Конструкция и принцип работы выпарного аппарата
Выпарной аппарат предназначен для очистки от растворимых активных и неактивных примесей воды в системах СВО-3, СВО-7 и концентрирования раствора борной кислоты в системе СВО-6 методом дистилляции.
Нормальная работа выпарного аппарата обеспечивается:
– непрерывным отводом вторичного пара из выпарного аппарата на конденсатор-дегазатор;
– непрерывным подводом к выпарному аппарату греющего пара;
– непрерывным отводом от выпарного аппарата конденсата греющего пара;
– непрерывным подводом к выпарному аппарату флегмы;
– непрерывным перетоком части упаренного раствора из выпарного аппарата в доупариватель, если последний имеется в данной ВУ.
Выпарной аппарат (рис. 3.4) – это аппарат естественной циркуляции с вынесенной греющей камерой, состоящей из следующих основных узлов: сепаратора, греющей камеры и циркуляционного трубопровода.
Соединение узлов аппарата между собой выполнено на фланцевых разъемах. Греющая камера (рис. 3.5) представляет собой одноходовой вертикальный кожухотрубный теплообменник, в котором в межтрубное пространство подается греющий пар, а по трубам циркулирует упариваемый раствор.
Трубы присоединены к трубным решеткам на сварке для обеспечения герметичности и исключения попадания упариваемого раствора в межтрубное пространство. Для снятия напряжений, возникающих во время работы и пуска, в греющих трубах, корпусе и в местах приварки труб с трубными решетками, на греющей камере предусмотрен линзовый компенсатор. На корпусе камеры находится расширитель с полулинзами, а внутри камеры - отбойник, способствующий более равномерному распределению греющего пара по сечению трубного пучка и исключающий эрозионный износ трубчатки входящим греющим паром.
Удаление неконденсирующихся газов из межтрубного пространства в верхней части камеры производится через штуцер сдувки.
Для опорожнения выпарного аппарата по исходной воде имеется соответствующий трубопровод, проходящий через днище корпуса теплообменника.
Для удобства транспортирования на греющей камере предусмотрены строповочные устройства (крюк, цапфы, ушки).
Верхняя часть греющей камеры соединена с сепаратором через верхнюю камеру:
– трубопроводом диаметром 25 мм, служащим для удаления воздуха (при заполнении выпарного аппарата) и неконденсирующихся газов (при работе);
– трубопроводом диаметром 377 мм с фланцевым разъемом для перепуска пароводяной смеси. Во фланцевое соединение монтируется дроссельная шайба для увеличения давления (а следовательно, и температуры кипения) в теплообменнике, а также для предотвращения пенообразования.
Рис. 2.4. Элементы выпарного аппарата:
1 – вход исходного раствора; 2 – выход вторичного пара; 3 – вход греющего пара;
4 – выход конденсата пара; 5 – опорожнение; 6 – выход упаренного раствора;
7 – сдувка неконденсирующихся газов; 8 – вход флегмы; 9 – вход промывочной воды, азотной кислоты, едкого натра; 10 – вход пеногасителя; 11 – вход вторичного пара
после сепаратора доупаривателя; 12 – заполнение гидрозатвора;
13 – опорожнение гидрозатвора; 14 – для сигнализатора пены;
15 – для уравнительного сосуда КИП; 16 – смотровое окно; 17 – люк
Рис. 3.5.Конструкция греющей камеры выпарного аппарата
Нижняя часть греющей камеры соединена с сепаратором через нижнюю растворную камеру и циркуляционный трубопровод. Циркуляционный трубопровод имеет Г-образный вид и служит для приема исходной воды, создания циркуляции по контуру сепаратор – греющая камера и для передачи упаренного раствора либо в доупариватель, либо в монжюс и тому подобное, в зависимости от технологической системы, в которой установлен выпарной аппарат.
Кроме того, циркуляционный трубопровод имеет фланцевый разъем, в котором устанавливается дроссельная шайба, предназначенная для уменьшения кратности циркуляции упариваемой жидкости и, соответственно, улучшения упаривания.
Сепаратор представляет собой сварной цилиндрический сосуд с эллиптическими днищами, снабженный тремя люками и технологическими штуцерами, а также штуцерами КИП. Технологические штуцера предусматривают выход вторичного пара, вход флегмы, вход промывочной воды, сход пеногасителя, вход промывочной воды на заполнение гидрозатвора и выход при опорожнении гидрозатвора.
Для очистки вторичного пара от капельного уноса в сепараторе имеются два паросепарационных устройства.
Первое сепарационное устройство представляет собой жалюзийный отбойник предназначенный для отделения влаги от пара, и переливную тарелку, скрепленную шестью ребрами жесткости. Тарелка выполнена в виде перфорированного горизонтального листа с отверстиями, просверленными в шахматном порядке. К тарелке приварена труба, заведенная под уровень выпариваемой воды в сепараторе и служащая для слива воды с тарелки. Для промывки пара перпендикулярно тарелке приварены перфорированные (т.е. имеющие отверстия) ребра, создающие уровень воды на тарелке примерно 500 мм Кроме того, в этих ребрах крепятся клапаны (крышки). Клапан прямоугольной формы установлен на перфорированном листе с зазором за счет отогнутых в сторону дырчатого листа углов клапана и закреплен на двух стержнях, пропущенных через отверстия перфорированного листа. Стержень фиксирует положение клапана на тарелке и не дает ему смещаться в горизонтальной плоскости. Стержни имеют рабочую часть, изогнутую по радиусу, и ограничители хода, выполненные в виде крюка, загнутого к оси стержня под углом 900. Клапан имеет плавающий характер работы и может поворачиваться под действием струи пара на угол до 450 по отношению к тарелке, что позволяет увеличить площадь живого сечения перфорированного листа до 87,2 % площади сечения сепаратора.
Второе сепарационное устройство состоит из жалюзийного отбойника, аналогичного по конструкции отбойнику на рис. 3.7, и из промывочного устройства. Промывочное устройство – это слой колец Рашига высотой 1500 мм, лежащий на перфорированной тарелке. Кольца Рашига представляют собой кольца диаметром 15 мм, длиной 15 мм и толщиной стенки 0,8 мм, изготовленные из нержавеющей стали. Сверху слой колец Рашига закрыт перфорированной крышкой. Промывочное устройство в процессе эксплуатации выпарного аппарата на 750 мм заполнено водой, подаваемой насосами дегазированной воды по линии флегмы. Данный уровень поддерживается за счет гидрозатвора выпарного аппарата, а его работа основана на принципе сообщающихся сосудов, в качестве которых в данном случае выступают слой колец Рашига и переливная труба гидрозатвора.
Очистка вторичного пара от капелек концентрата заключается в объемной сепарации и последовательном прохождении им сепарационных устройств. Принцип объемной сепарации заключается в слиянии мелких капелек концентрата при подъеме пара вверх в более крупных каплях и стекании их вниз. То же самое происходит в жалюзийном отбойнике вследствие многократного изменения направления потока пара.
Паропромывочная тарелка работает следующим образом. Пар поступает на тарелку снизу и проходит через отверстия перфорированного листа. Жидкость (флегма) поступает на тарелку сверху через выходной патрубок гидрозатвора и движется по перфорированному листу к сливному карману. В результате пар барботирует в виде мелких пузырьков через слой флегмы и оставляет в ней большую часть примесей.
При малых нагрузках на пару скорость вторичного пара в отверстиях такова, что его энергии недостаточно для преодоления веса клапанов, и они остаются на поверхности перфорированного листа. В этом случае пар проходит через не закрытые клапанами отверстия. Под клапанами образуется паровая подушка с давлением, равным примерно сопротивлению парожидкостного слоя на тарелке, и жидкость поэтому не может протекать через отверстия, закрытые клапанами.
По мере увеличения нагрузки по пару энергия паровых струй, выходящих из не закрытых клапанами отверстий, возрастает, и при некотором ее значении клапаны начинают открываться, и тем больше, чем выше нагрузка по пару. При этом живое сечение тарелки увеличивается.
Наличие установочного зазора между перфорированным листом и клапанами обеспечивает плавное их открытие. Пар начинает выходить из отверстий, находящихся под клапанами, и, отражаясь от поверхности клапанов, открытых под углом к плоскости перфорированного листа, изменяет направление. Выходящий из-под клапанов поток пара увлекает за собой жидкость в направлении сливного кармана, тем самым создавая направленное течение жидкости и исключая образование застойных зон. При снижении нагрузки по пару клапаны под действием собственной массы опускаются на плоскость перфорированного листа.
Окончательно вторичный пар в сепараторе очищается на насадке из колец Рашига, причем, проходя через нижнюю, заполненную водой, половину насадки, пар перемешивается с дистиллятом (эмульгирует) и хорошо отмывается от мельчайших капель концентрата. При прохождении верхней половины насадки за счет многократного изменения направления движения пара капельки влаги прилипают к поверхности колец Рашига и в виде пленки жидкости стекают вниз.
Для наблюдения за работой сепарационных устройств конструкций предусмотрены смотровые окна.
Принцип работы выпарного аппарата следующий: исходный раствор поступает в циркуляционный трубопровод, далее в нижнюю растворную камеру и затем в греющие трубки. В греющих трубах раствор нагревается и вскипает. Парожидкостная смесь поступает в сепаратор, где происходит ее разделение. Отделившийся раствор идет по циркуляционной трубе вновь в греющую камеру, где смешивается с исходным раствором.
Вторичный пар проходит последовательно через все паросепарационные устройства, где очищается от капель раствора, и направляется в конденсатор-дегазатор.
При наличии в ВУ доупаривателя часть упариваемого раствора с повышенным солесодержанием из циркуляционной трубы постоянно перетекает в доупариватель. Данное перетекание обеспечивается за счет более низкого расположения доупаривателя по отношению к выпарному аппарату – на один метр. Такое пространственное расположение оборудования предотвращает смешение более плотного концентрированного раствора доупаривателя с менее концентрированным раствором из выпарного аппарата.
При отсутствии в схеме доупаривателя после достижения конечной концентрации в выпарном аппарате упаренный раствор самотеком через штуцер циркуляционного трубопровода сливается:
– для СВО-7 – в монжюс кубового остатка, откуда сжатым воздухом транспортируется в емкости временного хранения жидких радиоактивных отходов;
– для СВО-6 – в бак «грязного» борного концентрата.
Краткие технические характеристики выпарного аппарата приводятся в табл. 3.1.
Т а б л и ц а 3.1