Un condensator de suprafață (în engleză condensing area ) este un termen folosit în mod obișnuit pentru a descrie un schimbător de căldură și un tub de răcire cu apă de căldură , instalat pe fluxul de vapori evacuat de la o turbină cu abur în centralele termice . Acești condensatori sunt schimbători de căldură care transformă vaporii din starea sa gazoasă în starea sa lichidă la o presiune sub presiunea atmosferică. Când apa de răcire este puțină, se folosește adesea un condensator răcit cu aer. Cu toate acestea, un condensator răcit cu aer este semnificativ mai scump și nu poate atinge o presiune (și temperatura) de evacuare a turbinei cu abur la fel de scăzută ca un condensator de suprafață răcit cu apă.
Condensatoarele de suprafață sunt, de asemenea, utilizate în alte aplicații și industrii decât condensarea gazelor de eșapament de la turbinele cu abur din centralele electrice.
În centralele termice, un condensator de suprafață are funcția de condensare a aburului de evacuare dintr-o turbină cu abur pentru a obține o eficiență maximă, precum și de conversie a aburului de evacuare din turbină în apă pură (numită condensat de abur), astfel încât să poată fi refolosită în generatorului de abur sau cazan ca cazan de apă de alimentare.
Turbina cu aburi în sine este un dispozitiv pentru transformarea căldurii în abur în energie mecanică. Diferența dintre căldura aburului pe unitate de masă care intră în turbină și căldura aburului pe unitate de masă care iese din turbină reprezintă căldura transformată în putere mecanică. Prin urmare, cu cât este mai mare conversia căldurii pe kilogram sau pe kilogram de abur în putere mecanică în turbină, cu atât este mai mare eficiența acesteia. Prin condensarea aburului de evacuare dintr-o turbină la o presiune sub presiunea atmosferică, crește căderea presiunii vaporilor între intrarea și ieșirea turbinei, ceea ce mărește cantitatea de căldură disponibilă pentru conversie în putere mecanică. Cea mai mare parte a căldurii degajate de condensul vaporilor de evacuare este îndepărtată de fluidul de răcire (apă sau aer) utilizat de condensatorul de suprafață.
Diagrama opusă ilustrează un condensator tipic de suprafață răcit cu apă utilizat în centralele electrice pentru condensarea aburului de evacuare de la o turbină cu abur care acționează un generator electric , precum și în alte aplicații. Există multe variante ale designului de fabricație în funcție de producător, de dimensiunea turbinei cu abur și de alte condiții specifice locului.
Carcasa este corpul exterior al condensatorului și conține tuburile schimbătorului de căldură. Corpul este realizat din placă de oțel carbon și este întărit la nevoie pentru a asigura rigiditatea corpului. Când este cerut de proiectul ales, plăcile intermediare sunt instalate pentru a servi drept plăci deflectoare care asigură calea de curgere dorită a vaporilor de condensare. Plăcile oferă, de asemenea, suport care ajută la prevenirea lăsării tuburilor lungi.
În partea de jos a corpului, unde se acumulează condens, este instalată o priză. În unele modele, este furnizat un bazin (adesea denumit fântână fierbinte). Condensatul este pompat de la ieșirea fierbinte sau din sondă pentru a fi reutilizat ca apă de alimentare a cazanului .
Pentru majoritatea condensatoarelor de suprafață răcite cu apă, corpul este sub vid parțial în condiții normale de funcționare.
Pentru condensatoarele de suprafață răcite cu apă, vidul învelișului intern este cel mai adesea alimentat și întreținut de un sistem extern de jet de abur . Un astfel de sistem de ejecție folosește aburul ca fluid motor pentru a îndepărta gazele necondensabile prezente în condensatorul de suprafață. Efectul Venturi , care este un caz special al principiului lui Bernoulli , se aplică funcționării ejectoarelor cu jet de abur.
Pompe de vid mecanice, precum cele de tip cu motor cu inel de lichid , sunt de asemenea populare pentru acest serviciu.
La fiecare capăt al învelișului, este prevăzută o foaie cu o grosime suficientă, de obicei din oțel inoxidabil , cu găuri pentru tuburile care trebuie introduse și laminate. Capătul de admisie al fiecărui tub este, de asemenea, împodobit cu un clopot pentru intrarea simplificată a apei. Aceasta pentru a evita vârtejurile de turbulență la intrarea fiecărui tub care provoacă eroziune și reduc frecarea. Unii producători recomandă, de asemenea, inserții din plastic la intrarea tuburilor pentru a preveni deteriorarea vârtejurilor de la capătul de intrare. În unitățile mici, unii producători folosesc ferule pentru a sigila capetele tuburilor în loc să le înfășoare. Pentru a asigura expansiunea pe lungime a tuburilor, unele modele au o îmbinare de expansiune între carcasă și foaia de tuburi, care permite acesteia din urmă să se deplaseze longitudinal. În unități mici, tuburile suferă o cădere pentru a-și acomoda expansiunea, cu cele două cutii de apă capăt atașate rigid la corp.
În general, tuburile sunt fabricate din oțel inoxidabil , aliaje de cupru precum alamă sau bronz, cupronickel sau titan , în funcție de mai multe criterii de selecție. Utilizarea aliajelor care conțin cupru, cum ar fi alama sau cupro-nichelul, este rară în instalațiile noi, din cauza preocupărilor de mediu legate de aliajele de cupru toxice. În plus, în funcție de tratarea apei din ciclul de abur pentru cazan, poate fi de dorit să se evite materialele tubulare care conțin cupru. Tuburile cu condensator din titan sunt în general cea mai bună alegere tehnică, dar utilizarea tuburilor cu condensator din titan a fost practic eliminată prin creșterea bruscă a costului acestui material. Lungimea tuburilor variază de la aproximativ 26 m pentru centralele electrice moderne, în funcție de dimensiunea condensatorului. Mărimea aleasă se bazează pe ușurința transportului de la locul producătorului și ușurința de asamblare la locul de instalare. Diametrul exterior al tuburilor condensatorului variază de obicei de la 3/4 inch la 1-1 / 4 inch, în funcție de considerațiile de frecare a apei de răcire ale condensatorului și de dimensiunea totală a condensatorului.
Tabla tubului la fiecare capăt cu capetele tubului rulat în sus, pentru fiecare capăt al condensatorului, este închisă de un capac fabricat al cutiei numit cutie de apă, cu o conexiune cu flanșă la tabla tubului sau carcasa condensatorului. Cutia cu apă este de obicei prevăzută cu guri de vizitare pe capace articulate pentru inspecție și curățare.
Aceste cutii de apă laterale de admisie vor avea, de asemenea, conexiuni cu flanșă pentru supapele fluture de admisie a apei de răcire, o mică conductă de aerisire cu supapă manuală pentru aerisirea la un nivel superior și o supapă de scurgere manuală în partea de jos pentru drenare. La fel, pe cutia de apă de ieșire, racordul de apă de răcire va avea flanșe mari, supape fluture, o conexiune de ventilație, de asemenea, la un nivel superior și conexiuni de evacuare la un nivel inferior. În mod similar, buzunarele termometrului sunt amplasate la conductele de intrare și ieșire pentru măsurători locale ale temperaturii apei de răcire;
În unitățile mici, unii producători fabrică carcasa condensatorului, precum și cutii de apă din fontă.
Pe partea de apă de răcire a condensatorului:
Tuburile, foile de tuburi și cutiile de apă pot fi realizate din materiale cu diferite compoziții și sunt întotdeauna în contact cu apa care circulă. Această apă, în funcție de compoziția sa chimică, va acționa ca un electrolit între compoziția metalică a tuburilor și cutiile de apă. Acest lucru va provoca coroziunea electrolitică, care va începe cu un număr mai mare de materiale anodice.
Condensatoarele pe bază de apă de mare, în special atunci când apa de mare conține substanțe poluante chimice, au cele mai grave caracteristici de coroziune. Apa de râu poluantă este, de asemenea, nedorită pentru apa de răcire a condensatorului;
Efectul coroziv al apei de mare sau al râurilor ar trebui tolerat și ar trebui adoptate metode de remediere. O metodă este utilizarea hipocloritului de sodiu sau a clorului pentru a vă asigura că nu există creștere marină pe țevi sau tuburi. Această practică trebuie să fie strict reglementată pentru a evita afectarea apei circulante care revine la mare sau la râu.
Pe partea de abur (carcasă) a condensatorului:
Concentrația gazului nedizolvat este mare în comparație cu tuburile din zona de aer. Prin urmare, aceste tuburi sunt expuse la rate de coroziune mai mari. Uneori, aceste tuburi sunt afectate de fisurarea prin coroziune, dacă tensiunea inițială nu este complet ameliorată în timpul fabricării. Pentru a depăși aceste efecte ale coroziunii, unii producători oferă tuburi mai rezistente la coroziune în această zonă.;
Când capetele tuburilor sunt corodate, este posibil ca apa de răcire să pătrundă pe partea de abur, contaminând aburul condensat sau condensul, care este dăunător generatoarelor de abur . Alte părți ale cutiilor de apă pot fi, de asemenea, afectate pe termen lung, necesitând reparații sau înlocuiri care necesită opriri pe termen lung.
De protecție catodică este folosit în general pentru a rezolva această problemă. De sacrificiu anozi de zinc (mai ieftin) sunt montate în locuri potrivite în casetele de apă. Aceste plăci de zinc se vor coroda mai întâi situându-se în domeniul anodului inferior. Prin urmare, acești anodi de zinc trebuie inspectați și înlocuiți periodic. Aceasta implică relativ mai puține perioade de nefuncționare. Cutiile de apă din plăci de oțel sunt, de asemenea, protejate intern cu vopsea epoxidică.
Așa cum v-ați aștepta, cu milioane de galoane de apă care curg prin condensator din apa de mare sau apă dulce, orice în apă care trece prin tuburi poate ajunge pe tubul condensatorului însuși. Curățarea conductoarelor la suprafața tubului poate fi împărțită în cinci categorii principale; murdări de particule, cum ar fi nămolurile și sedimentele, bioincrustarea, cum ar fi nămolul și biofilmele , scalarea și cristalizarea, cum ar fi carbonatul de calciu, macrofouling , care poate include orice, de la midii zebră care pot crește pe tablă de tub, până la lemn sau resturi similare care înfundă tubul și, în cele din urmă, produse de coroziune ( discutat mai devreme).
În funcție de gradul de murdărire, impactul asupra condensatorului poate fi foarte mare pentru a condensa vaporii de eșapament din turbină. Pe măsură ce murdărirea se acumulează în tub, se creează un efect izolator și caracteristicile de transfer de căldură ale tuburilor scad, necesitând deseori încetinirea turbinei până la un punct în care condensatorul poate face față căldurii. De obicei, acest lucru poate avea un cost mare pentru centralele electrice sub formă de producție redusă, consum crescut de combustibil și emisii crescute de CO2. Această „descreștere” a turbinei pentru a ține cont de conductele de condensator murdare sau blocate este un indiciu că instalația trebuie să curățe conductele pentru a reveni la puterea nominală a turbinei. Sunt disponibile diverse metode de curățare, inclusiv opțiuni online și offline, în funcție de condițiile specifice de pe fiecare site:
Codurile de testare naționale și internaționale sunt utilizate pentru standardizarea procedurilor și definițiilor utilizate la testarea condensatoarelor mari. În Statele Unite, ASME publică mai multe coduri de testare a performanței pe condensatoare și schimbătoare de căldură. Acestea includ condensatoarele de abur de suprafață ASME PTC 12.2-2010 și condensatoarele de abur răcite cu aer PTC 30.1-2007.