Ядерні технології
9.2. Відсмоктування парогазової суміші з парового об'єму конденсатора.
В конденсатор надходить не тільки волога пара з останніх ступенів турбіни, але й повітря через нещільності в з'єднаннях корпусу конденсатора з вихлопним патрубком турбіни та інших місць, наприклад в лініях добірної пари і його конденсату, що знаходяться під розрідженням.
турбін двоконтурної АЕС кількість кисню, що надходить у конденсатор з парою, становить не більше 0,01 мг/кг, а для турбін одноконтурної АЕС – 5 – 40 мг/кг.
Наявність газів несприятливо також і коефіцієнта тепловіддачі при конденсації і необхідної поверхні охолодження в конденсаторі. Так, при масовій концентрації газів, що дорівнює 1%, коефіцієнт тепловіддачі при конденсації пари зменшується вдвічі порівняно зі значенням, що відповідає чистій парі; при 2,5 - 3,0% - вже вчетверо. Кількість повітря, що підсмоктується, залежить від стану ущільнень у місцях з'єднань, що знаходяться під розрідженням, і не піддається розрахунковому визначенню. Узагальнення великої кількості даних експлуатації дозволяє при розрахунку повітровидалюючих пристроїв нормувати присоси повітря в залежності від потужності турбіни в межах від 30 до 60 кг/год.
Кількість повітря, що проникає в конденсатор, у порівнянні з витратою пари дуже мало. Тому при безперервному відсмоктуванні повітря тиск у конденсаторі (і, отже, за турбіною) встановлюється рівним тиску, що відповідає температурі насичення. Але в місці відсмоктування концентрація повітря може бути суттєвою (рис. 9.5). У міру руху до місця відсмоктування повний тиск змінюється незначно (паровий опір конденсатора мало), а парціальний тиск повітря або газоповітряної суміші зростає; парціальнетиск водяної пари в місці відсмоктування зменшується і конденсат пари, що сконденсувався в цій галузі, виявляється переохолодженим по відношенню до
рк = Σр - сумарний тиск; рп - парціональний тиск пари; Σрг-в - парціональний тиск газоповітряної суміші; Δpк - паровий опір конденсатора
решті конденсату. Переохолодження конденсату спричиняє зниження теплової економічності установки. Тому конструктивне оформлення конденсатора має забезпечувати догрівання цієї частини конденсату до температури насичення, що відповідає тиску в конденсаторі.
Разом з повітрям відсмоктується і кілька пар, що може викликати втрату конденсату, для виключення якої пароповітряна суміш повинна бути охолоджена у відповідному теплообміннику з поверненням конденсату в систему. Так як поверхня теплообміну такого теплообмінника тим більше, чим більше пара в суміші, що відсмоктується, то відсмоктування доцільно робити в області завершення конденсації. Місце відсмоктування залежить насамперед від напрямку потоків пари в конденсаторі - розрізняють конденсатори з низхідним (рис. 9.6а), висхідним (рис. 9.6б) і бічним (рис. 9.6в) потоками.
Велика компактність конденсатора, наведеного па рис 9.6а, є перевагою, так як парове опір його найбільше - малі прохідні перерізи на початку потоку пари (на його повному витраті), а омивання парою всієї поверхні нагріву утруднено. Головний недолік цієї схеми - найбільше переохолодження конденсату, оскільки завершення шляху пари до місця відсмоктування збігається з місцем відведення конденсату.Сучасні схеми конденсаторів (рис. 9.6б, в) виконуються регенеративними - за рахунок контакту конденсату, що зливається в кондснсатосборник, з основним потоком пари, що надходить в конденсатор, попереджається або ліквідується переохолодження конденсату.
Повітря безперервно відсмоктується основним пароструминним ежектором. Пара до пароструминного ежектора підводять з відборів турбін. Можна використовувати і випар деаераторів
підвищеного тиску, що доцільно, оскільки ліквідується зайвий елемент - охолоджувач випару, а витрата пари з випаром практично дорівнює витраті, необхідному для роботи основних ежекторів. Для пускових режимів до основних та пускових ежекторів передбачають також підведення свіжої пари через редуктор.
Для викиду повітря його тиск за ежектором має бути вищим за атмосферний. При цьому на двоконтурній станції повітря викидають безпосередньо в атмосферу, а на одноконтурній через систему технологічної вентиляції. Витрата робочої пари на ежектори має помітне значення (0,5 - 0,8%) витрати на турбіну, і, крім того, кілька пара надходить з повітрям з конденсатора. Щоб уникнути втрат конденсату і зменшення теплових втрат з робочою парою конструкція ежекторів органічно поєднується з холодильниками пари. Ці теплообмінники охолоджуються основним конденсатом турбін; тому їх правильніше називати підігрівачами на скидній парі ежекторів.
Витрати на ежектори з охолоджувачами пари тим менші, чим менше витрата пари. Останнє досягається за рахунок застосування двох-триступінчастих ежекторів з однаковими ступенями стиснення для кожного ступеня.
Схема двоступінчастої пароежекторної установки представлена на рис. 9.7. Чим нижча температура конденсату в охолоджувачах, тим повніше буде сконденсована робоча парапершого ступеня. Це зменшить відсмоктування пароповітряної суміші в другий ступінь, що, у свою чергу, дозволить знизити витрату пари на неї і тим самим загальну подачу пари на ежектори. Пароежекторні охолоджувачі завжди встановлюють безпосередньо після конденсатного насоса, тобто першими в процесі конденсату в регенеративній системі. Використання теплоти конденсації пари ежекторів у системі регенерації обов'язково, турбінний
1 - підведення робочої пари; 2 - випуск повітря; 3 - другий ступінь основного ежектора; 4 - перемичка для можливості роботи одного другого ступеня при пуску турбіни; 5 - перший ступінь основного ежектора; 6 - відведення конденсату в паровий об'єм конденсатора; 7 - пусковий ежектор; 8 - відсмоктування повітря з конденсатора; 9 - конденсатор турбіни; 10 - конденсатний насос; 11 - перепуск конденсату робочої пари ежектора з холодильника другого ступеня в холодильник першого ступеня; 12 - трубопровід для рециркуляції конденсату турбіни при її пуску; 13 - клапан рециркуляції та підтримки рівня в конденсаторі; 14 - кондсаттоочищення
конденсат підігрівається в цих теплообмінниках на 3 - 5% для конденсаційних станцій і на 7 - 10 ℃ для теплофікаційних станцій у зв'язку з меншим пропуском для них пари в конденсатор.
Крім основного, постійно працюючого ежектора передбачають установку спеціального пускового ежектора, що включається в процесі пуску для початкового видалення повітря з конденсатора та корпусу турбіни, який при її холостому ході знаходиться під розрідженням. У зв'язку з короткочасністю роботи пускового ежектора його конструкція зазвичай проста - його виконують одноступінчастим і часто без охолоджувачів, а пароповітряну, що відсмоктується.суміш скидають у атмосферу. На одноконтурній станції парогазова суміш, що відсмоктується, радіоактивна. У зв'язку з цим обов'язковим є охолоджувач і у пускового ежектора.
Враховуючи великий вплив тиску в конденсаторі на економічність турбінної установки, основні ежектори встановлюють із резервом - два працюючих та один резервний. Пускові ежектори резерву не вимагають.
В область відсмоктування газів з конденсатора скидають і пароповітряну суміш ПНД для подальшого спільного видалення з системи. Особливо велике значення це має для одноконтурної АЕС, де всі радіоактивні потоки, що скидаються, повинні бути по можливості об'єднані, для такої станції
1 - підведення пари до основного ежектора; 2 - підведення парогазової суміші з конденсатора; 3 - триступінчастий ежектор; 4 — холодильники першого, другого та третього ступенів ежекторів; 5 - відведення, конденсату після холодильників ежекторів в конденсатор турбіни; 6 - підведення конденсату після конденсатного насоса першого підйому на холодильники ежекторів; 7 - електронагрівач контактного апарату; 8 - контактний апарат для спалювання водню; 9 - конденсатор контактного апарату; 10 - відведення конденсату в конденсатор; 11 - підведення конденсату після конденсатного насоса другого підйому на конденсатор контактного апарату та його відведення до всмоктування цього насоса; 12 - відведення в систему дезактивації газоподібних скидів; 13 - відведення конденсату до конденсатоочищення; 14 - додаткове введення пари при необхідності розведення суміші, що подається в контактний апарат
направляють в область відсмоктування конденсатора також охолоджений випар деаераторів.
Для підтримкирозрахункового вакууму не можна допускати підвищення рівня конденсату в конденсаторі, при якому з теплообміну буде виключатися частина поверхні охолодження. З іншого боку, несприятливим є і значне зниження рівня конденсату або, тим більше, повне спорожнення конденсатора, оскільки це може призвести до зменшення напору води над насосом і до кавітації при вході в конденсатний насос. Завдання підтримки рівня конденсату у конденсаторі вирішує спеціальний клапан рециркуляції (13 на рис. 9.7).
Для зменшення витрати пари на ежектори необхідно стежити насамперед за щільністю з'єднання корпусу конденсатора з вихлопним патрубком турбіни, оскільки переріз цього з'єднання найбільший.
На одноконтурній станції паровий ежектор безперервно видаляє продукти радіолітичного розкладання води, що утворюються в реакторі, у тому числі атомарний водень і атомарний кисень. Для запобігання можливому утворенню гримучої суміші у спеціальних контактних апаратах організують спалювання водню (рис. 9.8). Якщо основний ежектор має холодильники не після всіх трьох ступенів, а тільки після двох перших, то перед електронагрівачем контактного апарату встановлюють спеціальний холодильник, що максимально скорочує обсяги, що проходять контактний апарат. Електронагрівач дозволяє прискорити реакцію контактному апараті. Для запобігання утворенню гримучої суміші на тракті від холодильника третього ступеня ежектора до контактного апарату є можливість розведення концентрації водню за рахунок подачі додаткової пари по лінії 14. Наступний викид в атмосферу проводиться після дезактивації.