Поверхностный конденсатор - Surface condenser

Поверхностный конденсатор

А поверхностный конденсатор - это обычно используемый термин для обозначения водяного охлаждения кожухотрубный теплообменник установлен для конденсации выхлопа пар из паровая турбина в тепловые электростанции.[1][2][3] Эти конденсаторы находятся теплообменники которые переводят пар из газообразного в жидкое состояние при давлении ниже атмосферное давление. Когда 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.

Цель

На тепловых электростанциях поверхностный конденсатор предназначен для конденсировать отработанный пар из паровой турбины для получения максимального эффективность, а также для преобразования отработавшего пара турбины в чистую воду (называемую конденсатом пара), чтобы его можно было повторно использовать в парогенератор или же котел в качестве котловой питательной воды.

Зачем это нужно

Сама паровая турбина представляет собой устройство для преобразования высокая температура от пара к механическому мощность. 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 конверсия тепла на фунт или же килограмм преобразования пара в механическую мощность турбины, 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 выделяется из-за конденсация отработанный пар уносится охлаждающей средой (водой или воздухом), используемой поверхностным конденсатором.

Схема поверхностного конденсатора с водяным охлаждением

Схема типичного поверхностного конденсатора с водяным охлаждением

На следующей диаграмме изображен типичный поверхностный конденсатор с водяным охлаждением, который используется на электростанциях для конденсации отработанного пара из паровая турбина вождение электрический генератор а также в других приложениях.[2][3][4][5] Существует множество вариантов конструкции изготовления в зависимости от производителя, размера паровой турбины и других условий, специфичных для объекта.

Ракушка

Кожух является самым внешним корпусом конденсатора и содержит трубы теплообменника. Корпус изготовлен из углеродистая сталь пластины и усилены по мере необходимости, чтобы обеспечить жесткость оболочки. Когда этого требует выбранная конструкция, устанавливаются промежуточные пластины, которые служат перегородками, обеспечивающими желаемый путь потока конденсируемого пара. Пластины также обеспечивают поддержку, которая помогает предотвратить провисание труб большой длины.

Внизу кожуха, где собирается конденсат, установлен выпускной патрубок. В некоторых дизайнах отстойник (часто называемый горячим колодцем). Конденсат откачивается из выпускного патрубка или горячего колодца для повторного использования в качестве питательная вода котла.

Для большинства поверхностных конденсаторов с водяным охлаждением кожух находится ниже [частичного] вакуум в нормальных условиях эксплуатации.

Вакуумная система

Схема типичного современного инжектора или эжектора. Для паровой эжектор, движущейся жидкостью является пар.

В поверхностных конденсаторах с водяным охлаждением внутренний вакуум в кожухе обычно создается и поддерживается внешним пароструйный эжектор система. Такая эжекторная система использует пар в качестве рабочей жидкости для удаления любых неконденсируемых газов, которые могут присутствовать в поверхностном конденсаторе. В Эффект Вентури, который является частным случаем Принцип Бернулли, относится к работе пароструйных эжекторов.

Механический с приводом от двигателя вакуумные насосы, такой как жидкое кольцо типа, также популярны для этой услуги.

Трубные листы

На каждом конце оболочки лист достаточной толщины, обычно сделанный из нержавеющая сталь снабжен отверстиями для вставки и сворачивания трубок. Входной конец каждой трубки также имеет раструб для упрощенного входа воды. Это чтобы избежать водовороты на входе каждой трубы, вызывая эрозию и уменьшая трение потока. Некоторые производители также рекомендуют пластиковые вставки на входе в трубки, чтобы избежать эрозии входного конца водоворотами. В устройствах меньшего размера некоторые производители используют манжеты для уплотнения концов трубок вместо катания. Позаботиться о длине расширение Из труб в некоторых конструкциях имеется компенсатор между оболочкой и трубной решеткой, позволяющий последней перемещаться в продольном направлении. В небольших установках трубам придается некоторый прогиб, чтобы компенсировать расширение труб, при этом водяные камеры обоих концов жестко прикреплены к корпусу.

Трубки

Обычно трубы изготавливаются из нержавеющая сталь, медные сплавы, такие как латунь или бронза, медно-никель, или же титан в зависимости от нескольких критериев выбора. Медьсодержащие сплавы, такие как латунь или медно-никелевый сплав, на новых заводах 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 повышения 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. Наружный 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.

Водяные боксы

Трубная решетка на каждом конце с загнутыми концами труб, так как каждый конец конденсатора закрыт сборной 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 стороне входа также будут иметь фланцевые соединения для входа охлаждающей воды. дроссельные заслонки, малая вентиляционная труба с рукой клапан для отвода воздуха на более высоком уровне и ручного слива клапан внизу, чтобы слить воду из водяного бокса для обслуживания. Точно так же на выходе водяного бокса соединение охлаждающей воды будет иметь большие фланцы, дроссельные заслонки, вентиляционное соединение также на более высоком уровне и дренажное соединение на более низком уровне. по аналогии термометр На впускном и выпускном патрубках расположены карманы для локальных измерений температуры охлаждающей воды.

В небольших установках некоторые производители изготавливают кожух конденсатора, а также водяные камеры. чугун.

Коррозия

Со стороны охлаждающей воды конденсатора:

Трубы, трубные решетки и водяные камеры могут быть изготовлены из материалов различного состава и всегда контактировать с циркулирующей водой. Эта вода, в зависимости от ее химического состава, будет действовать как электролит между металлическим составом трубок и водяными ящиками. Это приведет к электролитическому коррозия который сначала начнется с анодных материалов.

Конденсаторы на основе морской воды, в частности, когда в морскую воду добавлены химические загрязняющие вещества, имеют наихудшие коррозионные характеристики. Речная вода с загрязняющие вещества также нежелательны для охлаждающей воды конденсатора.

Необходимо терпеть коррозионное воздействие морской или речной воды и применять соответствующие методы. Один из методов - использование гипохлорит натрия, или же хлор, чтобы убедиться, что на трубах нет морского образования. 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 трубками воздушной зоны высока. Следовательно, эти трубы подвержены более высокой скорости коррозии. Иногда эти трубы подвержены 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.

Последствия коррозии

Поскольку концы трубок корродируют, существует возможность утечки охлаждающей воды на сторону пара, загрязняющей сконденсированный пар или конденсат, что вредно для парогенераторы. Другие части водяных камер также могут быть повреждены в долгосрочной перспективе, требуя ремонта или замены, включая длительные остановки.

Защита от коррозии

Катодная защита обычно используется для решения этой проблемы. Расходные аноды из цинк Пластины (самые дешевые) устанавливаются в подходящих местах внутри водяных ящиков. 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.

Последствия загрязнения трубной стороны

Как и следовало ожидать, с миллионами галлонов циркулирующей воды, протекающей по трубкам конденсатора из морской или пресной воды, все, что содержится в воде, протекающей по трубам, может в конечном итоге оказаться либо на трубной решетке конденсатора (обсуждалось ранее), либо внутри сама трубка. Загрязнение труб поверхностных конденсаторов подразделяется на пять основных категорий; твердые частицы, такие как ил и отложения, биообрастания, такие как слизь и биопленки, образование накипи и кристаллизация, например карбонат кальция, макрообрастание, которое может включать что-либо от мидии зебры которые могут разрастаться на трубной решетке до дерева или другого мусора, блокирующего трубки, и, наконец, продуктов коррозии (обсуждалось ранее).

В зависимости от степени загрязнения, воздействие может быть довольно сильным, что может сказаться 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. Как правило, это может быть довольно затратно для электростанций в виде снижения мощности, увеличения расхода топлива и увеличения выбросов CO.2 выбросы. Это «снижение номинальных характеристик» турбины из-за засорения или засорения трубок конденсатора является признаком того, что предприятию необходимо очистить трубки, чтобы вернуться к работе турбины. паспортная мощность. Доступны различные методы очистки, в том числе онлайн и офлайн, в зависимости от конкретных условий предприятия.

Другие применения поверхностных конденсаторов

Тестирование

Национальные и международные коды испытаний используются для стандартизации процедур и определений, используемых при испытании больших конденсаторов. В США., КАК Я публикует несколько кодов испытаний на производительность конденсаторов и теплообменников. К ним относятся ASME PTC 12.2-2010, Поверхностные паровые конденсаторы, и PTC 30.1-2007, Паровые конденсаторы с воздушным охлаждением.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Роберт Терстон Кент (Главный редактор) (1936). Справочник инженеров-механиков Кента (Одиннадцатое издание (двухтомное) изд.). John Wiley & Sons (серия руководств по проектированию Wiley).
  2. ^ а б Babcock & Wilcox Co. (2005). Steam: его создание и использование (41-е изд.). ISBN  0-9634570-0-4.
  3. ^ а б Томас Эллиотт, Као Чен, Роберт Свонекамп (соавторы) (1997). Стандартный справочник по силовой установке (2-е изд.). McGraw-Hill Professional. ISBN  0-07-019435-1.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  4. ^ Ориентационный курс по контролю за загрязнением воздуха с сайта Учебного института по проблемам загрязнения воздуха
  5. ^ Экономия энергии в паровых системах В архиве 2007-09-27 на Wayback Machine Рисунок 3а, Схема поверхностного конденсатора (перейдите к странице 11 из 34 страниц pdf)