Общие сведения.
Замкнутость пароводяного цикла тепловых электростанций предопределяет
необходимость конденсации всего расхода пара, проработавшего в турбине. Этот процесс, изображенный
на рисунке 1 в Т,s-диаграмме осуществляется в конденсационной установке при постоянном давлении
за счет подогрева охлаждающей воды, температура которой ниже температуры насыщения пара. На рисунке 1
изменение температуры охлаждающей воды отвечает длине пути воды в конденсаторе и на Т, s-диаграмме
показано условно.
Рисунок 1. Процесс конденсации пара и
нагрева охлаждающей воды в конденсаторе.
(обратно к содержанию)
Процесс конденсации может идти при любом давлении. Однако чем меньше температура
отвода теплоты цикла (что соответствует более низкому давлению конденсации), тем выше тепловая
экономичность паротурбинной установки при неизменных начальных параметрах, если при этом не возникают
потери из-за необратимости протекающих процессов. Характеристики водяного пара таковы, что, добиваясь
расширения пара в турбине до давлений, меньших атмосферного, можно увеличить теплоперепад в ней
на 25—30 и даже 40 % в зависимости от начальных параметров пара. Поэтому основная задача конденсационной
установки — установление и поддержание разрежения в выхлопном патрубке турбины, а тем самым и внутри
конденсатора.
Схема конденсационной установки с учетом сказанного представлена на рисунке 2.
Из выходного патрубка турбины в паровой объем поверхностного конденсатора поступает пар, отработавший
в турбине. Через трубки конденсатора циркуляционным насосом прокачивается охлаждающаяся вода.
Образовавшийся конденсат стекает в нижнюю часть конденсатора и конденсатным насосом возвращается
в цикл. Для создания разрежения в выхлопном патрубке турбины и конденсаторе в состав
конденсационной установки входит пароструйный эжектор, к которому подводят пар одного из
отборов турбины (а иногда и острый пар). В связи с разрежением в конденсаторе в его паровой
объем постоянно поступает воздух из окружающей среды, поэтому паровой эжектор работает непрерывно,
отсасывая этот воздух из конденсатора вместе с некоторым количеством пара.
Рисунок 2. Схема конденсационной установки:
1 - пар из выходного патрубка турбины;
2 - поверхностный конденсатор;
3 - циркуляционный насос;
4 - конденсатный насос;
5 - пароструйный эжектор;
6 - подвод пара к эжектору;
7 - отсос паровоздушной смеси.
(обратно к содержанию)
Конечное давление в конденсаторе (величина вакуума).
Величина вакуума в конденсаторе существенно влияет на тепловую экономичность
станции. Приближенная численная зависимость термического к. п. д. паротурбинной установки от конечного
давления пара представлена на рисунке 3, из которого следует, что, снизив давление в конденсаторе с
0,004 до 0,003 МПа, можно увеличить к. п. д. установки примерно на 2%, и, наоборот, увеличение давления
с 0,004 до 0,005 МПа приведет к снижению экономичности более чем на 1%.
Рисунок 3. Изменение термического к. п. д.
паротурбинной установки в зависимости от величины вакуума (при неизменных начальных параметрах пара).
(обратно к содержанию)
Конденсация пара в конденсаторе происходит за счет нагрева циркуляционной
охлаждающей воды от начальной температуры tox1 до конечной
tox2 (смотри рисунок 1), поэтому
температура конденсации не должна превышать
tox2 и может лишь приближаться к ней. Между тем
температуры охлаждающей воды на входе в конденсатор
tox1, в зависимости от выбранной системы
технического водоснабжения и месторасположения станции, меняются в пределах от 0 до 15 град С
в зимнее время и от 15 до 33 град С в летнее. Если принять нагрев воды в конденсаторе около
10 град С, то выходные температуры воды летом составят от 25 до 43 град С. Воспользовавшись
зависимостью температуры насыщения от давления пара (рисунок
4), можно установить, что давление
в конденсаторе может при этом составить 0,0033 - 0,006 МПа.
Рисунок 4. Изменение температуры
насыщения tк и удельного объема V" насыщенного пара в зависимости от давления
рк пара в
конденсаторе.
(обратно к содержанию)
Теплообмен через поверхность нагрева не позволяет вести конденсацию пара
при температуре конденсата, равной выходной температуре охлаждающей воды, и требует
дополнительного перепада температур dt (рисунок1), принимаемого на уровне 3 - 5 град С,
реже до10 град С. С учетом этих обстоятельств тепловой баланс конденсационной установки: (1)
где Dк — расход в конденсатор, кг/ч;
iк и iк’ — соответственно энтальпии
пара после турбины и конденсата после конденсатора, кДж/кг;
W — расход охлаждающей
циркуляционной воды, кг/ч; iox1и iox1 — энтальпии этой
воды до и после конденсатора,
кДж/кг.
В уравнении не учтена внешняя потеря теплоты в окружающую среду, так как она
пренебрежимо мала по сравнению с основными членами. Уравнение (1) можно переписать в виде:
или условно, если принять что температура пропорциональна энтальпии: (2)
Величина m называется кратностью охлаждения. Из равенства (2) можно
определить выходную температуру охлаждающей воды в зависимости от кратности охлаждения: (3)
Так как температура конденсации (смотри рисунок
1):
то с учетом уравнения (3) можно написать: (4)
Из (4) следует, что температура (давление) конденсации в наибольшей
степени зависит от начальной температуры охлаждающей воды и, следовательно, от источника
и системы водоснабжения, а также от времени года (зимой поддерживать вакуум легче).
Но при одной и той же начальной температуре охлаждающей воды вакуум в конденсаторе
существенно зависит от кратности охлаждения, поэтому выбор вакуума в конденсаторе может
быть сделан только на основе технико-экономических расчетов. При этом следует учитывать,
что чем глубже вакуум, тем выше экономичность турбинной установки, меньше расход пара и
расход на конденсатные насосы, но тем больше должна быть поверхность теплообмена в конденсаторе
и кратность охлаждения. Следовательно, возрастают капиталовложения в циркуляционную установку
и увеличивается расход электроэнергии на привод циркуляционных насосов. На
рисунке 5 приведена
зависимость давления в конденсаторе от кратности охлаждения при dt = 3 град С для трех значений
входной температуры охлаждающей воды: 10, 15 и 20 град С. Расчетные кривые построены, исходя
из следующих соображений. На входе в конденсатор пар обычно бывает влажным. Полная теплота парообразования
для давлений от 0,003 до 0,005МПа может быть в среднем оценена как 2430 кДж/кг. Если принять
влажность пара на входе в конденсатор в среднем равной 9,0%, то для конденсации 1 кг пара необходимо
отвести от него 2195 кДж/кг. Тогда вместо (4) с учетом теплоемкости воды можно написать:
Рисунок 5. Зависимость давления в конденсаторе от кратности
охлаждения при dt = 3 град С и (iк -
iк’ ) = 2195 кДж/кг
1 - tox1 = 10 град С
2 - tox1 = 15 град С
3 - tox1 = 20 град С
(обратно к содержанию)
Из рисунка 5 следует, что увеличение кратности охлаждения сверх значений
порядка 80 нецелесообразно, так при этом теоретически возможный вакуум в конденсаторе
изменяется в малой степени. Обычно кратность охлаждения
m = 50—60 для любых тепловых
электростанций, в том числе и атомных.
Из (4) следует, что технико-экономическому выбору подлежит также и
величина dt. В самом деле, чем больше dt, тем меньше потребная поверхность нагрева
конденсатора и соответствующие капиталовложения. Но для сохранения того же вакуума и,
следовательно, той же экономичности паротурбинной установки придется увеличить кратность
охлаждения, в связи с чем, возрастут капиталовложения на циркуляционное водоснабжение и
соответствующие расходы на собственные нужды. Поэтому вариантные расчеты для выбора
кратности охлаждения и оптимальной величины вакуума должны производиться для различных
значений dt и связанных с этим величин поверхности нагрева конденсатора. Однако все эти
достаточно сложные расчеты не могут дать окончательного ответа, так как давление в
конденсаторе - величина, непосредственно сопряженная с давлением за последней ступенью турбины.
С углублением вакуума объем пара резко возрастает (смотри
рисунок 4).
Изменение давления в конденсаторе от 0,004 до 0,003 МПа приводит к увеличению удельного объема пара более
чем на 30%, поэтому при глубоком вакууме пропуск пара, даже при предельных высотах лопаток
последней ступени, может встретить затруднения. Если же повышать скорости пропуска пара, то выходные
потери турбины могут резко возрасти и выигрыша в экономичности турбинной установки не будет.
Окончательный выбор вакуума в конденсаторе требует совместного рассмотрения и технико-экономического
решения этого вопроса применительно и к паротурбинной установ-ке. Сопоставление расходов пара
для турбин различных параметров приводит к несомненному заключению о целесообразности вакуума не
глубже 0,004 МПа для мощных турбин насыщенного пара, применяемых в атомной энергетике, в сравнении с
турбинами тех же мощностей в обычной теплоэнергетике, для которых давление в конденсаторе выбирают
обычно 0,0035 МПа. К числу конечных параметров следует отнести также влажность пара. Однако ограничения
по влажности пара ставит не конденсационная установка, а турбина, поэтому этот вопрос рассмотрен в теме
посвященной турбинной установке.
(обратно к содержанию)
Отсос паро-воздушной
смеси.
В конденсатор поступает не только влажный пар из последних ступеней турбины, но и
воздух через неплотности в соединениях корпуса конденсатора с выхлопным патрубком турбины и ряд других
мест, например в линиях отборного пара и его конденсата, находящихся под разрежением. В зависимости от
поддержания водного режима и качества воды с паром могут поступать и другие газы, например углекислота
и аммиак (реакторы типа ВВЭР). Для одноконтурных АЭС необходимо иметь в виду поступление в конденсатор
определенных количеств продуктов радиолиза, а также благородных газов, проникающих даже через практически
герметичные оболочки тепловыделяющих элементов. Поступление продуктов радиолиза существенно увеличивает
газосодержание среды при входе в конденсатор. Так, для турбин двухконтурных АЭС количество кислорода,
поступающего в конденсатор с паром, составляет не более 0,01 мг/кг, а для турбин одноконтурных
АЭС - 5 -4 0 мг/кг.
В связи с поступлением в конденсатор неконденсирующихся газов давление в нем равно
сумме парциальных давлений водяного пара и всех остальных газов, а конденсация водяного пара будет
происходить при его парциальном давлении, отвечающем температуре насыщения, зависящей от температуры
охлаждающей воды. Таким образом, давление в конденсаторе тем значительнее отличается от парциального
давления водяного пара, чем больше газосодержание. Только при нулевом газосодержании давление в
конденсаторе станет равным тому наименьшему давлению, которое определяется температурой охлаждающей воды.
Поэтому от степени удаления неконденсирующихся газов из конденсатора зависит степень расширения пара в
турбине, т. е. тепловая экономичность и удельный расход пара. Наличие газов неблагоприятно также и с
точки зрения величины коэффициента теплоотдачи при конденсации и потребной величины поверхности охлаждения
в конденсаторе. Так, при весовой концентрации газов, равной 1%, коэффициент теплоотдачи при конденсации
пара уменьшается вдвое по сравнению с величиной, отвечающей чистому пару; при 2,5—3% — уже в четыре раза.
Количество подсасываемого воздуха зависит от состояния уплотнений в местах соединений, находящихся под
разрежением, и не поддается расчетному определению. Обобщение большого количества данных эксплуатации
позволяет считать, что количество отсасываемого воздуха (кг/ч):
Gвоз = (Dк / 50) + 2
где Dк – номинальный расход пара в конденсатор, (т/ч).
Основной источник присоса воздуха – неплотности во фланцевом соединении между выхлопным патрубком турбины
и приемным патрубком конденсатора поэтому в настоящее время используется соотношение:
где:a—коэффициент, равный 1,5 кг/(ч
x м) для сварного соединения и 3,0 кг/(ч x м) — для болтового; lф — периметр соединения, м.
Абсолютная величина присоса воздуха не зависит от нагрузки, поэтому при
меньших нагрузках относительная величина присоса возрастает. Так как количество воздуха,
проникающего в конденсатор, по сравнению с расходом пара очень мало, то при непрерывном
отсосе воздуха давление в конденсаторе (и, следовательно, за турбиной) устанавливается равным
давлению, соответствующему температуре насыщения. В месте отсоса концентрация воздуха может быть
уже существенной (смотри рисунок 6).
Рисунок 6. Изменение давления в конденсаторе по мере
движения пара к месту отсоса: Pк - суммарное давление; Рп - парциальное давление пара; РВОЗ- парциальное давление воздуха;
(Pк - Pп -
РВОЗ) - паровое сопротивление конденсатора.
(обратно к содержанию)
По мере движения к месту отсоса полное давление меняется мало, так как
паровое сопротивление невелико, но парциальное давление воздуха возрастает. Поэтому
парциальное давление водяного пара в месте отсоса уменьшается и конденсат сконденсировавшегося
в этой области пара оказывается переохлажденным по отношению к остальному конденсату.
Переохлаждение конденсата вызывает снижение тепловой экономичности установки и увеличение
расхода электроэнергии на конденсационную установку. Вместе с воздухом отсасывается и некоторое
количество пара, что может вызвать потерю конденсата, для исключения которой паровоздушная
смесь должна быть охлаждена в соответствующем теплообменнике с возвратом конденсата в систему.
Так как поверхность нагрева такого теплообменника тем больше, чем больше пара в
отсасываемой смеси, то отсос целесообразно делать в области завершения конденсации.
Воздух отсасывается пароструйным эжектором. Пар пароструйного эжектора подводят из
отборов турбин или от испарителей повышенного давления. Можно использовать и выпар
деаэраторов повышенного давления, что пока еще не нашло широкого распространения,
но перспективно и целесообразно, так как ликвидируется лишний элемент — охладитель выпара,
а расход пара с выпаром практически равен расходу, требующемуся для работы основных эжекторов.
Для пусковых режимов к основным и пусковым эжекторам предусматривают подвод острого пара
через редуктор. Для выброса воздуха его давление за эжектором должно быть выше атмосферного.
При этом на двухконтурных станциях воздух выбрасывают непосредственно в атмосферу, а на
одноконтурных — через систему технологической вентиляции с предварительной дезактивизацией.
Расход рабочего пара на эжекторы составляет заметную величину (0,5— 0,8% от расхода на турбину),
и, кроме того, частично пар поступает с воздухом из конденсатора. Во избежание потерь конденсата и
для уменьшения тепловых потерь с рабочим паром конструкция эжекторов органически сочетается с
холодильниками пара. Эти теплообменники включаются в регенеративную систему турбины непосредственно
после конденсатных насосов. Они охлаждаются основным конденсатом турбин, поэтому их правильнее
называть подогревателями на сбросном паре эжекторов (В упрощенной схеме эти подогреватели не учитываются).
Затраты на эжекторы с охладителями пара тем меньше, чем меньше расход пара. Последнее достигается за счет
применения двух- и трехступенчатых эжекторов с одинаковыми степенями сжатия для каждой из ступеней.
Схема двухступенчатой пароэжекторной установки представлена на рисунке 7. Чем ниже температура конденсата
в охладителях, тем полнее будет сконденсирован рабочий пар первой ступени. Это уменьшит отсос паровоздушной
смеси во вторую ступень, что в свою очередь позволит снизить расход пара на нее и тем самым общую подачу
пара на эжекторы. Пароэжекторные охладители всегда устанавливают непосредственно после конденсатного насоса,
т. е. первыми по ходу конденсата в регенеративной системе. Использование теплоты конденсации пара эжекторов в
системе регенерации обязательно, так как оно не так мало: турбинный конденсат подогревается в этих
теплообменниках на 3—5 град С для конденсационных станций и на 7—10 град С для теплофикационных в
связи с меньшим пропуском для них пара в конденсатор.
Рисунок 7. Схема включения эжекторов
для отсоса воздуха из конденсаторов турбин.
(обратно к содержанию)
1 - подвод рабочего пара;
2 - выпуск воздуха;
3 - вторая ступень основного эжектора;
4 - перемычка для возможности работы одной второй ступени при пуске турбины;
5 - первая ступень основного эжектора;
6 - отвод конденсата в паровой объем конденсатора;
7 - пусковой эжектор;
8 - отсос воздуха из конденсатора;
9 - конденсатор турбины;
10 - конденсатный насос;
11 - перепуск конденсата рабочего пара эжекторов из холодильника второй ступени в холодильник первой ступени;
12 - трубопровод для рециркуляции конденсата турбины при ее пуске;
13 - клапан рециркуляции и поддерживания уровня в конденсаторе;
14 - регенеративный подогреватель низкого давления.
Кроме основного, постоянно работающего эжектора предусматривают установку специального
пускового эжектора, включаемого в процессе пуска для первоначального удаления воздуха из
конденсатора и корпуса турбины, который при ее холостом ходе также находится под разрежением.
В связи с кратковременностью работы пускового эжектора его конструкция обычно проста — его
выполняют одноступенчатым и часто без охладителей, а отсасываемую паровоздушную смесь
сбрасывают непосредственно в атмосферу. В одноконтурных станциях отсасываемая парогазовая
смесь радиоактивна. В связи с этим обязательно устанавливать охладитель у пускового эжектора.
На рисунке видны линии, включаемые при пуске турбины (например, рециркуляционная), которые
предусматривают из-за того, что при пуске турбины расход конденсата недостаточен для
охлаждения и конденсации пара эжекторов. При пуске турбины в основном эжекторе можно
включать только одну ступень (см. линию 4), так как значительная нагрузка по отсосу
падает на пусковой эжектор, мощность которого принимают большей, чем основного.
Учитывая большое влияние давления в конденсаторе на экономичность турбинной установки,
основные эжекторы устанавливают с резервом — два работающих и один резервный. Для
основного эжектора давление всасывания мало (вакуум), поэтому для него характерна большая
общая степень сжатия (около 30), равномерно распределяемая по трем ступеням. Холодильники
устанавливают после каждой ступени (реже после двух или трех). Пусковой эжектор работает в
условиях переменного давления всасывания от атмосферного до расчетного. Расчетное давление
выбирают равным давлению всасывания третьей ступени основного эжектора. После его достижения
в работу включают основной эжектор, а пусковой останавливают. Пусковые эжекторы устанавливают
без резерва.
Для уменьшения расхода пара на эжекторы необходимо следить за плотностью
конденсатора и прежде всего за плотностью соединения его корпуса с выхлопным патрубком турбины,
так как сечение этого соединения наибольшее. В область отсоса газов из конденсатора следует
сбрасывать и паровоздушную смесь из ПНД для последующего совместного удаления из системы. Особенно
большое значение это имеет для одноконтурных АЭС, в которых все сбрасываемые радиоактивные потоки
должны быть по возможности объединены. Для этих станций следует направлять в область отсоса
конденсатора также и охлажденный выпар деаэраторов. Для поддержания расчетного вакуума необходимо
не допускать повышения уровня конденсата в конденсаторе, так как при этом из теплообмена будет
исключаться часть поверхности охлаждения. С другой стороны, нельзя допускать и значительного
снижения уровня конденсата в конденсаторе или, тем более, полного опорожнения конденсатора,
так как это может привести к срыву конденсатного насоса. Задачу поддержания уровня конденсата
в конденсаторе решает специальный клапан (поз. 13).
(обратно к содержанию)
Деаэрация в конденсаторе.
Непрерывный отсос газов из конденсаторов решает попутно и задачу дегазации образующегося конденсата.
В конденсаторе имеется полная возможность организовать этот процесс с неменьшим успехом, чем в
собственно деаэраторе, если исключить переохлаждение конденсата. Основное назначение
деаэрации в конденсаторе — удаление кислорода, Эта задача может быть решена полностью.
Труднее удалить из конденсата свободную углекислоту. Деаэрация в конденсаторе приобретает особое
значение для одноконтурных АЭС, так как при этом не только наиболее полно удаляется кислород,
в том числе и радиолитический, но происходит также освобождение конденсата и от радиоактивных
благородных газов, если они проникли в пар. Кроме того, деаэрация снижает коррозию конденсатного
тракта, а следовательно, и уменьшает поступление в реактор окислов конструкционных материалов.
Это обстоятельство важно и при наличии в схеме самостоятельного деаэратора.
В настоящее время деаэрация в конденсаторе и подача в него химически
очищенной воды обязательны независимо от наличия собственно деаэратора. Если вода только
умягчается (характерно для двухконтурных станций с поверхностями нагрева парогенератора
из углеродистых сталей), то включение в тепловую схему самостоятельного деаэратора обязательно.
При химическом обессоливании добавочной воды, применяемом для одноконтурных станций и
двухконтурных с поверхностями нагрева из аустенитных нержавеющих сталей, можно ограничиться
деаэрацией только в конденсаторе, т. е. применить бездеаэраторную схему. В таких схемах
особенно большое внимание должно быть уделено не только эффективности деаэрации в конденсаторе,
но и воздушной плотности парового тракта вакуумных ПНД. Это необходимо во избежание повторного
обогащения конденсата кислородом воздуха.
В последние годы используют струйную деаэрацию (рисунок
8). Она сводится к
следующему. Ниже теплообменной поверхности конденсатора устанавливают конденса-тораспределительные
тарелки 3 с отверстиями диаметром 8 мм. Конденсат стекает через них на расположенные под ними
стержни и разбивается на мелкие капли, что увеличивает поверхность контакта пара и конденсата.
Пар для деаэрации конденсата просасывается через стержни и направляется непосредственно к охладителю
паровоздушной смеси конденсатора. Для прохода к нему избыточного барботажного пара в
конденсатораспределительных тарелках сделаны дополнительные отверстия 6. Продеаэрированный
конденсат сливается в конденсатосборник.
Рисунок 8. Организация струйной деаэрации в конденсаторе.
(обратно к содержанию)
1 - теплообменные поверхности конденсатора;
2 - теплообменная поверхность охладителя паро воздушной смеси;
3 - конденсатораспределительная тарелка;
4 - подача пара к деаэрирующему устройству;
5 - стержни;
6 - проход пара непосредственно к охладителю паровоздушной смеси;
7 - отвод продеаэрированного конденсата в конденсатосборник.
В одноконтурных станциях паровой эжектор непрерывно удаляет образующиеся в
реакторе продукты радиолитического разложения воды, в том числе атомарный водород и атомарный
кислороде делая возможным образованием гремучей смеси. Для предотвращения этого в специальных
контактных аппаратах организуют сжигание водорода (рисунок 9). Если основной эжектор имеет холодильники
не после всех трех ступеней, а только после двух первых, то перед электронагревателем контактного
аппарата устанавливают специальный холодильник, максимально сокращающий объемы, проходящие в
контактный аппарат. Электронагреватель позволяет ускорить реакцию в контактном аппарате. Для
предотвращения образования гремучей смеси на тракте от холодильника третьей ступени эжектора до
контактного аппарата имеется возможность разбавления концентрации водорода за счет подачи дополнительного
пара (линия 14).
Рисунок 9. Схема установки для сжигания
водорода, отсасываемого вместе с паровоздушной смесью из конденсатора одноконтурной АЭС
(обратно к содержанию)
1 - подвод пара из деаэратора к основному эжектору;
2 - подвод парогазовой смеси из конденсатора;
3 - трехступенчатый эжектор;
4 - холодильники первой, второй и третьей ступеней эжекторов;
5 - отвод конденсата после холодильников эжекторов в конденсатор турбины;
6 - подвод конденсата после конденсатного насоса первого подъема на холодильники эжекторов;
7 - электронагреватель контактного аппарата;
8 - контактный аппарат для сжигания водорода;
9 - конденсатор контактного аппарата;
10 - отвод конденсата в конденсатор;
11 - подвод конденсата после конденсатного насоса второго подъема на конденсатор
контактного аппарата и его отвод ко всасу этого насоса;
12 - отвод в систему дезактивации газообразных сбросов;
13 - отвод конденсата к конденсатоочистке;
14 - дополнительный подвод пара при необходимости разбавления смеси, подаваемой в контактный аппарат.
(обратно к содержанию)
Методы борьбы с присосами охлаждающей воды в конденсаторах
Вакуум в паровом объеме конденсатора и давление охлаждающей воды выше атмосферного создают
существенный перепад давлений, за счет которого в конденсирующийся пар через неплотности
может проникать охлаждающая вода, недопустимо ухудшая качество конденсата. Поэтому борьба
с присосами охлаждающей воды в конденсаторах имеет очень большое значение для
экономичности и надежности работы АЭС. При значительном присосе охлаж-дающей воды надо
заглушить или заменить разрушенные трубки, что требует останова установки. Если конденсатор
имеет две самостоятельные половины для подачи охлаждающей воды, то можно отключать подачу
циркуляционной воды в ту часть конденсатора, где находится ава-рийная трубка. При этом турбинная
установка будет продолжать работать, хотя и на сниженной нагрузке.
Величина присоса охлаждающей воды измеряется в процентах от расхода пара на
турбину и составляет обычно 0,002—0,005%. Предельно допустимая величина присоса составляет
0,02% (для сильно минерализованных вод, например морских, существенно меньше). Создание
абсолютно бесприсосного (абсолютно плотного) конденсатора невозможно. Наиболее вероятным
местом неплотностей являются места со-единений трубок с трубными досками. Ввальцовка латунных
трубок малой толщины в трубные доски, даже при хорошем ее исполнении для всех трубок
конденсаторов мощных турбин, в эксплуатации может расстраиваться из-за вибраций трубок в
процессе работы под воздействием потоков пара, поступающих из выхлопного патрубка, а также в
связи с термическими «качками».
Если пропустить весь конденсат через ионообменную установку, то все примеси,
поступающие с присосом охлаждающей воды, будут в ней задер-жаны и вредное влияние присоса
ликвидировано. Можно обессоливать не весь конденсат, а только ту его часть, которая протекает
вблизи трубных досок и поэтому в наибольшей степени подвержена влиянию присоса охлаждающей воды.
Наиболее простой и дешевый метод борьбы с присосами в местах вальцовок -
применение уплотняющих обмазок, которые наносят на трубную доску при монтаже конденсатора и
восстанавливают в процессе ремонта при эксплуатации. Этот способ в настоящее время основной.
Присос охлаждающей воды связан не только с неплотностями в местах вальцовок, но и с коррозионными
трещинами, возникающими в результате процессов коррозии материала десятков тысяч трубок.
Из перечисленных способов борьбы с влиянием присосов только обессоливание всего
конденсата позволяет предотвратить вредное влияние присоса, происходящего не только в местах вальцовок,
но и в результате коррозии самих конденсаторных трубок. Поэтому для АЭС, особенно одноконтурных,
обязательно обессоливание всего расхода конденсата. Независимо от принятых решений благоприятна
большая толщина основных трубных досок, так как при этом увеличивается глубина и, следовательно,
плотность вальцовки. Такое решение принято для всех конденсаторов турбин АЭС.
Для борьбы с присосом через коррозионные трещины в трубках можно также использовать
более коррозионностойкие материалы, чем латунь, например мельхиор и нержавеющие аустенитные стали
типа 18-8. Однако это удорожает конденсатор, и на такое решение следует идти только при весьма
агрессивных сильно минерализованных водах, когда коррозия идет наиболее интенсивно, а присос наиболее
опасен. Необходимо считаться также с уменьшением коэффициента теплопередачи и ростом потребной
поверхности трубок в конденсаторе при переходе от латуни к другим материалам. Ионообменная
конденсатоочистка удаляет как соли жесткости, так и хлор-ион, т. е. полностью обеспечивает
требуемое качество конденсата для одноконтурных АЭС. Немаловажное значение имеет такая установка и
для защиты реактора одноконтурной АЭС от возможных аварийных ситуаций, например при разрыве
конденсаторных трубок. Применение конденсатоочистки увеличивает габариты всей установки и удорожает
ее, поэтому необходимо стремиться к возможно большей ее компактности, что достигается повышением
скоростей фильтрации в конденсатоочистке до 80 м/ч (на фильтрах системы подготовки добавочной воды
применяют 30 м/ч). С этой же целью рекомендуется не устанавливать раздельно катионитовые и
анионитовые фильтры, а использовать фильтры смешанного слоя, так как эффективность ионного обмена
в них выше, чем в раздельных слоях. Фильтры устанавливают с резервом, с одинаковой производительностью.
Наиболее рациональна установка трех фильтрующих установок — двух рабочих и одной резервной — для
возможности регенерации в процессе эксплуатации.
Ионообменные фильтры на конденсате одноконтурной станции, так же как и нижняя (водяная) часть
конденсатора, должны иметь биологическую защиту. Это должно быть учтено и при регенерации
отработавших смол.
(обратно к содержанию)
Развитие современных конденсаторов
Корпуса конденсаторов длительное время изготовлялись цилиндрической формы
для уменьшения толщины стенки и, как первоначально казалось, более полного использования
объема конденсатора для расположения необходимого количества конденсаторных трубок. Однако,
затесненное расположение трубок оказалось неудачным. Для мощных турбин размеры конденсаторов
становятся столь большими, что появляется необходимость транспортировки их в разобранном виде
и сборки на месте установки.
Один из примеров схемы современного конденсатора приведен на рисунке10.
На рисунке изображена правая половина конденсатора (левая ей симметрична). Каждая половина
состоит из двух частей — верхней и нижней. Таким образом, конденсатор состоит из четырех
примерно одинаковых частей. Сборка конденсатора (сварка корпуса, набор и развальцовка трубок и др.)
осуществляется в процессе монтажа на станции. Корпус имеет прямоугольную форму. При этом облегчается
монтаж конденсатора на месте и обеспечивается более свободный проход пара к поверхностям нагрева,
что уменьшает паровое сопротивление (свободный проход пара через верхнюю часть конденсатора по
его правой стороне к поверхности нагрева нижней части). Доступность поверхности змеевиков и
уменьшение парового сопротивления конденсатора обеспечиваются компоновкой лент расположения змеевиков.
Прямоугольная форма корпуса при его больших размерах вызывает большую толщину стенки и увеличивает
вес и стоимость конденсатора. Во избежание этого корпус выполняют с внутренним оребрением боковых
стен.
По стороне охлаждающей воды конденсатор двухходовой: в нижней части осуществляется
первый ход воды, а в верхней — второй. Конденсатор конструируют с нисходящим потоком пара и отсосом
паровоздушной смеси из центральной части нижней половины конденсатора, где температура охлаждающей
воды меньше.
При длине трубок 9 м общая длина конденсатора составляет 14 м. Конденсатор
выпускают в двух вариантах: с полной поверхностью нагрева 10 240 м2 (13 000 трубок, из которых
1100 принадлежат охладителю паровоздушной смеси) и с полной поверхностью нагрева 12 300 м2
(15 800 трубок, из которых 1400 принадлежат охладителю паровоздушной смеси). Выбор величины
поверхности нагрева зависит от температуры охлаждающей воды.
Рисунок 10. Схема конденсатора турбины
К-500 65/3000.
1 — трубки второго хода охлаждающей воды;
2 — трубки первого хода охлаждающей воды;
3 — трубки охладителя паровоздушной смеси.
(обратно к содержанию)
Конденсатор располагают под турбиной (подвальное расположение), С увеличением
производительности конденсаторов размещение их под турбиной становится все более затруднительным.
Это прежде всего относится к атомным электростанциям, так как расходы пара для них существенно больше,
чем для обычных. В этих условиях рассматривают боковое расположение конденсаторов, когда конденсаторы
размещены с обеих сторон турбины двумя секциями по высоте.
Если двухпоточных цилиндров низкого давления (ЦНД) два, то конденсаторов четыре.
Каждая из секций конденсатора по высоте имеет свой подвод и отвод воды и соответственно в случае необходимости
может отключаться при работающей турбине.
В процессах пуска АЭС, опробования реакторных систем и аварийного сброса нагрузки
турбиной возникает необходимость работы реактора со сбросом пара, минуя турбину. В первых проектах АЭС
для приема пара в этих режимах предусматривали большие теплообменники, в которых конденсация пара
обеспечивалась при некотором противодавлении. Условно их называли технологическими конденсаторами и
рассчитывали на большие расходы пара. Эти теплообменники использовались также в режиме расхолаживания
реактора.
Такое решение было чрезвычайно дорогим. В настоящее время расхолаживание производится с использованием
основного оборудования, а для пусковых режимов используется технологический конденсатор, рассчитанный на
прием расхода пара до 10% от полного.
Остальные задачи, ранее возлагавшиеся на технологический конденсатор, должен выполнять
основной конденсатор, что учитывается при его разработке. В самой тепловой схеме предусмотрены линии
сброса пара в конденсатор, помимо турбины, через быстродействующую редукционную установку (БРУ) .
Сброс пара после БРУ производится в паровое пространство переходного патрубка (от турбины к конденсатору).
Перед этим патрубком пар, прошедший БРУ, увлажняется за счет впрыска конденсата и пропускается через
систему кольцевых дросселей. В них давление после БРУ (0,6—0,8 МПа) срабатывается до вакуума в конденсаторе и
одновременно происходит улучшенный контакт с впрыснутой водой. Систему увлажнения и окончательного
дросселирования располагают вне переходного патрубка, но поставляют ее вместе с конденсатором.
Учитывая важность обвода турбины в аварийных ситуациях, сбросное устройство и конденсатор турбины
рассчитаны на два случая. Первый — когда в конденсатор сбрасывается до 60% расхода от «своей» турбины,
стопорный клапан которой закрылся, и второй — когда в конденсатор работающей турбины кроме «своего» пара
сбрасывается также пар другой турбины, стопорный клапан которой закрылся. Последнее реализуемо только при
одном парогенерирующем агрегате на две машины, например для одноконтурной АЭС с реактором РБМК. Естественно,
что при этом вакуум в конденсаторе будет ухудшенным.
(обратно к содержанию)
(1)
(2)
(3)
(4)
