Ytkondensor
En ytkondensor är en vattenkyld skal- och rörvärmeväxlare installerad för att kondensera avgaser från en ångturbin i termiska kraftverk . Dessa kondensorer är värmeväxlare som omvandlar ånga från dess gasformiga till flytande tillstånd vid ett tryck under atmosfärstrycket . Där kylvatten är en bristvara används ofta en luftkyld kondensor. En luftkyld kondensor är dock betydligt dyrare och kan inte uppnå ett lika lågt ångturbinavgastryck (och temperatur) som en vattenkyld ytkondensor.
Ytkondensatorer används också i andra applikationer och industrier än kondensering av ångturbinavgaser i kraftverk.
Syfte
I termiska kraftverk är syftet med en ytkondensor att kondensera avgasångan från en ångturbin för att uppnå maximal effektivitet , och även att omvandla turbinens avgasånga till rent vatten (kallat ångkondensat) så att det kan återanvändas i ånggeneratorn eller pannan som matarvatten för pannan.
Själva ångturbinen är en anordning för att omvandla värmen i ånga till mekanisk kraft . Skillnaden mellan ångvärmen per massenhet vid inloppet till turbinen och ångvärmen per massenhet vid utloppet från turbinen representerar värmen som omvandlas till mekanisk kraft. Därför, ju mer omvandlingen av värme per pund eller kilogram ånga till mekanisk kraft i turbinen, desto bättre är dess effektivitet. Genom att kondensera avgasångan från en turbin vid ett tryck under atmosfärstrycket ökas ångtryckfallet mellan turbinens inlopp och utlopp, vilket ökar mängden värme tillgänglig för omvandling till mekanisk kraft. Det mesta av värmen som frigörs på grund av kondensering av avgasångan förs bort av kylmediet (vatten eller luft) som används av ytkondensorn.
Diagram över vattenkyld ytkondensor
Det intilliggande diagrammet visar en typisk vattenkyld ytkondensor som används i kraftverk för att kondensera avgasångan från en ångturbin som driver en elektrisk generator såväl i andra applikationer. Det finns många tillverkningsdesignvariationer beroende på tillverkaren, storleken på ångturbinen och andra platsspecifika förhållanden.
Skal
Skalet är kondensorns yttersta kropp och innehåller värmeväxlarrören. Skalet är tillverkat av kolstålplattor och är förstyvat efter behov för att ge styvhet åt skalet. När det krävs av den valda designen, installeras mellanplattor för att fungera som baffelplattor som ger den önskade flödesvägen för den kondenserande ångan. Plattorna ger också stöd som hjälper till att förhindra att långa rörlängder hänger ihop.
I botten av skalet, där kondensatet samlas, är ett utlopp installerat. I vissa utföranden tillhandahålls en sump (ofta kallad hotwell). Kondensat pumpas från utloppet eller varmbrunnen för återanvändning som matarvatten för pannan .
För de flesta vattenkylda ytkondensorer är skalet under [delvis] vakuum under normala driftsförhållanden.
Vakuum system
För vattenkylda ytkondensorer tillförs skalets inre vakuum oftast av och underhålls av ett externt ångstråleejektorsystem . Ett sådant ejektorsystem använder ånga som drivvätska för att avlägsna eventuella icke kondenserbara gaser som kan finnas i ytkondensorn. Venturi -effekten , som är ett särskilt fall av Bernoullis princip , gäller för driften av ångstråleejektorer.
Motordrivna mekaniska vakuumpumpar , såsom vätskeringtypen , är också populära för denna tjänst.
Rörplåtar
I varje ände av skalet finns en skiva med tillräcklig tjocklek, vanligtvis gjord av rostfritt stål , med hål för rören som ska införas och rullas. Inloppsänden på varje rör är också försedd med klocka för strömlinjeformad ingång av vatten. Detta för att undvika att virvlar vid varje rörs inlopp ger upphov till erosion och för att minska flödesfriktionen. Vissa tillverkare rekommenderar också plastinsatser vid ingången av rör för att undvika att virvlar eroderar inloppsänden. I mindre enheter använder vissa tillverkare hylsor för att täta rörändarna istället för att rulla. För att ta hand om längdvis expansion av rör har vissa konstruktioner expansionsfog mellan skalet och tubplåten, vilket gör att den senare kan röra sig i längdriktningen. I mindre enheter ges en viss sänkning till rören för att ta hand om rörexpansion med båda ändvattenlådorna stelt fast i skalet.
Rör
Generellt är rören gjorda av rostfritt stål , kopparlegeringar som mässing eller brons, kopparnickel eller titan beroende på flera urvalskriterier. Användningen av kopparlagerlegeringar som mässing eller kopparnickel är sällsynt i nya anläggningar, på grund av miljöproblem med giftiga kopparlegeringar. Beroende på ångcykelns vattenbehandling för pannan kan det också vara önskvärt att undvika rörmaterial som innehåller koppar. Titankondensatorrör är vanligtvis det bästa tekniska valet, men användningen av titankondensatorrör har praktiskt taget eliminerats av de kraftiga ökningarna av kostnaderna för detta material. Rörlängderna sträcker sig till cirka 85 fot (26 m) för moderna kraftverk, beroende på storleken på kondensorn. Den valda storleken är baserad på transporterbarhet från tillverkarens plats och enkel montering på installationsplatsen. Den yttre diametern på kondensorrören sträcker sig vanligtvis från 3/4 tum till 1-1/4 tum, baserat på kondensorns kylvattenfriktionsöverväganden och kondensorns totala storlek.
Vattenlådor
Rörplåten i varje ände med rörändar rullade, för varje ände av kondensorn är stängd av ett tillverkat lådlock känt som en vattenlåda, med flänsanslutning till rörplåten eller kondensorhöljet. Vattenlådan är vanligtvis försedd med manhål på gångjärn för att möjliggöra inspektion och rengöring.
Dessa vattenlådor på inloppssidan kommer också att ha flänsanslutningar för kylvattenintagsspjällventiler, litet avluftningsrör med handventil för luftavluftning på högre nivå, och handmanövrerad avtappningsventil i botten för att dränera vattenlådan för underhåll. Likaså på utloppsvattenlådan kommer kylvattenanslutningen att ha stora flänsar, vridspjällsventiler , ventilationsanslutning även på högre nivå och avloppsanslutningar på lägre nivå. På liknande sätt termometerfickor vid inlopps- och utloppsrör för lokala mätningar av kylvattentemperaturen.
I mindre enheter tillverkar vissa tillverkare såväl kondensorhöljet som vattenlådor av gjutjärn .
Korrosion
På kylvattensidan av kondensorn:
Rören, tubplåtarna och vattenlådorna kan vara gjorda av material med olika sammansättning och är alltid i kontakt med cirkulerande vatten. Detta vatten, beroende på dess kemiska sammansättning, kommer att fungera som en elektrolyt mellan den metalliska sammansättningen av rör och vattenlådor. Detta kommer att ge upphov till elektrolytisk korrosion som kommer att utgå från mer anodiska material först.
Havsvattenbaserade kondensorer , särskilt när havsvatten har tillsatt kemiska föroreningar , har de sämsta korrosionsegenskaperna. Flodvatten med föroreningar är också oönskade för kondensorns kylvatten.
Den frätande effekten av havs- eller flodvatten måste tolereras och korrigerande metoder måste antas. En metod är användningen av natriumhypoklorit , eller klor , för att säkerställa att det inte finns någon marin tillväxt på rören eller rören. Denna praxis måste vara strikt reglerad för att säkerställa att det cirkulerande vattnet som återgår till havet eller floden inte påverkas.
På ångsidan (skal) av kondensorn:
Koncentrationen av olösta gaser är hög över luftzonrör. Därför utsätts dessa rör för högre korrosionshastigheter. Vissa gånger påverkas dessa rör av spänningskorrosionssprickor, om den ursprungliga spänningen inte helt avlastas under tillverkningen. För att övervinna dessa effekter av korrosion tillhandahåller vissa tillverkare högre korrosionsbeständiga rör inom detta område.
Effekter av korrosion
Eftersom rörändarna blir korroderade finns det möjlighet att kylvattenläckage till ångsidan förorenar den kondenserade ångan eller kondensatet, vilket är skadligt för ånggeneratorer . De andra delarna av vattenlådor kan också påverkas i det långa loppet, vilket kräver reparationer eller byten med långvariga avstängningar.
Skydd mot korrosion
Katodiskt skydd används vanligtvis för att övervinna detta problem. Offeranoder av zink (som är billigast) monteras på lämpliga ställen inuti vattenlådorna. Dessa zinkplattor kommer först att korroderas i det lägsta intervallet av anoder. Därför kräver dessa zinkanoder periodisk inspektion och utbyte. Detta innebär jämförelsevis mindre stilleståndstid. Vattenlådorna av stålplåtar skyddas även inuti av epoxifärg.
Effekter av nedsmutsning av rörsidan
Som man kan förvänta sig, med miljontals liter cirkulerande vatten som strömmar genom kondensorns rör från havsvatten eller sötvatten, kan allt som finns i vattnet som strömmar genom rören slutligen hamna på antingen kondensorns rörplåt (diskuterat tidigare) eller i själva slangen. Nedsmutsning på rörsidan för ytkondensatorer delas in i fem huvudkategorier; partikelbeväxning som slam och sediment, biologisk beväxning som slem och biofilmer , fjällning och kristallisering som kalciumkarbonat, makropåväxt som kan inkludera allt från zebramusslor som kan växa på rörplåten, till trä eller annat skräp som blockerar slangen och slutligen korrosion produkter (diskuterat tidigare).
Beroende på omfattningen av nedsmutsningen kan påverkan vara ganska allvarlig på kondensorns förmåga att kondensera avgasångan som kommer från turbinen. När nedsmutsning byggs upp i röret skapas en isolerande effekt och värmeöverföringsegenskaperna hos rören försämras, vilket ofta kräver att turbinen bromsas ned till en punkt där kondensorn kan hantera den producerade avgasångan. Vanligtvis kan detta vara ganska kostsamt för kraftverk i form av minskad effekt, ökad bränsleförbrukning och ökade CO 2 -utsläpp. Denna "nedsättning" av turbinen för att rymma kondensorns nedsmutsade eller blockerade rör är en indikation på att anläggningen behöver rengöra rören för att återgå till turbinens namnskyltkapacitet . En mängd olika metoder för rengöring finns tillgängliga, inklusive online- och offlinealternativ, beroende på anläggningens platsspecifika förhållanden.
Andra tillämpningar av ytkondensatorer
- Vakuumavdunstning
- Vakuumkylning
- Ocean Thermal Energy (OTEC)
- Ersätter barometriska kondensorer i ångdrivna ejektorsystem
- Återvinning av geotermisk energi
- Avsaltningssystem
Testning
Nationella och internationella testkoder används för att standardisera de procedurer och definitioner som används vid testning av stora kondensorer. I USA ASME flera prestandatestkoder på kondensorer och värmeväxlare. Dessa inkluderar ASME PTC 12.2-2010, Steam Ytkondensorer och PTC 30.1-2007, Luftkylda ångkondensatorer.