Последние советские газовые турбины большой мощности⁠⁠

Сообщение на международной конференции по газовым турбинам в Брюсселе о создании в СССР установки мощностью 100 МВт — первой в мировой практике — вызвало, скорее, недоверие. Трудно было поверить, что советская энергетика, утратившая, к тому времени некоторые из приоритетов, вновь вышла на передовые позиции в одном из ведущих направлений энергетики, несмотря на то, что в совесткой промышленности основной акцент делался на серийное производство машин для паротурбинных энергоблоков.

ГРЭС-3 им. Р.Э. Классона

После окончания Великой Отечественной войны первая в России ГРЭС — ГРЭС-3 им. Р.Э. Классона в поселке Электропередача располагала самым неэкономичным оборудованием и всего 38 МВт установленной электрической мощности. Давление пара перед турбинами равнялось всего 17 атмосфер — ниже, чем на любой другой электростанции Мосэнерго. Развитию электростанции препятствовало отсутствие достаточного по объему водоема. Охлаждающая способность озер электростанции по температурному режиму была на пределе их возможности в летние времена.

Вместе с началом работ по расширению ГРЭС-3 им. Р.Э. Классона в 1946 году поселок Электропередача указом Московского Областного Исполнительного Комитета 3 марта 1946 года Президиум Верховного Совета РСФСР преобразовывается в город Электрогорск.

Проектом предусматривалось установка трех котлов с давлением 120 атмосфер, с общей выработкой пара 198 тонн в час, установка турбины высокого давления мощностью 13 МВт. Особенность турбины - пар после турбины возвращается в котлы высокого давления для вторичного перегрева до температуры 375° С, а затем направлялся для работы в существующие турбины низкого давления 2, 3, 5, 6. Эта энергетическая надстройка получила название «Блок высокого давления». Все оборудование было немецким, привезенным по репарации из Германии. Однако это не позволило вывести электростанцию на высокие показатели эффективности — семь человек производственно-технического персонала на один установленный мегаватт мощности — даже для послевоенного восстановительного периода было очень много.

Электрогорск активно застраивается двухэтажными шлакоблочными домами квартирного типа. Строительство домов велось собственной строительной организацией электростанции, перешедшей из строительного управления, которое вело строительство по расширению электростанции. В дальнейшем, строительная организация стала называться «Строительный участок ГРЭС -3 им.Р.Э. Классона». Дома были построены из местного материала, шлакоблочные кирпичи делались из шлака и цементного раствора и проходили термическую обработку паром. Кроме цемента всё было своё: шлак из-под котлов электростанции, пар тоже с электростанции. Двухэтажными домами из шлакоблочных кирпичей застраивалась и улица Советская, улица им. Сталина.

Во второй половине 1955 года на электростанции произошла авария с остановом турбины 4. После осмотра и обсуждений было решено не вскрывать турбину и произвести ее запуск с включением в работу. На пятиминутке перед вахтой, все были предупреждены о предстоящем включении в работу турбины 4. Примерно в 16 часов 30 минут начался пуск, все шло хорошо, и вдруг резкий подъем давления. Начальники во главе с главным инженером электростанции обвинили машиниста в экстренном останове турбины. Повторного пуска не было. После вскрытия турбины все убедились, что машинист турбины был прав. Первые три ступени рабочих лопаток на обоих роторах турбины были повреждены. Останови турбину несколько позднее, повреждение лопаток следующих ступеней было бы вполне вероятным.

Руководство электростанции и Мосэнерго обратились в Энергетический институт с просьбой дать рекомендации по дальнейшей эксплуатации турбины. На электростанцию приехал видный ученый по турбинам. Он осмотрел состояние турбины после аварии, характер разрушения трех ступеней и предложил убрать разрушенные лопатки и собрать турбину для дальнейшей работы. Через несколько дней он сделал необходимые расчеты, установил номинальные параметры пара, давление и температуру пара перед турбиной. Порекомендовал обратиться на Ленинградский турбинный завод с просьбой изготовления новых роторов и как бывший работник этого завода обещал содействие. Причина аварии заключалась в том, что работали с роторами, значительно перешедшими гарантийный рубеж работы по времени.

В 1950-х годах по городу поползли слухи о предстоящем закрытии электростанции. На Волге строились и вводились в эксплуатацию мощные гидроэлектростанции, высоковольтные линии электропередач 500 киловольт, по которым электроэнергия подавалась в московскую энергосистему. Среди отдельных руководителей министерства энергетики и электрификации высказывалось мнение о закрытии мелких, неперспективных электростанций, в числе которых была и ГРЭС-3 им. Р.Э. Классона.

Руководство электростанции было обеспокоено этими разговорами и искало возможности не допустить закрытия. Директор электростанции А.П. Троицкий обратился за помощью к академику, вице-президенту Академии Наук СССР Г.М. Кржижановскому, который являлся одним из создателей плана ГОЭЛРО. По состоянию здоровья он принял делегацию у себя на квартире. При участии Г.М. Кржижановского было принято решение о создании на базе ГРЭС-3 им. Р.Э. Классона комплекса крупномасштабных установок - стендов для экспериментального исследования неядерных проблем разработки и эксплуатации оборудования Атомных электростанций - АЭС с водоохлаждаемыми реакторами. Это не решило вопрос коренным образом, но на некоторое время помогло отсрочить вопрос о закрытии.

В 1961 году пришло сообщение о том, что на одной из Ленинградских станций запущена и успешно работает небольшая (4 МВт) газотурбинная установка. ГТУ не требовала тех больших объемов воды, которые были необходимы при вводе традиционных тепловых мощностей. Руководство станции восприняло эту новость с воодушевлением, это был их шанс обезапасить станцию от возможного закрытия в будущем. В качестве определяющего аргумента на первый план была выдвинута возможность применения газотурбинных установок в качестве маневренных мощностей.

«...Тепловые станции с крупными блоками работают в основном в стабильном режиме — на пуск и остановку их мощнейших агрегатов требуются часы, а то и дни. Между тем нам необходимы энергетические мощности, способные включаться на сравнительно короткое время — на три-четыре часа утром и вечером... Для решения проблемы. используются электростанции двух типов: гидроаккумулирующие (ГАЭС) и с газотурбинными установками (ГТУ). И те, и другие «раскручиваются» за считанные минуты и могут производить значительное количество дополнительной энергии». (Газета «Правда», 30 мая 1983 г. Статью писали управляющий Мосэнерго П. Серебряников, главный инженер ГРЭС-3 Л. Дубровский и др.).

ГТУ-100

В 1962 году министр энергетики и электрификации СССР П.С. Непорожний посетил электростанцию и, вернувшись в Москву, дал задание направить на ГРЭС проектировщиков. Проект быстро вынесли на утверждение. Однако, выяснилось, что в перечень работ, выполнение которых значилось в плане девятой пятилетки 1971-1975 годов, стройка в Электрогорске не включена. В марте 1971 года на собрании работников ГРЭС-3 им. Р.Э. Классона принят текст обращения в вышестоящие партийные и правительственные органы. В обращении говорилось о том, что строительство ГТУ экономически выгодно, т.к. для подготовки, организации строительства на пустом месте требовались бы годы, а здесь его можно было разворачивать немедленно: проложены подъездные пути, есть жилье для строителей, возможно легко проводить новые подземные коммуникации, есть опытные энергичные кадры. В план десятой пятилетки была заложена установка трех газотурбинных установок мощностью 100 МВт производства Ленинградского Металлического Завода. Инженерный коллектив электростанции сразу же занялся подготовкой к предстоящим большим работам.

Два подобных агрегата к тому времени уже работали на ТЭЦ Краснодара. Неоднократные поездки к краснодарским коллегам научили подмосковных энергетиков многому. Ассигнования, выделенные на строительные работы, начали поступать с середины 1975 года. На территории, отведенной под ГТУ, начались планировка, разметка. Первые бригады формировались из работников станции. Ближе к концу года в Электрогорск приехали первые строители. В апреле 1976 года уложили первый блок в основание главного корпуса, а к концу года должны были пустить новый агрегат.

Однако с изготовлением оборудования на Ленинградском металлическом заводе дело обстояло непросто. При разговоре с главным инженером завода о сроках – четкого ответа не получали. К осени 1976 года прибыли дополнительные бригады строителей, более тысячи человек. Для обустройства прибывающих приспосабливали все, что было возможно. Под общежитие, несмотря на бурные протесты работников, получивших ордера на квартиры, переоборудовали вводимый в эксплуатацию жилой дом.

Узлы газотурбинной установки начали поступать в конце октября, а затем прибыли и приступили к делу и заводские специалисты. Случалось, что обнаруживались нехватки необходимых материалов, а то и деталей. По требованию заводского шеф-инженера все доставлялось из Ленинграда немедленно. В декабре корпус собрали полностью. Затем выверка, испытания. 15 января 1977 года состоялся пуск агрегата. Но недоделки вскоре дали о себе знать. Наиболее ощутимая — отсутствие у установки глушителя. В момент пуска рев, который издала машина, заставил вскочить с постелей тысячи перепуганных жителей. Глушитель поставили в апреле, устранив тем самым и шум, и поток жалоб, градом посыпавшийся во всевозможные инстанции. На параллельную работу с сетью системы Мосэнерго генератор ГТУ-100 включили 2 февраля 1977 года.

Среди энтузиастов, воспринявших процесс освоения необычной машины как закономерный, был начальник смены Краснодарской ТЭЦ О.В. Кравченко. Инженер пытливый, знающий, он внес немалый вклад, чтобы максимально сократить период наладки. Ему-то и предложили стать начальником нового газотурбинного цеха ГРЭС в Подмосковье. Предложение было принято. Вскоре Олег Васильевич перебрался в Электрогорск. Знакомясь с персоналом цеха, обратил внимание на одного из начальников смен, Александра Семеновича Осыку (сегодня главный инженер Мосэнерго). Молодой инженер, пришедший на электростанцию после института, демонстрировал не только солидную теоретическую подготовку, но и завидную дотошность, осваивал особенности не совсем обычной машины, старался прочувствовать ее сильные и слабые стороны. И когда, два года спустя, начальник цеха предложил А.С. Осыке стать своим заместителем, коллектив поддержал.

В 1978 году ввели в эксплуатацию вторую ГТУ. Особенности оборудования ставили перед коллективом все новые задачи. Очень часто давало сбой зажигание — темной оставалась половина камеры. Разобравшись в схеме и конструкции устройств, О.В. Кравченко и А.С. Осыка. докопались до причины. За сравнительно небольшой срок Олег Васильевич, Александр Семенович и мастер цеха централизованного ремонта Геннадий Васильевич Рудазов разработали и внедрили силами своего цеха более совершенную схему. Bсe преимущества были настолько очевидны, что уже на следующей, третьей ГТУ-100, созданной Ленинградским металлическим заводом для ГРЭС-3, была использована именно эта схема.

Энергетики ГРЭС-3 им. Р.Э. Классона и далее принимали активное участие в создании, усовершенствовании и доводке газотурбинных установок. Инициатором и непременным участником дискуссий по принципиальным вопросам был главный инженер Мосэнерго Н.И. Серебряников. Он не давал успокоиться на достигнутом ни себе, ни другим. Уловив в предложении инженеров что-либо существенное, важное, он тут же включался в решение проблемы. Успевал везде.

Немалые трудности при освоении газотурбинных установок пришлось преодолевать при решении вопросов выбора для них топлива. Наиболее подходящим был бы газ, но ГРЭС в Электрогорске источника газа не имела, и потому выход следовало искать в применении жидкого топлива — лучше дизельного. Но и такое решение реализовать было трудно. В 1970-х годах все запасы чистого моторного топлива шли на удовлетворение нужд сельских механизаторов. Стоимость тонны дизельного топлива почти вдвое превышала цену специального газотурбинного топлива. Сотрудники ГРЭС-3 им. Р.Э. Класоона вначале побывали на нефтеперегонных заводах Москвы, Рязани, ознакомились с ГОСТами и получили исчерпывающую информацию об изготовляемой заводами продукции. Изготовитель ГТУ, Ленинградский металлический завод (ЛМЗ), изучив характеристики предлагаемых заводами видов топлива, решительно заявил о их непригодности для эксплуатации газотурбинных установок. Специалисты утверждали: наличие в топливе калия, натрия, ванадия отрицательно влияет на работу установки - при необычно высоких температурах, которые действуют на лопатки первой ступени, возникает их коррозия.

Институт Электросварки им. Патона, г. Киев. УССР

К тому времени Институт Электросварки им. Патона на Украине успешно освоил нанесение нового защитного покрытия поверхности металла лопаток, работающих в условиях высоких температур. Изучением работ, проводимых Патоном и его единомышленниками активно занялся главный инженер ГРЭС-3 Л.И. Дубровский. Межведомственные междоусобицы, когда для продвижения своих интересов некоторые не постеснялись бросить тень на своих более способных коллег, отодвинули решение этого вопроса. Понадобилось еще полгода, чтобы покрытие лопаток первой ступени ГТУ по методу инженера Института им. Патона было вменено заводам в качестве обязательного требования.

Специалисты ГРЭС-3 внесли весомый вклад в решение проблемы защиты лопаток ГТУ от коррозии. С заводами и научными организациями они на равных участвовали во многих начинаниях, которые в конце концов обеспечили надежное функционирование газотурбинной установки и ее главного элемента — лопаточного аппарата турбины.

«Проведение исследования эксплуатационной надежности рабочих лопаток газотурбинной установки ГТУ-100, изготовленных из металла разной выплавки, термически обработанных по разной технологии, имеющих различную конструкцию), различные варианты покрытия, работающих в условиях газовой среды различного состава, позволили создать и внедрить на ГРЭС-3 Мосэнерго комплекс мероприятий по повышению долговечности лопаточного аппарата ГТ-100... » Осыка А.С. Автореферат диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук.

Последнюю, третью ГТУ-100, пустили в апреле 1980 года. Проведенная заводом модернизация позволила повысить ее номинальную мощность до 107 МВт. Поддерживались теснейшие контакты с учеными. Представители ведущего в этой области Всесоюзного теплотехнического института наблюдали, контролировали, анализировали, изучали сильные и слабые стороны агрегатов, намечали пути совершенствования. И всегда рядом с ними находились инженеры ГРЭС. Вникали, впитывали, иногда подсказывали, помогали переводить теоретические изыскания в практическую плоскость. Такое тесное общение было полезно и тем, и другим.

ГТЭ-150

«...строительство газотурбинпых станций надо будет продолжить столь же интенсивными темпами, причем на базе более высокоэффективной турбины ГТЭ-150, имеющей при больших мощностях и экономичности меньшие габариты и металлоемкость». ( Газета «Правда», 30 мая 1983 года)

1983

Занимать опыт на этот раз было не у кого — агрегат подобного типа и мощности должен был быть освоен нашими энергетиками впервые. Наибольшие сложности были связаны с температурой, при которой должна была работать установка. В 1970-е годы проблеме повышения КПД газотурбинных установок уделялось большое внимание в мировой практике. Наибольшего успеха энергетики США и передовых европейских стран достигли, прежде всего, за счет значительного подъема температуры газов перед турбиной.

«Начальная температура газов выбирается возможно более высокой и ограничивается доступными по практическим и экономическим соображениям (стоимость изготовления, сроки службы, надежность) средствами охлаждения соприкасающихся с горячими газами деталей, прежде всего рабочих лопаток первой ступени турбины. Для освоенных в мировой практике мощных энергетических агрегатов начальная температура газов составляет 1250—1450 К, в проектах, над которыми ведутся работы, до 1700—1900 К». (Ольховский Г.Г. Энергетические газотурбинные установки. М.: Энергоатомиз-дат. 1985. С. 23)

Приступая к созданию, а затем и освоению на ГРЭС-3 им. Р.Э. Классона ГТЭ-150, намечали сделать рывок повышений начальной температуры газов перед турбиной — 1100°C вместо 750°C, освоенных к тому времени, на работавших ГТУ-100. Осуществить столь резкий скачок решено было в два этапа. Начальный — освоение температуры 950°C. Лишь когда работа установки при таких параметрах станет достаточно устойчивой, переходить к температуре 1100°C — предельной для этого типа. Первый этап неожиданностей не принес. Пуск, наладка, выход на 950°C прошли по разработанной программе. Однако всем было понятно, что рубеж, взятый энергетиками ГРЭС — позиция промежуточная. Всего 30% составил КПД ГТУ на этом, первом, этапе. Решение основной, наиболее сложной, задачи было еще впереди и, как оказалось, заняло более двух лет...

Наиболее уязвимым узлом при переходе на работу с температурой 1100°С оказались лопатки двух первых ступеней турбины. Стало ясно, что устойчивой, надежной работы лопаточного аппарата можно достигнуть лишь при условии соблюдения безукоризненного качества производственных процессов на всем пути изготовления лопаток. Отработка технологии штамповки, затем литья потребовали у исследователей и производственников уйму времени. При тех высочайших требованиях, которые предъявлялись к изделию, в брак шло более 60% продукции, принося заводу-изготовителю большие убытки. Сложность состояла еще и в том, что для обеспечения прочности при столь высоких температурах газов каждая из множества лопаток должна была еще и охлаждаться изнутри, что так же значительно осложняло процесс их изготовления.

Выполнявший заказ энергетиков Завод Турбинных Лопаток (ЗТЛ) в Ленинграде смог наладить связи с одной зарубежной фирмой, приобрел у нее оснастку, оборудование и обеспечил ЛМЗ доброкачественными турбинными лопатками в договорные сроки.

1985

В марте 1985 года было полностью прекращено сжигание торфа в станционных котлах, а через пять лет впервые в России на ГРЭС-3 заработала газотурбинная энергетическая установка парогазового цикла мощностью 150 МВт.

1997

Случались аварии. Работа по изготовлению нового ротора турбины, пригодного для функционирования в условиях среды 1100°C, велась более двух лет. Только в ноябре 1997 года ротор доставили в Электрогорск. У одной из двух, уже отработавших немалый срок, ГТЭ-150 заменили ротор на новый.

1998

С 1 мая 1998 года начались пуски. С каждым последующим выходили на более высокую ступень температуры газов. Одновременно велась наладка пускового устройства. На температуру 1100°C вышли в мае. Этап завершающий - синхронизация, включение генератора в сеть, набор нагрузки - прошел без отклонений от намеченной программы. А затем — срыв.

Главный инженер ГРЭС-3 им. Р.Э. Классона Александр Семенович Осыка, главный конструктор ЛМЗ Александр Серафимович Лебедев и главный специалист службы наладки Мосэнерго Валерий Алексеевич Харченко вряд ли когда-нибудь забудут 19 нюня 1998 года. На 18-м пуске, когда нагрузка на ГТУ достигла 128 МВт, на их глазах произошло то, что в документах было названо: «Перегрев нижней полки направляющего аппарата второй ступени, приведший к ее повреждению». Когда до успешного завершения дела оставался один шаг — разлад, неуверенность.

И снова программы длительных испытаний. С конца июля они велись непрерывно. Генеральный конструктор подсчитал: за 1998 год — более ста испытательных пусков.

1999

В первые месяцы 1999 года, когда начальная температура газов вновь достигла требуемых 1100°C, вышли на мощность 155 МВт. Это была победа. Ленинградский металлический завод, Мосэнерго и ГРЭС-3 предъявили свое детище к сдаче в эксплуатацию.

«3 апреля подписан акт приемки ГТЭ-150 в опытную эксплуатацию, в период которой основное внимание будет сосредоточено на проверке надежности работы наиболее напряженных узлов агрегата при длительной эксплуатации, внедрении диагностической аппаратуры, улучшении экологических показателей установки. Считаем, что большой опыт, накопленный Мосэнерго в процессе доводки ГТЭ - 150, позволит решать новые задачи по повышению уровня отечественного газотурбостроения».
Рапорт Генерального директора ОАО «Мосэнерго» Н.И. Серебряникова Министру топлива и энергетики РФ С.В. Генералову, Председателю правления РАО «ЕЭС России» А.Б.Чубайсу, Председателю совета директоров РАО «ЕЭС России» В.В. Кудрявому, Генеральному директору ОЭС «Центрэнерго» А.М. Смирнову.

Наше время

Глава г.Электрогорск Денис Семенов на встрече с жителями на вопрос о судьбе станции в 2019:

«В ходе проверки оборудования, которое вырабатывает электроэнергию, установлено, что оно устарело. Поэтому принято решение о выходе ГРЭС-3 из генерации электроэнергии в декабре 2021 года. Это означает, что работать предприятие будет только как котельная. Со своей стороны мы предпринимали комплекс мер, чтобы этого не случилось, вплоть до поиска инвесторов, которые бы модернизировали предприятие. Сейчас идут переговоры с руководством «ТСК Мосэнерго», чтобы они отремонтировали котельное оборудование для дальнейшей качественной работы».

В 2015-2020 гг. загрузка оборудования на ГРЭС-3 им. Классона самая низкая среди всех тепловых электростанций Московской области.

Согласно информации от Министерства энергетики Московской области, три ГТУ-100 и две ГТЭ-150 на ГРЭС-3 им. Классона планируются к выводу из эксплуатации в 2022 году.

22 февраля не пропустите "Газотурбинный кризис 2": Совместное предприятие ЛМЗ с Siemens, Крымский скандал, Санкции, Конфликт Силовых машин с Siemens

Спасибо за поддержку @SkunkMisanthrope

Список литературы: