Система отвода сепарата из блока сепаратор - пароперегреватель паросиловых установок

 

Использование: в теплоэнергетике, преимущественно для паросиловых установок, работающих в условиях насыщенного пара. Сущность изобретения: система отвода сепарата из блока сепаратор - пароперегреватель 5 - 6 включает сепаратосборник (С), проходное устройство одностороннего действия (ПУОД), уравнительное устройство (УУ), насос 17 откачки сепарата из С и резервную линию 20 слива сепарата из С в конденсатор 4, которая содержит клапан 21, управляемый от датчика 28 уровня воды в С. С выполнен с горизонтальной перегородкой 23, разделяющей его объем на паровое и водяное пространства и с ней связаны ПУОД и УУ, а над перегородкой расположено входное отверстие патрубка 26 резервной линии слива сепарата. ПУОД представляет собой кольцевую щель 24 между перегородкой 23 и стенкой С, выполняющую функцию дросселирующего элемента, а УУ изготовлено в виде патрубка 25, отходящего от перегородки 23 вверх, который сообщает между собой паровое и водяное пространства. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к паросиловой технике и непосредственно к системам отвода сепарата из блока сепаратор-пароперегреватель паросиловых установок, который используется при работе на насыщенном паре, в частности в турбинах атомных электростанций. При этом изобретение относится как к раздельно изготовленным и установленным сепаратору и пароперегревателю, так и к их монокорпусному изготовлению. Изобретение также в одинаковой мере с отводом сепарата касается и отвода конденсата греющего пара пароперегревателя, если их дренаж осуществляется в раздельные баки.

Системы отвода сепарата из блока сепаратор-пароперегреватель обычно содержат соединенный с последним сливным трубопроводом сепаратосборник в виде герметичного резервуара или бака, из которого сепарат отводится в точку тепловой схемы паросиловой установки с малым давлением. Отвод сепарата из сепаратосборника в большинстве паросиловых установок осуществляется в одну из ступеней регенеративного подогрева питательной воды. Кроме того, обычно в качестве резервного средства отвода сепарата предусматривают полный дренаж сепарата через управляемый клапан в конденсатор паросиловой установки. Известны паросиловые установки, в которых в сепаратосборник сливается также конденсат греющего пара последнего из подогревателей низкого давления в линии регенеративного подогрева питательной воды. При этом такой слив осуществляется в известных системах отвода сепарата в точку ниже расчетного уровня воды в сепаратосборнике.

Одной из проблем, которые приходится решать при проектировании систем отвода сепарата, является предотвращение аварийных ситуаций при вскипании воды в сепаратосборнике во время переходных процессов, когда давление в блоке сепаратор-пароперегреватель быстро падает. В этом случае происходит вскипание воды в сепаратосборнике и с обратным током ее пара возможен вынос капель воды на трубный пучок пароперегревателя, что провоцирует развитие в нем трещин. Кроме того, при вскипании воды в сепаратосборнике происходит кавитационный срыв насоса откачки сепарата.

Известны системы отвода сепарата, которые содержат проходное устройство одностороннего действия в виде обратного клапана, сопла, дроссельного отверстия и т.п. на линии слива сепарата из блока сепаратор-перегреватель. Однако такое устройство на линии слива сепарата не устраняет опасности кавитационного срыва насоса откачки сепарата из сепаратосборника и требует тщательной индивидуальной регулировки для каждого трубопровода в линии слива сепарата. Известны также системы отвода сепарата, которые дополнительно содержат уравнительный трубопровод, соединяющий паровые пространства блока сепаратор-пароперегреватель и сепаратосборника. Однако такое решение ухудшает условия слива сепарата при работе паросиловой установки в стационарных режимах, а, кроме того, в связи с необходимостью введения дополнительного трубопровода усложняет систему отвода сепарата и снижает ее конструкционную надежность.

Ближайшим аналогом изобретения является система отвода сепарата из блока сепаратор-пароперегреватель, содержащая сепаратосборник с перегродкой, разделяющей его объем на два пространства, проходное устройство одностороннего действия, уравнительное устройство, насос откачки сепарата из сепаратосборника и резервную линию слива сепарата из сепаратосборника в конденсатор с клапаном, управляемым от датчика уровня воды в сепаратосборнике. Эта система достаточно надежно предотвращает от аварийных ситуаций из-за вскипания воды в сепаратосборнике при резком падении давления пара. Однако она, как и другие известные системы отвода сепарата, в качестве проходного устройства одностороннего действия использует обратные клапаны в линии слива сепарата, а в качестве уравнительного устройства трубопровод, соединяющий паровые пространства блока сепаратор-пароперегреватель и сепаратосборника. Это обуславливает наличие относительно большого числа трубопроводных линий и арматуры, а также других комплектующих изделий, что сопряжено с уменьшением конструкционной надежности и относительно высокой стоимостью.

В основу изобретения поставлена задача создания такой системы отвода сепарата из блока сепаратор-пароперегреватель, в котором было бы минимальное число трубопроводов, арматуры для них и других комплектующих изделий, но вместе с тем обеспечивалась бы эффективная защита от аварийных ситуаций.

Эта задача решена в системе отвода сепарата из блока сепаратор-пароперегреватель паросиловых установок, содержащей сепаратосборник с перегородкой, проходное устройство одностороннего действия, уравнительное устройство, насос откачки сепарата и резистивную линию слива сепарата из системы, в которой в соответствии с сущностью изобретения перегородка в сепаратосборнике расположена горизонтально, разделяя его объем на паровое и водяное пространство и с ней связаны проходное устройство одностороннего действия и уравнительное устройство, а над перегородкой расположено входное отверстие патрубка резервной линии слива сепарата.

Такое выполнение обеспечивает компоновку всех элементов защиты от аварийных ситуаций в одном модуле-сепаратосборнике и значительно сокращает число трубопроводных линий и арматуры.

Проходное устройство одностороннего действия может быть выполнено в виде любых встроенных в перегородку известных элементов, например в виде обратных клапанов, сопл и т.п. определенным образом расположенных по площади перегородки. Однако наиболее целесообразно, чтобы такое устройство было выполнено как кольцевая дроссельная щель между перегородкой и боковой стенкой сепаратосборника. Это позволяет исключить применение дополнительных элементов типа обратных клапанов, дроссельных шайб и пр. и снизить трудоемкость изготовления сепаратосборника.

Наиболее предпочтительной по простоте исполнения форме уравнительного устройства является отходящий от перегородки вверх патрубок, канал которого сообщает между собой паровое и водяное пространства. Для того, чтобы этот патрубок не оказывал нейтрализующего воздействия в отношении кольцевой дроссельной щели, проходное сечение его канала должно быть достаточно малым и, как показали проведенные исследования, площадь этого проходного сечения должна составлять не более 0,005 площади перегородки.

Если в сепаратосборник осуществляется слив конденсата греющего пара подогревателя низкого давления, целесообразно, чтобы в предлагаемой системе дренажный трубопровод этого подогревателя был сообщен с паровым пространством сепаратосборника. Это обеспечит непрерывный слив конденсата при всех режимах работы и вместе с тем защиту от прорыва водяных капель в пароперегреватель через указанный подогреватель при резком снижении давления пара без использования каких-либо дополнительных элементов защиты кроме тех, которые имеются в сепаратосборнике согласно основной сущности настоящего изобретения.

На чертеже схематически изображена паротурбинная установка с системой отвода сепарата из блока сепаратор-пароперегреватель.

Паротурбинная установка предназначена для работы в условиях насыщенного пара. Она содержит парогенератор 1, турбину с цилиндрами высокого 2 и низкого 3 давлений, конденсатор 4, систему регенеративного подогрева питательной воды, блок сепаратор-пароперегреватель 5-6 и систему отвода сепарата из этого блока. Система регенеративного подогрева питательной воды содержит смешивающие подогреватели 7, поверхностные подогреватели низкого 8 и высокого 9 давлений, деаэратор 10, конденсатные насосы первой 11 и второй 12 ступеней, бустерный 13 и питательный 14 насосы. Такая структура паротурбинной установки аналогична известным паротурбинным установкам насыщенного пара. Однако система отвода сепарата из блока сепаратор-пароперегреватель 5-6 выполнена с существенными отличиями от известных в соответствии с изобретением.

Эта система отвода включает трубопровод 15 для слива сепарата из блока сепаратор-пароперегреватель 5-6, сепаратосборник 16, насос 17 для откачки из него сепарата в деаэратор 10 через трубопровод 18 с запорно-регулирующим клапаном 19 и трубопровод 20 с запорно-регулирующим клапаном 21 резервной линии слива сепарата в конденсатор 4. Кроме того, с верхней частью сепаратосборника 16 соединен дренажный трубопровод 22 для слива конденсата греющего пара из последнего по конденсатной воде подогревателя низкого давления. Сепаратосборник 16 представляет собой резервуар высокого давления, соединенный как указано выше с другими элементами системы отвода сепарата. Объем сепаратосборника 16 разделен горизонтальной перегородкой 23 на два пространства: паровое над перегородкой и водяное под перегородкой. При этом перегородка 23 расположена в сепаратосборнике 16 на такой высоте, чтобы уровень сепарата в стационарном режиме устанавливался несколько ниже этой перегородки и между нею и уровнем воды оставалась паровая подушка. Между краем перегородки 23 и боковой стенкой сепаратосборника 16 имеется кольцевая щель 24, а край перегородки изогнут вниз под острым углом. При таком исполнении кольцевая щель 24 выполняет функцию дроссельного сопловидного элемента. Должно быть понятно, что при этом ширина щели должна быть специально подобрана, как это делается для всех дроссельных отверстий.

Перегородка 23 оснащена отходящим от него вверх патрубком 25, канал которого сообщает паровое и водяное пространства между собой, выполняя функцию уравнительного устройства. Должно быть понятно, что проходное сечение канала патрубка 25 должно быть достаточно мало, так как иначе он нейтрализует действие кольцевой щели 24, выполняющей функцию проходного устройства одностороннего действия между паровым и водяным пространствами. Вместе с тем проходное сечение канала патрубка 25 не должно быть и слишком малым, чтобы обеспечивать функцию выравнивания давления с нужной скоростью. Должно быть также понятно, что для каждой паросиловой установки оптимальный размер проходного сечения указанного канала различен. Однако, как показали результаты математического моделирования для различных по параметрам сепаратосборников и с различным разделительным давлением, проходное сечение канала патрубка 25 должно быть не более 0,005 от площади перегородки 23.

В сепаратосборнике 16 расположен также патрубок 26, соединенный с трубопроводом 20 резервной линии слива сепарата. Входное отверстие этого патрубка расположено ниже верхнего конца патрубка 25 на величину, эквивалентную гидравлическому сопротивлению входа воды в патрубок 26, что обеспечивает ее слив без затоплений уравнительного патрубка 25.

Кроме того, сепаратосборник оснащен датчиком 27 уровня воды для управления клапаном 19 на линии откачки сепарата и датчиком 28 управления клапаном 21 на резервной линии слива сепарата в конденсатор 4.

Работа описанной системы отвода сепарата из блока сепаратор-пароперегреватель осуществляется следующим образом.

В стационарном режиме работы паротурбинной установки сепарат из блока сепаратор-пароперегреватель 5-6 сливается по трубопроводу 15 в сепаратосборник 16. В последнем вода свободно стекает через кольцевую щель 24 в водяное пространство. В сепаратосборник 16 по трубопроводу 22 сливается также конденсат греющего пара из подогревателя питательной воды 8 и также свободно переходит через кольцевую щель 24 в водяное пространство сепаратосборника. Из сепаратосборника 16 вода насосом 17 откачается в деаэратор 10. При этом клапан 19 открыт, а клапан 21 закрыт.

В динамических процессах, в частности при сбросе нагрузки до собственных нужд холостого хода, сопровождающихся резким падением давления в блоке сепаратор-пароперегреватель 5-6, также быстро падает и давление в паровом пространстве сепаратосборника. Однако благодаря наличию дроссельной кольцевой щели 24 выход пара из паровой подушки под перегородкой 23 в паровое пространство значительно затруднен и вскипание сепарата в водяном пространстве предотвращается.

Вследствие временного образования значительного перепада давления с противоположных сторон перегородки 23 условия слива сепарата через кольцевую щель 24 ухудшаются, что может привести к накоплению воды на перегородке. Это регистрируется датчиком 27 и по соответствующему сигналу от него приоткрывается клапан 19, создавая подпор на линии откачки сепарата через трубопровод 18. Благодаря наличию патрубка 25, выполняющему функцию уравнительного устройства, давление между паровым и водяным пространствами постепенно сравнивается, что восстанавливает нормальный слив сепарата через кольцевую щель 24, а положение клапана 19 восстанавливается.

В случае, если этот переходной процесс затягивается и уровень воды над перегородкой 23 повышается выше уровня входного отверстия патрубка 26, это регистрируется датчиком 28 и по соответствующему сигналу от него открывается клапан 21, в результате чего осуществляется экстренный слив воды через трубопровод 20 в конденсатор 4.

Таким образом, как это следует из изложенного, система отвода сепарата в соответствии с изобретением обеспечивает надежную работу при все возможных ситуациях. Вместе с тем по сравнению с другими известными системами она содержит меньшее количество трубопроводных линий и арматуры и других комплектующих устройств, что обеспечивает ее более низкую стоимость при высокой конструкционной надежности.

Формула изобретения

1. СИСТЕМА ОТВОДА СЕПАРАТА ИЗ БЛОКА СЕПАРАТОР ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬ ПАРОСИЛОВЫХ УСТАНОВОК, содержащая сепаратосборник с перегородкой, разделяющей его объем на два, проходное устройство одностороннего действия, уравнительное устройство, насос откачки сепарата из сепаратосборника и резервную линию слива сепарата из сепаратосборника в конденсатор с клапаном, управляемым от датчика уровня воды в сепаратосборнике, отличающаяся тем, что перегородка в сепаратосборнике расположена горизонтально над уровнем установления свободной поверхности сепарата, причем проходное устройство одностороннего действия и уравнительное устройство связаны с перегородкой, а входное отверстие патрубка резервной линии слива сепарата расположено над перегородкой.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что проходное устройство одностороннего действия выполнено в виде кольцевой дроссельной щели между перегородкой и стенкой сепаратосборника.

3. Система по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что уравнительное устройство выполнено в виде отходящего от перегородки вверх патрубка, канал которого сообщает между собой пространства над и под перегородкой сепаратосборника, его проходное сечение составляет не более 0,005 площади перегородки, при этом входное отверстие патрубка резервной линии слива сепарата расположено ниже верхней кромки патрубка уравнительного устройства.

4. Система по пп. 1, 2 или 3, отличающаяся тем, что с пространством сепаратосборника над перегородкой сообщен дренажный трубопровод поверхностного подогревателя низкого давления, питаемого паром от блока сепаратор-пароперегреватель.

РИСУНКИ

Рисунок 1