energsecurityНадежность и безопасность энергетикиSafety and Reliability of Power Industry1999-55552542-2057ООО «НПО Энергобезопасность»10.24223/1999-5555-2024-17-1-42-48energsecurity-929Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ, ИССЛЕДОВАНИЯ, РАСЧЕТЫDESIGN, RESEARCH, CALCULATIONSСтендовые исследования влияния режимных параметров на безопасность эксплуатации паротурбинных воздухоохлаждаемых конденсаторов при отрицательных температурах наружного воздухаBench studies of the influence of operating conditions on operational safety of steam turbine air-cooled condensers at subzero outdoor temperaturesСухановВ. А.SukhanovV. A.

ул. Политехническая, 29, 195251, г. Санкт-Петербург

29 Polytechnicheskaya str., 195251, St. Petersburg

sukhanoff@mail.ruБоговИ. А.BogovI. A.

ул. Лоцманская, 3, 190121, г. Санкт-Петербург

3 Lotsmanskaya str., 190121, St. Petersburg

БезуховА. П.BezukhovA. P.

ул. Лоцманская, 3, 190121, г. Санкт-Петербург

3 Lotsmanskaya str., 190121, St. Petersburg

СмирновА. А.SmirnovA. A.

ул. Лоцманская, 3, 190121, г. Санкт-Петербург

3 Lotsmanskaya str., 190121, St. Petersburg

ТолмачевВ. В.TolmachevV. V.

ул. Лоцманская, 3, 190121, г. Санкт-Петербург

3 Lotsmanskaya str., 190121, St. Petersburg

МаспановС. Н.MaspanovS. N.

ул. Политехническая, 29, 195251, г. Санкт-Петербург

29 Polytechnicheskaya str., 195251, St. Petersburg

ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»РоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityRussian FederationФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет»РоссияSt. Petersburg State Marine Technical UniversityRussian Federation2024190520241714248Copyright © Суханов В.А., Богов И.А., Безухов А.П., Смирнов А.А., Толмачев В.В., Маспанов С.Н., 20242024Суханов В.А., Богов И.А., Безухов А.П., Смирнов А.А., Толмачев В.В., Маспанов С.Н.Sukhanov V.A., Bogov I.A., Bezukhov A.P., Smirnov A.A., Tolmachev V.V., Maspanov S.N.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sigma08.ru/jour/article/view/929

Процессы конденсации нашли широкое распространение в различных отраслях промышленного производства и, в частности, в электроэнергетике, где по данным экспертов отвод теплоты в термодинамических циклах паротурбинных установок (ПТУ), работающих в составе комбинированных парогазовых установок (ПГУ) и автономно, в XXI веке будет осуществляться, в основном, в воздухохлаждаемых конденсаторах (ВК). Вместе с тем, использование ВК в составе паротурбинных установок, эксплуатируемых в климатических условиях, характерных для Российской Федерации (РФ), обусловливает актуальность задач, решение которых направлено на обеспечение их безопасной эксплуатации при отрицательных температурах наружного воздуха. Одной из таких задач является обеспечение продолжительной безопасной эксплуатации ВК, при которой образование льда на внутренней поверхности теплообменных труб сведено к минимуму. Для проведения исследования использовался научно-учебный экспериментальный стенд «Паротурбинный воздухоохлаждаемый конденсатор». В статье представлена совмещенная принципиальная и измерительная схема научно-учебного стенда, а также дано краткое описание конструкции ВК. Определены режимы проведения опытов, а также разработаны методики обработки опытных данных и анализа полученных результатов. В рамках исследования проведены опыты в 18 установившихся режимах работы научно-учебного стенда. При этом значения основных режимных параметров ВК варьировались в следующих пределах: температура охлаждающего воздуха на входе в ВК — от минус 11,5°C до минус 1,8°C; кратность охлаждения — от 176 до 790. Относительное массовое содержание воздуха в паре изменялось от 0,051% до 0,12%. Выполнен анализ полученных опытных данных, на основе которого установлена зависимость, позволяющая для различных отрицательных значений температур охлаждающего воздуха на входе в ВК определить наибольшее значение кратности охлаждения, при котором возможна его продолжительная безопасная эксплуатация. Приведен алгоритм использования полученной зависимости.

Condensation processes are widely spread in various branches of industrial production and, in particular, in electric power industry, where, according to experts' data, heat removal in thermodynamic cycles of steam turbine plants (STP) operating as part of combined cycle plants (CCP) and autonomously, in the 21st century will be exercised mainly in air-cooled condensers (ACC). At the same time, the use of ACC as a part of steam turbine units operating in climatic conditions typical for the Russian Federation (RF) determines the relevance of problems to be solved to ensure their safe operation at subzero outside temperatures. One of these challenges is to ensure long-term safe operation of the ACC, with the formation of ice on the inner surface of the heat exchange pipes minimized. To conduct the research, Steam Turbine Air-Cooled Condenser research and training stand was used. The paper presents the combined circuit and measurement diagram of the research and training stand, and gives a brief description of the design of the ACC. Experimental modes have been determined, and methods for processing experimental data and analyzing the results obtained have been developed. As part of the study, experiments were carried out on 18 steady-state operation modes of the stand. At the same time, the values of the main operational parameters of the ACС varied within the following limits: the temperature of the cooling air at the ACС inlet — from minus 11,5°C to minus 1,8°C; the cooling ratio — from 176 to 790. The relative weight content of air in the vapor varied from 0,051% to 0,12%. An analysis of the obtained results was carried out, on the basis of which a relationship was established that allows, for various negative temperatures of the cooling air at the inlet to the ACС, to determine the highest value of the cooling ratio at which its long-term safe operation is possible. An algorithm for using the obtained relationship is given.

паротурбинный воздухоохлаждаемый конденсаторнаучно-учебный стендрежимные параметрыбезопасность эксплуатацииотрицательная температура наружного воздухаэкспериментальное исследованиеsteam turbine air-cooled condenserresearch and educational standoperating conditionsoperational safetysubzero outdoor temperatureReferencesAir Cooled Condenser Market 2023-2029: Mergers and Acquisitions, and Business Opportunities, Expansion Plans by top companies – ENEXIO, SPX Dry Cooling, EVAPCO, Hamon [Электронный ресурс] // URL: https://www.digitaljournal.com/pr/air-cooled-condenser-market-2023-2029-mergers-and-acquisitions-and-business-opportunities-expansion-plans-by-top-companies-enexiospx-dry-coolingevapcohamon (дата обращения 30.11.2023).Air Cooled Condenser Market 2023-2029: Mergers and Acquisitions, and Business Opportunities, Expansion Plans by top companies – ENEXIO, SPX Dry Cooling, EVAPCO, Hamon [Electronic resource] // URL: https://www.digitaljournal.com/pr/air-cooled-condenser-market-2023-2029-mergers-and-acquisitions-and-business-opportunitiesexpansion-plans-by-top-companies-enexiospx-dry-coolingevapcohamon (date of the application 30.11.2023). (In Eng.)ИТС 20–2016. Промышленные системы охлаждения. «Информационная компания «Кодекс»: Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов [Электронный ресурс] // URL: https://docs.cntd.ru/document/1200143292 (дата обращения 03.03.2024).ITG 20–2016. Industrial cooling systems. «Information company «Codex»: Electronic fund of legal and regulatory documents [Electronic resource] // URL: https://docs.cntd.ru/document/1200143292 (date of the application 03.03.2024). (In Russ.)Воздушно-конденсационные установки в тепловой энергетике (обзор). О. О. Мильман, П. А. Афанасьев. Теплоэнергетика 2020; 12: 15 – 36.Mil’man O. O., Anan’ev P. A. Air-Cooled Condensing Units in Thermal Engineering (Review). Thermal Engineering 2020; 12 (67): 872 – 891. DOI: 10.1134/S0040601520120058. (In Eng.)India brings its first coal-fired TPP with air-cooled condenser into operation [Электронный ресурс] // URL: https://globalenergyprize.org/en/2023/04/06/india-brings-its-first-coal-fired-tpp-with-aircooled-condenser-into-operation/ (дата обращения 30.11.2023).India brings its first coal-fired TPP with air-cooled condenser into operation [Electronic resource] // URL: https://globalenergyprize.org/en/2023/04/06/india-brings-its-first-coal-fired-tpp-with-air-cooledcondenser-into-operation/ (date of the application 30.11.2023).Лейзерович А. Ш. В Египте завершено сооружение трёх крупнейших в мире парогазовых ТЭС. Энергохозяйство за рубежом 2019; 5 (306): 19 – 21.Leizerovich A. Sh. In Egypt, the construction of the world's three largest combined cycle thermal power plants has been completed. Energy management abroad 2019; 5 (306): 19 – 21. (In Russ.)New Capital Power Plant [Электронный ресурс] // URL: https:// orascom.com/projects/new-capital-power-plant/#:~:text=New%20Capital%20Combined%20Cycle%20Power,including%20all%20auxiliaries%20and%20ancillaries (дата обращения 30.11.2023).New Capital Power Plant [Electronic resource] // URL: https:// orascom.com/projects/new-capital-power-plant/#:~:text=New%20Capital%20Combined%20Cycle%20Power,including%20all%20auxiliaries%20and%20ancillaries (date of the application 30.11.2023). (In Eng.)Саламов А. А. Египетский мегапроект. Энергетика за рубежом 2020; 2: 39– 42.Salamov A. A. Egyptian megaproject. Energy abroad 2020; 2: 39 – 42. (In Russ.)Sewaren 7 Combined-Cycle Power Plant, Woodbridge, New Jersey [Электронный ресурс] // URL: https://www.powertechnology.com/projects/sewaren-7-combined-cycle-power-plant-woodbridge-new-jersey/ (дата обращения 03.03.2024).Sewaren 7 Combined-Cycle Power Plant, Woodbridge, New Jersey [Electronic resource] // URL: https://www.power-technology.com/projects/sewaren-7-combined-cycle-power-plant-woodbridge-newjersey/(date of the application 03.03.2024). (In Eng.)Экспериментальное исследование переохлаждения конденсата на модели воздухоохлажадемого конденсатора. В. А. Суханов, А. П. Безухов, И. А. Богов, Н. Ю. Донцов, И. Д. Волковицкий, В. В. Толмачев. Теплоэнергетика 2016; 1: 19 – 25.Experimental Study of Condensate Subcooling with the Use of a Model of an Air-Cooled Condenser. V. A. Sukhanov, A. P. Bezukhov, I. A. Bogov, N. Y. Dontsov, I. D. Volkovitsky, and V. V. Tolmachev. Thermal Engineering 2016; 1 (63): 17 – 23. DOI: 10.1134/S0040601515090104. (In Eng.)Расчётно-экспериментальные исследования теплообмена в модели воздухоохлаждаемого конденсатора. В. А. Суханов, И. А. Богов, А. П. Безухов, В. В. Толмачев. Электрические станции 2016; 4: 23 – 28.Numerical-Experimental Studies of the Heat Transfer in an Air-CooledCondenser Model. V. A. Sukhanov, A. P. Bezukhov, I. A. Bogov, and V. V. Tolmachev. Power Technology and Engineering 2016; 3 (50): 318 – 322. DOI: 10.1007/S10749-016-0704-9. (In Eng.)

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