Производство паровых турбин на базе компании Siemens

Авторы: А.Т. Ткачук (Компания Siemens), М. Зелиньски (Компания UTE).

Опубликовано в журнале Химическая техника №6/2015

Обособленное предприятие Siemens Industrial Turbomachinery в городе Брно (Чехия) выпускает турбины с 1901 г. Завод принадлежит к самым старым заводам – производителям паровых турбин в мире. За более чем 110 лет было произведено и поставлено более 4500 турбин для различных применений по всему миру.

Завод под маркой PBS (Брненский машиностроительный завод – завод имени Клемента Готтвальда) был хорошо известен специалистам многих химических и азотных предприятиях СССР (Тольятти Азот, Минудобрения, г. Россошь, КемеровоАзот, БерезникиАзот, ЗМУ Кирово- Чепецк, Череповецкий Азот, Невинномысский Азот, НАК Азот, Гродно Азот, Фергана Азот, Чирчик Азот, Навои Азот и др.), на которых по сегодняшний день эксплуатируются в качестве приводов насосов и компрессоров турбины К4,3, ПЦПЛ-700, ПЦ-400 и ПЦ-1100 производства завода PBS.

В 2003 г. отделение промышленных паровых турбин, включая завод в Брно, было куплено компанией Siemens.

В настоящее время в компании работает около 750 человек, производится около 40…50 турбин в год. Компания занимает ведущее место на мировом рынке поставщиков современных паровых турбин (рис. 1). На заводе в городе Брно производится широкий спектр промышленных паровых конденсационных и противодавленческих турбин мощностью до 150 МВт (типоряды SST-200, SST-300, SST-400 и SST-600). Проточная часть каждой из паровых турбин всегда проектируется под индивидуальные параметры и требования заказчика, что позволяет обеспечить максимальные нагрузки и высокую эффективность работы. При этом турбина имеет серийную модульную конструкцию, что гарантирует надежность и существенно оптимизирует стоимость производства.

Одинаковые компоненты используются при изготовлении 200 новых турбин в год на заводах Siemens во всем мире, что позволяет оперативно проверять их работоспособность и надежность всех деталей.

Кроме проектирования и производства новых комплектных паровых турбоустановок, в компании выделен также отдел сервиса со следующими видами деятельности:

• ремонты, включая капитальные
• техническая поддержка и поставка запасных частей в течение всего срока службы турбоагрегата
• модернизации проточной части турбины
• модернизации системы управления турбиной и других вспомогательных систем
• полные замены турбин с приспособлением к старому фундаменту и вспомогательным системам

Рассмотрим возможность полной замены турбины вместо модернизации ее проточной части или капитального ремонта, а также приведем несколько примеров таких замен.

Компания Siemens способна заменить любую турбину мощностью от 2 до 120 МВт. Турбина проектируется таким образом, чтобы ее можно было установить на старый фундамент без его изменений, включая старые анкерные болты. Турбина присоединяется также к старым вспомогательным системам – масляной, дренажной, уплотнительного пара и т.д. И, что немаловажно, конструкция турбины позволяет выставить ее ротор с осями роторов существующих компрессора или генератора.

Кроме того, установка турбин Siemens дает следующие преимущества:

• увеличение ресурса узла на минимум 30-40 лет;
• сохранение неизменной методики эксплуатации турбины;
• продление межремонтного пробега;
• стабильность цены и оперативность в поставке запасных частей;
• обеспечение технической поддержки.

Несколько примеров внедренных/внедряемых замен паровых турбин на производствах аммиака.

Завод в г. Дусло Шала, Словакия (рис. 2). Замена турбины N15a компании «Альстом» (привод воздушного компрессора) турбиной SST-300 с целью повышения КПД и мощности. «Группа Азоты» Полице, Польша (рис. 3, 4). Замена двух активных турбин типа 5EH-7 компании Mitsubishi (привод компрессора синтез-газа) двумя реактивными турбинами типа SST-300 (плюс запасной ротор к обеим турбинам). Турбины установлены на старый фундамент.

В связи с новым режимом работы агрегата аммиака (снижено исходное давление в синтезе от 21,2 до 15,6 МПа), в результате замены будут повышены КПД и надежность турбины, а также достигнута экономия свежего пара. Пуск турбин запланирован на 2015 и 2016 гг. ОАО «Дорогобуж» и ОАО «Акрон», Россия (рис. 5). Этот пример касается крупнотоннажного агрегата аммиака (исходная производительность 1360 т/сутки), аналоги которого распространены в странах бывшего СНГ.

Замена двух реактивных турбин Fuji поз. 101JT (привод воздушного компрессора) двумя реактивными турбинами типа SST-300 (плюс запасной ротор к обеим турбинам). Основные моменты:

• сохранение реактивного характера лопаточного аппарата;
• установка на старый фундамент;
• повышение надежности эксплуатации;
• повышение КПД и экономия пара на входе в турбину в количестве 10 т/ч;
• запас выходной мощности для увеличения выработки аммиака до уровня 1800 т/сутки круглый год;
• замена турбины, включая пусконаладку, в течение 4 недель;
• пуск первой турбины состоялся в 2014 г., второй – запланирован на 2015/2016 г.

На паровой, конденсационной турбине Fuji поз. 101JT со временем наблюдалась сильная эрозия последних ступеней (особенно лопаток статора и лабиринтных уплотнений), что приводило к необходимости ремонта корпуса. Кроме того, летом турбина становилась единственным узлом, лимитирующим достижение выработки 1700 т/сутки аммиака. Это – две основные причины, из-за которых было принято решение о замене турбины.

Новое оборудование было поставлено в течение 12 мес. в следующем объеме: рама, входной корпус с сопловой коробкой и стопорным и регулирующими клапанами, выхлопной корпус, опоры корпуса, опорно-упорный и опорный подшипники, ротор и статорная часть, валоповоротное устройство, муфта турбина – компрессор низкого давления, система управления и защиты. Замена штатной турбины полностью новой была реализована с максимально возможным сохранением подводящих коммуникаций, т.е. были использованы следующие штатные узлы: фундамент, паровая обвязка, дренажная система и система уплотнительного пара, вакуум-вытяжка, система смазочного масла.

Максимальная выходная мощность на валу турбины 14 600 кВт была определено исходя из тенденции модернизации агрегатов аммиака для достижения в будущем выработки 1800 т/сутки в течение круглого года. Для этого потребляемая компрессором мощность в летнем режиме была пересчитана при расходе воздуха 66 000 нм3/ч (0°C и 760 мм рт. ст.) с учетом следующего условия стандарта API617 (в том числе для центробежных компрессоров химической промышленности): вырабатываемая паровой турбиной мощность должна составлять не менее 110% максимальной мощности компрессора в любых эксплуатационных условиях.

Использование самых современных разработок и технологий позволило в результате получить высокий КПД и добиться существенного снижения потребления пара при сохранении текущей нагрузки компрессора.

Фактические параметры турбины до (числитель) и после замены (знаменатель)

При анализе фактических параметров до и после замены турбины агрегат аммиака и соответственно компрессор работали на аналогичной нагрузке, но отличались параметры входного и выходного пара (особенно вакуум). В связи с этим определенная на основании прямого сравнения приведенных значений экономия пара занижена. При работе новой турбины в базовых условиях потребление пара уменьшится как минимум на 10 т/ч.

Следует отметить также, что конструкция турбины дает возможность использования отбора либо подачи пара (в случае недостатка либо избытка низкопотенциального пара в балансе агрегата), а также модифицирования проточной части (без изменения наружных габаритов турбины) для выполнения других индивидуальных требований заказчика (например, для увеличения мощности с целью повышения производительности по аммиаку 2000 и более т/сутки).

В начале статьи перечислен ряд химических предприятий, на которых эксплуатируется турбина К4,3 производства PBS (рис. 6). В настоящее время их лицензиаром является компания Siemens в г. Брно. Техническими специалистами разработан проект по замене старой турбины К4,3 привода компрессора природного газа новой современной турбиной типа SST-200 (рис. 7).

Новая турбина типа SST-200 отличается, прежде всего, повышенной надежностью и увеличенным КПД, благодаря которому достигается экономия пара или рост мощности на валу. Турбина приспособлена к установке на существующий фундамент, а также к подсоединению непосредственно к существующим трубопроводам и вспомогательным системам.

Кроме того, новое оборудование приспособлено к применению электронной системы управления (по выбору: поставка Siemens или заказчика).

Ниже представлено сравнение основных показателей работы турбин К4,3 и SST-200 при сохранении соответственно расхода пара и мощности:

Повышение мощности при сохранении расхода пара

Экономия пара при сохранении мощности

Благодаря применению более эффективной лопаточной системы достигается увеличение мощности или уменьшение потребления пара на ~ 9%.

В данном проекте также возможны изменения про- точной части (без модификации наружного корпуса) для ее приспособления к нуждам заказчика.