. Condensator Abur

Condensatorul de abur ocupa un loc foarte important în centrala termoelectrică. Rolul său este acela de a transforma agentul de lucru din stare de vapori, în stare lichidă(condensat), permițând astfel recuperarea totală a agentului de lucru și închiderea economică- prin compresia în faza lichidă, prin intermediul pompelor de condensat – a ciclului de transformări termodinamice și energetice, cu producere de lucru mecanic util.

Un rol de asemenea important al instalației de condensare este acela de a permite destinderea maximă economic posibilă a aburului în turbină, prin coborârea presiunii de condensare cu mult sub presiunea atmosferică. În acest fel se utilizează mai complet energia termică a aburului, prin cresterea randamentului termic al ciclului pe măsură ce presiunea la evacuarea din turbină scade.

Deși în comparație cu condensatoarele cu amestec (fără suprafață de schimb de căldură), condensatoarele răcite cu apă sunt mai scumpe, mai complicate constructiv, ocupă mai mult spațiu, necesită mai multă apă de răcire și deci mai multă energie pentru pomparea apei, totuși ele sunt utilizate pe scară foarte largă deoarece asigură recuperarea totală a condensatului, în stare pură și cu un conținut minim de aer dizolvat și, totodată, asigură condensarea la un vid înaintat

În proiect se efectuează calculul termic de proiectare pentru condensatorul de abur al turbinei DSL 50, pentru regimul maxim de temperatură, respectiv temperatura corespunzătoare funcționării în timpul anotimpului cald(vara).

Condensatorul turbinei DSL 50 este amplasat sub turbină. El este împărtit (în partea de apă) în două fluxuri ce pot funcționa separat.

Din punct de vedere al circulatiei apei, condensatorul este cu două treceri, iar prizele de aer sunt amplasate în partea laterală a fasciculelor de țevi.

Partea scrisă a proiectului este structurată în 6 capitole și se tratează atât probleme teoretice ale condensării cât și calculul de dimensionare al condensatorului.

În primul capitol al lucrării este tratată teoria transmiterii căldurii în schimbătoarele de căldură industriale, în special în condensator.

În cel de-al doilea capitol se prezintă locul condensatorului în instalația de condensare, variante constructive, cu avantajele și dezavantajele lor precum si variante de așezare a țevilor și grupare a fasciculelor de țevi.

În al treilea capitol este prezentat bilanțull termic al condensatorului precum și mărimile necesare efectuării calculului termic al condensatorului și în mod special recomandări privind adoptarea sau calculul acestor parametri.

În cel de-al patrulea capitol se efectuează calculul efectiv de proiectare respectiv calculul termic, calculul hidrodinamic și de rezistență al condensatorului de abur.

În al cincilea capitol sunt prezentate instalațiile auxiliare necesare funcționării în siguranță a condensatorului.

În ultimul capitol sunt prezentate recomandări privind modernizarea-retehnologizarea, atât a condensatorului propriu-zis cât și a instalațiilor și aparatelor auxiliareprecum și modalități de modernizare-retehnologizare.

1. Condensarea

1.1 Mecanismul procesului de condensare

Cercetările proceselor de tranziție la modificarea stării de agregare a unei substanțe arată ca apariția fazei noi la atingerea temperaturilor de transformare a fazei, în cursul încălzirii sau răcirii rapide a substanței, este legată de existenta unei diferențe între temperatura inițială și temperatura de transformare de fază. Mărimea și semnul acestei diferențe de temperatură sunt determinate de conditiile procesului(directia de transfer a energiei termice, starea suprafetei de încălzire sau răcire în cazul fierberii sau condensării pe această suprafață, proprietătile fizice ale substanței etc.). De exemplu, la fierberea unui lichid, temperatura la suprafața sa, la planul de separație a fazelor este in medie cu 0,3 – 0,5 oC mai mare decat temperatura aburului care se formează.

Pe de altă parte, la condensarea aburului, condensatul are o temperatură mai mică decat masa de abur ce se condensează. La limita de separare a fazelor, aburul se afla în stare de suprasaturare, deoarece la limita de separare propriu-zisă a fazelor, temperaturile sunt în ambele cazuri, atât la condensare cât și la fierbere, identice și egale cu temperatura de transformare a fazei corespunzătoare presiunii la suprafața de separare. Pe de altă parte, pentru a avea loc condensarea, fierberea sau solidificarea, sunt necesare mai multe centre de formare a fazei noi. Asfel de centre pot fi bule de aer, particule de praf, asperităti ale suprafetei, particule încărcate electric. În lipsa unor asemenea centre, trecerea la noua fază este instantanee și are caracterul unei explozii. La această trecere, faza inițială se poate afla fie in stare supraîncalzită (la formarea aburului), fie în stare subrăcită (la condensare).

În conditii practice, în condensator există întotdeauna premisele necesare pentru condensarea aburului.

Picăturile ce se formează în cursul condensării posedă, ca orice suprafață de lichid, o tensiune superficială, care depinde de dimensiunile picăturilor și de mărimile tensiunii superficiale a lichidului respectiv. Astfel mărindu-se dimensiunile picăturii, energia tensiunii superficiale a lichidului crește. De aceea, dacă in cursul condensării aburului picătura crește în dimensiuni, în jurul centrului de formare are loc un lucru mecanic opus fortelor de tensiune superficială. Pentru efectuarea acestui lucru mecanic se consumă o parte a energiei termice a aburului a cărui deplasare spre suprafața de condensare este determinată de subrăcirea la planul de separatie a fazelor.

Totodată, stabilitatea picăturilor de condensat variază în functie de dimensiunile lor. Picăturile mici au o stabilitate redusă și, odata formate ele se evaporă din nou după scurt timp. Problema constă în aceea că presiunea de echilibru între abur și lichid, la limita dintre faze, depinde de curba suprafetei de separatie. Un lichid cu o suprafață de separație convexă se află în echilibru cu vaporii înconjurători la o presiune mai mare decât lichidele cu o suprafață plană de separatie a fazelor. Cu cât este mai mică raza curburii suprafeței lichidului, cu atât este mai mare diferența între valorile presiunii de echilibru pentru ambele cazuri, cu alte cuvinte, dacă raza curburii lichidului este mică, echilibrul acestuia cu vaporii este posibil numai în cazul unei suprasaturări însemnate a vaporilor.

1.2 Condensarea aburului

Condensarea reprezintă procesul termic exoterm de trecere de la faza de vapori la faza de lichid a unei substanțe(apa- in cazul particular al prezentei lucrări), cu eliminarea căldurii latente a vaporilor. Condensarea poate avea loc în întreaga masă de vapori(de exemplu prin destinderea aburului) sau la contactul vaporilor cu o suprafața rece, având temperatura inferioară temperaturii de saturatie a substanței la presiunea sistemului. Acest al doilea tip de condensare este întâlnit în schimbătoarele de căldură numite condensatoare.Suprafața de schimb de căldură este mentinută rece cu ajutorul unui agent termodinamic de răcire(apă, aer), care preia căldura în vederea transferării ei către mediul ambiant.

Condensarea poate avea loc:

la presiune superioară presiunii atmosferice(cazul preîncălzitoarelor de apă de alimentare care condensează aburul extras din prizele turbinei, pentru preîncălzirea apei la peste 100oC);

la o presiune inferioară presiunii atmosferice(cazul condensatoarelor care condensează aburul de eșapare al turbinei sub depresiune și în cazul preîncălzitoarelor de joasă presiune, la care aburul de preîncălzire are presiune mai mică decat cea atmosferică).

Condensarea este realizabilă pe domeniul parametrilor de stare pe care faza lichidă este termodinamic posibilă și anume la temperaturi și presiuni inferioare punctului critic. Pentru apă, parametrii termici de stare corespunzători punctului critic sunt:

presiunea pcr = 221,15 [bar];

temperatura tcr = 374,12 [oC](sau Tcr = 647,27 K);

volumul specific vcr = 0.003147 [m3/kg];

entalpia icr = 2095.2 [kJ/kg];

entropia scr = 4.4237 [kJ/kg*K];

La condensarea aburului pe suprafața de răcire se disting, după felul depunerii, două feluri de condensare: condensarea sub formă de peliculă și condensarea sub formă de picături.

La condensarea sub formă de peliculă, condensatul se depune pe suprafața de schimb de căldură sub forma unei pelicule continue care întrerupe contactul dintre abur și suprafața, înrăutațind astfel schimbul de căldură dintre ele. Având o conductivitate termică redusă, pelicula de condensat reprezintă principala rezistentă termică opusă trecerii căldurii de la abur la suprafața de schimb de căldură.

La condensarea sub formă de picături, condensatul sa depune sub forma unor picături, între care aburul poate ajunge la suprafața, datorită cărui fapt intre aceasta suprafață și abur există un schimb de căldură mai eficace.

Coeficientul de convecție de la abur la perete, αa, este mult mai mare la condensarea în picături decât la condensarea sub formă de peliculă: pe când la condensarea în peliculă mărimea αa este de ordinul 10000 [kcal/m2hoC], la condensarea sub formă de picături (aburul fiind nemiscat), valoarea αa este între 30000 – 70000 [kcal/m2hoC], iar la experiențele cu abur în miscare, αa a ajuns la valoarea de 125000[kcal/m2hoC].

Totuși, condensarea aburului sub formă de picături are loc numai pe pereti fără aderență, pe pereti bine lustruiti, cromati sau acoperiti cu un strat subtire de ulei. Condensarea în picături poate fi provocată, de asemenea, de prezenta uleiului sau a acizilor grași chiar in abur. În afară de aceasta, condensarea sub forma de picături are loc numai la viteze mici ale aburului, până la 10 m/s. Dacă aburul are viteze mai mari, picăturile de condensat împinse de abur se contopesc, formând niște fire care trec după aceea într-o peliculă continuă de condensat.

În condensator pot avea loc ambele tipuri de condensare, și totodată. sunt posibile cazuri de condensare mixtă când, in zone diferite ale suprafetei de răcire are loc atât condensarea sub formă de picături cat și condensarea sub formă de peliculă.

Condensarea sub formă de picături este un fenomen instabil: apărând în condiții favorabile, ea trece cu timpul în condensare sub formă de peliculă. De aceea, pentru calculele practice, se ia ca bază de calcul condensarea sub formă de peliculă, care este predominantă.

Din punct de vedere termodinamic, instalatiile de condensare îndeplinesc funcția de sursă rece, mărind randamentul termic al ciclului. Îndeplinirea acestei functii este legată de condensarea aburului evacuat din turbină.

În termocentrale condensatoarele mai au și urmatoarele roluri:

sa acumuleze în rezervorul de condensat o cantitate de apă necesară unor situatii deosebite de exploatare. În rezervor se adună atat condensat principal cat și cel secundar.Condensatul principal este format prin condensarea aburului sosit din turbină, iar cel secundar ajunge în condensator de la preîncălzitoare (P.J.P), preîncălzitoare la care se utilizează aburul provenit din labirinti, și aburul provenit de la ejectoare.

la pornire, sa condenseze aburul ce ocoleste turbina pană la atingerea parametrilor admiși pentru introducera aburului in turbină;

la oprirea agregatului, la declanșarea turbinei, sa condenseze debite de abur cu valori mai mari decat cele nominale(până la întreg debitul cazanului), și aflate la presiuni/temperaturi mai mari decat cele corespunzătoare situatiilor normale de funcționare a condensatorului. În acest caz aburul este trecut prin sisteme de by-pass, prevăzute cu supape de reducere a presiunii aburului, cu sisteme de injecție a apei pentru răcirea aburului și cu dispozitive de introducere și repartizare a vaporilor în mansonul de legătura turbină-condensator.

să efectueze degazarea condensului realizat în process;

condensatorul poate fi folosit ca primă treaptă de încălzire a apei pentru termoficareste realizabilă pe domeniul parametrilor de stare pe care faza lichidă este termodinamic posibilă și anume la temperaturi și presiuni inferioare punctului critic. Pentru apă, parametrii termici de stare corespunzători punctului critic sunt:

presiunea pcr = 221,15 [bar];

temperatura tcr = 374,12 [oC](sau Tcr = 647,27 K);

volumul specific vcr = 0.003147 [m3/kg];

entalpia icr = 2095.2 [kJ/kg];

entropia scr = 4.4237 [kJ/kg*K];

La condensarea aburului pe suprafața de răcire se disting, după felul depunerii, două feluri de condensare: condensarea sub formă de peliculă și condensarea sub formă de picături.

La condensarea sub formă de peliculă, condensatul se depune pe suprafața de schimb de căldură sub forma unei pelicule continue care întrerupe contactul dintre abur și suprafața, înrăutațind astfel schimbul de căldură dintre ele. Având o conductivitate termică redusă, pelicula de condensat reprezintă principala rezistentă termică opusă trecerii căldurii de la abur la suprafața de schimb de căldură.

La condensarea sub formă de picături, condensatul sa depune sub forma unor picături, între care aburul poate ajunge la suprafața, datorită cărui fapt intre aceasta suprafață și abur există un schimb de căldură mai eficace.

Coeficientul de convecție de la abur la perete, αa, este mult mai mare la condensarea în picături decât la condensarea sub formă de peliculă: pe când la condensarea în peliculă mărimea αa este de ordinul 10000 [kcal/m2hoC], la condensarea sub formă de picături (aburul fiind nemiscat), valoarea αa este între 30000 – 70000 [kcal/m2hoC], iar la experiențele cu abur în miscare, αa a ajuns la valoarea de 125000[kcal/m2hoC].

Totuși, condensarea aburului sub formă de picături are loc numai pe pereti fără aderență, pe pereti bine lustruiti, cromati sau acoperiti cu un strat subtire de ulei. Condensarea în picături poate fi provocată, de asemenea, de prezenta uleiului sau a acizilor grași chiar in abur. În afară de aceasta, condensarea sub forma de picături are loc numai la viteze mici ale aburului, până la 10 m/s. Dacă aburul are viteze mai mari, picăturile de condensat împinse de abur se contopesc, formând niște fire care trec după aceea într-o peliculă continuă de condensat.

În condensator pot avea loc ambele tipuri de condensare, și totodată. sunt posibile cazuri de condensare mixtă când, in zone diferite ale suprafetei de răcire are loc atât condensarea sub formă de picături cat și condensarea sub formă de peliculă.

Condensarea sub formă de picături este un fenomen instabil: apărând în condiții favorabile, ea trece cu timpul în condensare sub formă de peliculă. De aceea, pentru calculele practice, se ia ca bază de calcul condensarea sub formă de peliculă, care este predominantă.

Din punct de vedere termodinamic, instalatiile de condensare îndeplinesc funcția de sursă rece, mărind randamentul termic al ciclului. Îndeplinirea acestei functii este legată de condensarea aburului evacuat din turbină.

În termocentrale condensatoarele mai au și urmatoarele roluri:

sa acumuleze în rezervorul de condensat o cantitate de apă necesară unor situatii deosebite de exploatare. În rezervor se adună atat condensat principal cat și cel secundar.Condensatul principal este format prin condensarea aburului sosit din turbină, iar cel secundar ajunge în condensator de la preîncălzitoare (P.J.P), preîncălzitoare la care se utilizează aburul provenit din labirinti, și aburul provenit de la ejectoare.

la pornire, sa condenseze aburul ce ocoleste turbina pană la atingerea parametrilor admiși pentru introducera aburului in turbină;

la oprirea agregatului, la declanșarea turbinei, sa condenseze debite de abur cu valori mai mari decat cele nominale(până la întreg debitul cazanului), și aflate la presiuni/temperaturi mai mari decat cele corespunzătoare situatiilor normale de funcționare a condensatorului. În acest caz aburul este trecut prin sisteme de by-pass, prevăzute cu supape de reducere a presiunii aburului, cu sisteme de injecție a apei pentru răcirea aburului și cu dispozitive de introducere și repartizare a vaporilor în mansonul de legătura turbină-condensator.

să efectueze degazarea condensului realizat în process;

condensatorul poate fi folosit ca primă treaptă de încălzire a apei pentru termoficare. În acest caz condensatorul poate fi utilizat în întregime sau poate utiliza numai o parte din țevi. În cazul folosirii în scopul încălzirii apei de termoficare se acceptă o crestere a presiunii, adica funcționarea cu vid inrăutătit. În această situatie, la cresterea presiunii, creste și temperatura de condensare, ceea ce duce la aparitia unei diferente de temperatură între abur și apă făcând astfel posibil schimbul de căldură între ele.

1.3 Elementele principale ale instalației de condensare

Instalația de condensare, pe langă condensatorul propiu-zis, cuprinde și alte elemente necesare funcționării acestuia:

instalația de producere și menținere a vidului in condensator;

pompa de condensat;

pompa de aer;

pompa de circulație;

instalație de reducere-răcire care micsorează parametrii aburului ce ocolește turbina(la pornire sau situații speciale);

diferite armături.

Fig. 1 Schema termomecanică a instalației de condensare

După cum se vede în figura 1, aburul evacuat din turbina cu abur 1, care antrenează generatorul electric 2, este îndreptat spre condensatorul 3, în care are loc procesul de condensare.

Pentru îndepărtarea căldurii degajate la condensarea aburului, se pompează continuu apă de răcire cu ajutorul pompei de circulație 4, prin țevile condensatorului care formează suprafața de răcire. Dacă în apropierea centralei nu există surse naturale de apă care se pretează la răcire, apa circulată în condensator este luată din surse artificiale – turn de răcire, bazin de răcire sau un bazin de stropire. În cazul în care apa este luată din surse naturale, sistemul de alimentare cu apă poartă numele de răcire în circuit deschis (CRD), iar în cazul în care apa este luată din surse artificiale, sistemul este în circuit închis (CRI). Există și variante mixte cand se aplică simultan ambele tipuri de răciri (CRM).

Condensatul, rezultat în urma procesului de condensare a aburului, se pompează din condensator cu ajutorul pompei de condensat 5 și se vehiculează apoi, prin preîncălzitoarele de joasă presiune(P.J.P), spre rezervorul de apă de alimentare aflat sub degazor.

Pentru a menține depresiunea creată în condensator, este necesară îndepărtarea continuă a gazelor necondensabile – aerul care pătrunde mai ales prin neetanșeitățile sistemului aflat sub depresiune, din partea de abur a condensatorului. Această operație este îndeplinită de pompa de vid 6, post pe care funcționează de obicei un ejector cu abur. Pentru creșterea depresiunii inițiale în condensator, la punerea în funcțiune a instalației, se folosește, pe langă acest ejector de funcționare continuă, și un ejector special, de pornire, care permite îndepărtarea rapidă a aerului din spațiul de abur al condensatorului și din corpul turbinei.

Toate aceste agregate, în afară de ejector, se amplaseaza sub nivelul pardoselii sălii mașinilor.

1.4 Tipuri de condensatoare

Clasificarea instalațiilor de condensare folosite in industria energetică se face după mai multe criterii intre care amintim :

a) După presiunea la care se produce condensarea vaporilor :

condensatoare cu suprapresiune ;

condensatoare atmosferice ;

condensatoare sub vid ;

b) După modul de transmitere a căldurii de la vapori la agentul de răcire :

condensatoare prin amestec (sau injectie) – se caracterizează prin faptul că în recipientul condensatorului se introduc simultan, in același spațiu, vaporii și agentul de răcire, care se pulverizează, realizându-se un contact direct între apa de răcire și vapori;

condensatoare de suprafață, la care transferul de căldură de la vapori la agentul de răcire se face indirect, prin suprafața de separație dintre cei doi agenți. De obicei această suprafață este constituită din țevi metalice așezate in poziție orizontală;

c) După natura agentului de răcire :

condesatoare răcite cu apă;

condensatoare răcite cu aer;

d) După modul de circulație a vaporilor in interiorul condensatorului :

condensatoare cu circulație descendentă ;

condensatoare cu circulație ascendentă ;

condensatoare cu circulație radială;

condensatoare cu circulație laterală;

e) După modul de circulație relativă a vaporilor și a agentului de răcire :

condensatoare cu ciculația agențlor în echicurent;

condensatoare cu circulația agenților în contracurent;

condensatoare cu circulația transversală a agenților;

f) După numărul de treceri a apei prin condensator :

condensatoare cu o trecere a apei;

condensatoare cu două treceri a apei;

condensatoare cu trei treceri a apei;

condensatoare cu patru treceri a apei;

g) După localizarea extracției aerului din condensator :

cu un singur punct de extracție, situat in centrul condensatorului;

cu două puncte de extracție, situate lateral;

cu un punct de extracție central și plăci deflectoare

h) După starea de presurizare a traseului apei de răcire in condensator :

condensator cu sifonare;

condensator fără sifonare;

În instalațiile termoelectrice condensatorul lucrează, în mod obișnuit, la presiuni mult mai mici decât presiunea atmosferică (0,05 bar). Există și situații în care lucrează la presiuni mai mici decît presiune atmosferică – la condensatoarele ce funcționeză cu vid înrăutățit – sau chiar la presiuni aproximativ egale cu presiunea atmosferică – în cazul boilerelor de termoficare(1,2 bar).

1.5 Circulația fluidelor prin condensator

Fig. 2 Condensatorul de abur răcit cu apă

1 – rezervor condensat; 2 – robinet de golire; 3 – cameră de apă de întoarcere;

4 – capac; 5 – placă tubulară; 6 – gură de vizitare; 7 – robinet de rupere a vidului;

8 – placă de sprijin; 9 – cameră de apă de intrare; 10 – placă tubulară; 11 – racord de intrare a apei; 12 – capac; 13 – gură de vizitare; 14 – racord de ieșire a apei; 15 – cameră de apă de ieșire; 16 – țevi de răcire a aburului; 17 – racord de intrare a aburului;

19 – racord de ieșire a aburului; 20 – perete de separare; 21 – fascicule de țevi de răcire;

22 – mantaua condensatorului

1.5.1 Amestecul abur – aer

În partea de abur din condensator pătrunde aer – împreună cu aburul provenit din turbină (fig. 2) – , precum si prin neetanșeitațile către exterior ale condensatorului. În spațiul de abur se mai pot afla și alte gaze necondensabile, între care amoniacul provenit din instalația de tratare a apei. Prin urmare, la un condensator etanș, există un anumit debit de aer prin neetanșeități care nu trebuie să depășească valoarea limită :

Daer = 0.0001*Dabur [kg/s]; ( 1 )

Prezența aerului sau/și a altor gaze necondensabile în spațiul de abur al condensatorului produce neajunsuri in funționare :

înrăutățește schimbul de căldură de la abur la pereții țevilor de apă, ceea ce se traduce printr-o mărire a suprafeței de schimb de căldură;

mărește presiunea din condensator, ceea ce duce la micșorarea căderii adiabatice de entalpie în turbină (o micșorare a destinderii aburului); temperatura de condensare corespunde presiunii parțiale a aburului și aceasta ramâne constantă, în timp ce presiunea din condensator crește odată cu creșterea presiunii parțiale a aerului, adică odata cu creșterea concentrației aerului în condensator.

Prin urmare, evacuarea aerului din condensator este imperios necesară, funcție care este îndeplinită de instalația de menținere a vidului – ejector sau pompă de vid (cu rezervă 100 % datorită importanței deosebite a acestei instalații).

Pentru micșorarea debitului volumic de aer (în scopul reducerii consumului de energie necesar pentru extragerea sa), înainte de ieșirea din condensator aerul este răcit cu 3…4oC sub temperatura de condensare. Pentru aceasta, zona de răcire a aerului este alcătuită din țevi aflate în primul drum de apă, în care temperatura apei este mai apropiată de valoarea la intrarea în condensator.

Totodată amestecul apă – abur își modifică substanțial compoziția pe parcursul evoluției sale în condensator; astfel în partea de sus a condensatorului ponderea aerului în amestec este infimă în concordanță cu relația (1).

Debitul de abur extras din condensator împreună cu aerul, precum și debitul de abur folosit de ejector pentru antrenarea amestecului aer – abur se recuperează după ejector, trecând tot aburul ieșt din acesta prin răcitorul ejectorului. Aici aburul se condensează, cedând căldură condensatului principal preîncălzindu-l.

1.5.2 Circulatia aburului și aerului prin condensator. Tipuri de circulație.

După cum s-a văzut și în capitolul 1.5, o clasificare, după tipul circulației agenților în condensator se face astfel :

cu circulație descendentă (curent descendent);

cu circulație ascendentă (curent ascendent);

cu circulație laterală (curent lateral);

cu circulație centrală (curent central).

La condensatorul cu curent de abur descendent, tot aburul parcurge fascicolul de țevi, chiar dacă acesta este fragmentat, îndreptându-se spre priza de aer din partea de jos(fig 2,a)

Fig. 3 Scheme de organizare a curgerii aburului

a – curent descendent;

b – curent ascendent;

c – curent lateral;

d – curent central

Acest condensator se utilizează la puteri mici și mijlocii deoarece prezintă o serie de dezavantaje :

cădere mare de presiune pe partea aburului(pînă la 100 mm H2O) datorită rezistenței gazodinamice mari a drumului aburului catre străbate un număr mare de fascicole de țevi;

repartizare neuniformă a aburului pe țevi ceea ce duce la o încărcare termică [W/m2] mai redusă a suprafeței de schimb de căldură;

primele rânduri de țevi de răcire aflate în calea aburului sunt supuse erodării datorită picăturilor de apă din aburul umed;

La condensatorul cu curent ascendent de abur(fig. 3, b), țevile de răcire sunt împărtite în două fascicule simetrice, delimitate de doi pereți care alcătuiesc un canal de abur central. După ce parcurge acest canal, aburul se desparte in două fluxuri egale, ascendente, fluxuri care străbat cele două fascicule de țevi îndreptându-se spre prizele de aer amplasate simetric și deasupra țevilor de sus ale condensatorului. Acest tip constructiv de condensator se caracterizează prin următoarele :

aburul și condensatul curg în contracurent, ceea ce duce la încalzirea condensatului, subrăcirea fiind deci imposibilă;

picăturile de abur se separă la schimbarea direcției de curgere, înainte ca aburul să intre in fasciculele de țevi, care astfel nu mai sunt supuse erodării;

prin schimbarea direcției de curgere cu 180o, căderea de presiune la curgerea acestuia este mai mare, provocând scăderea randamentului turbinei; de aceea acest tip constructiv se folosește mai rar.

La condensatorul cu curent de abur lateral (fig. 3, c) țevile de răcire sunt grupate în două fascicule simetrice, între care rămâne un spațiu central, prin care aburul pătrunde pănă la peretele condensatorului.

Din canalul central aburul se împarte în două fluxuri egale, care curg lateral prin cele două fascicule de țevi.Acest tip constructiv prezintă următoarele avantaje:

cădere de presiune mică pe partea aburului (sub 50 mm H2O) datorită traseului destul de scurt al acestuia;

subrăcirea condensatului este evitată prin încălzirea de către abur a acestuia în zonele de la baza fasciculelor de țevi;

aburul curge perpendicular pe direcția de curgere a condensatului, micșorând astfel grosimea peliculei de apă de pe țevi, ceea ce înseamnă un coeficient de schimb de căldură mai mare ce se traduce în final printr-o micșorare a suprafeței de schimb de căldură necesare.

Datorită avantajelor prezentate mai sus, acest tip de condensator este utilizat adeseori în instalațiile de putere mare și foarte mare.

Condensatorul cu curent central de abur (fig. 3, d) are formă cilindrică țevile fiind așezate astfel încât se creează două canale. Primul canal are formă inelară și este amplasat între mantaua condensatorului și fasciculul cilindric de țevi; prin acest canal aburul se distribuie uniform pe circumferința fasciculului de țevi. Cel de-al doilea canal este amplasat central și constituie colectorul de aer. Acest condensator prezintă următoarele avantaje :

cădere de presiune mică(sub 50 mm H2O), ca urmare a drumului scurt al aburului;

se evită subrăcirea condensatului prin încălzirea lui de către aburul de sub fasciculul de țevi;

se evită erodarea țevilor datorită dirijării aburului în canalul inelar și nu direct asupra țevilor;

curgerea radială a aburului duce la subțierea peliculei de condensat de pe țevi ceea ce în final se traduce printr-un necesar de suprafață de schimb de căldură mai mic.

2. Construcția condensatoarelor de abur

2.1 Amplasarea condensatoarelor față de turbină

Condensatoarele de abur se pot monta:

sub turbină(fig. 4, a) sau în afara coloanelor turbinei(fig. 4, b);

la nivelul turbinei, de o parte sau de ambele părți ale turbinei

(fig. 4, c);

Față de axul turbinei, condensatoarele pot fi dispuse:

transversal, când țevile de apă ale condensatorului sunt perpendiculare pe axa turbinei(fig. 4, d);

longitudinal, când țevile de apă sunt paralele cu axul turbinei

(fig. 4 – a, b, c);

Fig. 4 Scheme de amplasare a condensatoarelor

a, b, d – sub turbină; c – lângă turbină; 1 – turbină; 2 – condensator

Factorii decisivi pentru dispunerea țevilor de răcire în condensator față de turbină sunt:

spațiul necesar pentru dispunerea țevilor de răcire în condensator și spațiul necesar amplasării conductelor de intrare – ieșire a apei de răcire;

lungimea maximă de fabricație a țevilor de răcire.

Condensatoarele montate în afara coloanelor fundației turbinei se realizează cu două corpuri longitudinale simetrice și prezintă următoarele avantaje:

amplasarea turbinei la o înălțime mai mică față de cota 0, în comparație cu alte moduri de amplasare;

conducte de lungime scurtă între prizele turbinei și PJP, deci pierderi mici de presiune pe aceste trasee – cu presiuni de lucru scăzute;

economie de spațiu, prin montarea preîncălzitoarelor între corpurile condensatorului;

2.2 Variante constructive

Există câteva variante constructive de condensatoare, individualizate după forma secțiunii transversale, care poate fi:

cilindrică

ovală

dreptunghiulară

Condensatoarele cilindrice prezintă prezintă avantaje din punct de vedere al fabricației. Se folosesc la turbine de puteri mici, variantele de instalare fiind ca in fig 5 – a, b, c.

Fig. 5 Variante constructive de condensatoare

a – cu manta cilindrică; b – cu manta ovală

c – cu manta dreptunghiulară(în secțiune);

1 – turbină; 2 – condensator

Condensatoarele ovale prezintă avantajul unei înălțimi de montare (sub cota turbinei) mai mici.

Condensatoarele dreptunghiulare prezintă avantajul unei secțiuni libere mai mari la dispoziția aburului. Se construiesc pentru blocurile energetice mari și foarte mari.

După numărul fluxuri de apă de răcire și dispunerea lor, condensatoarele pot fi:

simple, cu un flux(fig 6, a);

duble, cu două fluxuri(fig 6, b);

divizate, cu mai multe fluxuri.

Fig. 6 Divizarea drumurilor de apă în condensatoare

a – cu un flux; b – cu două fluxuri

2.3 Așezarea țevilor

Cele mai utizate moduri de așezare a țevilor de răcire într-un condensator sunt:

așezarea in triunghi (fig. 7, a); în variante de așezare Ginabat, pelicula de condensate care înconjoară țevile este mai subțire;

așetarea radială (fig. 7, b), care se recomandă pentru zona de intrare a aburului, deoarece oferă secțiuni de curgere mai mari pentru abur la intrarea în fasciculele de țevi.

Fig. 7 Așezarea țevilor

a – în triunghi echilateral; b – radială

2.4 Gruparea țevilor în fascicule

La gruparea țevilor în fascicule trebuia să se țină seama de următoarele reguli generale:

secțiunea de curgere a aburului la intrarea acestuia printer țevi trebuie să fie cât mai mare, cerința realizându-se prin mărirea perimetrului zonelor în care sunt dispuse țevile, prin gruparea lor în fascicule despărțite între ele prin canale de acces la abur; prin mărirea pasului de așezare a țevilor la primele rânduri de țevi care iau contact cu aburul, prin folosirea așezării radiale(fig. 7, b) – în acest fel scade viteza aburului și în mod corespunzător se micșorează pierderile de presiune pe partea aburului.

rezistența gazodinamică la curgerea aburului să fie cât mai mică, acest lucru fiind posibil prin gruparea țevilor în fascicule înguste, prin crearea de culoare(verticale, oblice sau radiale) pentru accesul aburului la întregul perimetru al fascicolelor de țevi, sau prin așezarea convenabilă a rândurilor de țevi(rânduri paralele, radiale sau triunghi).

trebuie evitată subrăcirea condensatului, obectiv care se realizează prin:

asigurarea accesului aburului în partea inferioară a condensatorului pentru încălzirea condensatului;

dirijarea curgerii condensatului cu ajutorul unor pereți subțiri de tablă, așezați între fasciculele de țevi(fig. 8), pereți care nu trebuie să frâneze circulația aburului, ci, dimpotrivă, să o dirijeze în sensul dorit.

Fig. 8 Mărirea perimetrului de contact între abur și primele țevi de răcire:

a – fascicul compact de țevi;

b – fascicul franjurat(cu perimetru mărit); 1 – fascicule de țevi;

2 – pereți(din tablă) pentru dirijarea aburului

2.5 Trasarea plăcilor tubulare

La trasarea găurilor pentru fixarea țevilor de apă în plăcile tubulare se respectă regulilie principale expuse mai sus, precum și regulile specifice soluțiilor constructive alese de fiecare firmă constructoare (ca, de exemplu: Escher – Wyss, Sulzer, Brown – Boveri, LMZ), stabilite pe baza experienței accumulate în construcția și exploatarea condensatoarelor.

Un model de trasare a găurilor este prezentat în figura 9.

Fig. 9 Trasarea găurilor pe placa tubulară

3. Calculul termic al condensatorului

3.1 Introducere

Instalația de condensare, datorită mărimii puterii termice vehiculate are implicații importante asupra randamentului de producere a energiei electrice si respectiv asupra consumului de combustibil deci se poate spune că importanța performanței termice a condensatorului, ca factor economic principal privind zona finală, rece, este la fel de importantă ca și aceea a turbinei cu abur.

Prin calcul termic se determină principalii parametri ai condensatorului:

diametrul și grosimea țevilor de răcire;

lungimea totală a țevilor de răcire;

numărul de țevi de răcire;

diametrul plăcilor tubulare.

Condensatoarele de abur se dimensionează, de regulă, pentru debitul de abur corespunzător celui evacuat din turbină la sarcină nominală. Astel condensatorul poate răci și debitul de abur de ocolire a turbinei (în caz de avarii, manevre, pornire…etc) cu trecerea lui printr-o instalație de reducere-răcire.

3.2 Bilanțul termic al condensatorului

Fig. 10 Conturul bilanțului

Calcul termic de proiectare al unui condensator presupune cunoașterea debitului de abur ce trebuie condensat Dabur. Este importantă, de asemenea cunoașterea temperaturii de intrare a apei de răcire “tiar”, exploatarea condensatorului fiind dependentă de această mărime.

Tot ca element de proiectare se alege și viteza de circulație a apei, cuprinsa între 1,0 < war < 3,0 m/s. Valori crescute ale vitezei apei de răcire inseamnă o crestere a consumului de energie necesar pompelor, dar totodată implică și o valoare crescută a coeficientului αint (coeficient de convecție pe partea apei) împiedicând formarea într-un scurt timp a depunerilor pe țevile condensatorului.

În ipoteza unor pierderi nule de căldură spre mediul inconjurător, calcul termic al condensatorului se face pe baza ecuatiei bilanțului caloric la condensator(comform notațiilor din fig. 10):

Dabur(iabur – icondens) + Dcond sec(icond sec – icondens) = Dar(tear – tiar)*car ( 2 )

unde :

Dabur – debitul masic de vapori ce intră in condensator, în kg/s;

iabur – entalpia aburului la intrarea în condensator, în J/kg;

icondens – entalpia condensului de bază, în J/kg;

Dcond sec – debit masic de condensat secundar, în kg/s;

icond sec – entalpia condensatului secundar, în kJ/kg;

Dar – debitul masic al fluidului de răcire, în kg/s;

tiar – temperatura de intrare a fluidului de răcire, în oC;

tear – temperatura de ieșire a fluidului de răcire, în oC;

car – căldura specifică a fluidului de răcire, în kJ/(kg*K); se ia în calcul valoarea sa medie; car = 4,181[kJ/(kg*K)] la presiunea apei de răcire de 5 bar și temperatura apei de răcire de 27oC.

3.3 Transmiterea căldurii în condensator

3.3.1 Ecuația de transmitere a căldurii

În condensator, comform figurii 11, transmiterea căldurii se face in modul următor : prin convecție de la abur la peretele exterior al țevii, prin conductibilitate în peretele țevii și prin convecție de la peretele interior al țevii la apa de răcire.

Schimbul global de căldură de la abur la apa de răcire se poate exprima prin relația:

[W] ( 3 )

în care:

z – numărul total de țevi;

l – lungimea utilă a unei țevi ;

α1 – coeficientul de convecție a căldurii de la abur la peretele țevii, în [W/(m2K)];

Fig. 11 Transmiterea căldurii la o țeavă de condensator

cu depuneri interioare

α2 – coeficientul de convecție a căldurii către apa de răcire, în [ W/(m2K)];

λp – coeficientul de conductibilitate termică a materialului țevii, în [W/(m*K)];

λdep – coeficientul de conductibilitate termică a stratului de depuneri din interiorul țevii,în [W/(m*K)];

Δtm – diferența de temperatură medie logaritmică între agenții de lucru; valoarea acestei diferențe se poate calcula cu relația: ( 4 )

În relația ( 3 ) se observă că se poate neglija termenul care conține raportul diametrelor interior și exterior ale țevii deoarece țeava este cu pereți subțiri. Totodată, deoarece este dificil de cunoscut grosimea stratului de depuneri, δdep, din interiorul țevilor este util ca influența acestuia sa fie considerată printr-un factor de corecție, φ, numit factor de murdărire.

φ = 0.80….0.85 pentru țevile din alamă, bronz, aluminiu, aliaje de cupru și nichel;

φ = 0.90 pentru țevile din oțel inoxidabil.

Cu aceste observații, fluxul termic se poate calcula, cu o anumită aproximație, cu relația mai simplă, caracteristică pereților plan-paraleli, în care ca suprafață de calcul se alege suprafața totală, S, în contact cu aburul (corespunzătoare diametrului exterior al țevilor). Astfel relația (2) are forma :

[W] ( 5 )

în care :

k – coeficient global de schimb de căldură;

Calculând fluxul termic cu relația ( 5 ), din experiență, rezultatele sunt cu aproximativ 5% mai mari decât cele calculate cu relația ( 3 ), calculul fiind acoperitor.

Determinarea prin calcul a coeficientului global de schimb de căldură care să fie valabilă pentru întreaga suprafață de răcire a condensatorului nu este posibilă deoarece fenomenele de condens sunt foarte complicate, temperatura aburului nu este aceeași pe întreaga suprafață de răcire, scăderile locale de temperatură influențând negativ valoarea medie a acestui coeficient.

În aceeași ordine de idei, conținutul de aer din abur, rezistența la curgere în spațiul de abur al condensatului, repartizarea neuniformă a aburului pe suprafața de răcire, variația temperaturii și vitezei apei de răcire, dar mai ales murdărirea interioară a țevilor de răcire au ca urmare deviații importante ale valorii coeficientului k față de valorile calculate (analitice). În practică, în locul calculului coeficientului coeficientului k, se preferă dterminarea sa directă, prin metode grafo-analitice, folosind tabele și nomograme care au la baza experiența de exploatare. Pentru determinarea coeficientului k, se folosește următoarea relație :

k = φ1*φ2*φ3*c*(war)0.5 [ W/(m2K) ] ( 6 )

în care:

φ1 – factor de murdărire având valorile:

φ1 = 0,90 pentru oțel inoxidabil;

φ1 = 0,85 pentru celelalte materiale.

φ2 – factor de corecție, dependent de temperatura apei de răcire(tar), conform figurii 12:

Fig.12 Nomogramă pentru determinarea coeficientului φ2

φ3 – factor de corecție dependent de materialul țevilor, comform tabelului 1:

c – coeficient de schimb de căldură de referință, dependent de diametrul exterior al țevilor:

c = 2763 pentru de = 16.0…..19.0 mm ;

c= 2705 pentru de = 22.0…..25.4 mm;

c = 2664 pentru de = 28.6…..31.8 mm.

La calculul termic al condensatoarelor răcite cu apă, petru diferența de temperatură dintre abur și apa de răcire su utilizează expresia medie logaritmică, care ține seama de încălzirea apei la trecerea prin condensator. Variația temperaturilor apei și aburului este prezentată schematic în figura 13, în funcție de suprafața de schimb de căldură parcursă.

Fig. 13 Variația temperaturilor apei și aburului la trecerea

prin condensator

; ( 7 )

3.4 Mărimi necesare efectuării calcului termic al condensatorului.

3.4.1 Temperatura de intrare a apei de răcire

Temperatura cu care apa de răcire intră în condensator, tiar, depinde de modul de răcire al acesteia. La calculul termic de proiectare, pentru temperatura de intrare a apei de răcire se recomandă urmatoarele valori:

tiar = 15oC, pentru circulatia apei in circuit deschis(CRD);

tiar = 25oC, pentru circuția apei în circuit inchis(CRI).

În cazul acestui proiect, răcirea apei se face în circuit închis folosind turnuri de răcire.

3.4.2 Diferența de temperatură între intrarea și ieșirea apei de răcire

Pentru micșorarea suprafeței de schimb de căldură(deci a numărului de țevi) trebuie, comform relației fluxului termic, ca Δt sa fie cât mai mare. Pe de altă parte, pentru creșterea energiei prelucrate de turbină (căderea adiabatică de entalpie în turbină) este necesară micșorarea presiunii aburului la ieșirea din turbină, deci trebuie micșorată temperatura de condensare ceea ce îseamnă că diferența de temperatură dintre abur și apă trebuie să fie cât mai mică.

Pentru condensatoarele obișnuite, cu două treceri, Δt are valori cuprinse între 10 și 12,5 grade. Pentru condensatoarele cu o trecere, diferența de temperatură este mai mică, de circa 5 grade.

3.4.3 Diferența de temperatură pentru invingerea rezistenței termice

Pentru o temperatură a apei de răcire dată, suma dintre intervalul de încălzire a apei (tear – tiar ) și diferența de temperatură δt, necesară pentru invingerea rezistenței la transmiterea căldurii (Fig. 4), determină vidul din condensator.

Același vid poate fi realizat fie cu un interval (tear – tiar) mai mare(multiplu de răcire mic) și cu o diferență δt mică, fie cu un interval (tear – tiar) mic (multiplu de răcire mare) și cu o diferență δt mare.

Pentru o cât mai bună utilizare a vidului,teoretic, trebuie să se aleagă o diferență δt cât mai mică posibil, dar micșorarea diferenței δt conduce la o creștere puternică a suprafeței de schimb de căldură.

Diferența de temperatură δt, optimă din punct de vedere economic, se alege mai mică cu cât:

este mai scump combustibilul;

este mai mare numărul de ore de utilizare;

este mai mare durata de amprtizare a investiției;

este mai mare înălțimea statică de ridicare a apei, creeată de pompele de răcire;

este mai mare investiția pentru partea de alimentare cu apă de răcire.

3.4.4 Viteza de curgere a apei de răcire

Transmiterea căldurii de la abur la apa de răcire este influențată în foarte mare măsură de viteza de curgere a apei de răcire. Cu cât crește viteza de curgere, se îmbunătățește schimbul de căldură și scade suprafața de răcire necesară, dar o viteză mare de curgere duce la neajunsuri, cum ar fi :

crește rezistența la curgerea apei prin țevile de răcire;

creșterea energiei pentru pompare;

creșterea investiției pentru grupul de pompe (în special pe partea electrică)

Viteza de circulație, optimă din punct de vedere economic , se alege cu atât mai mică cu cât :

este mai scump combustibilul;

este mai mare numărul orelor de funcționare;

este mai ieftină suprafața de răcire;

este mai mic randamentul pompelor de apă de răcire;

sunt mai scurte țevile de apă de răcire;

este mai mare numărul de treceri ale apei;

este mai scumpă energia pentru antrenarea pompelor de apă de răcire.

În practică, condensatoarele se dimensionează pentru o viteză de circulație a apei între 1,5….2 m/s.

3.4.5 Numărul de treceri

Lungimea desfășurată a țevilor condensatorului este:

L = z*l = ztr*jtr*l [m] ( 8 )

unde:

z – numărul de țevi din condensator;

l – lungimea utilă a unei țevi [m];

ztr – numărul de țevi corespunzător fasciculelor dintr-o trecere;

jtr – numărul de treceri.

Deoarece este posibil numai un număr întreg de treceri ale apei, numărul jtr trebuie ales astfel încât lungimea l a țevii să rămână intre limitele admisibile din punct de vedere constructiv, iar lungimea desfășurată a țevilor să fie cât mai aproape de valoarea optimă.

La alegerea lungimii țevii, pe lângă eventualele restricții de gabarit, trebuie avut în vedere că, în cazul țevilor lungi, repartizarea aburului pe lungime devine neuniformă, extremitățile find insuficient incărcate termic.

Mărimea optimă a lungimii desfășurate a țeevilor se poate cacula cu relația:

[m] ( 9 )

în care

s – coeficient de supradimensionare a suprafeței de răcire.

3.4.6 Multiplul de răcire

Debitele mari de apă de răcire necesită un consum mai mare de energie pentru pompare și deci cheltuieli mai mari pentru instalația de alimentare.

Pentru alegerea multiplului de răcire m optim din punct de vedere economic se ține cont de următorea regulă: multiplul de răcire se ia cu atât mai mare cu cât:

combustibilul este mai scump;

numărul orelor de utilizare este mai mare;

durata de amortizare a investiției este mai mare;

inălțimea de ridicare a pompelor de răcire este mai mare;

Multiplul de răcire se poate calcula cu relația de mai jos:

( 10 ) unde :

creșterea temperaturii apei de răcire in condensator[oC] (11)

Notă:

( 1 ) Pentru CRD ( înălțimi de pompare mici ) se recomandă m = 40…..60 iar pentru răcirea cu CRI (înălțimi de pompare mari) m = 30…..50.( Schoder, K “ Centrale termoelectrice de mare putere” vol I si vol II; Ed Tehnica, 1965).

( 2 ) Totodată, se recomandă ca pentru condensatoarele cu o trecere m = 80….120, cu doua treceri m = 60…70 iar pentru trei sau patru treceri m = 40….50 [kg apă răcire/kg abur] (Popa, B “Manualul inginerului termotehnician” vol III , Ed Tehnică, București, 1986).

3.4.7 Suprafața de schimb de căldură

Ca suprafață de schimb de căldură se admite de cele mai multe ori suprafața exterioară a țevilor, adică aceea care intră în contact cu aburul. Cu această ipoteză, energia termică Q transmisă prin aria A, egală cu suprafața exterioară a fascicolului de țeavă este mai mare decât cea efectiv propagată prin perete. Suprafața de schimb de căldură de calculează cu relația:

[ m2 ] (12)

din care rezultă o valoare mai mare de cât cea strict necesară, deci calculul este acoperitor.

Țevile condensatorului se adoptă ca material și secțiune, rezultând numărul lor:

(13)

unde:

ρw – densitatea apei de răcire, în [ kg/ m3 ];

Pentru calcul suprafeței de răcire, în practică, se utilizează relația:

(14)

3.4.8. Temperatura de condensare

Intervalul de temperatură cu care se incălzește apa la trecerea prin țevile condensatorului este:

(15)

Diferența (iabur – icondens) reprezintă căldura latentă de vaporizare care, în limitele variației presiunii în condensator, variază în limite foarte strânse, în jurul valorii de 2150 kJ/kg. Pentru căldura specifică a apei de răcire(car) este valabilă valoarea medie car = 4,1868 [kJ/(kg*K)]. Cu aceste valori, membrul drept al relației (16) devine:

(16)

Deci:

(17 )

4. Calculul de proiectare al condensatorului

4.1 Calculul termic al condensatorului

Pentru efectuarea calculului termic este necesară cunoașterea următoarelor date inițiale:

puterea electrică a turbinei: Pe = 50 MW;

randamentul intern al turbinei ηi = 0,80;

randamentul mecanic al turbinei: ηm = 0,98;

randamentul global al generatorului electric ηe = 0,95;

Parametrii aburului la intrarea în turbină sunt:

presiunea pT = 100bar;

temperatura tT = 520oC;

entalpia iT = 3426 kJ/kg;

Apa de răcire este recirculată printr-un turn de răcire, și are temperatura de 27oC (în condiții de vară)

Pentru determinarea debitului de abur prin condensator, trebuie stabilită căderea de entalpie din turbină. Pentru aceasta se începe cu calcularea parametrilor aburului la condensator.

Temperatura de condensare se calculează cu relația:

[oC] (18)

[oC];

Diferența de temperatură se compune din diferența de temperatură intre abur și peretele exterior al țevii (tabur – tpe) și diferența de temperatură între peretele interior al țevii și temperatura apei de răcire (tpi – tar). Ambele diferențe se adoptă egale cu 2 grade.

Temperaturii de condensare tabur îi corespunde presiunea de

saturație pabur.

La tabur = 41oC îi corespunde pabur = 0,07776 bar.

Destinderea aburului în turbină, de la presiunea pT la pabur conduce la entalpia masică iabur t.Astfel, pentru presiunea pabur = 0,05320 bar îi corespunde entalpia iabur t = 2085 kJ/kg.

Căderea de entalpie în turbină se calculează cu relația:

h = iT – iabur t (19)

h = 3426 – 2085 = 1341 kJ/kg.

Căderea reală de entalpie ce este prelucrată de turbină se calculează ținând seama de randamentul intern al turbinei:

hu = h x ηi; (20)

hu = 1341 x 0,8 = 1072,8 kJ/kg;

Entalpia aburului la finalul destindetii reale, iabur, se calculează cu relația:

(21)

iabur = 3426 – 1072,8 = 2353,2 [kJ/kg]

Titlul X al aburului umed in starea „abur” se ia din diagrama i – s sau se calculează cu relația:

(22)

unde:

i’ – entalpia masică a apei la saturație;

rc – căldura latentă de vaporizare

ambele mărimi corespunzând presiunii pabur. Astfel, pentru funcționarea la regim mediu anual se găsește x = 0,905.

Debitul de abur necesar pentru obținerea puterii electrice impuse, de 50 MW, se calculează cu relația:

(23)

[kg/s];

Această valoare este corectă numai dacă tot debitul de abur inițial ajunge la condensator. Calculul riguros al debitelor de abur extrase de la prizele turbinei ar fi posibil numai dacă s-ar cunoaște parametrii aburului extras prin prize(presiuni, temperaturi, debite). În lipsa acestor informații, se apreciază că pentru obținerea puterii electrice este necesar un debit de abur Dn mai mare cu 15 – 20 % decât debitul calculat cu relația (23) adică:

Dn = (1,15…..1,20)*D; (24)

Dn = 1,15*50,061 = 57,57 [kg/s];

Comform datelor inițiale, din aburul intrat în turbină, condensatorul prelucrează 75%, de unde debitul de calcul al condensatorului este:

Dabur = 0,75*Dn;

Dabur = 0,75*57,57 = 43,1775 [kg/s]

Debitul de apă de răcire prin condensator, Dar, se calculează cu relația:

; (25)

unde:

icondens – entalpia condensatului rezultat; icondens se ia fie din tabele cu proprietățile apei și vaporilor de apă, fie se calculează cu relația:

icondens = cp ar * tabur (26)

în care cp ar = 4,1868 [kJ/kgK] este călduraspecifică masică a apei.

icondens = 4,1868 * 41 = 171,65 [kJ/kg].

Relația de bilanț termic (25) ține seama de faptul că trebuie condensată numai cantitatea x kg vapori uscați la 1 kg vapori umezi, deoarece cantitatea (1 – x) se află deja sub formă de picături fine de apă. Deci, debitul de apă de răcire este dat de relația:

[kg/s] (27)

[kg/s];

Cu această valoare cunoscută, se poate calcula multiplul de răcire, m, adică cantitatea de apă de racire necesară pentru a condensa un kilogram de abur:

(28)

Cantitatea de căldură ce trebuie extrasă din condensator se calculează cu relația:

(29)

Această putere trece prin pereții țevilor de la abur la apa de răcire.Țevile sunt privite ca o conductă de lungime L.

Puterea termică transmisă prin conducta de lugime L se calculează cu relația:

(30)

unde:

(31)

in care:

di și de – diametrele interior, respectiv exterior al țevilor de apă

λp – coeficientul de conductibilitate termică al peretelui țevilor.

Valorile se iau din tabelul 2:

Se aleg țevi de alamă cu di = 20 mm și de = 22 mm iar λp = 100[W/m2K](Tab.4) iar viteza de circulație a apei prin țevi se alege war = 2 m/s.

Coeficienții de convecție a căldurii de la abur la peretele exterior al țevii, în cazul condensării peliculare, α1 și de la peretele țevii la apa de răcire, α2, se calculează cu relațiile:

(32)

(33)

în care:

– criteriul Reynolds (34)

– criteriul Prandtl (35)

war – viteza apei de răcire prin țevi;

ar – vâscozitatea cinematică a apei de răcire, în m2/s;

ηar – ar*ρar – vâscozitatea dinamică a apei de răcire, în N/(sm2);

cpar – căldura specifică masică a apei, în J/kg*K;

λar – conductivitatea termică a apei, în, în W/m*K;

ρar – densitatea apei, în m3/kg;

g = 9,81m/s2;

re – căldura latentă de vaporizare, în J/kg*K;

Δtarp = tar – tp = 2 oC;

Pentru calcul lui α1, mărimile fizice ale apei se iau la o temperatură medie de calcul, t*, între temperatura medie a apei de răcire și temperatura peretelui.

Pentru relația (44), temperatura medie de calcul este:

(36)

în care:

tp = tiar – δt/2 (37)

Pentru apa de răcire cu temperatura tar = 27 oC se obține

tp = 25oC și t* = 26,5oC.

Mărimile ar, ηar, ρar, λar, și cpar se interpolază între valorile prezentate în Anexa 1, iar pentru temperatura de calcul rezultă:

ρar = 996,95 [kg/m3]

ηar = 8,529*10-4[kg/m*s];

ar= 0,8607*10-6 [m2/s]

λar= 0,609 [/m*K];

Rear = ;

Prar = .

Cu aceste valori rezultă:

α2 =

Pentru calculul coeficientului α1, mărimile ρ, λ și η se iau în calcul

pentru temperatura aburului, iar prin interpolare rezultă valorile:

ρabur = 992,422 [kg/m3];

λabur = 0,632 ;

ηabur = 641,808*10-6 ;

rabur = 2404,11 [kJ/kg].

Cu aceste valori rezultă:

;

Din relația (30) rezultă:

.

Diferența de temperatură Δtm se calculează cu relația (8):

Lungimea totală necesară a țevilor se calculează cu ajutorul relației (30):

Adoptându-se lungimea unei țevi l = 8 [m], rezulă numărul

necesar de țevi:

(40)

;

Diametrul plăcii tubulare se calculează cu relația:

(41)

în care:

t – pasul țevilor; se adoptă t = 28 [mm]

ut – coeficient de utilizare al plăcii tubulare; comform indicațiilor din tabelul 3, ut = 0,67

Tabelul 3 Valori orientative pentru coeficientul de utilizare al plăcii tubulare

Cu aceste date rezultă:

[m];

Se alege z = 10000 țevi de 8 m lungime, Φ22 mm, din alamă, pentru care diametrul plăcii tubulare rezultă:

[m]

4.2 Calculul hidrodinamic al condensatorului

4.2.1 Introducere

La proiectarea condensatorului trebuie să se efectueze calculul hidrodinamic atât pe partea apei de răcire cât și pe partea aburului datorită următoarelor motive :

pe partea apei de răcire : se urmărește stabilirea datelor necesare pentru dimensionarea pompei de apă care trebuie să compenseze atât pierderile de presiune la curgerea prin conducte, datorate rezistențelor hidrodinamice liniare, cât și pierderile locale de presiune.

pe partea aburului : pierderea de presiune la curgerea aburului, Δpabur trebuie să fie cât mai mică, pentru ca presiunea de condensare să fie minimă.

4.2.2 Traseul apei de răcire

La curgerea apei de răcire pe traseul turn de răcire – condensator și retur intrevin mai multe pierderi de presiune ce se calculează distinct.

Pierderile de presiune la curgerea apei prin țevile de răcire se calculează cu relația:

(42)

în care – coeficientul de pierderi de presiune liniare, care se calculează cu relația:

valabilă pentru adică pentru valorile curente ale vitezei apei și diametrului țevilor.

[Pa]

Pierderile de presiune produse de variațiile bruște de secțiune (intrare – ieșire din țeavă) se calculeză cu relațiie:

la intrarea în țeava de răcire (de obicei cu muchii nerotunjite)

(43)

[Pa]

la ieșirea din țeava de răcire, în camera colectoare:

, (44)

[Pa]

Pe restul traseului de apă se iau în calcul următoarele pierderi:

Δp4 – pe traseul tur (de la pompa de apă la condensator);

Δp5 – pe traseul retur (de la condensator la turnul de răcire), dacă la turn nu se instalează o pompă specială;

Δp6 – pe vanele existente pe traseu;

Δp7 – pe turnul de răcire.

Pierderile liniare Δp4 și Δp5 se calculează cu relația (42) iar pierderile Δp6 și Δp7 se pot calcula cu relația:

, (45)

în care coeficienții se iau din cărțile tehnice ale vanelor și ale turnului de răcire.

[Pa];

[Pa]

Când pe parcusul traselui apei de răcire există denivelări față de orizontală, se adaugă sau se scad efectele acestora la piederile totale. Aceste pierderi se calculează cu relația:

, (46)

[Pa]

în care hi – denivelările, măsurate pe verticală, în m.

Pierderea totală de presiune la curgerea apei, pe întregul traseu este:

, (47)

[Pa]

Puterea pompei cale vehiculează apa de la turnul de răcire la condensator, prin condensator și înapoi este:

, (48)

în care ηP – randamentul pompei.

4.2.3 Traseul aburului

Aburul circulă în condensator între racordul de legătură cu turbina și priza de aer a instalației de menținere a vidului. În general rezstența gazodinamică a condensatoarelor de abur este 4…..8*10-3 bar.

Rezistența gazodinamică a condensatoarelor depinde de:

caracteristicile amestecului apă – abur (care depinde de presiunea din condensator deci de regimul de lucru al turbinei);

caracteristicile geometrice ale traseului ( modul de grupare al țevilor în fascicule);

direcția curentului de abur (ascendent, descendent, lateral, central);

În totalul pierderilor gazodinamice din condensator contribuția cea mai importantă revine șocului la intrarea aburului în canalele dintre țevi. Această contribuție devine tot mai importantă pe masură ce aburul coboară spre parta inferioară a condensatorului, acolo unde condensatul ce curge spre rezervorul de lichid ocupă o fracțiune tot mai mare din secțiunea de trecere dintre țevi.

Pierderea de presiune pe traseul aburului se calculează cu relația:

(49)

în care:

c1 – coeficient dependent de construcția condensatorului

( dispunerea fasciculelor de țevi și așezarea țevilor în fascicule), în general

c1 = 0,012..0,018; se adoptă c1 = 0,016

wab – viteza aburului între țevile condensatorului, in m/s;

vabur – volumul masic al aburului la ieșirea din turbină, adică la temperatura de condensare taburși la presiunea pabur, în m3/kg;

vabur = 28,73 [m3/kg]

Viteza aburului printre țevile condensatorului se determină cu formule empirice, obținute prin prelucrarea datelor experimentale.

Una dintre formulele utilizate este:

(50)

wab = 49 [m/s]

în care:

Dabur – debitul de abur la ieșirea din turbină, în kg/s;

dpt – diametrul plăcii tubulare, în m;

t – pasul de așezare al țevilor, in m; Se adoptă t = 0,028 [m]

ut – coeficient de utilizare al plăcii tubulare care depinde de modul de așezare al țevilor

ut se adoptă din tabelul 3 : ut = 0,67.

Cu aceste date rezultă, comform relației (49):

Δpab = 1,33 [Pa]

4.3 Calculul de rezistență al condensatorului

4.3.1 Introducere

Principalele probleme de calcul de rezistență de referă la piesele specifice din compunerea condensatorului: țevile de apă, mantaua și eventual plăcile tubulare. Celelalte piese, cum ar fi buloanele, se calculează dupa metodele și cu relațiile cunoscute.

4.3.2 Calculul țevilor de apă

Țevile de apă sunt solicitate de propria greutate, de presiunea apei de răcire și de presiunea aburului ce iese din turbină.

Efortul unitar ca urmare a presiunii interioare se calculează cu relația:

(51)

în care:

= par – pabur

Par și pabur – presiunea apei de răcire și presiunea aburului în condensator, în Pa;

de și di – diametrele exterior, respectiv interior, al țevilor de răcire, în m.

Pentru o țeavă cu dimensiuni uzuale (cu di în jurul a 20 mm și grosimea peretelui de 1…2 mm) și la o presiune a apei de câțiva bari rezultă pentru o valoare foarte mică. Deci calculul de rezistență al țevii la solicitarea datorată presiunii nu este necesar, mai mult încercarea țevilor se face la o presiune de câteva ori mai mare decât presiunea de lucru.

Țeava de răcire este solicitată la încovoiere de greutatea proprie și de apa din interior. Dacă se face ipoteza că țeava se comportă (la încovoiere) ca o grindă simplu rezemată și este încărcată cu o sarcină uniform distribuită, efortul unitar din materialul țevii se determină cu relația:

(52)

în care:

Q – încărcarea completă a țevii (greutatea materialului țevii plus apa din interior), în N;

l – deschiderea (lungimea) țevii, între plăcile tubulare, în m;

W – momentul de rezistență la încovoiere al țevii, în m3.

Încărcarea țevii este:

[Pa]; (53)

în care:

și – masele specifice(densitățile) metalului țevii și respectiv apei de răcire;

ρalamă = 8600 kg/m3;

g – accelerația gravitațională, în m/s2;

Din relația (53) rezultă:

Q = 69,107 [Pa]

Momentul de rezistență este dat de expresia:

[m3] (54)

W = 3,748*10-3 [m3]

Săgeata maximă cu care se incovoaie țeava este data de relația:

(55)

în care:

E – modulul de elasticitate longitudinal (Young) al materialuli;

Pentru alamă E = ;

| – moment de inerție exial, care se calculează cu expresia:

[m4] (56)

l = 3,645 * 10-9 [m4];

De aici săgeata y, din relația (55), rezultă:

y = 1,5 [m]

Pentru țevi din alamă, pentru care N/m2, cu dimensiunile uzuale folosite la condensatoare, din relația (55) rezultă, pentru deschiderea(lungimea) maximă a țevilor, valori de până la 4 m. În aceleași condiții, săgeata maximă a țevilor ajunge la circa 80 mm, valoare inacceptabilă practic. Dacă se acceptă o valoare maximă pentru săgeată de 2…2,5 mm, din relația (55) de calcul a săgeții rezultă o deschidere maximă a țevii de 1,5 m. Această lungime impune prezența mai multor plăci intermediare de sprijin în construcția condensatorului.

4.3.3 Calculul mantalei condensatorului

În condiții normale de funcționare, mantaua este supusă la compresie uniformă, sub acțiunea diferenței de presiune dintre presiunea atmosferică(exterioară) și depresiunea din interiorul mantalei.

Pentru calculul diametrului exterior al mantalei se consideră că prin spațiul țevi și manta circulă 40% din debitul de abur al condensatorului. În acest caz diametrul exterior al mantalei este:

unde:

x – titlul aburului;

L – lungimea țevilor, în m;

[m]

4.3.4 Calculul plăcilor tubulare

Plăcile tubulare se execută din oțel la condensatoarele răcite cu apă dulce și din alamă la cele răcite cu apă de mare.

La cele mai multe construcții de condensatoare grosimea plăcilor este de 20…30 mm independent de eforturile unitare adminse, deoarece este necesară o bună rigiditate a plăcilor tubulare, iar o grosime prea mică afectează și etanșările țevilor de răcire cu plăcile tubulare.

Pentru fixarea plăcilor tubulare la corpul condensatorului și la camerele de distribuție a apei, soluția tipică este prinderea cu buloane longitudinale amplasate pe circumferință(fig 12 ).

Fig. 14 Soluție tipică pentru fixarea plăcii

tubulare la corpul condensatorului:

1 – buloane; 2 – umeri speciali ai buloanelor; 3 – placă tubulară;

4 – corpul condensatorului; 5 – corpul camerei de apă.

Calculul de rezistență al plăcilor tubulare constă în determinarea eforturilor unitare în placa cu o grosime aleasă prealabil și pentru un sistem de fixare cu buloane de asemenea ales, pentru care se cunosc numărul, dimensiunea și poziționarea găurilor de trecere.

La cele mai multe construcții de condensatoare, grosimea plăcii tubulare este de 25….30 mm – independent de tensiunile(eforturile unitare) admise – deoarece este necesară o bună rigiditate a păcii tubulare. Totodată, o grosime mică a plăcii afectează și etanșările țevilor de răcire cu plăcile tubulare.

Dimensionarea se face pentru proba hidraulică de rezistență și etanșare (2,5…3 bar).

Efortul unitar de încovoiere dintr-o placă tubulară este dat de relația:

(58)

în care:

p – presiunea de probă, în Pa;

db – diametrul mediu al găurilor de prindere, în m;

lb – distanța între găuri, în m;

δpt – grosimea echivalentă a plăcii tubulare, în m.

Grosimea echivalentă a plăcii tubulare, cu găurile pentru țevile de răcire care urmează să fie fixate prin lărgire (mandrinare) este dată de relația:

(59)

în care:

D – diametrul plăcii tubulare, în mm;

– grosimea reală a plăcii tubulare, în mm;

Se adoptă = 30 mm

Z – numărul găurilor pentru țevi;

nb – numărul de buloane;

db – diametrul găurilor pentru asamblarea cu buloane, în m.

Mărimi cunoscute sau adoptate:

p = 3 bar,

db = 3480 mm;

lb = 300 mm,

D = 3592 mm,

= 30 mm,

Z = 10000,

Cu aceste mărimi cunoscute rezultă:

grosimea echivalentă a plăcii tubulare :

nb = π*D/lb = 37,6. Se adoptă nb = 38 șuruburi și se recalculează lb.

lb = 296,84 [mm]

[mm]

5. Armătura condensatorului

5.1 Introducere

Armătura condensatorului cuprinde aparatele și dispozitivele cu care acesta este echipat – cu scopul menținerii funcționării sale fără întreruperi, în condiții de siguranță și la parametrii nominali.

Din armătura condensatorului fac parte:

instalația de producere a vidului

dispozitivul de rupere a vidului

dispozitivele de preîncălzire și degazare;

instalația de reducere(a presiunii) – reglare(a temperaturii) a aburului de ocolire a turbinei.

5.2 Aparate și dispozitive de reglare, control și siguranța funcționării

Pentru reglarea automată sau manuală a debitelor, precum și pentru izolarea hidraulică a condensatorului și/sau a anexelor sale, condensatorul este prevăzut cu robinete cu sertar, cu robinete cu ventil și cu robinete cu reținere.

Pentru măsurarea parametrilor sunt prevăzute aparate și dispozitive de măsură:

termometre pentru măsurarea temperaturilor aburului și apei de răcire, la intrarea și la ieșirea din condensator;

manometre pentru măsurarea presiunii apei

vacuummetre pentru măsurarea presiunii aburului;

debitmetru pentru apa de răcire

Deși condensatorul este conceput ca un recipient care funcționează în vid, există totuși posibilitatea ca presiunea să crească accidental peste presiunea atmosferică (dacă, de exemplu, se întrerupe prelevarea aburului de la una sau mai multe din prizele turbinei sau dacă se întrerupe alimentarea cu apă de răcire a condensatorului).

Condensatoarele mici se prevăd cu supape de siguranță – de fapt niște robinete cu ventil, închise cu ajutorul unor pârghii cu contragreutăți sau cu ajutorul unor arcuri care se deschid la presiunea reglată.

La condensatoarele de mare putere debitul de abur de lucru al supapei de siguranță ar fi prea mare ca să se utilizeze robinete cu ventil. La aceste condensatoare se prevăd supape de siguranță cu rupere mecanică ce se montează pe racordul de evacuare al aerului.

Membrana supapei – folie subțire de plumb – se rupe când presiunea din condensator crește la circa 2,5 bar. Această membrană este de fapt mai degrabă o secțiune slăbită, prevăzută special, decât o supapă de siguranță.

La condensatoarele de abur se mai montează și un dispozitiv de blocare a accesului în condensator a aburului de ocolire a turbinei, atunci când temperatura acestuia este prea mare(când răcirea aburului în instalația de reducere – răcire este insuficientă) sau când condensatorul nu funcționează normal.

5.2.1 Dispozitivul de rupere a vidului

Dispozitivul de rupere(reducere rapidă) a vidului din condensator are roul de micșora timpul de oprire al turbinei. Dispozitivul este de fapt un robinet cu ventil, robinet care permite intrarea rapidă a aerului în condensator în situații speciale, prin aceasta evitându-se:

absorbirea în turbină a unor cantități mari de aer atmosferic rece, prin etanșările labirintice, ceea ce ar provoca modificarea jocurilor în labirinți;

funcționarea mai îndelungată a turbinei in domeniul turațiilor critice, în timpul opririi turbinei;

creșterea volumului deteriorărilor în cazul unui accident.

5.2.2 Dispozitivul de preîncălzire și degazare

Cu toate că aerul și alte gaze necondensabile sunt extrase permanent din condensator, totuși, întotdeauna, în condensator rămâne, dizolvată în condensat, o cantitate de gaze – oxigen, dioxid de carbon, amoniac și alte gaze, cantitate care crește odată cu subrăcirea condensatului. În scopul reducerii subrăcirii condensatului se utilizează instalații care acționează, în principiu, prin reîncălzirea condensatului până la temperatura de saturație, prin contact cu aburul provenit din turbină. Condensatul curge fie prin table găurite, fie pe mai multe table montate în cascadă în spațiul de abur al rezervorului de condensat. Gazele care ies din condensat sunt conduse spre zona de răcire a aerului, de unde sunt absorbite de instalația de vid.

Degazarea condensatului poate fi îmbunătățită prin introducerea de condensat secundar, mai cald, sub nivelul condensatului principal. În același scop se poate introduce abur prelevat de la o priză a turbinei; dar prin aplicarea acestei metode crește consumul specific de căldură al instalației, drept pentru care această metodă nu este utilizată.

5.3 Comportarea în exploatare a condensatoarelor răcite cu apă

5.3.1 Introducere

Funcționarea condensatorului de abur răcit cu apă este influențată de numeroși factori, ca:

murdărirea suprafeței interioare a țevilor de răcire;

starea sistemelor de etanșare (reducerea etanșeității);

corodarea suprafeței țevilor de răcire;

reducerea eficacității instalației de menținere a vidului;

variația sarcinii turbinei.

Efectul negativ al acestor factori este creșterea temperaturii din condensator, deci creșterea presiunii (înrăutățirea vidului). Aceasta conduce la micșorarea căderii adiabatice de entalpie (micșorarea cantității de căldură prelucrată de turbină) și astfel, la scăderea puterii acesteia.

Dintre factorii menționați mai sus, murdărirea și corodarea țevilor de apă ale condensatorului necesită o atenție deosebită, att prin gravitatea efectului final asupra funcționării turbinei, ct și prin continuitatea și chiar intensificarea în timp a acestor procese, dacă nu

se întreprind măsuri corespunzătoare, care să conducă la eliminarea sau cel puțin la diminuarea lor.

Problema etanșeității condensatorului se pune sub două aspecte:

față de mediul exterior; sub acest aspect etanșeitatea depinde de starea garniturilor;

între spațiul de abur și camerele de apă de răcire; în acest caz etanșeitatea depinde de starea îmbinărilor dintre țevile de răcire și plăcile tubulare (prin mandrinare sau sudare).

Deoarece apa de răcire este netratată chimic și plină de impurități, iar presiunea apei (din camerele de apă) este mult mai mare decât presiunea din spațiul de abur, deteriorarea etanșeității duce la impurificarea condensatului grave asupra întregului bloc

cazan – turbină. Pentru evitarea unor asemenea consecințe, la instalațiile termoenergetice de puteri mari, întrega cantitate de condensat se tratează chimic înainte de a fi reintrodusă în circuit în preîncălzitoarele regenerative.

5.3.2 Curățarea țevilor de apă ale condensatorului

La curgerea apei prin țevile condensatorului de abur, o parte din impuritățile conținute în apă se depune pe pereții interiori ai țevilor, formând un strat care se îngroașă în timp. Viteza de creștere a grosimii stratului de depuneri este cu atât mai mare cu cât conținutul de impurități din apă este mai mare și cu cât viteza de curgere a apei prin țevi este mai mică.

Depunerile formează un strat izolator, care mărește foarte mult rezistența termică a pereților țevilor de apă (această rezistență poate crește de peste 10 ori).

Curățarea țevilor de apă ale condensatorului se face prin procedee mecanice și anume:

prin autocurățare:

cu bile de cauciuc spongios;

cu perii din materiale plastice

prin spălare în circuit închis

La condensatoarele nedivizate(cu un singur flux de apă) curățarea țevilor de apă se face după oprirea turbinei.

La condensatoarele cu flux divizat de apă(cazul condensatorului de față) curățarea interioară a țevilor de apă se face – deobicei – fără scoaterea din funcțiune. În timp ce o parte din țevile de răcire (jumătate din numărul total – la condensatoarele cu două fluxuri) sunt supuse operației de curățare, restul țevilor asigură condensarea aburului ieșit din turbină, cu condiția ca sarcina turbinei să fie redusă corespunzător.

a) Procedeul de curățare cu bile elastice

procesul de curățare se realizează prin străbaterea țevilor de către o mulțime de bile sferice din cauciuc spongios, bila care au diametrul cu 1….3 mm mai mare decât diametrul interior al țevilor.

Fig. 15 Schema procedeului de autocurățare a țevilor

cu bile de cauciuc

1 – dispozitiv de reținere a bilelor; 2 – dispozitiv pentru reintroducerea

bilelor în circuit; 3 – pompă; 4 – condensator

Bilele circulă împreună cu apa de răcire, datorită diferenței de presiune care există între camerele de intrare și de ieșire ale condensatorului.

După trecerea prin condensator, bilele de curățare sunt readuse în conducta de intrare a apei în condensator cu ajutorul unei instalații speciale (fig ), care are în componența sa un dispozitiv de reținere a bilelor (1), amplasat în conducta de ieșire a apei de răcire și un dispozitiv de reintroducere a bilelor în circuit (2).

Deoarece bilele au densitatea egală cu a apei, ele sunt distribuite uniform în toate țevile.

Pentru relizarea unui efect de curățare uniform, trebuie să se înlocuiască zilnic 2….6% din numărul total de bile aflate în circulație.

b) procedeul de autocurățare cu perii

La acest procedeu fiecare șeavă de apă este echipată cu o perie din material plastic introdusă în țeavă și cu manșoane de reținere a periilor la ambele capete(fig 14).

Fig. 16 Schema procedeului de curățare cu perii

1 – manșon de reținere tras peste țeavă; 2 – perie;

3 – țeavă de răcire; manșon de răcire intrdus pe țeavă

Observație: Procedeul de curățare cu perii este utilizabil și la țevile cu nervuri interioare sau cu secțiuni necirculare

Propuneri de retehnologizare – modernizare

În cadrul acțiunii de retehnologizare – modernizare se urmăresc:

prelungirea duratei de viață;

îmbunătățirea operabilității și a posibilităților de mentenanță/întreținere;

creșterea performațelor termotehnice și a randamentului;

creșterea disponibilității.

Condensatoarele turbinelor cu abur mai vechi au o dispunere defavorabilă a țevilor și ca urmare o curgere defavorabilă a aburului prin condensator, cu pierderi mari de presiune și subrăcirea condensatului. În unele cazuri și partea hidraulică a condensatorului prezintă neajunsuri care pot fi rezolvate în cadrul reechipării instalației.

O primă măsură de îmbunătățire a funcționării termodinamice a condensatorului este aceea de retubare cu materiale mai rezistente și care să pună mai puține probleme în exploatare(oțel inox, titan). Reconstrucția marilor condensatoare se efectuează astăzi într-o concepție nouă, “modular retrofit”, în care țevile sunt rearanjate, fie în mai multe fascicule, de forma specială a “ferestrei de biserică”, fie în fascicule sub forma unor ramuri. Prin aceasta se obține o mărire a vidului în condensator deoarece aburul poate pătrunde mai ușor către partea inferioară a condensatorului, în acest fel dispărând și subrăcirea condensatului, obșinându-se chiar o ușoară încălzire a acestuia din cauza efectului de frânare a aburului la suprafața condensatului din rezervorul de condensat(hotwel).

Cu ocazia refacerii fascicolului de țevi se redelimitează răcitoarele interioare și se înlocuiește materialul acestora cu unul mai rezistent la coroziune. De asemenea se revizuiește numărul de plăci support principale și intermediare, de susținere a țevilor și eliminarea vibrațiilor acestora.

Totodată, în cadrul retehnologizării/modernizării condensatorului se recomandă dotarea cu instalații de curățire în mers a țevilor. Dintre metodele prezentate în lucrarea de față, cea mai utizată este metoda de curățire cu bile de cauciuc spongios, completată cu filtre performante, atât pentru captarea bilelor cât și pentru reținerea impurităților apei înainte de condensator.

O atenție deosebită trebuia acordată în timpul modernizării, reconceperii sau îmbunătățirii sistemului de extracție a aerului din condensator(ejectoare, pompe de vid și instalațiile lor anexe).

În unele situații speciale se poate revedea concepția de execuție a camerelor de apă ale condensatorului și modul de intrare/ieșire a apei de răcire din condensator, în vederea reducerii pierderilor de sarcină și uniformizării distriuției apei și bilelor de curățire prin țevi.

De asemenea pot fi avute în vedere, funcție de situația concretă a instalației și următoarele măsuri:

înlocuirea sistemuluide control al nivelului în condensator;

îmbunătățirea sistemului de urmărire/control al indicatorilor chimici;

înlocuirea sistemului de drenaje de joasă presiune către condensator;

înlocuirea sistemului de by-pass al turbinei cu abur;

înlocuirea/completarea/modernizarea aparatelor de măsură și control;

Partea desenată a proiectului cuprinde următoarele planșe:

planșa 1 → condensator (A1)

planșa 2 → secțiune transversală prin condensator (A1)

planșa 3 → secțiune prin camerele de apă (A3)

planșa 4 → ejector (A4)

planșa 4 → șurub M10 (A4)

=== Anexe Tabele ===

Tabele cu proprietăți fizice

și termodinamice uzuale

Entalpia apei la saturație, i’[kJ/kg]

Entalpia aburului la saturație, i’’[kJ/jg]

Densitatea apei ρ[kg/m3]

Căldura specifică(masică) a apei, cp[W/m*K]

Conductivitatea termică a apei, λ[W/m*K]

Vâscozitatea dinamică a apei, η[N*s/m2]

Vâscozitatea cinematică a apei, ν[m2/s]

Criteriul Pr=νcpρ/λ pentru apă

Căldura latentă de

vaporizare a apei, r[kJ/kg]

Conductivitatea termică a cuprului

și a aliajelor sale