3 Паровые и конденсатно-питательные системы. Оборудование паровых систем.
Паровая система состоит из систем свежего и отработавшего пара, системы продувания. Система свежего пара предназначена для его канализации от парового котла к потребителям и включает в себя паропровод. Система отработавшего пара служит для отвода его от потребителей в конденсаторы или другие теплообменные аппараты.
В системах свежего и отработавшего пара перемещаемая рабочая среда имеет высокую температуру. Это вызывает необходимость изолирования паропроводов, а также компенсирования их температурных расширений, удаления из паропроводов влаги, появившейся в предпусковой период.
Кроме запорно-переключающей арматуры и компенсаторов линейных расширений элементами паропроводов являются сепараторы влаги, редукционные и дроссельные клапаны, а иногда и увлажнители пара. В сепараторах под воздействием центробежных сил, возникающих при резком изменении направления потока пара, отделяются частицы влаги. Для отвода конденсата из паропровода и теплообменников, а также и для осушения после прекращения действия паровой системы служит система продувания. К сепараторам влаги, наиболее низким местам паропровода, в которых скопление конденсата наиболее вероятно, подключаются трубопроводы продувания, по которым он отводится в общую магистраль и далее в одну из цистерн конденсатно-питательной системы или в конденсатор, куда конденсат устремляется под действием вакуума.
Другой системой продувания может быть продувание котлов для удаления шлама или воды с большой концентрацией солей за борт. Во всяком случае эта система может быть под давлением равным давлением в котле и иметь высокую температуру, а поэтому требует к себе соблюдение условий безопасности.
3.1 Системы главного и вспомогательного пара.
В зависимости от типа СЭУ по назначению различают следующие трубопроводы паровых систем:
главный паропровод, подводящий перегретый или насыщенный пар к главным или утилизационным турбинам;
вспомогательный перегретого пара, по которому перегретый пар поступает к вспомогательным механизмам из магистрали перегретого пара или из коллектора утилизационного котла;
вспомогательный насыщенного пара, подводящий насыщенный пар от главных, вспомогательных и утилизационных котлов к потребителям пара.
В современных паротурбинных установках используется пар давлением 6,3-10 МПа и температурой 510-550 °С. Это означает, что паровые трубопроводы подвергаются сложным напряжениям.
В связи с этим к главным паропроводам предъявляются следующие требования:
максимальная надежность и живучесть;
минимальное сопротивление потоку пара, что обеспечивается сокращением числа изгибов, общей протяженности; паропровода, ограничением количества арматуры, а также подбором оптимального диаметра труб;
обеспечение самокомпенсации тепловых напряжений паропроводов в местах их жесткой заделки (турбины, переборки и пр.), что достигается установкой компенсаторов или U- и Z- образной трассировкой труб. Такая прокладка особенно важна для коротких паропроводов, в которых тепловые деформации особенно опасны;
уменьшение тепловыделений в помещении, где расположены паропроводы, что обеспечивается изоляцией последних;
применение материалов, арматуры и прокладок, соответствующих расчетным давлениям и температурам;
обеспечение пожаробезопасности путем прокладки паропровода на определенных расстояниях от емкостей и трубопроводов с легковоспламеняющимися рабочими средами или принятием мер, не допускающих попадания этих сред на паропровод.
Перечисленные выше требования, хотя и в меньшей степени, касаются также вспомогательных трубопроводов перегретого и насыщенного пара, по которым перемещается пар давлением 0,5-1,6 МПа.
Главный паропровод состоит из механизмов, магистралей, ответвлений, перемычек (при двух или более котлов), фасонных частей, запорной и регулирующей арматуры, устройств и креплений труб и арматуры. В состав вспомогательного паропровода входят и групповые ответвления. Протяженность вспомогательных паропроводов зависит от типа СЭУ и судна. Особенно велика она на судах с ПТУ, где имеется большое количество приводов вспомогательных механизмов, потребляющих пар.
На главном паропроводе устанавливаются маневровые и предохранительные устройства, а на вспомогательном - предохранительные и дроссельные. На паропроводах размещают компенсаторы, которые представляют собой участок паропровода, изготовленный таким образом, что паропровод в рабочем состоянии имеет возможность свободного расширения. Невыполнение этого условия может привести к аварии. В практике эксплуатации судовых паропроводов имели место случаи полного отрыва фланцев от труб. Тип компенсатора выбирается в зависимости от рабочего давления паропровода.
Для прохода паропроводов через водонепроницаемые переборки применяют переборочные стаканы или уплотнения. Последние устанавливают в случае необходимости обеспечения смещения относительно переборки.
Для изготовления главного паропровода, как правило, используют стальные цельнотянутые трубы и стальную литую арматуру. Изоляцию паропроводов выполняют с помощью асбеста, совелита, ньювеля и других материалов, характеризующихся низкой теплопроводностью. Прокладочным материалом служит паронит или сталь.
Для закрепления паропроводов используют опоры (неподвижные и подвижные) и подвески (жесткие и пружинные). Опоры и подвески должны обеспечивать надежное крепление и свободные перемещения паропровода при работе, а также исключать его вибрацию. При монтаже подвесок прогиб их пружин принимается таким, чтобы в рабочем состоянии системы подвески полностью воспринимали ее массу. На паропроводах арматура может устанавливаться на собственных подвесках в том случае, если ее масса больше массы трубы с изоляцией (того же условного прохода) длиной, равной допускаемому расстоянию между подвесками.
С целью уменьшения тепловыделений в зоны обслуживания и улучшения условий работы вахтенной команды все паропроводы по возможности стремятся располагать в верхней части МО. Места размещения должны обеспечивать удобство контроля и обслуживания. Исключение делается для трубопроводов обогрева и продувания котлов, которые могут прокладываться под настилом второго дна.
Во избежание пожара трубопроводы паровых систем запрещается прокладывать вблизи топливных цистерн. По этим же соображениям в отделениях грузовых насосов нефтеналивных судов не прокладывают трубопроводы, если по ним движется пар температурой более 220 °С.
Паропроводы располагают с уклоном, чтобы избежать образования застойных зон, в которых при прогреве или охлаждении образуется конденсат. Он должен собираться в определенных местах паропроводов, из которых по трубам продувания, идущих ниже настила второго дна, сливается в льяла.
При определении сечений трубопроводов и запорной арматуры систем главного и вспомогательного пара задаются следующими значениями скорости: 80-100 м/с - для перегретого пара; 40-50 м/с - для насыщенного и слабоперегретого. При этом меньшие значения принимают для длительных режимов работы, большие - для кратковременных.
Компоновочные схемы главных и вспомогательных паропроводов зависят от типа судовой энергетической установки и количества главных двигателей. В морской практике встречаются различные варианты компоновочных схем главного паропровода ПТУ в зависимости от взаимного расположения главных парогенераторов и ГТЗА в помещениях. Размещение котлов и ГТЗА возможно в одном или а различных отсеках. Котлы можно устанавливать в трюме или на платформе (над ГТЗА в нос или корму).
Рис. 106. Принципиальная схема главного паропровода ПТУ.
Одна из возможных схем главного паропровода ПТУ приведена на рисунке 106. Пар от главного котла поступает по паропроводу 14 к маневровому устройству 13. При работе ГТЗА на передний ход пар от маневрового клапана переднего хода 11 по трубам 12 идет к двум сопловым коробкам ТВД 1. Совершив работу в ТВД, пар через трубы 3 и 4 (ресивер) направляется в ТНД 5, где расширяется и поступает в главный конденсатор осевого типа 8. При реверсе ГТЗА пар от маневрового клапана заднего хода 10 по трубам 6 идет к сопловым коробкам ТЗХ 7.
В случае выхода из строя ТВД или ТНД (аварийный режим) имеется возможность вращать гребной винт раздельно ТНД или ТВД. При поломке ТВД ее отключают от редуктора и отсекают от трубопроводов фланцами-заглушками. Пар от маневрового устройства по трубе 9 направляется к ТНД. В случае отказа ТНД ее также отсекают от трубопроводов фланцами-заглушками 2 и отключают от редуктора, а пар от ТВД по трубе 9 поступает в конденсатор (на рисунке подсоединение не показано). Однако в этом случае перед ТВД необходимо снизить параметры пара.
Принципиальная схема паропровода охлажденного пара ПТУ танкера представлена на рисунке 107. В выносном пароохладителе вырабатывается охлажденный пар давлением 4,1 МПа и температурой 280 °С. Пар этих параметров потребляют турбины питательных и грузовых насосов.
Рис. 107. Принципиальная схема системы охлажденного пара ПТУ танкера. 1 - главный котел;
2 - труба продувания; 3 - выносные пароохладители; 4 - труба к турбогенераторам; 5 - свисток;
6 - сирена; 7 - отбор пара на щелочение котлов; 8 - пар второго отбора из ГТЗА; 9 - ИГК;
10 - подогреватель забортной воды для мытья танков; 11 - эжектор системы отсоса пара из уплотнений турбины; 12 - эжектор вспомогательного конденсатора; 13 - эжектор испарительных установок; 14 - главный эжектор; 15 - турбина стояночного питательного насоса; 16 - турбина главного питательного насоса; 17 - турбины грузового насоса.
Три редукционных клапана редуцируют пар соответственно давлением 3 МПа для работы сирены и свистка: 1,7 МПа - для группы эжекторов и 0,65 МПа - для испарителей грязных конденсатов (ИГК) и подогревателя забортной воды для мытья танков.
На рисунке 108 приведена схема вспомогательных паропроводов утилизационных (УК) и вспомогательных котлов дизельной установки рудовоза «Зоя Космодемьянская». В ходовом режиме при эксплуатационной мощности ДВС 8000 кВт пар вырабатывается в УК (паропроизводительность 4200 кг/ч). При этом давление насыщенного пара в сепараторе -
0,7 МПа, а температура перегретого пара за стопорным клапаном УК - около 260 °С. Компоновка УК выполнена таким образом, что позволяет вводить в работу отдельно экономайзер или пароперегреватель, а не только всю поверхность нагрева. При этом происходит соответственное снижение производительности УК до 2900 или 800 кг/ч.
Перегретый пар поступает в утилизационную турбину (УТ) электрогенератора, а из нее - в конденсатор. В том случае, если выйдет из строя пароперегреватель, предусматривается подача насыщенного пара из сепаратора к УТ. Так как в УК не предусматривается перепуск отходящих газов, регулирование его паропроизводительности осуществляется автоматически посредством сбора избытков пара в конденсаторе УТ (на ходу) или в конденсаторе - охладителе чистых конденсатов (на стоянке) перед теплым ящиком. Согласно схеме имеется возможность подачи насыщенного пара к потребителям. Однако в случае экстренной остановки главного двигателя поступление пара к этим потребителям перекрывается электромагнитным клапаном мгновенного отключения.
Рис. 108. Схема паропровода теплоутилизирующего контура ГТУ ролкера.
1 - УК; 2 - перемычка; 3 -трубы к ходовым турбогенераторам; 4- труба вспомогательного котла;
5 - труба продувания в льяла; 6 - эжекторы системы отсоса от уплотнений утилизационной турбины; 7 - утилизационные турбины; 8 - отводы насыщенного пара к потребителям; 9 - сепаратор пара;
10- редукционно-охладительные устройства; 11 - эжекторы конденсатора утилизационной
турбины; 12 - конденсаторы утилизационной турбины.
Это позволяет УТГ работать в течение 3-4 мин, что достаточно для перевода нагрузки на дизель-генератор. Вспомогательный автоматизированный котел работает на мазуте и генерирует 2500 кг/ч насыщенного пара. Пар из него поступает к потребителям, а в случае необходимости может быть направлен в УТ. Схема паропровода теплоутилизирующего контура ГТУ ролкера представлена на рисунке 108. Перегретый пар из УК давлением 1,12 МПа и температурой 309 °С поступает к УТ, работающей совместно с ГТД, через редуктор на гребной винт. Между УК установлена перемычка, позволяющая снабжать паром от любого УК любую турбину. Схема предусматривает отбор перегретого пара в количестве 6000 кг/ч для УТГ, а также отбор 2250 кг/ч насыщенного пара из сепаратора для общесудовых нужд. Эжекторы системы отсоса пара от уплотнений УТ и ее конденсатора включаются в работу автоматически при возрастании давления в УК до 0,39 МПа путем открытия главного стопорного клапана. При необходимости эти эжекторы могут работать на насыщенном паре вспомогательного котла. Избыток пара сбрасывается в конденсатор турбины через редукционно-охладительное устройство.