Разработка и обоснование методов совершенствования рекуперативных теплообменных аппаратов турбоустановок

• Автор: Рябчиков, Александр Юрьевич
• Шифр специальности: 05.04.12
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 357 с. : ил.

РЕФЕРАТ
Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, приложений и списка литературных источников, насчитывающего 260 наименований. Весь материал изложен на 312 страницах машинописного текста, содержит 112 рисунков, 20 таблиц и 2 приложения.
Ключевые слова: турбоустановка, турбина, теплообменный аппарат, трубные системы, моделирование, совершенствование, модернизация, профилированные трубки, теплообмен, гидродинамика, теплогидравличе-ский расчет, эксплуатация, проектирование.
В диссертации выполнено обобщение результатов испытаний серийных теплообменных аппаратов турбоустановок в условиях эксплуатации и сопоставление их с нормативными и расчетными данными, выявившее расхождение между ними. Показана необходимость и целесообразность совершенствования рекуперативных теплообменных аппаратов на основных этапах их жизненного цикла — проектирования и эксплуатации.
Получены количественные зависимости для расчета теплоотдачи и показана высокая тепловая эффективность ряда различно профилированных трубок: ППТ, ТДП, ВВТ и ПВТ, которые рекомендуются к рассмотрению для использования в вертикальных конденсирующих теплообменных аппаратах ПТУ. Получена обобщенная зависимость для расчета влияния вибрации трубки на теплообмен при конденсации.
Разработаны алгоритмы и реализован программный комплекс теплогидравлических расчетов теплообменных аппаратов турбоустановок: конденсаторов ПТУ; вертикальных подогревателей низкого давления и сетевой воды; горизонтальных подогревателей сетевой воды теплофикационных турбин; маслоохладителей турбоустановок.
Проведено промышленное внедрение поверхностей теплообмена из профильных витых трубок в 235 теплсгобменных аппаратах турбоустановок мощностью от 6 до 800 МВт и обобщен опыт их длительной (до 20 лет) эксплуатации.
Систематизированы основные факторы, влияющие на выбор направлений совершенствования аппаратов на этапах проектирования и модернизации. Разработаны основы методики выбора и обоснования методов совершенствования рекуперативных аппаратов турбоустановок на основе системно-структурного анализа.
Представлены примеры реализации системного подхода при решении ряда задач по модернизации теплообменных аппаратов.
Разработаны рекомендации для инженерной практики, позволяющие совершенствовать теплообменные аппараты как при модернизации в условиях эксплуатации, так и при проектировании новых, в том числе рекомендации для расчета теплообменных аппаратов с профильными витыми трубками.
РЕФЕРАТ
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
1. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СЕРИЙНЫХ
ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ ТУРБОУСТАНОВОК В
УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ
ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Жизненный цикл рекуперативного теплообменного аппарата турбоустановки
1.2. Условия эксплуатации и основные факторы, влияющие на эффективность работы теплообменных аппаратов турбоустановок
1.3. Испытания серийных теплообменник аппаратов турбоустановок в условиях эксплуатации и анализ их эффективности
1.4. Сопоставление результатов расчетов теплообменных
аппаратов с данными эксплуатации
1.5. Выбор и обоснование направлений совершенствования теплообменных аппаратов турбоустановок на этапах их проектирования и эксплуатации
1.6. Анализ и обобщение результатов. Постановка задач исследования
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ И ТЕПЛООБМЕНА В
ЭЛЕМЕНТАХ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
ТУРБОУСТАНОВОК
2.1. Выбор и обоснование методов моделирования процессов в рекуперативных теплообменных аппаратах турбоустановок
2.2. Исследование методов интенсификации теплообмена при конденсации пара на поверхности гладких и различно профилированных трубок
2.2.1. Моделирование гидродинамики пленки конденсата на поверхности теплообмена
2.2.2. Конденсация медленно движущегося пара на гладких и различно профилированных трубках
2.2.3. Конденсация движущегося пара на гладких и различно профилированных вертикальных трубках
2.2.4. Конденсация пара на вибрирующей гладкой вертикальной трубке
2.2.5. Капельная конденсация водяного пара
2.3. Исследование гидродинамики и теплообмена при течении одно- и двухфазных теплоносителей в элементах теплообменных аппаратов турбоустановок
2.3.1. Моделирование течения теплоносителя в гладких и различно профилированных трубках
2.3.2. Гидродинамика при течении водовоздушной смеси в трубках
2.3.3. Гидродинамика и теплообмен при течении однофазного теплоносителя в гладких и профильных витых трубках
2.3.4. Гидродинамическое сопротивление при течении однофазного теплоносителя в профилированных
трубках
2.3.5. Гидравлическая проницаемость узла «трубка-промежуточная перегородка» различных вертикальных теплообменных аппаратов турбоустановок
2.4. Выводы
3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИК РАСЧЕТА
РЕКУПЕРАТИВНЫХ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ КАК
ЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОДСИСТЕМ
ТУРБОУСТАНОВОК
3.1. Конденсаторы паровых турбин
3.2. Теплообменные аппараты систем регенеративного подогрева
питательной воды паротурбинных установок
3.3. Теплообменные аппараты систем подогрева сетевой воды
3.4. Маслоохладители
3.5. Выводы
4. ПРОМЫШЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
ТУРБОУСТАНОВОК
4.1. Применение профилированных трубок
4.1.1. Исследование эффективности работы модернизированных теплообменных аппаратов с поверхностью теплообмена из профильных витых
трубок
4.1.2. Обобщение опыта длительной эксплуатации теплообменных аппаратов турбоустановок с профилированными трубками в различных условиях эксплуатации
4.2. Разработка методов обеспечения эффективного
эксплуатационного обслуживания теплообменных аппаратов
турбоустановок
4.2.1. Методы очистки теплообменных аппаратов
4.2.2. Эксплуатационный контроль и определение оптимальных сроков очистки теплообменных аппаратов турбоустановок

{ ор 2м’

К, Вт/(м2- К)
300 С>, кВт

10 в-т/ч
выше расчетного. Это привело к тому, что температура масла на выходе из аппарата на 0,5—0,8°С была ниже расчетной, на основании чего можно сделать вывод, что серийный аппарат после очистки внутренней поверхности работает хорошо и его характеристики несколько лучше расчетных.
Сравнительные испытания серийных маслоохладителей МБ-63-90 проводились в схеме маслоРис. 1.14. Результаты испытаний серийного
маслоохладителя МО-11 турбины ст. № 3 снабжения турбины К-210-130 ст.
Первоуральской ТЭЦ: • - опытные данные; _ _ „ і и
о - результаты расчетов согласно [31] №7 Сургутской ГРЭС-1. На турбине К-210-130 установлены 3 маслоохладителя МБ-63-90, включенные по водяной и масляной сторонам параллельно. Во время испытаний два маслоохладителя были включены по маслу и воде, а третий только по маслу. Нормативное значение температуры масла на выходе из аппарата согласно паспорту составляет 45 °С при температуре масла на входе 55°С, а температура охлаждающей воды на входе 33 °С. Анализ результатов испытаний показал, что серийные маслоохладители МБ-63-90 работают в соответствии с нормативными характеристиками.
Маслоохладители М-540 и М-240, рассчитанные на охлаждение турбинного масла в схеме турбоустановок К-800-240 и Т-250/300-240, представляют собой вертикальный кожухотрубный теплообменник, поверхность охлаждения которого набрана из труб, несущих снаружи спиральное проволочное петельное оребрение, припаянное к поверхности трубы.
В аппаратах М-540 и М-240 вода движется внутри труб, а масло — вдоль труб снаружи. Концы труб, несущих оребрение, крепятся в трубных досках с помощью вальцовки. В пучке между соседними трубками, располо-