Войти
Поверхностный конденсатор Поверхностный конденсатор является широко используемым термином для водоохлаждаемого кожухотрубного теплообменника установлен для конденсации выхлопных пара из паровой турбины в тепловых электростанциях. Эти конденсаторы представляют собой теплообменники, которые переводят пар из газообразного в жидкое состояние при давлении ниже атмосферного. Там, где не хватает охлаждающей воды, часто используется конденсатор с воздушным охлаждением. Однако конденсатор с воздушным охлаждением значительно дороже и не может обеспечить такое низкое давление (и температуру) выхлопных газов паровой турбины, как поверхностный конденсатор с водяным охлаждением.
Поверхностные конденсаторы также используются в приложениях и отраслях, отличных от конденсации выхлопных газов паровых турбин на электростанциях.
На тепловых электростанциях цель поверхностного конденсатора - конденсировать отработанный пар из паровой турбины для достижения максимальной эффективности, а также преобразовывать отработанный пар турбины в чистую воду (называемую паровым конденсатом), чтобы его можно было повторно использовать. в парогенераторе или котле в качестве питательной воды для котла.
Сама паровая турбина представляет собой устройство для преобразования тепла пара в механическую энергию. Разница между теплотой пара на единицу массы на входе в турбину и теплотой пара на единицу массы на выходе из турбины представляет собой тепло, которое преобразуется в механическую энергию. Следовательно, чем больше в турбине тепла на фунт или килограмм пара преобразуется в механическую энергию, тем выше ее КПД. За счет конденсации отработавшего пара турбины при давлении ниже атмосферного перепад давления пара между входом и выходом турбины увеличивается, что увеличивает количество тепла, доступного для преобразования в механическую энергию. Большая часть тепла, выделяемого из-за конденсации отработанного пара, уносится охлаждающей средой (водой или воздухом), используемой поверхностным конденсатором.
Схема типичного поверхностного конденсатора с водяным охлаждением На следующей диаграмме показан типичный поверхностный конденсатор с водяным охлаждением, который используется на электростанциях для конденсации отработанного пара от паровой турбины, приводящей в действие электрический генератор, а также в других приложениях. Существует множество вариантов конструкции изготовления в зависимости от производителя, размера паровой турбины и других условий, специфичных для объекта.
Кожух является самым внешним корпусом конденсатора и содержит трубы теплообменника. Оболочка изготовлена из пластин из углеродистой стали и усилена по мере необходимости для обеспечения жесткости оболочки. Когда этого требует выбранная конструкция, устанавливаются промежуточные пластины, которые служат перегородками, обеспечивающими желаемый путь потока конденсирующегося пара. Пластины также обеспечивают поддержку, которая помогает предотвратить провисание труб большой длины.
Внизу кожуха, где собирается конденсат, установлен выпускной патрубок. В некоторых конструкциях предусмотрен отстойник (часто называемый горячим колодцем). Конденсат откачивается из выпускного патрубка или из колодца для повторного использования в качестве питательной воды котла.
Для большинства поверхностных конденсаторов с водяным охлаждением кожух находится под [частичным] вакуумом при нормальных условиях эксплуатации.
Схема типичного современного инжектора или эжектора. Для парового эжектора движущейся жидкостью является пар. Для поверхностных конденсаторов с водяным охлаждением внутренний вакуум в кожухе обычно создается и поддерживается внешней пароструйной эжекторной системой. Такая эжекторная система использует пар в качестве рабочей жидкости для удаления любых неконденсируемых газов, которые могут присутствовать в поверхностном конденсаторе. Эффект Вентури, который является частным случаем принципа Бернулли, применяется к работе пароструйных эжекторов.
Для этой службы также популярны механические вакуумные насосы с приводом от двигателя, такие как жидкостные кольцевые.
На каждом конце оболочки предусмотрен лист достаточной толщины, обычно сделанный из нержавеющей стали, с отверстиями для вставки и прокатки труб. Входной конец каждой трубки также имеет раструб для упрощенного входа воды. Это необходимо для предотвращения завихрений на входе в каждую трубку, вызывающих эрозию, и для уменьшения трения потока. Некоторые производители также рекомендуют пластиковые вставки на входе в трубки, чтобы избежать эрозии входного конца водоворотами. В небольших установках некоторые производители используют манжеты для уплотнения концов трубок вместо катания. Для обеспечения продольного расширения труб в некоторых конструкциях между кожухом и трубной решеткой имеется компенсатор, позволяющий последней перемещаться в продольном направлении. В меньших по размеру агрегатах трубам придается некоторый прогиб, чтобы компенсировать их расширение, при этом водяные камеры обоих концов жестко прикреплены к корпусу.
Обычно трубы изготавливаются из нержавеющей стали, медных сплавов, таких как латунь или бронза, медно-никелевый сплав или титан, в зависимости от нескольких критериев выбора. Медьсодержащие сплавы, такие как латунь или купроникель, на новых предприятиях используются редко из-за того, что токсичные медные сплавы опасны для окружающей среды. Также, в зависимости от обработки воды парового цикла для котла, может быть желательно избегать материалов труб, содержащих медь. Титановые конденсаторные трубки обычно являются лучшим техническим выбором, однако использование титановых конденсаторных трубок практически исключено из-за резкого увеличения стоимости этого материала. Длина трубок для современных электростанций составляет около 85 футов (26 м), в зависимости от размера конденсатора. Выбранный размер зависит от транспортабельности и простоты монтажа на месте установки. Внешний диаметр трубок конденсатора обычно составляет от 3/4 дюйма до 1-1 / 4 дюйма, исходя из соображений трения охлаждающей воды конденсатора и общего размера конденсатора.
Трубная решетка на каждом конце с загнутыми концами труб, так как каждый конец конденсатора закрывается изготовленной крышкой коробки, известной как водяная камера, с фланцевым соединением с трубной решеткой или кожухом конденсатора. Водяной ящик обычно снабжен люковыми отверстиями на откидных крышках для проверки и очистки.
Эти водяные камеры на входной стороне также будут иметь фланцевые соединения для впускных дроссельных заслонок охлаждающей воды, небольшую вентиляционную трубу с ручным клапаном для выпуска воздуха на более высоком уровне и ручной дренажный клапан внизу для слива водяного бака для обслуживания. Точно так же на выпускном водяном баке соединение охлаждающей воды будет иметь большие фланцы, дроссельные заслонки, выпускное соединение также на более высоком уровне и сливное соединение на более низком уровне. Аналогичным образом карманы для термометров расположены на впускном и выпускном патрубках для локальных измерений температуры охлаждающей воды.
В небольших установках некоторые производители делают корпус конденсатора, а также водяные камеры из чугуна.
Со стороны охлаждающей воды конденсатора:
Трубки, трубные решетки и водяные камеры могут быть изготовлены из материалов, имеющих различный состав, и всегда находятся в контакте с циркулирующей водой. Эта вода, в зависимости от ее химического состава, будет действовать как электролит между металлическим составом трубок и водяных ящиков. Это вызовет электролитическую коррозию, которая в первую очередь начнется с анодных материалов.
Конденсаторы на основе морской воды, особенно когда морская вода содержит химические загрязнители, имеют худшие характеристики коррозии. Речная вода с загрязняющими веществами также нежелательна для охлаждающей воды конденсатора.
Необходимо терпеть коррозионное воздействие морской или речной воды и применять соответствующие методы. Один из методов - использование гипохлорита натрия или хлора, чтобы гарантировать отсутствие морских зарослей на трубах или трубах. Эта практика должна строго регулироваться, чтобы гарантировать, что оборотная вода, возвращающаяся в море или речной источник, не пострадает.
Со стороны пара (кожуха) конденсатора:
Концентрация нерастворенных газов над трубами воздушной зоны высока. Следовательно, эти трубы подвержены более высокой скорости коррозии. Иногда эти трубы подвергаются коррозионному растрескиванию под напряжением, если исходное напряжение не снимается полностью во время производства. Чтобы преодолеть эти эффекты коррозии, некоторые производители предлагают в этой области трубы с более высокой коррозионной стойкостью.
Поскольку концы трубок корродируют, существует возможность утечки охлаждающей воды на сторону пара, загрязняющей сконденсированный пар или конденсат, что вредно для парогенераторов. Другие части водяных камер также могут быть повреждены в долгосрочной перспективе, что потребует ремонта или замены, включая длительные остановки.
Катодная защита обычно используется для решения этой проблемы. Расходные аноды из цинковых пластин (самые дешевые) устанавливаются в подходящих местах внутри водяных камер. Эти цинковые пластины будут корродированы первыми, находясь в самом низком диапазоне анодов. Следовательно, эти цинковые аноды требуют периодической проверки и замены. Это требует сравнительно меньшего времени простоя. Водяные ящики из стальных пластин также защищены внутри эпоксидной краской.
Как и следовало ожидать, с миллионами галлонов циркулирующей воды, протекающей через трубопровод конденсатора из морской или пресной воды, все, что содержится в воде, протекающей по трубкам, может в конечном итоге оказаться либо на трубной решетке конденсатора (обсуждалось ранее), либо в сама трубка. Загрязнение труб поверхностных конденсаторов подразделяется на пять основных категорий; загрязнение твердыми частицами, такое как ил и отложения, биообрастание, такое как слизь и биопленки, образование накипи и кристаллизация, например карбонат кальция, макрообрастание, которое может включать что угодно, от мидий зебры, которые могут расти на трубной решетке, до древесины или другого мусора, блокирующего трубки, и, наконец, коррозии продукты (обсуждалось ранее).
В зависимости от степени загрязнения, воздействие может быть довольно сильным, что сказывается на способности конденсатора конденсировать отработанный пар, выходящий из турбины. По мере того, как загрязнение накапливается внутри трубы, создается изолирующий эффект, и характеристики теплопередачи труб ухудшаются, что часто требует замедления турбины до точки, в которой конденсатор может справиться с производимым выхлопным паром. Обычно это может быть довольно дорогостоящим для электростанций в виде снижения мощности, увеличения расхода топлива и увеличения выбросов CO 2. Это «снижение номинальных характеристик» турбины в связи с засорением или засорением трубок конденсатора является показателем того, что предприятию необходимо очистить трубопроводы, чтобы вернуться к номинальной мощности турбины. Доступны различные методы очистки, в том числе интерактивные и автономные, в зависимости от конкретных условий предприятия.
Национальные и международные коды испытаний используются для стандартизации процедур и определений, используемых при испытании больших конденсаторов. В США ASME публикует несколько кодов испытаний на производительность конденсаторов и теплообменников. К ним относятся ASME PTC 12.2-2010, Поверхностные конденсаторы пара, и PTC 30.1-2007, Конденсаторы пара с воздушным охлаждением.
