ДЕАЭРАТОР (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2015 года по МПК F22D1/50 

Группа изобретений относится к теплообменной технике, в частности к термическим деаэраторам и может быть использована в энергоустановках тепловых и атомных электростанций, котельных.

Заявляемые технические решения относятся к классу термических деаэраторов с насадкой из неупорядоченных элементов.

Основная область применения - системы подпитки и борного регулирования атомных электрических станций (далее - АЭС) с водоводяными энергетическими реакторами.

Работа системы подпитки и борного регулирования характеризуется тем, что большую часть времени на деаэрацию подается небольшой (порядка 5 т/ч) расход теплоносителя, выводимого из первого контура реакторной установки. Однако периодически (в соответствии с регламентом работы установки) расход теплоносителя, поступающего в деаэратор, может увеличиваться в 10-15 раз (до 70 т/ч).

В связи с этим деаэратор, как правило, имеет в своем составе двухступенчатую деаэрационную колонку, в которой первая ступень обеспечивает деаэрацию небольшого расхода (5-7 т/ч), а при увеличении расхода в работу включается вторая ступень.

Как показывает опыт эксплуатации таких деаэраторов на АЭС, при увеличении нагрузки происходит «захлебывание» деаэрационной колонки. Это процесс, при котором пар, необходимый для подогрева теплоносителя до

состояния (температуры) насыщения и образования среды сдувки, двигаясь вверх, захватывает с собой теплоноситель, и уносит его в выпар.

Для АЭС это особенно опасно, поскольку выпар направляется в систему дожигания водорода, которого много в теплоносителе, а попадающий в систему дожигания теплоноситель выводит ее из строя. Отказ системы дожигания водорода чреват взрывами гремучей смеси.

Расчеты деаэрационной колонки на гидродинамическую устойчивость (определение запаса до «захлебывания») с помощью существующих методик (например, руководящий технический материал «Расчет и проектирование термических деаэраторов», РТМ 108.030.21-78, изм. 1), не дали ответа на вопрос, почему процесс захлебывания имеет место.

Потребовался более глубокий анализ работы отдельных узлов колонки и деаэратора в целом с целью определения причин «захлебывания» деаэратора и поиска решения, обеспечивающего надежную работу деаэратора во всех, включая переходные, режимах его работы.

Известен деаэратор, включающий колонку с неупорядоченными элементами (см. Оликер И.И., Пермяков В.А. «Термическая деаэрация воды на тепловых электростанциях», Ленинград, Энергия, 1971, стр. 31-35).

Колонка указанного деаэратора состоит из разъемного корпуса и крышки, водораспределительного устройства, представляющего собой перфорированную тарелку, слоя насадки и парораспределительного коллектора. На колонке предусмотрены штуцеры для ввода потоков воды, подвода пара и отвода выпара.

Недостатком данного деаэратора является ограниченный диапазон изменения нагрузки, определяемый наличием только одной ступени. При резком снижении нагрузки относительно расчетной слой воды на водораспределительном устройстве становится на столько мал, что не покрывает его полностью, возникают условия для «прорыва» греющего пара в водораспределительное устройство, при резком увеличении нагрузки возникают условия «захлебывания».

Таким образом, данный деаэратор обеспечивает надежную работу в сравнительно узком диапазоне нагрузок.

Известна также секционированная деаэрационная колонка, содержащая установленный на баке для приема деаэрированной воды вертикальный цилиндрический корпус, средства отвода воды и пара, форсунки для распыла деаэрируемой воды, выпарной канал (см. патент RU № 95654, C02F 1/20, 2010).

Устройство также включает открытый стакан для приема деаэрированной воды с образованием гидрозатвора с водоспускным и подъемным каналами, при этом зона контакта пара с распыливаемой водой разделена по всей ее высоте на две секторные секции с автономно управляемыми форсунками.

Данное устройство позволяет за счет разделения струйной камеры на секции управлять изменением нагрузки в широком диапазоне.

Недостатками устройства являются:

необходимость управления расходом каждой форсунки;

увеличение диапазона расхода деаэрируемой воды требует увеличения количества секций, соответственно, растут массогабаритные показатели деаэрационной колонки;

процесс нагрева теплоносителя и его деаэрации выстроен по прямоточной схеме, менее интенсивной, чем противоточная;

использована только струйная часть, в то время как насадки с неупорядоченными насадками обеспечивают большую интенсивность процесса;

- нижний отвод выпара может приводить к попаданию воды в сдувку.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является деаэратор системы подпитки и борного регулирования АЭС с водоводяным энергетическим реактором (см. Фомин М.П., Попик В.В. «Наладка работы деаэратора системы продувки-подпитки 1-го контура совместно с системами организованных протечек и дожигания водорода», Сборник тезисов 3-й Международной научно-технической конференции «Ввод АЭС в эксплуатацию», Москва, 28-29 апреля 2014, стр. 56-57).

Устройство содержит бак деаэрированного теплоносителя с выходным патрубком, в котором находится источник пара (теплообменник). На баке установлена деаэрационная колонка, в которой размещены друг над другом две ступени деаэрации, состоящие из напорной тарелки, распределительной тарелки, пространство между которыми является струйной камерой, и насадки с неупорядоченными элементами каждая.

Ступени деаэрации разделены гидрозатвором, образованным бортом напорной тарелки верхней ступени и выступом, присоединенным к крышке колонки. На крышке колонки выполнены выходной патрубок сдувки и один или несколько входных патрубков для подачи в деаэратор теплоносителя. Все патрубки размещены внутри выступа гидрозатвора.

Недостатком данного устройства является его низкая надежность, так как работа деаэратора сопровождается забросом воды в сдувку и далее выводит из строя систему дожигания водорода, что может приводить к взрывам.

Технический результат заявляемого решения заключается в повышении надежности работы деаэратора путем исключения «захлебывания» и уноса жидкости в сдувку при изменении нагрузки деаэратора на порядок и более раз за счет предотвращения вакуумирования верхней части деаэрационной колонки в стационарных и переходных режимах работы.

Для достижения указанного технического результата в деаэраторе (вариант 1), включающем бак с выходным патрубком и источником пара, установленную на баке деаэрационную колонку с крышкой и расположенными на ней патрубками для подвода воды и сдувки выпара, содержащую верхнюю и нижнюю ступени деаэрации, при этом каждая ступень включает напорную и распределительную тарелки, установленные с образованием струйной камеры в пространстве между ними, и насадки с неупорядоченными элементами, при этом ступени деаэрации разделены гидрозатвором, образованным бортом напорной тарелки верхней ступени и выступом, присоединенным к крышке деаэрационной колонки, причем патрубки подвода воды и сдувки выпара расположены внутри выступа гидрозатвора, согласно изобретению в выступе гидрозатвора выполнены отверстия, нижние кромки которых расположены выше верхней кромки борта гидрозатвора на величину, превышающую сумму высоты перелива теплоносителя через борт гидрозатвора и гидравлического сопротивления канала гидрозатвора, при этом суммарное сечение отверстий определено из условия равенства давления пара в патрубке сдувки и в пространстве внутри выступа гидрозатвора.

Для достижения указанного технического результата в деаэраторе (вариант 2), включающем бак с выходным патрубком и источником пара, установленную на баке деаэрационную колонку с крышкой и расположенными на ней патрубками для подвода воды и сдувки выпара, содержащую верхнюю и нижнюю ступени деаэрации, при этом каждая ступень включает напорную и распределительную тарелки, установленные с образованием струйной камеры в пространстве между ними, и насадки с неупорядоченными элементами, при этом ступени деаэрации разделены гидрозатвором, образованным бортом напорной тарелки верхней ступени и выступом, присоединенным к крышке деаэрационной колонки, причем патрубки подвода воды и сдувки выпара расположены внутри выступа гидрозатвора, согласно изобретению в выступе гидрозатвора выполнены отверстия, нижние кромки которых расположены выше верхней кромки борта гидрозатвора на величину, превышающую сумму высоты перелива теплоносителя через борт гидрозатвора и гидравлического сопротивления канала гидрозатвора, при этом суммарное сечение отверстий определено из условия равенства давления пара в патрубке сдувки и в пространстве внутри выступа гидрозатвора, а на крышке деаэрационной колонки установлен дополнительный патрубок сдувки пара, расположенный снаружи выступа гидрозатвора.

Для достижения указанного технического результата в деаэраторе (вариант 3), включающем бак с выходным патрубком и источником пара, установленную на баке деаэрационную колонку с крышкой и расположенными на ней патрубками для подвода воды и сдувки выпара, содержащую верхнюю и нижнюю ступени деаэрации, при этом каждая ступень включает напорную и распределительную тарелки, установленные с образованием струйной камеры в пространстве между ними, и насадки с неупорядоченными элементами, при этом ступени деаэрации разделены гидрозатвором, образованным бортом напорной тарелки верхней ступени и выступом, присоединенным к крышке деаэрационной колонки, причем патрубки подвода воды и сдувки выпара расположены внутри выступа гидрозатвора, согласно изобретению в выступе гидрозатвора выполнены отверстия, нижние кромки которых расположены выше верхней кромки борта гидрозатвора на величину, превышающую сумму высоты перелива теплоносителя через борт гидрозатвора и гидравлического сопротивления канала гидрозатвора, при этом суммарное сечение отверстий определено из условия равенства давления пара в патрубке сдувки и в пространстве внутри выступа гидрозатвора, а на крышке деаэрационной колонки установлен дополнительный патрубок сдувки пара, расположенный снаружи выступа гидрозатвора, и верхняя ступень деаэрации соединена непосредственно с баком посредством соединительного патрубка, проходящего насквозь через нижнюю ступень деаэрации.

Сущность предложения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично представлен деаэратор (вариант 1); на фиг. 2 представлена колонка деаэратора по варианту 1; на фиг. 3 представлен вид А, на котором показан выступ гидрозатвора с отверстием (вариант 1); на фиг. 4 представлена деаэрационная колонка с дополнительным патрубком сдувки по варианту 2; на фиг. 5 представлена деаэрационная колонка с дополнительным соединительным патрубком по варианту 3.

Следует учесть, что на чертежах представлены только те детали, которые необходимы для понимания существа предложения, а сопутствующее оборудование, хорошо известное специалистам в данной области, не представлено.

При этом использованы следующие позиции: 1 - бак; 2 - источник пара; 3 - деаэрационная колонка; 4 и 5 - патрубки подачи воды; 6 - патрубок сдувки; 7 - выходной патрубок; 8 - напорная тарелка первой ступени деаэрации; 9 - струйная часть первой ступени деаэрации; 10 - распределительная тарелка первой ступени деаэрации; 11 - стаканы распределительной тарелки первой ступени деаэрации; 12 - насадка с неупорядоченными элементами первой ступени деаэрации; 13 - напорная тарелка второй ступени деаэрации; 14 - струйная часть второй ступени деаэрации; 15 - распределительная тарелка второй ступени деаэрации; 16 - стаканы распределительной тарелки второй ступени деаэрации; 17 - насадка с неупорядоченными элементами второй ступени деаэрации; 18 - борт гидрозатвора; 19 - выступ гидрозатвора; 20 - выгородка; 21 - отверстия, выполненные в выступе гидрозатвора; 22 - дополнительный патрубок сдувки для варианта 2; 23 - дополнительный соединительный патрубок для варианта 3.

Деаэратор (вариант 1) состоит из бака 1, выполненного в виде цилиндрического стального сосуда с эллиптическими днищем и крышкой. В нижней части бака 1 размещен источник пара 2, представляющий собой теплообменник поверхностного типа, выполненный из гладких стальных труб, источником тепла в котором является пар из отбора турбины (фиг. 1).

На баке 1 установлена деаэрационная колонка 3, которая состоит из двух последовательно-параллельных ступеней деаэрации с неупорядоченными элементами.

В крышке колонки 3 установлены патрубки подачи воды 4 и 5, а также патрубок сдувки 6. В нижней части бака 1 расположен выходной патрубок 7.

Первая ступень деаэрации включает расположенные друг под другом следующие элементы: напорную тарелку 8, струйную часть 9, распределительную тарелку 10 (выполнена с перфорацией) с установленными на ней стаканами 11 и насадку 12 с неупорядоченными элементами, например, для нашего примера конкретного выполнения с омегообразными элементами.

Вторая ступень деаэрации расположена под первой ступенью по вертикальной оси устройства. Она включает такие же элементы, как в первой ступени: напорную тарелку 13, струйную часть 14, распределительную тарелку 15 (выполнена с перфорацией), на которой установлены стаканы 16, и насадку с неупорядоченными элементами 17.

Первая и вторая ступени деаэрации разделены гидрозатвором, образованным бортом гидрозатвора 18 и выступом 19. Верхняя кромка борта гидрозатвора 18 расположена выше напорной тарелки 8 первой ступени деаэрации. Выступ 19 выполнен так, что его нижняя кромка расположена ниже напорной тарелки 8 первой ступени деаэрации, а верхняя кромка присоединена к крышке колонки 3 так, чтобы входные патрубки 4, 5 оказались внутри выступа 19.

Струйная часть 9 первой ступени деаэрации соединена с патрубком сдувки 6 выгородкой 20, проходящей через напорную тарелку 8 и присоединенной в верхней части к крышке колонки 3. В местах примыкания выступа 19 и выгородки 20 к крышке колонки 3 выполнены небольшие продувочные отверстия.

В выступе 19 выполнены отверстия 21, расположенные выше верхней кромки борта гидрозатвора 18 на величину, превышающую сумму высоты перелива теплоносителя через борт гидрозатвора 18 и гидравлического сопротивления канала гидрозатвора.

Суммарное сечение отверстий 21 определено из условия равенства давления пара в патрубке сдувки 6 и в пространстве внутри выступа 19.

Деаэратор (вариант 1) работает следующим образом.

Исходный поток теплоносителя (продувки контура) поступает в деаэрационную колонку 3 через патрубок подачи воды 4 с постоянным расходом. Как только теплоноситель попадает в деаэратор, начинается процесс его нагрева паром за счет конденсации последнего. Кроме того, пар конденсируется на зеркале теплоносителя, образующемся на напорной тарелке 8 первой ступени деаэрации. Теплоноситель через отверстия напорной тарелки 8 попадает в струйную часть 9 первой ступени деаэрации, где начинается его нагрев до состояния насыщения паром, образующимся в источнике пара 2.

Высота борта гидрозатвора 18 рассчитана таким образом, чтобы уровень теплоносителя на напорной тарелке 8 первой ступени деаэрации был ниже, то есть весь теплоноситель поступал только в первую ступень деаэрации.

Нагреваясь в струйной части 9 первой ступени деаэрации, теплоноситель конденсирует часть пара и приходит на распределительную тарелку 10 первой ступени деаэрации. Установленные на ней стаканы 11 служат для пропуска пара в струйную часть 9, поэтому их высота должна быть больше, чем возможный уровень теплоносителя и конденсата на распределительной тарелке 10 первой ступени деаэрации.

Через перфорацию распределительной тарелки 10 первой ступени деаэрации теплоноситель поступает в насадку 12 с неупорядоченными элементами, где происходит его окончательный нагрев до состояния насыщения и дегазация. Неупорядоченные элементы обеспечивают эффективность дегазации, поскольку вода растекается по их поверхности тонкой пленкой, за счет чего увеличивается площадь контакта воды и пара, в то же время между элементами (в силу их неупорядоченности) остается большое свободное сечение для прохода пара.

Далее теплоноситель и образовавшийся в процессе его нагрева конденсат через вторую ступень деаэрации поступают в бак 1, откуда через выходной патрубок 7 поступают обратно в контур. Газы, выделившиеся из

теплоносителя в смеси с некоторой частью пара через выгородку 20 в патрубок сдувки 6, уходят из деаэратора.

При поступлении в деаэратор дополнительного потока теплоносителя (например, подпитки) через входной патрубок 5 и/или значительного увеличения расхода через входной патрубок 4 напорная тарелка 8 первой ступени деаэрации перестает пропускать весь теплоноситель в первую ступень. Уровень на тарелке 8 начинает расти, становится выше борта гидрозатвора 18 и начинается перелив теплоносителя на напорную тарелку 13 второй ступени деаэрации.

Таким образом, при больших расходах теплоносителя работают обе ступени деаэрации. Расход через первую ступень деаэрации определяется высотой борта гидрозатвора 18, весь остальной теплоноситель попадает на тарелку 13 второй ступени деаэрации и далее в струйную часть 14, на распределительную тарелку 15 и в насадку 17 с неупорядоченными элементами.

Пар из источника пара 2 движется навстречу потоку теплоносителя: через насадку 17 второй ступени деаэрации, через стаканы 16 в струйную часть 14, часть его далее идет в первую ступень, а часть нагревает теплоноситель в струйной части 14 второй ступени деаэрации. Газы, выделившиеся из теплоносителя, проходящего только вторую ступень деаэрации, из объема струйной части 14 уходят в патрубок сдувки 6 через все элементы первой ступени (поз. 12, 10, 11, 9, 20).

Для обеспечения надежной работы деаэратора важно, чтобы в процессе его работы как в стационарных, так и в переходных режимах не происходило «захлебывания».

Для этого необходимо правильно выбирать сечения насадок с неупорядоченными элементами 12 и 17, а также обеспечить равенство давления во всех частях колонки 3.

Выбор сечений насадок выполняют согласно нормативным документам (руководящий технический материал «Расчет и проектирование термических деаэраторов», РТМ 108.030.21-78, изм. 1).

Если проходное сечение набора отверстий 21 в выступе 19 недостаточно, то объем колонки 3, ограниченный выступом 19, вакуумируется. Вслед за этим вакуумируется струйная часть 8 первой ступени деаэрации и в ней начинает расти уровень теплоносителя. Когда уровень теплоносителя становится больше высоты стакана 11 на распределительной тарелке 10 первой ступени деаэрации, сечение для прохода сдувки уменьшается и возникает «захлебывание» с уносом теплоносителя в патрубок сдувки 6.

Выбор сечения набора отверстий 21 в выступе 19 осуществляется из условия: перепад давления на стенке выгородки 20 должен быть нулевым. Для этого необходимо, чтобы перепад давления на преодоление сопротивления паром от струйной части 14 второй ступени деаэрации до патрубка сдувки 6 был равен перепаду давления на преодоление сопротивления паром от струйной части 14 второй ступени деаэрации до объема внутри выступа 19.

В струйную часть 14 второй ступени деаэрации через стаканы 16 попадает количество пара, который расходуется следующим образом:

конденсируется на струях струйной части 14;

конденсируется на зеркале напорной тарелки 13;

конденсируется на струях теплоносителя, истекающих из входных патрубков 4, 5;

конденсируется на зеркале напорной тарелки 8;

конденсируется в насадке 12;

конденсируется на распределительной тарелке 10;

конденсируется в струйной части 9;

вместе с газами деаэрации уходит в патрубок 6 через выгородку 20.

Таким образом, расход пара, который формирует перепад давления на участке от выхода из стаканов 16 распределительной тарелки второй ступени деаэрации до внутреннего пространства выгородки 20, складывается из потока пара, конденсирующегося в первой ступени деаэрации (пункты 5-7) и пара сдувки как первой, так и второй ступеней (пункт 8). Расход пара, определяющий перепад давления на участке от выхода из стаканов 11 до объема внутри выступа 19 (то есть снаружи выгородки 20), складывается из потоков пунктов 1-4 и частично пункта 8.

Из условия равенства этих перепадов давления определяется перепад давления на отверстиях 21. Зная количество пара, конденсирующегося в объеме внутри выступа 19 (пункты 3, 4), можно определить необходимое суммарное проходное сечение набора отверстий 21, которое обеспечит пропуск необходимого количества пара через выступ 19.

Технически это сечение выполняется в виде нескольких отверстий соответствующего диаметра, равномерно распределенных по окружности выступа. Во избежание перекрытия части сечения теплоносителем, находящимся на напорной тарелке 8, нижние кромки отверстий 21 должны располагаться выше верхней кромки борта гидрозатвора 18 на величину, превышающую сумму высоты перелива теплоносителя через борт гидрозатвора 18 и гидравлического сопротивления канала гидрозатвора.

Приводим методику конкретного расчета диаметра отверстий 21, их суммарного сечения при равенстве давлений в патрубке сдувки 6 и внутри выступа 19 гидрозадвора над напорной тарелкой 8 первой ступени:

1. Выполняли расчет конденсации пара в верхней камере колонки деаэратора по методике: КОРСАР/И 1.1. Теплогидравлический расчетный код. Методика расчета замыкающих соотношений и отдельных физических явлений контурной теплогидравлики. - Сосновый Бор: НИТИ им. А.П.Александрова, 2001 г. - 147 с.

2. Осуществляли расчет превышения уровня, обеспечивающего перелив избытка воды с распределительной тарелки 8 на распределительную тарелку

13 через борт гидрозатвора 18 по методике: А.В. Караушев. Речная гидравлика. - Л.: Гидрометеорологическое издательство, 1969 г. - 417 с.

При расчете уровня учитывалось гидравлическое сопротивление канала гидрозатвора.

3. Проводили расчеты гидравлического сопротивления в соответствии с материалом: Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: «Машиностроение», 1975. - 559 с.

В результате для деаэратора борного регулирования получили следующие данные: для прохода пара в выступе 19 гидрозатвора необходимо предусмотреть отверстия 21 общим сечением F=0,0038 м², которое можно обеспечить 12 отверстиями диаметром 20 мм (12∙π∙(20∙10-3)2/4=0,00377 м²).

Заявляемое техническое решение позволяет исключить «захлебывание» и унос жидкости в сдувку при изменении нагрузки деаэратора на порядок и более.

Деаэратор выполнен с двухступенчатой колонкой, в которой ступени деаэрации разделены гидрозатвором, а в выступе гидрозатвора выполнен набор отверстий заданного суммарного сечения, обеспечивающий равенство давлений в патрубке сдувки и внутри выступа гидрозадвора над напорной тарелкой первой ступени.

Это снимает проблему вакуумирования верхней части деаэрационной колонки, повышает надежность устройства.

Деаэратор (вариант 2) состоит из бака 1, выполненный в виде цилиндрического стального сосуда с эллиптическими днищем и крышкой. В нижней части бака 1 размещен источник пара 2, представляющий собой теплообменник поверхностного типа, выполненный из гладких стальных труб, источником тепла в котором является пар из отбора турбины (фиг. 4).

На баке 1 установлена деаэрационная колонка 3, которая состоит из двух последовательно-параллельных ступеней деаэрации с неупорядоченными элементами.

В крышке колонки 3 установлены патрубки подачи воды 4 и 5, а также патрубок сдувки 6. В нижней части бака 1 расположен выходной патрубок 7.

Первая ступень деаэрации включает расположенные друг под другом следующие элементы: напорную тарелку 8, струйную часть 9, распределительную тарелку 10 (выполнена с перфорацией) с установленными на ней стаканами 11 и насадку 12 с неупорядоченными элементами, например, для нашего примера конкретного выполнения с омегообразными элементами.

Вторая ступень деаэрации расположена под первой ступенью по вертикальной оси устройства. Она включает такие же элементы, как в первой ступени: напорную тарелку 13, струйную часть 14, распределительную тарелку 15 (выполнена с перфорацией), на которой установлены стаканы 16, и насадку с неупорядоченными элементами 17.

Первая и вторая ступени деаэрации разделены гидрозатвором, образованным бортом гидрозатвора 18 и выступом 19. Верхняя кромка борта гидрозатвора 18 расположена выше напорной тарелки 8 первой ступени деаэрации. Выступ 19 выполнен так, что его нижняя кромка расположена ниже напорной тарелки 8 первой ступени деаэрации, а верхняя кромка присоединена к крышке колонки 3 так, чтобы входные патрубки 4, 5 оказались внутри выступа 19.

Струйная часть 9 первой ступени деаэрации соединена с патрубком сдувки 6 выгородкой 20, проходящей через напорную тарелку 8 и присоединенной в верхней части к крышке колонки 3. В местах примыкания выступа 19 и выгородки 20 к крышке колонки 3 выполнены небольшие продувочные отверстия. В выступе 19 выполнены отверстия 21, расположенные выше верхней кромки борта гидрозатвора 18 на величину, превышающую сумму высоты перелива теплоносителя через борт гидрозатвора 18 и гидравлического сопротивления канала гидрозатвора.

Суммарное сечение отверстий 21 определено из условия равенства давления пара в патрубке сдувки 6 и в пространстве внутри выступа 19.

Деаэратор по варианту 2 (фиг. 4) содержит дополнительный патрубок сдувки 22, расположенный на крышке деаэрационной колонки вне пространства, ограниченного выступом гидрозатвора 19.

Деаэратор (вариант 2) работает следующим образом.

Исходный поток теплоносителя (продувки контура) поступает в колонку 3 через патрубок подачи воды 4 с постоянным расходом. Как только теплоноситель попадает в деаэратор, начинается процесс его нагрева паром за счет конденсации последнего. Кроме того, пар конденсируется на зеркале теплоносителя, образующемся на напорной тарелке 8 первой ступени деаэрации. Теплоноситель через отверстия напорной тарелки 8 попадает в струйную часть 9 первой ступени деаэрации, где начинается его нагрев до состояния насыщения паром, образующимся в источнике пара 2.

Высота борта гидрозатвора 18 рассчитана таким образом, чтобы уровень теплоносителя на напорной тарелке 8 первой ступени деаэрации был ниже, то есть весь теплоноситель поступал только в первую ступень деаэрации.

Нагреваясь в струйной части 9 первой ступени деаэрации, теплоноситель конденсирует часть пара и приходит на распределительную тарелку 10 первой ступени деаэрации. Установленные на ней стаканы 11 служат для пропуска пара в струйную часть 9, поэтому их высота должна быть больше, чем возможный уровень теплоносителя и конденсата на распределительной тарелке 10 первой ступени деаэрации.

Через перфорацию распределительной тарелки 10 первой ступени деаэрации теплоноситель поступает в насадку 12 с неупорядоченными элементами, где происходит его окончательный нагрев до состояния насыщения и дегазация. Неупорядоченные элементы обеспечивают эффективность дегазации, поскольку вода растекается по их поверхности тонкой пленкой, за счет чего увеличивается площадь контакта воды и пара, в то же время между элементами (в силу их неупорядоченности) остается большое свободное сечение для прохода пара.

Далее теплоноситель и образовавшийся в процессе его нагрева конденсат через вторую ступень деаэрации поступают в бак 1, откуда через выходной патрубок 7 поступают обратно в контур. Газы, выделившиеся из теплоносителя в смеси с некоторой частью пара через выгородку 20 в патрубок сдувки 6 уходят из деаэратора.

При поступлении в деаэратор дополнительного потока теплоносителя (например, подпитки) через входной патрубок 5 и/или значительного увеличения расхода через входной патрубок 4 напорная тарелка 8 первой ступени деаэрации перестает пропускать весь теплоноситель в первую ступень. Уровень на тарелке 8 начинает расти, становится больше высоты борта гидрозатвора 18 и начинается перелив теплоносителя на напорную тарелку 13 второй ступени деаэрации.

Таким образом, при больших расходах теплоносителя работают обе ступени деаэрации. Расход через первую ступень деаэрации определяется высотой борта гидрозатвора 18, весь остальной теплоноситель попадает на тарелку 13 второй ступени деаэрации и далее в струйную часть 14, на распределительную тарелку 15 и в насадку 17 с неупорядоченными элементами.

Пар от источника пара 2 движется навстречу потоку теплоносителя: через насадку 17 второй ступени деаэрации, через стаканы 16 в струйную часть 14, часть его далее идет в первую ступень, а часть нагревает теплоноситель в струйной части 14 второй ступени деаэрации. Газы, выделившиеся из теплоносителя, проходящего только вторую ступень деаэрации, из объема струйной части 14 уходят в патрубок сдувки 22, минуя элементы первой ступени (поз. 12, 10, 11, 9, 20).

Таким образом, выпару второй ступени деаэрации не надо проходить через первую ступень, соответственно расход газов через первую ступень уменьшается, а запас до «захлебывания», увеличивается.

Для примера конкретного выполнения запас до режима «захлебывания» определяли как отношение предельной скорости пара к расчетной скорости пара согласно РТМ 108.030.21-78.

Предельная скорость пара зависит от плотности орошения, сопротивления насадки и ряда других параметров. Расчетная скорость пара представляет собой отношение объемного расхода пара к живому сечению насадки.

Объемный расход пара, проходящего через насадку, складывается из расхода пара, необходимого для подогрева теплоносителя до состояния насыщения (в процессе подогрева воды этот пар конденсируется, т.е. его расход по мере движения уменьшается) и пара, который уходит в сдувку, унося с собой неконденсирующиеся газы, выделенные из воды в процессе деаэрации.

Расход последнего по высоте колонки постоянен и составляет примерно 3-5% от суммарного. При включении в работу второй ступени деаэрации, то есть когда теплоноситель начинает переливаться через борт 18 гидрозатвора на тарелку 13, для обеспечения нормальной сдувки необходимо увеличить и расход пара сдувки (примерно в 3-4 раза).

Таким образом, установка дополнительного патрубка 22 позволяет при увеличении нагрузки увеличить запас до «захлебывания» в первой ступени примерно на 15-20% по сравнению с вариантом 1.

Деаэратор (вариант 3) состоит из бака 1, выполненного в виде цилиндрического стального сосуда с эллиптическими днищем и крышкой. В нижней части бака 1 размещен источник пара 2, представляющий собой теплообменник поверхностного типа, выполненный из гладких стальных труб, источником тепла в котором является пар из отбора турбины (фиг. 5).

На баке 1 установлена деаэрационная колонка 3, которая состоит из двух последовательно-параллельных ступеней деаэрации с неупорядоченными элементами.

В крышке колонки 3 установлены патрубки подачи воды 4 и 5, а также патрубок сдувки 6. В нижней части бака 1 расположен выходной патрубок 7.

Первая ступень деаэрации включает расположенные друг под другом следующие элементы: напорную тарелку 8, струйную часть 9, распределительную тарелку 10 (выполнена с перфорацией) с установленными на ней стаканами 11 и насадку 12 с неупорядоченными элементами, например, для нашего примера конкретного выполнения с омегообразными элементами.

Вторая ступень деаэрации расположена под первой ступенью по вертикальной оси устройства. Она включает такие же элементы, как в первой ступени: напорную тарелку 13, струйную часть 14, распределительную тарелку 15 (выполнена с перфорацией), на которой установлены стаканы 16, и насадку с неупорядоченными элементами 17.

Первая и вторая ступени деаэрации разделены гидрозатвором, образованным бортом гидрозатвора 18 и выступом 19. Верхняя кромка борта гидрозатвора 18 расположена выше напорной тарелки 8 первой ступени деаэрации. Выступ 19 выполнен так, что его нижняя кромка расположена ниже напорной тарелки 8 первой ступени деаэрации, а верхняя кромка присоединена к крышке колонки 3 так, чтобы входные патрубки 4, 5 оказались внутри выступа 19.

Струйная часть 9 первой ступени деаэрации соединена с патрубком сдувки 6 выгородкой 20, проходящей через напорную тарелку 8 и присоединенной в верхней части к крышке колонки 3. В местах примыкания выступа 19 и выгородки 20 к крышке колонки 3 выполнены небольшие продувочные отверстия. В выступе 19 выполнены отверстия 21, расположенные выше верхней кромки борта гидрозатвора 18 на величину, превышающую сумму высоты перелива теплоносителя через борт гидрозатвора 18 и гидравлического сопротивления канала гидрозатвора.

Суммарное сечение отверстий 21 определено из условия равенства давления пара в патрубке сдувки 6 и в пространстве внутри выступа 19.

Деаэратор содержит дополнительный патрубок сдувки 22, расположенный на крышке деаэрационной колонки вне пространства, ограниченного выступом гидрозатвора 19.

Деаэратор (вариант 3) дополнительно содержит соединительный патрубок 23, который соединяет первую ступень деаэрации (насадку 12) непосредственно с пространством бака 1, проходя через насадку 17 насквозь (фиг. 5).

Деаэратор (вариант 3) работает следующим образом.

Исходный поток теплоносителя (продувки контура) поступает в колонку 3 через патрубок подачи воды 4 с постоянным расходом. Как только теплоноситель попадает в деаэратор, начинается процесс его нагрева паром за счет конденсации последнего. Кроме того, пар конденсируется на зеркале теплоносителя, образующемся на напорной тарелке 8 первой ступени деаэрации. Теплоноситель через отверстия напорной тарелки 8 попадает в струйную часть 9 первой ступени деаэрации, где начинается его нагрев до состояния насыщения паром, образующимся в источнике пара 2.

Высота борта гидрозатвора 18 рассчитана таким образом, чтобы уровень теплоносителя на напорной тарелке 8 первой ступени деаэрации был ниже, то есть весь теплоноситель поступал только в первую ступень деаэрации.

Нагреваясь в струйной части 9 первой ступени деаэрации, теплоноситель конденсирует часть пара и приходит на распределительную тарелку 10 первой ступени деаэрации. Установленные на ней стаканы 11 служат для пропуска пара в струйную часть 9, поэтому их высота должна быть больше, чем возможный уровень теплоносителя и конденсата на распределительной тарелке 10 первой ступени деаэрации.

Через перфорацию распределительной тарелки 10 первой ступени деаэрации теплоноситель поступает в насадку 12 с неупорядоченными элементами, где происходит его окончательный нагрев до состояния насыщения и дегазация. Неупорядоченные элементы обеспечивают эффективность дегазации, поскольку вода растекается по их поверхности тонкой пленкой, за счет чего увеличивается площадь контакта воды и пара, в то же время между элементами (в силу их неупорядоченности) остается большое свободное сечение для прохода пара.

Далее теплоноситель и образовавшийся в процессе его нагрева конденсат, минуя вторую ступень деаэрации через соединительный патрубок 23, поступают в бак 1, откуда через выходной патрубок 7 поступают обратно в контур. Газы, выделившиеся из теплоносителя в смеси с некоторой частью пара через выгородку 20 в патрубок сдувки 6, уходят из деаэратора.

При поступлении в деаэратор дополнительного потока теплоносителя (например, подпитки) через входной патрубок 5 и/или значительного увеличения расхода через входной патрубок 4 напорная тарелка 8 первой ступени деаэрации перестает пропускать весь теплоноситель в первую ступень. Уровень на тарелке 8 начинает расти, становится больше высоты борта гидрозатвора 18 и начинается перелив теплоносителя на напорную тарелку 13 второй ступени деаэрации.

Таким образом, при больших расходах теплоносителя работают обе ступени деаэрации. Расход через первую ступень деаэрации определяется высотой борта гидрозатвора 18, весь остальной теплоноситель попадает на тарелку 13 второй ступени деаэрации и далее в струйную часть 14, на распределительную тарелку 15 и в насадку 17 с неупорядоченными элементами.

Пар от источника пара 2 движется навстречу потоку теплоносителя: в первую ступень деаэрации через патрубок 23, во вторую - через насадку 17 второй ступени деаэрации, через стаканы 16 в струйную часть 14. Пар, прошедший через соединительный патрубок 23, поступает только в первую ступень деаэрации, пар, прошедший через вторую ступень, нагревает теплоноситель в насадке 17 и струйной части 14. Газы, выделившиеся из теплоносителя, проходящего первую ступень деаэрации, уходят в патрубок сдувки 6, газы, выделившиеся из теплоносителя, проходящего вторую ступень деаэрации, из объема струйной части 14 уходят в патрубок сдувки 22.

Таким образом, ступени деаэрации работают параллельно, что снижает расходы пара и воды через вторую ступень, вводит однозначность расчета, тем самым повышает надежность расчета и работы деаэратора в целом.

Деаэратор (варианты) может быть использован в других системах, характеризующихся большим диапазоном изменения расходов поступающего на деаэрацию теплоносителя.

Группа изобретений относится к теплообменной технике. Устройство включает бак с выходным патрубком и источником пара, деаэрационную колонку с крышкой и расположенными на ней патрубками для подвода воды и сдувки выпара, содержащую верхнюю и нижнюю ступени деаэрации. Каждая ступень включает напорную и распределительную тарелки, установленные с образованием струйной камеры в пространстве между ними, и насадки с неупорядоченными элементами. Ступени деаэрации разделены гидрозатвором, образованным бортом напорной тарелки верхней ступени и выступом, присоединенным к крышке деаэрационной колонки. Патрубки подвода воды и сдувки выпара расположены внутри выступа гидрозатвора, в выступе которого выполнены отверстия. Нижние кромки отверстий расположены выше верхней кромки борта гидрозатвора на величину, превышающую сумму высоты перелива теплоносителя через борт гидрозатвора и гидравлического сопротивления канала гидрозатвора. Суммарное сечение отверстий определено из условия равенства давления пара в патрубке сдувки и в пространстве внутри выступа гидрозатвора. Изобретение повышает надежность работы деаэратора. 3 н.п. ф-лы, 5 ил.

1. Деаэратор, включающий бак с выходным патрубком и источником пара, установленную на баке деаэрационную колонку с крышкой и расположенными на ней патрубками для подвода воды и сдувки выпара, содержащую верхнюю и нижнюю ступени деаэрации, при этом каждая ступень включает напорную и распределительную тарелки, установленные с образованием струйной камеры в пространстве между ними, и насадки с неупорядоченными элементами, при этом ступени деаэрации разделены гидрозатвором, образованным бортом напорной тарелки верхней ступени и выступом, присоединенным к крышке деаэрационной колонки, причем патрубки подвода воды и сдувки выпара расположены внутри выступа гидрозатвора, отличающийся тем, что в выступе гидрозатвора выполнены отверстия, нижние кромки которых расположены выше верхней кромки борта гидрозатвора на величину, превышающую сумму высоты перелива теплоносителя через борт гидрозатвора и гидравлического сопротивления канала гидрозатвора, при этом суммарное сечение отверстий определено из условия равенства давления пара в патрубке сдувки и в пространстве внутри выступа гидрозатвора.

2. Деаэратор, включающий бак с выходным патрубком и источником пара, установленную на баке деаэрационную колонку с крышкой и расположенными на ней патрубками для подвода воды и сдувки выпара, содержащую верхнюю и нижнюю ступени деаэрации, при этом каждая ступень включает напорную и распределительную тарелки, установленные с образованием струйной камеры в пространстве между ними, и насадки с неупорядоченными элементами, при этом ступени деаэрации разделены гидрозатвором, образованным бортом напорной тарелки верхней ступени и выступом, присоединенным к крышке деаэрационной колонки, причем патрубки подвода воды и сдувки выпара расположены внутри выступа гидрозатвора, отличающийся тем, что в выступе гидрозатвора выполнены отверстия, нижние кромки которых расположены выше верхней кромки борта гидрозатвора на величину, превышающую сумму высоты перелива теплоносителя через борт гидрозатвора и гидравлического сопротивления канала гидрозатвора, при этом суммарное сечение отверстий определено из условия равенства давления пара в патрубке сдувки и в пространстве внутри выступа гидрозатвора, а на крышке деаэрационной колонки установлен дополнительный патрубок сдувки пара, расположенный снаружи выступа гидрозатвора.

3. Деаэратор, включающий бак с выходным патрубком и источником пара, установленную на баке деаэрационную колонку с крышкой и расположенными на ней патрубками для подвода воды и сдувки выпара, содержащую верхнюю и нижнюю ступени деаэрации, при этом каждая ступень включает напорную и распределительную тарелки, установленные с образованием струйной камеры в пространстве между ними, и насадки с неупорядоченными элементами, при этом ступени деаэрации разделены гидрозатвором, образованным бортом напорной тарелки верхней ступени и выступом, присоединенным к крышке деаэрационной колонки, причем патрубки подвода воды и сдувки выпара расположены внутри выступа гидрозатвора, отличающийся тем, что в выступе гидрозатвора выполнены отверстия, нижние кромки которых расположены выше верхней кромки борта гидрозатвора на величину, превышающую сумму высоты перелива теплоносителя через борт гидрозатвора и гидравлического сопротивления канала гидрозатвора, при этом суммарное сечение отверстий определено из условия равенства давления пара в патрубке сдувки и в пространстве внутри выступа гидрозатвора, а на крышке деаэрационной колонки установлен дополнительный патрубок сдувки пара, расположенный снаружи выступа гидрозатвора, и верхняя ступень деаэрации соединена непосредственно с баком посредством соединительного патрубка, проходящего насквозь через нижнюю ступень деаэрации.