ZÁPADOESKÁ UNIVERZITA V PLZNI

Transkript

1 ZÁPADOESKÁ UNIVERZITA V PLZNI Studijní program: N2301 Strojní inženýrství Studijní obor: 2302T041 Stavba jadern energetických zaízení Návrh funkního PID strojovny prmyslové parní turbíny 40 MW s teplofikací Autor: Bc. Andrea PTOVÁ Vedoucí práce: Ing. Zdenk JZA, Ph.D. MBA Akademický rok 2014/2015

2 Zadání

3 Prohlášení o autorství Pedkládám tímto k posouzení a obhajob diplomovou práci, zpracovanou na závr studia na Fakult strojní Západoeské univerzity v Plzni. Prohlašuji, že jsem tuto diplomovou práci vypracovala samostatn, s použitím odborné literatury a pramen, uvedených v seznamu, který je souástí této diplomové práce. V Plzni dne: podpis autorky

4 ANOTANÍ LIST DIPLOMOVÉ PRÁCE AUTOR Píjmení Ptová Jméno Andrea STUDIJNÍ OBOR 2302T041 Stavba jadern energetických zaízení VEDOUCÍ PRÁCE Píjmení (vetn titul) Ing. Jza, Ph.D. MBA Jméno Zdenk PRACOVIŠT ZU - FST - KKE DRUH PRÁCE DIPLOMOVÁ BAKALÁSKÁ Nehodící se škrtnte NÁZEV PRÁCE Návrh funkního PID strojovny prmyslové parní turbíny 40MW s teplofikací FAKULTA strojní KATEDRA KKE ROK ODEVZD POET STRAN (A4 a ekvivalent A4) CELKEM 67 TEXTOVÁ ÁST 55 GRAFICKÁ ÁST 12 STRUNÝ POPIS (MAX 10 ÁDEK) ZAMENÍ, TÉMA, CÍL POZNATKY A PÍNOSY Diplomová práce se zabývá návrhem funkního schématu PID strojovny, s turbínou 40MW, NT a VT regenerací a dvma OTV. Schéma obsahuje potebné armatury a zaízení. U všech potrubních tras byl uren vhodný materiál a také DN. Souástí diplomové práce je také specifikace zvyšovacího erpadla topného kondenzátu VTO a výpoet množství kondenzátu vzniklého pi prohevu turbíny. KLÍOVÁ SLOVA ZPRAVIDLA JEDNOSLOVNÉ POJMY, KTERÉ VYSTIHUJÍ PODSTATU PRÁCE Schéma PID, pára voda, výpoet DN, tlakové ztráty erpadla, množství kondenzátu

5 SUMMARY OF DIPLOMA SHEET AUTHOR Surname Ptová Name Andrea FIELD OF STUDY 2302T041 Nuclear Power Equipment Design SUPERVISOR Surname (Inclusive of Degrees) Ing. Jza, Ph.D. MBA Name Zdenk INSTITUTION ZU - FST - KKE TYPE OF WORK DIPLOMA BACHELOR Delete when not applicable TITLE OF THE WORK Design of PID diagram for 40 MW steam turbine with district water heaters. FACULTY Mechanical Engineering DEPARTMENT Machine Design SUBMITTED IN 2015 NUMBER OF PAGES (A4 and eq. A4) TOTALLY 67 TEXT PART 55 GRAPHICAL PART 12 BRIEF DESCRIPTION TOPIC, GOAL, RESULTS AND CONTRIBUTIONS This Master thesis is focused on a PID diagram I have designed. The diagram features a 40 MW turbine a low pressure heater (LPH), high pressure heaters (HPH) and two district water heaters (DWH). The diagram includes the fittings and equipment needed. Suitable material and DN was chosen for every piperine. The next part of the Masters thesis is about the specification of a booster pump: this is followed by a section which focused on the calculation of the quantity of condensate created by preheating. KEY WORDS PID diagram, steam water, calculation of DN, pressure looses of pupmp, quantitny of condensate

6 Podkování Podkování patí vedoucímu mé diplomové práce panu Ing. Zdeku Jzovi, Ph.D. MBA, za odborné vedení mé práce a za cenné rady a pipomínky. Dkuji také konzultantovi diplomové práce panu Ing. Jiímu Blovskému, za odborné rady, pínosné konzultace a za trplivost pi pedávání nových poznatk. Ráda bych také podkovala svým kolegm ze spolenosti Doosan Škoda Power, kteí mi pomáhali získávat cenné informace z praxe, pedevším bych chtla podkovat panu Ing. Václavu Lepiovi a Ing. Danielu Baselidesovi, kteí mi pomohli najít správný smr pi ešení úkol v diplomové práci. V neposlední ad chci podkovat celé své rodin, pedevším však svým rodim, kteí m podporovali bhem celé doby studia. Velký dík také patí mému partnerovi za trplivost a podporu pi psaní této práce.

7 Obsah Seznam obrázk a tabulek... 9 Seznam použitých zkratek a jednotek Úvod Návrh funkního PID strojovny Turbogenerátor Turbína Odbry Výstup turbíny Ohívák topné vody 1 (OTV1) Kondenzátní erpadla. 1 a Ohívák topné vody. 2 (OTV 2) Kondenzátní erpadla. 3 a Nízkotlaký ohívák 1 (NTO 1) Napájecí voda Vysokotlaký ohívák. 1 (VTO 1) Zvyšovací erpadlo Vysokotlaký ohívák. 2 (VTO 2) Systém komínkové a ucpávkové páry Vnitní okruh systému ucpávkové páry Ucpávkový okruh s regulovaným tlakem Systém komínkové páry Kondenzátor komínkové páry Expandér provozních kondenzát (EPK) By passový kondenzátor Provozní režimy by- passového kondenzátoru Kondenzátní erpadlo Parní sbrna Vývvy Odvodnní Pedpokládané umístní odvodnní Dimenzování potrubních tras Výbr vhodného materiálu Dimenzování potrubí Návrh správného DN Návrh tloušky potrubí Specifikace zvyšovacího erpadla topného kondenzátu VTO... 37

8 4.1. Tlaková ztráta v potrubí Tlaková ztráta tecí Tlaková ztráta místní Tecí ztráta v sacím potrubí Místní ztráty v sacím potrubí Celková tlaková ztráta v sacím potrubí a tlak na sání erpadla Tecí ztráta ve výtlaném potrubí Místní ztráty ve výtlaném potrubí Celková tlaková ztráta ve výtlaném potrubí a tlak na výtlaku erpadla Tlakový rozdíl na erpadle Volba erpadla Posouzení vhodnosti zavedení topného kondenzátu VTO do trasy hlavního kondenzátu nebo pímo do napájecí nádrže Výpoet množství kondenzátu vzniklého pi prohevu turbíny Funkní popis zapojení schématu s bližším zamením na dálkov ovládané armatury a zaízení funkního celku VTO Závr Seznam literatury a informaních zdroj Seznam píloh... 55

9 Seznam obrázk a tabulek Obr. 2.1: Diagram projektového procesu ve spolenosti Doosan Škoda Power Tabulka 2.1: Zkratky pro KKS kódy užívané ve spolenosti Doosan Škoda Power Obr. 2.1:Zapojení OTV Obr. 2.2:Zapojení NTO Obr. 2.3:Zapojení VTO Obr. 2.4:Sekce ucpávek u pední ásti turbíny [12] Obr. 2.5: Zapojení EPK Obr. 2.6 : Zapojení by - passového kondenzátoru Obr.2.13: Konstrukce plovákového odvade kondenzátu [8] Tabulka 3.1: Doporuené rychlosti pro uvedená média v potrubí Tabulka 3.2: Doporuený záporný pídavek tloušky [9] Obr. 3.1: Tloušky stn v ohybu potrubí Obr. 4.1: Rychlostní profil v trubce kruhového prezu 1 laminární profil, 2 turbulentní profil [1] Obr. 4.3: Obtékání klapky [2] Tabulka 4.1:Vstupní hodnoty pro výpoet tlakové ztráty v sacím potrubí Obr. 4.4: Moodyho diagram pro urení [3] Tabulka 4.2: Pehled všech lokálních odpor na trase sání Tabulka 4.3: Rozmry potrubí výtlaku erpadla Tabulka 4.4: Vstupní hodnoty pro výpoet tlakových ztrát na výtlaku erpadla Tabulka 4.5:Vypotené hodnoty pro jednotlivá potrubí Tabulka 4.6: Lokální odpory pro DN Tabulka 4.7: Lokální odpory pro DN Tabulka 4.8: Lokální odpory pro DN Tabulka 4.9: Místní tlaková ztráta pro jednotlivá potrubí Tabulka 4.10: Tlakový spád na erpadle u vybraných provoz Obr.4.5: Nátoková výška erpadla Obr. 4.6: Charakteristika erpadla a jeho úinnos Obr. 5.1:T - s diagram vody a vodní páry Tabulka 5.1:Množství vzniklého kondenzátu

10 Seznam použitých zkratek a jednotek Zkratka BS EPK KKP NTO OTV PID VTO Bilanní schéma Expandér provozních kondenzát Kondenzátor komínkové páry Nízkotlaký ohívák Ohívák topné vody Procesní a pístrojový diagram Vysokotlaký ohívák Oznaení Jednotky Název C p kj/kg Mrná tepelná kapacita pi konstantním tlaku D m Vnitní prmr D v m Vnjší prmr potrubí e m Minimální tlouška stny potrubí e a m Analyzovaná tlouška stny potrubí e ext m Tlouška stny potrubí, vnjší strana oblouku e int m Tlouška stny potrubí, vnitní strana oblouku f Pa Dovolené namáhání materiálu h kj/kg Entalpie l st J/kg Mrné pedané teplo m kg Hmotnost p c Pa Výpotový petlak p h Pa Hydrostatický tlak p místní Pa Tlaková ztráta místní p t Pa Tlaková ztráta tením Q Kg/s Prtok potrubím Re - Reynoldsovo íslo S m 2 Prez potrubí t m Tlouška stny T C Teplota t min as z - Souinitel hodnoty podélného svarového spoje mm Absolutní drsnost - Relativní drsnost kg/ms Dynamická vazkost - Souinitel tení m 2 /s Kinematická vazkost místní - Místní ztrátový koeficient tecí - Tecí ztrátový koeficient kg/m 3 Hustota vody 10

11 1. Úvod Pedkládaná diplomová práce je pedevším zamena na návrh funkního schématu PID strojovny s prmyslovou parní turbínou. Cílem práce je vytvoit schéma, na základ kterého lze navrhnout reálnou funkní strojovnu, která mže být v praxi skuten realizována. Práce mže sloužit jako podklad pro tvorbu PID schémat pro budoucí projektanty ve spolenosti Doosan Škoda Power. Práce obsahuje podrobný popis všech použitých zaízení a také vysvtlení zpsobu zapojení a použití jednotlivých armatur, jsou zde navržena vhodná místa pro umístní odvodnní a mení. Zadané schéma je tvoeno turbínou o výkonu 40 MW, dvma ohíváky topné vody, jedním nízkotlakým ohívákem a dvma vysokotlakými ohíváky. Jejich zapojení bude ureno pomocí bilanních schémat. Souástí schématu budou i zaízení nutná pro provozování teplárny, napíklad by passový kondenzátor, systém ucpávkové a komínkové páry, kondenzátor komínkové páry, vývvy, expandér provozních kondenzát, erpadla atd. Nezbytnou souástí správn vytvoeného schématu je volba typu materiálu a DN pro všechny potrubní trasy, tímto tématem se zabývá jedna kapitola této práce. Další ást práce je urena specifikaci zvyšovacího erpadla. V této kapitole bude uveden výpoet tlakových ztrát jak ve výtlaném, tak v sacím potrubí erpadla. Na základ tlakových ztrát, tlak v nádobách a dispoziního ešení strojovny bude vybráno vhodné zvyšovací erpadlo. Bude zde posouzeno, pi jakých režimech bude erpadlo provozováno a také zda je vhodné zavést topný kondenzát do napájecí nádrže nebo do trasy hlavního kondenzátu. Jedna z kapitol bude vnována prohevu turbíny. Bude zde popsán postup prohevu parovod a turbíny ze studeného stavu. Tento prohev je provádn kondenzací páry, množství vzniklého kondenzátu bude vypoítáno a bude uveden hodinový prtok kondenzátu pes odvodnní. Závr práce je vnován funknímu popisu vysokotlaké regenerace s bližším zamením na dálkov ovládané armatury tohoto celku. Bude zde uvedena funkce armatur pi najíždní a pi regulování hladiny topného kondenzátu v ohívácích. 11

12 2. Návrh funkního PID strojovny Návrh funkního schématu strojovny je tvoen dle vstupních podklad, kde jsou uvedeny základní parametry strojovny. V tomto konkrétním pípad je zadáno vytvoení schématu strojovny s prmyslovou parní turbínou 40 MW. Další zadaná zaízení jsou dva ohíváky topné vody, jeden ohívák nízkotlaké regenerace a dva ohíváky vysokotlaké regenerace. Ostatní zaízení, která jsou nutná k provozování zadané teplárny, se do schématu pidávají automaticky, není nutné je v zadání konkrétn jmenovat. Obchod, IST, Servis - Podepsání smlouvy Technický úsek - - Tepelné výpoty - HBD - konstrukní návrh turbíny - Kondenzace a Realizace - výpoty ucpávek - výpotový list turbíny - definitivní výpoty Realizace - Strojní projekce Schémata Pára - voda Olej Dispozice Výrobn montážní dokumentace Konstrukce - Systém kontroly a ízení (SK) - Elektro - Stavební úsek Výroba Dokumentace pro zákazníka - For Engineering (základní projekt) - For Construction (Provádcí projekt) Dokumentace pro subdodavatele -Poptávky - Specifikace do smlouvy Realizace projektu Obr. 2.1: Diagram projektového procesu ve spolenosti Doosan Škoda Power Dležitou vstupních informací je bilanní schéma, které je poskytnuto oddlením tepelných výpot od spolenosti Doosan Škoda Power. V bilanním schématu (Píloha 1) je vypoítán 12

13 cyklus pára voda pro zadaný návrh strojovny vetn všech zaízení. Na BS jsou znázornny pouze hlavní potrubní trasy, pro každou trasu je vypoítán takzvaný bilanní kíž, ve kterém jsou uvedeny všechny dležité parametry protékajícího média: teplota, tlak, prtok a entalpie. Tyto parametry jsou napoítány pro nkolik provoz, dle toho, jak si zákazník peje danou teplárnu provozovat. Na základ bilanního schématu získáme pedstavu o parametrech páry a vody a jejich toku pi rozdílných provozech, o potu odbr z turbíny a o zapojení do píslušných zaízení. Podle parametr v píslušných potrubních trasách zvolíme správný materiál a DN u jednotlivých potrubí. Tvorba schématu je závislá na vstupních podkladech poskytovaných nkolika oddleními ve spolenosti Doosan Škoda Power. Na vytvoené schéma navazují další oddlení. Napíklad podle PID schématu vzniká v oddlení dispozic reálná dispozice strojovny, kde jsou jednotlivá zaízení, potrubí, armatury, erpadla atd. nakreslena ve 3D v programu PDMS. Na obrázku 2.1 je schematicky znázornna cesta projektu ve spolenosti Doosan, od jeho poátku až k samotné realizaci. Jedná se o orientaní schéma, samotný proces je velice zdlouhavý a nkolikrát se celý tok informací vrací zpt a projde opt všechna oddlení. Mže to být zpsobeno napíklad zmnou požadavk od zákazníka, nebo je teba provést rzné optimalizace, které je nutné v každé fázi projektu opt posoudit a zapracovat. Samotné kreslení schématu PID bylo provádno v programu AutoCAD Mechanical Schematicky je zde znázornn turbogenerátor, všechna zadaná i potebná zaízení s kompletním umístním armatur a potrubních tras. Vytvoené schéma PID je piloženo k této práci jako vložená píloha. Tvorba schématu se ídí uritými zásadami a pravidly. Potrubní trasy jsou od sebe vzájemn barevn odlišeny v závislosti na protékajícím médiu.napíklad parní potrubí je znaeno erven, zatímco trasy kondenzátu jsou modré atd. Toto barevné znaení slouží pro lepší pehlednost a orientaci, píslušné barevné rozlišení je vysvtleno v legend nad razítkem výkresu. V této legend je také uveden pehled všech znaek píslušných armatur a dalších zaízení. Standardem pi oznaování prvk schématu je KKS kódování. KKS kód vznikl pvodn v Nmecku ze slovního spojení Kraftwerk Kennzeichen System, toto kódování slouží k jednotnému systému znaení energetických zaízení. Každé zaízení i potrubní trasa má své konkrétní oznaení, podle kterého mžeme urit, o jaký typ zaízení, i potrubí se jedná. Pro pedstavu mžeme uvést KKS znaení potrubních tras a zaízení užívané ve spolenosti Doosan Škoda Power (tabulka 2.1). Zkratky uvedené v tabulce 2.1 jsou u potrubí dále kombinované s íslicemi a další zkratkou BR, tzv. Branch. Ta spolu s íslicí uruje typ potrubní trasy, zda se jedná napíklad o hlavní trasu, odvodnní i odvzdušnní. Máme li napíklad oznaení trasy MAW10BR001, znamená to, že se jedná o hlavní potrubní trasu komínkové páry, zatímco MAW10BR110 je odvodnní této trasy. Kombinací tchto zkratek získá každé zaízení, potrubní trasa, armatura, erpadlo atd. svj unikátní KKS kód, podle kterého jej mžeme identifikovat. Zkratka PID je z anglitiny a znamená Process&Instrumentation Diagram, v pekladu ho mžeme nazvat jako procesní a pístrojový diagram. Diagram má znázorovat použitá zaízení a jejich zapojení do procesu strojovny. V této kapitole bude popsána funkce jednotlivých zaízení, jejich zapojení, píslušné potrubní trasy, armatury a mení. 13

14 !" #$ %! #$ &'())'#$ % *$ +!),- $ % ).' %% &,/, 0 *)1 % # *2(2 % 2$#.- % &! & $%3)))! %+ *2 4 #$(!- %5 2#$. /67( %* 2 $ $#318(-)/( %4 9/!(!- &.(6-'( %: $-1'(!/ &% /' -' &0 /, % '(.; &% #"1!/!-(/ $ 5< #)( < *"!-' 5+% #'(- 0 &!6 Tabulka 2.1: Zkratky pro KKS kódy užívané ve spolenosti Doosan Škoda Power 2.1. Turbogenerátor Turbogenerátor je zaízení sloužící k výrob elektrické energie pomocí expanze páry. Pehátá pára vstupuje na turbínu pes ventilové komory. U zadané turbíny je jedna komora s rychlozávrným ventilem a druhá komora se tymi regulaními ventily. Rychlozávrný ventil má pouze dv pracovní polohy oteveno a zaveno. Pi jeho otevení nepouštíme páru pímo do turbíny, ale pouze do komory s regulaními ventily, které mohou pouštt páru do turbíny. Regulaní ventily se otevírají postupn, dle poteb turbíny a v návaznosti na pedchozí otevíraný ventil. Rychlozávrný ventil má pedevším bezpenostní funkci, pi zavení je tsný a pára se pes nj do turbíny nemže dostat, na rozdíl od regulaních ventil, které se provozem mohou opotebovat a páru podpouštt. Pára vstupuje na turbínu, kde proudí pes rozvádcí a obžné lopatky, expanduje a roztáí rotor turbíny na jmenovitých 5500 otáek za minutu. Tyto otáky neodpovídají frekvenci elektrické sít, proto jsou pomocí pevodovky zpevodovány na 1500 ot/min. Pevodovka je spojena s generátorem, kde z mechanické kinetické energie vzniká energie elektrická. Souástí generátoru je budi a vzduchový chladi, který chladí generátor. 14

15 Turbína 15 Zadaná turbína je protitlaká, expanze páry zde probíhá až do tlaku, který je dán ohívákem topné vody. 1, na výstupu z turbíny. Ochrana protitlaké turbíny je zajištna pojistnou membránou, umístnou na výstupní ásti turbíny. Pi pekroení stanoveného tlaku je pojistná membrána protržena a tlak je snížen únikem páry ven z turbíny. Na tlese turbíny je umístno mení teploty vnjšího a vnitního tlesa. Mení jsou vždy umístna proti sob, kontrolují se teplotní diference mezi nimi.v pípad velkého teplotního rozdílu dochází k teplotním deformacím, které mohou vést k havárii turbíny. Další mení na turbín je mení tlaku za A kolem a mení teploty na výstupu z turbíny Odbry Dle bilanních schémat je na turbín umístno pt odbr. První odbr je zaveden do ohíváku topné vody. 2. Druhý odbr je piveden do nízkotlakého ohíváku 1. Tetí odbr je uren k napájení parní sbrny. tvrtý a pátý odbr jsou zavedeny do vysokotlaké regenerace, tvrtý do VTO1, pátý do VTO2. Na každém odbru je za výstupem z turbíny umístno mení teploty a tlaku, které slouží pro diagnostiku provozního stavu. Na všech pti odbrových trasách je umístna zptná klapka s pohonem. Pohon se u zptné klapky používá pi tlaku v odbru vtším než 1,5 bar (a).ve všech odbrech je provozní tlak vyšší než 1,5 bar (a). Pi výpadku turbíny dojde k uzavení rychlozávrného ventilu a k odfázování turbíny od sít. Uzavením pívodu páry poklesne v turbín tlak. Souasn s rychlozávrným ventilem se zavírají regulaní ventily a zptné klapky v odbrech, které zabraují zptnému proudní páry z odbrového potrubí zpt do turbíny. V pípad odfázování turbogenerátoru a neuzavení zptné klapky mže pára z odbru proudit zpt do turbíny a odlehenou turbínu roztoit až pes pebhové otáky. Pekroením pebhových otáek mže dojít k havárii turbíny a k poškození turbíny i okolních zaízení. Na trase tetího odbru jsou dv zptné odbrové klapky, jedna má asistenní pohon, druhá je zptná samoinná. Dv klapky jsou zde z dvodu bezpenosti, protože tetí odbr je zaveden do parní sbrny, kam je piveden i cizí zdroj páry. Pi využívání cizího zdroje mže pára ze sbrny proudit do odbrového potrubí a pak do turbíny, dv klapky zvyšují bezpenost. Význam parní sbrny je popsán v kapitole Na pátém odbru je umístna píruba pro pipojení vysoušecího vzduchu. V pípad delšího odstavení turbíny se turbína musí vysušit a následn udržovat v suchém stavu, aby nekorodovaly vnitní ásti turbíny. Proto je dobré v tchto pípadech turbínu pomocí tohoto vstupu profukovat, pi oteveném montážním prostoru v zadní ásti turbíny. Pes pírubu se pipojí vysouše, kterým vysoušíme zavádný vzduch a tímto vzduchem vysoušíme a udržujeme turbínu v suchém stavu.soustrojí tak lépe chráníme pi dlouhých odstávkách Výstup turbíny Výstupní pára z turbíny je pivedena do ohíváku topné vody íslo 1 (OTV1). Za výstupem z turbíny je umístn sestik výstupní páry, který v pípad nutnosti snižuje výstupní teplotu páry na požadovanou hodnotu. Chráníme tak ohívák proti pekroení návrhových parametr. Za sestikem je umístno mení teploty a tlaku. Výstup z turbíny je z konstrukních dvod ešen jako obdélníkový, následn se redukuje na klasický kruhový prez, který vede do ohíváku topné vody. Do této potrubní trasy je pipojeno parní potrubí vedoucí z expandéru provozních kondenzát (EPK). Jak na trase výstupu z turbíny, tak na trase

16 Západoeská univerzita v Plzni. Fakulta strojní. Diplomová práce, akad. rok 2014/15 vedoucí z EPK, je umístn kompenzátor, který umožuje dilatace potrubí, které jsou zpsobeny vlivem teplotní roztažnosti použitých materiál Ohívák topné vody 1 (OTV1) Uvažovaná strojovna je urena pro teplárenské úely. V teplárn se pára využívá k výrob topné vody a k výrob elektrické energie. Topná voda je horkovody dále distribuována pro vytápní, ohev teplé užitkové vody a jiné technologické úely. Obr. 2.1:Zapojení OTV 1 K ohevu horké vody jsou využívány ohíváky topné vody. Ohívák topné vody je tepelný výmník, ve kterém je kondenzací páry ohívána topná voda. Topná voda proudí výmníkem pes trubkové svazky. Trubkové svazky jsou obtékány pivedenou párou, která na tchto 16

17 svazcích kondenzuje a odevzdává tak teplo topné vod. Topná voda je po ohátí v OTV 1 zavedena do ohíváku topné vody. 2, kde je její teplota zvýšena kondenzací páry z prvního odbru. Na trase topné vody jsou ped vstupem do ohíváku topné vody. 1 umístny dv uzavírací klapky. Na výstupu z ohíváku topné vody. 2 je na trase cirkulaní vody umístn druhý pár uzavíracích klapek. Dvojice klapek slouží k bezpenému oddlení tras a tím k uzavení vodní strany ohívák. Je to z dvodu bezpenosti, aby pi prasknutí trubky v trubkovém svazku nedošlo k zaplnní ohíváku vodou a vniknutí vody do turbíny. Hlavní kondenzát, který vznikl kondenzací topné páry v OTV 1, stéká na dno ohíváku. Výška hladiny kondenzátu v ohíváku je mena temi hladinomry. Pi mení temi hladinomry je využíván princip dvou ze tí, pi kterém jsou porovnávány namené hodnoty od každého hladinomru. Jestliže alespo dva hladinomry ukazují stejnou hodnotu, mžeme mení považovat za správné. Tímto principem je eliminováno chybné mení vlivem poruchy jednoho z hladinomr. Na ohíváku je k tmto tem hladinomrm instalován ješt jeden místní hladinomr, který ukazuje výšku hladiny pímo na ohíváku. Pi prvním spouštní, kdy je nutné zaplnit všechny trasy kondenzátu, je do ohíváku topné vody. 1 pivedena demi voda (obr. 2.1) Kondenzátní erpadla. 1 a 2. Hlavní kondenzát vzniklý v OTV 1 je z ohíváku oderpáván kondenzátním erpadlem. Na trase hlavního kondenzátu, vedoucího z OTV 1, jsou umístna dv identická erpadla v provedení 2 x 100%. Pro erpání kondenzátu je využíváno pouze jedno erpadlo. V pípad poruchy tohoto erpadla je druhé erpadlo pipraveno k záskoku a k zajištní bezpeného provozu celého bloku. Ped sáním erpadla je umístn filtr, který istí erpaný kondenzát od pípadných neistot, které by mohly erpadlo poškodit. Ped a za filtrem je instalováno mení tlaku, velká tlaková ztráta na filtru indikuje jeho zanesení a je nutné provést jeho vyištní, i výmnu. Na výtlaku erpadla je zptná klapka, která znemožuje prtok kondenzátu smrem k erpadlu, které je záskokové a nepracuje. Ped a za erpadlem jsou umístné uzavírací klapky, ty slouží k uzavení trasy sání a výtlaku erpadla. Po uzavení tras mžeme provádt údržbu erpadla i filtru. Na sání a výtlaku erpadla je umístno místní mení tlaku, mžeme tak pímo u erpadla zjistit, zda pracuje. Na výtlaku erpadla jsou instalována mení tlaku a teploty, která dávají signály do ídicího systému pro operátora. Otáky erpadla jsou regulovány frekvenním mniem, ten mní hodnotu otáek na základ signálu picházejícího od hladinomr na OTV1 a tím reguluje prtok kondenzátu. Z výtlaku kondenzátního erpadla. 1 nebo 2 je hlavní kondenzát erpán do ohíváku topné vody. 2. Ped ohívákem je na trase kondenzátu umístná zptná klapka, která zabrauje vyprázdnní trasy hlavního kondenzátu a její naplnní párou z OTV2. Hlavní trasa je na vstupu rozdlena do dvou tras, na každé je umístn uzavírací ventil pro uzavení trasy. Na trase hlavního kondenzátu, za výtlakem erpadla je odboka pro minimální obtok erpadla, kterým je ást hlavního kondenzátu zavádna zpt do OTV 1. Obtok zajišuje minimální prtok kondenzátu erpadlem. Na trase obtoku je umístná uzavírací klapka pro uzavení trasy a regulaní ventil, který je ízen prtokem na výtlaku erpadla a reguluje prtok obtokem. Z trasy minimálního obtoku je vyvedená odboková trasa, která zajišuje kondenzát potebný na sestik výstupní páry z turbíny. 17

18 Z trasy hlavního kondenzátu je na výtlaku erpadla za trasou obtoku umístna odboka, kterou je pivádn kondenzát, potebný pro chlazení ucpávkové páry a svlažování expandéru provozních kondenzát.potebný tlak pro tyto vstiky je, zajišován regulaním ventilem na výtlaku erpadla. Hlavní kondenzát je piveden do ohíváku topné vody. 2 pes sprchy umístné v horní ásti ohíváku. Hlavní kondenzát zde expanduje Ohívák topné vody. 2 (OTV 2) Do ohíváku topné vody. 2 je zavedena pára z prvního odbru. Pára zde kondenzuje na teplosmnných plochách a pedává tak teplo topné vod. Na ohíváku je umístn pojistný ventil pro pípad, že by v ohíváku nedocházelo ke kondenzaci páry, ale k nárstu tlaku. Pi pekroení nastavené hodnoty tlaku v ohíváku se otevírá pojistný ventil a páru upouští pes expandér na stechu strojovny. Hlavní kondenzát, který vznikne kondenzací páry, je shromažován ve sbrai kondenzátu ohíváku topné vody. Ve sbrai kondenzátu je hladina kondenzátu mena temi hladinomry, které podléhají výbru dvou ze tí. K tmto hladinomrm je umístn jeden hladinomr pro místní mení. Hlavní kondenzát je ze sbrae kondenzátu oderpáván kondenzátními erpadly. 3 a Kondenzátní erpadla. 3 a 4 Kondenzátní erpadla. 3 a 4 jsou horizontální s frekvenním mniem. erpadla jsou dv v záskoku 2 x 100%, vždy je jedno erpadlo pracovní a druhé je pipraveno v záloze. Na sání erpadla je umístn filtr, který zachytává pípadné neistoty v kondenzátu, které by mohly erpadlo poškodit. Z obou stran filtru je umístno mení tlaku, v pípad velké tlakové diference na tchto meních je nutné filtr vyistit, i vymnit. Ped a za erpadlem jsou umístny uzavírací klapky, které umožují uzavení trasy sání a výtlaku a tím umožují opravy i revize erpadla i filtru. Na výtlaku erpadla je zptná klapka, která zabrauje proudní kondenzátu pes nepracující erpadlo. Dále je na výtlaku mení prtoku, od kterého je ovládána regulaní armatura na trase minimálního otoku erpadla. Trasu minimálního obtoku lze uzavít uzavírací klapkou umístnou na této trase, prtok minimálního obtoku je regulován škrtící clonou umístnou na trase minimálního obtoku ped vstupem do ohíváku topné vody. Prtok kondenzátu je regulován frekvenním mniem erpadel, který je ízen signálem od hladinomr v OTV 2. Na trase hlavního kondenzátu za výtlakem kondenzátního erpadla. 3 nebo 4 je umístna odboka, která vede do sestiku by passového ventilu umístného na vstupu do by passového kondenzátoru. Kondenzát je do vstiku by passového ventilu zaveden z kondenzátního erpadla. 3 nebo 4, pro pípad, že je do by passového kondenzátoru zavádná pára, ale není v provozu by passové kondenzátní erpadlo. 5. Potebný tlak pro vstiky je zajišován regulaním ventilem umístným na trase výtlaku erpadla, za odbokou pro tyto vstiky. Hlavní kondenzát je erpán do nízkotlakého ohíváku. 1 (NTO 1). Ped vstupem do NTO 1 je na trase hlavního kondenzátu umístná uzavírací klapka s pohonem. Stejná klapka je umístna i na výstupu hlavního kondenzátu z nízkotlakého ohíváku. Uzavírací klapky s pohonem jsou zde umístny z dvodu ochrany turbíny proti vniknutí vody v pípad 18

19 úniku hlavního kondenzátu do prostoru nízkotlakého ohíváku. Souástí ochrany turbíny proti vniknutí vody je uzavírací klapka s pohonem, umístná na odbrovém potrubí ped vstupem do nízkotlakého ohíváku. V pípad odstavení nízkotlakého ohíváku uzavíracími klapkami je hlavní kondenzát veden náhradní trasou, která ohívák by passuje a je zavedena do trasy vedoucí pímo do napájecí nádrže Nízkotlaký ohívák 1 (NTO 1) Do nízkotlakého ohíváku je pivedena pára z druhého odbru, kde kondenzací pedává své teplo hlavnímu kondenzátu. Hlavní kondenzát vstupuje do nízkotlakého ohíváku nejprve pes podchlazova, a teprve poté do hlavního nízkotlakého ohíváku. Topný kondenzát, který vznikl z páry a je na mezi sytosti, je piveden do podchlazovae. V podchlazovai je topný kondenzát podchlazen pod mez sytosti, odebrané teplo je pedáno hlavnímu kondenzátu. Topný kondenzát je samospádem odvádn do ohíváku topné vody. 2. Odpouštní topného kondenzátu z nízkotlakého ohíváku je regulováno regulaním ventilem, který je umístn na trase topného kondenzátu. Regulaní ventil je ovládán od výšky hladiny topného kondenzátu v nízkotlakém ohíváku. Hladina topného kondenzátu je mena temi hladinomry, u kterých je využíván výbr dvou ze tí. Je zde umístn jeden místní hladinomr, pro urení hladiny pímo u ohíváku. Obr. 2.2:Zapojení NTO 1 19

20 Na nízkotlakém ohíváku je instalováno mení tlaku, které slouží pro informaci obsluhy. Pro havarijní pípady, kdy dojde k úniku hlavního kondenzátu do prostoru nízkotlakého ohíváku, je na nízkotlakém ohíváku umístn pojistný ventil, který hlavní kondenzát odpustí do expandéru. (obr. 2.2) Po ohátí hlavního kondenzátu v nízkotlakém ohíváku, je hlavní kondenzát odveden do napájecí nádrže, kde je odplynn. Voda erpaná napájecím erpadlem z napájecí nádrže se nazývá napájecí voda. Napájecí nádrž ani napájecí erpadlo nejsou souástí tohoto projektu Napájecí voda Napájecí voda erpaná z napájecí nádrže je pi bžném provozu teplárny zavádna do vysokotlakého ohíváku. 1 pes trojcestný ventil. Funkce trojcestného ventilu umístného na napájecí vod a význam ochozu trojcestného ventilu je blíže vysvtlen v kapitole 6. V pípad, že vysokotlaká regenerace není v provozu, je napájecí voda vedena trasou okolo vysokotlakých ohívák a je zavedena pímo do kotle. Pi provozu vysokotlaké regenerace je napájecí voda nejprve zavedena do vysokotlakého ohíváku. 1, kde prochází nejprve jeho podchlazovaem, poté vstupuje do samotného ohíváku. Po ohátí napájecí vody ve vysokotlakém ohíváku. 1, je zavedena do vysokotlakého ohíváku. 2, kde prochází pes podchlazova a pes vysokotlaký ohívák. Výstupní napájecí voda je poté pivádna do kotle, kde je ohevem pemnna na ostrou páru Vysokotlaký ohívák. 1 (VTO 1) Do vysokotlakého ohíváku. 1 je pivedena odbrová pára ze tvrtého odbru. Na odbrovém potrubí je ped vstupem do ohíváku umístna uzavírací klapka s pohonem. Uzavírací klapka slouží jako ochrana turbíny proti vniknutí vody v pípad úniku napájecí vody do prostoru vysokotlakého ohíváku. Nastane li únik napájecí vody do VTO 1, je na ohíváku umístn pojistný ventil, který v pípad naplnní ohíváku vodou oteve a vodu odpustí do expandéru. Kondenzací páry na teplosmnných plochách výmníku dochází k pestupu tepla z páry do napájecí vody. Topný kondenzát, který vznikl kondenzací páry je piveden do podchlazovae, který je souástí vysokotlakého výmníku. V podchlazovai je topný kondenzát podchlazen pod mez sytosti. Topný kondenzát je z vysokotlakého výmníku zaveden do trasy hlavního kondenzátu nebo do EPK. Odvod topného kondenzátu do trasy hlavního kondenzátu je bu s pomocí zvyšovacího erpadla, nebo samospádem, jednotlivými pípady se budeme blíže zabývat v kapitole 4. Zavedení topného kondenzátu do expandéru provozních kondenzát je využito v havarijních pípadech, kdy hladina ve vysokotlakém ohíváku pekroí stanovené limity. Pi zvýšení hladiny nad limit je oteven regulaní ventil na trase mezi VTO1 a EPK, který je umístn ped vstupem do expandéru. Ped regulaním ventilem je umístná uzavírací klapka s pohonem, pro odstavení této trasy. Na vysokotlakém ohíváku. 1 jsou umístny ti hladinomry, které mí výšku hladiny topného kondenzátu. Ti hladinomry jsou z dvodu výbru dvou ze tí. Je zde umístn i místní hladinomr, pro urení hladiny pímo u ohíváku. Na ohíváku je umístné mení tlaku, které slouží pro informaci operátorm. (obr. 2.3) 20

21 Obr. 2.3:Zapojení VTO 1 Na vysokotlakém ohíváku. 1 jsou umístny ti hladinomry, které mí výšku hladiny topného kondenzátu. Ti hladinomry jsou z dvodu výbru dvou ze tí. Je zde umístn i místní hladinomr, pro urení hladiny pímo u ohíváku. Na ohíváku je umístné mení tlaku, které slouží pro informaci operátorm. (obr. 2.3) Zvyšovací erpadlo V provozech, kde topný kondenzát nedotee do napájecí nádrže samospádem, je využito zvyšovací erpadlo. Ped zvyšovacím erpadlem je umístn filtr, který zabrauje vniknutí neistot do erpadla. Ped a za filtrem je umístno mení tlaku, velká tlaková ztráta na filtru indikuje jeho zanesení a je nutné ho vyistit, i vymnit. Uzavírací klapka ped filtrem a uzavírací klapka na výtlaku erpadla umožuje uzavení trasy a výmnu filtru a opravy i revize erpadla. Mezi sáním a výtlakem erpadla je umístná zptná klapka, která zabrauje erpání topného kondenzátu z výtlaku erpadla zpt na sání. Na výtlaku erpadla je instalováno mení tlaku, které slouží pro informaci obsluze. Na výtlané trase erpadla je mení tlaku a prtoku, od prtoku je ovládán regulaní ventil na minimálního obtoku. Trasa minimálního obtoku erpadla je umístná za mením prtoku, na trase je uzavírací klapka pro odstavení potrubí minimálního obtoku. 21

22 Zvyšovací erpadlo nemá frekvenní mni, proto nemže být prtok topného kondenzátu regulován pomocí otáek erpadla. Prtok topného kondenzátu je regulován regulaním ventilem, který je ízen signálem od hladinomr, umístných na VTO1. Specifikace zvyšovacího erpadla je uvedená v kapitole Vysokotlaký ohívák. 2 (VTO 2) Do vysokotlakého ohíváku. 2 je pivedena odbrová pára z pátého odbru. Na odbrovém potrubí je ped vstupem do ohíváku umístna uzavírací klapka s pohonem. Uzavírací klapka slouží jako ochrana turbíny proti vniknutí vody, v pípad úniku topné vody do prostoru vysokotlakého ohíváku. Nastane li únik topné vody do VTO 2, je na ohíváku umístn pojistný ventil, který v pípad naplnní ohíváku vodou oteve a vodu odpustí do expandéru. Pára z odbru ve vysokotlakém ohíváku. 2 kondenzuje na teplosmnných plochách a pedává tak teplo napájecí vod. Topný kondenzát, který vznikne kondenzací páry, stéká na dno vysokotlakého ohíváku. Hladina topného kondenzátu je mena tymi hladinomry. Jeden hladinomr je místní, který ukazuje hodnotu pímo na ohíváku. Zbylé ti hladinomry jsou využity pro výbr dvou ze tí. Na základ mení od tech hladinomr je ovládán regulaní ventil, který je umístn na trase propojující VTO 2 s VTO 1. Regulaní ventil reguluje prtok a pepouštní topného kondenzátu z vysokotlakého ohíváku. 2 do vysokotlakého ohíváku. 1. Na této propojce je umístno mení pro informaci obsluhy Systém komínkové a ucpávkové páry Systém komínkové a ucpávkové páry zabrauje úniku páry z turbíny kolem hídele (v místech, kde je petlak) a vniknutí vzduchu do turbíny kolem hídele (v místech, kde je podtlak). Unikající pára z turbíny v míst, kde je petlak, se mže podél hídele dostat až do ložiskových stojan a do olejového systému, tím se výrazn zhorší kvalita oleje. Vzduch, který by po hídeli pronikal do turbíny v místech, kde je podtlak, by rušil kvalitu vakua a snižoval úinnost cyklu. Izolace parního prostoru v turbín od okolního vzduchu je velice dležitá a je tedy nutné zajistit bezchybné fungování systému komínkové a ucpávkové páry. Pro snížení prtoku páry kolem hídele turbíny jsou instalovány labyrintové ucpávky. Labyrintové ucpávky jsou tvoeny tenkými bity, které rozdlují prostor mezi rotorem a statorem turbíny na nkolik malých prostor. Pára musí projít úzkou štrbinou tvoenou bitem a v prostoru mezi bity expanduje, tímto je snižováno prtoné množství páry. Ucpávky jsou rozdleny do tí sekcí v pední ásti turbíny a dvou sekcí v zadní ásti turbíny. Uspoádání sekcí v pední ásti je uvedeno na obr. 2.4, jsou zde dva okruhy systému ucpávkové páry: vnitní systém ucpávkové páry, tvoený vnitní sekcí ucpávek v pední ásti turbíny a systém ucpávkové páry s regulovaným tlakem, tvoený druhou sekcí ucpávek v pední ásti turbíny a vnitní (první) sekcí v zadní ásti turbíny. Systém komínkové páry je tvoen vnjšími sekcemi ucpávek v pední i zadní ásti turbíny. V pední ásti turbíny, kde je petlak, projde urité množství páry pes vnitní sekci ucpávek, odkud je pára odsávána do III. odbru, ást páry prochází ucpávkami dál, až do prostoru ucpávkového systému s regulovaným tlakem na 1,02 bar (a). V systému ucpávkové páry s regulovaným tlakem je ást páry odsávána a zbytek páry uniká pes labyrinty do systému komínkové páry. V systému komínkové páry je tlak nižší než atmosférický (0,98 bar (a)), proto je do nj odsávána veškerá zbylá pára z labyrintových ucpávek spolu se vzduchem ze strojovny. Tímto je zabránno úniku páry z turbíny kolem hídele a zamezeno možnému prniku páry do olejového systému. 22

23 Západoeská univerzita v Plzni. Fakulta strojní. Diplomová práce, akad. rok 2014/15 Obr. 2.4:Sekce ucpávek u pední ásti turbíny [12] V zadní ásti turbíny, kde je podtlak, jsou labyrintové ucpávky zahlcovány ucpávkovou párou s regulovaným tlakem 1,02 bar (a). ást páry prochází pes labyrinty do turbíny a ást páry je pes vnjší ucpávky odsávána systémem komínkové páry, kde je tlak 0,98 bar (a). Do systému komínkové páry je tedy odsávána jak ást ucpávkové páry, tak vzduch ze strojovny. Tímto je zabránno vniknutí vzduchuu do turbíny Vnitní okruh systému ucpávkové páry Vnitní okruh systému ucpávkové páry je pouze v pední ásti turbíny. V tomto okruhu je odsávána pára z turbíny pes sekci labyrintových ucpávek, do III. odbru, který je uren bilanním schématem. Na trase vnitní ucpávkové páry vedoucí do tetího odbru je umístný uzavírací ventil, který je uzavený v dob najíždní, aby nedocházelo k tepelnému ovlivování tlesa turbíny zahlcovací párou. Ped ventilem je umístná zptná klapka, ta zabrauje nežádoucímu proudní páry z odbru do náhradní trasy vedoucí do EPK v dob peazování mezi provozní trasou do III. odbru a náhradní trasou do EPK. V pípad, že není III. odbr v provozu, je uzavírací ventil na hlavní trase uzaven a systém vnitní ucpávky je zaveden náhradní trasou do expandéru provozních kondenzát. Ped vstupem do expandéru je na trase umístna škrtící clona, která vzdouvá tlak. V expandéru je nízký tlak, který by byl i v náhradní trase ucpávkové páry, kdyby nebyla použita clona. V tom pípad by musela být dimenze potrubí obrovská, aby byly dodrženy pedepsané rychlosti proudní v potrubí. Na trase okruhu vnitní ucpávkové páry je umístna regulaní armatura. Ta je nastavena na minimální tlak v potrubí 5 bar (a). Udržováním tohoto minimálního tlaku je zajištna velikost axiální síly a její smr. 23

24 Ucpávkový okruh s regulovaným tlakem Okruh ucpávky s regulovaným tlakem tvoí druhá sekce ucpávek v pední ásti turbíny a první sekce v zadní ásti turbíny. V ucpávkovém okruhu je regulovaný tlak držen dvma ventily. První regulaní ventil slouží pro zahlcování ucpávkového okruhu párou z redukní stanice pi najíždní a provozu na nízkém výkonu. Druhý regulaní ventil je urený pro odsávání pebytené páry, která projde pes labyrintové ucpávky z vnitního ucpávkového okruhu bhem provozu. Oba regulaní ventily jsou ízeny od mení tlaku, které je umístno ped zadní ucpávkou. Za provozu je z pední ásti turbíny pára odsávána a ucpávkovým potrubím je pára vedena k zadní ásti turbíny, kde jsou ucpávky touto parou zahlcovány. Za redukní stanicí je na ucpávkové trase umístn chladi a mení teploty, které je umístno pímo v ucpávkách. Na základ tohoto mení teploty je dávkováno množství vstikované vody do chladie. Ped zadní ucpávku je umístn druhý chladi, který snižuje teplotu zadní ucpávkové páry, z dvodu ochrany rotoru proti tepelnému namáhání. Teplota ochlazené páry se musí pohybovat nad mezí sytosti pro tlak 1,02 bar (a), aby v ucpávkách nedocházelo ke kondenzaci páry. Obvykle se teplota zadní ucpávkové páry pohybuje v rozmezí 180 C 250 C. Pebytená ucpávková pára je odvedena trasou do EPK. Na této trase je umístn regulaní ventil, který udržuje zadaný tlak 1,02 bar (a). Ped vstupem do expandéru je škrtící clona, která vzdouvá tlak. V expandéru je nízký tlak, který by byl i v odbokové trase ucpávkové páry, kdyby nebyla použita clona. V tom pípad by musela být dimenze potrubí obrovská, aby byly dodrženy pedepsané rychlosti proudní v potrubí Systém komínkové páry Komínková pára sestává z vnjších sekcí ucpávek na obou koncích turbíny. V systému komínkové páry je udržován podtlak oproti okolnímu atmosférickému tlaku, konkrétn 0,98 bar (a). Podtlak je v systému udržován pomocí ventilátor umístných u kondenzátoru komínkové páry, který je blíže popsán v kapitole Vlivem podtlaku je do systému komínkové páry odsáván zbytek páry, který prochází pes labyrintové ucpávky a ást okolního vzduchu ze strojovny. Nasávaná parovzdušná sms je nazývána komínkovou párou. V systému komínkové páry jsou umístná mení teploty pímo v ucpávkách, odkud je komínková pára odsávána. Toto mení slouží pro informaci obsluhy. Komínková pára je odsávána z obou konc turbíny a spolenou potrubní trasou je zavedena do kondenzátoru komínkové páry Kondenzátor komínkové páry V kondenzátoru komínkové páry dochází ke kondenzaci páry, která byla odsáta z vnjších ucpávek. Dojde tak k oddlení parní složky od nezkondenzovatelných plyn (vzduchu) obsažených v komínkové páe. Jako chladi je v kondenzátoru použita topná voda (stejná jako pro OTV 1 a OTV 2). Kondenzát vzniklý z páry je pes plovákový odvad odveden do expandéru provozních kondenzát. Tlak komínkové páry je udržován ventilátorem, který odsává nezkondenzované plyny (vzduch) z KKP. V pípad poruchy kondenzátoru komínkové páry je KKP odazený uzavíracími klapkami na vstupu parovzdušné smsi do KKP, na odvodu nezkondenzovatelných plyn (vzduchu) z KKP a jsou uzaveny uzavírací klapky pro pívod a odvod chladicí vody. Zárove je otevena uzavírací klapka v obtoku KKP a komínková pára 24

25 je vedena pímo do sání ventilátoru.nezkondenzovatelné plyny(vzduch) jsou vyfoukávány do komína a dále na stechu strojovny Expandér provozních kondenzát (EPK) Expandér provozních kondenzát je tlaková nádoba, do které je zavedena ucpávková pára, pára z prohevu, havarijní trasa topného kondenzátu z vysokotlaké regenerace, kondenzát z komínkové páry a kondenzát z odvodnní. V expandéru dochází k uvolnní páry z picházejících kondenzát a k expanzi zavádné páry na tlak stejný, jako je v ohíváku topné vody. 1. V expandéru provozních kondenzát je shodný tlak s OTV 1, jelikož jsou vzájemn propojeny parním potrubím. Pára vzniklá v expandéru je touto propojkou odvádna do OTV 1. Teplota výstupní páry je kontrolována teplotním idlem, umístném na parní trase na výstupu z EPK. Pi pekroení stanovené teploty jsou spouštny sprchy umístné v expandéru, které sníží teplotu páry. Po 20 minutách jsou tyto sprchy vypnuty a spínají opt pi pekroení zadané teploty. Expandér je s ohívákem topné vody propojen i pes vodní stranu. Kondenzát je z expandéru provozních kondenzát zaveden do ohíváku topné vody pes sifon. Sifon zabrauje možnému vniknutí páry do kondenzátu v ohíváku topné vody a pípadn i do sání kondenzátního erpadla. (obr. 2.5) By passový kondenzátor Obr. 2.95: Zapojení EPK By passový kondenzátor je kondenzátor, na jehož vstupu je umístn by passový ventil. By passový ventil reguluje tlak ostré páry ped sebou, souástí by passového ventilu je 25

26 Západoeská univerzita v Plzni. Fakulta strojní. Diplomová práce, akad. rok 2014/15 svlažova, který snižuje teplotu ostré páry. Do svlažovae je vstikován kondenzát z výtlaku kondenzátního erpadla. 5, nebo. 3,4. Ostrá pára z by passu je zavedena do kondenzátoru, kde kondenzuje na teplosmnných plochách. K chlazení vstupní páry je použita topná voda (stejná jako pro OTV 1 a OTV 2), která proudí pes kondenzátor v trubkách a je kondenzací páry ohívána. Kondenzát vzniklý z páry je z kondenzátoru oderpáván kondenzátním erpadlem. 5 (bližší popis erpadla je uveden v kapitole ). Na kondenzátoru jsou umístna tyi mení tlaku, z toho je jedno mení místní, které ukazuje tlak pímo na zaízení. Zbylé ti mení jsou využity pro systém výbru dvou ze tí. Dále jsou na kondenzátoru umístna ti mení teploty, také pro výbr dvou ze tí. Hladina kondenzátu je mena tymi hladinomry, jeden je místní ukazatel hladiny pímo na zaízení, zbylé ti podléhají výbru dvou ze tí. Na kondenzátoru je instalována pojistná membrána, která je by passována pojistným ventilem. K protržení pojistné membrány dochází pi pekroení stanoveného tlaku, aby však nedošlo k protržení membrány pi pouhém zakolísání tlaku, je na ochozu membrány umístn pojistný ventil, který je nastaven na nižší tlakovou hladinu než membrána. Pi nárstu tlaku je nejprve oteven pojistný ventil a pi stálém rstu tlaku je teprve poté protržena pojistná membrána. Do kondenzátoru je pivedena trasa s demi vodou. Tato trasa je využívána pi spouštní, kdy je nutné všechny kondenzátní trasy zaplnit vodou. (obr.2.6) Obr : Zapojení by - passového kondenzátoru 26

27 Provozní režimy by- passového kondenzátoru 27 By passový kondenzátor lze provozovat ve více režimech. Slouží jako první ochrana kotle pi výpadku turbíny, nebo pi rozdílném výkonu turbíny a kotle, kdy je v kotli produkováno více páry, než je poteba pro provoz turbíny. Další využití by passového kondenzátoru je pi najíždní turbíny, nebo mže být kondenzátor využíván pro ohev topné vody v dob, kdy je turbína odstavena. Pi výpadku turbíny dochází k uzavení rychlozávrného ventilu, pára tedy nemže proudit pes turbínu. Uzavení rychlozávrného ventilu je velice rychlé a kotel na toto uzavení nemže zareagovat okamžitým ukonením výroby páry. Pebytená pára je odvádná do by pasového kondenzátoru, kde je v by passu svlažena a následn v kondenzátoru zkondenzována. Pi rozdílném výkonu kotle a turbíny je by pass využíván pi nadvýrob páry, kdy kotel produkuje vtší množství páry, než je spotebováno v turbín. Pebytená pára je odvádna pes by pass do kondenzátoru, kde pára kondenzuje. Pi najíždní turbíny je kotlem produkováno urité množství páry, ped otevením rychlozávrného ventilu turbíny je veškerá vyprodukovaná pára odvádná do by passového kondenzátoru. V okamžiku, kdy je rychlozávrný ventil oteven a pára je do turbíny vpouštna postupným otevíráním regulaních ventil, je zárove regulován prtok páry do kondenzátoru. Množství páry proudící do kondenzátoru se tak snižuje, zatímco narstá množství páry vpouštné do turbíny. Výhodou tohoto najíždní je, že pi otevení ventil na turbín nedojde k výraznému tlakovému poklesu páry na kotli. V pípad, že je turbína odstavená a s ní i ohíváky topné vody spolu s nízkotlakou a vysokotlakou regenerací, je díky by passovému kondenzátoru možné stále produkovat topnou vodu pro úely vytápní. Jako zdroj tepla je využívána ostrá pára, která je do by passového ventilu pivádna pímo z kotle. Ostrá pára pedává teplo topné vod, která proudí pes kondenzátor. Kondenzát vzniklý z páry je oderpáván kondenzátním erpadlem pímo do napájecí nádrže, která je pi tomto provozním režimu natápna parní sbrnou Kondenzátní erpadlo. 5 Na sání erpadla je umístn filtr, který istí kondenzát od pípadných neistot, na obou stranách filtru je umístno mení tlaku. Namení velké tlakové ztráty na filtru je indikací jeho zanesení a je nutné filtr vymnit i vyistit. Uzavením klapek umístných na sání a na výtlaku erpadla mžeme filtr vymnit a zárove provést údržbu na erpadle. Kondenzátní erpadlo. 5 je vybaveno frekvenním miem. Do frekvenního mnie je pivádna informace od hladinomr o výšce hladiny v kondenzátoru. Na základ této informace jsou regulovány otáky erpadla a tím i prtok kondenzátu erpadlem. Provoz erpadla je kontrolován pomocí mení tlaku na sání a na výtlaku erpadla. Na výtlaku erpadla je instalováno mení tlaku a mení teploty pro informaci obsluhy. Na výtlaku je dále umístno mení prtoku, které dává informaci regulanímu ventilu, který je umístn na trase minimálního obtoku. Minimální obtok je veden z výtlaku kondenzátního erpadla do by passového kondenzátoru.tuto trasu lze uzavít pomocí uzavírací klapky. Z výtlaku erpadla je odebírán kondenzát pro svlažova by passového ventilu, na tomto potrubí je umístná zptná klapka zabraující opanému proudní pro pípad, že je svlažova napájen jiným erpadlem. Ped svlažovaem je umístno mení prtoku, tlaku a také filtr, jenž chrání trysky svlažovae proti ucpání neistotami. Prtok kondenzátu do svlažovae je regulován regulaním ventilem, celou trasu lze uzavít uzavírací armaturou. Z trasy vedoucí

28 ke svlažovai by passového ventilu je vedena odboka pro sestik ostré páry ped vstupem do EPK a pro sestik v redukní stanici. 1. Regulaní klapka umístná za touto odbokou udržuje potebný tlaku, nutný pro správnou funkci tchto sestik. Hlavní trasa kondenzátu z výtlaku erpadla je zavedena do trasy vedoucí do napájecí nádrže. Tuto trasu lze uzavít pomocí uzavírací klapky s pohonem Parní sbrna Parní sbrna je využívána pro natápní napájecí nádrže. Do sbrny jsou pivedeny dva zdroje páry. Prvním zdrojem je pára ze tetího odbru, který je využíván pi provozu turbíny. Druhým zdrojem je ostrá pára, pivedená z redukní stanice. 1. Zdroj ostré páry je pro parní sbrnu využíván v pípadech, kdy není turbína v provozu, ale pesto je poteba topit napájecí nádrž. Ostrá pára je pivádná z kotle pes otevené šoupátko do redukní stanice. 1. V redukní stanici je regulován tlak (od mení tlaku umístného na parní sbrn) a pomocí sestiku je snižována teplota. Množství kondenzátu dávkovaného do sestiku je urováno na základ mení teploty, které je umístno ped vstupem páry do sbrny. Zde jsou umístna ti mení teploty, která podléhají výbru dvou ze tí. Z parní sbrny je pára pivádna do napájecí nádrže. Na parní sbrn je umístn pojistný ventil, který je oteven pi pekroení zadané hodnoty tlaku. Upouštná pára je pes reduktor hluku odvádna na stechu strojovny Vývvy Vývvy slouží k odsáváním nezkondenzovatelných plyn ze systému. Nezkondenzovatelné plyny se hromadí v zaízeních, kde kondenzuje pára: v ohívácích topné vody, nízkotlaké i vysokotlaké regeneraci a v by passovém kondenzátoru. Z vysokotlaké regenerace jsou nezkondenzovatelné plyny odvádny do napájecí nádrže, odkud jsou dále odvádny pry. Z ostatních zaízení jsou nezkondenzovatelné plyny odsávány vývvami. Pi nefunkních vývvách se nezkondenzovatelné plyny hromadí ve výmnících a zhoršují tak pestup tepla. Nezkondenzovatelné plyny se mohou vyskytovat i v potrubních trasách a spotebiích, u kterých je požadováno, aby byly zcela zaplnné pracovním médiem. Jedná se napíklad o sání erpadel. V tchto pípadech musíme trasy a zaízení odvzdušnit. Odvzdušnní tras a zaízení je zavedeno do tepelných výmník, odkud jsou nezkondenzovatelné plyny odsávány vývvami. V zadané strojovn jsou použity vodokružné vývvy, zálohované 2x100%. Tmito vývvami jsou odsávané nezkondenzovatelné plyny z OTV 1 a OTV2. Trasa lze od každého ohíváku oddlit uzavíracím ventilem. Na výstupu z OTV 2 je na potrubí parovzdušné smsi umístna škrtící clona, která vzdouvá tlak, aby v potrubí byly dodrženy pedepsané rychlosti pi malém DN. Z nízkotlakého ohíváku. 1 jsou nezkondenzovatelné plyny zavádny do OTV 2. Na této pevádcí trase je uzavírací ventil a omezovací clona, která vzdouvá tlak Odvodnní Prohev potrubí je proveden první párou, která v parovodech kondenzuje a tím pedává své teplo okolnímu materiálu. Kondenzát vzniká nejen pi prohevu, ale mže vznikat i za provozu v odazených ástech parovod nebo odlouením z mokré páry po expanzi v turbín. Vzniklý kondenzát je nutné z parovod a z turbíny odvádt pry, jelikož 28

29 kondenzát je za provozu v tchto prostorech nežádoucí. Musíme tedy, vytipovat místa, kde se kondenzát mže vyskytovat a tyto místa odvodnit. Odvodnní je nejastji provedeno pomocí odvodovacího potrubí, na kterém je napojen odvad kondenzátu. Tchto odvodnní je v celé strojovn nkolik, jsou zavedeny do sbrae kondenzátu. Ve schématu jsou jako sbrae kondenzátu ureny trasy MAL20BR001 a MAL10BR001, oba tyto sbrae jsou zavedeny do expandéru provozních kondenzát. Typy odvodova kondenzátu se volí dle poteby použití. Nejastji se využívají dva typy:bimetalový odvad a plovákový odvad. Bimetalový odvad kondenzátu otevírá C pod teplotou sytosti odpovídající tlaku v odvodovaném potrubí. Vtev odvodnní musí být nezaizolovaná od napojení do kalníku až k trase sbrae kondenzátu z dvodu správné funkce odvade. Tyto odvade lze použít pouze, pokud je výškový spád mezi odvadem kondenzátu a odvodovaným místem minimáln 2m.Pokud toto není možné z dispoziních dvod dodržet, je vhodné použít plovákový odvad kondenzátu. Plovákový odvad slouží pro odvod kondenzátu bez nutnosti vytvoení vodního sloupce ped odvadem (Obr. 2.7). Nevzniká tak nebezpeí odvaení nahromadného kondenzátu ped odvadem pi náhlém poklesu tlaku v odvodovaném potrubí. Plovákový odvad je vhodný pro odvodnní potrubí v oblasti mokré páry a potrubí za vstikem. Ped zvoleným typem odvodovae je vždy umístna uzavírací armatura pro uzavení trasy s odvadem. Tato trasa je paralelní s trasou pímého odvodnní, která je urena pro odvodování pi najíždní strojovny, kdy je množství vzniklého kondenzátu veliké pi nízkém tlaku, na což nejsou odvodovae dimenzovány. Pímá trasa odvodnní je opatena jednou uzavírací armaturou pro uzavení trasy a jedním regulaním ventilem. Regulaní ventil slouží jako stavitelná clona pro omezení prtoku obtokovou trasou. Obr.2.13: Konstrukce plovákového odvade kondenzátu [8] Sbrae kondenzátu rozlišujeme dvojího typu, jsou sbrae vysokotlaké (VT), kam je napojeno odvodnní z tras s provozním tlakem nad PN40, a nízkotlaké (NT) sbrae, kde jsou pipojena odvodnní od potrubních tras s provozním tlakem nižším než PN40. Oba sbrae vedou do expandéru provozních kondenzát, kde je VT sbra napojen pod NT sbraem. Jednotlivá odvodnní jsou do sbrae napojena tak, aby odvodnní s nejvyšším provozním 29

30 tlakem bylo nejvzdálenjší od expandéru. Svtlost sbrae musí být dostatená, aby tlak v nm byl nižší, než v tlakov nejnižší odvodovací trase do nj zapojené, pi všech zárove otevených odvodnních Pedpokládané umístní odvodnní Nejvíce kondenzátu vzniká pi prohevu celého zaízení. Pi urování pedpokládaných míst, kde bude nutné odvodnní, zaneme u prohev ostrou párou. Odvodnní bude umístno na potrubí prohevu vedoucího z ventilové komory (odvodnní. 1), další odvodnní na ostré páe bude ped redukní stanicí. 1 (odvodnní. 3), pes kterou pivádíme páru na zahlcení ucpávek.odvodnní turbíny probíhá v prostoru za A kolem (odvodnní 4), kondenzát, který vzniká v mezilopatkových stupních, je sveden do odbr, které jsou vedeny spodem od turbíny, a poté se toto potrubí zvedá nahoru k ohívákm.v tchto ohybech nalezneme nejnižší místo, kam bude kondenzát stékat, proto zde umístíme další odvodnní (5, 7, 10, 14, 16). Na odbrových potrubích bude umístno ješt další odvodnní a to ped vstupem do ohívák, dispozin mže být napojení na ohívák ešeno tak, že na potrubí opt vznikne ohyb s nejnižším místem, kde mže zstávat kondenzát (odvodnní 6, 8, 11). U odbru íslo III jsou navržena dv odvodnní (14,15), ped a za uzavíracími klapkami. Jelikož klapka je umístna horizontáln, oekáváme, že se ped i za ní mže objevit kondenzát. Odvodnní vysokotlaké ucpávky (9) plyne z možného dispoziního ešení. Na trase systému ucpávkové páry s regulovaným tlakem máme umístny dva chladie, které do páry vstikují vodu, za tmito vstiky musíme použít plovákový odvodova. Další odvodnní (17) na regulované ucpávce je ped regulaním ventilem na spolené trase pední a zadní ucpávky, toto odvodnní je svedeno do spolené trasy s odvodnním íslo13. Na této ucpávce je ješt odvodnní (18) za redukní stanicí, toto odvodnní má spolenou trasu jako odvodnní íslo 12. Odvodnní 17 a 18 jsou zde z dvod dispozice, kde se v míst odvodnní nachází nejnižší místo trasy. Poslední odvodnní (20) je umístno na parní sbrn, kde mže vznikat kondenzát pi prohevu. Krom jižuvedených odvodnní z regulované ucpávky budou všechny navržené odvodovae bimetalové. Odvodnní íslo 1 a 4, tedy odvodnní z prohevu ventilové komory a odvodnní z turbínového prostoru za A kolem, budou svedena do vysokotlakého sbrae. Všechny ostatní odvodnní jsou svedena do nízkotlakého sbrae a seazena od nejvyššího provozního tlaku po nejnižší. Odvodnní 3 a 20, tedy z prohevu potrubí ostrou parou a z parní sbrny, která také mže být topena ostrou parou, jsou odvedena do atmosférického EPK, jelikož v dob prohívání tchto tras nemusí být ješt klasické EPK v provozu. Atmosférický expandér provozního kondenzátu funguje na stejném principu jako klasický expandér, jen je zde pára vypouštna do atmosféry a vzniklý kondenzát jde do kanálu. 30

31 3. Dimenzování potrubních tras V této kapitole je uveden výbr vhodného materiálu a volba DN spolu s pevnostním výpotem tloušky potrubí. Volba vhodného materiálu je dležitá z hlediska bezpenosti. Zvolený materiál musí odpovídat maximální provozní teplot a mít zaruené vlastnosti po celou dobu své životnosti. Dimenzování potrubí je zásadní vzhledem k dispozinímu ešení strojovny. Již v prvotním návrhu musí být DN vhodn zvoleno, zvtšování dimenze v prbhu realizace projektu je nežádoucí kvli možným kolizím s okolními trubkami, i zaízeními. Na základ vhodn zvoleného materiálu, prmru potrubí a tlouška stny potrubí, je proveden pevnostní výpoet potrubí. Výpotem je ureno, zda je zvolené potrubí vyhovující z hlediska bezpenosti Výbr vhodného materiálu Navrhované schéma je ureno jako projekt strojovny pro teplárnu, kde pi spalování devní štpky vzniká v kotli pehátá pára. Pehátá pára, která má teplotu 540 C a tlak 11 MPa vstupuje na turbínu a dále proudí do dalších potrubí. Tyto potrubní trasy musí být vyrobeny z vhodného materiálu, který vydrží jak teplotní, tak tlakové namáhání od proudící páry. Stejn je tomu u potrubních tras, kde proudí kapaliny jak o vysokém tlaku, tak i teplot. Zvolený materiál musí být odolný vi erozní korozi, kdy proudící kapalina zpsobuje erozi materiálu. Tedy jeho rozrušování a následn korozi, pi které dochází k úbytku materiálu na vnitních stranách trubek. Dále musí mít materiál stálé vlastnosti i pi dlouhodobém psobení vysokých teplot a tlak, s tímto souvisí creep materiálu a jeho životnost. Je - li materiál dlouhodob vystaven vysokým teplotám, dochází k jeho relaxaci a následn ke creepu, musíme tedy zvolit materiál, u kterého je creep, tedy teení, co nejmenší a zárove životnost co nejvtší. Další kritériem pro výbr vhodného materiálu je samozejm také jeho dostupnost a cena. V praxi se nejastji používají na výstavbu strojoven, kde se pracuje s cyklem pára voda materiály urené pro tlakové nádoby a potrubí. Konkrétn se používá erná ocel s oznaením P235GH, 16Mo3, 10CrMo9-10, X10CrMoVNb9-1, dále nerezavjící ocel X6CrNiTi18-10 a 20MnMoNi4-5. Nejširší uplatnní z uvedených materiál má P235GH, jehož použití je vhodné až do provozní teploty 450 C, nad touto teplotou už je vhodné použít odolnjší materiál 16Mo3, který má zaruené vlastnosti do 500 C. U potrubních tras s pracovní teplotu do 550 C, použijeme materiál 10CrMo9-10, jestliže je teplota až do 600 C, pak bude použit materiál X10CrMoVNb9-1. Pro nerezavjící oceli X6CrNiTi18-10 a 20MnMoNi4-5 je doporuené použití do 400 C. Meze pevnosti materiál pro rzné teploty jsou uvedené v tabulkách, které jsou k nahlédnutí v pílohách íslo 3, 4 a 5 této práce. Materiál X10CrMoVNb9-1 je ve schématu použit na potrubí ostré páry, které vede k ventilové komoe turbíny. Stejný materiál je použit pro potrubí ostré páry ped redukními stanicemi íslo 1 a 2. Systém ucpávkové páry, je celý vyroben z materiálu 16Mo3, protože teplota páry dosahuje až k hodnot 500 C. Všechny ostatní parní trasy budou vyrobeny z nejpoužívanjšího materiálu P235GH. 31

32 Kondenzátní trasy, které slouží k doplování demi vody do ucpávek erpadel a trasy pro plnní celého systému demi vodu, budou vyrobeny z X6CrNiTi Pro ostatní trasy, v kterých proudí kondenzát, napájecí voda, nebo jiná vodní nápl je použit materiál P235GH Dimenzování potrubí Dimenzováním potrubí se rozumí volba svtlosti potrubí a tlouška stny. Svtlost potrubí navrhujeme tak, aby rychlost v potrubí odpovídala standardním rychlostem pro dané médium. Tlouška stny vychází z pevnostních výpot, které udává norma SN EN Návrh správného DN Definice DN podle SN EN ISO 6708 zní: Je to íselné oznaení rozmru ásti potrubního systému používané pro referenní úely; oznaení se skládá z písmen DN, za kterými následuje bezrozmrné celé íslo vztahující se nepímo k fyzikálnímu pipojovacímu rozmru vnitního nebo vnjšího prmru v milimetrech. Správná volba DN spoívá pedevším v tom, aby v dimenzovaném potrubí byla odpovídající rychlost proudícího média. Pi výpotu a návrhu správného DN budeme vycházet z rovnice kontinuity ( ), ve které známe hmotnostní prtok potrubím, doporuenou rychlost proudníw a hustotu uríme podle typu a parametr dopravovaného média. ( ) Doporuené rychlosti uvnit potrubí, podle typu dopravovaného média jsou uvedené v následující tabulce 3.1. $(!/ =!/) >) $(!/ =!/) >) )?@.)--'(,)7(6 A BC@ DC@ E!- D@ /!" D.- DB #1-!!/6? 2/ D *6 BCF #1)(-'( ADB #1-6 DC@ Tabulka 3.1: Doporuené rychlosti pro uvedená média v potrubí Úpravou rovnice ( ) získáme ( ), pro výpoet prezus. Dosadíme ( ) do ( ) a upravíme pro výpoet prmru d: ( ) ( ) 32

33 ( ) Z vypoítaného prmru potrubí uríme odpovídající velikost DN. Jako ukázku výpotu si uveme návrh DN pro pátý parní odbr. V bilanního schématu je dáno, že tímto odbrem bude protékat pára o hmotnostním prtoku 3,38 kg/s. Z tabulky 3.1 uríme doporuenou rychlost pro odbrovou páru: 50 m/s. Hustotu páry uríme pomocí tabulek [10] na 8,3 kg/m 3, dle teploty a tlaku uvedené v bilanním diagramu. Tyto hodnoty dosadíme do rovnice ( ), výsledek je uveden v rovnici ( ). ( ) Vypotenému prmru odpovídá oznaení DN100, kde vnjší prmr potrubí je 114,3 mm s minimální tlouškou stny 3,6 mm. Zda tato tlouška bude pevnostn vyhovovat pro naše odbrové potrubí, ovíme v kapitole Po urení DN mžeme ješt zptn vypoítat, jaká bude skutená rychlost v navrženém potrubí. U zvoleného DN100 je vnitní prmr 107,1 mm. Dosadíme li tento prmr, respektive prez o tomto prmru, do rovnice ( ), vypoteme pak skutenou rychlost w ( ). ( ) ( ) Vypoítaná skutená rychlost je 45,17m/s. Vzhledem k hodnotám uvedeným v tabulce 3.1, se výsledná hodnota výrazn neliší od navrhované rychlosti 50m/s. Mžeme tedy navržené DN považovat za vyhovující Návrh tloušky potrubí Návrh tloušky potrubí je daný normou SN EN , kde jsou uvedeny vztahy pro výpoet tloušky pímého potrubí zatíženého vnitním petlakem. Minimální tlouška pímého potrubí je urená vztahem ( ).[11] Kde uvedené veliiny mají následující význam: e minimální tlouška stny potrubí p c výpotový petlak D 0 vnjší prmr potrubí z souinitel hodnoty podélného svarového spoje f dovolené namáhání materiálu! " # $ ( ) %&'(! " Výpotový petlak nesmí být nižší, než je maximální pracovní petlak. Obvykle se výpotový petlak volí o 10 20% vtší než je hodnota maximálního pracovního petlaku. U navrhovaného potrubí odbrové páry. V. je maximální petlak 2,3MPa, k této hodnot zvolíme bezpenou rezervu 15%, výpotový petlak bude mít hodnotu 2,65MPa. 33

34 V kapitole byl uveden výpoet svtlosti potrubí pro pátý odbr. Na základ výpotu bylo zvoleno potrubí DN100 s vnjším prmrem 114,3 a tlouškou 3,6 mm. V této kapitole použijeme tyto hodnoty pro pevnostní výpoet. Souinitel hodnoty podélného svarového spoje má význam v pípad použití svaované trubky, ty se obvykle vyrábjí pro DN vtší než 650. V našem pípad, kdy má zvolená trubka DN100, nemá tento koeficient na výpoet žádný vliv, proto jeho hodnotu zvolíme 1. Dovolené namáhání uríme z vlastností zvoleného materiálu, pomocí rovnice ( ). Pro páté odbrové potrubí je zvolený materiál P235GH. Dovolené namáhání f uríme výbrem nižší hodnoty z obou vypotených hodnot v rovnici ( ) je smluvní mez kluzu pi trvalé deformaci 0,2%,pro výpotovou teplotu 360 C.Pro materiál P235 GH je hodnota meze kluzu urená na 118,4MPa. Dalším vstupním údajem do rovnice ( ) je Rm, což je mez pevnosti v tahu pi okolní teplot, pro zvolený materiál P235GH je tato hodnota 360 MPa. -! $. / ) *+, -! $. / 0- % 1 ( ) // / ( ) - % ( ) % Z výše uvedených rovnic plyne, že hodnota dovoleného namáháníf bude 78,9MPa. Dosazením všechny uvedených hodnoty do rovnice ( ), zjistíme minimální tloušku stny pro výpotový petlak. %7// %89/(%7 22 ( ) Minimální tloušku stny musíme dále porovnat s analyzovanou tlouškou stny, což je skutená tlouška stny zmenšená o pídavek na korozi c 0 a zápornou toleranci tloušky stny c 1. Analyzovaná tlouška e a se vypoítá dle rovnice ( ), kde e ord, je námi zvolená tlouška 3,6 mm, udávaná výrobcem potrubí. : ;< => => / ( ) Pídavek na korozi se musí zapoítávat v pípadech, ve kterých mžeme oekávat korozi potrubí. Pi proudní kapalin potrubím se asto setkáváme s takzvanou erozní korozí, kdy vlivem proudní média dochází k rozrušování materiálu erozi. V tchto narušených místech dochází ke korozi materiálu a k jeho odplavování kapalinou pry. V tchto místech se tlouška stny postupn zmenšuje. V našem pípad, pátým odbrovým potrubím proudí pehátá pára, u které mžeme erozní korozi pedpokládat. Pídavek na korozi bude mít v tomto pípad hodnotu 1mm. Kdyby potrubím proudila pouze pehátá pára, byl by pídavek na korozi 0,5 mm. Koeficient c 1 pedstavuje zápornou toleranci tloušky stny, který se uvádí jako absolutní hodnota. Tento koeficient je bu uvádný výrobcem potrubí, nebo jej lze dohledat v píslušné norm. Záporný pídavek se uruje v závislosti na vnjším prmru a také na pomru mezi zvolenou tlouškou a vnjším prmrem, tento vztah je uveden v tabulce

35 # IDAKCA 'G!/-(H-)$> IBCA JBCA JDAKCA LDBM LABM Tabulka 3.2: Doporuený záporný pídavek tloušky [9] V tabulce 3.2 jsou uvádná procenta poítána z navrhované tloušky, v našem vzorovém píkladu je to 3,6 mm. Pakliže chceme z uvedené tabulky 3.2 zjistit hodnotu záporného pídavku, musíme vypoítat pomr zvolené tloušky stny k vnjšímu prmru, dle rovnice ( ).? ( ) # // Vnjší prmr je menší než 219,1 mm, platí proto pípad, že záporný pídavek bude init 12,5 % z navrhované tloušky stny, nebo 0,4 mm. V rovnici ( ) je vypoteno 12 % z 3,6 ( ) Z uvedené rovnice ( ) je patrné, že záporný pídavek bude mít hodnotu 0,45 mm. Nyní mžeme všechny hodnoty dosadit do rovnice ( ) a vypoítat analyzovanou tloušku e a. ( ) : B ( ) Porovnáme li analyzovanou tloušku s tlouškou minimální, zjistíme, že analyzovaná tlouška je vtší, což je správn. : C ( ) B C 22 ( ) Další kontrola správnosti výpotu je pes výpoet dovoleného maximálního tlaku. Vpoteme ho pomocí rovnice ( ), která vychází z rovnice ( ), do které místo minimální tloušky e dosadíme tloušku analyzovanou e a. D ;E %F G&' #HF G ( ) D ;E ( ) //H%/ I tato kontrola vyšla správn, dovolený tlak je vyšší, než tlak výpotový, který ml hodnotu 2,65 MPa. 35

36 Obr. 3.1: Tloušky stn v ohybu potrubí Zbývá ješt vyešit otázku, zda zvolená tlouška bude vyhovující i v ohybech potrubí. Nejvíce namáhaná je vnitní stna ohybu, na vnjší stn je namáhán mén. Minimální tlouška vnitní a vnjší stny v ohybu je poítána dle rovnic ( ). Zadávané rozmry jsou znázornny na obrázku 3.1, kde R je polomr ohybu o hodnot 571,5 mm, D 0 je vnjší prmr ohýbané trubky (114,3 mm), e int je vnitní stna a e ext je vnjší stna. IJ? K L$ H% K L$ H ( ) IJ? 3 ( ) FM? K L$ (% K L$ ( ( ) FM? ( ) Ob vypoítané tloušky musí být menší, než je výše vypotená analyzovaná tlouška. Ta mla hodnotu 2,15 mm. Ob tloušky v ohybu jsou tedy mnohem menší než tato tlouška. Závrem shrme provedené výpoty v kapitole 3.2. Na poátku dimenzování a volby správného potrubí byla urena dimenze podle zadaných parametr v bilanním schématu. Na základ zvolené dimenze DN100 byla dále zvolena i tlouška potrubí 3,6 mm, což je nejmenší možná tlouška dodávána výrobcem potrubí. Následn bylo výpoty oveno, zda tato tlouška pevnostn vyhovuje parametrm páry, která proudí pátým odbrovým potrubím. Nejprve byla vypotena minimální tlouška potrubí, která musí být menší než analyzovaná tlouška, která zahrnuje korozní zmenšení a také záporný pídavek. Dále byl z analyzované tloušky spoítán dovolený tlak, který v tomto potrubí mže být, aniž by došlo k poškození trubky. Dovolený tlak musí být vyšší, než je tlak výpotový, ímž vzniká tlaková rezerva. Ob tyto podmínky byly splnny. Na závr byly ješt vypoteny minimální tloušky u ohybu potrubí, které jsou také menší než analyzovaná tlouška potrubí. Na základ výpot bylo ureno, že navržená tlouška potrubí je vyhovující a spluje všechny pevnostní podmínky. Dimenze pátého odbrového potrubí tedy bude DN100 s tlouškou stny 3,6 mm. Uvedeným zpsobem výpotu byla nadimenzována všechna potrubí ve schématu, navržená DN jsou vždy uvedena pod KKS kódem píslušné trasy. 36

37 4. Specifikace zvyšovacího erpadla topného kondenzátu VTO Zvyšovací erpadlo je urené k erpání topného kondenzátu z vysokotlakého ohíváku do napájecí nádrže. Charakteristika erpadla je dána dopravní výškou v závislosti na prtoku. Pro urení charakteristiky erpadla musíme znát prtok (ten je dán bilanními schématy) a dopravní výšku, která bude vypoítána v této kapitole. Dopravní výška se urí z výpotu tlakových ztrát v potrubních trasách na sání a na výtlaku erpadla, dále jsou do výpotu dopravní výšky zahrnuty provozní tlaky v obou nádržích a také dispoziní uspoádání. Teplárna je provozována v nkolika režimech, které jsou popsány bilanními schématy, pro každé bilanní schéma bude proveden výpoet dopravní výšky zvyšovacího erpadla. Na základ výpot bude uren vhodný typ erpadla a také bude rozhodnuto, v jakých režimech provozu bude erpadlo pracovat Tlaková ztráta v potrubí Pi výpotu tlakových ztrát je dležité znát dispoziní umístní erpadla vi nádrži, ze které je kapalina erpána a také vzhledem k nádrži, kam má být kapalina dopravována. Tyto informace byly poskytnuty oddlením dispozic ve spolenosti Doosan Škoda Power, kde byla na základ vypracovaného schématu navržena reálná dispozice celé strojovny. Z dispozice strojovny mžeme odeíst skutené výškové rozdíly mezi nádržemi a také délky potrubí, potebné pro výpoet tlakových ztrát. Médium protékající potrubím má pi proudní uritou energii a tlak. Dané médium se pi prtoku potrubím te o stny trubky. Kinetická energie se pemuje na energii tepelnou. Dochází k tlakovým ztrátám a to pedevším ke ztrátám dynamického tlaku.[5] U tlakových ztrát vzniklých proudním média v potrubí rozlišujeme ztráty dvojího druhu a to ztráty vlivem tení o stny trubky a takzvané ztráty místní, které jsou zpsobeny prtokem média pes ohyby potrubí, kolena, armatury, zúžení, i rozšíení potrubí, nátok do nádrže atd Tlaková ztráta tecí Velikost tecí ztráty je závislá na povrchu potrubí, kterým médium protéká. Pi prtoku kapaliny mžeme pedpokládat rychlostní profil média na základ typu proudní, zda je laminární, pechodové, nebo turbulentní. Pi laminárním proudní je rychlostní profil parabolický, u turbulentního proudní je rychlostní profil oproti laminárnímu v ose potrubí více zarovnaný, až tém hranatý, dle obr Obr. 4.1: Rychlostní profil v trubce kruhového prezu 1 laminární profil, 2 turbulentní profil [1] 37

38 Pi okraji potrubí se vytváí tenká mezní vrstva, ve které je rychlost nulová. V souvislosti s touto vrstvou mžeme rozlišovat hydraulicky hladké a hydraulicky drsné potrubí. Pi bližším prozkoumání potrubí pod mikroskopem, mžeme na povrchu materiálu vidt nerovnosti, které urují drsnost potrubí. U hydraulicky hladkého potrubí, se všechny tyto nerovnosti schovají do mezní vrstvy, respektive výška nerovností je menší, než tlouška mezní vrstvy. Drsnost potrubí tedy nebude mít na hydraulické ztráty významný vliv, jelikož odporový souinitel je malý. U hydraulicky drsného potrubí je tomu naopak. Nerovnosti urující drsnost potrubí jsou vtší než je mezní vrstva protékajícího média a z této vrstvy vystupují a tudíž více ovlivují proudní kapaliny. Odporový souinitel je v tomto pípad pochopiteln vtší než u hydraulicky hladkého potrubí. Rozdíl mezi hydraulicky hladkým a hydraulicky drsným potrubím je patrný i z obrázku 4.2. Obr. 4.2: Profil stny hydraulicky hladké a hydraulicky drsné[5] Tlaková ztráta místní Místní ztráty v potrubí vznikají v pípad, kdy proud musí pekonat pekážku, která zdeformuje rychlostní profil. Pi obtékání této pekážky se proudní odtrhává od stny potrubí a za pekážkou mohou vznikat úplavové víry a turbulence, což pedstavuje urité ztráty. Píklad pekážky, zpsobující lokální ztráty je na obr. 4.3, kde je v potrubí umístna klapka Tecí ztráta v sacím potrubí Obr. 4.3: Obtékání klapky [2] Ped provedením výpotu tlakové ztráty si nejprve sumarizujeme základní informace, které máme k dispozici jak pro potrubí, tak pro protékající médium. Potrubní trasa má velikost DN80, vnjší prmr potrubí je 88,9mm s tlouškou stny 3,2 mm. Materiál potrubí má oznaení dle EN ISO P235GH, což je ocelová bezešvá trubka pro tlakové nádoby a zaízení. Výpoet bude proveden pro provoz teplárny na 30% nominálního výkonu. Pi tomto provozu je prtok kondenzátu 0,824 kg/s, protékající kondenzát má teplotu 122,25 C pi 0,279 MPa. 38

39 Z uvedených parametr byly dopoítány další vstupní parametry, na základ kterých bude vypotena tlaková ztráta. Pro lepší pehlednost jsou všechny vstupní hodnoty uvedeny v následující tabulce 4.1. ' 0- #(2- BCBPPK $(H-) BCBBQD #, BCBPD@ &,'(2* BCBB@Q?@RAR D &-(25 BCPD?@.7>) () K?AC? -7> Q.!-'-)S BCBBBBBBD? D >)!-'-)T BCBBBDDF -7>) Tabulka 4.1:Vstupní hodnoty pro výpoet tlakové ztráty v sacím potrubí Z rovnice kontinuity ( ) vypoítáme rychlost proudní média potrubím. N O ( ) P Q ( ) A@R ( ) Pro urení typu proudní vypotemereynoldsovo íslo Redle ( ). S # T ( ) S A2 A = ( ) Laminární proudní je ureno Reynoldsovým íslem menším než 2320, nad touto hodnotou Re je proudní pechodové. Pi hodnotách Re vtších než 10 5 je proudní již turbulentní. Mžeme tedy konstatovat, že námi uvažovaný kondenzát bude v potrubí proudit tém turbulentn. Ze znalosti typu proudní budeme vycházet pi následujících výpotech. Tlakovou ztrátu uríme ze vzorce ( ), kdeje dynamický tlak násoben ztrátovým souinitelem. UD?V W % ( ) Ztrátový souinitel je uren rovnicí ( ), kde je souinitel tení v potrubí, l je celková délka potrubí a D je vnitní prmr. Rovnice pro výpoet lambda se liší podle toho, zda je proudní laminární i turbulentní. Vzhledem k tomu, že v našem pípad je proudní turbulentní, použijeme pro výpoet Colebrookovo Whiteovo rovnici ( ).[4] X Y Z # ( ) / [\ =B]^_` %/ -F[\ a b 8% c ( ) 39

40 Západoeská univerzita v Plzni. Fakulta strojní. Diplomová práce, akad. rok 2014/15 Rovnice ( ) vychází z velkého množství dat, které byly shromáždny bhem nkolika let experimentálního mení. Nejznámjší z nich provádl Nikuradse. Na základ tchto dat vznikl Moodyho diagram obr. 4.4, ze kterého mžeme odeíst hodnotu (levá vertikální osa obrázku), v závislosti na velikosti Reynoldsova ísla (horizontální osa) a relativní drsnosti potrubí (pravá vertikální osa). Obr. 4.4: Moodyho diagram pro urení [3] Relativní drsnost potrubí je dána rovnicí ( ), která uruje vzájemný vztah mezi absolutní drsností a charakteristickým rozmrem potrubí, v našem pípad svtlostí potrubí D. Absolutní drsnost je uvedena bu výrobcem potrubí, nebo ji lze najít v píslušné literatue [3]. Pi urování absolutní drsnosti hraje roli nkolik faktor. Záleží na použitém materiálu, na zpsobu jeho zpracování, na povrchových úpravách a také na stáí potrubí, respektive na opotebování vnitního povrchu. ím déle se potrubí bude používat, tím víc bude drsnost narstat vlivem eroze a koroze. V našem pípad budeme uvažovat materiál P235GH, ocelovou bezešvou trubku, která bude úpln nová, nepoužitá. Absolutní drsnost tohoto potrubí bude =0,05 mm. ( ) Souinitele tení dohledáme v literatue zabývající se tlakovými ztrátami v potrubí. Asi nejobsáhleji se ztrátami v potrubních systémech zabýval Idelchik, v jeho knize [3] nalezneme hodnoty ztrátových souinitel, jak pro tení v potrubí, tak pro místní ztráty. Je zde také uveden Moodyho diagram a hodnoty odpovídající píslušné relativní drsnosti a Reynoldsov ísle. Z tchto tabulek jsme urili hodnotu = 0,023. Pro dosazení do rovnice ( ) už zbývá pouze zjistit celkovou délku potrubí. K tomuto úelu využijeme PDMS model, ve kterém je vytvoeno reálné dispoziní uspoádání strojovny, se všemi komponentami a potrubími. V PDMS modelu si odmíme délku celého 40

41 sacího potrubí od vysokotlakého ohíváku až po zvyšovací erpadlo, dispoziní uspoádání je uvedeno v píloze. 6, která je souástí této práce. Výsledná délka potrubí je 28,3 m. Nyní mžeme všechny hodnoty dosadit do rovnice ( ) a následn vypoítat tlakovou ztrátu tením dle rovnice ( ) Místní ztráty v sacím potrubí X dv B@ % 22 ( ) % UD?V W?V % ( ) UD?V 33A256 ( ) Tlakovou ztrátu zpsobenou lokálními odpory, vypoítáme podle rovnice ( ), dosazením místního ztrátového souinitele místo tecího ztrátového souinitele.místníztrátový souinitel je dán soutem všech místních ztrátových souinitel od jednotlivých lokálních odpor. Jednotlivé místní ztrátové souinitele uríme z literatury zabývající se tlakovými ztrátami [3]. Pro urení všech odpor využijeme jak vytvoené schéma pára voda, tak i model PDMS v píloze. 6. Ve schématu jsou zakresleny a ureny použité armatury na potrubí. Konkrétn je na sacím potrubí umístna jedna uzavírací klapka a jeden filtr. Další lokální odpory jsou ureny z dispoziního ešení v PDMS, z konkrétn namodelovaného potrubí mžeme zjistit poet kolen a velikost jejich ohybu. Na sacím potrubí se nachází 13 kolen, jejichž polomr má hodnotu 1,5 ød a ohyb kolen je 90. Dále se na trase sání nachází jeden T kus, kde je odboka z trasy do expandéru provozních kondenzát. Poslední lokální odpor je zpsoben zúžením trasy na vstupu do erpadla. Všechny lokální odpory a jejich ztrátové souinitele jsou shrnuty v následující tabulce 4.2, pro lepší pehlednost. - &6 -() U ) VU ).CKBWCAX@ AQ BCD@ QCD@ E'!-- A BCQ BCQ + A Q Q $-() D ACD DC? #)(6 A BCQP BCQP -1'1-8!VU ) KCQQ Tabulka 4.2: Pehled všech lokálních odpor na trase sání Známe li všechny ztrátové souinitele lokálních odpor, mžeme vypoítat celkovou tlakovou ztrátu, která je zpsobena lokálními odpory. UD e?je fw e?je % ( ) UD e?je 2256 ( ) 41

42 Celková tlaková ztráta v sacím potrubí a tlak na sání erpadla Celkovou tlakovou ztrátu v sacím potrubí ( ) získáme soutem tecí tlakové ztráty ( ) s místní tlakovou ztrátou ( ) UD g UD?V aud e?je ( ) UD g B56 ( ) Pro urení velikosti tlaku na sání erpadla je nutné znát hydrostatický tlak ped erpadlem. Hydrostatický tlak uríme pomocí rozdílu výšek mezi vysokotlakým ohívákem a zvyšovacím erpadlem. Z dispoziního ešení strojovny byl tento rozdíl uren na 11,720 m. Hydrostatický tlak daný touto výškou je vypoten v rovnicích ( ) a ( ) D h O_i ( ) D h 2B@56 ( ) Výpotový tlak ve vysokotlakém ohíváku je dle bilanního schématu0,279 MPa. K tomuto tlaku pipoteme hydrostatický tlak a odeteme celkovou tlakovou ztrátu. Tímto uríme výsledný tlak, který je na sání erpadla ( ), ( ) Tecí ztráta ve výtlaném potrubí D jje D klm ad h =UD g ( ) ( ) Tecí ztráty vypoítáme dle výše užitých vzorc ( ) - ( ). Celá potrubní trasa mezi erpadlem a napájecí nádrží se skládá ze tí rzných prmr potrubí. erpadlo je pipojené na potrubí DN80, délka tohoto úseku je 21,5 m. Dále je toto potrubí svedeno do smšovae o prmru DN200, kde se výtlak erpadla pipojuje na trasu hlavního kondenzátu, délka smšovae je 2,06 m. Smšova poté pechází do potrubí hlavního kondenzátu o délce 43,32 m a rozmru potrubí DN150. Ztrátové koeficienty pro všechny svtlosti potrubí uríme stejným zpsobem, jakým jsme je urili pro sací potrubí. Najdeme absolutní drsnost v literatue [3],ze které vypoteme relativní drsnost ( ). Pomocí relativní drsnosti a Reynoldsova ísla uríme souinitel tení, který dohledáme ve stejné literatue jako absolutní drsnost. n o # X Y Z # ( ) ( ) Pesné rozmry potrubí potebné pro výpoet jsou uvedeny v tabulce 4.3, hodnoty urené z literatury [3] uvádí tabulka 4.4 spolu s hodnotami vypotenými ze vzorc ( ) a ( ). $(2- #YZ $(H-YZ *)YZ &,'Y D Z -YZ PB BCBPPK BCBBQD BCBPD@ BCBB@Q?@RAR DAC@ A@B BCARPQ BCBB?Q BCA@KF BCBDBBQA DCBR DBB BCDAKA BCBBRQ BCDBR@ BCBQQ?KA?QCQD Tabulka 4.3: Rozmry potrubí výtlaku erpadla 42

43 2)())[ =)6X PB =)6X =)6X DBB =))\ PB 3 QRDBBPC@ 3 DFKKR?CK 3 BCBBBR 3 =))\ A@B BCBBBQ - =))\ DBB 2]8N=C\O PB 2]8N=C\O A@B 2]8N=C\O DBB 91-8!U,! PB 91-8!U,! A@B 91-8!U,! DBB BCBBBD 3 BCBDQ 3 BCBAK 3 BCBAK 3 BCD?@ 3 Tabulka : Vstupní hodnoty pro výpoet tlakových ztrát na výtlaku erpadla Výpoet tlakové ztráty tením v potrubí provedeme dle rovnice ( ), do které dosadíme ztrátové koeficienty a dynamické tlaky pro jednotlivé svtlosti potrubí. UD?V W?V % ( ) Velikost dynamického tlaku je závislá na rychlosti proudní v potrubí, která se odvíjí od prezu potrubí a od prtoku. V trase o rozmru DN80 bude prtok i rychlost stejná jako v sacím potrubí erpadla. V trasách DN200 a DN150 se k tomuto prtoku pidává ješt prtok hlavního kondenzátu, se kterým musí být také poítáno Pi konkrétním výpotu je uvažován provoz, kdy prtok hlavního kondenzátu je 11,98 kg/s. Prtoky a vypoítané dynamické tlaky pro všechny velikosti potrubí jsou uvedeny v tabulce 4.5. Zde je uvedena výsledná tlaková ztráta pro jednotlivá potrubí. $) &-Y-7>)Z =!/)Y>)Z!-1-Y&Z [,! Y&Z &- PB BCPD? BCARQ ADC?A F?C?DD &- A@B ADCP BCRRF DAQCDF ABKKCDDF &- DBB ADCP BCQKK FRCDK APCRKF Tabulka :Vypotené hodnoty pro jednotlivá potrubí Celková tecí ztráta ve výtlaném potrubí je vypotena ve vzorci ( ) a ( ). UD?VFge UD?V#p aud?v#p/ aud?v#p% ( ) UD?VFge 3B@56 ( ) 43

44 Místní ztráty ve výtlaném potrubí Pro výpoet místních ztrát musíme nejprve urit ztrátové souinitele pro všechny lokální odpory: ty uríme obdobn jako u sacího potrubí, tedy z literatury [3]. Pehled všech odpor a jejich ztrátových koeficient je uveden v tabulkách UD e?je fw e?je % ( ) Do vzorce ( ) dosadíme koeficienty lokálních odpor, uvedené v tabulkách a dynamické tlaky píslušející jednotlivým potrubím. Dynamické tlaky použijeme stejné jako pi výpotu tecích ztrát, tedy z tabulky 4.5. Výsledné tlakové lokální ztráty jsou uvedeny v tabulce &6-() U ) ^U ).KBWAC@ K BCD@ DCD@.AQ@WAX@ Q BCAK BC@F E'!-- D BCD@ BC@ 9-- A Q Q 91-8X$-() Q BCR ACP #1)('6 A BC?P BC?P =7(6 A Q Q #)()6 A ACBF ACBF,-( A BCDK BCDK!"# Tabulka : Lokální odpory pro DN80 - &6-() U ) ^U ).KBWAC@ P BCD@ D E'!-- D BCD@ BC@ 9-- A Q Q 91-8X$-() A BCR BCR #! Tabulka : Lokální odpory pro DN150 44

45 - &6-() U ) ^U ) #1)(')6 A BCDK BCDK! " Tabulka : Lokální odpory pro DN200 [ ) PB ARBCKA? & [ ) A@B AQBBCK?P & [ ) DBB DDCAD? & Tabulka : Místní tlaková ztráta pro jednotlivá potrubí Celková místní ztráta je urena soutem místních ztrát pro jednotlivá potrubí. ( ) UD e?je UD e?je#p aud e?je#p/ aud e?je#p% ( ) UD e?je 2@3256 ( ) Celková tlaková ztráta ve výtlaném potrubí a tlak na výtlaku erpadla Celkovou tlakovou ztrátu ve výtlaném potrubí získáme soutem vypoítaných tecích a místních ztrát v potrubí z kapitol a Tlak na výtlaku erpadla je uren hydrostatickým tlakem, tlakovými ztrátami v potrubí, tlakem v napájecí nádrži a tlakem ped vstikovým ventilem na napájecí nádrži. Hydrostatický tlak je uren výškovým rozdílem napájecí nádrže a erpadla, ten iní 29,94 m ( ). D h O_i ( ) D h 3232B33 B256 ( ) Celková tlaková ztráta ve výtlaném potrubí je dána soutem tlakových ztrát tecích a místních ( ). UD Eq?Z:rgFZr;Ej UD?VFge aud e?je ( ) UD Eq?Z:rgFZr;Ej 2a2@32 BAA@@56 ( ) Tlak kapaliny ped rozstikem v nádrži musí být o 1 bar vtší než je tlak v napájecí nádrži, toto je dáno charakteristikou rozstikových ventil. Dle bilanního schématu pro poítaný provoz je tlak v napájecí nádrži 0,186MPa.Celkový tlak na výtlaku erpadla je vypoítán pomocí rovnice ( ). D Eq?Z:r D pp aad h aud Eq?Z:rgFZr;Ej ( ) D Eq?Z:r 2AaaB2aBAA@@( ) D Eq?Z:r B@ ( ) 45

46 4.2. Tlakový rozdíl na erpadle Známe-li tlaky na výtlaku a na sání erpadla, mžeme je vzájemn porovnat. Rozdíl tchto dvou tlak urí, jaký tlak musí erpadlo dodávat, aby pekonalo dopravní výšku mezi vysokotlakým ohívákem a napájecí nádrží. UD sf<!:z: D Eq?Z:rt =D jje N4.2.1O UD sf<!:z: =@2 2@456 (4.2.2) Z rovnice (4.2.2) vyplývá, že pi provozování teplárny na 30% výkonu musí erpadlo dávat tlak 0,183 MPa. Pepoteme-li tento tlak na výškové metry vodního sloupce, získáme hodnotu 19,5 metr, což je dopravní výška, kterou musí erpadlo pekonat. Postupem uvedeným v kapitole 4.1 byly spoítány rzné provozy, ve kterých mže být teplárna provozována a které byly uvedeny v bilanních schématech. Nejvtší tlakový spád na erpadle je pi provozu na 30% výkonu. Všechny vypotené provozy jsou uvedeny v tabulce &' M $- #$ $- &-6-7>) [6 & &- 6 Q>/ [6 / )(! AADM ACBF BCRAP?CPP 3BCAQ 3APCRR 3AQCPQ AABM ACB@ BCRAP?CFD 3BCAK 3APCB@ 3DBCDA ABBM BCK@F BCRAP QCP 3BCBD 3A?C@Q 3DCAD FBM BCRR BC?Q DC?Q BCBRR KCDK FCBD?BM BCQRK BCD?R ACAK BCA@R?C@@ ARC@K QBM BCDFK BCAPR BCPD? BCAPQ QCA@ AKC?F Volba erpadla Tabulka : Tlakový spád na erpadle u vybraných provoz Na základ výpot shrnutých v tabulce 4.2.1bylo zvoleno horizontální odstedivé erpadlo výrobce Renetra, typ CR 3-4. erpadlo má radiální obžné kolo a je schopné pekonat vypoítanou výtlanou výšku. erpadlo bude provozováno od spuštní vysokotlaké regenerace, až do 70% nominálního výkonu. Pi výkonech vyšších, než je 70% nominálního výkonu, bude kondenzát do napájecí nádrže téct samospádem trasou obtoku erpadla pes regulaní ventil. Po zvolení typu erpadla musíme ovit, zda je zajištna dostatená nátoková výška. Ta je dležitá z hlediska kavitace, která vzniká pi lokálním poklesu tlaku pod mez sytosti kapaliny. Pi tomto jevu vznikají parní bubliny, které následn implodují a zpsobují tak rázové vlny. Tímto mže docházet k poškození okolního materiálu, pedevším na obžném kole erpadla, tento jev je nežádoucí. Zajištním dostatené nátokové výšky bude tlak erpané kapaliny vysoko nad mezí sytosti, tím zabráníme vzniku kavitace. Z diagramu uvádného výrobcem (Obrázek 4.5) a ze znalosti prtoku zjistíme minimální nátokovou výšku (NPSH). U poítaného provozu (30 % nominálního výkonu) byl hmotnostní prtok 0,82 kg/s, což odpovídá hodnot 3,1 m 3 /h. Z diagramu je patrné, že pro tento provoz je minimální nátoková výška 1,3 m.z dispoziního ešení strojovny jsme urili výškový rozdíl 46

47 mezi erpadlem a vysokotlakým ohívákem na 11,72 m, v porovnání s minimální nátokovou výškou, je zde dostatená rezerva. Obr.4.5: Nátoková výška erpadla Obrázek 4.6 znázoruje charakteristiku erpadla uvádnou výrobcem. Horní oranžová kivka uvádí závislost výtlané výšky na hmotnostním prtoku. Obr : Charakteristika erpadla a jeho úinnos Spodní modrá kivka pedstavuje úinnost erpadla. Z vypoítaných hodnot pro 30 % provozu je uren pracovní bod tak, že na vertikální osu vyneseme výtlanou výšku 19,4 m a na horizontální osu vyneseme hmotnostní prtok 3,1 m 3 /h. Tento pracovní bod se nachází na charakteristice erpadla. V pípad jiného prtoku se pracovní bod pohybuje po této kivce. Pracovní bod je prseíkem charakteristiky erpadla a charakteristiky potrubí. Zvolené erpadlo je bez frekvenního mnie, proto není možné mnit charakteristiku erpadla pomocí zmny otáek. Pro posuv pracovního bodu musíme mnit charakteristiku potrubní trasy pomocí regulaního ventilu umístného na trase výtlaku. 47

48 Posouzení vhodnosti zavedení topného kondenzátu VTO do trasy hlavního kondenzátu nebo pímo do napájecí nádrže Do napájecí nádrže mžeme pivést kondenzát dvojím zpsobem, a to bu horní ástí pes sprchový systém, nebo zavedením kondenzátu pod existující hladinu v napájecí nádrži. Pomocí horního rozstiku je obvykle zavádn hlavní kondenzát z nízkotlaké regenerace, který má nižší teplotu než napájecí voda. Rozstikem dochází k lepšímu promíchávaní obsahu v napájecí nádrži a k rychlejšímu ohátí kondenzátu. Pod stávající hladinu v napájecí nádrži se obvykle zavádí topný kondenzát z vysokotlaké regenerace, ped vstupem do napájecí nádrže je na této trase umístn regulaní ventil, který picházející kondenzát seškrtí. Vlivem snížení tlaku dochází k varu topného kondenzátu, proto je zaveden pod hladinu, kde dochází ke kondenzaci páry v bublinách a k jejich zániku.kondenzát je tak udržován na mezi sytosti. Tímto probubláváním dochází také k oddlování nezkondenzovatelných plyn. Zavedení topného kondenzátu do trasy hlavního kondenzátu má pedevším dispoziní výhodu. Napojením topného kondenzátu blízko u vysokotlakého ohíváku do hlavního kondenzátu ušetíme nkolik desítek metr potrubí, které bychom jinak museli vést až k napájecí nádrži. Tím ušetíme i prostor ve strojovn, který by jinak byl zabrán tímto potrubím. Pivedeme li topný kondenzát do hlavního kondenzátu, znamená to, že bude topný kondenzát pivádn do napájecí nádrže pes sprchy v napájecí nádrži. Ped tmito sprchami je umístn sprchový ventil, ped tímto ventilem musí být tlak kondenzátu od 1 bar (a) vtší, než je tlak v napájecí nádrži. To znamená, že zvyšovací erpadlo musí dodávat tlak o 1 bar (a) vtší, než by muselo dodávat pi zavedení topného kondenzátu pod hladinu napájecí nádrže. Výkonnjší erpadlo bude samozejm dražší než erpadlo mén výkonné. Pi posuzování, který zpsob zavedení kondenzátu je výhodnjší, byly zhodnoceny investice u obou variant. Cena zvoleného erpadla se pohybuje okolo K, náklady na poízení potrubí by byly okolo K. Použitím výkonnjšího zvyšovacího erpadla je cenová úspora okolo K. Další výhodou pi použití zvyšovacího erpadla je, využití topného kondenzátu pro zvýšení teploty hlavního kondenzátu a tím i teploty kondenzátu v napájecí nádrži pi nízkých výkonech. Kdyby nebylo zvyšovací erpadlo použito, musel by být topný kondenzát pi nízkých výkonech zaveden do EPK, kde by byla jeho energie maena. Takto ji využijeme pro ohev hlavního kondenzátu. S pihlédnutím k uvedeným výhodám byla zvolená varianta zavedení topného kondenzátu do hlavní trasy kondenzátu. 48

49 5. Výpoet množství kondenzátu vzniklého pi prohevu turbíny Pi spouštní teplárny, je nutné dkladn prohát všechny parovody, a ob ventilové komory.prohev je velice dležitý z hlediska teplotního namáhání použitých materiál, prohev musí probíhat postupn, podle stanovených trend, aby nedocházelo k tepelným šokm v materiálech a tím k výraznému zhoršení jejich vlastností. Prohev studených parovod probíhá ve dvou etapách (uvažujeme spouštní ze studeného stavu, kdy teplota všech zaízení odpovídá teplot okolí). Nejprve dochází k natlakování parovod, pomocí ochozu uzavírací armatury na ostré páe. Tlakování je provádno na jmenovitou hodnotu dovoleným trendem, který odpovídá dovolenému trendu kondenzující páry. Vzniklý kondenzát je odvádn pes odvodnní s otevenými obtoky odvad kondenzátu (množství kondenzátu je vtší pi nižším tlaku, než na který je odvad dimenzován). Po natlakování je otevena hlavní uzavírací armatura a ventil na ochozu je uzaven. Teplotní trend prohevu je hlídán idlem umístným v prostoru, který je nejcitlivjší na teplotní zmny, tedy v komoe regulaních ventil. Parovody jsou v první etap proháty na teplotu odpovídající teplot syté páry. V druhé etap prohevu je teplota parovod a ventilových komor zvyšována na provozní teplotu, danou bilanními schématy. Prohátí parovod probíhá proudním páry, která je z ventilových komor odvádná do expandéru provozního kondenzátu, ped vstupem do expandéru musí být prohívací pára svlažena. Výpoet množství vzniklého kondenzátu pi prohevu turbíny vychází ze zákon termodynamiky. Na základ množství pedaného tepla mezi párou a materiálem turbíny vypoítáme množství vzniklého kondenzátu. Abychom mohli toto množství vypoítat, musíme nejprve zjistit hmotnost odvodované ásti zaízení, které spadá do jednoho odvodovaného místa. Dále je teba urit z tabulek termodynamických vlastností vody a vodní páry [10] teplotu sytosti páry pro provozní tlak a následn entalpie na pravé a levé mezní kivce, odpovídající provoznímu tlaku. Pro názorné umístní hledaných hodnot je uveden T-s diagramu vodní páry.(obr.: 5.1) Obr. 5.1:T - s diagram vody a vodní páry 49

50 Pi výpotu množství kondenzátu musíme provést nkolik dílích výpot. Nejprve uríme množství tepla, které je nutné pro prohev na požadovanou teplotu, to vypoteme pomocí rovnice (5.1). N >! Uu (5.1) Kde m je hmotnost prohívané ásti zaízení, c p je mrná tepelná kapacita, která má pro ocel hodnotu 0,48 kj/kg a T pedstavuje rozdíl teplot, o kolik se daný materiál oheje. Pro lepší názornost rovnou uvedeme píklad výpotu pro odvodnní turbíny za A kolem. Uvažujeme studený start, tedy poátení teplota bude 20 C a provozní tlak je 8,89 MPa, kterému odpovídá teplota sytosti 302,55 C. Rozdíl obou teplota je 282,55 C. Hmotnost prohívané ásti turbíny, která je svedena do jednoho odvodovacího místa, je kg. Nyní tyto hodnoty dosadíme do rovnice (5.1), získáme tak velikost potebného tepla (5.3). N B32B2B (5.2) (5.3) Dalším krokem je výpoet stední hodnoty pedaného tepla pi prohevu turbíny. Pedané teplo uríme tak, že z diagramu vodní páry (obr. 5.1) odeteme entalpii h 0 pro teplotu 20 C, entalpii pro teplotu sytosti na levé mezní kivce h a entalpii na pravé mezní kivce h. Všechny tyto hodnoty leží na izobae provozního tlaku pro dané odvodnní. Stední hodnotu pedaného tepla vypoteme jako aritmetický prmr z pedaných tepel: ] / i xx =i x (5.4) ] / (5.5) ] % i xx =i (5.6) ] % B=3B@ BABvwRv_ (5.7) ]?V Z y(z % (5.8) ]?V /(%7% % B22vwRv_ (5.9) Množství kondenzátu, které vznikne pi prohevu ásti turbíny, odvodnné za A kolem, z teploty 20 C až na teplotu sytosti pro provozní tlak, tedy 302,55 C, získáme jako podíl potebného tepla Q se stední hodnotou tepla pedaného l st (5.10). r;j P Z z.v (5.10) r;j 9% %/ 3Av_ (5.11) Celkové množství vzniklého kondenzátu iní 195,76 kg. Nás zajímá hmotnostní prtok kondenzátu, který se využívá pro dimenzování odvodovacího potrubí. Hmotnostní prtok budeme poítán v kilogramech za hodinu. Pro výpoet hodinového prtoku nejprve uríme, jak dlouho bude trvat celý prohev poítané ásti turbíny. Je uvažována rychlost prohevu trendem 3 stupn Celsia za minutu. Známe teplotní rozdíl, mezi studeným a teplým stavem turbíny, vypoteme dobu prohevu jednoduchým vzorcem (5.12). {! Ul %% (5.12) {! 32*+ (5.13) 50

51 Hodinový prtok kondenzátu vypoteme následovn: N h; 7 9/ 3A (5.14) N h; Bv_ i^ (5.15) Hodinový prtok kondenzátu pi prohevu ásti turbíny s A kolem iní 124,71 kg/hod. Stejným zpsobem byl proveden výpoet pro všechna odvodnní umístná na strojovn. Celkové množství kondenzátu vzniklé pi prohevu turbíny a pilehlých potrubních tras, je odvádno nkolika odvodnními. Množství kondenzátu, které protéká odvodovacími trasami umístnými v odbrových potrubích turbíny, je uvedeno v následující tabulce 5.1. Odvodnní Celkové množství kondenzátu [kg] Hodinové množství kondenzátu [kg/hod] 1. - ventilová komora 320,27 192, ostrá pára 1,42 0, A kolo 195,7 124, V. Odbr 212,2 193, VI. Odbr 61,84 68, III. Odbr 56,35 68,9 10. II. Odbr 44,16 68, I. Odbr 43,8 68,7 Výstup z turbíny 42,5 72,3 Tabulka 5.1:Množství vzniklého kondenzátu 51

52 6. Funkní popis zapojení schématu s bližším zamením na dálkov ovládané armatury a zaízení funkního celku VTO Vysokotlaká regenerace slouží k ohevu napájecí vody na optimální teplotu ped vstupem do kotle. Ohev probíhá ve dvou vysokotlakých ohívácích, které jsou azené sériov za sebou. VTO 1 je topený párou ze tvrtého odbru, VTO 2 je topený párou z pátého odbru. Topný kondenzát je odvádn kaskádovit z VTO 2 regulaním ventilem umístným na spojovací trase, který je ízen od hladiny ve VTO 2. Z VTO 1 je topný kondenzát odvádn regulaním ventilem do trasy hlavního kondenzátu bu pomocí zvyšovacího erpadla, nebo samospádem. Regulaní ventil drží hladinu na zadané hodnot (normální hladina), pi zvýšení této hladiny o 100 mm je topný kondenzát odvádn náhradní trasou do EPK. Prtok do EPK je ízen regulaním ventilem na této trase, který otevírá pi pekroení zadané havarijní hladiny, klapka ped regulaním ventilem musí být otevená. Pi poklesu hladiny ve VTO 1 zpt na normální hladinu, je náhradní trasa do EPK uzavena. Pi zvýšení hladiny ve VTO1 nad havarijní mez je otevena klapka a regulaní ventil na trase do EPK, zárove dojde k uzavení hlavních klapek na pívodních trasách páry do obou ohívák. Na parních odbrových trasách jsou uzavené i odbrové klapky. Napájecí voda je peazena z vysokotlakých ohívák do obtoku ohívák pomocí trojcestného a odazovacího ventilu. Pi najíždní vysokotlaké regenerace za studeného stavu nejprve proudí napájecí voda pes vstupní trojcestný ventil a bypassuje celý vysokotlaký regeneraní systém pímo do kotle. Ped najetím musí být celý systém vysokotlaké regenerace odvzdušnn. Pi uvádní ohívák do provozu, je postupn otevírán obtok vstupního trojcestného ventilu. Tímto obtokem je plnna a tlakována celá vodní strana ohívák dovoleným trendem. Natlakování je dležité z toho dvodu, aby nedocházelo k rázovým vlnám pi otevení trojcestného ventilu, zárove je natlakováním chránna vodní strana ohívák proti varu v moment, kdy do nich bude vpuštna pára. Prohev parní strany ohívák je provádn pomocí obtok uzavíracích klapek na parníchodbrových potrubích. Otevením ventilu na tchto ochozech proudí do ohívák omezené množství páry, které kondenzací ohívá celou parní stranu vysokotlakých ohívák. Tento proces trvá pibližn 30 minut. Aby bylo umožnno chlazení vstupní páry, musí dojít k pepnutí odazovacího ventilu na napájecí vod, na výstupu z VTO. Pepnutím ventilu je umožnna cirkulace napájecí vody pes vysokotlaké ohíváky, souasn dochází k odazení by passu vysokotlaké regenerace a napájecí voda proudí pouze pes oba ohíváky. Po uplynutí ticeti minut jsou otevírány uzavírací klapky na vstupní páe do ohívák. Po jejich otevení se uzavírají ventily na ochozech uzavíracích klapek. Otevením klapek proudí do ohívák vtší množství páry, které je nutné chladit, proto je krokov otevírán vstupní trojcestný ventil. Postupné otevírání ventilu je zde dležité z toho dvodu, aby byl dodržován dovolený trend prohevu 7 za minutu a také aby náhlým otevením nevznikaly v potrubí tlakové rázy. Ochoz trojcestného ventilu se postupn uzavírá. Po vytvoení dostatené hladiny topného kondenzátu v ohívácích zaínají fungovat píslušn regulaní ventily, které tuto hladinu udržují na pedepsané hodnot. 52

53 7. Závr V diplomové práci bylo zpracováno funkní schéma strojovny urené pro teplárnu. Na základ bilanních schémat a zadání bylo vypracováno schéma PID, které je k této práci piloženo. Na PID schématu je znázornno zapojení jednotlivých zaízení, vetn všech potebných armatur a mení. První ást diplomové práce je vnována funknímu popisu všech použitých zaízení a jejich umístní ve schématu. Schéma bylo navrženo se 40 MW turbínou pro výrobu elektrické energie. Z turbíny je odebírána pára pti odbry. Výstup turbíny a první odbr slouží pro ohev topné vody v ohívácích topné vody. Topná voda je rozvádna horkovody pro další využití. Úinnost navržené strojovny je zvyšována regeneraním ohíváním hlavního kondenzátu v nízkotlaké regeneraci a ohevem napájecí vody ve vysokotlaké regeneraci. Topení regeneraních výmník je provádno pomocí tech parních odbr (II, IV a V). Tetím parním odbrem je zásobována parní sbrna, kterou je vytápná napájecí nádrž ta není v zadaném rozsahu projektu. V pípad odstavení turbíny lze topnou páru vyrábt v by passovém kondenzátoru, do kterého je pivedená ostrá pára pímo z kotle. Pi tomto režimu je do parní sbrny pivedena ostrá pára pro topení napájecí nádrže. V diplomové práci jsou popsány i další režimy využití by passového kondenzátoru. V první ásti práce je také vysvtleno fungování systému ucpávkové a komínkové páry s kondenzátorem komínkové páry. Dále je zde uvedeno využití expandéru provozních kondenzát a odsávání parovzdušné smsi ze systému pomocí vývv. V navazující kapitole bylo provedeno dimenzování potrubí, které zahrnuje výbr vhodného materiálu a pevnostní výpoet. U všech potrubních tras byl zvolen vhodný materiál, dle provozní teploty. Urení správné dimenze bylo provedeno v závislosti na doporuených rychlostech proudní, jednotlivými potrubími. Po zvolení odpovídající svtlosti potrubí a tloušky stny byla ovena bezpenost navrženého potrubí pomocí pevnostního výpotu tenkostnných trubek. Další ást práce byla zamena na specifikaci zvyšovacího erpadla. V práci bylo vypoítáno, že zvyšovací erpadlo bude provozováno pi nízkých výkonech turbíny, konkrétn do 70 % výkonu. Pi vyšších výkonech bude topný kondenzát proudit z VTO do napájecí nádrže samospádem. Ped zvolením vhodného typu erpadla byly vypoítány tlakové ztráty v sacím a výtlaném potrubí erpadla. Z tlakových pomr mezi vysokotlakým ohívákem a napájecí nádrží, z hydrostatických tlak a tlakový ztrát byla urená dopravní výška, kterou musí zvolené erpadlo pekonat. Zvyšovací erpadlo bylo zvoleno od firmy Renetra, typ CR 3-4, charakteristika a úinnost zvoleného erpadla byla uvedená v grafech poskytnutých výrobcem erpadla. V páté kapitole této práce byl vysvtlen princip prohevu turbíny ze studeného stavu na provozní teplotu, kdy je prohev turbíny a parovod provádn pomocí kondenzace páry. V této kapitole byl proveden výpoet množství kondenzátu, který vznikne v turbín a pilehlých parovodech pi prohevu. V závru diplomové práce bylo blíže popsáno funkní zapojení celku vysokotlaké regenerace a dálkov ovládaných armatur tohoto celku. Bylo zde vysvtleno najíždní vysokotlakých ohívák za studeného stavu a práce souvisejících armatur pi najíždní. Dále byly v souvislosti s vysokotlakými ohíváky vysvtleny regulace hladiny topného kondenzátu. 53

54 8. Seznam literatury a informaních zdroj [1] ŠKORPÍK, J:Vznik tlakové ztráty pi proudní tekutiny, Transformaní technologie, , [last updated ]. Brno: Jií Škorpík, ISSN [2] nasky/hy2v_04_hydraulika_potrubi.pdf [3] IDELCHIK, I. E.:HanbookofHydraulicResistance. 3rd Edition, New York, JaicoPublishing House ISBN [4] MELICHAR, J.: Hydraulické a pneumatické stroje, ást erpadla, 1. vydání, Praha, eské vysoké uení technické v Praze 2009, ISBN [5] LINHART, J.: Mechanika tekutin I, 1. vydání, Plze, Západoeská univerzita v Plzni, 2006, ISBN [6] AMBROŽ, J.: Parní turbíny a kondenzace, 2. vydání, Praha, eské vysoké uení technické v Praze 1984, 281 stran,. publikace 4977 [7] DVOÁK, Z.: Sdílení tepla a výmníky, 1. vydání, Praha, eské vysoké uení technické v Praze 1992, ISBN [8] [9] SN EN A2 Bezešvé ocelové trubky pro tlakové a zaízení technickédodací podmínky ást 2: trubky z nelegovaných ocelí se zaruenýmivlastnostmi pi zvýšených teplotách [10] MAREŠ, R., Tabulky termodynamických vlastností vody a vodní páry, 1. vydání, Plze 2008, Západoeská univerzita v Plzni, ISBN [11] SUCHOMEL, R., Zásady a navrhování projekních zpracování kotelních ostrov se zamením na potrubí, Brno 2010, Vysoké uení technické v Brn, [12] JINDICH, J., BLOVSKÝ, J., Píruka pro zaínající projektanty, Plze 2010, Škoda Power 54

55 9. Seznam píloh Píloha. 1: Bilanní schéma teplárny, Provoz 100% výkonu Píloha. 2: Bilanní schéma teplárny, Provoz 30 % výkonu Píloha. 3: Tabulky vlastností materiál, Rp 0.2, Rm, Re H Píloha. 4: Tabulky vlastností materiál, Mez pevnosti pi teení hod Píloha. 5: Tabulky vlastností materiál, Mez pevnosti pi teení hod Píloha. 6: PDMS model 55

56 PÍLOHA. 1 Bilanní schéma teplárny Provoz 100% výkonu

57 Západoeská univerzita v Plzni. Fakulta strojní. Diplomová práce, akad. rok 2014/15