РД 34.30.501-85 Методические указания по эксплуатации конденсационных установок паровых турбин электростанций (МУ 34-70-122-85)

ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР 
ГЛАВТЕХУПРАВЛЕНИЕ

 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ 
ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ КОНДЕНСАЦИОННЫХ УСТАНОВОК 
ПАРОВЫХ ТУРБИН ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

РД 34.30.501 
(МУ 34-70-122-85) 

Срок действия установлен с 01.07.86 г. до 01.07.96 г.
продлен до 31.12.99 г.

РАЗРАБОТАНО Московским головным предприятием ПО «Союзтехэнерго» и Всесоюзным дважды ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательским теплотехническим институтом им. Ф.Э. Дзержинского (ВТИ)

ИСПОЛНИТЕЛИ А.К. Кирш, Г.М. Коновалов (ПО «Союзтехэнерго»), Л.Д. Берман, Э.П. Зернова (ВТИ)

УТВЕРЖДЕНО Главным техническим управлением по эксплуатации энергосистем 04.06.85 г.

Заместитель начальника Д.Я. Шамараков

Срок действия продлен 25.04.1996

Настоящие Методические указания, обобщающие накопленный за многие годы опыт обеспечения надежной и эффективной работы конденсационных установок паровых турбин на электростанциях системы Минэнерго СССР, предназначены для персонала районных энергоуправлений, электростанций и наладочных организаций. В них рассматриваются основные особенности рабочего процесса и конструкции элементов конденсационных установок - конденсаторов, воздушных, конденсатных и циркуляционных насосов и водоочистных устройств (исключая гидротехнические сооружения и водоохладители систем циркуляционного водоснабжения), даются рекомендации по контролю за их работой в условиях эксплуатации, рассматриваются основные причины неполадок в работе и способы их устранения.

Использование ЭВМ для контроля за технико-экономическими показателями конденсационных установок не рассматривается в настоящих Методических указаниях, поскольку оно является одной из функций АСУ ТП всего энергоблока (см. «Типовой алгоритм расчета технико-экономических показателей конденсационных энергоблоков мощностью 300, 500, 800 и 1200 МВт» М.: СПО Союзтехэнерго, 1980).

Выпуск Методических указаний не исключает составление и выпуск более детальных и учитывающих местные особенности электростанций указаний и инструкций по эксплуатации отдельных узлов конденсационных установок.

 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1. Назначение конденсационной установки

1.1.1. Основным назначением конденсационной установки паротурбинного агрегата является конденсация отработавшего пара турбины и обеспечение за последней ступенью при номинальных условиях давления пара не выше расчетного, определенного исходя из технико-экономических соображений.

Среднее давление отработавшего пара р₂ для принятых при проектировании конденсатора номинальных условий (расхода пара в конденсатор, температуры и расхода охлаждающей воды; составляет обычно 3,5 - 6 кПа (0,035 - 0,060 кгс/cм²). Поскольку оно значительно ниже атмосферного (барометрического), ему отвечает разрежение в паровом пространстве конденсатора. В отличие от номинальных значений параметров свежего пара перед турбиной давление отработавшего пара р₂ не может поддерживаться в эксплуатации на определенном заданном уровне, а заметно изменяется в зависимости от режимных условий. Его значения, отвечающие различным условиям работы конденсационной установки при удовлетворительном ее состоянии, определяются по тепловым характеристикам (см. разд. 2.2 и 5.3).

1.1.2. Помимо поддержания давления отработавшего пара на требуемой для экономичной работы турбоагрегата уровне конденсационная установка должна также обеспечивать:

- сохранение конденсата отработавшего пара, используемого в системе питания парового котла, и его качество, соответствующее после смешения с водами, поступающими в конденсатор извне, требованиям ПТЭ (ограничение в допустимых пределах содержания в нем кислорода, растворенных солей и продуктов коррозии);

- предотвращение переохлаждения конденсата на выходе из конденсатора по отношению к температуре насыщения отработавшего пара, приводящего к потере теплоты;

- прием при нормальной работе, а также при пусках и остановах энергоблока предусмотренных его тепловой схемой сбросов в конденсатор (непосредственно через паросбросные устройства, расширители или БРУ-К) пара, горячих дренажей из других аппаратов и добавочной воды для системы питания парового котла.

1.2. Оборудование конденсационной установки

1.2.1. Применяющиеся одно- или многокорпусные поверхностные конденсаторы с водяным охлаждением, как правило, представляют собой горизонтальные кожухотрубные теплообменные аппараты, в которых на наружной поверхности трубок конденсируется отработавший пар, поступающий из турбины, а внутри трубок протекает охлаждающая вода, отводящая теплоту конденсата пара. Образовавшийся на трубках конденсат стекает из трубного пучка на днище корпуса и затем в конденсатосборники, из которых он удаляется конденсатными насосами. На рис. 1.1 приведена принципиальная схема, конденсационной установки.

Пар, поступающий в конденсатор, содержит обычно примесь неконденсирующихся газов, в основном воздуха, проникающего через неплотности в вакуумной системе турбоагрегата (см. разд. 12.1).

Для поддержания разрежения в паровом пространстве конденсатора неконденсирующиеся газы должны постоянно удаляться. Это осуществляется с помощью воздушных насосов, паро- или водоструйных эжекторов или роторных вакуум-насосов, например водокольцевых, отсасывающих из конденсатора неконденсирующиеся газы (воздух) с остаточным содержанием пара, сжимающих паровоздушную смесь и выбрасывающих ее в атмосферу.

1.2.2. При некоторых режимах работы энергоблоков (см. п. 1.1.2) осуществляется сброс свежего пара в конденсатор помимо турбины через приемно-сбросные устройства, в которых пар дросселируется и охлаждается.

1.2.3. Охлаждающая вода подается в конденсатор по напорным трубопроводам циркуляционными насосами, связывающие конденсационную установку с системой технического водоснабжения, которая в зависимости от местных условий выполняется прямоточной или оборотной.

При прямоточной системе водоснабжения вода забирается из естественного источника (реки, озера, моря) и после однократного ее использования сбрасывается в тот же источник, а при оборотной - поступает после конденсатора в водоохлаждающее устройство (градирню, брызгальный бассейн или водохранилище-охладитель); где отдает воспринятую в конденсаторе теплоту наружному воздуху, после чего вновь используется для охлаждения конденсатора.

1.2.4. При прямоточной системе водоснабжения или оборотной с водохранилищем-охладителем охлаждающая вода поступает в водоприемное устройство, в котором установлены очистные решетки и сетки, и которое объединено большей частью с береговой насосной или соединено с приемными колодцами насосов самотечными водоводами.

При оборотной системе водоснабжения с градирнями или брызгальным бассейном вода поступает в циркуляционные насосы из водосборных резервуаров градирен или из бассейна и подается циркуляционными насосами в конденсаторы с давлением, достаточным для подъема подогретой воды из конденсатора на отметку водораспределительного устройства градирен или для обеспечения достаточного давления воды перед соплами брызгального бассейна.

1.2.5. Для уменьшения затраты электроэнергии на циркуляционные насосы (при прямоточном водоснабжении или оборотном с водохранилищем-охладителем) на сбросе воды из конденсатора используется обычно сифон, а из сифонного колодца вода сбрасывается, как правило, самотеком по открытому каналу.

Сброс теплой воды производится ниже водозабора на расстоянии, исключающем ее попадание в водоприемное устройство. В месте сброса воды устраивается участок канала с большим уклоном - быстроток.

2. ОСОБЕННОСТИ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА И ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ КОНДЕНСАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ

2.1. Условия теплопередачи в конденсаторе

2.1.1. Конденсация отработавшего в турбине пара, содержащего примесь неконденсирующихся газов, сопровождается как конвективной теплоотдачей, так и массоотдачей - переносом пара к поверхности трубок и выделением при этом теплоты фазового перехода. Отданная паром при его конденсации теплота передается через стенку трубок охлаждающей воде.

Условия тепло- и массообмена в конденсаторах определяются тем, что пар конденсируется из паровоздушной смеси при вакууме, причем степень конденсации пара превосходит 99,9 %. Вследствие того, что по мере конденсации пара скорость паровоздушной смеси уменьшается, а концентрация в ней воздуха растет, локальные значения поверхностной плотности теплового потока, а соответственно, и плотности поперечного потока массы (конденсирующегося пара) сильно изменяются по пути движения пара (паровоздушной смеси) в трубном пучке конденсатора. Неоднородность распределения плотностей теплового потока в трубном пучке увеличивается еще из-за неравномерности распределения поступающего пара по периметру трубного пучка или отдельных его модулей и влияния конденсата, стекающего в пучке с верхних рядов трубок на нижние.

2.1.2. Основное влияние на внешние показатели работы конденсатора (средний коэффициент теплопередачи, температурный напор, давление пара, паровое сопротивление и др.), а соответственно, и на характеристики работы конденсатора при переменных режимах оказывает то обстоятельство, что по пути движения пара в трубном пучке образуются две основные зоны, различающиеся между собой условиями теплообмена с паровой стороны:

- зона интенсивной конденсации пара, в которой его температура сохраняется практически неизменной, а локальные значения коэффициента теплопередачи и плотности теплового потока, наибольшие на стороне входа пара в трубный пучок, снижаются по пути движения пара из-за уменьшения коэффициента теплоотдачи с паровой стороны по мере уменьшения скорости пара и повышения концентрации воздуха;

- зона охлаждения паровоздушной смеси, характеризующаяся относительно низкими и слабо изменяющимися локальными значениями коэффициента теплопередачи и плотности теплового потока.

2.1.3. Положение границы между двумя зонами трубного пучка зависит от режима работы конденсатора - паровой нагрузки, температуры и расхода охлаждающей воды, расхода воздуха, содержащегося в поступающем паре, а также от его состояния, в особенности степени чистоты, количества включенных воздушных насосов, их характеристики и состояния. Изменение любого из перечисленных факторов вызывает изменение и перераспределение локальных параметров парового потока в трубном пучке. Доля поверхности охлаждения, приходящаяся на зону охлаждения паровоздушной смеси, может при некотором сочетания этих факторов (например, при большой паровой нагрузке и высокой температуре охлаждающей воды) не выходить за пределы выделяемой в трубном пучке конденсатора воздухоохладительной секции и даже приближаться к нулю, а при другом их сочетании (например, при пониженной паровой нагрузке, низкой температуре охлаждающей воды, повышенном присосе воздуха) - возрастать за счет соответствующего уменьшения доли поверхности, приходящейся на зону интенсивной конденсации пара.

2.1.4. Уменьшение зоны интенсивной конденсации пара и соответствующее увеличение зоны охлаждения смеси влечет за собой, как правило, уменьшение среднего коэффициента теплопередачи, отнесенного к полной поверхности конденсатора. Лишь при уменьшении расхода (скорости) охлаждающей воды размеры зоны интенсивной конденсации увеличиваются, а значение среднего коэффициента теплопередачи уменьшается вследствие снижения коэффициента теплоотдачи с водяной стороны.

При уменьшении зоны интенсивной конденсации пара уменьшается обычно и падение давления пара в трубном пучке (паровое сопротивление конденсатора). Так, в случае понижения температуры охлаждающей воды давление пара в конденсаторе становится меньшим, а его удельный объем и скорости растут, но из-за уменьшения размеров зоны интенсивной конденсации пара падение давления в трубном пучке обычно не увеличивается, а даже становится меньшим. Увеличение при этом размеров зоны охлаждения паровоздушной смеси способствует повышению содержания кислорода в конденсаторе (см. разд. 13).

2.1.5. Между работой конденсатора и воздушного насоса существует тесная взаимная связь, проявляющаяся при всех режимах работы конденсационной установки. Любое изменение режима работы конденсатора вызывает изменение температуры отсасываемой из него паровоздушной смеси t_см и, как следствие этого, изменение давления на стороне всасывания воздушного насоса и давления в конденсаторе.

2.1.6. Указанные выше особенности условий теплопередачи в конденсаторе определяют рациональную компоновку трубного пучка, при которой обеспечивается эффективное использование его поверхности охлаждения. Трубный пучок должен иметь достаточно большое живое сечение на стороне входа в него отработавшего пара и по пути движения потока пара в зоне интенсивной его конденсации, чтобы уменьшить падение давленая пара в этой зоне при больших локальных значениях коэффициента теплопередачи, определяющихся здесь преимущественно интенсивностью теплоотдачи с водяной стороны. В отличие от этого скорости потока в зоне охлаждения паровоздушной смеси должны быть несколько повышены по сравнению с их значениями на выходе из зоны интенсивной конденсации для повышения локальных значений коэффициента теплоотдачи от смеси к трубкам и уменьшения содержания пара в смеси, удаляемой из конденсатора, а соответственно, и давления этой смеси р_н перед воздушным насосом.

2.1.7. Пленка конденсата, отекающего в конденсаторе по трубкам, имеет со стороны стенки трубки температуру, сравнительно не на много превосходящую температуру охлаждающей воды, а со стороны ее свободной поверхности равную или приближающуюся к температуре насыщения омывающего ее пара. Поэтому средняя температура конденсата, стекающего с трубок, в том числе и с нижних рядов трубок пучка на днище конденсатора, ниже температуры пара. Для устранения переохлаждения конденсата, поступающего в конденсатные насосы, по отношению к температуре отработавшего пара t₂ в трубном пучке предусматривается один или несколько сквозных проходов, через которые часть отработавшего пара поступает непосредственно под трубный пучок, где этот пар, конденсируясь на поверхности стекающих из пучка струй и капель переохлажденного конденсата, догревает его до температуры t₂ («регенерирует» конденсат). Образование проходов в трубном пучке способствует также увеличению свободного периметра трубного пучка, доступного для поступающего пара, а благодаря этому и уменьшению скорости пара на входе в трубный пучок.

2.1.8. Требования, предъявляемые к выполнению трубного пучка конденсатора, могут быть наиболее полно удовлетворены при двухзонных ленточной и модульно-ленточной его компоновках, примеры которых представлены на рис. 2.1, 2.2 и (см. также рис. 3.1 - 3.3). При таких компоновках основная часть трубного пучка (или модуля) имеет в поперечном разрезе форму ленты, толщина которой определяет длину пути пара в этой части, а воздухоохладительная секция - форму трапеции, суживающейся в направлении движения паровоздушной смеси.

2.1.9. Содержание кислорода в конденсате, поступающем из конденсатора в питательный тракт, не должно превосходить допустимого по ПТЭ значения.

В конденсаторе кислород поступает в конденсат главным образом двумя путями: он абсорбируется (растворяется) в конденсате при контакте последнего с паровоздушной смесью и попадает в конденсат вместе с механически захватываемым им при стекании в трубном пучке воздухом.

Часть этого воздуха, содержащегося в конденсате, при отекании его в виде струй и капель из трубного пучка и тонким слоем по днищу конденсатора и конденсатосборнику выделяется из жидкости и удаляется воздушным насосом.

2.2. Показатели работы конденсационной установки

2.2.1. Давление отработавшего пара в конденсаторе р₂, как указывалось, изменяется при эксплуатации турбоагрегата в широких пределах. Оно зависит от следующих режимных условий: расхода отработавшего пара D₂; определяющегося электрической, а для теплофикационных установок также и тепловой нагрузкой турбины, расхода W и начальной температуры t_1в охлаждающей воды. Поэтому для осуществления систематического эксплуатационного контроля за работой конденсационной установки необходимо располагать нормативными характеристиками, определяющими зависимость показателей ее работы при исправном состоянии оборудования и допустимых по ПТЭ присосах воздуха от указанных режимных условий. Сопоставление фактических и нормативных показателей позволяет выявить неполадки в работе конденсационной установки и нарушения воздушной плотности вакуумной системы турбоагрегата.

2.2.2. В качестве показателя работы конденсатора используется также конечный температурный напор, или разность температуры отработавшего пара t₂ (°C) и температуры охлаждающей воды на выходе из конденсатора t_2в (°C):

При данных значениях D₂, W и t_1в температурный напор dt практически однозначно определяет для нормальных режимов работы турбины, при которых отработавший пар является насыщенным, давление р₂, которое может быть найдено с помощью таблиц теплофизических свойств водяного пара по температуре.

Из выражений (2.1) - (2.3) видно, что при заданных значениях F, Dh и определенных режимных параметрах D₂, W и t_1в показатели эффективности работы конденсатора р₂ и dt определяются значением коэффициента теплопередачи K.

Из тех же формул следует, что при прочих равных условиях уменьшение паровой нагрузки D₂ приводит к понижению р₂ и dt; уменьшение температуры охлаждающей воды t_1в - к увеличению dt, но поскольку сумма t_1в + dt становится при этом меньше, то t₂, а соответственно, и р₂ уменьшаются; уменьшение расхода охлаждающей воды W вследствие понижения при этом K слабо влияет на dt, но преобладающее влияние при этом увеличения Dt_в приводит к росту р₂.

Нормативные тепловые характеристики конденсаторов dt = f(D₂, W, t_1в) и р₂ = f(D₂, W, t_1в) и способ пользования ими приведены в разд. 5.3. При отсутствии нормативных характеристик можно также пользоваться для контроля за работой конденсационной установки характеристиками, рассчитанными по методике, приведенной в [1].