Эксплуатация ПНД поверхностного типа

Введение

Назначение подогревателей сетевой воды и регенеративных подо-гревателей питательной воды низкого давления заключено в использова-нии в качестве греющей среды пара промежуточных отборов турбин в це-лях снижения потерь теплоты в конденсаторах и повышение термического КПД тепловых электрических станций и ТЭЦ. Подогреватели питательной воды низкого давления (ПНД) на российских турбоустановках использу-ют, в основном, поверхностные подогреватели питательной воды верти-кального типа [2, 3, 4].
Маркировка подогревателей отображает нижеследующие данные: буквенное обозначение - назначение аппарата (ПН - подогреватель пита-тельной воды низкого давления), первое число - площадь поверхности теплообмена (700 м2), второе и третье числа соответственно - давление па-ра и воды в трубах в корпусе аппарата, кгс/м2 (29 и 7), четвёртое число - модификация аппарата (1).
 
Описание назначения и принципа работы ПНД


Подогреватель низкого давления еще один вид устройств из ряда теплотехнических агрегатов, который предназначен для нагрева воды в регенерационных системах стационарных паровых турбин ТЭЦ. Такой подогреватель является теплообменником кожухотрубного вертикального типа, в основе его устройства лежат три узла: корпус, трубная система и водяная камера. Эти составляющие собраны воедино при помощи фланце-вого соединения. Использование фланцев позволяет без лишних усилий и затрат при необходимости получить доступ к внутренним частям агрегата для проведения профилактического осмотра, чистки либо ремонта. Корпус подогревателя низкого давления состоит из обечайки цилиндрического ти-па, днища эллиптической формы и фланцевого соединения с водяной ка-мерой и трубной системой. Последнюю тоже можно поделить на несколько составляющих:
трубная доска;
основа;
U-образные теплообменные трубки, края которых развальцованы в трубной доске.
В трубной системе установлены поперечные сегментные перегород-ки, которые направляют пар и служат при этом промежуточными опора-ми. Чтобы струя пара не повреждала трубки, в устройстве предусмотрен отбойный щит напротив пароподводящего патрубка.
Водяная камера имеет фланцевое соединение с трубной системой и корпусом, патрубки подвода и вывода воды. Внутри находятся перего-родки, благодаря которым вода может совершать несколько циклов для равномерного прогрева и набора требуемой температуры.

В рассматриваемом теплообменнике кожухотрубном нагреваемая вода двигается по теплообменным трубкам, а пар (греющее вещество) по-дается через подводящий патрубок в межтрубное пространство. В резуль-тате теплообмена образовывается пар, который накапливается в нижней части корпуса и выводится из установки через клапан.
Система с такой сложной схемой устройства требует контроля за рядом показателей:
температурой пара на выходе, а также воды на входе и выходе, для этого на корпусе подогревателя низкого давления предусмотрены техни-ческие термометры, которые защищены металлическими оправами;
давлением пара, для этого на подводящем патрубке устанавливает-ся манометр, который предохранен от непосредственного воздействия па-ра;
уровнем конденсата в корпусе подогревателя, для этого предусмот-рено водоуказательное стекло, которое защищено от повреждений метал-лическим кожухом.

Принципиальная конструкция

Устройство ПНД ТКЗ Выпускаются подогреватели низкого давле-ния (ПНД) по ТКЗ для турбин, которые в качестве топлива используют ор-ганические вещества. Их конструктивные особенности следующие: Во-первых, все части трубного типа соединяются с корпусом при помощи сварки. Во-вторых, расположение разъема фланцевого типа может отли-чаться. Эти разъемы могут находиться на водяных камерах. При этом они обычно располагаются выше, чем трубные доски, а также выше, чем па-трубки как подвода, так и отвода конденсата. Это достаточно выгодно, так как позволяет не отсоединяться трубопровод при необходимости ремонта. Второй вариант расположения - ниже, чем трубные доски.

Место элемента в тепловой схеме электростанции. Пример тепловой схемы ПТУ, в которую включен данный элемент

В реальных паросиловых установках регенерация осуществляется с помощью регенеративных теплообменников, в каждый из которых посту-пает пар из промежуточных ступеней турбины (регенеративных отборов).
Перекачка питательной воды (основного конденсата) от конденса-тора в котел (парогенератор) осуществляется конденсатными и питатель-ными насосами; в ряде случаев устанавливаются сливные (дренажные) насосы для откачки конденсата после некоторых ПНД, а также после подо-гревателей сетевой воды. Целесообразность перекачки основного конден-сата по двухступенчатой схеме (насосами первого и второго подъема) объ-ясняется следующими соображениями. Насосы, откачивающие конденсат из конденсатора, подбираются с учетом некоторой оптимальной высоты всасывания. Малая частота вращения таких насосов позволяет не иметь большого напора на всасе, но, как следствие, приводит к неоптимальной характеристике ступеней, а также к малым значениям КПД насоса, что наиболее характерно для конденсатных насосов 1-го подъема. Конденсат-ные насосы 2-го подъема, как правило, возможно выполнить на оптималь-ную частоту вращения. Блочная обессоливающая установка (БОУ) нахо-дится перед насосами 2-го подъема и рассчитывается на меньшее давление.

Выбор ПНД поверхностного типа

Для обеспечения подогрева основного конденсата перед деаэратором применяется система регенеративного подогрева низкого давления, кото-рая состоит из пяти последовательно расположенных ПНД, два из кото-рых поверхностного типа, а два - смешивающего. Включение подогрева-телей низкого давления выполняется с независимым обводом каждого по-догревателя низкого давления (включая охладители уплотнений). Такая схема позволяет применять независимое отключение любого ПНД.

Параметры, которые контролируются в процессе эксплуатации

Регенеративный подогрев воды на КЭС при наличии промежуточ-ного перегрева пара имеет ряд особенностей [10, 34]. Повышение КПД турбоустановки от регенерации при промежуточном перегреве пара меньше, чем без него практически во всем диапазоне температур подогре-ва воды. Пар, поступающий в регенеративные отборы после промежуточ-ного перегрева, более перегрет, чем пар такого же давления в турбине с теми же начальными параметрами, но без промежуточного перегрева. Ис-пользование более перегретого пара для регенеративного подогрева пита-тельной воды менее экономично, так как расход пара в регенеративные отборы сокращается вследствие более высокого его теплосодержания, и соответственно увеличивается поток пара в конденсатор, а следовательно, и потеря теплоты в конденсаторе. При этом исходный КПД турбоустанов-ки без регенерации ηо возрастает за счет промежуточного перегрева, что приводит к уменьшению величины разности Δηr = ηr–ηo. Все эти факторы приводят к снижению относительной эффективности регенерации в турбо-установках с промежуточным перегревом пара. На рис. 2 представлено соотношение прироста КПД турбоустановки от использования регенера-ции при отсутствии (Δηr) и при наличии ( Δηппr ) промежуточного пере-грева пара [10, 34].

Условное обозначение (Типоразмер) оборудования

На рисунке можно видеть разрез подогревателя ПН-250-16-7св. Нижнюю водяную камеру 1 при помощи шпилек и фланца крепят к специ-альному фланцу 2, который приварен к трубной решетке 3. Нижнюю часть корпуса 4 приваривают к цилиндрической обечайке 5, которая установле-на на специальном фланце 2. Bxoд пара через патрубок Л происходит в нижней части корпуса. Патрубки выхода конденсата Б, отсоса воздуха B и, если необходимо, патрубки воздуха из ПHД и входа конденсата, имеющим более высокое давление пара устанавливают на цилиндрической обечайке 5. Там же монтируют штуцера в целях присоединения приборов автомати-ческого регулирования уровня, защиты и сигнализации. Это дает возмож-ность не отсоединять трубопроводы при ремонтах, которые связаны со снятием корпуса и осмотром трубной системы. Трубная система 7 состоит из стальных трубок d = 16x1,0 мм из стали X18H10T. Концы трубок раз-вальцованы в верхней 8 и нижней 3 трубных решетках, а в целях большей плотности данных соединений дополнительно приварены к решеткам. Трубный пучок охватывается кожухом 9, в котором со стороны входа па-ра по всей его высоте предусматривают окно, через которое поступает пар. Между трубными решетками располагаются трубы каркаса 11, на ко-торых монтируют промежуточные перегородки 12 трубного пучка. B зоне выхода пара из трубной системы за последним рядом труб первого хода основного конденсата монтируют смешивающий воздухоохладитель 10.
B верхней части корпуса на фланце крепят крышку 6. Верхнюю (поворотную) водяную камеру 13 соединяют с трубной решеткой S при помощи шпилек и фланца. Плотность разъема обеспечивают мембранным уплотнением.
В ПHД через патрубок Г питательная вода поступает в нижней во-дяной камере 11, которая имеет разделительную перегородку. Вода по-ступает в верхнюю водяную камеру 13 и выходит через патрубок Д, прой-дя два последовательных хода. На перегородке нижней водяной камеры, обеих камерах и на корпусе расположены люки для ремонта и осмотра уз-лов присоединения трубок к трубным решеткам. Воздухоохладитель 10 устанавливают на последних по ходу пара рядах труб в зоне первого хода по воде. Тут при интенсивной конденсации пара его скорость очень мала и создается застойная область, что приводит к накоплению неконденсирую-щихся газов, a значит, к развитию коррозионных процессов из-за ухудше-ния теплообмена.

Основные неисправности и способы их устранения

Повреждаемость теплообменных аппаратов
Повреждаемость теплообменных аппаратов может быть вызвана нижеследующими основными процессами, которые имеют место при экс-плуатации.
Химические процессы:
§ ударная коррозия;
§ общая коррозия (в присутствии окислителей);
§ коррозия под воздействием растворимых веществ и агрессивных газов (углекислотная, аммиачная и др.);

§ электрохимическая коррозия;
§ коррозия под воздействием микроорганизмов (биологическая коррозия);
§ коррозионное растрескивание под напряжением.
Механические процессы, которые связаны с эрозией:
§ эрозия теплоносителем с механическими взвесями во внутритруб-ном пространстве (в большей степени является характерной для конденса-торов);
§ эрозия капельно-ударная в межтрубном пространстве (является характерной для конденсаторов и ПСГ, а также для сальникового подо-гревателя);
§ эрозия в результате воздействия относительно высокоскоростных и высокотемпературных потоков жидкости (характерна для ПВД).
Механические процессы, которые связаны с вибрацией:
§ фрикционный износ трубок в области сгибов либо в серединах пролетов при их соударениях, а также в зоне прохода через отверстия в промежуточных перегородках за счет вибрации трубок в потоке теплоно-сителя.
Термические процессы:
§ перегрев металла трубок выше допустимого, который вызван, к примеру, неисправностью задвижек по пару при прекращении прокачива-ния нагреваемого теплоносителя, а также нарушением правил технической эксплуатации (ПТЭ);
§ стесненность термических расширений теплообменных трубок и как следствие появляется дополнительные напряжения в материале.
Все указанные процессы могут усугубляться дефектами изготовле-ния, эксплуатации и монтажа, такими как механические повреждения (ца-рапины, задиры, и т.д.) на наружной поверхности металла трубок при сборке, повреждения теплообменных трубок за счет попадания в паровое пространство аппаратов различных инородных предметов (фрагменты оторванных лопаток― в конденсаторе), а также появлением в трубках при вальцевании напряжений кручения.
Результаты анализа отказов оборудования электростанций, кото-рый выполнен за 20-летний период, по данным, дает сделать выводы, что в год происходит от 150 до 330 отказов в работе конденсаторов и иного вспомогательного теплообменного оборудования, из них от 35 до 60 % отказов приводят к остановке турбин. В числе теплообменного оборудо-вания турбоустановок самую большую степень влияния на работу ПТУ имеют отказы конденсаторов. Затем следуют ПВД, ПНД и сальниковые подогреватели.


 

Заключение

Заменой по меньшей мере одного поверхностного ПНД на смеши-вающий подогреватель повышает экономичность на 0,2-0,6%, в зависимо-сти от величины недогрева в поверхностных ПНД.
Таким образом, совместное или раздельное применение смешива-ющих подогревателей низкого давления является актуальным направлени-ем при реконструкции, модернизации или строительстве новых тепловых электростанций.
Применение теплообменного аппарата смешивающего типа в тепло-вых схемах паротурбинных установок средней мощности ведет к увеличе-нию тепловой экономичности и эффективности термодинамического цикла установки в целом.