1. Лекции_Конденсационные установки

кратности охлаждения означает углубление вакуума в конденсаторе, но также ука- зывает на увеличение капитальных вложений в систему водоснабжения электро- станции, поскольку требует увеличения подачи и мощности циркуляционных насо- сов. Для одноходовых конденсаторов значение кратности охлаждения m обычно со- ставляет 80-120 кг/кг, для двухходовых – 50-70 кг/кг, для трех- и четырехходовых –

40-50 кг/кг.

С учетом полученного выражения для температурного напора конденсатора δt можно записать общую функциональную зависимость, определяющую давление па- ра в конденсаторе рк заданной конструкции:

тогда

В реальных условиях в конденсатор, кроме собственно отработавшего в турбине пара, поступают и другие потоки: конденсат некоторых регенеративных подогрева- телей, добавочная вода цикла (в ряде случаев), дренажи паропроводов и другие. Оп- ределим, как наличие этих потоков влияет на давление в конденсаторе.

Пусть в конденсатор поступает n прочих потоков с расходами Gпроч i и теплосо- держанием hпроч i, тогда уравнение теплового баланса примет вид:

31

n

Q = Dк (hп − hк ) + ∑Gпрочi (hпрочi − hк ) = W(t2в − t1в )cрв ,

i=1

а выражение для определения температуры насыщения:

Чаще всего расход и теплосодержание указанных прочих потоков определяется нагрузкой турбины, а значит и расходом пара в конденсатор. Влияние этих потоков на давление пара в конденсаторе тем больше, чем меньше расход пара в конденса- тор.

В общем случае для конденсатора заданной конструкции можно записать:

рк = f (t1в; m; К; dк ) или рк = f (t1в; W; К; Dк ).

Коэффициент теплопередачи К определяется конструкцией аппарата, степенью чистоты поверхности теплообмена, вакуумной плотностью установки, а также соб- ственно режимными параметрами t1в, W и Dк. То есть итоговые выражения для кон- денсатора заданной конструкции, работающего с нормативной (или другой фикси- рованной) вакуумной плотностью и чистотой поверхности теплообмена можно за- писать в виде:

рк = f (t1в ; m; dк ) или рк = f (t1в; W; Dк ) .

Аналогичные зависимости справедливы и для конечного температурного напора конденсатора.

Режимные характеристики конденсаторов представляются обычно в графическом виде и включают следующие зависимости:

–зависимости абсолютного давления пара в конденсаторе рк и температурного напора конденсатора δt от расхода пара в конденсатор Dк при различных эксплуата- ционных значениях температуры охлаждающей воды t1в для нескольких характер- ных значений расхода охлаждающей воды через конденсатор W (см. рис. 1.24). Для конденсаторов, имеющих встроенные теплофикационные пучки необходимо также

указать на характеристике значение эффективной поверхности теплообмена F, тип и температуру среды на входе во встроенный пучок t1ввп. Это обусловлено тем, что схемами многих конденсационных установок теплофикационных турбин преду- сматривается возможность работы конденсатора при отключенном по воде встроен- ном пучке, при подогреве в нем обратной сетевой воды, сырой воды для нужд хи- мического цеха либо при охлаждении циркуляционной водой всей поверхности конденсатора, включая встроенный пучок;

–зависимость гидравлического сопротивления конденсатора Н от расхода охлаж- дающей воды через него W. Если конденсатор имеет встроенный пучок, то такие за- висимости приводятся отдельно по основному и встроенному пучкам при охлажде-

32

нии их разными средами, а также в целом для конденсатора при пропуске циркуля- ционной воды через основной и встроенный пучки одновременно;

– зависимость поправки к вырабатываемой электрической мощности турбоагрега- та ∆Nт на отклонение давления пара в конденсаторе рк (см. рис. 1.1).

Рис. 1.24. Характеристики конденсатора КГ2-6220-III турбоагрегата Т-100/120-130-3

ТМЗ ст. № 11 Пермской ТЭЦ-9: Рк – абсолютное давление пара в конденсаторе; δt – тем- пературный напор конденсатора; Gк – расход пара в конденсатор; tв1 – температура охлаж- дающей воды на входе в конденсатор; W – расход охлаждающей воды через конденсатор; F – эффективная площадь поверхности теплообмена конденсатора

Для конденсаторов многих типов разработаны нормативные характеристики, предназначенные для контроля за состоянием конденсационных установок в про- цессе эксплуатации. Такие характеристики составляются на основании обобщения результатов нескольких тепловых испытаний однотипных конденсационных уста- новок. Испытания проводятся на отлаженных конденсационных установках, прора- ботавших после монтажа и пуска турбоагрегатов более 4000-5000 ч, при практиче-

33

ски чистых поверхностях охлаждения конденсаторов. Воздушная плотность ваку- умной системы перед проведением испытаний должна удовлетворять нормам и обеспечивать нормальную работу турбоустановки с одним воздухоудаляющим уст- ройством.

И. Особенности организации инструментального контроля показателей работы конденсаторов

Для определения показателей эффективности работы конденсатора необходимо организовать следующие основные измерения (либо косвенный учет): вакуум в пе- реходном патрубке, расход пара в конденсатор, расход охлаждающей воды через конденсатор, температура и давление охлаждающей воды до и после конденсатора, температура основного конденсата на выходе из конденсатосборника конденсатора, расход воздуха, отсасываемого из конденсатора пароструйным эжектором.

Рассмотрим особенности контроля указанных параметров:

- вакуум (избыточное давление) в переходном патрубке (горловине) конден-

сатора. Поле давлений парового потока на входе в горловину конденсатора весьма неоднородно, что обусловлено закруткой потока пара и изменением направления его движения после выхода из последней ступени турбины, а также наличием в патруб- ке различных трубопроводов, влияющих на гидродинамику парового потока. В свя- зи с этим давление пара в конденсаторе должно определяться путем осреднения значений давления, измеренных в нескольких точках сечения горловины конденса- тора.

Устройство измерения давления пара в конденсаторе состоит из первичных пре- образователей и вторичного прибора (вакуумметра).

Первичные зонды (рис. 1.25), обеспечивающие отбор сигнала, должны разме- щаться на расстоянии 1 м выше верхнего ряда трубок конденсатора и примерно 0,5 м от боковых стенок горловины конденсатора.

Рис. 1.25. Общий вид первичного зонда для измерения давления пара в конденсато-

ре: 1 – стенка горловины конденсатора; 2 – сетчатый зонд; 3 – импульсная трубка; 4 – центральный стакан; 5 – импульсная линия к вторичному прибору

Чтобы исключить влияние на значение сигнала динамического воздействия пото- ка пара и обеспечить измерение его статического давления, на концах импульсных трубок в паровом пространстве конденсатора имеются специальные устройства, на- пример, сетчатые зонды. Отбор сигналов давлений из нескольких точек с одновре- менным усреднением этих сигналов обеспечивается путем присоединения импульс-

34

ных трубок от нескольких зондов к общему центральному стакану, от которого ве- дется соединительная трубка к вторичному прибору. Таких групповых зондов может быть установлено несколько.

Вторичные приборы, измеряющие давление (вакуум), должны располагаться вы- ше уровня отбора сигнала, чтобы исключить возможность скопления воды в им- пульсных трубках. Импульсные линии от первичных зондов до вторичных приборов должны быть смонтированы с учетом общих требований к приборам, работающим под вакуумом.

-расход пара в конденсатор. Этот параметр, очевидно, не может быть измерен непосредственно, поэтому для его определения могут быть использованы различные косвенные методы. Наиболее часто используют два метода: определение расхода пара в конденсатор по давлению в контрольной ступени турбины и расчет расхода пара в конденсатор по балансу конденсатного тракта конденсационной установки.

Использование для определения расхода пара в конденсатор давления пара в кон- трольной ступени турбины практически применимо только для конденсационных турбоагрегатов. В этом случае основой служит зависимость давления пара в какой- либо выбранной ступени турбины, называемой контрольной, от расхода пара в часть низкого давления. Необходимо известными средствами организовать, по возможно- сти, более точное измерение этого давления.

Для турбоагрегатов с регулируемым теплофикационным отбором пара такой ме- тод неприменим на практике, поскольку положение регулятора давления пара в ка- мере теплофикационного отбора существенно определяет распределение давлений пара по ступеням части низкого давления турбины.

Косвенный расчет расхода пара по материальному балансу конденсатного тракта конденсационной установки требует наличия узлов измерения расхода основного конденсата за регулятором уровня в конденсаторе, а также на некоторых других по- токах конденсата, сливаемых в конденсатор.

-расход охлаждающей воды через конденсатор. Из-за относительно больших диаметров циркуляционных водоводов, отсутствия прямолинейных участков тре- буемой длины, а также малых скоростей и давления охлаждающей воды прямое из- мерение расхода этого потока затруднено. В некоторых случаях используются ульт- развуковые расходомеры, а также метод измерения расходов с использованием сег- ментных диафрагм.

При блочной схеме включения циркуляционных насосов для определения расхода воды через конденсатор можно использовать, например, напорную характеристику насосов. При этом измерение давления воды на всасе и напоре, то есть определение напора насоса, позволяет косвенно рассчитать его производительность. Для опреде- ления расхода воды через конденсатор требуется учесть также возможные расходы воды в систему масло-газоохлаждения.

Кроме того, часто расход охлаждающей воды через конденсатор определяется из его теплового баланса. Естественно, для этого необходимо определить предвари- тельно все прочие составляющие уравнения теплового баланса.

-температура охлаждающей воды на входе в конденсатор. Эта температура измеряется, как правило, одним термометром на каждом из водоводов. Это обуслов- лено тем, что температурное поле потока воды на входе в конденсатор относительно однородно из-за перемешивания воды циркуляционными насосами. Дублирование

35

измерений температуры воды перед конденсатором выполняется для контроля пра- вильности работы приборов.

- температура охлаждающей воды на выходе из конденсатора. Температурное поле потока воды на выходе из конденсатора оказывается весьма не однородным, поэтому измерение температуры этой воды, как и измерение давления пара в кон- денсаторе, должно выполняться путем осреднения нескольких результатов измере- ния температуры в различных точках сечения водовода. При этом сечения сливных водоводов, в которых производятся измерения температуры воды, должны распола- гаться на расстоянии не менее пяти диаметров сливного водовода от водяных камер конденсатора, то есть за участком, на котором в основном завершается перемешива- ние потока. Длина каждой из термометрических гильз для установки первичных приборов должна составлять около 300 мм.

Вместо нескольких термометрических гильз, устанавливаемых на сливном водо- воде, можно использовать проточную гильзу (рис. 1.26). Применение проточной гильзы сокращает требуемое для эксплуатационного контроля количество термо- метров и упрощает проведение контроля.

Рис. 1.26. Проточная гильза для измерения

-температура основного конденсата на выходе из конденсатосборника кон-

денсатора. Измерение этой температуры производится обычно термометрами со- противления, устанавливаемыми в термометрической гильзе на участке трубопро- вода между конденсатосборником и задвижкой на входе в конденсатный насос.

-расход воздуха, отсасываемого из конденсатора эжектором. Может быть практически определен только при использовании пароструйного эжектора. Изме- рение расхода воздуха, отсасываемого из конденсатора пароструйным эжектором, практически равного сумме всех присосов в вакуумную систему, производится с помощью штатного дроссельного воздухомера, представляющего собой набор дрос- сельных сужающих устройств различного диаметра на поворотном диске и снаб- женного устройством для измерения перепада давления на сужающем устройстве.

При использовании в качестве воздушных насосов водоструйных эжекторов воз- духомеры дроссельного типа не могут быть применены. В таких случаях для опре- деления расхода воздуха, отсасываемого из конденсатора воздушным насосом, мо- жет применяться способ контроля за воздушной плотностью вакуумной системы, разработанный Всероссийским теплотехническим институтом. Этот способ основы-

36

вается на том, что при большом присосе воздуха давление в конденсаторе изменяет- ся в соответствии с характеристикой водоструйного эжектора при отсасывании им сухого воздуха.

Кроме указанных параметров, в режиме нормальной эксплуатации контролиру- ются также следующие показатели, имеющие отношение к конденсационной уста- новке:

–температура металла выхлопного патрубка турбины;

–разрежение в верхней точке водяной камеры (сливной трубы) конденсатора;

–уровень конденсата в конденсатосборнике конденсатора;

–давление и температура паровоздушной смеси на входе в воздухоудаляющее устройство;

–температура и давление рабочей воды перед водоструйным эжектором или дав- ление рабочего пара перед пароструйным эжектором;

–температура паровоздушной смеси на выхлопе пароструйного эжектора;

–массовая концентрация растворенного кислорода в турбинном конденсате на напоре конденсатных насосов;

–концентрация солей жесткости (солесодержание) в охлаждающей воде и тур- бинном конденсате на напоре конденсатных насосов.

К. Обеспечение экономичной и надежной работы конденсационной установки

В соответствии с требованиями «Правил технической эксплуатации электриче- ских станций и сетей Российской Федерации» при эксплуатации конденсационной установки должна быть обеспечена экономичная и надежная работа турбины во всех режимах эксплуатации с соблюдением нормативных температурных напоров в кон- денсаторе и норм химического качества конденсата. Для удовлетворения этих тре- бований при эксплуатации конденсационной установки должны проводиться:

–профилактические мероприятия по предотвращению загрязнения конденсатора (обработка охлаждающей воды химическими и физическими методами, применение установок шариковой очистки трубной системы конденсатора и др.);

–периодическая чистка конденсатора при увеличении давления пара в конденса- торе вследствие загрязнения поверхности теплообмена более чем на 5 кПа по срав- нению с нормативным значением в заданном режиме работы;

–визуальный контроль чистоты поверхности теплообмена и трубных досок кон- денсатора;

–оптимизация расхода охлаждающей воды в соответствии с её температурой и паровой нагрузкой конденсатора (поддержание режимов работы конденсационной установки с наивыгоднейшим вакуумом);

–проверка плотности вакуумной системы и её уплотнение;

–проверка гидравлической плотности конденсатора;

–проверка деаэрационных характеристик конденсатора.

37

К.1. Контроль вакуумной плотности конденсационной установки

Как было указано выше, расход воздуха с присосами в вакуумную систему турбо- установки нормирован согласно требованиям «Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации».

На практике контроль воздушной плотности конденсатора при работе турбоагре- гата осуществляется:

1 - непосредственно по результатам измерения расхода воздуха, удаляемого ос- новным эжектором (для пароструйных эжекторов) – при наличии соответствующего воздухомера;

2 - по содержанию растворенного кислорода в основном конденсате на напоре конденсатных насосов. Хотя для этого метода нужно иметь ввиду, что увеличенное содержание растворенного кислорода в этом потоке может быть следствием присо- сов воздуха непосредственно на всасе конденсатных насосов;

3 - по перегрузке воздухоудаляющих устройств; 4 - по ухудшению вакуума в конденсаторе и увеличению конечного температур-

ного напора; 5 - в ходе специально организованных гидравлических испытаний конденсацион-

ной установки; 6 - по скорости снижения вакуума при отключении воздухоудаляющих устройств

на работающей конденсационной установке.

Гидравлические испытания с целью определения вакуумной плотности сис-

темы проводится в следующем порядке:

1)выполняется сборка схемы вакуумной системы с открытием всей арматуры на трубопроводах обвязки конденсатора с таким расчетом, чтобы вода заполнила все узлы;

2)между опорными лапами (опорной рамой) конденсатора и фундаментом уста- навливаются временные металлические подпорки (чтобы при увеличении массы конденсатора от наливаемой воды не возникла нерасчетная нагрузка на выхлопной патрубок турбины, которая может вызвать его деформацию или нарушение плотно- сти соединения горловины конденсатора с турбиной);

3)организуется качественное освещение всех узлов вакуумной системы, подле- жащих заполнению водой;

4)вакуумная система заполняется химически очищенной (обессоленной) водой через трубопроводы, присоединенные к паровому пространству конденсатора, до тех пор, пока уровень ее не достигнет лопаток турбины (контроль за уровнем воды осуществляется визуально через открытый люк на выхлопной части цилиндра низ- кого давления). Заполнение производится ступенчато с проверкой по всей вакуум- ной системе плотности сварных швов, фланцевых соединений и др. (присутствие неплотностей обнаруживается по малейшему намоканию осматриваемой поверхно- сти). Ясно, что температура воды, которой заполняется конденсатор, должна быть такой, чтобы исключить запотевание наружной поверхности элементов вакуумной системы. Малые неплотности отмечаются для дальнейшего устранения, прерывать гидроиспытания - спускать воду и устранять неплотности следует только при нали- чии значительной неплотности, когда вытекающая вода мешает осмотру. Спуск во- ды производят через дренажные трубопроводы.

38

Недостатки рассмотренного метода проверки вакуумной системы:

-невозможность выявления неплотностей, расположенных выше уровня воды, за- литой в паровое пространство конденсатора (вблизи концевых уплотнений цилинд- ра низкого давления турбоагрегата, в разъемах самого цилиндра низкого давления, в атмосферных разрывных диафрагмах, во фланцевых соединениях перепускных труб, расположенных над цилиндрами турбины, в системе трубопроводов отсоса паровоздушной смеси, идущих к эжекторам, и др.);

-присосы воздуха могут иметь место через неплотности такого малого размера, которые являются герметичными для воды.

Другой метод проверки вакуумной плотности – установление скорости сниже-

ния вакуума при отключении воздухоудаляющих устройств на работающей конденсационной установке. Отключение воздухоудаляющих устройств произво- дится путем закрытия арматуры на трубопроводе отсоса паровоздушной смеси из конденсатора. Вакуумная плотность системы считается хорошей, если скорость снижения вакуума составляет 0,26–0,39 кПа/мин, удовлетворительной – при скоро-

сти 0,39–0,52 кПа/мин.

Если каким-либо из перечисленных методов установлена неудовлетворительная вакуумная плотность конденсационной установки, задача сводится к поиску мест присосов воздуха. Для решения этой задачи могут быть использованы несколько способов:

-при помощи свечи, пламя которой будет затягиваться к неплотности;

-с помощью галоидных течеискателей;

-с использованием флуоресцеина.

Суть метода поиска неплотностей вакуумной системы с использованием галоид- ного течеискателя состоит в следующем. Газ, содержащий галоид, находится в сжатом состоянии в баллоне течеискателя, из которого он выходит через редукци- онный клапан, гибкий шланг и сопло. Струю выходящего из сопла газа направляют на места, где предполагается наличие дефектов. Если они действительно имеются, газ проникает в аппарат, а затем достигает трубопровода для отсоса воздуха. Датчик галоидного течеискателя целесообразно располагать в этом трубопроводе как можно ближе к конденсатору, что обеспечивает быстрое и надежное обнаружение газа, со- держащего галоид. В качестве вещества, содержащего галоид, часто используется фреон-12.

Для выявления неплотностей с помощью флуоресцеина паровое пространство конденсатора заполняют конденсатом, после чего через люк или штуцер добавляют раствор флуоресцеина. Затем места возможных протечек облучают с наружной сто- роны переносной ультрафиолетовой лампой. Вода, содержащая флуоресцеин, в лу- чах ультрафиолетового света имеет яркий желто-зеленый цвет, поэтому малейшие протечки на обследуемой поверхности становятся заметными. Во время облучения поверхности ультрафиолетовыми лучами вблизи не должно быть белого света, так как при этом эффект свечения флуоресцеина резко снижается. Качество контроля повышается при увеличении давления воды в аппарате до 0,1–0,2 МПа.

39

К.2. Контроль гидравлической плотности конденсатора

Для определения гидравлической плотности конденсатора обычно используются химические методы – расчет по результатам измерения солесодержания или жестко- сти общей конденсата греющего пара: при нарушении герметичности конденсатора с водяной стороны охлаждающая вода попадает в конденсат, что проявляется в уве- личении концентрации солей жесткости в этом конденсате.

Значение фактического присоса определяется по результатам химических анали- зов теплоносителей по соотношению

П = G ЖК ,

GВ ЖВ − ЖК

где G – сумма расходов конденсата отработавшего пара и дренажей, поступающих в конденсатор; GВ – расход охлаждающей воды через конденсатор; ЖК, ЖВ – жест- кость конденсата и охлаждающей воды соответственно.

Техническими условиями на поставку конденсаторов заводами-изготовителями присосы охлаждающей воды ограничиваются на уровне 0,001 % ее расхода.

Выявление повышенных присосов охлаждающей воды требует выявления мест неплотностей (чаще – дефектных трубок). Эта задача может быть решена на рабо- тающем турбоагрегате: отключается по воде одна из половин конденсатора, крышка водяной камеры вскрывается, к трубной доске прижимается тонкая пластиковая пленка или на нее наносится слой пены, а соответствующий участок в противопо- ложной водяной камере чем-либо закрывается. Наличие крупных неплотностей об- наруживается в этом случае по вдавливанию пленки или засасыванию пены внутрь поврежденных трубок.

К.3. Очистка водяного тракта конденсационной установки

Основными причинами загрязнения водяного тракта конденсационных установок являются:

–выделение нерастворимых солей при нагреве воды в конденсаторе (накипные отложения);

–наличие микро- и макроорганизмов, способных поселяться и развиваться на по- верхностях теплообмена (биологические отложения);

–наличие механических взвесей (шлама, ила, щепы, листьев и др.), которые могут оседать, особенно в присутствии микроорганизмов, на поверхностях трубок конден- саторов (механические отложения).

В случае невозможности предотвращения образования отложений в конденсато- рах турбин следует проводить их периодическую очистку. В настоящее время раз- работан ряд методов очистки и предотвращения загрязнения водяного тракта кон- денсационных установок:

1. Механическая очистка щетинными ершами, резиновыми цилиндриками или поршеньками, в том числе при использовании гидравлических или пневматических пистолетов. Отложения удаляются при механическом воздействии на них исполь- зуемого при очистке инструмента. Каждая трубка конденсатора чистится отдельно. Требуется отключение конденсатора или, при наличии возможности, его половины. Механическая очистка сопряжена с большими трудозатратами и занимает длитель- ное время.

40