Кіріспе
Бу машинасының бөлігі
Жер үсті конденсаторы – жылу электр станцияларында бу турбинасынан шығатын буды конденсациялауға арналған, сумен салқындатылатын қабықшалы-түтікшелі жылу алмастырғыш. Бұл конденсаторлар – буды атмосфералық қысымнан төмен қысымда газ күйінен сұйық күйге айналдыратын жылу алмастырғыштар. Егер салқындату суы жеткіліксіз болса, ауамен салқындатылатын конденсатор жиі қолданылады. Алайда, ауамен салқындатылатын конденсатор әлдеқайда қымбатқа түседі және сумен салқындатылатын жер үсті конденсаторы сияқты бу турбинасының шығатын қысымын (және температурасын) төмендетуге қабілетті емес. Жер үсті конденсаторлары электр станцияларындағы бу турбинасының шығатын буын конденсациялаудан басқа да салалар мен өнеркәсіптерде қолданылады.
Мақсаты
Жылу электр станцияларында беткі конденсатордың мақсаты – максималды тиімділікке қол жеткізу үшін бу турбинасынан шыққан буды конденсациялау, сондай-ақ турбинадан шыққан буды таза суға (бу конденсаты деп аталады) айналдыру, осы суды бу генераторында немесе қазанда қазандыққа берілетін су ретінде қайта пайдалануға болады. Бу турбинасы – будың жылуын механикалық қуатқа айналдыратын құрылғы. Турбинаға кіретін будың бірлік массасына шаққандағы жылу мөлшері мен турбинадан шығатын будың бірлік массасына шаққандағы жылу мөлшері арасындағы айырмашылық – механикалық қуатқа айналған жылуды көрсетеді. Сондықтан, турбинада будың бір килограммынан немесе фунтынан механикалық қуатқа айналатын жылу мөлшері неғұрлым көп болса, тиімділігі де соғұрлым жоғары болады. Турбинаның түтін буын атмосфералық қысымнан төмен қысымда конденсациялау арқасында турбинаның кіретін және шығатын жерлері арасындағы бу қысымының айырмасы артады, бұл механикалық қуатқа айналдыруға қолжетімді жылу мөлшерін ұлғайтады. Конденсация нәтижесінде бөлінетін жылудың көп бөлігі беткі конденсаторда қолданылатын салқындату ортасы (су немесе ауа) арқылы кетіріледі.
Сумен салқындатылған беткі конденсатордың диаграммасы
Жұмыс істеп тұрған электр генераторын қозғалтатын бу турбинасынан шығатын буды конденсациялау үшін электр станцияларында қолданылатын, сумен салқындатылатын әдеттегі беттік конденсатор келесі суретте көрсетілген. Дайын өндірушіге, бу турбинасының көлеміне және басқа да нақты жағдайларға байланысты конструкциялық ерекшеліктер көптеген түрде болады.
Қабықша
Қабық конденсатордың ең сыртқы корпусы болып табылады және жылу алмастырғыш түтікшелерін қамтиды. Қабық көміртекті болаттан жасалған пластиналардан жасалады және қабықтың беріктігін қамтамасыз ету үшін қажет болған жағдайда нығайтылады. Таңдалған конструкция талап еткен кезде, конденсацияланған будың қажетті ағын жолын қамтамасыз ететін баффл пластиналары ретінде қызмет ететін аралық пластиналар орнатылады. Бұл пластиналар сонымен қатар ұзын түтікшелердің мойылуын болдырмауға көмектесетін тіреуді қамтамасыз етеді. Конденсат жиналатын қабықтың төменгі жағында шығыс тесігі орнатылған. Кейбір конструкцияларда жинағыш (көбінесе ыстық шұңқыр деп аталады) қарастырылған. Конденсатты қайта пайдалану үшін, қазандыққа су беру ретінде шығыс тесігінен немесе ыстық шұңқырдан сорғылайды. Көптеген сумен салқындатылатын беттік конденсаторлар үшін қабық қалыпты жұмыс жағдайында [ішінара] вакуум астында болады.
Вакуумдық жүйе
Сумен салқындатылатын беттік конденсаторлар үшін қабықтың ішкі вакуумы көбінесе сыртқы бу сорғыш жүйесімен қамтамасыз етіліп, сақталады. Мұндай сорғыш жүйесі қозғалтқыш сұйықтық ретінде буды пайдаланып, беттік конденсаторда кездесетін конденсацияланбайтын газдарды шығарып тастайды. Бу сорғыштарының жұмыс істеу принципі Бернулли қағидатының ерекше жағдайы болып табылатын Вентури эффектісіне негізделген. Сұйық сақиналы типтегі электрмотормен жұмыс істейтін механикалық вакуум сорғылары да осы мақсатта жиі қолданылады.
Құбырлар
Қаптаманың әр екі шетінде де, әдетте тот баспайтын болаттан жасалған, жеткілікті қалыңдығы бар табақтар қарастырылған, оларға құбырларды салыстырып, орау үшін тесіктер жасалады. Әрбір құбырдың кіреберіс жағы судың тегіс ағыны үшін кеңейтілген. Бұл әрбір құбырдың кіреберісінде пайда болатын айналмалы ағындардан туындайтын тозуды болдырмау және ағын кедергісін азайту үшін жасалады. Кейбір өндірушілер құбырлардың кіреберісіне тозуды болдырмау үшін пластикалық енгізулерді де ұсынады. Шағын құрылғыларда кейбір өндірушілер құбыр ұштарын ораудың орнына, оларды бекіту үшін муфталарды пайдаланады. Құбырлардың ұзындығы бойынша кеңеюін ескере отырып, кейбір конструкцияларда қабықша мен құбыр табағы арасында кеңею буыны қарастырылған, бұл соңғысының бойлық бағытта жылжуына мүмкіндік береді. Шағын қондырғыларда құбырлардың кеңеюін қамтамасыз ету үшін құбырларға сәл иілділік беріледі, ал екі шетіндегі су камералары қабықшаға берік бекітіледі.
Құбырлар
Жалпы, құбырлар бірнеше таңдау критерийлеріне байланысты тот баспайтын болаттан, мыс қорытпаларынан – мыс, қола, купроникель немесе титаннан жасалады. Жаңа станцияларда мыс немесе купроникель сияқты мыс қорытпаларын пайдалану сирек, себебі олардың құрамындағы улы мыс қоршаған ортаға зиянды. Сонымен қатар, қазандықтың бу циклындағы суды тазарту тәсіліне байланысты, құрамында мыс бар құбыр материалдарын қолданудан аулақ болу қажет. Титаннан жасалған конденсатор құбырлары әдетте ең қолайлы техникалық шешім болып табылады, бірақ осы материалдың бағасының күрт өсуіне байланысты титан конденсатор құбырларын пайдалану іс жүзінде тоқтатылды. Құбыр ұзындығы конденсатордың көлеміне байланысты, қазіргі заманғы электр станцияларында шамамен 85 футқа (26 метрге) жетеді. Таңдалған өлшем өндіруші орнынан тасымалдаудың және орнату орнында монтаждаудың ыңғайлылығына негізделген. Конденсатор құбырларының сыртқы диаметрі әдетте 3/4 дюймнен 1 1/4 дюймға дейін ауытқиды, бұл конденсаторды салқындату суының қарсылығын және конденсатордың жалпы көлемін ескере отырып анықталады.
Су қораптары
Конденсатордың әрбір ұшындағы құбыр ұштары дөңгеленген құбыр табағы, су қорабы деп аталатын жасалған қақпақпен жабылады, ол құбыр табағына немесе конденсатор қабығына фланцты қосылыс арқылы бекітіледі. Су қорабы әдетте тексеру және тазалау үшін шарнирлі қақпақтардағы адам кіретін тесіктерімен жабдықталады. Бұл су қорабының кіретін жағында салқындату суының кіретін клапандары үшін фланцты қосылыстар, жоғары жағында ауаны шығаруға арналған қол клапаны бар кішкентай желдеткіш құбыры және су қорабын жөндеу үшін төменгі жағында қолмен ашылатын су ағызу клапаны болады. Сол сияқты, шығатын су қорабында салқындату суының қосылысында үлкен фланцтар, көбелек клапандар, сондай-ақ жоғары жағында желдеткіш қосылысы және төменгі жағында дренаждық қосылыс болады. Суды салқындату температурасын жергілікті өлшеу үшін кіретін және шығатын құбырларда термометр ұялары орналасқан. Шағын агрегаттарда кейбір өндірушілер конденсатор қабығын және су қораптарын құйма темірден жасайды.
Тотығудың әсері
Түтіктердің ұштары тозған кезде, бу жағына салқындату суының ағуы мүмкін, бұл конденсатталған буды немесе конденсатты ластайды және бу генераторлары үшін зиянды. Ұзақ мерзімде су камераларының басқа бөліктері де зардап шегуі мүмкін, соның салдарынан ұзаққа созылатын тоқтатулармен жөндеу немесе ауыстыру қажет болуы мүмкін.
Коррозиядан қорғау
Катодтық қорғау әдетте осы мәселені шешу үшін қолданылады. Мырыштан жасалған құрбандық анодтары (ең арзан болғандықтан) су қораптарының ішінде тиісті жерлерге орнатылады. Бұл мырыш пластиналары анодтар қатарындағы ең төменгі диапазонда болғандықтан бірінші болып тозады. Сондықтан, осы мырыш анодтарын мерзімік тексеру және ауыстыру қажет. Бұл салыстырмалы түрде аз тоқтау уақытын талап етеді. Болат пластиналардан жасалған су қораптарының ішкі жағы эпоксидті бояумен де қорғалады.
Құбырдың жағында ластанудың әсері
Күтілгендей, конденсатор түтіктері арқылы теңіз немесе тұщы судан миллиондаған галлон су ағып өтетін болғандықтан, су ағысының құрамындағы кез келген нәрсе әрі қарай конденсатор түтіктерінің табақтарына (бұрын талқыланған) немесе түтіктердің ішіне түсуі мүмкін. Беттік конденсаторлар үшін түтік жағындағы ластану бес негізгі санатқа бөлінеді: балшық және шөгінді сияқты бөлшекті ластану, лай және биофильмдер сияқты биоластану, кальций карбонаты сияқты масштабталу және кристалдану, түтік табағында өсетін зебра мидияларынан бастап, түтіктерді бітетін ағаш немесе басқа да қоқыстарды қамтитын макроластану, сондай-ақ коррозия өнімдері (бұрын талқыланған). Ластану деңгейіне байланысты, конденсатордың турбинадан шығатын буды конденсациялау қабілетіне тигізетін әсері өте ауыр болуы мүмкін. Түтіктердің ішінде ластану жиналған кезде оқшаулағыш эффект пайда болады және түтіктердің жылу алмасу қасиеттері төмендейді, көбінесе турбинаны конденсатор шығарылатын буды қабылдай алатын деңгейге дейін баяулату қажеттігі туындайды. Әдетте, бұл электр станциялары үшін өндірістің төмендеуі, отын шығындарының артуы және көмірқышқыл газы эмиссиясының ұлғаюы түрінде қымбатқа түседі. Конденсатордың ластанған немесе бітелген түтікшелеріне бейімделу үшін турбинаның "қуатын төмендетуі" – бұл қондырғыдағы түтіктерді тазалап, турбинаның номиналды қуатына оралу қажеттігінің көрсеткіші. Тазалаудың әртүрлі әдістері бар, оның ішінде желіде және желіден тыс тазалау опциялары, станцияның нақты жағдайларына байланысты қолданылады.
Сынау
Ұлттық және халықаралық сынақ кодекстері үлкен конденсаторларды сынауда қолданылатын процедуралар мен анықтамаларды стандарттау үшін пайдаланылады. АҚШ-та ASME конденсаторлар мен жылу алмастырғыштарға қатысты бірнеше өнімділік сынақ кодекстерін жариялайды. Оларға ASME PTC 12.2 2010, Бумен жуықтайтын конденсаторлар және PTC 30.1 2007, Ауамен салқындатылатын бу конденсаторлары кіреді.