Бродов - КОНДЕНСАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ ПАРОВЫХ ТУРБИН. Энергетика и энергомашиностроение и специальности Турбостроение москва энергоатомиздат 1994 ббк 31. 363 Б
 Скачать 1.86 Mb.
|
|
3.4. Трубки конденсаторов и способы их крепления в конденсаторах Трубки конденсаторов являются одним из наиболее ответственных элементов конденсаторов. В отечественном турбо¬ строении в конденсаторах турбин мощностью свыше 50 МВт обычно применяются цельнотянутые бесшовные трубки сна ружным диаметром 24—30 мм, в конденсаторах турбин меньшей мощности с наружным диаметром 16—19 мм толщина стенки трубок 1 мм. Необходимо, однако, иметь ввиду, что в периферийных рядах трубных пучков со стороны входа пара иногда устанавливаются трубки с толщиной стенки 1,5—2,0 мм, обладающие большим запасом прочности и износостойкости. Трубки меньших диаметров не находят практического применения, несмотря на то что компактность аппаратов с уменьшением диаметра трубок возрастает. Это определяется резким возрастанием трудоемкости изготовления и сборки конденсаторов с такими трубками, а также возрастанием трудоемкости их чистки в условиях эксплуатации. Длины конденсаторных трубок, выпускаемых отечественными трубными заводами, достигают в настоящее время 12 м. Актуальным является освоение производства и поставка трубок большей длины (дом, что позволит упростить ряд конструктивно-технологических решений. Долговечность трубок зависит от материала и качества их производства, конструкции конденсатора (в частности, от способа крепления трубок в трубных досках, параметров и режимов работы конденсатора (прежде всего — температуры и скорости охлаждающей воды, параметров вибрации и других факторов. Одним из основных требований, предъявляемых к трубкам конденсаторов, является их стойкость против коррозии. В общем случае трубки корродируют с двух сторон с водяной стороны — под воздействием охлаждающей воды и с паровой стороны — под воздействием пара и конденсата. Независимо от места коррозии и ее вида (свищи, трещины) эффект одинаков — загрязнение конденсата охлаждающей водой. По соображениям предотвращения недопустимых присосов охлаждающей воды материалы, из которых изготовляются конденсаторные трубки, должны быть коррозионно-стойкими одновременно в двух агрессивных средах — охлаждающей воде и паре. Выбор материалов, из которых изготовляются конденсаторные трубки, зависит от множества факторов, среди которых можно выделить два основных. Первый фактор — ожидаемая коррозионная устойчивость материала в конкретных условиях работы будущей ТЭС или АЭС. Эта устойчивость прогнозируется, если принимаются во внимание следующие данные параметры и конструкция котлов (барабанные или прямоточные, водно-химический режим котлов и конден- сатно-питательного тракта, наличие БОУ и схема ее включения, система водоснабжения станции, состав охлаждающей воды и др. Второй фактор — цена располагаемых материалов, которая не подлежит прогнозу, так как является результатом воздействия множества факторов. Независимо от названных факторов, в мире наблюдаются 142 определенные тенденции выбора материалов для конденсаторных трубок. В зарубежной практике произошли существенные изменения ориентации в части использованных материалов трубок [37]. В США, например, в 1960 г. примерно 60% блоков имели конденсаторные трубки из латуни, 10% — из нержавеющей стали, 25% — из алюминиевой латуни медно-никеле- вые сплавы и титан вообще не применялись. Возросшее загрязнение воды и более широкое применение оборотной системы водоснабжения привели в последнее время к почти полному вытеснению латунных трубок. Вместо них стали применяться трубки из нержавеющей хромо- никелевой стали (18% Сг, 9% Ni) и медно-никелевого сплава 90% Cu/10% Ni. В 1980 г, например, доля применения латунных трубок не превышала 5%, а доли нержавеющей стали, медно-никелевых сплавов и титана составили соответственно 35, 50 и 10%. Титан (в виде различных титановых сплавов) — сравнительно новый конструкционный материал для конденсаторных трубок, имеющий в ряду рассматриваемых материалов самую высокую устойчивость по отношению к коррозии. Титановые трубки выполняются, как правило, сварными со спиральным швом, толщина стенок уменьшена до 0,5—0,7 мм. Стоимость таких трубок в 1,6—1,9 раза выше, чем латунных. Титановые трубки допускают большие скорости охлаждающей воды и имеют больший срок службы, чем латунные и медно-никелевые, что окупает дополнительные затраты на их установку. Несмотря на то что титан склонен к биологическому загрязнению, общая загрязняемость титановых трубок (особенно при высокой жесткости и солесодержании охлаждающей воды) существенно меньше, чем латунных и медно-никеле¬ вых, что определяется его адгезионными свойствами. Существенным недостатком титана является его способность вызвать электрохимическую коррозию контактирующих с ним материалов. Кроме того, при наличии в паре свободного водорода титан имеет склонность к водородному растрескиванию, данное обстоятельство наиболее существенно для одноконтурных АЭС. Необходимо также учитывать, что изгибная жесткость титановых трубок существенно отличается от других материалов (см. §3.9). К недостаткам трубок из нержавеющей стали прежде всего относится их склонность к образованию трещин в присутствии ионов хлора. При сохранении общемировой тенденции выбора материалов для конденсаторных трубок в отечественной практике наиболее широкое распространение имеют трубки из латуни и медно-никелевых сплавов. В табл. 3.2 представлен ряд характеристик различных латунных трубок, применяемых в основном в конденсаторах турбин мощностью до 50 МВт. Латуни используются в конденсаторах, охлаждаемых водой с различным составом растворенных минеральных солей при умеренной щелочности конденсата турбоустановки, трубки из оловянистой латуни ЛО-70-1 и ЛОМш-70-1-0,05 обладают наиболее высокой коррозион- но-эрозионной стойкостью. Трубки из латуни ЛАМш-77-2-0,05 имеют наиболее высокую коррозионную стойкость в минерализованной и соленой воде. Латунные трубки всех марок выдерживают раздачу на 20% по диаметру без образования разрывов и трещин. Устойчивость латуни против коррозии определяется главным образом защитными свойствами пленки, образующейся на ее поверхности в начальный период работы. Коррозия латунных трубок со стороны пара наблюдается редко и зависит от наличия в паре и конденсате аммиака и кислорода аммиак появляется в паре при аммиачной обработке питательной воды. Наибольшая вероятность коррозионных повреждений латунных трубок со стороны пара имеет место в зонах воздухо¬ охладителей. Нормальным сроком службы латунных конденсаторных трубок на пресной воде считается 15—20 лет. В табл. 3.3 представлен ряд характеристик трубок из медно- никелевых сплавов, применяемых в конденсаторах турбин мощностью 100 МВт и выше. Медно-никелевые сплавы ингибированы марганцем и железом, что существенно повышает их коррозионно-эрозионную стойкость по сравнению с латунями. Трубки из таких сплавов пластичны и допускают повышенные по сравнению с латунными скорости воды. Сплав МНЖ-5-1 по сравнению со сплавом МНЖМц-30-1-1 характеризуется меньшим содержанием никеля и кобальта, имеет из-за этого несколько меньшую пластичность, но и меньшую стоимость. 144 Таблица 3.2. Трубки латунные для теплообменных аппаратов (ГОСТ 21646-76, материал — ГОСТ 15527-70) Марка латуни Л Л ЛО-70-1 ЛОМш-70-1-0,05 ЛОМш-68-0,05 ИА-77-2 ЛАМш-77-2-0,05 Состав, % Си 67-70 69-72 69-71 76-79 67-70 77-79 76-79 Мп — — — — — — — А — — — — — 1,75-2,5 2-1,5 Sn — — 1-1,5 1-1,5 — — — As — — — 0,025-0,06 0,025-0,06 — 0,025-0,06 Примеси Остальное Механические свойства Временное сопротивление, МПа 29 (34)* 34 32 (36)* 32 29 32 (37)* 32 Относительное удлинение после разрыва, % 40 (35)* 35 45 (40)* 45 40 45 (40)* 42 * В скобках даны прочностные характеристики для полутвердого состояния материала трубок. Таблица 3.3. Трубки аз медно-никелевых сплавов (ГОСТ 10092-75, материал - ГОСТ 492-73, ТУ 48-21-562-76) Марка сплава МНЖМц-30-1-1 мельхиор) МНЖ-5-1 Состав, % Fe 0,5-1,0 1,0-1,4 М 0,5-1 0,3-0,8 Ni+Co 29-33 5-6,5 Примеси 0,6 0,7 Си Остальное Марка сплава МНЖМц-30-1-1 мельхиор) МНЖ-5-1 Механические свойства Временное сопротивление разрыву, МПа 37 (50)* 30 Относительное удлинение % 30 (10)* 8 Твердость по Виккерсу HV, МПа 90-130 (140-190) * Механические свойства в скобках указаны для полутвердого состояния. Наиболее широко в конденсаторах турбин используется сплав МНЖ-5-1, так как трубки из этого материала хороша себя зарекомендовали при работе на охлаждающей воде с солесодержанием до 3000 мг/кг при небольшом содержании взвеси и солесодержанием 3000—5000 мг/кг при отсутствии загрязнения стоками и взвеси. Допустимая скорость воды без взвеси) 2,5—2,7 мс или 2,0—2,2 мс при наличии взвеси. 146 Ряд отечественных и зарубежных электростанций осуществляют входной контроль трубок на предмет наличия дефектов материала, а трубок из цветных металлов — и на наличие внутренних напряжений. Для этой цели обычно используется аммиачная проба, с помощью которой можно обнаружить остаточные напряжения до 5 Н/мм 2 В отдельных, наиболее ответственных случаях для контроля трубок применяют перископный осмотр со стороны внутренней поверхности, однако имеющиеся перископы обеспечивают доступна глубину не болеем от конца трубки. В целом отечественная практика располагает необходимым сортаментом трубок и материалов для создания надежных и высокоэффективных конденсаторов. Считаем необходимым подчеркнуть, что титановые трубки пока не получили распространения в отечественном конденсаторостроении. Однако, по мере снижения стоимости и. совершенствования технологии изготовления титановых трубок и аппаратов с такими трубками, они могут стать экономически целесообразными для применения в конденсаторах, в первую очередь у турбин большой единичной мощности. Крепление трубок в трубных досках должно быть плотными водонепроницаемым для предотвращения подсоса охлаждающей воды в паровое пространство конденсатора, а также долговечным, причем плотность соединения не должна нарушаться во всем возможном диапазоне изменения параметров теплоносителей и режимов работы конденсатора. Крепление должно обеспечивать плавный вход охлаждающей воды во избежание эрозии концов трубок и повышенного гидравлического сопротивления, хороший контакт с трубными досками для уменьшения коррозии трубок, а также легкую их замену без повреждения трубных досок. В конденсаторах современных паровых турбин соединение трубок с трубными досками обычно выполняется за счет развальцовки трубок. Исключение составляют отдельные специальные конденсаторы, в которых для повышения надежности данного соединения используется последующая (после развальцовки) обварка или пайка концов трубок к трубным доскам (со стороны водяных камер. Развальцовка конденсаторных трубок производится специальным инструментом — вальцовкой. Конструктивные схемы 147 применяемых в настоящее время вальцовок стремя коническими роликами (установленными под 120° друг к другу по периметру вальцовки) и центральным нажимным конусом (веретеном) представлены на рис. 3.20. Вальцовки обычно имеют электрический или пневматический привод с гибким валом. При развальцовке трубки происходит пластическая деформация, при этом диаметр трубки (внутренний и наружный) увеличивается. Вследствие этого на поверхности сопряжения трубки с доской создаются упругие напряжения, обеспечивающие прочность и плотность соединения. Для получения прочного и плотного вальцовочного соединения необходимо иметь определенную степень развальцовки где о — начальный диаметр отверстия в трубной доске — увеличение внутреннего диаметра трубок после вальцовки — разность диаметров' отверстия и наружного диаметра трубки до вальцовки (составляет обычно 0,2—0,4 мм. Развальцовка трубок (рис. 3.21) выполняется обычно не на всей толщине трубной доски, а на участке, составляющем 0,75—0,90 толщины трубной доски. Это делается во избежание подрезки трубок вместе выхода их из трубной доски. Для качественной развальцовки концов трубок необходимо обеспечить чистоту сопрягаемых поверхностей и отсутствие на этих поверхностях оксидов. Для предупреждения чрезмерного утонения стенки трубки, что может вызвать из поломку или появление кольцевых трещин, применяются автоматические устройства, ограничивающие крутящий момент на конце вальцовки. Как показал опыт эксплуатации конденсаторов, метод развальцовки обоих концов трубок в трубных досках, при усло- 148 Рис. 3 20. Конструктивные схемы вальцовок: а — самоподающая простая б — самоподающая с бортовочными роликами корпус 2 — конус веретено 3 — ролики вальцовочные ролики бортовочные вии соблюдения тщательно отработанного технологического процесса, является надежными удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к креплению и уплотнению трубок. Исключением является требование легкой замены трубок, вышедших из строя, так как при выемке развальцованной трубки с трубных досках всегда происходят повреждения. Обычно смена части или отдельных трубок производится после 7—8 лет эксплуатации. Несмотря на высокую плотность вальцовочных соединений, обеспечиваемую при заводской сборке конденсаторов, в условиях эксплуатации надежность этого соединения со временем ослабевает термические напряжения, вибрация трубок и другие факторы. Поэтому в конденсаторах применяются специальные конструктивные меры, уменьшающие присосы охлаждающей воды в паровое пространство, или такие устройства, которые предотвращают попадание в конденсат солей даже при неплотности вальцовочного соединения. Эффективным способом уменьшения присосов является, например, выполнение двойных трубных досок с подачей в полость между ними конденсата с давлением, превышающим давление охлаждающей воды (рис. 3.21,6). В этом случае при недостаточной плотности внутренней трубной доски в паровое пространство конденсатора будет попадать конденсата не циркуляционная вода. Основным недостатком данной конструкции является трудность развальцовки трубок во внутренних трубных досках, а также установление точного места подсоса и устранения неплотности. Применение двойных трубных досок требует тща- 149 Рис. 3.21. Закрепление трубок води нарной (аи двойной (5) трубных досках 1— трубка 2— трубная доска 3— уплотняющий слой 4, б внешняя и внутренняя трубные доски 5 — камера гидравлического уплотнения тельного соблюдения технологии развальцовки трубок. В конденсаторах турбин большой единичной мощности данный способ применяется редко. Дополнительная плотность соединения трубок с трубными досками часто достигается путем нанесения на поверхность трубной доски (после развальцовки трубок) специального битумного или эпоксидного покрытия (риса, а также развальцовки трубок в трубных досках с отбуртовкой концов или под колокольчик (рис. б. Наряде отечественных заводов, изготавливающих энергетические теплообменные аппараты (не конденсаторы, для крепления трубок в трубных досках применяется установка электрогидроимпульсной развальцовки трубок, использующая энергию, выделяемую при высоковольтном электрическом разряде на взрывающейся проволоке унифицированного электровзрывного патрона, заполненного водой. Несмотря на целый ряд преимуществ, данная установка пока не нашла Применения на турбинных заводах при изготовлении конденсаторов. Другие методы герметизации узла соединения трубок с трубными досками, применяемые в зарубежной практике конден- саторостроения, в частности приварка концов развальцованных трубок к трубным доскам, пока не получили широкого распространения. Частично это объясняется ограничениями на применение трубок из нержавеющих сталей в отечественных конденсаторах (приварка трубок из цветных сплавов требует изготовления и трубных досок из аналогичных материалов, а также применения специальной трудоемкой технологии сварки. 3.5. Трубные доски и промежуточные перегородки конденсаторов Трубные доски конденсаторов, охлаждаемых пресной водой, обычно изготавливаются из стали ВСтЗсп5 (или аналогичной ей, а охлаждаемые морской водой — из нержавеющей стали 12Х18Н9Т или из цветных сплавов (чаще всего на основе латуни. Из аналогичной нержавеющей стали изготавливаются также трубные доски конденсаторов турбин большой единичной мощности для АЭС (например, турбины К 3000), что определяется повышенными требованиями к надежности всей турбоустановки. Толщина трубных досок конденсатора обычно составляет 25—40 мм. Применение трубных досок толщиной менее 25 мм не рекомендуется из условий их прочности, жесткости и надежности узла вальцовочного соединения. Диаметр отверстий в трубных досках под вальцевку трубок должен быть на 0,2—0,4 мм больше наружного диаметра трубок. Края отверстия со стороны парового пространства конденсатора рекомендуется скруглять галтелью (для повышения надежности узла вальцовочного соединения. В конденсаторах современных конструкций соединение трубных досок с корпусом обычно осуществляется при помощи сварки, что упрощает изготовление и сборку конденсатора, а также повышает его плотность. В конструкциях конденсаторов турбин малой единичной мощности иногда применяются фланцевые соединения трубных досок с корпусом и водяной камерой. Вовремя работы конденсатора, а также при его гидравлических испытаниях трубные доски испытывают напряжения от изгиба. В связи с этим для обеспечения жесткости трубные доски по паровой стороне конденсатора укрепляются дополнительными продольными связями, чаще всего представляющими собой распорные трубы, в оба конца которых ввинчены и вварены хвостовики с резьбой. Вместе крепления продольных связей к трубным доскам должна быть обеспечена плотность, исключающая попадание охлаждающей воды в паровое пространство конденсатора. Частично для ужесточения трубных досок служат также анкерные связи, устанавливаемые между крышками водяных камер и трубными досками см. §3.6). Промежуточные перегородки устанавливаются в паровом пространстве конденсатора, обеспечивая необходимую отстройку параметров колебаний труб от резонансной частоты (за счет выбора количества и системы их расстановки — см. §3.9), а также для придания дополнительной жесткости корпусу конденсатора. Толщина промежуточных перегородок обычно не превышает 25 мм, материал — низкоуглеродистая сталь. Отверстия, через которые проходят трубки в промежуточных 151 перегородках, должны иметь диаметр на 0,2—0,3 мм больше наружного диаметра трубок. Края отверстий должны раззен- ковываться или скругляться галтелью. На основе исследования и обобщения динамических характеристик трубных систем различных теплообменных аппаратов, в том числе конденсаторов, рекомендуется [24] применять промежуточные перегородки толщиной примерно 15 мм при минимально возможных технологических зазорах между трубкой и отверстием в перегородке (в основном по условиям трудоемкости сборки аппаратов. Форма перегородок определяется в основном компоновкой трубного пучка. В местах, незанятых пучками трубок, в перегородках выполняются окна для выравнивания распределения пара по объему конденсатора. Разметка отверстий для трубок в промежуточных перегородках должна полностью соответствовать разметке в трубных досках. Крепление промежуточных перегородок к корпусу конденсатора обычно производится при помощи сварки в нескольких точках по периметру. При этом для повышения виброна¬ дежности трубной системы промежуточные перегородки обычно смещают вверх от соосного с трубой (с трубной доской) положения на несколько миллиметров. Смещение промежуточных перегородок, установленных в средних пролетах конденсаторов, обычно не превышает 10 мм от соосного с трубными досками положения соответствующих отверстий. Вследствие этого трубки в средней своей части оказываются изогнутыми вверх. |