МУ 34-70-006-82 Методические указания по испытанию подогревателей высокого давления

1.1. Подогреватели питательной воды в системе регенерации паротурбинных установок, включенные в тракт после питательных насосов, принято называть подогревателями высокого давления (ПВД). ПВД представляют собой поверхностные пароводяные теплообменные аппараты.

Современные ПВД имеют выделенные зоны теплообмена:

- зону охлаждения греющего пара (ОП) - участок поверхности нагрева, где происходит конвективный теплообмен при охлаждении перегретого пара;

- зону конденсации пара (КП);

- зону охлаждения конденсата греющего пара (ОК).

Конструктивно все три зоны, как правило, размещаются в одном корпусе подогревателя.

1.2. Основным типом подогревателей высокого давления являются вертикальные подогреватели типа ПВ, выпускаемые ТКЗ для турбоустановок с начальным давлением пара у турбины 90, 130, 240 и 300 кгс/см.

Трубная система ПВД - коллекторного типа, с поверхностью нагрева из свитых в плоские спирали гладких труб, присоединенных к вертикальным коллекторам; зоны ОП и ОК заключены в специальные кожухи, в которых с помощью перегородок создается организованное движение пара или конденсата в межтрубном пространстве.

Схема движения воды в трубной системе подогревателя показана на рис.1.

1.3. В соответствии с [1], к рабочим параметрам, характеризующим подогреватель, относятся:

- площадь поверхности теплообмена, исчисляемая по наружному диаметру и эффективной длине труб, м;

- номинальный тепловой поток (при расчетном температурном напоре), ккал/ч;

- рабочее давление (избыточное) пара в корпусе, кгс/см;

- рабочее давление (избыточное) воды в трубной системе, кгс/см;

- максимальная температура пара на входе, °С;

- номинальный массовый расход нагреваемой воды, т/ч;

- гидравлическое сопротивление трубной системы при номинальном массовом расходе нагреваемой воды, м вод.ст.;

- максимальная температура нагреваемой воды в подогревателе, °С.

1.4. Характеристика ПВД турбоустановок мощностью 50-800 МВт и параметры греющего пара и питательной воды приведены в приложении 1.

1.5. Высокое давление питательной воды и высокие параметры греющего пара предъявляют к конструкциям ПВД и схемам их работы особые требования по обеспечению безопасности эксплуатации. Поэтому ПВД оснащаются системами быстродействующей защиты, отключающими подогреватели по воде и пару во всех случаях повышения уровня воды в их корпусах.

Системы защиты выполняются групповыми, объединяющими группу ПВД из трех аппаратов едиными быстродействующими клапанами и аварийным обводом питательной воды.

Основные обозначения

- расход теплоносителя, кг/с (т/ч);

- давление теплоносителя, Па (кгс/см);

- температура, °С;

- температура насыщения при давлении , °С;

- гидравлическое сопротивление, Па (кгс/см);

- гидравлическое сопротивление, %;

- температурный напор (недогрев воды до температуры насыщения), °С;

- нагрев (недогрев), переохлаждение (недоохлаждение) теплоносителя, °С;

- энтальпия, Дж/кг (ккал/кг);

- теплоиспользование пара; повышение энтальпии воды, Дж/кг (ккал/кг);

- удельный объем, м/кг;

- тепловая нагрузка подогревателя, Дж/с (Мкал/ч);

- удельная тепловая нагрузка подогревателя, Дж/(с·м) [Мкал/(ч·м)];

- поверхность теплообмена, м;

- зона охлаждения пара;

- зона конденсации пара;

- зона охлаждения конденсата;

- подогреватель высокого давления;

Индексы

- камера отбора турбины;

- вход в зону;

- выход из зоны;

- недогрев;

- недоохлаждение;

- переохлаждение;

- питательная вода;

- греющий пар;

- конденсат греющего пара;

- свежий пар на турбину;

- максимальный.

2.1. Основными показателями, характеризующими работу подогревателя, являются:

2.2. При испытании могут быть определены все указанные основные показатели работы подогревателя для любого режима эксплуатации данной турбоустановки.

2.3. Температурный напор подогревателя зависит от расхода подогреваемой воды, температуры воды на входе и давления греющего пара.

2.4. Зависимость температуры конденсата греющего пара от давления греющего пара (рис.2, ж) строится по результатам испытания и позволяет оценить переохлаждение конденсата греющего пара при разных режимах работы турбоустановки. Для принятой формы построения основной характеристики подогревателя (рис.2, а) температура конденсата греющего пара может быть нанесена также на этом графике.

2.5. Потеря давления пара в трубопроводе отбора строится в зависимости от расчетного комплекса (т/ч)·м/кг:

(рис.2,з)

где .

Построение по опытным данным зависимости потери давления от комплекса позволяет ограничить количество опытов, так как эта зависимость представляет собой прямую линию.

2.6. Гидравлическое сопротивление подогревателя по воде строится в виде зависимости

(рис.2, и).

3.1. Качество работы ПВД существенно влияет на экономичность турбоустановки. Так, на энергоблоках с начальным давлением 240 кгс/см отключение ПВД приводит к увеличению удельного расхода тепла на 4%, а недогрев питательной воды в отдельных аппаратах на 10 °С снижает экономичность турбоустановки на 0,1-0,3%.

Работа ПВД должна являться постоянным объектом контроля и наблюдений со стороны эксплуатационного и наладочного персонала электростанций.

3.2. Целями испытаний ПВД могут являться:

- определение тепловой эффективности работы группы ПВД или отдельных аппаратов;

- определение гидравлической характеристики группы ПВД в целом или отдельных ее элементов;

- определение потерь экономичности, связанных с потерями давления греющего пара, обводом через неплотности защитных клапанов и другими отклонениями от нормальных условий эксплуатации;

- проверка работы зоны пароохладителей (ОП).

3.3. Испытания ПВД проводятся в следующих случаях:

- в процессе наладочных работ после пуска турбоустановки из монтажа;

- после капитального ремонта или проведения реконструктивных работ в трубной системе, в схеме отвода конденсата греющего пара, на паропроводах греющего пара;

- при снижении конечной температуры питательной воды или обнаружении повышенного недогрева в отдельных аппаратах в процессе эксплуатации;

- периодически 1-2 раза в год, если эксплуатационный контроль за работой ПВД недостаточен для оценки качества работы каждого аппарата.

4.1. При ознакомлении с установкой руководитель испытания должен:

- изучить техническую документацию: проектные данные завода-изготовителя, акты проверок, журналы дефектов, эксплуатационные данные, инструкцию по обслуживанию подогревателей;

- проверить работу ПВД по эксплуатационным приборам;

- наметить места установки новых измерительных приборов (гильз, штуцеров);

- разработать и согласовать с руководством ТЭС программу испытаний, отметить наиболее сложные из подготовительных работ.

4.2. Приложениями к программе испытаний являются тепловая схема и перечни подготовительных работ и точек измерений. На схеме условными обозначениями изображают:

- все элементы тепловой схемы: подогреватели, насосы, трубопроводы с арматурой - с указанием направления потоков пара, воды и конденсата греющего пара;

- точки измерений, номера которых соответствуют прилагаемому перечню измеряемых величин.

Пример схемы измерений при испытании ПВД турбоагрегата К-200-130 приведен на рис.3.

4.3. Точность измерения основных величин, включая погрешность отсчета показаний приборов, должна составлять: давление пара 0,5%; температура пара 3 °С; температура воды и конденсата греющего пара 1 °С.

5.1. Программа испытаний определяет объем и характер всех работ и является основным техническим документом. Программа испытаний содержит следующие разделы:

- цель испытаний;

- условия работы турбоустановки во время испытаний;

- режимы, нагрузки;

- методы измерений;

- меры безопасности при проведении работ.

5.2. Перед проведением каждого основного опыта те параметры, изменение которых может повлиять на результаты опытов, следует стабилизировать и затем поддерживать постоянными.

Максимальные отклонения величин от средних за опыт значений не должны превышать:

• расход воды через подогреватель ±5%;

• давление греющего пара ±5%;

• температура воды на входе в подогреватель ±2 °С.

5.3. В процессе проведения опытов необходимо осуществлять контроль за режимом работы установки, за схемой измерений, проверяя сходимость дублированных измерений и достоверность полученных значений.

5.4. При проведении опытов необходимо поддерживать нормальный уровень конденсата греющего пара в подогревателе. При пониженном уровне возможен "пролет" греющего пара по линии дренажа греющего пара.

5.5. Все измерения, проводимые в процессе испытаний, и время отсчета фиксируются в журналах наблюдений. Записи измерений должны производиться с интервалом в 2,5 мин. Продолжительность опыта - не менее 30 мин.

5.6. Перед проведением испытаний подогревателей необходимо выявить и зафиксировать состояние поверхностей нагрева каждого подогревателя, количество отглушенных трубок. Эти сведения используются также при последующих испытаниях с отличающимся состоянием подогревателя.

5.7. Перед испытанием необходимо проверить работу регуляторов уровня, водоуказательные стекла и систему отсоса воздуха и газов.

5.8. Во время проведения опытов проверяется плотность обводных задвижек и автоматических устройств. Контроль осуществляется по температуре воды до и после обвода (см. разд.6).

5.9. Для построения тепловой характеристики подогревателя необходимо провести не менее пяти опытов.

5.10. Примеры технических программ испытаний ПВД приведены в приложении 2.

Для более четкой организации проведения опытов помимо технической программы испытаний составляются рабочие программы, в которых дополнительно указываются:

- дата проведения опытов;

- перечень изменений в тепловой схеме;

- лица, ответственные за ведение режима;

- меры по обеспечению безопасности проведения испытаний.

5.11. Размещение и оборудование рабочих мест наблюдателей должны исключать возможность травматизма. При производстве переключений персонал из района ПВД должен удаляться.

6.1. Журналы наблюдений и диаграммные ленты самопищущих приборов должны быть просмотрены для выявления недопустимых отклонения и ошибок. После проверки устанавливаются границы каждого опыта, начало и конец записей, подлежащих обработке, и исключаются опыты, не соответствующие требованиям условий испытания.

6.2. К обработке результатов испытаний принимаются средние значения величин, вычисленные по записям в журналах наблюдений и на диаграммных лентах в пределах размеченных промежутков.

Определение расходов воды при использовании сужающих устройств с дифманометрами производится по среднеарифметическому значению квадратных корней из отдельных показаний дифманометров. Если отклонения отдельных показаний от среднего значения не превышают ±20%, допускается определение расходов по корню квадратному из среднеарифметического значения показаний дифманометров.

Средние значения других параметров вычисляются как среднеарифметическое из всех показаний за опыт. Усредненные значения всех измеренных в опыте величин после введения поправок должны быть сведены в таблицу (см. табл.2) и помещены в отчет по испытаниям.

Таблица 2

     
Площадь поверхности теплообмена ПВД N ____ _____ м

6.3. Подсчет расхода питательной воды производится на основании [7].

В опыте необходимо определить расход воды через подогреватели при наличии обвода воды помимо подогревателей:

,

где , , - энтальпия воды на котел, на входе в группу ПВД, на выходе из последнего ПВД за врезкой потоков воды из пароохладителей.

6.4. Нагрев и повышение энтальпии воды в подогревателе определяется как разница температур (энтальпий) воды на выходе из подогревателя и на входе в него:

;

.

Энтальпия, удельный вес и объем пара и воды, а также температура насыщения принимаются при расчетах по [4].

6.5. Теплоиспользование греющего пара определяется разностью энтальпий пара на входе в подогреватель и конденсата греющего пара на выходе из подогревателя.

.

6.6.Расход пара на подогреватель определяется из теплового баланса ПВД.

,

где , - энтальпии воды на выходе из подогревателя и входе в него;

, - расход и энтальпия конденсата греющего пара, поступающего из вышестоящего ПВД.

Для подогревателя, в который не поступает конденсат греющего пара, формула упрощается:

.

7.1. В связи с ростом параметров пара в отборах турбин на энергоблоках с промперегревом стало целесообразным более рациональное использование тепла перегрева отбираемого пара, чем это предусматривалось конструкцией ПВД ТКЗ и проектными схемами турбоустановок.

В настоящее время получили распространение три схемы включения зоны ОП по нагреваемой воде:

- традиционная (наиболее распространенная) схема последовательного включения зоны ОП данного подогревателя после зоны КП этого подогревателя, где вода после ОП смешивается с основным потоком перед следующим по ходу воды подогревателем (рис.4);

- схема включения зоны ОП по питательной воде параллельно последующим по ходу воды подогревателям (схема Рикара-Некольного) (рис.5);

- схема с концевой зоной ОП (схема Виолена-Хюльза), в которой греющий пар подогревателя охлаждается питательной водой после всех ПВД (рис.6).

7.2. Эффективность работы ОП в схемах Рикара-Некольного и Виолена-Хюльза зависит от правильности выбора расхода воды через нее. Расход воды определяется расчетом, при этом следует стремиться к более полному использованию тепла перегрева греющего пара, однако не допуская в зоне ОП конденсации пара.

Тепловой и гидравлический расчет шайб, устанавливающих расход воды через ОП, производится разработчиками реконструкции (ТКЗ, УралВТИ). Расход воды на первых ПВД с такими схемами включения ОП может регулироваться запорной арматурой, устанавливаемой последовательно с шайбами на линиях отвода воды из ОП.

При реконструкции последующих аналогичных ПВД устанавливаются шайбы с уточненными характеристиками, рассчитанными по суммарному расходу воды через шайбу и арматуру, полученному на первых ПВД.

Неправильный выбор подпорных шайб может привести к снижению эффективности работы ПВД. К снижению температуры питательной воды приводит и эрозионный износ подпорных шайб, что нередко имеет место при эксплуатации ПВД.

7.3. Исследования зоны ОП ввиду их сложности могут проводиться лишь в случае крайней необходимости (например, после существенной реконструкции; на головном образце ПВД).

При проведении исследования эффективности работы пароохладителей необходимо получить данные о расходе воды через ОП и ее нагреве, а также о потере давления в ОП.

7.4. На пароохладителях, включенных по схеме Виолена-Хюльза или Рикара-Некольного для измерения расхода воды через ОП и температуры за ОП устанавливаются сужающее устройство и термометрические гильзы на трубопроводе за ОП. Температура воды до ОП определяется по температуре на выходе из подогревателя, после которого она поступает в ОП.

7.5. При исследовании работы ОП определяются:

- абсолютное количество тепла, передаваемого в ОП,

,

где - расход воды через пароохладитель:

, - энтальпия воды за ОП, на выходе из основной секции (КП) подогревателя;

- отношение переданного тепла к максимально возможному

, %,

где - максимально возможное тепло, передаваемое воде в ОП,

.

7.6. Оптимальным расходом воды через включенный по схеме Рикара-Некольного ОП является минимальный расход, обеспечивающий максимальную передачу тепла в ОП.

Для выявления оптимального расхода воды через ОП, включенный по схеме Рикара-Некольного, проводится серия опытов с переменным расходом воды через ОП при неизменной мощности турбины. Требуется провести не менее трех серий опытов в диапазоне изменения мощности от 50 до 100%.

Ориентировочно оптимальный расход воды в пароохладителях, включенных по схеме Рикара-Некольного, составляет 0,5 расхода пара на подогреватель при условии соблюдения полного принципа противотока в ОП [8].

Увеличение расхода воды через ОП приводит к соответствующему снижению температуры выходящей из ОП воды. При температуре воды из ОП ПВД N 2 (см. рис.5), равной температуре воды за ПВД N 1 , эффект от схемы Рикара-Некольного для ОП ПВД N 2 будет отсутствовать, а при даже может стать отрицательным.

7.7. При последовательной схеме включения встроенного ОП анализ его работы производится по температуре воды до и за ОП с помощью термометрических гильз, установленных в коллекторных трубах подогревателя.

7.8. При встроенном ОП и последовательной схеме его включения расход пара на каждый ПВД определяется по формулам разд.6. В пароохладителях, включенных по схеме Рикара-Некольного (см. рис.5), расходы пара на подогреватели N 1, 2, 3 соответственно определяются по формулам:

;

;

,

где , , - расходы воды через группу ПВД, пароохладители ПВД N 2 и ПВД N 3;

,  - энтальпия воды за ОП2 и ОП3

.

7.9. Для измерения потери давления в ОП необходимо установить штуцер на корпусе подогревателя для возможности подключения манометра или дифференциального измерения перепада давлений на ОП.

8.1. Повышенный температурный напор является признаком неудовлетворительного состояния подогревателя или его несоответствия фактическим условиям работы.

Основными причинами повышенного температурного напора подогревателя являются:

8.2. Кроме того, при работе подогревателя могут возникнуть следующие отклонения:

8.3. Перечисленные недостатки обнаруживаются путем измерений, осмотра, сравнения с проектными данными.

8.4. Для устранения выявленных по результатам испытания причин неудовлетворительной работы подогревателя разрабатываются соответствующие рекомендации по их устранению.

8.5. При анализе результатов испытаний, проведенных после реконструкции подогревателей, необходимо оценить эффективность изменений, внесенных в конструкцию и в схему работы ПВД (см. [9, 10]).

1. Снятие тепловых характеристик ПВД турбоагрегата К-200-130 ЛМЗ.

2. Снятие тепловых характеристик ПВД турбоагрегата ПТ-60-130/13.

Список использованной литературы