energsecurityНадежность и безопасность энергетикиSafety and Reliability of Power Industry1999-55552542-2057ООО «НПО Энергобезопасность»10.24223/1999-5555-2020-13-1-35-40energsecurity-689Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ, ИССЛЕДОВАНИЯ, РАСЧЕТЫDESIGN, RESEARCH, CALCULATIONSПовышение надежности турбоустановок ТЭС и АЭС с подогревателями смешивающего типа в системе регенерацииImproving reliability of turbine units of TPPs and NPPs with mixing heaters in regeneration systemСухоруковаЕ. А.SukhorukovaE. A.

Атаманскаяул., д. 3/6, 191167, Санкт-Петербург.

Atamanskaya Street 3/6 191167, St. Petersburg.

СинцоваТ. Г.SintsovaT. G.

Атаманскаяул., д. 3/6, 191167, Санкт-Петербург.

Atamanskaya Street 3/6 191167, St. Petersburg.

НиколаенковаЕ. К.NikolaenkovaE. K.

Атаманскаяул., д. 3/6, 191167, Санкт-Петербург.

Atamanskaya Street 3/6 191167, St. Petersburg.

КолпаковС. П.KolpakovS. P.

Атаманскаяул., д. 3/6, 191167, Санкт-Петербург.

Atamanskaya Street 3/6 191167, St. Petersburg.

KolpakovSP@ckti.ruОткрытое акционерное общество «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И. И. Ползунова» (ОАО «НПО ЦКТИ»)РоссияOpen Joint-Stock Company «Scientific and industrial association for research and design of energy equipment named after 1.1. Polzunov»Russian Federation2020200420201313540Copyright © Сухорукова Е.А., Синцова Т.Г., Николаенкова Е.К., Колпаков С.П., 20202020Сухорукова Е.А., Синцова Т.Г., Николаенкова Е.К., Колпаков С.П.Sukhorukova E.A., Sintsova T.G., Nikolaenkova E.K., Kolpakov S.P.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sigma08.ru/jour/article/view/689

При разработке конструкций смешивающих теплообменных аппаратов, применяемых в системе регенерации низкого давления для турбоустановок мощностью от 200 до 1200 МВт ТЭС и АЭС, особое внимание уделяется защите проточных частей турбины от попадания капельной влаги.

Многолетний опыт работ ОАО «НПО ЦКТИ» по исследованию, разработке и внедрению подогревателей низкого давления (ПНС) показал, что их установка в вакуумной зоне конденсатного тракта, а также в зоне относительно малого избыточного давления обеспечивает максимальную экономичность и надежность работы систем регенерации турбоустановки. Однако, незначительная разность рабочих давлений в корпусе ПНС и греющего пара из отборов паровых турбин, свойственная типовым вариантам подключения подогревателей, требует разработки дополнительных организационно-технических мероприятий по предупреждению попадания воды в турбину. Для стационарных режимов работы предусматривается две ступени защиты от повышения уровня в аппарате, обеспечивающие надежное удаление воды через систему аварийного перелива или путем остановки конденсатных насосов. В случаях аварийного сброса нагрузки турбоустановки процесс увеличения уровня в ПНС идет существенно быстрее, вплоть до вскипания всего объема конденсата.

Рассмотрены возможные условия образования и попадания капельной влаги в проточную часть турбины. Проведен анализ известных натурных и лабораторных исследований работы ПНС в наиболее неблагоприятных режимах эксплуатации (в частности, при сбросе нагрузки турбоустановки).

Приведено описание процесса вскипания воды в смешивающих ПНД при сбросе нагрузки турбины. Предложен вариант методики оценки времени набухания уровня воды в смешивающих ПНД. Представленные теоретические обоснования позволяют оценить время образования и роста пузырьков в деаэрированной воде. Исследуемый физический процесс характерен для условий работы смешивающих подогревателей системы регенерации низкого давления турбоустановок и представляет интерес для обоснования времени быстродействия системы защиты турбины от попадания влаги в турбину с обратным потоком пара.

When developing designs of mixing heat exchangers used in low-pressure regeneration system for turbines with power from 200 to 1200 MW of TPPs and NPPs, special attention is paid to protecting the turbine flow parts from dripping moisture.

Many years of work of JSC "NPO CKTI" on the research, development and implementation of low-pressure heaters (LPH) have shown that their installation in the vacuum zone of the condensate path, as well as in the zone of relatively low overpressure, ensures the maximum cost-efficiency and reliability of the turbine plant regeneration systems. However, an insignificant difference in operating pressures in the LPH and the heating steam from steam turbine extractions, typical for connection options for heaters, requires the development of additional organizational and technical measures to prevent water from entering the turbine. For stationary operating modes, there are two stages of protection against rising levels in the apparatus, providing reliable removal of water through the emergency overflow system or by stopping condensate pumps. In cases of emergency load dump of a turbine unit, the process of increasing the level in the LPH is much faster, up to boiling the entire volume of condensate.

The article discusses the possible conditions for the formation and penetration of droplet moisture into the flow part of the turbine. Analysis of well-known field and laboratory studies of the operation of LPH in the most unfavorable operating conditions (in particular, load shedding of a turbine unit) is carried out.

A description of the process of boiling water in mixing LPH during turbine load shedding is given. A variant of methodology for estimating the time of swelling of the water level in mixing LPH is proposed. The presented theoretical justifications make it possible to estimate the time of formation and growth of bubbles in deaerated water. The physical process under study is characteristic of the operating conditions of mixing heaters of the low-pressure regeneration system of turbine units and is of interest from the point of view of substantiating the action speed of the system for turbine protection from moisture entering the turbine with a return steam flow.

Надежность системы регенерации ТЭС и АЭСсмешивающий подогреватель низкого давлениявремя набухания уровня водыбезопасность турбиныReliability of regeneration system of TPPs and NPPslow-pressure mixing heaterwater level swelling timeturbine safetyReferencesГотовский М. А. Актуальные проблемы систем регенерации паротурбинных установок. Конструкторские и научные проблемы совершенствования систем регенерации питательной воды и результаты их решения: монография / М. А. Готовский, Ю. Г. Сухоруков. LАР Lambert Academic Publishing 2015;: 239.Gotovsky M. A., Sukhorukov Yu. G. Actual problems of steam turbine plant regeneration systems. Design and scientific problems of improving feedwater regeneration systems and the results of their solution. Lap Lambert Academic Publishing 2015;: 239.Ермолов В. Ф. Бездеаэраторные тепловые схемы / В. Ф. Ермолов, Н. Н. Трифонов, Ю. Г. Сухоруков // Машиностроение. Энциклопедия в 40 т. Т. IV-19 Турбинные установки. - М.: Машиностроение 2015;: 165-174.Ermolov V. F. Deaeration-free thermal circuits / V. F. Ermolov, N. N. Trifonov, Yu. G. Sukhorukov // Mechanical Engineering. Encyclopedia in 40 t. T. IV-19 Turbine units. - M.: Mechanical Engineering 2015;: 165 -174.Gotovsky M. A., Ermolov V. F., Mikhailov V. E., Sukhorukov, Yu. G., Trifonov N. N. On the prospects of using deaeratorless thermal scheams with direct contact low-pressure ueaters at new Nuclear power plants. Proceedings of ICONE22, July 7-11, 2014, Prague, Czech Republic ICONE22-30487.Gotovsky M. A., Ermolov V. F., Mikhailov V. E., Sukhorukov, Yu. G., Trifonov N. N. On the prospects of using deaeratorless thermal scheams with direct contact low-pressure ueaters at new Nuclear power plants. Proceedings of ICONE22, July 7-11,2014, Prague, Czech Republic ICONE22-30487.Пат. 2568027 Российская Федерация, МПК F 22 D 1/32. Смешивающий подогреватель системы регенерации паровых турбин / Ермолов В. Ф., Трофимова О. Б., Сухоруков Ю. Г., Юдина Н. Г., Сухорукова Е. А., Мухин В. В., Большаков Е. А.; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И. И. Ползунова». - №2014148329/06; заявлено 01.12.14; Бюл. 2015; (31): 4.Pat. 2568027 Russian Federation, IPC F 22 D 1/32. Mixing heater of a steam turbine regeneration system / Ermolov V. F., Trofimova O. B., Sukhorukov Yu. G., Yudina N. G., Sukhorukova E. A., Mukhin V. V., Bolshakov E. A.; applicant and patent holder Joint Stock Company "I. I. Polzunov Scientific and Development Association on Research and Design of Power Equipment” - No. 2014148329/06; stated on 12/01/14; publ. 11/10/15, Bull. 2015; (31): 4.Есин С. Б. Разработка и опыт совершенствования схем регенерации и ее оборудования турбин мощностью 100 - 800 МВт / С. Б. Есин, Н. Н. Трифонов, Ю. Г. Сухоруков, П. В. Егоров и др. // Надежность и безопасность энергетики 2017; 10(4): 340 - 347.Yesin S. B. Development and experience in improving regeneration schemes and its equipment for turbines with a capacity of 100 - 800 MW / S. B. Yesin, N. N. Trifonov, Yu. G. Sukhorukov, P. V. Egorov et al. // Reliability and safety of energy 2017; 10(4): 340 - 347.Ледуховский Г. В. Исследование технологических процессов атмосферной деаэрации воды / Г. В. Ледуховский, В. Н. Виноградов, С. Д. Горшенин, А. А. Коротков / под общ. ред. Г. В. Ледуховского; ФГБОУВО «Ивановский государственный энергетический университет им. В. И. Ленина» 2016;: 420 с.Ledukhovsky G. V. Research of technological processes of atmospheric deaeration of water / G. V. Ledukhovsky, V. N. Vinogradov, S. D. Gorshenin, A. A. Korotkov / under the total. ed. G.V. Ledukhovsky; FGBOUVO "Ivanovo state. energetic. un-t them. IN AND. Lenin" 2016;: 420.Есин С. Б. Исследование бездеаэраторной тепловой схемы и ее оборудования при переменных режимах работы энергоблока / С. Б. Есин, Н. Н. Трифонов, Ю. Г. Сухоруков, П. В. Егоров // 2 Всероссийская спец. науч.-практическая конференция молодых специалистов «Современные технологии в энергетике»: - М. 2018;: 107-112.Yesin S. B. Investigation of a deaeration-free thermal circuit and its equipment under variable operating conditions of a power unit / S. B. Yesin, N. N. Trifonov, Yu. G. Sukhorukov, P. V. Egorov // 2 All-Russian special. scientific and practical conference of young specialists (with international participation) "Modern technologies in the energy sector": Sat. reports. - M. 2018;: 107-112.Синцова Т. Г. Расчетное обоснование безопасной работы турбины при обратном потоке пара из смешивающего подогревателя / Т. Г. Синцова, Н. Н. Трифонов, Ю. Г. Сухоруков, Е. К. Николаенкова // Национальный конгресс по энергетике: сб. материалов докладов. - Казань. 2014;: 409 - 414.Sintsova T. G. Calculation substantiation of safe operation of a turbine with a reverse steam flow from a mixing heater / T. G. Sintsova, N. N. Trifonov, Yu. G. Sukhorukov, E. K. Nikolaenkova // National Congress on Energy: Sat. materials of reports. - Kazan 2014;: 409-414.Куперштох А. Л. Фазовые переходы жидкость - пар в сильных электрических полях / А. Л. Куперштох, Н. В. Гаврилов, Е. В. Ерманюк // Современная наука: исследования, идеи, результаты, технологии. «НПВК Триакон». - Днепропетровск 2013; - 1(12): 389 - 395.Kuperstokh A. L. Liquid - vapor phase transitions in strong electric fields / A. L. Kuperstokh, N. V. Gavrilov, E. V. Yermanyuk // Modern science: research, ideas, results, technologies. "NPVK Triakon." - Dnipropetrovsk 2013; 1(12): 389 - 395.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.