11.3. Гидродинамика барботажного слоя

Равномерное истечение пара из отверстий дырча-того щита отдельными пузырьками или сплошными струями возможно только при наличии под щитом устойчивой

паровой подушки опреде-ленной толщины. С этой целью в сепараторах утопленные дырчатые щиты 1 изготавливают с отбортовками 2 (рис. 11.4),

Рис. 11.4. Схема дырчатого щита

При истечении пара от-дельными пузырьками дав-ление в паровой подушке p₁ слагается из давления в жидкости на уровне дырчатого щита р₂ избыточного давления 2σ/R₀, создаваемого в пузырьке поверхностным натяжением,

и перепада давления ζ_отв(ρ"w"²/2), необходимого для преодоления сопротивления в отверстиях:

p₁= p₂ + (2σ/R₀) + ζ_отв (ρ''w''²/2). (11.35)

Разность давлений Δр=р₁—р₂ уравновешивается разностью гидростатических давлений на уровнях нижней поверхности подушки и листа:

δg (ρ' — ρ") = (2σ/R₀) + ζ_отв (ρ''w''²/2). (11.36)

Если в уравнение (11.36) подставим значение R₀ из формулы (11.9) и решим его относительно δ, то получим значение толщины паровой подушки

(11.37)

Дырчатый щит будет менее эффективен, если действи-тельная толщина паровой подушки δ_д будет меньше рас-четной δ.

При истечении пара из отверстий дырчатого щита сплошной струей давление в паровой подушке слагается из давления в жидкости на уровне дырчатого щита, условного избыточного давления, создаваемого в пузырьках радиусом, равным радиусу отверстия R₁, и перепада давления в отверстиях:

р₁ = р₂ + (2σ/R₁) + ζ_οтв (ρ''w''²/2). (11.38)

Перепад давления p₁—р₂ уравновешивается гидростатическим столбом:

δg (ρ' — ρ") = (2σ/R₁) + ζ_отв (ρ''w''²/2). (11.39)

Толщина паровой подушки в этом случае определяется так:

(11.40)

При больших диаметрах барабанов установка дырчатых щитов в строго горизонтальном положении затруднена. Имеет место также неравномерность распределения скорости пара по сечению барабана до дырчатого щита. В связи с этим при проектировании дырчатых щитов большой площади следует вводить на расчетную толщину паровой подушки некоторую поправку, учитывающую возможное отклонение плоскости щита от горизонтали и неравномерность скорости пара.

Действительная толщина паровой подушки равна

δ_д=( 1,5÷2,0)δ, (11.41)

где δ — толщина подушки, определенная по (11.37) или (11.40). В этих случаях средняя скорость пара в отверстиях щита w" принимается больше скорости, рассчитанной по (11.33), на 20—40%;

w''=(1,2÷1,4)w''_мин. (11.42)

Чем больше неравномерность скорости пара и отклонение плоскости щита от горизонтали, тем большие значения коэффициентов в формулах (11.41) и (11.42) следует при-нимать в расчетах.

Однако чрезмерное увеличение скорости истечения пара из отверстий может привести к кризису барботажа, при котором дырчатый щит покрывается сплошным паровым слоем, отделяющим его от водяного объема. Такой режим недопустим. Этому режиму отвечает критическая скорость истечения w_кр, которая может быть определена для воды высокой чистоты по формуле

(11.43)

11.4. Паропромывочные устройства

Паропромывочные устройства барботажного типа не получили пока широкого применения на АЭС. Однако промывка пара питательной водой (конденсатом) способ-ствует удалению солевых примесей из пара. На рис. 11.5 показана принципиальная схема барабана 1, в котором установлены поочередно по ходу пара погружной дырча-

Рис. 11.5. Схема барабана с паропро-мывочным щитом

тый щит 2, паропромывочное устройство 3 с необходимым уровнем промывочной воды 4, поступающей из трубопро-вода питательной воды 5. После паропромывочного уст-ройства пар поступает в жалюзийный сепаратор 6 и в по-толочный дырчатый щит 7. Паропромывочные дырчатые щиты устанавливаются в паровом пространстве барабана на некотором удалении от уровня воды.

Необходимый для промывки слой воды над щитом обеспечивается специальными бортами, через которые вода переливается вниз и по специальным отводам направляется в водяной объем барабана. В паропромывочном устройстве скорость пара в отверстиях дырчатого щита должна быть выбрана такой, чтобы установился беспровальный режим, при котором вода удерживается на щите и стекает в него только через борта. При этом режиме исключается проход воды в отверстия навстречу поднимающемуся пару. Высота промывочного слоя h=40÷60 мм является вполне достаточной для эффективной барботажной

промывки. Минимальную скорость пара в отверстиях, обес-печивающую беспровальный режим работы дырчатого щита, можно определить из условия равенства перепада давления на щите и в слое воды, столба жидкости и поверхностного натяжения F=F_д+F_σ. Сила, обусловленная гидравлическим сопротивлением при проходе пара через отверстие и слой воды, равна

(11.44)

где ζ_отв, ζ_сл — коэффициенты сопротивления при прохож-дении пара через отверстие дырчатого щита и слои воды; Η — действительная высота барботажного слоя H=h+(5—10) мм.

Сила, обусловленная тяжестью столба жидкости, равна

F_д=πR₁²gρ'h_ур, (11.45)

где h_ур — весовой уровень над дырчатым щитом. Сила, поверхностного натяжения составляет

F_σ=2πR₁σ. (11.46)

(11.47)

Если пренебречь сопротивлением на барботажном слое [т. е. принять ζ_сл(Н/2R₁) ≈0], то

(11.48)

С учетом (11.44) — (11.46) определим скорость пара в отверстиях, при которой справедливо равенство сил:

Скорость пара, рассчитанная по (11.48), несколько выше той скорости, при которой обеспечен беспровальный режим работы паропромывочного устройства.

При принятом диаметре отверстия в дырчатом щите (d_отв=6÷10 мм) число отверстий определяется из уравнения материального баланса

m=M"/(0,785d²_отвρ"w"), (11.49)

где М" — массовый секундный расход пара; w" — скорость пара в отверстиях, определяемая по (11.48).

Глава двенадцатая

СЕПАРАЦИЯ ПАРА