Руководящий документ РД 34.30.302-87 Методические указания по наладке и эксплуатации пароструйных эжекторов конденсационных установок ТЭС и АС.
РД 34.30.302-87
РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО НАЛАДКЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПАРОСТРУЙНЫХ ЭЖЕКТОРОВ
КОНДЕНСАЦИОННЫХ УСТАНОВОК ТУРБИН ТЭС И АС
Срок действия с 01.07.90
до 01.07.2000*
РАЗРАБОТАНЫ Всесоюзным дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехническим научно-исследовательским институтом им. Ф.Э.Дзержинского (ВТИ им. Ф.Э.Дзержинского)
ИСПОЛНИТЕЛЬ А.И.Белевич
УТВЕРЖДЕНЫ Главным научно-техническим управлением энергетики и электрификации Минэнерго СССР 28 сентября 1987 г.
Заместитель начальника А.П.Берсенев
Главным научно-техническим и проектно-конструкторским управлением Минатомэнерго СССР 19 августа 1987 г.
Начальник Управления Б.Я.Прушинский
Настоящие Методические указания распространяются на пароструйные многоступенчатые эжекторы с кожухотрубными теплообменниками, применяемые на тепловых и атомных станциях в качестве газоудаляющих устройств конденсационных установок турбин, и устанавливают правила, предъявляемые к испытаниям эжекторов, и требования к их эксплуатации.
С вводом в действие настоящих Методических указаний утрачивают силу "Руководящие указания по наладке и эксплуатации пароструйных эжекторов конденсационных установок" (М.: Госэнергоиздат, 1956).
1. НАЗНАЧЕНИЕ, КОНСТРУКЦИИ И СХЕМА ВКЛЮЧЕНИЯ
ПАРОСТРУЙНЫХ ЭЖЕКТОРОВ
1.1. Многоступенчатый пароструйный эжектор применяется для поддержания разрежения в конденсаторе паровой турбины путем постоянного удаления из него неконденсирующихся газов.
1.2. Пароструйный эжектор отсасывает из конденсатора не только неконденсирующиеся газы, но и некоторое количество пара. Парогазовая смесь находится в насыщенном состоянии. Она сжимается в аппарате до требуемого давления и направляется или в атмосферу (ТЭС и двухконтурная АС), или в специальную установку для сжигания радиолизного водорода - УСГС (одноконтурная АС).
1.3. Давление эжектируемой парогазовой смеси на входе в эжектор всегда ниже давления отработавшего пара, поступающего из турбины в конденсатор, на величину парового сопротивления последнего. Это давление при неизменном расходе пара в конденсатор, состоянии его теплообменной поверхности, расходе и температуре циркуляционной воды не является для данного пароструйного эжектора постоянным, а растет с увеличением расхода неконденсирующихся газов, содержащихся в отсасываемой парогазовой смеси, и с увеличением температуры этой смеси, определяемой содержанием в ней водяного пара.
1.4. Количество пара, содержащегося в эжектируемой смеси, зависит от условий теплопередачи в конденсаторе. Между работой конденсатора и пароструйного эжектора существует тесная взаимосвязь. Увеличение по какой-либо причине давления всасывания эжектора влечет за собой также и рост давления в конденсаторе. В результате повышается температура пара и соответственно возрастает разность температур пара и циркуляционной воды. Это увеличивает количество сконденсировавшегося пара и уменьшает количество его в эжектируемой парогазовой смеси. Последнее в свою очередь приводит к понижению давления всасывания эжектора и давления в конденсаторе, пока не будет достигнуто новое установившееся состояние. Эжектор оказывает непосредственное влияние на величину давления в конденсаторе, от которой сильно зависит экономичность турбоагрегата.
Пароструйный аппарат состоит из рабочего сопла, приемной камеры, камеры смешения и диффузора (черт.1,б).
Рабочий пар поступает в сопло, в котором он ускоряется и расширяется, снижая давление до значения, определяемого геометрией сопла и параметрами пара перед соплом. Струя рабочего пара, выходя со сверхзвуковой скоростью из сопла в приемную камеру, захватывает эжектируемую парогазовую смесь и поступает вместе с ней в камеру смешения, где происходит выравнивание скоростей по сечению потока, сопровождающееся повышением давления. Дальнейшее сжатие смешанного потока до величины давления за аппаратом происходит в диффузоре (черт.1,в.).
Процессы в струйном аппарате
по длине пароструйного аппарата.
Черт.1
Принципиальная схема трехступенчатого эжектора
ПА1, ПA2, ПА3 - пароструйные аппараты I, II и III ступеней; Т1, T2, Т3 - теплообменники I, II и III ступеней;
1 - подвод рабочего пара; 2 - эжектируемая из конденсатора парогазовая смесь; 3, 5, 7 - сжатая парогазовая
смесь после пароструйных аппаратов I, II и III ступеней; 4, 6 - эжектируемая парогазовая смесь II и III ступеней;
8 - выхлоп эжектора; 9, 10 - вход и выход охлаждающей воды; 11 - дренаж конденсата.
Черт.2
1.7. В конструктивном отношении многоступенчатые пароструйные эжекторы различаются между собой выполнением и компоновкой. Пароструйные аппараты иногда располагаются снаружи теплообменников и соединяются с соответствующими теплообменниками при помощи патрубков (черт.3), в других случаях встраиваются внутрь парового пространства теплообменников (черт.4) или монтируются в специальном едином корпусе вместе с теплообменниками (черт.5, 6, 7, 8).
Эжектор типа ЭПО-3-135 ПО УТМЗ
Черт.3
Эжектор типа ЭПО-3-75 ПО ХТЗ
Черт.4
Эжектор типа ЭПО-3-150 ПО ХТЗ
Черт.5
Эжектор типа ЭП-3-100/300 ПО ХТЗ
Черт.6
Эжектор типа ЭП-3-55/150 ПО ХТЗ
Черт.7
Эжектор типа ЭП-3-600 ПО ЛМЗ
Черт.8
Теплообменники по охлаждающей воде могут соединяться по последовательной, параллельной или смешанной схемам. Внутренний и наружный диаметры трубок в теплообменнике равны 17 и 19 мм, соответственно.
Отвод конденсата (дренаж) из теплообменников производится раздельно из каждой ступени в конденсатор или каскадно, то есть последовательно, через гидрозатворы, начиная с последней ступени и заканчивая первой, из которой конденсат отводится в конденсатор.
Основные размеры и параметры работы наиболее распространенных типов пароструйных эжекторов мощных турбин приведены в табл.1. Эжекторы УТМЗ: ЭП-3-2, ЭП-3-2А и ЭП-3-3 имеют такой же корпус и теплообменники, как эжектор ЛМЗ типа ЭП-3-600, а размеры их пароструйных аппаратов аналогичны приведенным в табл.1, относящимся к пароструйному эжектору УТМЗ типа ЭПО-3-135.
Таблица 1
ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ О ПАРОСТРУЙНЫХ ЭЖЕКТОРАХ
Параметр | Тип эжектора | ||||||||||||||||||||
| ЭП-3-600 | ЭПО-3-75 | ЭПО-3-150 | ЭП-3-100/300 | ЭП-3-55/150 | ЭПО-3-220 | ЭПО-3-135 | ||||||||||||||
Максимальная рабочая производительность на сухом воздухе, , кг/ч |
|
| 70 | 110 при 36 ° С 105 кПа | 70 при 30,5 ° С 180 при 20 ° С 105 кПа | 350 при 30 ° С и 131 кПа | 240 при 25 ° С и 145 кПа | 310 при 4 ° С и 145 кПа | 125 при 25 ° С 105 кПа | ||||||||||||
Давление перед I ступенью при максимальной рабочей производительности на сухом воздухе, , кПа |
|
| 2,5 | 5,0 | 1,3 при 30,5 ° С 3,5 при 20 ° С | 2,5 | 3,1 | 4,0 | 5,0 | ||||||||||||
Объемная производительность на паровоздушной смеси, , м /ч |
|
| 3000 | 3840 при 20,4 ° С 25 кг/ч (испытания) | 4960 при 27 ° С 50 кг/ч (испытания) | 13750 при 17 ° С и 183 кг/ч | 11200 при 21 ° С и 76 кг/ч | 7675 при 23 ° С и 88 кг/ч | 4230 при 32 ° С и 45 кг/ч | ||||||||||||
Давление / температура пара перед соплами, , МПа / ° С | 1,27/400 | 0,49/160 | 0,49/160 | 0,49/160 | 0,49/160 | 0,79/170 | 0,49/155 | ||||||||||||||
Номер ступени | I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | III |
Диаметр критического сечения сопла, , мм | 6,8 | 6,8 | 6,8 | 9,0 | 12,4 | 15,6 | 13,5 | 19,5 | 22,0 | 28,5 | 22,5 | 24,5 | 24,0 | 25,5 | 21,0 | 16,0 | 16,0 | 20,3 | 12,0 | 12,0 | 10,4 |
Диаметр выходного сечения сопла, , мм | 32,0 | 21,0 | 14,0 | 42,0 | 32,0 | 30,0 | 67,0 | 56,0 | 40,0 | 112 | 54 | 40 | 105 | 70 | 35 | 76 | 45 | 31 | 35 | 33 | 18 |
Длина расширяющейся части сопла, , мм | 137 | 51 | 13 | 117 | 95 | 52 | 242 | 165 | 82 | 330 | 150 | 117 | 340 | 240 | 70 | 273 | 143 | 63 | 165 | 80 | 36 |
Расстояние от сопла до камеры смешения, , мм | 65 | 40 | 20 | 73 | 71 | 1 | 160 | 92 | 68 | 116 | 64 | 0 | 130 | 80 | 32 | 154 | 87 | 67 | 75 | 30 | 29 |
Длина конической части камеры смешения , мм | 265 | 165 | 140 | 300 | 220 | 140 | 340 | 250 | 150 | 325 | 420 | 300 | 262 | 200 | 110 | 113 | 122 | 72 | 290 | 165 | 110 |
Диаметр входного сечения камеры смешения, , мм | 135 | 70 | 33 | 113 | 86 | 54 | 162 | 110 | 63 | 172 | 112 | 82 | 225 | 120 | 65 | 157 | 92 | 68 | 100 | 63 | 42 |
Диаметр цилиндрической части камеры смешения, , мм | 92 | 46 | 22 | 73 | 55,2 | 35 | 114 | 84 | 50 | 147 | 85 | 55 | 170 | 96 | 52 | 133 | 75 | 58 | 67 | 43 | 28 |
Диаметр выходного сечения диффузора, , мм | 135 | 89 | 60 | 138 | 130 | 104 | 250 | 216 | 125 | 320 | 196 | 161 | 290 | 184 | 111 | 300 | 187 | 138 | 127 | 87 | 60 |
Длина цилиндрического участка камеры смешения, , мм | 265 | 165 | 140 | 300 | 220 | 140 | 340 | 250 | 150 | 912 | 650 | 360 | 497 | 500 | 220 | 792 | 600 | 422 | 290 | 225 | 110 |
Длина диффузора, , мм | 400 | 400 | 370 | 370 | 425 | 390 | 780 | 660 | 400 | 1000 | 666 | 636 | 571 | 365 | 304 | 622 | 480 | 428 | 428 | 318 | 233 |
Расход рабочего пара, , м/ч | 200 | 200 | 200 | 171 | 325 | 516 | 385 | 804 | 945 | 1700 | 1075 | 1270 | 1225 | 1390 | 932 | 840 | 840 | 1360 | 296 | 296 | 258 |
Поверхность теплообменников, , м | 14,3 | 8,4 | 5,1 | 14,0 | 9,6 | 7,6 | 40 | 30 | 20 | 30,0 | 13,3 | - | 49,1 | 35,7 | 24,5 | 49,1 | 35,7 | 24,5 | 15,3 | 17,9 | 17,9 |
Средняя длина трубок теплообменников, , мм | 2450 | 2350 | 2250 | 1095 | 1095 | 1095 | 3300 | 3300 | 3300 | 3780 | 3780 | - | 2900 | 2900 | 2900 | 2900 | 2900 | 2900 | 1200 | 1500 | 1500 |
Количество трубок в теплообменнике, , шт. | 98 | 60 | 38 | 224 | 154 | 122 | 202 | 152 | 102 | 113 | 59 | - | 283 | 206 | 141 | 283 | 206 | 141 | 133 | 133 | 133 |
Расход охлаждающей воды через теплообменник, , т/ч | 75 | 46 | 29 | 165 | 165 | 165 | 222 | 167 | 112 | 149 | 78 | - | 500 | 297 | 203 | 337 | 245 | 168 | 200 | 200 | 200 |
Суммарный расход рабочего пара, , кг/ч | 600 | 1012 | 2135 | 4045 | 3547 | 3040 | 850 |
На черт.9-14 приведены характеристики шести пароструйных эжекторов.
Характеристики эжектора ЭП-3-3 при эжектировании сухого воздуха
Черт.9
Характеристики эжектора ЭПО-3-75 при эжектировании сухого воздуха
Черт.10
Характеристики эжектора ЭПО-3-150 при эжектировании сухого воздуха
Черт.11.
Характеристики эжектора ЭП-3-100/300 при эжектировании сухого воздуха
Черт.12
Характеристики эжектора ЭП-3-55/150 при эжектировании сухого воздуха
Черт.13
Характеристики эжектора ЭПО-3-220 при эжектировании сухого воздуха
Черт.14
1.8. Конденсационная установка оборудуется двумя и более основными пароструйными эжекторами, из которых один является резервным и включается в работу в случае появления повышенных присосов воздуха. Установка двух или трех пароструйных эжекторов обладает также тем существенным преимуществом, что она допускает возможность производства работ, требующих выключения аппарата (очистка сопел, заглушение или замена поврежденных трубок теплообменников и т.п.), при работающей турбине.
Схема конденсационной установки с двумя пароструйными эжекторами представлена на черт.15. В турбоустановках ПО ХТЗ питание основных эжекторов при пуске и малых нагрузках турбины осуществляется от коллектора собственных нужд через редукционную установку на АС и редукционно-охладительную установку на ТЭС.
Схема конденсационной установки с двумя эжекторами
1 - конденсатор; 2 - основные эжекторы; 3 - пусковой эжектор; 4 - конденсатные насосы;
5 - подвод паровоздушной смеси из конденсатора; 6 - подвод рабочего пара; 7 - охлаждающая вода
(основной конденсат); 8 - выхлоп эжекторов; 9 - воздухомер; 11, 12, 13 - гидрозатворы;
14 - рециркуляция конденсата; 15 - деаэратор; 16 - выпар деаэратора
Черт.15
Модернизированные схемы питания рабочим паром эжекторов типов ЭПО-3-150 и ЭП-3-55/150, а также схема питания эжектора ЭПО-3-135 предусматривают подвод пара к первым двум ступеням эжектора из общего коллектора, перед которым установлен регулирующий орган, а к третьей - индивидуальный подвод пара со своим регулирующим органом. Это позволяет в случае необходимости регулировать расход пара на третью ступень, а также использовать пароструйный аппарат третьей ступени при отключенных по пару первых двух в качестве пускового эжектора.
1.9. Дренажные линии, по которым конденсат рабочего пара отводится из теплообменников эжектора, снабжаются гидравлическими затворами или подпорными шайбами (диафрагмами). Этим устраняется возможность опорожнения дренажных линий или работы их неполным сечением, при которой неконденсирующиеся газы из теплообменника могли бы по дренажной линии поступать в теплообменник предыдущей ступени, либо в конденсатор, вновь возвращаясь затем в эжектор и перегружая его.
1.10. Охлаждающая вода (основной конденсат) поступает в теплообменники эжектора под давлением, создаваемым конденсатным насосом. Так как при холостом ходе турбины или низких ее нагрузках расход основного конденсата может быть недостаточным для обеспечения нормальной работы теплообменников эжектора, предусматривается специальная линия для рециркуляции конденсата. Присоединение этой линии к конденсатору выполняется таким образом, чтобы нагретый в эжекторе конденсат, прежде чем вновь поступить в конденсатный насос, стекал бы по трубкам конденсатора и отдавал воспринятое в эжекторе тепло охлаждающей воде.
При подводе линии рециркуляции в днище конденсатора для эффективного охлаждения конденсата нижние ряды трубок конденсатора затапливаются. При этом необходимо, чтобы воздухоохладитель не был залит конденсатом и к нему был обеспечен доступ отсасываемой паровоздушной смеси.
1.11. Эжектор снабжается манометром и термометром на трубопроводе рабочего пара за (по ходу его движения) регулирующим органом и мановакуумметрами, присоединенными к приемным камерам пароструйных аппаратов. Эжекторы одноконтурных АС оснащаются также термосопротивлениями для измерения температуры парогазовой смеси в приемных камерах пароструйных аппаратов. На выхлопном патрубке может быть установлен воздухомер (ТЭС и двухконтурные АС) или другое устройство (напр. измерительная шайба) с приборами для измерения давления и температуры парогазовой смеси перед ним, а также перепада давления (одноконтурные АС). Воздухомер представляет собой устройство дроссельного типа, совмещающее измерительную диафрагму и показывающий прибор (черт.21,а).
1.12. Для поддержания требуемой концентрации гремучей смеси в эжекторах одноконтурной АС предусматривается возможность подачи рабочего пара перед теплообменником третьей ступени эжектора и установка регулирующего клапана на выходе охлаждающей воды из теплообменника третьей ступени. Регулировка клапана должна осуществляться по импульсу от температуры парогазовой смеси на выхлопе эжектора.
2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПАРОСТРУЙНЫХ ЭЖЕКТОРОВ
2.1. Для контроля работы эжектора необходимо знать его характеристику, то есть зависимость давления всасывания от режимных факторов в рабочем диапазоне их значений.
В условиях эксплуатации основными причинами, вызывающими изменение давления всасывания эжектора, являются:
изменение массового расхода эжектируемой парогазовой смеси;
изменение в ней соотношения количеств неконденсирующихся газов и водяного пара.
торе.
Характеристики ступеней многоступенчатого эжектора
Черт.16
На черт.16 схематически изображены также характеристики ступеней трехступенчатого эжектора ТЭС, отражающие особенности совместной работы последовательно включенных пароструйных аппаратов. На этом рисунке обозначены:
наковым.
где
В случае параллельной работы двух эжекторов общая их объемная производительность является суммой производительностей каждого эжект
ора.
2.5. Большей частью заводы-изготовители ограничиваются снятием характеристики эжектора при отсасывании им воздуха из помещения. Заводская характеристика, снятая на сухом воздухе, прилагается к паспорту эжектора и позволяет проверить в случае необходимости качество его изготовления или монтажа. Но она не может быть непосредственно использована для эксплуатационного контроля в условиях, когда эжектор отсасывает из конденсатора паровоздушную смесь, содержащую по массе до 50% и более насыщенного водяного пара.
Предельное противодавление пароструйного аппарата I ступени меняется в зависимости от того, отсасывается ли сухой воздух или паровоздушная смесь. Поэтому по характеристике, снятой при эжектировании сухого воздуха, нельзя судить о максимальной рабочей производительности эжектора при работе его на паровоздушной смеси.
2.6. Для контроля работы эжектора на электростанции недостаточно знать его характеристики, снятые на сухом воздухе. Необходимо располагать характеристиками эжектора при отсасывании им паровоздушной смеси. Такие характеристики могут быть получены путем проведения специальных испытаний на работающей турбине, методика которых описана в п.4.4.1.
Можно построить эксплуатационные характеристики при помощи приближенного способа на основе опытных данных, полученных при испытании эжектора на сухом воздухе.
где
3. ИСПЫТАНИЯ И НАЛАДКА ЭЖЕКТОРА
3.1. Необходимость в проверке качества работы и наладке нового эжектора, смонтированного заводом-изготовителем, или эжектора, вводимого в эксплуатацию после ремонта, возникает только в том случае, если при пробных пусках турбины обнаруживаются ненормальности в его работе или неудовлетворительная работа конденсационной установки, причем есть основания предполагать, что причиной недостаточного вакуума в конденсаторе является плохая работа эжектора.
3.2. Проверка работы эжектора, для которого имеется заводская характеристика, снятая на сухом воздухе, если эта проверка должна быть произведена, может заключаться в проведении контрольного испытания при эжектировании сухого воздуха.
Полученная опытная характеристика сопоставляется с заводской. Если при расчетных параметрах рабочего пара, расходе и температуре охлаждающей воды действительная характеристика отличается от заводской, должны быть выяснены причины этого. Следует различать два случая:
рабочий участок опытной характеристики располагается на всем его протяжении выше рабочего участка заводской характеристики;
действительная характеристика в пределах ее рабочего участка совпадает с заводской, но протяженность этого участка меньше, то есть перегрузка эжектора (переход на допредельный режим) начинается при меньшем расходе воздуха.
В первом случае причину нужно искать в ненормальной работе пароструйного аппарата I ступени эжектора, во втором случае - также и следующих ступеней, включая их пароструйные аппараты и теплообменники (см. р.5).
3.3. Для снятия характеристики эжектора при отсасывании им сухого воздуха должна быть закрыта задвижка на трубопроводе, по которому подается парогазовая смесь из конденсатора в эжектор. На приемном патрубке эжектора должен быть установлен фланец с устройством (сопло, диафрагма) для измерения расхода эжектируемого воздуха (черт.17). После измерительного устройства следует установить вентиль для регулирования его расхода. Изготовление и установка измерительного устройства, а также измерения должны производиться согласно РД 50-213-80 "Правила измерения расхода газов, жидкостей и паров стандартными сужающими устройствами".
Устройство для впуска воздуха в эжектор или конденсатор турбины и измерения его расхода
1 - вентиль; 2 - трубопровод; 3 - дроссельное устройство; 4 - импульсные линии;
Схемы подключения показывающего прибора к устройствам для измерения расхода воздуха
при выхлопе эжектора в машзал (открытый) и при выхлопе эжектора
в атмосферную трубу (закрытый)
1 - измерительное устройство (дроссельное); 2 - импульсные линии; 3 - разделительные сосуды;
Черт.17
Так как отношение давления всасывания эжектора к атмосферному меньше критического, измерение расхода воздуха может быть произведено без дифманометра при помощи сменных сопл с критическим расходом воздуха. Расход воздуха в этом случае может быть приближенно определен по формуле
Ниже в табл.2 приведены значения расходов воздуха для сопл различных диаметров.
Таблица 2
, мм | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
, кг/ч | 2,7 | 6,0 | 10,7 | 16,7 | 24,1 | 32,8 | 42,9 | 54,3 |
, мм | 10 | 11 | 12 | 15 | 17 | 19 | ||
, кг/ч | 67 | 81 | 96 | 150 | 192 | 240 |
Параметры рабочего пара при снятии характеристики поддерживают постоянными.
Расход эжектируемого воздуха следует постепенно увеличивать открытием вентиля или путем установки сопл с большим диаметром отверстия.
Кроме расхода отсасываемого воздуха, должны измеряться следующие параметры:
1) давление в приемной камере каждого пароструйного аппарата, например, при помощи ртутных дифманометров.
Соединение дифманометра с эжектором должно производиться трубкой из вакуумной резины с внутренним диаметром не менее 4 мм. На соединительных трубках II и III ступеней должны быть разделительные сосуды с вентилями для слива конденсата (черт.17).