Зорин В.М. Атомные электростанции

в две нитки. Их основные характеристики: площади поверхности

2

теплообмена (включая зону ОК) — около 2500 м ; рабочее давление в трубном пространстве — 9,5 МПа, в межтрубном пространстве —1,7 и 2,4 МПа для первого и второго ПВД по ходу питательной воды соответственно; толщина трубной доски — 450 мм; наружный диаметр и толщина стенки — 2690×45 мм для корпуса и 2800×200 мм для водяной камеры; высота аппарата — 8,7 м; недогрев воды на выходе — не более 2 °С, недоохлаждение конденсата пара — 6—10 °С; гидравлическое сопротивление — 0,06 МПа. К минусам этих подогревателей можно отнести нижнее расположение трубной доски.

Существуют проекты ПВД с другими конструктивными схемами. В ОАО ВНИИАМ спроектированы вертикальные подогреватели с центральным цилиндрическим коллектором нагреваемой воды и поверхностью нагрева в виде ширм, в которые объединены теплопередающие трубы. Коллекторно-ширмовые подогреватели имеют меньшие габаритные размеры и металлоемкость по сравнению с камерными и коллекторно-спиральными.

Основные недостатки коллекторно-спиральных ПВД по сравнению с камерными следующие:

•значительное время отключения системы регенерации высокого давления при ремонте трубной системы из-за нарушения ее плотности (среднее время восстановления примерно 120 ч, что в 3 раза больше, чем для камерных);

•повышенная опасность разрушения труб из углеродистой стали при повороте питательной воды из коллектора в спиральный элемент из-за эрозионно-коррозионного износа;

•необходимость быстродействующей защиты от заполнения корпуса питательной водой в случае разрыва коллекторов;

•ограничения по высоте корпуса, накладываемые высотой машзала в связи с необходимостью съема верхней крышки корпуса при осмотрах и ремонтах.

Основное достоинство камерных ПВД состоит в использовании теплообменных труб меньшего диаметра (14, 16, 19 мм), что позволяет увеличить коэффициент теплопередачи вследствие меньшей толщины стенки трубы и улучшить массогабаритные показатели аппаратов.

Предлагаемые в настоящее время конструкции камерных ПВД из нержавеющей стали имеют толщину трубной доски 400 мм при расчетном давлении воды приблизительно 27 МПа, характерном для ПТУ с давлением пара перед турбиной 12,8 МПа. Для ПТУ с начальным давлением пара выше критического требуемая толщина трубной доски может достигать 1000 мм, в то время как возможности отечественной технологии не позволяют ориентироваться на толщину более 500 мм. В таких ПТУ применение камерных ПВД возможно при двухподъемной схеме подачи питательной воды в ППУ (см. § 15.8).

262

Схемы включения ПВД показаны на рис. 15.13. На практике при-

меняют четыре схемы включения зоны ОП по нагреваемой воде:

1)последовательная схема включения по питательной воде всех зон (ОК, КП, ОП) всех ПВД благодаря своей простоте получила наибольшее распространение в нашей стране и за рубежом, хотя по тепловой экономичности она уступает последующим (см. рис. 5.13, а);

2)схема с концевой зоной ОП (схема Виолена), в которой греющий пар из отбора, чаще всего первого после промежуточного перегревателя, охлаждается водой, прошедшей через все ПВД (см. на рис. 5.13, б);

3)схема Рикара—Некольного, когда зоны ОП всех или части ПВД включены по питательной воде параллельно (см. рис. 5.13, в);

4)комбинированная схема, в которой часть зоны ОП охлаждается потоком воды, отбираемым за группой ПВД (по схеме Виолена),

адругая часть получает воду после зоны КП данного подогревателя (см. рис. 5.13, б).

ОП ÊКП

ОК

а)

ÊПН

В котел

В деаэратор

б)

В деаэратор ÊПН

В котел

В ПНД5

в)

Рис. 15.13. Схемы включения ПВД:

а — схема подогревателя с последовательным по нагреваемой воде включением зон ОК, КП и ОП с неполным расходом воды в зонах ОК и ОП; б — комбинированная схема включения зоны ОП первого по ходу питательной воды ПВД (одна из двух параллельных групп ПВД ПТУ К-800-23,5); в — схема Рикара—Некольного (ПВД турбоустановки К-500-23,5)

263

Система регенерации низкого давления выполняется однопоточной, т.е. с подогревом воды в одной группе последовательно установленных ПНД. В некоторых случаях отдельные ступени регенеративного подогрева могут иметь два корпуса. Так, например, два параллельно включенных подогревателя образуют первую ступень (ПНД1) в тепловой схеме ПТУ К-500-6,4/50, что может быть объяснено ограничениями при их конструировании. В ряде современных ПТУ первая ступень подогрева размещается в горловине конденсатора турбины, чтобы избежать присосов воздуха в пространство конденсирующегося пара и обеспечить расчетное значение коэффициента теплопередачи. В этом случае число параллельно включенных подогревателей, которые образуют первую ступень подогрева, равно числу конденсаторов.

Хотя возможны различные варианты включения ПНД поверхностного типа в тепловую схему, чаще всего применяются следующие:

1)со сливом дренажа в предстоящий по ходу основного конденсата подогреватель с меньшим давлением в трубном пространстве;

2)с дренажным (сливным) насосом, заканчивающим дренаж ПНД в линию основного конденсата после данного подогревателя.

В целом система регенерации низкого давления может быть выполнена с последовательным перепуском дренажей в подогреватели с меньшим давлением и из последнего — в конденсатор (каскадная схема слива дренажей) или с установкой дренажных насосов

унекоторых подогревателей. Сливные насосы целесообразно устанавливать у подогревателей с наибольшей тепловой нагрузкой или

утех, в которые кроме греющего пара поступают значительные расходы рабочего тела от других элементов тепловой схемы ПТУ (например, дренаж внешнего сепаратора турбины). Это объясняется стремлением сократить длину дренажных трубопроводов большого диаметра. В случае одинаковых условий работы ПНД сливные насосы устанавливают так, чтобы каскадный слив дренажа разделялся приблизительно на равные части. Установка одного сливного насоса в тепловой схеме современной ПТУ АЭС может повысить ее электрический КПД на 0,3 %, двух — на 0,35 %. При этом возрастают стоимость установленного оборудования и расход энергии на собственные нужды при повышении общей экономичности.

Основные узлы подогревателя показаны на рис. 15.14 и 15.15. Конструктивно поверхностные ПНД — это теплообменные кожу-

хотрубчатые аппараты с трубными досками с греющей средой в межтрубном пространстве и с нагреваемой водой, движущейся внутри труб. При этом с помощью перегородок, устанавливаемых в водяных камерах, организуется определенное число ходов воды — два, четыре или шесть.

Трубные пучки для ПНД энергоблоков АЭС набираются из прямых труб с диаметром и толщиной стенки 16×1 мм из аустенитной

264

нержавеющей стали 08Х18Н10Т. Кроме вальцовки труб, их концы привариваются к трубным доскам. Корпус подогревателя также выполняется из нержавеющей стали. Материал остальных элементов — как правило, углеродистая сталь. Освоено также изготовление поверхности нагрева из труб диаметром и толщиной стенки 16×1,2 мм из безникелевой стали 08Х14МФ. На некоторых подогревателях в целях защиты трубного пучка от динамического воздействия входящего пара имеются приемные камеры, из которых греющий пар через специальные окна поступает к теплообменной поверхности.

Рис. 5.14. Подогреватель низкого давления ПН-350-16-7-I (ПНД4 ПТУ К-210-12,8 с пло-

щадью поверхности нагрева 352 м , в том числе 24 м — зона ОП):

А, Б — вход и выход нагреваемой воды; В — вход греющего пара; Г — выход конденсата; Д —

подвод дренажа подогревателя с большим давлением; Е, Ж — подвод и отвод парогазовой смеси;

Н.У. — нормальный уровень

265

266

Подогрев воды в поверхностных ПНД в общем случае также может осуществляться в зонах охлаждения перегретого пара, конденсации пара и охлаждения конденсата или дренажа (ОД).

Зона ОП может быть выделена только в ПНД, обогреваемых паром со значительным перегревом — из первых отборов (одного, редко — двух) после промежуточного пароперегревателя.

Охладитель конденсата пара выполняется либо встроенным в основной подогреватель, либо в отдельном корпусе.

Схемы включения охладителя конденсата показаны на рис 15.16. Возможна также установка охладителя конденсата параллельно подогревателю, конденсат греющего пара которого в нем охлаждается: так установлен, например, охладитель конденсата ПНД3 в ПТУ К-220-4,3. Установка охладителя конденсата параллельно первому ходу воды или всему подогревателю позволяет несколько уменьшить суммарные потери давления по нагреваемой воде в данной ступени регенеративного подогрева.

В конструкциях подогревателей системы регенерации обязательно предусматривается отсос неконденсирующихся газов, которые, как правило, отводятся в подогреватель с меньшим давлением, а на одноконтурных АЭС — индивидуально от каждого подогревателя в конденсатор турбины.

Многолетний опыт эксплуатации паротурбинных установок различных типов показал, что системы регенерации низкого давления с поверхностными ПНД обладают рядом недостатков, которые заметно влияют на экономичность и надежность как ПТУ, так

иэнергоблока в целом.

1.Наиболее существенный недостаток заключается в том, что минимальные температурные напоры (недогревы) в первых двух по

нагреваемой воды; 1 — подогреватель; 2 —

охладитель конденсата (дренажа); А — грею-

267

ходу нагреваемой воды подогревателях значительно превышают оптимальные, их значения вместо расчетных 1—3 ° С стабильно держатся на уровне 8—10 ° С. Основная причина этого — наличие

вгреющем паре воздуха, проникающего через неплотности всей вакуумной зоны отборов турбины к первым двум подогревателям,

врезультате чего значение коэффициента теплопередачи в подогревателе уменьшается. Как показывает опыт эксплуатации, полностью устранить присосы воздуха в этой части турбоустановки практически невозможно. Систематический контроль и реализация необходимых мероприятий могут лишь повысить плотность вакуумной зоны и снизить недогревы до уровня 5—6 ° С. Уменьшение подогрева воды в таком подогревателе (из-за увеличенного температурного напора на выходе) приводит к повышению тепловой нагрузки следующего за ним подогревателя и к снижению тепловой экономичности ПТУ.

2.Оборудование системы регенерации ПТУ, расположенное между конденсатором и деаэратором, фактически не защищено от коррозии при возможных в эксплуатации повышенных концентрациях в нагреваемой воде и в конденсате греющего пара (главным

образом, вакуумных подогревателей) кислорода О и диоксида угле-

2

рода СО . Система регенерации низкого давления с поверхностными

2

ПНД становится основным источником загрязнения питательного тракта оксидами железа и меди (в случае выполнения поверхности нагрева из медьсодержащих сплавов).

3.Насосы КН1 и КН2 оказываются включенными последовательно без разрыва потока воды при переменном гидравлическом сопротивлении БОУ, расположенной между ними. При возрастании сопротивления БОУ давление на всасывании насосов второго подъема может уменьшаться до значения ниже атмосферного, вследствие чего возникают подсосы воздуха, увеличивается содержание в воде кислорода, работа насосов становится неустойчивой. Такие случаи наблюдались в практике эксплуатации.

4.Для поверхностных ПНД характерны значительные трудоемкость и стоимость ремонтных работ, выполняемых в процессе эксплуатации.

Альтернативой подогревателям поверхностного типа являются смешивающие подогреватели. В них отсутствует поверхность нагрева, а подогрев воды осуществляется при непосредственном ее контакте с паром. Подсосы воздуха практически не сказываются на процессах тепло- и массообмена в смешивающих подогревателях, что позволяет им стабильно работать с «нулевым» недогревом. Сме-

268

шивающие подогреватели обладают меньшей металлоемкостью и менее трудоемки в производстве.

Для эффективной работы смешивающих подогревателей прежде всего необходимо обеспечить равномерное распределение в аппарате взаимодействующих сред.

Конструктивная схема смешивающего ПНД1, предназначенного для ПТУ К-300-23,5, приведена на рис. 15.17. Видно, что основными внутрикорпусными устройствами являются перфорированные тарелки или лотки, организующие сток воды из верхней части подогревателя в нижнюю в виде струй, на которых конденсируется греющий пар.

Для развития поверхности контакта принимают относительно небольшие диаметры отверстий в лотках или тарелках — 5—10 мм. При этом рекомендуемая начальная скорость истечения воды из отверстий равна 1 м/с. Истечение воды может происходить под избыточным давлением, создаваемым насосом (напорное водораспределение), или при свободном ее сливе, как показано на рис. 15.17. В ПНС, созданных для отечественных ПТУ, как правило, использу-

ется свободный слив. Скорость пара w выбирают из условия,

п

2

согласно которому его динамическое давление (ρ w ; ρ — плот-

п п п

ность) должно находиться в пределах 4—50 Па. При меньшем давле-

12

64

7

Рис. 15.17. Конструктивная схема смешивающего подогревателя ПНСГ-800-1 (расход нагреваемого конденсата 800 т/ч или 222 кг/с):

1 — корпус; 2 — блок перфорированных тарелок; 3, 4 — подвод и отвод основного конденсата; 5 — отвод паровоздушной смеси в конденсатор; 6 — аварийный отвод конденсата во всасывающий коллектор КН2; 7 — подвод греющего пара из отбора турбины; 8 — аварийный отвод конденсата в конденсатор

269

нии заметно снижается интенсивность теплообмена, при большем — начинается унос капель воды паровым потоком, возрастает гидравлическое сопротивление.

Все элементы конструкции подогревателей смешивающего типа обычно выполняются из углеродистой стали. На рис. 15.18 дан общий вид смешивающего ПНД2, устанавливаемого в тепловой схеме ПТУ К-1000-5,9. Рисунок дает представление о достаточной сложности конструкции подогревателя.

Смешивающие ПНД по своим массогабаритным характеристикам уступают поверхностным подогревателям, рассчитанным на те же условия работы. Это подтверждается данными, приведенными в табл. 15.7.

Применяются две схемы включения смешивающих подогревателей: гравитационная и с перекачивающими насосами.

В гравитационной схеме разность давлений в последовательно (по нагреваемой воде) располагаемых подогревателях уравновешивается гидростатическим давлением столба воды, определяемым разностью высотных отметок установки подогревателей. Вода из верхнего подогревателя в нижний сливается самотеком.

Разность высот между нижней образующей корпуса верхнего подогревателя и верхним лотком нижнего должна быть выбрана по максимально возможной разности давлений в подогревателях при максимально допустимой нагрузке турбины:

Рис. 15.18. Смешивающий подогреватель ПНСГ-4000-IA (расход нагреваемого конденсата 998 кг/с, рабочее давление 0,062 МПа):

А — подвод греющего пара; Б — отвод паровоздушной смеси; В, Г — подвод и отвод конденсата; Д — аварийный сброс конденсата; E — подвод конденсата рециркуляции; Ж — подвод конденсата (дренажа) из ПНД3; З — подвод паровоздушной смеси из ПНД3

270