Качество сетевой воды, прокачиваемой через поверхности нагрева сетевых подогревателей, значительно ниже качества конденсата турбин. В ней могут присутствовать продукты коррозии, соли жесткости и другие примеси. Попадание сетевой воды в конденсат греющего пара недопустимо, поэтому обеспечение высокой плотности сетевых подогревателей является важной задачей конструкторов. Греющий пар омывает трубки снаружи, а сетевая вода циркулирует внутри трубок. Наличие примесей в сетевой воде и возможность их отложения на поверхностях нагрева исключают применение в сетевых подогревателях гнутых трубок, не допускающих их внутреннюю чистку.
В зависимости от температурного графика теплосети подогрев воды в сетевых подогревателях осуществляется от 40–70до 70–120и для этого используется пар отборов с давлением в большинстве режимов ниже атмосферного. Это усугубляет требование к высокой плотности сетевых подогревателей и вызывает необходимость применения воздухоотсасывающих устройств – эжекторных установок – для удаления воздуха и неконденсирующихся газов из зоны теплообмена.
По конструкции различают сетевые подогреватели вертикального и горизогтального типов. В соответствии с отраслевым стандартом (ОСТ) первые обозначают буквами ПСВ, а вторые – ПСГ. Вертикальные сетевые подогреватели выпускаются Саратовским заводом энергетического машиностроения и используются в сетевых подогревательных установках небольшой и умеренной теплопроизводительности – на ГРЭС и на теплофикационных установках ЛМЗ – и имеют поверхности теплообмена 45, 63, 90, 125, 200, 315 и 500 .
Сетевые установки современных крупных теплофикационных турбин изготовления Уральского турбомоторного завода (ТМЗ) оборудуются горизонтальными сетевыми подогревателями изготовления этого же завода.
Марка сетевого подогревателя, например, ПСГ-1300-3-8-I. В соответствии с ОСТ первая цифра в обозначении подогревателя соответствует поверхности теплообмена (), вторая и третья цифры – максимальные рабочие давления пара и сетевой воды (кгс/), четвертая (римская) цифра – модификация аппарата.
Горизонтальные сетевые подогреватели обеспечивают более удобную их компоновку в машинном зале и сокращение длины подводящих трубопроводов отборов пара. На рис. 9.2.3 изображен сетевой подогреватель вертикального типа.
Рис. 9.2.3. Вертикальный сетевой подогреватель ПСВ-315-14-23
А и Б – патрубки подвода и отвода сетевой воды; В – подвод греющего пара; Г – подвод дренажа (конденсата греющего пара) от подогревателя с более высоким давлением греющего пара при каскадном сливе; Д – отвод дренажа из подогревателя; Е – отсос паровоздушной смеси; Ж – щтуцер для спуска сетевой воды из нижней («плавающей») водяной камеры; И – штуцер для спуска сетевой воды на нижнем днище корпуса подогревателя; К – датчик дистанционного измерителя уровня дренажа в корпусе подогревателя; 1 – верхняя водяная камера; 2 – корпус подогревателя; 3 – трубная система; 4 – анкерные трубки
каркаса трубного пучка; 5 – «плавающая» водяная камера; 6 – анкерные связи трубной доски
Подогреватель состоит из цилиндрического корпуса с большим патрубком для ввода греющего пара и расположенной над корпусом верхней водяной камеры со сдвоенным патрубком для подвода и отвода сетевой воды. Внутри корпуса размещается поверхность нагрева в виде пучка прямых труб диаметром 191 мм. Трубы верхними концами развальцованы в трубной доске, прижатой шпильками к фланцу корпуса. К трубной доске на шпильках крепится фланец верхней водяной камеры. Нижние концы труб развальцованы в другой трубной доске, к которой на фланце присоединяется крышка нижней водяной камеры. Таким образом, нижняя камера подвешена на трубах поверхности нагрева и может перемещаться вверх или вниз при их температурном удлинении или укорочении. Трубы изготовляются из латуни, имеющей более высокий коэффициент температурного удлинения, чем сталь корпуса. Длина труб составляет 4–4,5 м. Температура сетевой воды на входе в подогреватель и ее подогрев изменяются в зависимости от температурного режима теплосети и режима работы теплофикационной установки. Максимально подогрев сетевой воды в подогревателе составляет 20–40. Соответственно в процессе эксплуатации изменяется и температура труб поверхности нагрева подогревателя. Корпус подогревателя при работе приобретает температуру, близкую к температуре насыщения греющего пара отбора, которая всегда выше температуры сетевой воды. В результате возникает переменная разность температур между корпусом и трубами подогревателя, которая максимально может достигать 20–30.
Подвешенную на трубах нижнюю водяную камеру принято называть плавающей камерой, ее вертикальные перемещения компенсируют разность температурных удлинений труб и корпуса подогревателя и тем самым исключают появление в трубах компенсационных усилий и напряжений. Для разгрузки трубных досок от нагрузки, вызванной разностью давлений сетевой воды и греющего пара, используются анкерные связи (их обычно шесть), соединяющие трубные доски с крышками водяных камер. Корпус подогревателя в месте приварки парового патрубка усиливается накладкой. К нему привариваются также лапы для крепления подогревателя на металлоконструкциях. На чертеже (рис. 9.2.3) сдвоенный патрубок на верхней водяной камере для подвода и отвода сетевой воды изображен с торосферическими заглушками, одна из которых снабжена патрубком с фланцем. Заглушки необходимы для проведения гидравлической опрессовки трубной системы аппарата и при его монтаже срезаются. В самом низу корпуса подогревателя имеется фланец для присоединения трубопровода отвода дренажа (конденсата греющего пара). Выше него на корпусе подогревателя на уровне плавающей водяной камеры имеется другой патрубок, служащий для подвода греющего пара от верхнего (пикового) сетевого подогревателя при каскадном сливе. В нижней части плавающей камеры имеется штуцер для опорожнения трубной системы от сетевой воды перед ремонтом. Этот штуцер при помощи гибкой трубки, не изображенной на рис. 9.2.3, присоединяется к штуцеру на нижнем днище корпуса подогревателя, сбоку от фланца для отвода дренажа. На корпусе подогревателя выше плавающей водяной камеры расположен штуцер для отсоса воздуха из подогревателя.
Для предохранения труб греющей секции от эрозии каплями воды , поступающими с влажным паром из отбора, служит отбойный щиток, устанавливаемый в месте ввода греющего пара. На патрубках подвода греющего пара, подвода и отвода сетевой воды устанавливаются гильзы для термометров, а у парового патрубка имеется штуцер для присоединения манометра. В нижней части корпуса подогревателя устанавливается водоуказательное стекло для измерения уровня дренажа. Рядом с ним имеется штуцер для присоединения импульсного устройства для автоматического регулирования уровня дренажа в подогревателе.
Поперечное обтекание паром трубного пучка обеспечивается установкой горизонтальных направляющих перегородок, каждая из которых перекрывает немного более половины площади горизонтального сечения корпуса подогревателя. Общее количество горизонтальных перегородок по высоте корпуса подогревателя может достигать шести. Горизонтальные перегородки и вертикальный отбойный щиток крепятся электросваркой на анкерных трубах, соединяющих верхнюю и нижнюю трубные доски (у подогревателя, изображенного на рис. 9.2.3, имеется восемь таких трубчатых связей).
Верхняя и нижняя водяные камеры снабжаются перегородками, обеспечивающими двух- или четырехходовое движение воды в подогревателе. Увеличение числа ходов воды приводит к увеличению скорости воды и коэффициента теплоотдачи, что позволяет получить экономию на капиталовложениях (меньше поверхность нагрева и затрата металла на подогреватель). Одновременно увеличивается гидравлическое сопротивление подогревателя по сетевой воде и это приводит к перерасходу электроэнергии на привод сетевых насосов, а следовательно, и к росту эксплуатационных расходов. Оптимальное решение находится технико-экономическими расчетами.
Конструкция горизонтального сетевого подогревателя изображена на рис. 9.2.4.
Подогреватель имеет поверхность теплообмена 1300 , горизонтальный цилиндрический корпус с внутренним диаметром 2500 мм и толщиной стенки 10 мм и две водяные камеры на концах, отделенные от корпуса трубными досками.В трубных досках на вальцовке закрепляются латунные трубы поверхности нагрева диаметром 241 мм и длиной 5180 мм. Возможно также применение труб из нержавеющей стали такого же диаметра. В последнем случае трубы закрепляются в трубных досках на сварке. По длине подогревателя в его паровом пространстве установлены промежуточные перегородки, являющиеся дополнительными опорами для труб, исключающими опасные с точки зрения повреждаемости вибрации. Поскольку обе трубные доски жестко соединены с корпусом подогревателя, для компенсации разности температурных удлинений системы корпус–трубки на нем вблизи трубной доски у поворотной водяной камеры имеется линзовый двухволновой компенсатор.
Рис. 9.2.4.Горизонтальный сетевой подогреватель типа ПСГ-1300-3-8-II
А – ввод греющего пара (два патрубка); В – выход сетевой воды; Д – отсос паровоздушной смеси; Е – подвод паровоздушной смеси из подогревателя с более высоким давлением пара; Ж – вход сетевой воды; К – патрубок отвода конденсата греющего пара из корпуса подогревателя в сборник конденсата; 1 – поворотная (задняя) водяная камера; 2 – линзовый компенсатор на корпусе; 3 – корпус подогревателя; 4 – входная передняя водяная камера; 5 – сборник конденсата
Поворотная водяная камера (на рис. 9.2.4 слева) имеет сравнительно небольшую глубину, равную 700 мм, и служит для перепуска потока сетевой воды из одного пучка труб в другой. У двухходового подогревателя поворотная камера перегородок не имеет. У четырехходового она имеет одну наклонную под углом к вертикали перегородку с выгибом в средней части соответственно форме трубного пучка на входе греющего пара. Плоскость соприкосновения перегородки с трубной доской уплотняется асбестовыми или свинцовыми прокладками. В днище поворотной камеры имеются два лаза для чистки труб, расположенных по разные стороны от перегородки.
Греющий пар из отбора турбины поступает в подогреватель через два патрубка А, расположенных в верхней части корпуса подогревателя под углом к горизонтали. Внутри патрубков имеются концентрические рассекатели, обеспечивающие равномерное распределение пара по поверхности теплообмена. Для защиты поверхности нагрева от эрозии со стороны входа пара в первом ряду пучка по его периферии устанавливаются стальные трубы – отбойники, в которые сетевая вода не поступает. Оси водяных камер смещены относительно оси корпуса подогревателя на 80 мм вбок под тем же углом в сторону противоположную патрубкам А подвода греющего пара. Соответственно этому трубный пучок в корпусе подогревателя расположен эксцентрично, что позволяет создать внутри подогревателя в зоне, примыкающей к месту ввода пара, симметричный клиновой раздающий проход, охватывающий пучок. Это обеспечивает лучшее распределение парового потока по наружному контуру трубного пучка и облегчает доступ пара в глубину пучка через предусмотренные в нем проходы. Поток пара движется в подогревателе от периферии к центру, откуда осуществляется отсос воздуха.
Внутренний диаметр водяных камер меньше, чем внутренний диаметр корпуса подогревателя, и составляет 2100 мм при толщине стенки 16 мм, большей, чем у корпуса, поскольку расчетное давление воды больше, чем пара, и составляет 0,8 МПа против 0,3 МПа для пара. Входная (передняя) водяная камера служит для подвода и отвода сетевой воды от подогревателя и имеет глубину около 2200 мм. Она имеет в нижней части на осевой линии под углом к горизонтали патрубок Ж для подвода сетевой воды, а в верхней части с противоположной стороны на водяной камере под таким же углом к горизонтали расположен патрубок В для подвода сетевой воды. Перегородки во входной водяной камере имеют Х-образную форму, их ось симметрии имеет наклон к горизонтали в соответственно наклону паровых патрубков А. Для чистки труб поверхности нагрева во входной водяной камере имеются четыре лаза соответственно количеству отсеков между перегородками. Два лаза расположены на днище входной камеры, а два – на цилиндрической стенке. Крышки всех лазов подвешены на петлях и кронштейнах. Центральный отсос воздуха из подогревателя к эжектору осуществляется через патрубок Д.
В нижней части корпуса подогревателя имеются два патрубка К для отвода дренажа в сборник конденсата греющего пара. В трубках, соединяющих корпус подогревателя с конденсатосборником, установлены специально спрофилированные сопла (воронки), имеющие высокий коэффициент расхода при стоке конденсата из подогревателя в конденсатосборник и низкий коэффициент в обратную сторону. Эти ограничивается поступление в корпус подогревателя и в отбор турбины вторичного пара, который может образоваться в конденсатосборнике от вскипания находящегося в нем конденсата при сбросах нагрузки турбины, чем предотвращается возможный ее разгон этим паром. Сборник конденсата имеет диаметр 1000 мм. Двойной штриховкой на нем показаны пределы регулирования уровня конденсата. В нижней части сборника конденсата имеется патрубок для отвода греющего пара на всас конденсатных насосов сетевого подогревателя.
Около трубных досок горизонтальных сетевых подогревателей предусмотрены солевые отсеки для сбора и отвода засоленного присосами сетевой воды конденсата греющего пара. Основной поток конденсата греющего пара отводится из средней части корпуса подогревателя.
Для защиты корпуса сетевого подогревателя от повышения давления греющего пара предусмотрен предохранительный (атмосферный) клапан, который присоединяется к специальному патрубку и имеет выхлоп в атмосферу.
В целом конструкция подогревателя обеспечивает его хорошую герметичность, удобство ремонта, компенсацию температурных удлинений трубок и дренирование водяного парового пространства.