Pintalauhdutin - Surface condenser
Pinta lauhdutin on yleisesti käytetty termi vesijäähdytteinen vaippa ja putki lämmönvaihtimen asennettuna tiivistyä pakokaasujen höyryä päässä höyryturbiinin sisään lämpövoimalaitoksissa . Nämä kondensaattorit ovat lämmönvaihtimet , joka muuntaa höyry kaasumaisessa sen nestemäisessä tilassa paineessa alle ilmakehän paine . Jos jäähdytysvedestä on pulaa, käytetään usein ilmajäähdytteistä lauhdutinta. Ilmajäähdytteinen lauhdutin on kuitenkin huomattavasti kalliimpi, eikä sillä voida saavuttaa yhtä matalaa höyryturbiinin poistopainetta (ja lämpötilaa) kuin vesijäähdytteinen pintalauhdutin.
Pintalauhduttimia käytetään myös muissa sovelluksissa ja teollisuudessa kuin höyryturbiinien pakokaasujen lauhduttaminen voimalaitoksissa.
Tarkoitus
Lämpövoimalaitoksissa pintalauhduttimen tarkoituksena on kondensoida höyryturbiinin poistohöyry maksimaalisen hyötysuhteen saavuttamiseksi ja myös muuntaa turbiinin pakokaasuhöyry puhtaaksi vedeksi (jäljempänä höyrykondensaatti), jotta sitä voidaan käyttää uudelleen että höyrystimen tai kattilan , kuten kattilan syöttöveden.
Miksi sitä vaaditaan
Itse höyryturbiini on laite, joka muuntaa höyryssä olevan lämmön mekaaniseksi voimaksi . Höyrylämmön massayksikköä kohti turbiinin sisääntulossa ja höyrylämmön massayksikköä kohti turbiinin ulostuloaukossa edustaa lämpöä, joka muuttuu mekaaniseksi tehoksi. Siksi mitä enemmän lämpöä muunnetaan kiloa tai höyrykiloa kohti turbiinissa mekaaniseksi tehoksi, sitä parempi on sen hyötysuhde. Lauhduttamalla turbiinin pakokaasuhöyryä ilmanpaineen alapuolella olevassa paineessa, höyryn painehäviötä lisätään turbiinin sisääntulon ja pakokaasun välillä, mikä lisää käytettävissä olevan lämmön määrää mekaaniseksi tehoksi muuntamiseksi. Suurin osa poistohöyryn tiivistymisen vuoksi vapautuvasta lämmöstä kulkeutuu pintalauhduttimen käyttämän jäähdytysväliaineen (vesi tai ilma) avulla.
Kaavio vesijäähdytteisestä pintalauhduttimesta
Viereinen kaavio kuvaa tyypillistä vesijäähdytteistä pintalauhdutinta, jota käytetään voimalaitoksissa sähkögeneraattoria käyttävän höyryturbiinin pakokaasun höyryn tiivistämiseen myös muissa sovelluksissa. Valmistusvaihtoehtoja on monia valmistajasta, höyryturbiinin koosta ja muista paikkakohtaisista olosuhteista riippuen.
Kuori
Kuori on lauhduttimen uloin runko ja sisältää lämmönvaihtimen putket. Kuori on valmistettu hiiliteräslevyistä ja jäykistetty tarpeen mukaan kuoren jäykkyyden aikaansaamiseksi. Kun valittu malli sitä vaatii, välilevyt asennetaan toimimaan välilevyinä, jotka tarjoavat halutun lauhdutushöyryn virtausreitin. Levyt tarjoavat myös tuen, joka auttaa estämään pitkien putkien pituuden.
Kuoren alaosaan, johon lauhde kerääntyy, on asennettu ulostulo. Joissakin malleja, eli öljypohja (usein kutsutaan Hotwell) on säädetty. Lauhde pumpataan poistoaukosta tai lämpökammiosta uudelleenkäyttöä varten kattilan syöttövedeksi .
Useimpien vesijäähdytteisten pintalauhduttimien kuori on [osittaisessa] tyhjiössä normaaleissa käyttöolosuhteissa.
Tyhjiöjärjestelmä
Vesijäähdytteisillä lauhduttimilla kuoren sisäinen tyhjiö toimitetaan yleisimmin ulkoisen höyrysuihkun ejektorijärjestelmän avulla. Tällainen ejektorijärjestelmä käyttää höyryä liikkuvana nesteenä lauhduttimessa mahdollisesti olevien kondensoimattomien kaasujen poistamiseksi. Venturi-ilmiön , joka on erityisesti kyse Bernoullin , sovelletaan toiminnan höyry suihkun suihkupumpulla.
Moottorikäyttöiset mekaaniset alipainepumput , kuten nesterengastyyppi , ovat myös suosittuja tässä palvelussa.
Putkilevyt
Kuoren molempiin päihin on järjestetty riittävän paksut levyt, jotka on yleensä valmistettu ruostumattomasta teräksestä , ja reiät putkia varten työnnettäviksi ja rullattaviksi. Jokaisen putken tulopää on myös suukappale veden virtaviivaistamiseksi. Tämän tarkoituksena on välttää pyörteitä jokaisen putken sisääntulossa, mikä aiheuttaa eroosiota, ja vähentää virtauskitkaa. Jotkut valmistajat suosittelevat myös muovisia inserttejä putkien sisääntulossa, jotta pyörteet eivät syövytä tulopäätä. Pienemmissä yksiköissä jotkut valmistajat käyttävät holkkeja putken päiden tiivistämiseen vierimisen sijaan. Putkien pituuden viisaan laajenemisen hoitamiseksi joissakin malleissa on kuoren ja putkilevyn välinen laajennusliitos, joka antaa jälkimmäisen liikkua pituussuunnassa. Pienemmissä yksiköissä putkille annetaan jonkin verran putkea putken laajenemisen varmistamiseksi molempien päätyvesilaatikoiden ollessa kiinnitettynä jäykästi kuoreen.
Putket
Yleensä putket on valmistettu ruostumattomasta teräksestä , kupariseoksista, kuten messingistä tai pronssista, kupolinikkelistä tai titaanista , useista valintaperusteista riippuen. Kuparia sisältävien seosten, kuten messingin tai kuparinikkelin, käyttö on harvinaista uusissa laitoksissa myrkyllisten kupariseosten ympäristöongelmien vuoksi. Myös kattilan höyrysyklin vedenkäsittelystä riippuen voi olla toivottavaa välttää kuparia sisältäviä putkimateriaaleja. Titaanikondensaattoriputket ovat yleensä paras tekninen valinta, mutta titaanikondensaattoriputkien käyttö on käytännöllisesti katsoen eliminoitu tämän materiaalin kustannusten jyrkällä nousulla. Putken pituudet vaihtelevat noin 26 metriin nykyaikaisissa voimalaitoksissa lauhduttimen koosta riippuen. Valittu koko perustuu kuljetettavuuteen valmistajan sivustolta ja asennuksen helppouteen asennuspaikalla. Lauhdutinputkien ulkohalkaisija vaihtelee tyypillisesti 3/4 - 1-1 / 4 tuumaa, perustuen lauhduttimen jäähdytysveden kitkakohteisiin ja lauhduttimen kokoon.
Vesilaatikot
Putkilevy kummassakin päässä, jossa on rullatut putkenpäät, lauhduttimen kummatkin päät suljetaan valmistetulla laatikkokannella, joka tunnetaan vesilaatikkona, laippaliitännällä putkilevyyn tai lauhduttimen kuoreen. Vesilaatikko on yleensä varustettu reikillä saranoiduissa kannissa tarkastuksen ja puhdistuksen mahdollistamiseksi.
Näiden waterboxes imu- puolella on myös laippaliitoksella jäähdytysveden tulo- läppäventtiilit , pieni tuuletusputken käsin venttiilin ilman tuuletusta korkeammalla tasolla, ja käsikäyttöiset valua venttiilin pohjassa tyhjentää waterbox huoltoa varten. Vastaavasti poistovesilaatikossa jäähdytysvesiliitännässä on suuret laipat, läppäventtiilit , ilmanpoistoliitäntä myös korkeammalla tasolla ja tyhjennysliitännät alemmalla tasolla. Vastaavasti lämpömittaritaskut sijaitsevat tulo- ja poistoputkien kohdalla jäähdytysveden lämpötilan paikallista mittaamista varten.
Pienemmissä yksiköissä jotkut valmistajat valmistavat lauhduttimen kuoren sekä vesirasiat valuraudasta .
Korroosio
Lauhduttimen jäähdytysveden puolella:
Putket, putkilevyt ja vesilaatikot voivat koostua materiaaleista, joilla on erilaiset koostumukset, ja ne ovat aina kosketuksessa kiertävän veden kanssa. Tämä vesi toimii kemiallisesta koostumuksestaan riippuen elektrolyytinä putkien ja vesilaatikoiden metallikoostumuksen välillä. Tämä aiheuttaa elektrolyyttistä korroosiota, joka alkaa ensin anodisemmista materiaaleista.
Meriveden pohjaisilla lauhduttimilla, etenkin kun merivedellä on lisätty kemiallisia epäpuhtauksia , on huonoimmat korroosio-ominaisuudet. Jokivesi epäpuhtauksien kanssa ei ole myöskään toivottavaa lauhduttimen jäähdytysvedelle.
Meri- tai jokiveden syövyttävä vaikutus on siedettävä ja korjaavat menetelmät on hyväksyttävä. Yksi menetelmä on natriumhypokloriitin tai kloorin käyttö sen varmistamiseksi, ettei putkissa tai putkissa ole merikasvua. Tätä käytäntöä on säänneltävä tiukasti sen varmistamiseksi, ettei se vaikuta mereen tai jokeen palaavaan kiertävään veteen.
Lauhduttimen höyryn (kuoren) puolella:
Liukenemattomien kaasujen pitoisuus on korkea ilmavyöhykeputkien päällä. Siksi nämä putket altistuvat suuremmille korroosioasteille. Joskus näihin putkiin vaikuttaa jännityskorroosiohalkeaminen, jos alkuperäinen jännitys ei ole täysin vapautunut valmistuksen aikana. Näiden korroosiovaikutusten voittamiseksi jotkut valmistajat tarjoavat korkeammalla korroosiota kestäviä putkia tällä alueella.
Korroosion vaikutukset
Putken päiden syöpyessä on mahdollista jäähdyttää vesivuotoa höyrypuolelle, joka saastuttaa tiivistetyn höyryn tai kondensaatin, mikä on haitallista höyrynkehittimille . Myös muut vesilaatikoiden osat voivat pitkällä aikavälillä vaurioitua ja vaatia korjauksia tai vaihtoja, joihin liittyy pitkäaikaisia seisokkeja.
Suojaus korroosiolta
Katodista suojausta käytetään tyypillisesti tämän ongelman voittamiseksi. Anodien ja sinkki (on halvin) levyt on asennettu sopiviin paikkoihin sisällä vettä laatikot. Nämä sinkkilevyt ruostuvat ensin olemalla anodien alimmalla alueella. Siksi nämä sinkkianodit vaativat säännöllisiä tarkastuksia ja vaihtoja. Tähän liittyy suhteellisen vähemmän seisokkeja. Teräslevyistä valmistetut vesilaatikot on myös sisäpuolella suojattu epoksimaalilla.
Putken puolen likaantumisen vaikutukset
Kuten voidaan odottaa, miljoonien gallonien kiertävän veden virratessa lauhduttimen letkujen läpi merivedestä tai makeasta vedestä, kaikki putkien läpi virtaavassa vedessä oleva sisältö voi lopulta päätyä joko lauhduttimen putkilevyyn (keskusteltu aikaisemmin) tai itse letku. Putkenpuoleinen likaantuminen pintalauhduttimiin jakautuu viiteen pääluokkaan; Hiukkasten likaantuminen kuten lietettä ja sedimentti, biologista likaantumista, kuten liman ja biofilmien , skaalaus ja kiteytyksellä, kuten kalsiumkarbonaattia, macrofouling joka voi olla mitä tahansa vaeltajasimpukat , joka voi kasvaa putkiseinän, puuta tai muuta likaa, joka estää letkun, ja lopuksi, korroosio tuotteista (keskusteltu aiemmin).
Likaantumisen laajuudesta riippuen vaikutus voi olla melko vakava lauhduttimen kykyyn tiivistää turbiinista tulevaa pakokaasua. Kun letkuun kerääntyy likaantumista, syntyy eristävä vaikutus ja putkien lämmönsiirto-ominaisuudet vähenevät, mikä vaatii usein turbiinin hidastamista pisteeseen, jossa lauhdutin pystyy käsittelemään tuotettua pakokaasua. Tyypillisesti tämä voi olla varsin kallista voimalaitosten muodossa alennetulla teholla, polttoaineen kulutus kasvaa ja lisää CO 2 -päästöjä. Tämä turbiinin "alentaminen" lauhduttimen likaantuneen tai tukkeutuneen letkun sijoittamiseksi on osoitus siitä, että laitoksen on puhdistettava letku palatakseen turbiinin tyyppikilven kapasiteettiin . Erilaisia puhdistusmenetelmiä on saatavana, mukaan lukien online- ja offline-vaihtoehdot, laitoksen sijaintikohtaisista olosuhteista riippuen.
Muita pintalauhduttimien sovelluksia
- Tyhjiöhaihdutus
- Tyhjiöjäähdytys
- Valtameren lämpöenergia (OTEC)
- Barometristen lauhduttimien vaihtaminen höyrykäyttöisissä ejektorijärjestelmissä
- Maalämpöenergian talteenotto
- Suolanpoistojärjestelmät
Testaus
Kansallisia ja kansainvälisiä testikoodeja käytetään standardoimaan suurten lauhduttimien testauksessa käytettävät menettelyt ja määritelmät. Yhdysvalloissa ASME julkaisee useita suorituskykytestikoodeja lauhduttimille ja lämmönvaihtimille. Näitä ovat ASME PTC 12.2-2010, höyrypintalauhduttimet ja PTC 30.1-2007, ilmajäähdytteiset höyrylauhduttimet.