АЭУ АЭС с ВВЭР. Влияние эксплуатационных факторов на работу конденсатора

 

 

 

Рис.6.4 – Экспериментальная  зависимость переохлаждения конденсата от абсолютного давления в конденсаторе при раличной температуре охлаждающей  воды.

Большое переохлаждение конденсата может возникнуть при значительном повышении уровня в нижней части конденсатора, когда часть трубок окажется заполненной при неисправной работе регулятора уровня конденсата в конденсаторе.

Как отмечалось, с переохлаждением  конденсата тесно связано насыщение его коррозионно-активными газами. Это объясняется физикой растворения газов в воде. Минимальная растворимость газов в воде, когда она находится при температуре насыщения, соответствующей давлению. Поэтому в конденсаторах реализуется термическая деаэрация конденсата- подогрев его паром до температуры насыщения. При охлаждении конденсата ниже температуры насыщения происходит бурное поглощение конденсатом газов из парогазовой смеси, имеющей большую концентрацию газа на поверхности раздела фаз.

Процесс насыщения жидкости газом начинается непосредственно в процессе конденсации пара на конденсатной пленке, покрывающей трубку. Падающие с трубок капли и струйки подвергаются механическому и тепловому воздействию пара, который движется в межтрубном пространстве, вследствие чего происходит деаэрация.

Таким образом, двигаясь в  направлении конденсатосборника, капля  попадает то на холодную трубку, то в  паровой поток, попеременно насыщается газами и освобождается от них. Окончательное  газоудаление конденсата зависит от параметров паровоздушной смеси , находящейся над уровнем воды в конденсатосборнике. Если равновесное давление газов в воде при этом его парциальное давление над водой, то процесс дегазации происходит и дальше. Для этом необходимо организовать эффективный отвод газов, выделившихся  с поверхности жидкости, а также обеспечить достаточное время нахождения конденсата в конденсаторе для возможно полного выделения газов. Слой жидкости при этом должен быть минимальным при значительной поверхности соприкосновения конденсата с паром. Эффективным является разбрызгивание конденсата при сливе его в конденсатосборник или слив его в виде отдельных струй.

При нормальной величине присосов воздуха в исправно работающих эжекторах  заметного насыщения конденсата кислородом не происходит. При больших присосах воздуха наблюдается заметное повышение кислородосодержание конденсата.

Особое влияние на переохлаждение конденсата оказывают неплотности  части вакуумной системы, заполненной  конденсатом. При этом даже минимальные  присосы воздуха, значительно меньшие нормированного значения, вызывают резкое повышение кислородосодержание конденсата. Поэтому при поиске мест присосов в вакуумной системе установки особо тщательно необходимо проверить исследование участков, находящихся под уровнем конденсата. Такими источниками насыщения конденсата кислородом могут быть неплотности в сварных соединениях конденсатосборника, фланцевые соединения конденсатопроводов, сальниковых уплотнений насосов и вакуумных задвижек, корпусов насосов, находящихся под разряжением.

Насыщение основного конденсата кислородом может происходить, если в конденсатосборник подводятся под уровень конденсата различные  потоки, содержащие растворенный кислород (дренажи греющего пара ПНД, дренаж от охладителей эжекторов, добавочная хим.обессоленная вода, конденсат от уплотнений насосов и др.).

Для лучшей деаэрации этих потоков и предотвращения попадания кислорода непосредственно  в конденсат все эти линии переносятся в паровое пространство конденсатора, в то место корпуса, где имеется достаточное расстояние до крайних рядов трубок. Это предохранит охлаждающие трубки конденсатора от эрозии. Для этой же цели подводящая труба снабжается дефлектором( защитным щитком) для исключения непосредственного попадания струи конденсата на трубки с одновременным разбрызгиванием конденсата для лучшей его деаэрации.

Необходимо также избегать подачи в конденсатор потоков холодной воды, например добавочного конденсата, даже при малом его кислородосодержании. Эту воду следует подогревать.

 

6.1.5 Требования ,предъявляемые к гидравлической плотности конденсаторов

В последние годы сильно возросли требования, предъявляемые к надежности и экономичности работы конденсационных установок паровых турбин. Это связано с повышением начальных параметров пара энергетических установок, применением бессепараторных прямоточных котлов, укрупнением единичных мощностей турбин и котельных агрегатов, повлекшими за собой не только ужесточение нормативных показателей работы отдельных агрегатов, но и общее повышение культуры эксплуатации всего оборудования тепловых электрических станций.

Одной из важных задач, требующих своего решения в связи с перечисленными обстоятельствами, является обеспечение необходимого качества питательной воды и пара.

Обеспечить требующийся солевой баланс пароводяного цикла электрической станции можно путем повышения гидравлической' плотности конденсаторов паровых турбин, выведения солей с продувкой котлов, дополнительного химического обессоливания части или всего потока конденсата, направляемого из конденсаторов в систему регенерации, и, наконец, путем выведения солей с влагой, улавливаемой из пара в процессе расширения его в турбине.

Анализ соотношений натриевых и кремниевых солей в питатель ной воде и паре электростанций с прямоточными котлами на сверх . критические параметры пара указывает на сравнительно малое влияние обычных, имеющихся всегда в эксплуатации, потерь пара и конденсата на солевой баланс станции.

Перечисленные выше методы воздействия на солевой баланс пароконденсатного цикла станции могут быть использованы совместно и каждый в отдельности, но с точки зрения простоты и стоимости их реализации они не являются равнозначными.

Однако совершенно очевидно, что ни одно из этих мероприятий не уменьшает значения основной задачи — максимального повышения водяной плотности конденсаторов паровых турбин, так как присосы охлаждающей воды в конденсаторах являются главной причиной, вызывающей проникновение извне солей в пароконденсатный цикл электростанции. Выполненные расчеты указывают на чрезвычайно сильное воздействие протечек сырой охлаждающей воды в конденсаторы на общий солевой баланс пароводяного цикла.

На электростанциях с барабанными котлами присосы сырой охлаждающей воды в конденсаторы приводят к необходимости расходовать дополнительное количество фосфатов; это, однако, приводит к добавочному образованию большого количества шлама, отлагающегося на поверхностях нагрева котлов и приводящего иногда к пережогу кипятильных труб и к подшламовой коррозии. Поэтому чем успешнее будет решена задача гидравлической плотности конденсаторов, тем более простыми и экономичными средствами можно будет обеспечить надлежащее качество питательной воды и вырабатываемого котлами пара.

Аналогичная проблема возникает и для атомных электростанций, особенно при охлаждении реакторов кипящей водой и использовании непосредственно в турбине образовавшегося в • реакторе пара без применения промежуточного поверхностного парогенератора.

В этом случае, кроме обычных требований к чистоте конденсата и пара, добавляются еще нормативы, связанные с предотвращением образования радиоактивных изотопов некоторых солей при облучении воды и пара в реакторе.

Водяная плотность конденсаторов может быть повышена, если исключить разрушение трубок по причинам резонансной вибрации и под действием аэродинамических сил парового потока, устранить эрозионные' и коррозионные разрушения трубок с водяной и паровой сторон, повысить длительную плотность соединений трубок с трубными досками.

Последняя задача является одной из наиболее трудных в связи с очень большим числом подлежащих уплотнению соединений (25000—40 000 для современного турбоагрегата мощностью 100— 200 Мвт с одним или двумя конденсаторами).

Поэтому большое практическое значение наряду с усовершенствованием технологии вальцевания трубок имеет разработка дополнительных средств для уплотнения вальцовочных соединений.

 

6.1.6 Причины нарушении гидравлической плотности конденсаторов

Существуют три причины нарушения гидравлической плотности конденсаторов:

а) механические повреждения охлаждающих трубок;

б) нарушения плотности вальцовочных соединений трубок в трубных досках (расстройства соединений трубных досок с корпусом, составных трубных досок, расстройства соединений анкерных связей в трубных досках);

в)коррозионное разрушение трубок.

Наиболее распространенной причиной механических повреждений охлаждающих трубок является их вибрация, в результате чего могут иметь место истирание трубок в местах прохода их через отверстия в промежуточных опорных перегородках, образование трещин и даже обрывов трубок. В некоторых конденсаторах принятое число и расположение промежуточных опорных перегородок при соответствующих продольных усилиях в трубках не обеспечивает достаточной отстройки частоты собственных колебаний трубок от I частоты возмущающей силы (скорости вращения ротора турбины). При этом резонансная вибрация трубок может охватывать не весь трубный лучок, а часть его в характерных местах и может носить сезонный характер.

Опыт показывает, что причиной частых механических повреждений трубок в некоторых случаях является вибрация периферийных трубок, не связанная со скоростью вращения турбины, а вызываемая аэродинамическими силами парового потока. В этом случае разрушаются обычно первые 1—3 ряда трубок в пучке со стороны входа в него пара. Этот вид вибрационных разрушений появляется при плохом контакте между трубками и промежуточными опорными перегородками, при слишком больших зазорах в местах прохода трубок через отверстия в них, при недостаточном смещении друг относительно друга отверстий основных и промежуточных опорных перегородках.

Есть еще ряд причин, способствующих повреждениям трубок по причине вибраций. Сюда следует отнести невыполнение ряда требований, предъявляемых к технологии вальцевания: применение нерациональных типов вальцовок, использование неправильных допусков на глубину вальцевания, чрезмерное отклонение действительных размеров отверстий в трубных досках от проектных, перевальцевание трубок, подрезку стенки трубок роликами вальцовок.

Способствовать механическим разрушениям трубок может так- же неправильное их хранение, наличие остаточных напряжений и, наконец, оставшиеся не выявленными до установки трубок пороки в металле (трещины, надрывы, инородные включения, большие остаточные деформации, разностенность и т. д.).

Чрезвычайно редким, но все же имеющим иногда место в практике эксплуатации конденсаторов, механическим повреждением трубок, является просечка их оторвавшимися небольшими частицами пластин твердых сплавов, которыми защищены входные кромки лопаток последних ступеней турбины.

К механическим повреждениям охлаждающих трубок следует отнести и эрозионное разрушение их.

Наиболее трудной задачей является поддержание длительной гидравлической плотности многочисленных вальцовочных соединений трубок с трубными досками. В условиях длительной эксплуатации воздействие переменных динамических и термических напряжений на трубки, особенно при резких изменениях режима работы конденсатора, приводит к понижению плотности части вальцовочных соединений. Это обусловливается в основном тем, что и при тщательном вальцевании трубок, даже с применением автоматического управления вальцовками, очень трудно обеспечить требуемую степень раздачи всех трубок, и некоторая часть их может остаться недовальцованной, что не обнаруживается при опрессовке конденсатора путем заливки его парового пространства водой. Понижается плотность вальцовочных соединений чаще всего в тех случаях, когда в предыдущий период эксплуатации уже было произведено несколько замен всех охлаждающих трубок новыми. При этом выемка н повторные вальцевания трубок ухудшают состояние поверхности отверстий в трубных досках и нарушают правильность формы отверстий. По этому качественное выполнение вальцовочных соединений при монтаже конденсатора, обеспечивающее его высокую первоначальную плотность, не является еще достаточным. Задача заключается в обеспечении длительной плотности, сохраняющейся в условиях эксплуатации годами. Для достижения высокой длительной плотности вальцовочных соединений в конденсаторах предложены три способа: устройство гидравлического уплотнения концов трубок в двойных трубных досках, применение, помимо вальцевания, сварки трубок с трубными досками и «внесение на трубные доски и выступающие концы трубок уплотняющих покрытий.

Первые два способа по ряду причин находят пока ограниченное применение в практике конденсаторостроения для стационарных турбин. Интересно отметить, что эффективный -метод нанесения уплотняющих покрытий несколько позже, чем в СССР, был применен для конденсаторов первых электростанций на сверхкритические параметры пара в США с использованием в качестве герметизирующего вещества неопрена ; на электростанции Фортуна III в ФРГ для той же цели использовалась синтетическая смола.

В настоящее время по вопросам, связанным с дополнительной герметизацией вальцовочных соединений трубок с трубными досками в СССР накоплен уже большой эксплуатационный опыт .

Другие соединения в водяных камерах конденсатора (трубных досок с корпусом, составных трубных досок, анкерных связей) могут также являться иногда причиной присоса охлаждающей воды в паровое пространство конденсатора.

Коррозионное разрушение конденсаторных трубок наблюдается с водяной и паровой стороны.

Основной причиной коррозии конденсаторных трубок с водяной стороны является недостаточная стойкость их материала против действия содержащихся в охлаждающей воде агрессивных примесей. Ряд факторов может способствовать ускорению процессов коррозионного разрушения трубок с водяной стороны, как, например, наличие в металле трубок остаточных напряжений, кислотные промывки трубок с целью удаления отложившейся на них накипи, повышенные скорости движения охлаждающей воды, наличие в охлаждающей воде абразивных материалов и пр.

Коррозионное разрушение трубок с паровой стороны связано с действием аммиака, содержащегося в отработавшем паре

 

6.1.7 Общие мероприятия способствующие повышению длительной гидравлической плотности конденсаторов

При прочих равных условиях срок службы осаждающих трубок конденсаторов в большой степени зависит*от качества вальцевания их в трубных досках, от правильности' взаиЛшго расположения трубных досок и промежуточных опорных перегородок, от точности и качества выполнения отверстий в них, от наличия в металле трубок внутренних остаточных напряжений и строгого соответствия изготовления трубок техническим условиям и государственным стандартам.

Крепление трубок в трубных досках при помощи сальников, как правило, уступает вальцовочным соединениям в отношении обеспечиваемой ими плотности. Поэтому уже 30 лет назад вопрос о способе крепления трубок в трубных досках конденсаторов стационарных паровых турбин был решен отечественными турбинными заводами и ведущими зарубежными энергомашиностроительцыми фирмами s пользу вальцевания трубок в обеих трубных досках.

Исследования; проведенные ЛМЗ с целью изучения свойств вальцовочных соединений, показали, что хорошо выполненное вальцовочноё соединение латунной трубки с толщиной стенки 1 мм в стальной трубной доске обладает, помимо плотности, высокой прочностью. Усилие, вырывающее развальцованный конец латунной трубки из отверстия в трубной доске, составляет не менее 70% величины усилия, требующегося для обрыва трубки. Во многих случаях при таких проверках вальцовочных соединений разрушаются трубки, а не соединения.