Підвищення пожежної безпеки машинних залів атомних і теплових електростанцій

 

М.М.Семерак, В.М.Новак, А.В.Субота

 

Cучасні енергосистеми потребують постійного вдосконалення генеруючого обладнання, підвищення степеня надійності його роботи і терміну експлуатаціії. За період з 1965 року і до сьогодні (враховуючи катастрофу на АЕС «Фукусіма – 1») у машинних залах АЕС і ТЕС усього світу з турбогенераторами потужністю 50 МВт і більше зафіксовано понад сто аварійних ситуацій. З них пожеж – 35, вибухів – 6, вибухів з пожежами – 6.

 

Наявність в системах охолоджування турбогенераторів вибухонебезпечного і горючого водню у поєднанні з горючою турбінною оливою створює проблему забезпечення вибухо– і пожежобезпеки в машинних залах електростанцій. Вибухо– та пожежонебезпечні середовища можуть утворитися в різних місцях газо–оливної системи генератора, а також в прилеглих вузлах і відсіках при аварійних викидах і витоках водню. Газова система турбогенератора має спеціальне устаткування, що дозволяє здійснювати безпечне заповнення корпусу генератора воднем і видалення останнього шляхом використання як проміжний агент інертного газу: водень витісняється інертним газом, потім повітрям, а повітря аналогічно витісняється інертним газом, потім воднем. При помилковому виконанні вказаних операцій і відсутності контролю над складом газової суміші також можуть утворитися вибухонебезпечні середовища в корпусі генератора, поплавцевому гідрозасуві, бачку продування. Водень може потрапляти в картери підшипників, шинопроводи, систему охолоджування обмотки статора дистилятом, водяну систему газоохолоджувачів, і, накопичуючись, при певному процентному змісті також утворює вибухонебезпечні середовища.

Несучими конструкціями машзалів є металеві колони і несучі ферми покрівлі залів. Відстань в осях поперечного напряму може складати від 28 до 54 м, відстань між осями колон машзала в подовжньому напрямі може бути 6 або 12 м і визначається типом турбогенератора і схемою його розміщення в об'ємі машзала. В машинних залах аварії на турбоагрегаті, що супроводжуються викидом водню і витоком турбінної оливи по площах на різних відмітках можуть привести до швидкого розвитку пожеж. Інтенсивне горіння турбінної оливи приводить до утворення щільних теплових потоків, що випромінюються факелом полум'я і швидкому задимленню машзалу, які можуть досягати висоти відмітки крокв'яних ферм. При локальній дії висхідних теплових потоків відбувається нагрів незахищених металевих конструкцій до критичної температури (500-550 0С). Інтенсивність і величина нагріву конструкції залежить від величини теплового потоку обумовленого пожежею. Тепловий потік залежить від температури пожежі, висоти і ширини полум'я, відстані до конструкції.

З метою підвищення пожежної безпеки машинного залу і стійкості його будівельних конструкцій при виникненні пожежі в результаті руйнування оливо-водневого ущільнення турбогенератора і спалаху водню металеві конструкції покривають вогнезахисними покриттями, що вспучуються. Якщо відбувається витікання водню з статора генератора через отвір площею еквівалентній площі круглого перетину діаметра 100 мм, то висота факела може досягати 23 88 м з температурою полум'я 2500 0С і тривалістю горіння 29 с. Температура полум'я сумісного горіння водню і оливи становить більше 1600 0С, а висота – 12 м.

В роботі розроблена математична модель визначення та дослідження теплових потоків, зумовлених температурою полум'я, а також температурного поля в елементах несучих конструкцій. Враховуючи фізичні характеристики і геометричні параметри полум'я пожежі і несучих конструкцій, визначений і досліджений тепловий потік, падаючий на конструкцію залежно від відстані між вогнищем пожежі і конструкціями. Отримані результати дозволили визначити та дослідити температурне поле по товщині конструкції залежно від товщини вогнезахисного покриття і його теплофізичних характеристик. Результати досліджень представлені графічно на рисунках. Аналіз результатів показав, що наявність вогнезахисного покриття в три і більше рази збільшує час досягнення металевою конструкцією критичної температури.

Список литературы:

1.      РД 153-34.0-45.512-97. Типовая инструкция по эксплуатации газомаслянных систем водородного охлаждения генераторов.

2.      Микеев А.К. Противопожарная защита АЭС. – Москва: Энергоатомиздат. – 1990. – 210 c.

3.      Голоднова О.С. Об аварийном сбросе водорода из турбогенератора с водородным охлаждением. Вести в электроэнергетике 2010; № 2. – С. 8-15.