75 группа 2 вариант / Тепломеханическое и вспомогательное оборудование ТЭС / Часть 1 / 1. Курс лекций ТМиВО ТЭС_для ФЗВО

Г. Конструкции регенеративных подогревателей высокого давления

В системах регенерации высокого давления применяются исключительно по- догреватели поверхностного типа. В подогревателях используются теплоносители высокого давления. Так, давление греющего пара в ПВД достигает 7 МПа, а давле- ние воды в трубной системе соответствует полному давлению, создаваемому пита- тельным насосом, то есть до 38 МПа. По этой причине применение трубных досок в подогревателях высокого давления не получило распространения, поскольку тол- щина трубной доски по условиям прочности должна быть весьма большой (до 0,5 м). Поэтому практически все ПВД выполняются в виде вертикальных подог- ревателей коллекторного типа с поверхностью нагрева в виде спиральных змеевиков из стальных труб. Подогреватели оборудуются, как правило, встроенными охлади- телями пара и конденсата.

Рассмотрим конструкцию подогревателя высокого давления коллекторного ти- па на примере (см. рис. 2.19). В корпусе подогревателя расположено шесть коллек- торов, по три раздающих и собирающих. В нижней части корпуса коллекторы объе- динены в подводящий и отводящий патрубки. Каждая пара коллекторов (раздающий

исобирающий) связана между собой группой горизонтальных спиральных змееви- ков (см. рис. 2.20), образующих поверхность теплообмена. Подогреватель имеет от- дельно выделенные охладитель пара и дренажа, змеевики которых помещены в спе- циальные кожухи для исключения холостых протечек пара и конденсата.

Греющий пар поступает в кожух пароохладителя. Расположенные горизонталь- но в паровом пространстве перегородки с отверстиями совместно со стенкой кожуха образуют канал для организации движения пара. Внутри этого канала располагают- ся спиральные змеевики. Пар проходит по кольцу верхнего канала, опускается в следующий, проходит по кольцу этого канала и т.д., после пароохладителя пар вхо- дит в зону конденсации.

Взоне конденсации для организации движения пара в трубном пучке и отвода конденсата через каждые восемь– десять рядов плоскостей навивки спиралей уста- новлены горизонтальные перегородки. Конденсат пара поступает в охладитель дре- нажа, конструктивно схожий с охладителем пара.

Схемы движения потоков пара и воды в рассматриваемом ПВД представлены на рис. 2.21. Вода подводится по трем коллекторам. От этих коллекторов часть по- тока воды перепускается в коллекторы охладителя дренажа. После охладителя дре- нажа весь поток воды вновь собирается в подводящих коллекторах и направляется в спиральные трубы зоны конденсации и охладитель пара. Поток воды, прошедший зону конденсации, отводится через коллекторы в следующий подогреватель или пи- тательную магистраль котла. Часть воды, прошедшей охладитель пара, направляется в поток ее после всех подогревателей (то есть в данном случае реализована схема Рикара-Никольного). Для задания требуемых расходов воды через охладители пара

идренажа используются специальные ограничительные шайбы.

Неконденсирующиеся газы отсасываются из парового пространства в подогре- ватель с более низким давлением пара. Для этого используются специальные трубы, установленные в зоне конденсации над верхним днищем кожуха зоны охладителя дренажа.

26

Рис. 2.19. Конструкция и расположение греющих элементов подогревателя высо-

кого давления: а – корпус подогревателя с греющими элементами и коллекторной системой; б – спиральный однорядный змеевик; 1 – охладитель дренажа; 2 – зона конденсации; 3 – охладитель пара; К – ко- жух змеевиков ОП и ОД; П – перегородка; Кор — перепускной короб

27

Рис. 2.20. Общий вид пакета спиральных змеевиков вертикального ПВД коллек- торного типа

Рис. 2.21. Схемы движения пара, конденсата (а) и питательной воды (б) в ПВД: 1–3 – поверхность соответственно охладителя дренажа, зоны конденсации и охладителя пара; 4 – коллекторы питательной воды; 5, 6 – коллекторы охладителя дренажа; 7 – огра- ничительные шайбы; 8, 9 – вход и выход питательной воды; 10 – отвод воды из охладителя пара; 11 – подвод пара; 12 – вход конденсата; 13 – отвод конденсата

Технологический разъем корпуса выполняется в нижней части подогревателя. Причем фланцы корпуса стягиваются на шпильках, после чего свариваются между собой имеющиеся на фланцах мембраны. Таким образом обеспечивается плотность фланцевого разъема.

28

В схемах турбоустановок атомных электростанций распространение получили горизонтальные ПВД камерного типа (см. рис. 2.22). Поверхность теплообмена та- кого подогревателя представляет собой два отдельных направленных в противопо- ложные стороны U-образных трубных пучка. В центре корпуса расположена общая цилиндрическая водяная камера с двумя трубными досками. Трубные доски здесь могут быть применены, поскольку давление пара не превосходит 2,8 МПа, а давле- ние питательной воды – 9,7 МПа. В подогревателе отсутствует охладитель пара (ис- пользуются влажнопаровые турбины), а поверхность охладителя дренажа выделена в нижней части трубных пучков. Греющий пар поперечным потоком омывает гори- зонтально расположенные трубки и конденсируется на их поверхности. Конденсат пара отводится в кожух охладителя конденсата, где передает теплоту питательной воде при продольно-встречном омывании трубок.

Рис. 2.22. Подогреватель высокого давления ПВ-2000-120-17А Нововоронежской АЭС:

а – общий вид; б – схема движения теплоносителей; 1 – корпус с трубной системой (левая часть); 2 – промежуточная водяная камера; 3 – корпус с трубной системой (правая часть); 4 – опора подвижная; 5 – поверхность охладителя конденсата; А – вход питательной воды; Б – выход питательной воды; В – вход греющего пара; Г – выход конденсата греющего па- ра; Д – вход конденсата из подогревателя более высокого давления; Е – отвод паровоздуш- ной смеси

Д. Технологические схемы систем регенеративного подогрева питательной воды турбоустановок

Система регенерации низкого давления, характерная для неблочной ТЭС, как правило, включает только подогреватели поверхностного типа (см. рис. 2.23).

В состав системы регенерации низкого давления входят следующие основные элементы:

–собственно подогреватели низкого давления (обычно в количестве четырех);

–система трубопроводов основного конденсата;

29

–система трубопроводов подвода греющего пара;

–система трубопроводов отвода конденсата греющего пара;

–система трубопроводов отсоса парогазовой смеси из парового пространства подогревателей;

–система дренажей и воздушников;

–система импульсных линий контрольно-измерительных приборов.

Рис. 2.23. Схема регенерации низкого давления неблочной ТЭС: ПНД – подогреватели низкого давления; РУК – регулятор уровня в конденсаторе; К-р – конденсатор; РУПНД – регулятор уровня в подогревателе; СН – сливной насос; КОС – клапан обратный стопор- ный; ДПВ – деаэратор питательной воды

Втаких схемах предусматривается, как правило, возможность отключения лю- бого из регенеративных подогревателей (ПНД-1 и ПНД-2 обычно отключаются вме- сте). Для этого устанавливаются соответствующие байпасные трубопроводы основ- ного конденсата.

При работе теплофикационных турбин по тепловому графику нагрузок (с за- крытыми органами регулирования давления в камере теплофикационного отбора),

атакже при работе по электрическому графику нагрузок с малой конденсационной мощностью пропуск пара в часть низкого давления турбины оказывается настолько малым, что ступени части низкого давления могут работать даже в режиме вентиля- тора (с отрицательной мощностью). В таких режимах греющего пара для нижнего ПНД, подключенного к части низкого давления турбины, оказывается недостаточно, и этот ПНД может быть отключен по греющему пару (в противном случае присосы воздуха в этот ПНД и элементы схемы его обвязки ухудшают общую вакуумную плотность конденсационной установки). Поэтому в системах регенерации теплофи- кационных турбины устанавливаются сливные насосы, обеспечивающие подачу конденсата греющего пара из ПНД-2 (или нескольких ПНД) в тракт основного кон- денсата, а слив конденсата греющего пара ПНД-1 выполняется каскадно в конденса- тор турбины. Для пусковых режимов предусматривается слив конденсата греющего пара в конденсатор из каждого ПНД в отдельности.

Всхемах блочных турбоустановок на сверхкритические параметры свежего па- ра применяются один или два ПНД смешивающего типа (см. рис. 2.24).

30

Рис. 2.24. Схема регенерации низкого давления блочной турбоустановки на сверхкри- тические параметры свежего пара: обозначения – см. рис. 2.23

Смешивающий ПНД-2 оборудуется гидрозатвором аварийного сброса воды в конденсатор, а также системой утилизации низкопотенциальных потоков (в ПНД-2 обычно направляются протечки из концевых уплотнений питательных насосов, кон- денсат греющего пара калориферов котла и т.п.). Особенности системы защиты смешивающих ПНД рассмотрены выше.

Технологические схемы ПВД менее разнообразны. Как правило, используются три подогревателя высокого давления, объединенных в группу (см. рис. 2.25). Ино- гда ПВД выполняются по двухниточной схеме (два параллельных блока по три по- догревателя в каждом). Это позволяет уменьшить габариты и металлоемкость каж- дого подогревателя и увеличить показатели надежности работы установки.

Поскольку ПВД работают при высоком давлении воды в трубной системе, соз- даваемом питательным насосом, в случае разгерметизации трубной системы возни- кает вероятность быстрого переполнения подогревателей и заброса воды в проточ- ную часть турбины. Кроме того, при разгерметизации трубной системы корпус ПВД опрессовывается до недопустимо высокого давления. Такие условия работы дикту- ют высокие требования к системе технологических защит и блокировок. ПВД ком- плектуются следующими типовыми элементами защиты:

– защита от недопустимого повышения уровня конденсата в любом из по-

догревателей. Защита выполняется групповой и имеет два предела срабатывания. При достижении уровня конденсата, соответствующего первому пределу защиты отключается вся группа ПВД по пару и питательной воде. При достижении второго предела защита действует на останов турбоагрегата или энергоблока для блочной электростанции.

31

Рис. 2.25. Технологическая схема системы регенерации высокого давления: ПВД –				подогреватель высокого давления; ПЭН – пита-
тельный насос; КЭН –			конденсатный насос; ДПВ – деаэратор питательной воды; ПНД –	подогреватель низкого давления; Др. – дренаж;
В –		воздушник; КИС –	клапан импульсный соленоидный; КОС – клапан обратный стопорный; 1 – защитный клапан; 2 – сервомотор;
3	–	обратный клапан; 4 – система отсоса паровоздушной смеси; 5 – предохранительные клапаны; 6 –			байпас с обратными клапанами;
7	и 8 – отключающая арматура по входу и выходу питательной воды; 9 – байпас группы ПВД; 10 –				защитный байпас группы ПВД;
11 –		перелив сервомотора; 12 – байпас защитного клапана

32

Защита работает следующим образом. При достижении первого предела по уровню конденсата греющего пара в любом из подогревателей электроконтактные манометры подают сигнал на открытие КИС ПВД, тем самым организуется подача силовой воды (основного конденсата с напора КЭН) в сервомотор 2. Сервомотор осуществляет переключение защитного клапана 1, в результате чего поток пита- тельной воды направляется через защитный байпас ПВД в обратный клапан 3. Об- ратный клапан при этом закрывается под действием потока воды из байпасных тру- бопроводов и собственного веса. В режиме нормальной эксплуатации обратный кла- пан 3 поддерживается потоком воды из ПВД в открытом положении. Одновременно с сигналом на открытие КИС подается сигнал на открытие арматуры 9 на постоян- ном байпасе группы ПВД, закрытие арматуры 7 и 8 по входу и выходу питательной воды группы ПВД и арматуры на паропроводах подачи греющего пара в подогрева- тели.

КИС оборудуются запорной арматурой до и после клапана для обеспечения воз- можности вывода их в ремонт и опробования защиты. В режиме нормальной экс- плуатации чаще всего организуется постоянный проток воды через сервомотор 2 (через байпас КИС и арматуру перелива сервомотора 11). Это позволяет добиться требуемого быстродействия защиты – обычно не более 5 секунд (при открытии КИС не требуется дополнительное время на заполнение силовым конденсатом трубопро- водов от КИС до сервомотора 2). Вентиль 11 должен быть всегда открыт в режиме нормальной эксплуатации для исключения опрессовки сервомотора и ложного сра- батывания защиты.

Байпас 12 защитного клапана 1 необходим для опрессовки трубной системы ПВД (например, после ремонтов), а также для подъема защитного клапана после его срабатывания;

–защита от недопустимого повышения давления в корпусе. Защита реали-

зуется установкой предохранительных клапанов на первых двух по ходу питатель- ной воды ПВД. Используются обычно пружинные предохранительные клапаны прямого действия, и реже – разрывные диафрагмы специальной конструкции. Верх- ний ПВД такой защитой не оборудуется, так как его корпус рассчитывается на такое давление, которое устанавливается в ПВД при срабатывании предохранительных клапанов котла. Недопустимое повышение давления в нижних ПВД возможно при нарушениях в работе регулятора уровня верхнего ПВД, при которых происходит проскок пара верхнего ПВД в нижестоящий, либо как результат нелокализованного нарушения герметичности трубной системы ПВД;

–защита от недопустимого повышения давления в трубной системе по-

догревателей. Выполняется в виде байпаса 6 основной отключающей арматуры ПВД с установкой обратных клапанов. Обратные клапаны байпаса дублируются для обеспечения надежности срабатывания защиты. Отключающая арматура обратных клапанов байпаса 6, используемая для вывода их в ремонт, в режиме нормальной эксплуатации должна быть опломбирована в открытом положении. Такая защита обеспечивает сброс давления в трубной системе ПВД при закрытой отключающей арматуре 7 и 8. Недопустимое повышение давления в трубной системе возможно при срабатывании защиты по недопустимому повышению уровня в подогревателях. Если при этом по какой-либо причине не произошло полного закрытия арматуры на

33

паропроводах греющего пара ПВД, то вода в трубной системе подогревателей вски- пит, что приведет к резкому увеличению давления.

Е. Основы эксплуатации систем регенеративного подогрева питательной воды турбоустановок

Основные принципы эксплуатации системы регенеративного подогрева пита- тельной воды турбоустановок состоят в следующем:

1 – структура оперативных состояний регенеративной установки, режимы её работы, операции по переводу оборудования из одного оперативного состояния в другое, действия персонала по локализации и ликвидации аварийных ситуаций должны быть регламентированы производственными инструкциями. Оперативные состояния регенеративных подогревателей должны быть согласованы с оператив- ными состояниями турбоагрегата (см. табл. 2.1);

	Таблица 2.1.	Структура оперативных состояний		регенеративных	подогревателей
	(на примере ПВД)
	Наименование		Оперативные состояния оборудования
	оборудования
	Турбоагрегат	Работа	Резерв	Ремонт	Консервация
		Работа	Холодный ре-	Холодный ре-	Консервация
		Горячий резерв	зерв	зерв
	ПВД	Холодный ре-		Ремонт
		зерв
		Ремонт

2 – при пусках турбоагрегата подключение ПНД по греющему пару осуществ- ляется обычно после синхронизации генератора и набора минимальной нагрузки. Если турбоагрегат пускается в работу при включенных ПНД, то при возникновении проблем в набором вакуума в конденсаторе ПНД могут быть временно отключены;

3 – подключение ПВД по греющему пару осуществляется при нагрузке не ме- нее 25 % от номинальной, штатная схема слива конденсата греющего пара в деаэра- тор питательной воды включается в работу при нагрузке около 45 % от номиналь- ной. При подключении и отключении ПВД на работающем турбоагрегате необхо- димо контролировать давление в контрольных ступенях турбины;

4 – при включении регенеративных подогревателей в работу необходимо про- контролировать комплектность и исправность оборудования и технологических сис- тем; выполнить сборку схемы для заполнения системы по водяной стороне; запол- нить систему водой; выполнить её опрессовку с контролем отсутствия дефектов; выполнить сборку схемы подачи греющего пара, отвода конденсата греющего пара, отсоса паровоздушной смеси; включить указанные системы в работу с контролем отсутствия дефектов;

5 – перед включением в работу подогревателей высокого давления дополни- тельно осуществляется проверка плотности всей запорной арматуры и быстродейст- вие срабатывания защиты. Заполнение трубной системы ПВД водой не допускается при отключенной или неисправной системе защиты от недопустимого повышения уровня конденсата греющего пара;

34

6 – эксплуатация подогревателей высокого давления при отсутствии или неис- правности элементов защит и регуляторов уровня запрещается. При наличии груп- пового защитного байпаса запрещается эксплуатация всей группы ПВД при отсут- ствии или неисправности элементов защит и регуляторов уровня хотя бы на одном из подогревателей, а также при отключении по пару любого из них;

7 – система регулирования уровня в подогревателях должна быстро реагиро- вать на его изменение, воздействуя на степень открытия регулирующего клапана на трубопроводе слива дренажа. При небольших повреждениях в трубной системе и запасах по проходному сечению конденсатопроводов и регуляторов уровня повы- шения уровня может и не произойти. Но для исключения последствий разгермети- зации ПВД, если персонал обнаружил изменение в количестве сливаемого конден- сата (по степени открытия клапана при соответствующей нагрузке турбоагрегата), ПВД следует отключить с целью проверки герметичности и проведения, при необ- ходимости, ремонта аппарата;

8 – для турбоустановок неблочных ТЭС, работающих при постоянном давлении в деаэраторе питательной воды, необходимы блокировки, автоматически изменяю- щие схему слива конденсата греющего пара двух нижних ПВД при уменьшении на- грузки турбоагрегата. При уменьшении нагрузки давление в нижнем ПВД может уменьшиться настолько, что конденсат греющего пара не удастся каскадно слить в деаэратор питательной воды, что приведет к увеличению уровня в этом ПВД и сра- батыванию соответствующей защиты. Для исключения таких режимов конденсат нижнего ПВД по блокировке переводится в верхний ПНД, а конденсат второго по ходу питательной воды ПВД – в деаэратор питательной воды;

9 – при эксплуатации системы регенерации контролируются следующие основ- ные параметры:

–уровни конденсата в каждом подогревателе;

–давление в паровом пространстве подогревателей и камерах соответствую- щих отборов турбины;

–давление основного конденсата или питательной воды по тракту;

–температура основного конденсата или питательной воды за каждым подог- ревателем, а также за группой ПВД после обратного клапана;

–температура греющего пара на входе в подогреватели;

–температура конденсата греющего пара;

–расход основного конденсата или питательной воды по тракту;

–давление основного конденсата после КИС ПВД;

10 – Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей Рос- сийской Федерации установлено, что система регенерации паротурбинной установ- ки в эксплуатации должна обеспечивать:

–надежность теплообменных аппаратов при всех режимах работы турбин;

–нормативные значения температуры питательной воды (конденсата) за каж- дым подогревателем и ее конечного подогрева;

–поддержание нормативного температурного напора (недогрева воды до тем- пературы насыщения) в каждом теплообменном аппарате.

Эффективность работы регенеративных подогревателей как теплообменных аппаратов характеризуются значением недогрева воды до температуры насыщения

35