RETROSPEKTIVA JEDNOHO PROJEKTU
Jednou z moderních metod zhodnocování užitných vlastností
turbín v průběhu čerpání jejich životnosti je použití metody
retrofitu. Touto metodou dojde k aplikaci soudobé úrovně
techniky a technologie do zařízení, které je většinou morálně
i fyzicky zastaralé.
Možnosti využití této metody nejlépe představíme na konkrétním
příkladu turbíny TG 1, která byla 22 let využívána pro
dodávky tepla v Plzni. V roce 2005 stál její vlastník, Plzeňská
teplárenská a.s., před klíčovým rozhodnutím, zda provést komplexní
opravu turbíny spojenou s rozsáhlou výměnou komponent,
nebo zásadní změnu konstrukce zařízení. V tomto případě
se vlastník přiklonil k technicky náročnější druhé variantě
a jednoznačně se vydal cestou retrofitu.
Vítězem výběrového řízení na tento náročný projekt se stala
brněnská společnost Siemens Industrial Turbomachinery s.r.o.,
která tehdy jako První brněnská strojírna turbínu dodala.
Odborníci ze Siemensu vypracovali technické řešení spojující
dobré provozní vlastnosti původního zařízení v kombinaci
s dodáním nové průtočné části špičkového designu
používaného pro konstruování nových turbín.
Nové řešení samozřejmě přineslo i výrazné zlepšení užitných
vlastností: "pouhé" zvýšení vnitřní termodynamické účinnosti
lopatkových mříží umožnilo garantovat snížení měrné spotřeby
tepla na vyrobenou MW/h o 5 %. Toto na první pohled nízké
číslo si lze též v reálu představit jako instalaci další fiktivní nové
turbíny o výkonu 3 MW ke stávající 60 MW, a to bez nutnosti
investice, kromě vlastní turbíny, do dalšího zařízení, provozních
nákladů, nákladů na údržbu. Naopak díky nové technologii
s lepšími provozními vlastnostmi je možné přeladit systém údržby,
podstatně zkrátit dobu odstávek zařízení a prodloužit periodu
oprav.
Při logickém předpokladu ceny 1 MW/h na úrovni dnešních
1000 Kč a celoročním provozu vychází prostá návratnost
vložené investice cca 3 roky. Při životnosti nejméně 15 let
se v podstatě provozovateli vložená částka vrátí několikrát,
nemluvě o ekologických aspektech, neboť tato fiktivní turbína
nevyžaduje zdroj energie (kotel) a zaručuje snížení emisí
NOX.
Základním atributem, který provázel celý projekt, byla
extrémně krátká doba realizace, kdy od podpisu kontraktu
do předání do komerčního provozu uběhlo pouze
9 měsíců. Odstávka zařízení pak byla naplánována na dny
a trvala celkem 109 dní.
Tento striktní požadavek zákazníka byl předurčen dlouho
dopředu sjednaným harmonogramem dodávky el. energie do
veřejné sítě a s přihlédnutím k ostatním údržbářským aktivitám,
realizovaným na souvisejících zařízeních - kotel, rozvody
tepla.
Původní turbína typu TG 1 byla uvedena do provozu v roce
1984 jako standardní dvoutělesová protitlaková turbína s regulovaným
odběrem páry, sloužící jako kogenerační jednotka jak
pro výrobu energie do veřejné sítě, tak jako zdroj páry pro průmyslové
využití a zdroj tepla topné sítě města Plzeň. Parametry
páry na výstupu z kotle: množství páry do VT dílu 350 t/h, teplota
535 °C, tlak 13,35 MPa. Ke dni rekonstrukce měla odpracováno
téměř 150 000 provozních hodin, což je její původně
projektovaná životnost.
Prvním krokem práce bylo ověření stavu turbíny. Na základě
defektoskopických kontrol materiálu tepelně namáhaných součástí
zjistili specialisté Siemensu, že řada základních prvků, zejména
skříně turbíny, je v lepším technickém stavu než byl původní
konstrukční předpoklad. Tím měla v tomto případě investice
vložených prostředků do zásadní inovace opodstatnění, neboť
rekonstrukce dává předpoklad provozu dalších 100 000 provozních
hodin, tj. cca 15 let, bez dalších investic.
Koncepci rekonstruované turbíny zvolili odborníci po
detailním posouzení tak, aby zachovali
maximum původních dílů, ale
zároveň dosáhli podstatného
zlepšení.
J e d n o u
z možností v tomto
případě byla původní
turbína pouze opravená se
zlepšením rovna nule anebo úplně
nová turbína. Výsledné řešení byl v podstatě kompromis na
hranici asi 80 %. Do VT dílu byl nainstalován kompletně nový
rotor s novými profily lopatek. NT díl - použil se původní hřídel
se zachováním původních počtů lopatkových stupňů a dispozic.
Výsledkem této kombinace je turbína, která se téměř
blíží svými parametry turbíně úplně nové při zachování cca 50
% původních dílů.
Vlastní projekt a technické výpočty byly zahájeny prakticky
verifikací výpočtových programů a konstrukčních metod,
neboť proudový výpočet původní turbíny byl prováděn na
počátku 80. let v podstatě ručně, pouze za použití kalkulačky,
a bylo nutné všechny parametry převést do soudobého speciálního
softwaru. Obdobná situace se vyskytla s původní dokumentací,
kterou bylo nutno naskenovat a posléze převést do
běžného konstrukčního prostředí.
Optimalizace vlastní průtočné části byla velmi komplikovaná
právě z pohledu omezení některými parametry a dimenzemi,
takže pro specialisty byl vlastní výpočet oříškem.
Po necelých čtyř měsících odstávky byla turbína s novými
"vnitřnostmi" (neboť vizuálně se navenek nic nezměnilo) opět
přifázována k síti a uvedena do komerčního provozu. Předběžná
ověřovací měření potvrzují, že původní předpoklady zlepšení
byly bezezbytku splněny a turbína každou hodinu svého
provozu vrací provozovateli vloženou investici.
Metoda hledání možných řešení, nových nápadů a jejich
následná realizace je jednou z možností, jak se postavit
k extenzivnímu čerpání omezených zdrojů paliv
a jiných surovin.
Firma Siemens Industrial Turbomachinery Brno má k takto
pojatým projektům všechny předpoklady: dlouhodobé zkušenosti,
špičkové knowhow, široký potenciál zkušených techniků
a inženýrů, ale i rozvinutou logistiku a výrobní základnu.
ING. ZDENĚK MEZERA
Více informací o společnosti naleznete na:
www.siemens.cz/turbines
