UA134163U

UA134163U - BLOCK-MODULE CAPACITOR

Info

Publication number: UA134163U
Application number: UAU201810019U
Authority: UA
Inventors: Євген Володимирович Левченко; Григорій Іванович Іщенко; Віктор Леонідович Швецов; Олександр Миколайович Усс
Original assignee: Акціонерне Товариство "Турбоатом"
Priority date: 2018-10-08
Filing date: 2018-10-08
Publication date: 2019-05-10

Abstract

Блочно-модульний конденсатор містить корпус із прямими стінками і елементами модуля трубного пучка, каналами між ними для проходження пари, звуженими зверху вниз. Об'єм конденсатора розділений на блоки модулів верхнього і нижнього рядів, у яких виконано не менше двох модулів трубного пучка конденсатора. Верхній і нижній модулі кожного блока виконані сполученими взаємозалежними єдиними типовими секціями трубного пучка. Кількість модулів кратна двом і визначається потужністю турбоустановки.The block-modular capacitor comprises a housing with straight walls and tube bundle members, channels between them for steam passage, tapered from top to bottom. The capacitor volume is divided into blocks of modules of the upper and lower rows, in which at least two modules of the tube bundle of the capacitor are made. The upper and lower modules of each block are made of interconnected, interconnected, single typical tubular beam sections. The number of modules is a multiple of two and is determined by the turbine power.

Description

Корисна модель належить до турбінобудування і може бути використана при розробці нових конструкцій конденсаторів для парових турбін великої потужності АЕС і ТЕС.The useful model belongs to turbine construction and can be used in the development of new designs of capacitors for high-power steam turbines of NPPs and TPPs.

Конденсатор належить до відповідальних елементів турбоустановки, що являють собою великогабаритний теплообмінник від досконалості конструктивного виконання профілю компонування якого, залежить економічність і надійність роботи турбоустановки.The condenser belongs to the responsible elements of the turbo installation, which is a large-sized heat exchanger, the efficiency and reliability of the operation of the turbo installation depends on the perfection of the constructive execution of the layout profile.

Підвищення потужності парових турбін АЕС (понад 220-250 МВт) і ТЕС (понад 300 МВт) при високих масогабаритних параметрах конденсаторів приводить до необхідності збільшення кількості циліндрів низького тиску із двома вихлопами, викликане підвищенням об'ємної витрати пари при низькому вакуумі, що обумовлює виконання конденсатора турбіни у вигляді декількох корпусів однакового конструктивного виконання. Зростання одиничної потужності турбоагрегатів, що досягає 1200 МВт, потребує розміщення в кожному корпусі великих поверхонь для конденсації пари.An increase in the power of steam turbines of nuclear power plants (over 220-250 MW) and thermal power plants (over 300 MW) with high mass and size parameters of condensers leads to the need to increase the number of low-pressure cylinders with two exhausts, caused by an increase in the volume flow rate of steam at low vacuum, which determines the performance turbine condenser in the form of several cases of the same design. The increase in the unit power of turbine units, which reaches 1200 MW, requires the placement of large surfaces for steam condensation in each case.

Відомий поверхневий конденсатор (Патент РФ Мо 2306512, МПК Б288 1/02, Р288 9/10, 2006), що містить корпус із плоскими стінками, трубні пучки конденсації пари, розташовані вертикально назустріч потоку пари вихлопу з турбіни з утворенням між пучками трубок каналів для проходження пари, у кожному трубному пучку симетрично у верхній і нижній його частинах з боку виходу з турбіни й з боку днища конденсатора виконані вертикальні канали для проходження пари. При цьому верхня частина трубного пучка відділена від нижньої щілиною, закритою з бічних сторін, а відсмоктування пароповітряної суміші виконано трубопроводом, установленим у центральній частині пучка.A well-known surface condenser (Russian Patent No. 2306512, IPC B288 1/02, P288 9/10, 2006), which contains a body with flat walls, pipe bundles of steam condensation, located vertically towards the flow of exhaust steam from the turbine with the formation of channels between the bundles of tubes for passage of steam, vertical channels for the passage of steam are made symmetrically in each tube bundle in its upper and lower parts on the side of the exit from the turbine and on the side of the bottom of the condenser. At the same time, the upper part of the pipe bundle is separated from the lower part by a gap closed from the sides, and the suction of the steam-air mixture is carried out by a pipeline installed in the central part of the bundle.

Недоліком відомого конденсатора є накопичення неконденсованих газів у центральній частині секцій трубного пучка, яке призводить до погіршення умов теплообміну на зовнішніх поверхнях трубок у значній частині пучка, а відсмоктування пароповітряної суміші потребує створення більш глибокого вакууму, що підвищує витрати енергії пари ежекторною установкою.The disadvantage of the known condenser is the accumulation of non-condensable gases in the central part of the sections of the tube bundle, which leads to a deterioration of the heat exchange conditions on the outer surfaces of the tubes in a significant part of the bundle, and the suction of the steam-air mixture requires the creation of a deeper vacuum, which increases the energy consumption of steam by the ejector unit.

Крім цього складання трубного пучка в умовах електростанції не забезпечує належної надійності роботи конденсатора.In addition, the assembly of the pipe bundle in the conditions of the power plant does not ensure the proper reliability of the condenser.

Найбільш близьким аналогом за конструктивними ознаками та технічному виконанню є конденсатор 800 КЦС-3 турбіни К-800-240-3 ЛМ3З (К.З. Аронсон, С.Н. Блинков, В.И. Брезгин, и др. Теплообменники знергетических установок. Учебное злектронное издание Екатеринбург. -The closest analog in terms of design features and technical performance is the condenser 800 KCS-3 of the K-800-240-3 LM3Z turbine (K.Z. Aronson, S.N. Blynkov, V.I. Brezgin, and others. Heat exchangers of deenergizing installations. Electronic educational edition Yekaterinburg.

Зо УрФУ, 2015. - 458 с.), що містить установлений в корпусі із прямими стінками, передньою і задньою трубними дошками, трубний пучок виконаний з восьми однакових модулів з масивами трубок "пальцевої" форми, в середній частині яких між двома щитами утворена зона відсмоктування, а повітроохолоджувач виконаний окремою ділянкою трубок, розташованих перед зоною відсмоктування.From UrFU, 2015. - 458 p.), containing installed in a housing with straight walls, front and rear pipe boards, a pipe bundle made of eight identical modules with arrays of "finger"-shaped pipes, in the middle part of which a zone is formed between two shields suction, and the air cooler is made of a separate section of tubes located in front of the suction area.

Відомий конденсатор не відрізняється високою надійністю для тривалої експлуатації, оскільки виготовлення конденсатора з високими масогабаритними параметрами з великою кількістю трубок у модулях в умовах АЕС і ТЕС (без безпосереднього в процесі виробництва здійснення контролю щільності трубних пучків) не забезпечують високої якості виконання відповідальних вузлів, ускладнює його монтаж і подовжує строки установлення конденсатора.The known capacitor is not distinguished by high reliability for long-term operation, since the production of a capacitor with high mass-dimensional parameters with a large number of tubes in modules in the conditions of nuclear power plants and thermal power plants (without direct control of the density of tube bundles during the production process) does not ensure high-quality performance of the responsible nodes, complicates it installation and prolongs the installation time of the capacitor.

В основу корисної моделі поставлено задачу створення блочно-модульного конденсатора шляхом модульного компонування окремими блоками з оригінальною секційною розбивкою пучка охолоджувальних труб конденсатора великої одиничної потужності, у якому реалізована висока щільність трубного пучка, виконаного транспортабельними блоками максимального ступеня готовності в умовах заводу-виробника, за рахунок чого досягнуте поліпшення технологічності, підвищення теплотехнічної ефективності і надійності конденсатора при тривалій експлуатації.The useful model is based on the task of creating a block-modular condenser by means of a modular composition of separate blocks with an original sectional breakdown of the bundle of cooling pipes of a large unit capacity condenser, in which the high density of the tube bundle, made of transportable blocks of the maximum degree of readiness in the conditions of the manufacturing plant, is implemented, due to which will be achieved by improving the manufacturability, increasing the thermal efficiency and reliability of the condenser during long-term operation.

Поставлена задача вирішується тим, що в блочно-модульному конденсаторі, який містить корпус із прямими стінками і елементами модуля трубного пучка, каналами між ними для проходження пари, звуженому зверху вниз, згідно з корисною моделлю, об'єм конденсатора розділений на блоки модулів верхнього і нижнього рядів, у яких виконано не менше двох модулів трубного пучка конденсатора, верхній і нижній модулі кожного блока виконано сполученими взаємозалежними єдиними типовими секціями трубного пучка, а кількість модулів, кратна двом, визначається потужністю турбоустановки. При цьому в кожному сполученому блоці модулів виконано повітроохолоджувач із трубою відсмоктування пароповітряної суміші, модульні блоки першого і другого рядів згідно з місцем розміщення в конденсаторі оснащено обмежувальними стінками, які формують корпус конденсатора.The problem is solved by the fact that in a block-module condenser, which contains a body with straight walls and elements of a tube bundle module, channels between them for the passage of steam, narrowed from top to bottom, according to a useful model, the volume of the condenser is divided into blocks of modules of the upper and of the lower rows, in which at least two modules of the condenser tube bundle are made, the upper and lower modules of each block are made of connected interdependent single typical sections of the tube bundle, and the number of modules, a multiple of two, is determined by the power of the turbo installation. At the same time, an air cooler with a steam-air mixture suction pipe is installed in each connected block of modules, the modular blocks of the first and second rows are equipped with boundary walls, which form the condenser body, according to their location in the condenser.

Сукупність відомих і відмінних ознак конденсатора набуває нових властивостей для ефективного функціонування трубного пучка конденсатора при виробленні максимальної одиничної потужності, підвищеної надійності роботи великогабаритних високонавантажених конденсаторів при тривалій експлуатації за рахунок високої якості заводського складання окремих блоків блочно-модульного компонування.The set of well-known and distinctive characteristics of the capacitor acquires new properties for the efficient functioning of the tube bundle of the capacitor when producing the maximum unit power, increased reliability of the operation of large-sized highly loaded capacitors during long-term operation due to the high quality of the factory assembly of individual blocks of a block-modular layout.

На Фіг. 1 зображений загальний вигляд трикорпусного конденсатора турбіни АЕС потужністю 1000 МВТ; на Фіг. 2 - загальний вигляд корпуса конденсатора з розділенням на модулі та секції модулів; на Фіг. З - загальний вигляд нижнього і верхнього блоків з поділом трубного модуля між блоками.In Fig. 1 shows the general view of the three-body condenser of the NPP turbine with a capacity of 1000 MW; in Fig. 2 - a general view of the capacitor case divided into modules and module sections; in Fig. C - general view of the lower and upper blocks with the separation of the pipe module between the blocks.

Приклад реалізації конденсатора турбіни К-1000-65/1500-2 потужністю 1000 МВт дляAn example of the implementation of the turbine capacitor K-1000-65/1500-2 with a capacity of 1000 MW for

Запорізької АЕС. блок Мо 3, що складається із трьох корпусів, кожний з яких являє собою однотипний конденсатор блочно-модульного виконання.Zaporizhzhia NPP. block Mo 3, consisting of three cases, each of which is the same type of block-module capacitor.

Для забезпечення високої технологічності й оптимальних теплотехнічних характеристик конденсації найбільш доцільний принцип модульного розподілу пучка.To ensure high manufacturability and optimal thermotechnical characteristics of condensation, the principle of modular distribution of the beam is the most expedient.

Критеріями вибору кількості модулів у корпусах конденсаторів є: геометричні розміри торцевої площі трубних дощок; сумарна поверхня теплообміну; кількість труб; конфігурація трубного пучка з урахуванням кратності охолодження; розрахункові швидкості в прохідних перерізах у трубному пучку; місця повітровидалення і їх приєднання; місця скидання високопотенціальних потоків пари; умови стійкості; місця установлення на опори стрижневого фундаменту. Усе це в комплексі визначило оптимальний вибір кількості модулів у корпусах конденсаторів як для підвального, так і для бічного розташування в машинному залі.The criteria for choosing the number of modules in the capacitor housings are: geometric dimensions of the end area of the tube boards; total heat exchange surface; number of pipes; configuration of the tube bundle taking into account the cooling rate; calculated velocities in the cross-sections in the pipe bundle; places of air removal and their connection; places of discharge of high-potential steam flows; stability conditions; places of installation on supports of the rod foundation. All this in a complex determined the optimal choice of the number of modules in capacitor housings both for the basement and for the lateral location in the engine room.

Блочно-модульний конденсатор поверхневого типу, спроектований двоходовим двопотоковим по охолоджувальній воді. Конденсатор містить перехідний патрубок 1, приймально-скидний пристрій 2, коробчастий корпус З із плоскими вертикальними стінками, трубними дошками і днищем, задню камеру 4, передню камеру 5, конденсатозбірник 6, стрижневі опори 7, кришку 8.Block-modular condenser of the surface type, designed two-way two-flow cooling water. The condenser contains a transition pipe 1, a receiving and discharging device 2, a box body C with flat vertical walls, tube boards and a bottom, a rear chamber 4, a front chamber 5, a condensate collector 6, rod supports 7, a cover 8.

Розбивку простору конденсатора на блоки модульного компонування трубного пучка наведено на Фіг 2. У перерізі праворуч показано, що корпус конденсатора може бути розділений на шість блоків із трубними модулями 9, 10 в нижньому і верхньому рядах, відповідно по три модулі. При цьому трубний пучок конденсатора розділений на шість однотипних секцій 11 по дві в сполучених верхньому і нижньому рядах, а кожна секція 11, виходячи з її оптимальної форми, отриманої з теплових розрахунків по горизонталі розділена навпіл, виходячи з масогабаритнихThe breakdown of the capacitor space into blocks of the modular layout of the tube bundle is shown in Fig. 2. The section on the right shows that the capacitor body can be divided into six blocks with tube modules 9, 10 in the lower and upper rows, respectively three modules each. At the same time, the tube bundle of the condenser is divided into six sections 11 of the same type, two each in the connected upper and lower rows, and each section 11, based on its optimal shape obtained from thermal calculations, is horizontally divided in half, based on the mass and dimensional

Зо розмірів блоків.From block sizes.

У запропонованій конструкції трубний пучок конденсатора розділений на ряд сполучених між собою однотипних модулів нижнього 9 і верхнього 10 рядів. Сполучені модулі 9, 10 містять по дві вертикальні секції 11, розділені каналами для проходження пари і повітроохолоджувальними пучками трубок з індивідуальним відсмоктуванням пароповітряної суміші. Модулі 9, 10 трубного пучка, розташовані у верхньому і нижньому рядах з утворенням між трубками нижньої частини і днищем каналів для проходження пари.In the proposed design, the tube bundle of the condenser is divided into a number of interconnected modules of the same type of the lower 9 and upper 10 rows. The connected modules 9, 10 contain two vertical sections 11 each, separated by channels for the passage of steam and air-cooling bundles of tubes with individual suction of the steam-air mixture. Modules 9, 10 of the tube bundle are located in the upper and lower rows with the formation between the tubes of the lower part and the bottom of the channels for the passage of steam.

Це дозволяє збільшити доступний для пари, що надходить, сумарний периметр усіх модулів і обмежити в кожному з них товщину стрічки, забезпечивши більш рівномірний розподіл пари при оптимально низькому паровому опорі конденсатора.This makes it possible to increase the total perimeter of all modules accessible to incoming steam and to limit the thickness of the tape in each of them, ensuring a more even distribution of steam with an optimally low vapor resistance of the condenser.

Таке розділення об'єму конденсатора на типові для верхнього і нижнього ряду конструктивні модулі заводського виготовлення підвищеної надійності дозволяє широко використовувати трапецієподібну (П-подібну) форму трубної секції модуля оптимальної теплової ефективності з підвищеною заповнюваністю трубної дошки, оптимальних газодинамічних, міцнісних і вібраційних характеристиках його елементів, що забезпечують поліпшення технологічності, підвищення теплотехнічної ефективності і надійності при тривалій експлуатації.This division of the condenser volume into typical for the upper and lower row structural modules of factory production of increased reliability allows to widely use the trapezoidal (U-shaped) shape of the pipe section of the module of optimal thermal efficiency with increased occupancy of the tube board, optimal gas-dynamic, strength and vibration characteristics of its elements , which provide improved manufacturability, increased thermal efficiency and reliability during long-term operation.

Підведення охолоджувальної води здійснюється в нижню частину водяної передньої камери 5 кожної половини конденсатора. Злив охолоджувальної води здійснюється з верхньої частини водяної передньої камери 5 кожної половини конденсатора.The supply of cooling water is carried out in the lower part of the water front chamber 5 of each half of the condenser. Draining of cooling water is carried out from the upper part of the water front chamber 5 of each half of the condenser.

Кожний блок конденсатора змонтований у рамній конструкції (Фіг. 3), що забезпечує його жорсткість, однозначність взаємного розташування елементів блока, статичну і вібраційну міцність трубок при впливі парового потоку, герметичність з'єднання охолоджувальних трубок у трубних передній і задній дошках на весь період експлуатації конденсатора.Each unit of the condenser is mounted in a frame structure (Fig. 3), which ensures its rigidity, the unambiguity of the mutual location of the unit elements, the static and vibrational strength of the tubes under the influence of the steam flow, the tightness of the connection of the cooling tubes in the tube front and rear boards for the entire period of operation capacitor.

Запропонований блочно-модульний конденсатор складається із трьох однотипних двоходових з рівною поверхнею охолодження (Фіг. 1). Кожний конденсатор включає коробчастий корпус із плоскими стінками, модульні блоки першого і другого рядів 9, 10, відповідно, які згідно з місцем розміщення в конденсаторі оснащено обмежуючими стінками, котрі формують корпус конденсатора.The proposed block-modular capacitor consists of three identical two-way capacitors with a flat cooling surface (Fig. 1). Each capacitor includes a box body with flat walls, modular blocks of the first and second rows 9, 10, respectively, which, according to the place of placement in the capacitor, are equipped with limiting walls that form the body of the capacitor.

Модульні блоки першого і другого рядів відповідно до місця розміщення в конденсаторі оснащено обмежуючими стінками, які формують корпус конденсатора. Тобто модульні блоки 60 нижнього ряду містять: крайній - з стінками зовнішньою бічною і днища, середній - днища,The modular blocks of the first and second rows, in accordance with the place of placement in the condenser, are equipped with limiting walls that form the condenser body. That is, the modular blocks 60 of the lower row contain: the outermost - with the outer side walls and the bottom, the middle - the bottom,

крайній - з зовнішньою бічною, а модулі верхнього ряду містять: крайній - з зовнішньою бічною, середній - без стінок, крайній - з зовнішньою бічною стінками. При цьому модульні бічні і блоки днища відразу з'єднані зі стінками при заводському складанні з належним контролем місць з'єднання.the extreme one - with an external side wall, and the modules of the upper row contain: the extreme one - with an external side wall, the middle one - without walls, the extreme one - with external side walls. At the same time, the modular side and bottom blocks are immediately connected to the walls during factory assembly with proper control of the connection points.

Остаточне складання конденсатора після доставки блоків на електростанцію провадиться зварюванням стінок трубних дощок і днища з наступним покриттям місць з'єднання поліуретановими складами для додаткового захисту від впливу конденсату та парового потоку.The final assembly of the condenser after the delivery of the blocks to the power plant is carried out by welding the walls of the pipe boards and the bottom, followed by covering the joints with polyurethane compounds for additional protection against the effects of condensate and steam flow.

Таким чином, перевагою блочно-модульного виконання конденсатора є створення однотипних форм (уніфікованих) модулів, що дозволяє виконати оптимізацію трубного пучка конденсатора, створюючи ряд конденсаторів необхідних типорозмірів, збільшити коефіцієнт заповнення простору конденсатора, забезпечивши міцність зовнішніх трубних дощок. На цей час блочно-модульне компонування конденсаторів парових турбін великої потужності є найперспективним.Thus, the advantage of the block-module execution of the capacitor is the creation of the same type of (unified) modules, which allows you to optimize the tube bundle of the capacitor, creating a number of capacitors of the required standard sizes, increase the filling factor of the capacitor space, ensuring the strength of the outer tube boards. At this time, the block-modular arrangement of condensers of high-power steam turbines is the most promising.

При конструюванні конденсатора кількість модулів з типовими трубними елементами, що формують трубний пучок може бути прийняте рівним 2-м; 4-м; б-ти і т.п. при їхньому дворядному горизонтальному розміщенні, яке забезпечує прямий або зворотний хід охолоджувальної циркуляційної води.When designing a capacitor, the number of modules with typical pipe elements forming a pipe bundle can be taken to be equal to 2; 4th; b-you, etc. with their two-row horizontal placement, which ensures direct or reverse flow of cooling circulating water.

На Фіг. З наведено компонування елементів трубного пучка конденсатора у двох сполучених модулях горизонтального розміщення.In Fig. The composition of the elements of the tube bundle of the condenser in two connected modules of horizontal arrangement is given.

На основі запропонованого блочно-модульного виконання конденсатора при модернізації парових турбін Запорізької АЕС К-1000-60/1500-2 розроблений, виготовлений, змонтований і прийнятий в експлуатацію конденсатор, що складається з трьох конденсаторів КЗ8080, який при річній експлуатації забезпечує збільшення електричної потужності турбоустановки на клемах генератора 10,0 МВт при економічній ефективності 1,423 млн. грн. зі строком окупності 3,88 року.On the basis of the proposed block-modular execution of the condenser during the modernization of the steam turbines of the Zaporizhzhya NPP K-1000-60/1500-2, a condenser consisting of three KZ8080 capacitors was developed, manufactured, assembled and put into operation, which during annual operation provides an increase in the electrical power of the turbine on the terminals of a 10.0 MW generator with an economic efficiency of UAH 1.423 million. with a payback period of 3.88 years.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA

1. A block-module condenser containing a body with straight walls and elements of the tube bundle module, channels between them for the passage of steam, narrowed from top to bottom, which is distinguished by the fact that the volume of the condenser is divided into blocks of modules of the upper and lower rows, in which at least two modules of the condenser tube bundle are made, the upper and lower modules of each unit are made of connected interdependent single typical sections of the tube bundle, and the number of modules is a multiple of two and is determined by the power of the turbo installation.

2. Block-module condenser according to claim 1, which is characterized by the fact that in each connected block of modules, an air cooler with a suction pipe for the vapor-air mixture is made.

3. Block-modular capacitor according to claim 1, which is characterized by the fact that the modular blocks of the first and second rows, according to the place of placement in the capacitor, are equipped with limiting walls that form the capacitor body. nina, koe koe foskouoi 7 "carriage kind ssosbevky beach NN PON KE 2 OWLS 5 OO yan y p y pish y

Fig. 1