Zvýšení účinnosti bloku modernizací parní turbíny ve finské elektrárně Loviisa

• Foto

Projekt se připravoval dva roky, jak moc složité bylo přesvědčit Finy, aby už nepokračovali s dlouhodobými partnery a vybrali si řešení od vás? Na co dávají Finové při vyjednávání důraz?
Hlavním konkurentem ve výběrovém řízení byl původní výrobce turbín, který měl výhodu dostupnosti veškeré výrobní dokumentace a dlouholetých vztahů se zákazníkem. Dá se tedy říci, že jsme museli zákazníka přesvědčit kvalitním technickým řešením. Rozhodli jsme se provést výměnu celé průtočné části VT dílu (olopatkovaný rotor, rozváděcí kola, ucpávky a ložiska), to znamená dílů, které nejvíce ovlivňují účinnost a provozní spolehlivost stroje. Použili jsme moderní 3D profily lopatek, které měly největší podíl na zvýšení účinnosti modernizovaného VT dílu, doplněné o takzvané voštinové těsnění. To umožnilo zmenšení ucpávkových vůlí v průtočné části a přispělo ke zvýšení účinnosti. Zvýšení počtu stupňů pro novou průtočnou část ze 6 na 7, kvůli optimálnějšímu rozložení tlakového spádu na jednotlivé stupně, mělo také pozitivní vliv na termodynamickou účinnost modernizovaného VT dílu. Vše muselo však být navrženo tak, aby se nová průtočná část vešla do původního vnějšího tělesa. Řešení modernizace, které jsme zákazníkovi navrhli, přinášelo zvýšení výkonu turbíny o zhruba 6 MW, dosažené pouze zvýšením účinnosti VT dílu turbíny. Těchto 6 MW navíc, vyrobených na každé ze čtyř turbín instalovaných v elektrárně Loviisa, bylo zřejmě hlavním rozhodovacím argumentem pro zákazníka při výběru dodavatele.

Zvláštní důraz byl kladen na spolehlivost nabízeného zařízení ověřenou dlouhodobým provozem, což je dáno i tím, že se jedná o jadernou elektrárnu.

Máte zkušenosti z jaderných elektráren v Čechách i na Slovensku, kde jste realizovali již podobné projekty. Pomohly Vám tyto předchozí zkušenosti technicky a referenčně při přípravě finského projektu?
K úspěchu samozřejmě přispěly také naše reference z jaderných elektráren Dukovany, Bohunice a Mochovce, kde má Doosan Škoda Power úspěšně v provozu 16 turbín podobné konstrukce a srovnatelného výkonu již po několik desetiletí. Dále pak máme instalované dvě turbíny v jaderné elektrárně Temelín, které se výrazně liší svým výkonem 1 000 MW od turbín v Loviise, ale i tak velmi přispěly jako reference při získávání této zakázky. U těchto turbín jsme, po zhruba 30 letech provozu, provedli modernizaci průtočných částí pro zvýšení účinnosti, které splnily očekávání a jsou potvrzeny garančními měřeními. Dobré výsledky modernizací byly rovněž použity jako naše reference a finská strana si je ověřovala.

Jednat jste začali v roce 2010, kontrakt se podepsal o dva roky později. Můžete popsat, jak pokračovaly práce až do komerčního provozu v roce 2018?
První kontakt se zákazníkem ohledně plánované modernizace proběhl skutečně již v létě roku 2010. V počáteční fázi jsme pro zákazníka zpracovali studii proveditelnosti a přínosů modernizace a celou problematiku jsme vzájemně projednali na několika jednáních, které se konaly u nás i ve Finsku. V roce 2011 bylo vypsáno výběrové řízení, které probíhalo rok a půl. Kontrakt na modernizaci 4 VT dílů byl podepsán v druhé polovině roku 2012 po technicky detailních jednáních a mnoha změnách v zadání. 

Modernizace probíhala na etapy. Nově instalované VT díly byly uváděny do provozu postupně v průběhu několika let tak, jak byly dokončovány. První dvě turbíny TG4 a TG1 byly zmodernizovány a uvedeny do provozu v roce 2014. Další turbína TG2 v roce 2017 a poslední, čtvrtou turbínu TG3, jsme uvedli do provozu v létě roku 2018.

Nebyla zde možnost dohodnout se s předchozím dodavatelem na postoupení dokumentace? Probíhala s nimi nějaká komunikace?
Jak jsem již zmínil, původní výrobce byl naším hlavním konkurentem ve výběrovém řízení. Bylo tedy nemyslitelné s ním na toto téma komunikovat, natož pak od něj získat dokumentaci v době, kdy to bylo nejvíce potřeba, tj. v době přípravy technického řešení pro nabídku. Navíc se jedná o více než 40 let staré turbíny, vyrobené v sedmdesátých letech, a tak na nich mohla být od té doby provedena řada konstrukčních úprav. Museli jsme tedy od začátku vše plánovat tak, abychom výrobní dokumentaci nepotřebovali, protože i kdyby byla k dispozici, tak víceméně bez záruky správnosti. Bylo tedy nutné zajistit mnoho chybějících podkladů týkajících se konstrukčního provedení, provozní historie a také provedených úprav na originálních součástech stroje. Především pro získání konstrukčních dat byl využit reverse engineering.

Jaká byla kvalita původních turbín ze 70. let?
Turbíny byly v provozu dlouhou dobu od první modernizace v devadesátých letech a důvodem pro jejich další modernizaci bylo spíše zvýšení účinnosti, nežli spolehlivosti. Provozovatel ale také musí řešit otázku životnosti originálních kritických komponent, zejména rotorů. Může si samozřejmě koupit nové komponenty stejné konstrukce a pokračovat v provozu, ale výhodnější je za srovnatelnou cenu pořídit nové komponenty moderního provedení s vyšší účinností.

Jak je ve Finsku vnímán reverse engineering a je dnes již standardem v energetických zakázkách?
Použití reverse engineeringu za pomoci 3D skeneru bylo v té době relativně novou metodou. Reverse engineering se samozřejmě dal dělat i před vynalezením 3D skeneru, ale za pomoci ručních měřidel a obkreslování dílů do výkresu. Byl to velmi pracný proces s větší pravděpodobností chyby. 3D skenování jsme v Doosan Škoda Power značně rozvinuli právě z důvodu provádění modernizací a retrofitů i na turbínách jiných výrobců, kdy nemáme původní výkresovou dokumentaci k dispozici, nebo je tuto původní dokumentaci nutné ověřit skenováním skutečného stavu. Využíváme především optickou fotogrammetrii pro její vysokou přesnost při skenování turbínových komponent, ale máme k dispozici i laserový skener, kterým můžeme zaměřit prakticky celou strojovnu. Dnes už si neumíme reverse engineering bez 3D skenování představit.

Jak dlouho jste dokumentaci vytvářeli a jaká rizika jste při reverse engineeringu vnímali?
Řekl bych, že první dva roky byly z pohledu dokumentace nejdůležitější, ale byl to postupný proces. Museli jsme být přítomni se skenovacím zařízením při plánovaných odstávkách na elektrárně a ve vhodnou dobu, kdy byly klíčové díly dostupné, je naskenovat. Nesměli jsme při tom ale narušit nebo zpomalit plánovaný průběh prací při odstávce, a tak se skenovalo například i v noci a zpravidla pod časovým tlakem. Byla to z naší strany nemalá časová i finanční investice na opakované cesty do Finska, transport skenovacího zařízení a zpracování získaných dat do výkresů s výhledem na získání zakázky.

Je běžné, že dochází k montáži nových dílů už v závodě a do elektrárny se převáží celý kus? Jak náročné to bylo logisticky?
Lze říci, že u nově dodávaných turbín se jedná o standardní postup, kdy se turbína doveze na elektrárnu jako nadrozměrný náklad. Neplatí to samozřejmě pro veliké nízkotlaké díly. U modernizací, kdy vkládáme novou průtočnou část do původních těles, to tak ale nebývá, protože turbína je do začátku montážních prací v provozu a těleso se otevře až po odstavení turbíny kvůli modernizaci. Původní vnitřní části se musí z tělesa nejprve vymontovat, těleso musí být ve většině případů opraveno a přizpůsobeno novým dílům a teprve potom jsou do něj vloženy nové moderní díly. Tento proces citelně prodlužuje odstávku.

Na jaderných elektrárnách je ale většina činností plánována v závislosti na odstávce pro výměnu paliva a každý den prodloužení znamená pro provozovatele velkou ztrátu. Instalaci modernizace turbín bylo proto nutné vtěsnat do předem stanoveného období 28 dní. Museli jsme proto udělat několik zásadních rozhodnutí na začátku realizace projektu. Rozhodli jsme se pro první turbíny vyrobit tělesa nová, ale tvarově stejná s původními. Umožnilo nám to provést montáž již ve výrobním závodě a dovézt turbínu na elektrárnu ve smontovaném stavu. Zároveň se předešlo nepříjemným překvapením při instalaci nových komponent do původního tělesa na elektrárně, jako jsou například trhliny a vady materiálu původních těles. Takto předem smontovaná turbína se po vyjmutí původního VT dílu pouze usadí na pozici v základu, ustaví se, přivaří k potrubí a sespojkuje s rotorovou soustavou. Stará tělesa, vyjmutá při instalaci prvních turbín, byla v našem výrobním závodě opravena a použita pro následující stroje. Postupnou optimalizací prací na stavbě jsme u poslední turbíny dosáhli zkrácení doby, potřebné pro instalaci VT dílu, na 20 dní.

Jak dlouho výroba probíhala a jak náročný je finský dozor při pracích na jaderné elektrárně?
Průběžná doba výroby takovéto turbíny je okolo čtrnácti měsíců, v závislosti na vytížení výrobního závodu dalšími projekty a kapacitě subdodavatelů klíčových polotovarů s dlouhou dobou dodání. Z naší zkušenosti jsou Finové zákazníci, kteří velmi pečlivě sledují konstrukční i výrobní proces, včetně technických detailů, a kladou důraz na kvalitu dokumentace. Při montážních pracích na jaderné elektrárně musí být každá operace předem popsaná v příslušném dokumentu a schválená dozorem zákazníka. Mají propracovaný systém dokumentace, kterému jsme se museli při realizaci projektu přizpůsobit. 

Otevírá vám takto úspěšný dlouhodobý projekt i další byznysové možnosti?
Díky tomu, že jsme dosáhli garantovaného zvýšení výkonu a nyní jsou všechny čtyři zmodernizované turbíny v úspěšném komerčním provozu, používáme referenci tohoto projektu při obchodní prezentaci firmy nejen na jaderných elektrárnách. Zásadní je i fakt, že modernizace byla provedena na turbíně cizí výroby za použití reverse engineeringu. To, že jsme ji provedli v jaderné elektrárně, velikost úspěchu ještě zvyšuje.

Autor

• Svoboda Petr