1.4 Подогреватели высокого давления

Подогреватели высокого давления предназначены для регенеративного подогрева питательной воды за счет охлаждения и конденсации пара из отборов в частях высокого и среднего давлений турбины, а также охлаждение конденсата греющего пара.

Номенклатура ПВД стационарных паротурбинных установок мощностью от 60 до 120 МВт для электростанций на органическом топливе регламентируется ОСТ 108.271.17-76, а на ядерном топливе - ОСТ 108.271.28-81.

Система регенерации высокого давления выполняется как однопоточный с нагревом воды в одной группе последовательно расположенных ПВД, так и многопоточной с нагревом воды в нескольких параллельных группах ПВД (как правило, не более двух). Давление воды в трубных системах определяется полным напором питательных насосов. В обозначение типоразмера подогревателя высокого давления включается:

• буквенное обозначение типа подогревателя;

• суммарная величина площади поверхности теплообмена по наружному диаметру и эффективной длине труб, использованных в трубной системе, измеряемая в м²;

• величина максимального рабочего давления питательной воды в трубной системе в МПа;

• модификация аппарата, отражающая изменение в конструкции его элементов, а также количество, диаметры и расположение основных патрубков подогревателя, например ПВ – 2000 – 120 – 17А.

Каждый из подогревателей рассчитан на тепловые потоки и параметры, определяемые тепловым балансом соответствующей паровой турбины.

По принципу использования тепла греющей среды при подогреве питательной воды поверхность теплообмена ПВД делится на следующие зоны

• конвективного теплообмена при охлаждении перегретого пара, т.е. с температурой стенки выше ею температуры насыщения (зона охлаждения пара - ОП) при давлении в данной зоне;

• конвективного теплообмена при охлаждении конденсата греющего пара (зона охлаждения конденсата - ОК);

• конденсации греющего пара (зона конденсации пара - КП).

Все три зоны, практически всегда, расположены в одном корпусе ПВД.

К аппарату подводятся и отводятся потоки нагреваемой питательной воды, подаваемой питательным насосом из деаэратора или предыдущего ПВД, греющего пара из отборов турбины и конденсата этого пара. В группе последовательно включенных ПВД между соседними аппаратами осуществляется перед отводом в деаэратор каскадный слив конденсата греющего пара.

Конструктивно все ПВД представляют собой вертикальный аппарат сварной конструкции коллекторного типа с поверхностью теплообмена, набранной из свитых в плоские спирали гладких труб, присоединенных к вертикальным раздающим и собирающим коллекторным трубам.

Основными узлами подогревателя являются корпус и трубная система. Корпус состоит из верхней съемной части, свариваемой из цилиндрической обечайки, штампованного днища и фланца, и нижней несъемной части (днище, фланец, опора).

Все элементы корпуса выполняются из качественной углеродистой стали СТ20К или низколегированной стали 0972 С (М). Фланец парового штуцера (при верхнем подводе пара) и паровая труба (при нижнем подводе) в

случае повышенной температуры греющего пара выполняются из легированной стали 12Х1МФ.

Фланцевое соединение корпуса имеет мембранное уплотнение. Гидравлическая плотность соединения обеспечивается предварительной приваркой к фланцам корпуса и днища соответствующих плоских мембран, которые потом свариваются между собой по наружной кромке. Нижняя часть корпуса составляет единый сварной узел с трубной системой из спиральных труб с навивкой в двух или одной плоскостях.

В конструкцию трубной системы ПВД входит 4 или 6 коллекторных труб, одна половина которых является распределяющими коллекторами, а другая - собирающими. Соединение коллекторных труб с подводящим и отводящим в воду патрубками осуществляется в нижней части подогревателя с помощью специальных развилок и тройников.

Между спиральными трубными элементами в зоне КП подогревателя через 8-12 рядов плоскостей навивки плоскость спиральных трубных элементов (ПСТЭ) установлены горизонтальные перегородки, предназначенные для организации движения пара и отвода образующегося на поверхности теплообмена конденсата греющего пара. Все элементы трубной системы, работающей под давлением, изготовлены из стали 20. Для изготовления спиралей ПВД применяются трубы размерами 22х3.5;32х4;32х5;32х6 мм (диаметр х толщина), в зависимости от давления питательной воды. Спиральные элементы в зонах ОП и ОК располагаются в специальных кожухах, в которых с помощью системы промежуточных перегородок в межтрубном пространстве создается организованное движение потоков пара и конденсата.

Наличие зоны ОП в верхней части трубной системы, а также конструкция подвода пара к нему обеспечивают работу корпуса, включая фланцевый разъем, при температуре, близкой к температуре насыщения греющего пара.

После входного патрубка поток питательной воды разветвляется по

раздающим коллекторам. Диафрагмы, установленные на этих коллекторах, разделяют потоки в зонах ОК и ОП. После нагрева части потока в зоне ОК происходит смешение с основными потоками питательной воды, прошедшими через отверстия в диафрагмах. По ПСТЭ поверхности теплообмена зоны КП питательная вода проходит в собирающие коллекторы, откуда одна часть поступает в выходной патрубок аппарата, а другая, пройдя параллельно ПСТЭ зоны ОП, поступает в сливную трубу и затем смешивается с основным потоком перед выходом из подогревателя. Греющий пар подводится в корпус подогревателя через паровой штуцер. При нижнем подводе паровая труба, соединяющая этот штуцер с кожухом зоны ОП, помещается в отдельном кожухе, защищающем ее от переохлаждения конденсатом в об­ласти нижнего днища.

В кожухе зоны ОП перегретый пар в несколько ходов омывает трубный пучок и отдает тепло перегрева, а затем поступает в зону КП и распределяется по всей ее высоте. Конденсат пара с помощью перегородок в этой зоне отводится за пределы трубного пучка и вдоль стенок корпуса стекает в нижнюю часть, где расположена зона ОК. Неконденсирующиеся газы отводятся в подогреватель с более низким давлением пара по специальной трубе, установленной в зоне КП над верхним днищем кожуха зоны охлаждения конденсата.

Удаление воздуха из трубной системы при ее заполнении осуществляется через трубку, установленную внутри коллектора по всей длине с отверстием, расположенным в верхней части его, или трубкой, подведенной снаружи к сборнику. Трубка выводится через стенку выходного патрубка питательной воды за пределами нижнего днища или через нижнее днище и заканчивается двумя вентилями.

Автоматическое устройство регулирования уровня предназначено для поддержания нормального уровня конденсата в корпусе подогревателя, а

автоматическое защитное устройство — для защиты турбины от попадания в

нее воды из подогревателя по местам отбора пара в случае превышения уровня ее в корпусе аппарата в результате разрыва ПСТЭ, появления свищей в местах сварки элементов трубной системы, резкого уменьшения количества отводимого конденсата и некоторых других причин.

Поддержание нормального уровня конденсата в корпусе каждого из подогревателей в заданном диапазоне (обычно в пределах ±200 мм) осуществляется регулирующим клапаном с электроприводом путем изменения количества конденсата, каскадно сбрасываемого в ПВД с более низким давлением пара в корпусе или в деаэратор. При превышении нормального допустимого уровня вначале открывается вентиль аварийного сброса конденсата. При дальнейшем повышении уровня сверх первого аварийного предела приборы защиты подают команду на включение вентиля с электромагнитным приводом, закрывающего доступ питательной воды в ПВД, которая по байпасному трубопроводу подается в котел. При достижении уровня конденсата второго аварийного предела подается команда на отключение питательных насосов и далее по цепочке технологических защит на остановку энергоблока [4].