4. Критерии надежности естественной циркуляции

Как показывает опыт, в циркуляционном контуре возможно возникновение явлений, нарушающих работу контура естественной циркуляции и приводящих к ее срыву. Такие явления могут возникать как в подъемных, так и в опускных трубах.

К явлениям, приводящим к срыву ЕЦ в подъемных трубах, относят:

• Застой циркуляции;

• Опрокидывание циркуляции;

• Расслоение пароводяной смеси;

• Нарушение режимов предельной кратности циркуляции.

К явлениям, приводящим к срыву ЕЦ в опускных трубах, относят:

• Парообразование в обогреваемых опускных трубах;

• Кавитация в опускных трубах;

• Захват пара в опускные трубы;

• Падение давления пара в котле (вскипание воды в опускных трубах).

Застоем циркуляции называется режим медленного движения воды в подъемной трубе вверх или вниз с кратностью циркуляции ^1. При этом режиме воды в трубе практически неподвижна, а в ней медленно всплывают пузыри пара, которые могут скапливаться и застаиваться в некоторых участках труб. Режим движения воды в этом случае неустойчив, а скорость поступления воды в

подъемнуютрубу^0.

Опрокидыванием циркуляции называется такой режим, при котором в слабообогреваемых трубах среда начинает двигаться сверху вниз, т.е. подъемная труба начинает работать в режиме опускной.

В зависимости от скорости движения воды вниз, образующийся пар может подниматься вверх - режим опрокидывания с запариванием, или уноситься вместе с потоком воды вниз - полностью опрокинутое движение.

Исследования температурных режимов труб показали, что наиболее неблагоприятными являются режимы опрокидывания с запариванием.

Режимы застоя и опрокидывания ЕЦ характерны прежде всего для слабообогреваемых труб. Основными причинами, приводящими к застою и опрокидыванию циркуляции, являются:

• неравномерность нагрева подъемных труб;

• повышение сопротивления опуска;

• питание котла холодной водой (большой недогрев до кипения А/);

• интенсивное применение нижнего продувания.

Расслоение пароводяной смеси - это такой режим течения при движении в горизонтальных или слабонаклоненных трубах, при котором происходит хотя бы частичное осушение стенок в верхней части трубы.

Расслоение вызывает неравномерный теплоотвод по периметру трубы. Исследования показали, что расслоение пароводяной смеси возникает в трубах, расположенных с наклоном к горизонту < 15°.

Предотвратить расслоение пароводяной смеси можно следующими способами:

• увеличением скорости движения среды в трубах с наклоном < 15°;

• проектированием наклона подъемных труб (с учетом возможного крена судна) > 30° к горизонту.

Предельная кратность циркуляции:

В судовых паровых котлах и парогенераторах с ЕЦ одной из причин повышения температуры металла парообразующих труб является кризис теплообмена 2-го рода и сопутствующее ему накипеобразование.

Г раничное паросодержание, при котором начинается ухудшенный теплообмен, составляет 0,5 и выше:

Чтобы обеспечить безнакипныйрежим работы парообразующих труб, паросодержание на выходе из любой трубы должно быть меньше граничного:

С учетом неравномерности обогрева подъемных труб и некоторого запаса по надежности, можно записатьусловие:

С учетом связи между паросодержанием и кратностью циркуляции, можно сформулировать условие надежности работы циркуляционного контура:

Надежность работы подъемных труб значительно зависит от нормального режима работы опускных труб (величины Аp_ОП). Снижение расхода воды через опускные трубы неизбежно приводит к пережогу подъемных труб. Основной причиной снижения величины G_on является увеличение из-за наличия пара в опускных трубах.

Парообразование в опускных обогреваемых трубах: может произойти в том случае, если количество тепла, передаваемое опускным трубам продуктами сгорания, превысит величину недогрева до кипения в опускных трубах-

Для предотвращения закипания воды в опускных трубах необходимо:

• непрерывно подавать в котел питательную воду;

• равномерно распределять питательную воду между опускными трубами;

• не допускать увеличения обогрева опускных труб.

В современных паровых котлах опускные трубы располагают, как правило, в необогреваемой зоне за экранным пучком труб.

Кавитацией в опускных трубах называется явление парообразования в них вследствие падения давления во входном сечении трубы ниже давления насыщения при данной температуре котловой воды.

Условия возникновения кавитации зависят от:

• уровня воды в паровом коллекторе над входом в опускные трубы;

• гидравлического сопротивления входного участка опускной трубы;

• недогрева воды до кипения М в паровом коллекторе;

• стабильности поддержания давления в котле или ПГ с ЕЦ.

Захват пара в опускные трубы может произойти как из парового, так и из водяного пространства парового коллектора.

Из парового пространства пар проникает в опускные трубы через образующиеся над входом в них вихревые воронки. Обычно образование воронок происходит при небольшой высоте слоя воды над опускными трубами.

Поэтому при определении минимального уровня воды в паровом коллекторе котла необходимо учитывать возможные крены и дифференты судна.

Явление захвата пара из водяного объема парового коллектора изучено недостаточно. Поток воды, идущий к опускным трубам, сносит некоторое количество пара в виде пузырей, не успевших выделиться из толщи воды.

Решающее влияние на унос пара оказывают:

• конструкция внутриколлекторных устройств;

• скорость потока воды, движущегося к опускным трубам;

• давление пара в котле;

• солесодержание котловой воды;

• недогрев воды до кипения М.