Якубенко Технологические процессы производства тепловой 2013

последовательную схему включения по конденсату и греющему пару. В турбинной установке К-1000-60/1500-2 имеется три корпуса (сосуда) ПНД-1, два корпуса (сосуда) ПНД-2, параллельно подсоединенных по основному конденсату, греющему пару и дренажу греющего пара (на каждый корпус приходится соответственно треть и половина суммарного расхода теплоносителя) и по одному корпусу (сосуду) ПНД-3 и ПНД-4.

Подогреватели низкого давления могут быть двух типов: поверхностные и смешивающие.

Использование смешивающих подогревателей позволяет нагревать воду до температуры насыщения пара греющего отбора. Но так как давление в таком подогревателе становится равным давлению поступающего из отбора пара, то после каждого подогревателя необходима установка перекачивающего насоса. При большом числе смешивающих ступеней подогрева усложняется эксплуатация всей установки, перекачивающей основной конденсат турбины, а также существенно увеличивается ее стоимость.

Эти недостатки отпадают, если использовать поверхностные подогреватели, осуществляющие передачу теплоты конденсирующегося пара воде через трубную поверхность нагрева. При использовании таких подогревателей достаточна установка только двух групп насосов – конденсатных и питательных. Однако стоимость таких подогревателей из-за применения в них поверхностей нагрева, разделяющих греющую среду (пар) и нагреваемую (воду), возрастает. Кроме того, по условиям теплообмена нагрев конденсата в подогревателе не может достигать температуры конденсации пара отбора. Подогрев воды tп, обеспечиваемый конденсацией греющего пара, будет отличаться от температуры насыщения греющего пара tн на некоторую величину недогрева:

t = tн – tп.

Давление отборного пара при подогреве воды в поверхностных подогревателях до той же температуры, что и в смешивающих, должно быть несколько выше, так как температуру конденсации пара

tн = tп + t

необходимо иметь выше на величину недогрева. Следовательно, несколько снижается выработка электроэнергии паром отборов, то есть снижается эффективность применения регенеративного по-

241

догрева. В реальных условиях значение t находится в пределах 2–

5°С.

Всистемах регенерации отечественных турбоустановок, как правило, применяются ПНД поверхностного типа, для которых характерны следующие конструктивные решения:

• среда более высокого давления (основной конденсат) дви-

жется внутри трубок, а среда низкого давления (греющий пар) – в межтрубном пространстве. Это разгружает корпус теплообменного аппарата от высокого давления. То есть корпус подогревателя, имеющий большой диаметр, рассчитывается на давление греющего пара, поэтому он получается менее металлоемким;

•поток греющего пара всегда направляется сверху вниз, так как при этом облегчается вывод воздуха из верхней части корпуса

иотвод конденсата из нижней части;

•за счет большего давления нагреваемой среды исключаются вскипание воды в подогревателях и гидравлические удары;

•предусматривается возможность извлечения трубной системы из корпуса для ремонта.

Подогреватели низкого давления типа ПН-1200-25-6-IA, ПН- 1200-25-6-IIA, ПН-3000-25-16-IIIA, ПН-3000-25-16-IVA (см. рис. 5.16) предназначены для подогрева основного конденсата в регенеративной схеме турбоустановки К-1000-60/1500-2 за счет охлаждения и конденсации пара нерегулируемых отборов турбины (соответственно седьмого, шестого, пятого и четвертого).

Цифры в условном обозначении подогревателей указывают: первая – площадь теплообменной поверхности в м2; вторая – абсолютное максимальное рабочее давление основного

конденсата в трубной системе в барах; третья – абсолютное максимальное рабочее давление греющего

пара в корпусе в барах; четвертая – номер модификации.

Буква “А” в типоразмере подогревателя означает, что ПНД спроектирован для применения на АЭС.

Тепловая схема турбины предусматривает двухкаскадный слив дренажа греющего пара. Из ПНД-4 дренаж греющего пара поступает в ПНД-3; из ПНД-3 дренаж греющего пара откачивается дренажными насосами в линию основного конденсата за ПНД-3. Из ПНД-2 дренаж греющего пара поступает в ПНД-1, а из ПНД-1 он

242

откачивается в линию основного конденсата за ПНД-1. Предусмотрены аварийные отводы конденсата греющего пара после ПНД-1 и ПНД-3 в конденсатор.

Подогреватели низкого давления (рис. 5.18) конструктивно представляют собой вертикальный кожухотрубный цилиндрический аппарат сварной конструкции с плавающей верхней головкой.

Рис. 5.18. Общий вид ПНД типа ПН-3000-25-16-IIIА (а) и ПН-3000-25-16-IVA (б)

С целью обеспечения равномерного подвода пара к трубному пучку на корпусе каждого аппарата установлен кольцевой короб (наружный кожух), из которого пар через отверстия во внутренней обечайке по окружности подается в кольцевой зазор между трубной системой и корпусом. Для организации направленного движе-

243

ния пара в трубном пучке, последний на 3/4 длины окружности, по всей высоте, заключен в кожух. Греющий пар подается в трубную систему ПНД по всей ее высоте со стороны второго хода основного конденсата и движется параллельными потоками в сторону устройства отсоса неконденсирующихся газов, поперечно омывая трубный пучок (рис. 5.19).

Подвод и отвод основного конденсата выполнены в нижней части подогревателя, подвод пара и отвод дренажа греющего пара боковой. Подогреватели выполнены двухходовыми по основному конденсату. Основными узлами подогревателя являются корпус, трубный пучок, съемная крышка, распределительная и перепускная камеры, имеющие фланцевые разъемы с мембранным уплотнением. Уплотнение фланцевого разъема обеспечива-

ется соединением шпильками и сваркой мембран.

Корпус подогревателя состоит из съемной крышки (цилиндрическая обечайка, штампованное днище и фланец) и неподвижной части (внутренней и наружной обечаек, фланца). На крышке смонтированы люк-лаз и штуцер для выпуска воздуха из межтрубного пространства при заполнении подогревателя водой.

На неподвижной части корпуса сделаны патрубок подвода греющего пара и штуцеры малого диаметра для присоединения контрольно-измерительных приборов, а также грузовые монтажнодемонтажные цапфы.

Трубный пучок подогревателя представляет собой единый конструктивный узел, состоящий из каркаса (двух трубных досок, цен-

244

тральной трубы диаметром 219×20, перегородок) и теплообменных трубок диаметром 16×1 мм из сплава МНЖ. Латуни дешевы и обладают высокой теплопроводностью. Однако поступление в воду оксидов меди, составляющих основу латуней, недопустимо для АЭС. Поэтому латунные поверхности нагрева ПНД используют только в турбинных установках двухконтурных АЭС, сооруженных

впрошлом веке и на ТЭС. В новых проектах двухконтурных АЭС и в турбинных установках одноконтурных АЭС используют для материала теплообменных трубок ПНД нержавеющие аустенитные или слаболегированные стали. Для таких ПНД возможно использование столь же малого температурного перепада, как и для латунных.

Для выхода воздуха из корпуса ПНД при заполнении его водой или для впуска воздуха при опорожнении в верхней крышке люкалаза предусмотрен штуцер с воздушным вентилем. Выход воздуха при заполнении или впуск воздуха при опорожнении трубной системы осуществляется по трубе, выведенной в нижней части корпуса и заканчивающейся штуцером с воздушным вентилем.

Для удаления неконденсирующихся газов в конструкции ПНД предусмотрено специальное устройство, выполненное в виде двух каналов прямоугольного сечения, расположенных со стороны первого хода трубного пучка по всей его высоте. Паровоздушная смесь отсасывается из каждого отсека трубной системы через перфорированные стенки каналов. С целью обеспечения равномерного отвода паровоздушной смеси из всех отсеков трубной системы суммарное сечение отверстий в перфорированных листах воздухоотсасывающих каналов принято в 2–3 раза меньше сечения каналов. Из воздухоотсасывающих каналов паровоздушная смесь направляется

вогражденный кожухом пучок труб, предназначенный для конденсации находящегося в нем пара.

На обечайке нижней камеры (приварен к нижней трубной доске) расположен патрубок отвода дренажа греющего пара, штуцеры присоединения водоуказательных приборов прямого действия и контрольно-измерительных приборов, а также штуцеры удаления неконденсирующихся газов и дренажа межтрубного пространства.

Распределительная и перепускная камеры предназначены для распределения потока основного конденсата по ходам в трубном пучке. В нижней части распределительной камеры расположены

245

патрубки подвода и отвода основного конденсата, штуцер дренажа трубного пространства.

Для возможности осмотра вальцовочных или сварных соединений трубных досок и глушения дефектных теплообменных труб без разборки основного фланцевого разъема сосуда конструкцией аппаратов предусмотрены люки в нижней и верхней водяных камерах.

5.7. Деаэрационно-питательная установка турбины К-1000-60/1500-2

В схемах различных турбоустановок применяются различные деаэраторы [6, 7, 18, 19]:

•атмосферные (0,12 МПа) типа ДА;

•повышенного давления (0,6 – 0,8 МПа) типа ДП;

•вакуумные типа ДВ.

Вакуумные деаэраторы типа ДВ и атмосферные деаэраторы типа ДА применяются, чаще всего, для питания барабанных котлов среднего и низкого давления, для дегазации подпиточной воды систем теплофикации и приготовления частично обессоленной воды. Производительность таких деаэраторов от 5 до 1200 т/ч.

Деаэраторы повышенного давления типа ДП применяются в основном на электростанциях высоких и сверхвысоких параметров пара разных типов.

По нормам технологического проектирования электростанций и тепловых сетей запас воды в деаэрационных баках блочных установок должны обеспечить работу питательных насосов в течение

3–5 мин.

По техническим условиям завода-изготовителя парогенераторов деаэраторы повышенного давления на АЭС приняты из расчета, что разница между температурами стенки металла парогенератора в нормальном режиме эксплуатации и температурой питательной воды на входе в него не должна превышать 120 °С даже при отключенных ПВД.

Деаэратор кроме функции буферной емкости является одним из подогревателей низкого давления (смешивающего типа) в общей системе регенерации тепла турбинной установки энергоблока.

246

На тракте от конденсатора до парогенератора происходят не только теплофизические, но и физико-химические преобразования рабочей среды. Если первые являются результатом процессов теплообмена, то вторые еще и результатом взаимодействия среды с конструкционными материалами. В результате коррозии этих материалов среда загрязняется оксидами металлов, обладающими весьма малой растворимостью и поэтому способными создавать твердые отложения. Как указывалось выше, для уменьшения этих отложений применяют коррозионно-стойкие материалы, а в дополнение к этому в конденсато-питательном тракте путем коррекционной обработки воды обеспечивают такие физико-химические характеристики теплоносителя, при которых проявляется максимальная стойкость конструкционных материалов против коррозии.

Вакуум в конденсаторе способствует проникновению в его паровой объем некоторого количества воздуха. Эжекторами этот воздух в большей части постоянно удаляется из конденсатора. Однако некоторое количество воздуха и, главное, содержащегося в нем кислорода и углекислого газа все же остается в конденсаторе, так как при низкой температуре растворимость их в воде высока (рис. 5.20).

Рис. 5.20. Зависимость парциальных давлений воздуха, кислорода и водяных паров и растворимости кислорода от температуры воды при атмосферном давлении: 1 – содержание кислорода в воде; 2 – парциальное давление водяных паров;

3 – парциальное давление кислорода; 4 – парциальное давление воздуха

247

Установлено, что влияние кислорода и углекислоты на протекание коррозионных процессов в конструкционных материалах достаточно высоко. Кроме того, естественные примеси, поступающие с присосами охлаждающей воды в конденсатор и не полностью уловленные на фильтрах конденсатоочистки, способны подвергаться разложению в условиях повышенной температуры, например в ПВД. Так, бикарбонаты разлагаются с образованием карбонатов и свободной углекислоты:

NaHCO3→Na2CO2 + H2O + CO2.

Углекислота является коррозионно-агрессивным агентом, особенно по отношению к углеродистым сталям, из которых до недавнего времени изготавливались теплообменные спирали ПВД. Поэтому необходимо ее удаление до поступления воды в тракт ПВД. В этом и состоит третья и главная задача деаэраторов.

Принцип работы деаэратора основан на зависимости растворимости газов от температуры воды (см. рис. 5.20). При повышении температуры воды содержание растворенных в ней газов уменьшается, а при достижении водой температуры насыщения оно становится равно нулю.

На энергоблоках АЭС отечественного проекта применяется в основном термическая деаэрация и в небольших количествах химический способ удаления из конденсата и питательной воды остатков нерастворенных газообразных продуктов. Зарубежные проекты АЭС чаще применяют химический способ деаэрации.

В состав термической деаэрационной установки для АЭС проекта В-320 входят:

•деаэраторные колонки 4 шт.;

•деаэраторные баки (баки-аккумуляторы) – 2 шт;

•пароуравнительные трубопроводы – 2 шт.;

•водоуравнительные трубопроводы – 2 шт.;

•предохранительные клапаны – 4 шт.

Деаэрационная установка (рис. 5.21) предназначена для:

• удаления из питательной воды коррозионно-активных газов (кислород, двуокись углерода) и образовавшихся при термическом разложении бикарбонатов и карбонатов;

248

•создания рабочего резерва питательной воды в бакахаккумуляторах для компенсации небаланса между расходом питательной воды, подаваемой питательными насосами в ПГ и количеством основного конденсата турбины, подаваемого в деаэраторы;

•подогрева питательной воды в регенеративном цикле турбоустановки;

•подачи пара на концевые уплотнения цилиндров турбины от пароуравнительной линии деаэраторов при работе блока на номинальных параметрах.

Термическая деаэрация (дегазация) в деаэраторе происходит следующим образом:

Основной конденсат поступает в верхнюю часть деаэрационной колонки и сливается вниз на горизонтально-расположенное сито, а затем проходит водонаправляющий лист и барботажное устройство. За время движения вниз основной конденсат нагревается паром, поступающим в нижнюю часть колонки до температуры насыщения при данном давлении.

Основная часть греющего пара конденсируется при нагревании воды, а его избыток, вместе с выделившимися из воды газами, отводится из верхней части колонки в атмосферу или на эжекторы турбины.

Деаэрированная вода поступает в бак-аккумулятор, где происходит дополнительное выделение газов, которые не успели выделиться в деаэрационной колонке или были захвачены струями воды. Деаэрационная колонка струйно-барботажного типа ДП-1600-2 (рис. 5.22) состоит из корпуса, смесительного устройства и коллекторов подвода пара и конденсата турбины.

Смесительное устройство деаэрационной колонки расположено

вверхней части корпуса и предназначено для смешивания различных потоков воды, поступающей в колонку.

Через патрубки вода поступает в кольцевой короб, откуда через специальные прорези поступает в смесительный короб. Далее, переливаясь через пороги смесительного устройства, вода поступает на дырчатую тарелку, где дробится на тонкие струйки и сливается на водонаправляющий лист. На дырчатой тарелке происходит струйная дегазация конденсата. Барботажная дегазация конденсата происходит в барботажном устройстве, которое состоит из тарелки и расположенного под ней парового короба.

250