuse. Die Ventile sind in Ventilgehäusen angeordnet. Zur Vermeidung von Stillstandskorrosion werden in einer vorteilhaften Ausführung die Ventilgehäuse ebenfalls mit dem Inertgas geflutet.
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Zweckmäßigerweise ist zumindest einer der Teilturbinen ein Kondensator mit einem Kondensatorgehäuse nachgeschaltet, wobei bevorzugt das Kondensatorgehäuse mit dem Inertgas geflutet wird. Die Teilturbine ist zweckmäßigerweise die in Strömungsrichtung des Dampfes letzte Teilturbine. Der in der Teilturbine entspannte und abgekühlte Dampf strömt in den Kondensator, wo der Dampf kondensiert und sich als flüssiges Wasser sammelt. Über Kondensatpumpen wird das Wasser in einem zu diesem Zwecke ausgebildeten Speisewasserbehälter zwischengespeichert und dann über eine entsprechende Speisepumpe erneut dem Dampferzeuger zugeführt. Der Kondensator ist hierbei insbesondere in einem separaten Kondensatorgehäuse angeordnet. Alternativ ist der Kondensator, bzw. die das entsprechende Kühlmedium führenden Kühlschleifen oder Kühlaggregate gemeinsam mit einer Teilturbine in einem Turbinengehäuse angeordnet.
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Vorzugsweise wird auch ein von dem Anlagenteil umfasster Dampferzeuger mit dem Inertgas geflutet. Damit wird auch in dem nicht in Betrieb befindlichen Dampferzeuger wirksam eine Korrosion der Kesselkomponenten verhindert.
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Besonders bevorzugt werden die Dampfturbine und der Dampferzeuger zur Konservierung einheitlich mit dem Inertgas geflutet. Mit anderen Worten werden die Konservierungsmaßnahmen für den Dampferzeuger und für die Dampfturbine harmonisiert. Eine Trennung zwischen einer kesselseitigen Nasskonservierung und einer Trockenkonservierung auf der Seite der Dampfturbine kann entfallen. Eine Funktionsüberprüfung von Ventilen ist ohne Eintrag von störenden Fremdmedien möglich.
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Das zur Konservierung eingesetzte Inertgas, insbesondere Stickstoff, wird insbesondere zur Flutung der Dampfturbine und des Dampferzeugers aus einer gemeinsamen Quelle, also insbesondere einem gemeinsamen Vorratsbehälter entnommen. Sowohl das Fluten der Kraftwerkskomponenten als auch die Überwachung des Drucks innerhalb des Systems erfolgt vorzugsweise vollautomatisch.
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Die zweite Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Dampfkraftwerk mit einem Anlagenteil, welcher eine Dampfturbine mit zumindest einer in einem Turbinengehäuse angeordneten Teilturbine, wobei der Anlagenteil nach einem Verfahren entsprechend der vorbeschriebenen Ausgestaltungen konserviert ist.
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Der die Dampfturbine umfassende Anlagenteil ist durch Fluten der genannten Teilkomponenten mit Inertgas sicher vor Stillstandskorrosion geschützt, wenn das Kraftwerk temporär stillgesetzt werden muss.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen für das Dampfkraftwerk ergeben sich aus den auf das Verfahren gerichteten Unteransprüchen. Dabei können die für das Verfahren benannten Vorteile sinngemäß auf das Kraftwerk übertragen werden.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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In 1 ist ein Anlagenteil 1 eines Dampfkraftwerks mit einer Dampfturbine 3 gezeigt. Die Dampfturbine 3 umfasst drei Teilturbinen 5, 7, 9, die einander strömungstechnisch nachgeschaltet auf einer gemeinsamen Welle 11 angeordnet sind.
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Die Teilturbine 5 ist als eine Hochdruckteilturbine ausgebildet, die gemeinsam mit der als Mitteldruckteilturbine ausgebildeten Teilturbine 7 in einem ersten Turbinengehäuse 13 angeordnet ist. Die Teilturbine 9 ist als eine Niederdruckteilturbine ausgebildet, die in einem zweiten Turbinengehäuse 15 angeordnet ist. Beide Turbinengehäuse 13, 15 sind an den Austrittsstellen 17, 19 der Welle 11 aus dem jeweiligen Turbinengehäuse 13, 15 mit Wellendichtungen 21, 23 versehen.
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Im Betrieb der Dampfturbine 3 werden die Hochdruckteilturbine 5 und die Mitteldruckteilturbine 7 jeweils über diesen angebundene Dampfzufuhrleitungen 25, 27 von einem Dampferzeuger 29 mit Frischdampf versorgt. Der aus der Hochdruckteilturbine 5 ausströmende Dampf kann über eine Zwischenüberhitzerleitung 31 einem nicht gezeigten Zwischenüberhitzer zugeführt werden, der vorliegend Teil des Dampferzeugers 29 ist. Aus dem Zwischenüberhitzer wird der überhitzte Dampf durch das Ventil 43 über die Dampfzufuhrleitung 27 wieder der Mitteldruckteilturbine 7 zugeführt.
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Der aus der Mitteldruckteilturbine 7 ausströmende Dampf strömt über eine Verbindungsleitung 33 in die der Mitteldruckteilturbine 7 nachgeschaltete Niederdruckteilturbine 9 und wird dort entspannt. Anschließend strömt der entspannte Dampf in einen Kondensator 35, der vorliegend innerhalb des zweiten Turbinengehäuses 15 angeordnet ist. Das zweite Turbinengehäuse 15 dient somit vorliegend auch als Kondensatorgehäuse 36. Der entspannte Dampf kondensiert an den Kühlaggregaten 37 und kann über eine Ableitung 38 und eine Speisewasserpumpe 39 erneut dem Dampferzeuger 29 zugeführt werden. Dies ist vorliegend nicht näher skizziert.
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Alternativ kann der Kondensator 35 selbstverständlich auch in einem Kondensatorgehäuse angeordnet sein, welches baulich von dem Turbinengehäuse 15 der Niederdruckteilturbine 9 getrennt, bzw. diesem nachgeschaltet ist.
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Zusätzlich ist der Verbindungsleitung 33 eine Dampfzufuhrleitung 40 angeschlossen, über die die Niederdruckteilturbine 7 zusätzlich mit Frischdampf versorgt werden kann. In allen drei Dampfzufuhrleitungen 25, 27, 40 sind jeweils Ventile 41, 43, 45 angeordnet, über welche die Dampfzufuhr zu den jeweiligen Teilturbinen 5, 7, 9 geregelt wird. Die Ventile 41, 43, 45 sind in entsprechenden Ventilgehäusen 47, 49, 51 angeordnet.
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Im Falle einer Stillsetzung der Dampfturbine 3 bzw. des Dampfkraftwerkes werden die Kraftwerkskomponenten des dargestellten Anlagenteils 1 konserviert. Hierzu werden beide Turbinengehäuse 13, 15, das Kondensatorgehäuse 36, die Ventilgehäuse 47, 49, 51, sowie die Dampfzufuhrleitungen 25, 27, 40 und die Verbindungleitung 33 und der Dampferzeuger 29 gemeinsam mit Stickstoff geflutet.
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Dazu wird Sticksoff aus einem vorliegend nicht gezeigten Vorratsbehälter vollautomatisiert mittels Überdruck in den Dampferzeuger 29 eingebracht. Ausgehend vom Dampferzeuger 29 strömt der Stickstoff dann über die Dampfzuführleitungen 25, 27, 40 in die Teilturbinengehäuse 13, 15.
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Alternativ kann der Sticksoff auch über Entwässerungsleitungen in das System eingebracht werden, die hierzu zweckmäßigerweise in räumlicher Nähe der Ventile 41, 43, 45 an die Dampfzufuhrleitungen 25, 27, 40 angeschlossen sind. Diese Ausgestaltung ist vorliegend nicht skizziert.
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Um die Dichtigkeit im Bereich der Dampfturbinen 7, 9 zu erhöhen, werden zur Konservierung im Bereich der Wellendichtungen 21, 23 zusätzliche Dichtelemente 53, vorliegend aufblasbare Dichtungen, temporär angebracht. Während der Stillsetzung wird der Druck innerhalb des Systems kontinuierlich und vollautomatisch verfolgt. So können mögliche Leckagen erkannt und entsprechend behoben werden.
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Insgesamt kann durch eine solche Konservierung die Korrosion der dargestellten Kraftwerkskomponenten, und insbesondere der Dampfturbinen 7, 9 effektiv verhindert werden und die Inbetriebnahme der Dampfturbine 3, bzw. des Kraftwerks als solches auch nach einer längeren Stillsetzung sicherstellt werden.
