Показатели надежности циркуляции

Значения величин К и сами по себе еще не определяют надежность циркуляции. Циркуляция будет надежной, если бу­дут отсутствовать опасные явления, которые затрудняют дви­жение воды в опускных и подъемных трубах и препятствуют охлаждению стенок труб изнутри движущейся средой. К таким явлениям относятся застой и опрокидывание циркуляции, при­водящие к нарушению движения воды и пароводяной смеси в подъемных трубах, расслоение потока пароводяной смеси в на­клонных парообразующих трубах, которое влечет за собой повышение температуры стенки трубы в местах скопления пара, предельно допустимое значение кратности циркуляции, кави­тация на входе в опускные трубы, вскипание воды в опускных трубах.

Застой и опрокидывание циркуляции возникают из-за нерав­номерного обогрева подъемных труб, находящихся в одном и том же ряду. Неравномерность обогрева может быть вызвана различными причинами: односторонним отоплением, неодинаковым загрязнением труб и др. Циркуляционная характеристика трубы со слабым обогревом отличается от циркуляционной ха­рактеристики всего ряда (рис. 4.6). Положение рабочей точ­ки М' обеспечивает достаточ­ный для охлаждения стенки расход воды в подъемном ря­ду и в слабо обогреваемой трубе. Однако если по какой-либо причине гидравлическое сопротивление в опускных тру­бах возрастет (например, вода вскипит), гидравлическая ха­рактеристика опускных труб займет положение и рабочая точка сместится в положение , то при новом полезном напоре расход воды в слабо обогреваемой трубе 2 будет равен нулю . В трубе наступит застой циркуляции. В неподвижной воде ухудшается охлаждение стенок трубы и удаление образующегося на стенках пара. Это может вызвать перегрев стенки и разрушение целостности трубы.

Рис.

В слабо обогреваемых трубах при некоторых условиях мо­жет возникнуть опускное движение потока или смена опускного движения подъемным и наоборот. Такое неустойчивое движе­ние недопустимо, так как оно не обеспечивает охлаждения ме­талла труб. Это явление называют опрокидыванием циркуляции.

Из рис. 4.6 следует, что для нормальной работы подъемных труб необходимо снижать сопротивление опускных труб, чтобы рабочая точка находилась в положении, близком к М' (то есть справа и по возможности в нижней части графика). Для этого опускные трубы всегда делают из труб большого диаметра: 57 или 114 мм.

Расслоение потока пароводяной смеси происходит в горизон­тальных и наклонных к горизонту подъемных трубах. При этом пар собирается и движется в верхней части трубы, вода – в нижней (лотковое течение). Процесс охлаждения стенки трубы в районе верхней образующей нарушается и становится реальной угроза перегрева металла трубки. Возможно пульсирующее движение потока в таких трубах, когда их стенки попеременно омываются то водой, то паром. Это вызывает опасные цикличе­ские знакопеременные напряжения в металле, приводящие к раз­рушению стенки. Поэтому в котлах с естественной циркуляцией надо проверять угол наклона подъемных труб к горизонту: он должен быть не менее 25–30°.

Предельно допустимое значение кратности циркуляции в подъемном ряде К 4. При этом структура потока смеси в подъемных трубах такова: пар движется в ядре потока, а вода по стенкам трубы. При К < 4 количество пара в трубах уве­личивается и его становится так много, что водяная пленка, текущая по внутренним стенкам труб, утоняется, ее непре­рывность нарушается, и в пленке начинается интенсивное на­капливание солей, приводящее к накипеобразованию, что недопустимо.

На предельно допустимое значение кратности циркуляции следует проверять наиболее нагруженные в тепловом отношении трубы (ряды).

Кавитация (воронкообразование) на входе в опускные трубы возникает при снижении уровня воды в пароводяном барабане и снижении подпора на входе в опускные трубы из-за возник­новения вихревой воронки. Для того чтобы кавитация не воз­никла, уровень воды над входным сечением опускных труб должен быть не менее 100 мм (см. рис. 4.4).

Вскипание воды в опускных трубах может привести к росту их гидравлического сопротивления и уменьшению поступления воды в нижний коллектор. При этом подъемные трубы, более нагруженные в тепловом отношении, «забирают» воду из ниж­него коллектора, а приток воды к слабо обогреваемым трубам приостанавливается, и в них наступает застой. При очень бур­ном вскипании воды в опускных трубах и во всем котле обра­зуется большое количество пара, вследствие чего быстро подни­мается уровень воды в пароводяном коллекторе (набухание уровня). Вместе с паром, выходящим из коллектора, захваты­вается большое количество воды, которая может попасть в па­роперегреватель и даже в паровую турбину.

Вскипание воды возникает при резком увеличении отбора пара из котла и падении давления в нем. Чтобы избежать нару­шения циркуляции в судовых котлах, отраничивают скорость снижения давления при отборе пара из котла: она не должна превышать (3 ÷ 6) 10^–3 МПа/с. Недопустимо и резкое повыше­ние давления в котле, при котором прекращаются кипение и циркуляция. Скорость повышения давления на 20–30% может превышать допустимую скорость снижения давления.

В судовых котлах отношение сечения опускных труб к се­чению подъемных труб рекомендуется сохранять в пре­делах 0,3–0,5.