ГЛАВА ПЯТАЯ
СИСТЕМЫ РЕГЕНЕРАЦИИ, СЕПАРАЦИИ, ПЕРЕГРЕВА. РЕГУЛЯТОРЫ, ФИЛЬТРЫ
- КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
- РЕГЕНЕРАТИВНЫЕ ПОДОГРЕВАТЕЛИ
Современные паротурбинные установки энергоблоков АЭС имеют развитую систему регенерации, обычно из пяти — девяти регенеративных подогревателей высокого и низкого давления (ПВД и ПНД), осуществляющих ступенчатый подогрев, питательной воды. Регенеративный подогрев питательной воды является эффективным средством повышения экономичности турбоустановки.
Подогрев питательной воды осуществляется до определённой температуры, которая обусловлена в основном начальными параметрами пара. Эффективность системы регенерации зависит также от типа, способа включения регенеративных подогревателей и качества их работы.
Рис. 5.1. Схема включения ПНД-5 турбоустановки К-220-44
Основные типы регенеративных подогревателей, применяемые в турбоустановках Харьковского турбинного завода (ХТЗ) для АЭС, описаны в работах [6, 10]. В обозначениях теплообменных аппаратов буквы характеризуют вид аппарата (ПН — подогреватель низкого давления; ПВ — подогреватель высокого давления); первые цифры — площадь поверхности охлаждения. м2; вторые — максимальное давление конденсата (для ПНД) или питательной воды (для ПВД), кгс/см2; третьи — максимальное давление по пару, кгс/см2. Такие обозначения были приняты после введения соответствующих ГОСТ и ОСТ на эти аппараты. В период выпуска первых установок АЭС в обозначениях теплообменных аппаратов имеется много специальных индексов, присваиваемых заводами-изготовителями.
Регенеративные ПНД.
В системе регенерации двухконтурных АЭС применяются регенеративные ПНД, которые практически не отличаются от аналогичных для турбоустановок ТЭС. Подогреватели ПН-200, ПН-250 и ПН-800 имеют одинаковую схему включения и состоят из корпуса с фланцем, патрубков для подвода пара, подвода и отвода конденсата, трубной системы с трубками U-образной формы, развальцованными в трубной доске, и верхней водяной камеры для подвода и отвода основного конденсата.
Все ПНД — аппараты вертикального типа; по подогреваемому конденсату — четырех- или шестиходовые; по пару также имеют несколько ходов, образованных перегородками в межтрубном пространстве.
Подогреватели ПН-800, применяемые для турбоустановки К-220-44, имеют улучшенную систему отсоса паровоздушной смеси, а также более надежную систему защиты от повышения уровня конденсата в подогревателе. Схема включения ПНД-5 приведена на рис. 5.1.
Для турбоустановки К-500-65/3000 одноконтурной АЭС выполнены ПНД специальной конструкции. Они удовлетворяют всем обычным требованиям для ПНД (высокая герметичность, полный дренаж паровых и водяных объемов, надежное удаление неконденсирующихся газов для предотвращения взрывоопасной концентрации гремучей смеси, возможность промывки ПНД при их останове). Парогазовоздушная смесь удаляется из центральной зоны нижней части трубного пучка двумя трубками. Во избежание накопления гремучей смеси в одном ПНД и предотвращения взрывоопасных ее концентраций отсос из каждого ПНД осуществляется непосредственно в конденсатор, а не каскадно, как это выполняется в двухконтурной турбоустановке АЭС. Для удаления парогазовоздушной смеси из центральной зоны парового пространства подогревателя предусмотрен специальный отсос для вентиляции аппарата при подготовке его к ремонтным работам.
Подогреватели низкого давления по основному конденсату четырехходовые, что обеспечивается Т-образной перегородкой в верхней водяной камере и одной диаметральной — в нижней. Патрубки подвода и отвода основного конденсата в верхней водяной камере заканчиваются фланцами.
Рис. 5.2. Схема включения охладителя дренажа ОВ-150-3
Подогреватели ПН- 1700-25 двухконтурных турбин К-500-60/1500 сочетают в себе конструктивные решения отдельных узлов рассмотренных выше подогревателей. Трубная система выполнена из П-образных трубок, что обеспечивает одновременно II свободу температурных удлинений и опорожнение при отключении. В то же время все конструктивные решения корпуса (двустенный с нижним расположением пароподводящего патрубка при верхнем подводе пара в трубную систему через ряд отверстий во внутренней стенке, приварка трубной доски к корпусу с фланцевым разъемом в водяной части подогревателя) повторяют конструкцию ПН-800 со всеми ее преимуществами по повышению плотности трубной системы и др. [10].
Охладитель дренажа ПНД.
В системе регенерации низкого давления применяются охладители дренажа ПНД, технические характеристики которых приведены в работах [6, 10].
В турбоустановках мощностью до 220 МВт включительно используются вертикальные охладители дренажа, в которых часть основного конденсата проходит по трубкам, часть в обвод, а охлаждаемый дренаж — в межтрубном пространстве. Охладители по конструкции однотипны; схема включения приведена на рис. 5.2.
Охладитель дренажа греющего пара состоит из корпуса, трубной системы и водяной камеры. К корпусу приварены опорные рамы, патрубки подвода и отвода дренажа греющего пара, штуцера для опорожнения и верхний фланец. Трубная система собрана на трубной доске с каркасом, вертикальной перегородкой, в которой выполнено отверстие для прохода дренажа греющего пара из одной части в другую, и горизонтальными перегородками для направления дренажа по ходам трубной системы и предотвращения вибраций U-образных трубок, развальцованных в трубной доске.
Охладители дренажа сепарата, применяемые в турбинах К-500-65/3000, выполнены восьмиходовыми как по охлаждаемому дренажу, так и по основному конденсату. При этом благодаря расположению перегородок в трубной системе и водяных камерах обеспечивается противоток теплоносителей.
Охладители дренажа ПНД турбин К-500-60/1500 являются горизонтальными гладкотрубными аппаратами; трубная система набрана из U-образных труб.
Регенеративные ПВД.
В турбоустановках К-220-44 применяются ПВД типа ПВ-1600-92, разработанные специально для этих турбин; в этих подогревателях отсутствует зона пароохладителя, вся поверхность теплообмена состоит из собственно подогревателя и охладителя дренажа. Поверхность теплообмена подогревателя выполнена в виде каркаса из шести распределительных коллекторов с шестью колоннами спиральных змеевиков.
В процессе эксплуатации ПВД этого типа выявлена негерметичность трубного пучка [1], поэтому произведена его реконструкция. Схема трубного пучка ПВД-1600 до и после реконструкции представлена на рис. 5.3, а на рис. 5.4 — схема включения ПВД-6 — ПВД-8 турбоустановки К-220-44.
Рис. 5.3. Схема движения теплоносителей в подогревателе высокого давления ПВ-1600 после реконструкции трубного пучка
Подогреватели высокого давления, разработанные и примененные в турбоустановках К-500-60/1500, по конструктивному исполнению — горизонтальные теплообменники бесколлекторного типа с трубной системой из U-образных трубок, которые развальцованы и приварены к трубной доске, закрепленной в корпусе подогревателя с помощью сварки. Например, подогреватель типа ПВ-2000 — бесфланцевой конструкции; водяная камера расположена посередине. С помощью горизонтальной перегородки в водяной камере образуется два хода питательной воды по трубкам ПВД. Горизонтальная перегородка приварена к каждой трубной доске и образует вместе с ними жесткую конструкцию, воспринимающую усилия от давления питательной воды; такая конструкция водяной камеры позволяет уменьшить толщину трубной доски. Бесколлекторная конструкция ПВД позволяет снизить гидравлическое сопротивление аппарата и, следовательно, повысить экономичность турбоустановки.
Технические характеристики ПВД турбоустановок ХТЗ для АЭС приведены в работах [6, 10].
Регулирование уровня и защита ПНД и ПВД от переполнения.
Рис. 5.4. Схема включения ПВД-6—ПВД-8 турбоустановки К-220-44
Подогреватели ПН-800 турбоустановки К-220-44, в отличие от ПНД турбоустановок ТЭС, имеют более надежную систему защиты от повышения уровня конденсата, снабжены первичными приборами для подачи импульсов при достижении как максимального допустимого регулируемого уровня, так и аварийного уровня.
При достижении неаварийного уровня и срабатывании защиты по данному уровню подогреватель не отключается, а с помощью задвижек изменяются потоки из ПНД; при аварийном повышении уровня защита отключает подогреватель.
Рис. 5.5. Схема регулирования уровня в ПНД
1 — подогреватель; 2 — конденсатный бак; 3 — линия постоянного уровня; 4 — дифференциальный манометр; 5 — линия переменного уровня
Схема регулирования уровня в ПНД приведена на рис. 5.5. Как следует из схемы, дифманометр подключен к линии постоянного уровня от бака и к линии переменного уровня в самом подогревателе.
Электронная система настроена таким образом, что при нормальном уровне конденсата в ПНД система находится в «нулевом» положений и импульсы к регулирующим органам подогревателя от системы не поступают.
При повышении или понижении уровня конденсата дифманометр подает в электронную систему необходимый импульс, который после усилителя поступает в систему дистанционного управления, воздействующую непосредственно на клапан регулятора уровня подогревателя [10]. При достижении максимального допустимого уровня конденсата в ПНД от этой же системы подается импульс на закрытие и открытие соответствующих задвижек, что обеспечивает соответствующее снижение уровня в ПНД вследствие изменения схемы потоков дренажа.
Такая же система с дифманометром, электронным блоком и баком постоянного уровня, установленным на корпусе подогревателя выше аварийного предела по уровню, применяется в системе защиты ПНД от переполнения. В этом случае импульсы от электронной системы поступают к соответствующим электрифицированным задвижкам, обеспечивающим отключение ПНД при достижении аварийного уровня в подогревателе, как это предусмотрено технологической тепловой схемой турбоустановки и системой защиты.
В подогревателях коллекторного типа ПВ-1600-92 применена более современная система регулирования и защиты по уровню конденсата в ПВД, которая предусматривает кроме регулирования уровня дренажа при помощи регуляторов уровня со своей электронной системой также получение управляющих импульсов при первом и втором аварийных пределах повышения уровня с последующим воздействием на соответствующие органы системы защиты как ПВД, так и энергоблока (см. гл. 6).
Автоматическое защитное устройство ПВД (рис. 5.6) состоит из впускного клапана, устанавливаемого на входе питательной воды в группу ПВД, обратного клапана, устанавливаемого на выходе питательной воды из группы ПВД, перепускных трубопроводов, связывающих входную полость впускного клапана и выходную полость обратного клапана, и системы трубопроводов с арматурой [10].
При нормальной работе подогревателей оба клапана открыты, их тарелки находятся в верхнем положении. При этом тарелка впускного клапана находится под разностью давлений из-за гидравлического сопротивления группы ПВД и уменьшения площади штока тарелки, выведенного в атмосферу, а тарелка обратного клапана — под давлением питательной воды.
Рис. 5.6. Схема автоматического защитного устройства ПВД (момент пуска)
1 — обратный клапан; 2 — автоматический клапан; 3 — электромагнитный клапан; 4 — тарелка впускного клапана
При недопустимом повышении уровня в одном из корпусов группы ПВД по импульсу от первичных органов защиты открываются электромагнитные клапаны, так называемые КИС — клапаны импульсные соленоидные. Вода под давлением поступает в надпоршневое пространство автоматического клапана, поршень которого, перемещаясь, соединяет подпоршневое пространство впускного клапана с областью низкого давления. Вследствие разности давлений в над- и подпоршневом пространстве впускного клапана его поршень вместе со штоком и тарелкой опускается вниз, перекрывая доступ питательной воде в группу ПВД и одновременно открывая доступ питательной воде в перепускной трубопровод в обвод группы ПВД. При этом тарелка обратного клапана под действием давления питательной воды из перепускного трубопровода опускается вниз, отключая группу ПВД по питательной воде.
При восстановлении нормального уровня в ПВД подача импульса на открытие электромагнитных клапанов прекращается и они закрываются; под действием пружины автоматического клапана его поршень поднимается в верхнее положение, отключая подпоршневое пространство впускного клапана от области низкого давления; тарелка впускного клапана из-за разности усилий, приложенных к нижней и верхней стороне, поднимается вверх, в результате чего происходит автоматическое включение ПВД по питательной воде. Последнее может иметь место и при неаварийном отключении группы ПВД — без разрыва трубок трубной системы ПВД.
Отключение группы ПВД может быть осуществлено также вручную путем открытия вентиля между линией подпоршневого пространства впускного клапана и областью низкого давления.
Вентиль между трубопроводом подвода питательной воды к впускному клапану и полостью ПВД за клапаном служит для заполнения трубной системы ПВД питательной водой и включения группы ПВД [10].
