Основы атомной энергетики Реакторная установка Паротурбинная установка АЭС Конденсационная установка Генеральный план АЭС Компоновка оборудования АЭС Трубопроводы атомной электростанции Тепловые схемы АЭС


 

ПАРОГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА АЭС
С ВВЭР

6.1. Теплотехнические схемы включения

Парогенераторная установка — обязательный элемент любой двухконтурной АЭС, разделяющий первый и второй контуры и принадлежащий в равной мере как тому, так и другому. В условиях выбранных параметров теплоносителя на выходе из реактора параметры пара, выдаваемого на турбину, и теплотехническая схема парогенераторной установки могут быть различными, как это видно из схем рис. 6.1. На рис. 6.2 для

Рис. 6.1. Теплотехнические схемы парогенераторных установок двухконтурных АЭС с ВВЭР:
Рис. 6.1. Теплотехнические схемы парогенераторных установок двухконтурных АЭС с ВВЭР:

Паровые взрывы Пример. При тяжелой аварии в PWR 50 т расплавленных материалов активной зоны при температуре 3000 К попадают в бассейн с водой, оставшейся в корпусе реактора. В результате парового взрыва высвободилось 3 % изначальной тепловой энергии, запасенной в топливе. Энергия взрыва передается 10-тонному столбу воды, который движется по корпусу и ударяет в его крышку. Во время этой стадии корпус не закреплен и его масса вместе с содержимым составляет 500 т. Вычислите высоту, на которую поднимется корпус в результате удара столба воды. Предположите, что тепловая энергия топлива составляет 1,5 ГДж на 1 т.

а — с пароперегревателем и водяным экономайзером; б — без водяного экономайзера с пароперегревателем; в — без перегрева пара и без водяного экономайзера; г — без перегрева пара с водяным экономайзером;
1 — реактор; 2 — главный циркуляционный насос; 3 — испаритель; 4 — водяной экономайзер; 5 — пароперегреватель

этих схем представлены t, Q-диаграммы применительно к давлению в парогенераторе 6,4 МПа. В настоящее время используется схема, наиболее близкая к рис. 6.1в. Питательная вода, поступающая в парогенератор, смешивается с водой, находящейся внутри корпуса, и нагревается до температуры насыщения в основном за счет конденсации некоторого количества пара. Поэтому с достаточным приближением можно считать, что температура рабочего тела в парогенераторе неизменна и равна температуре насыщения. В парогенераторе

Мир после Фукусимы. Тяжелым ударом для мировой ядерной энергетики стала последняя авария на японской АЭС «Фукусима-1», которая произошла 11 марта 2011 года. Ряд стран заявили о пересмотре своих планов по строительству АЭС. В числе тех, кто решил отказаться от строительства АЭС на своей территории, есть и страны, в которых до этого времени не эксплуатировались ядерные энергоблоки, но они заявляли о намерениях развивать ядерную энергетику. К таким странам относятся Венесуэла и Таиланд и др.

85

86

Таблица 6.1. Теплотехнические характеристики парогенераторов блоков
с ВВЭР Нововоронежской АЭС

* Первый и второй блоки выведены из эксплуатации в связи с исчерпанием ресурса.

Поверхность нагрева парогенератора всегда представляет собой систему труб малого диаметра, внутри которых течет теплоноситель как среда с существенно большим давлением. Конструктивно парогенератор может быть выполнен и горизонтальным (рис. 6.3 и 6.4) и вертикальным, как, например, на рис. 6.5. В обоих случаях по стороне второго контура использована естественная циркуляция.

Для отечественных АЭС с ВВЭР, вплоть до АЭС с ВВЭР-1000, принята горизонтальная конструкция парогенератора, технологичная в изготовлении. На рис. 6.3 показана конструкция горизонтального парогенератора, осуществленная на первом и втором блоках Нововоронежской АЭС. Для серийных блоков ВВЭР-440, установленных на третьем и четвертом блоках НВАЭС и на ряде других АЭС в нашей стране

87

Рис. 6.3. Горизонтальный парогенератор с водным теплоносителем для ВВЭР-210 и ВВЭР-365
Рис. 6.3. Горизонтальный парогенератор с водным теплоносителем для ВВЭР-210 и ВВЭР-365

1 — сборный паровой коллектор; 2 — лаз; 3 — продувочные и дренажные штуцера; 4 — патрубок подсоединения трубопровода теплоносителя; 5 — входной коллектор теплоносителя; 6 — воздушник первого контура; 7 — жалюзийный сепаратор; 8 — выходной коллектор теплоносителя; 9 — поверхность теплообмена; 10 — корпус парогенератора

88

и за рубежом, она была несколько изменена. Так, входной и выходной коллекторы теплоносителя для парогенераторов АЭС с ВВЭР-440 выполняются по типу, показанному на рис. 6.4. Это обеспечивает более высокую ремонтоспособность, но для надежной эксплуатации требует тщательного контроля предотвращения перетечек из первого контура во второй в верхней части коллекторов теплоносителя, при нарушении хотя бы одного болтового соединения.

На рис. 6.4 представлен горизонтальный парогенератор для АЭС с ВВЭР-1000. По сравнению с парогенератором для ВВЭР-400 в конструкции парогенератора для ВВЭР-1000

Рис. 6.4. Горизонтальный парогенератор с водным теплоносителем для ВВЭР-1000:
Рис. 6.4. Горизонтальный парогенератор с водным теплоносителем для ВВЭР-1000:

1 — входной коллектор теплоносителя; 2 — теплообменная поверхность; 3 — коллектор раздачи питательной воды; 4 — дырчатый погруженный щит; 5 — ввод питательной воды; 6 — жалюзийный сепаратор; 7 — пароотводящие трубы; 8 — паросборный коллектор; 9 — воздушники; 10 — отвод отсепарированной влаги; 11 — выходной коллектор теплоносителя

89

приняты меры для существенной интенсификации теплообмена: меньше диаметр трубок, больше скорости теплоносителя, выше температура парообразования (табл. 6.2). Это позволило более чем в 1,5 раза увеличить коэффициент теплопередачи (см. табл. 6.1) и при том же температурном напоре существенно повысить плотность теплового потока. Поэтому габариты корпуса парогенератора увеличились незначительно (табл. 6.2), несмотря на существенное повышение мощности (см. табл. 6.1). Уменьшилась масса парогенератора, отнесенная к его паропроизводительности, несмотря на повышение давления как в первом, так и во втором контурах.

Таблица 6.2. Конструктивные характеристики парогенераторов блоков
с ВВЭР Нововоронежской АЭС

Для повышения надежности работы впускных органов турбины целесообразно было бы введение некоторого, хотя бы незначительного начального перегрева пара (см. рис. 6.2б). Осуществление перегрева возможно и в горизонтальной конструкции, но для размещения пароперегревателя в паровом пространстве парогенератора и тем более при одновременном увеличении единичной мощности более подходит вертикальный вариант конструкции. При этом не следует конструировать вертикальные парогенераторы с нижней трубной доской, так как вывод продувочной воды неизбежно производится выше трубной доски. В результате на трубной доске скапливается железооксидный шлам с возможностью глубокого

90

Рис. 6.5. Вариант вертикального парогенератора для ВВЭР-1000:
Рис. 6.5. Вариант вертикального парогенератора для ВВЭР-1000:

1 — выход пара; 2 — люк для обслуживания; 3 — вход питательной воды; 4 — вход теплоносителя; 5 — периодическая продувка; 6 — непрерывная продувка; 7 — сепарационные устройства

91

упаривания воды парогенератора в этой области. Это приводит к резко повышенным концентрациям примесей, в том числе хлоридов и щелочей, и к разрушению по этой причине трубок у мест вальцовки, что подтверждает опыт эксплуатации парогенераторов фирмы "Вестингауз" (США). Попытки исправить положение за счет подачи питательной воды в область трубных досок для смыва шлама с них не решили вопроса, так как в местах заделки трубок возникли дополнительные переменные температурные напряжения.

В сравнении с вертикальным горизонтальный парогенератор имеет большую площадь зеркала испарения и существенно меньшие скорости пара на выходе в паровой объем. Однако высота парового объема у него ограничена, так как определяется диаметром корпуса, а он ограничен железнодорожными габаритами. Кроме того, по мере подъема пара сечения для прохода пара непрерывно уменьшаются, скорости возрастают и условия для его осушки ухудшаются. Из-за ограничения диаметра корпуса в его паровом пространстве практически возможно разместить только простейшие и потому не очень эффективные сепарационные устройства. В результате поверхность нагрева пароперегревателя увеличивается, так как часть ее будет расходоваться на досушку пара. Для поверхности теплообмена пароперегревателя нельзя применять аустенитную нержавеющую сталь по следующей причине: при среднем давлении в зоне досушки пара будет происходить повышение концентраций хлоридов до весьма высокого значения при любой минимальной концентрации их в питательной воде парогенератора. Известно, что аустенитная нержавеющая сталь склонна к коррозии под напряжением, усугубляемой наличием хлоридов. Поэтому для пароперегревателя рекомендуется мартенситно-ферритная сталь 08X14МФ, которая не склонна к коррозии под напряжением, в отношении общей коррозии она не уступает аустенитной нержавеющей, но в 2,3 раза дешевле ее, так как в ее состав не входит никель. В качестве материала для трубок парогенератора АЭС с ВВЭР пока применялась только аустенитная нержавеющая сталь. Весьма перспективна ее замена на мартенситную сталь 10Х9МФБ, в связи с ее дешевизной и неподверженности к коррозии под напряжением, особенно важно это для парогенератора прямоточного типа.

Возможно применение стали 08X14МФ и для ПНД взамен аустенитной.

В вертикальном парогенераторе скорость по мере подъема пара остается неизменной, высота парового объема может быть значительно увеличена, размещение высокоэффективных сепарационных устройств облегчено. Важна возможность развития также и водяного объема, в котором размещается поверхность нагрева, определяющая мощность парогенератора.

92

Вариант вертикального парогенератора для ВВЭР-1000 на те же параметры и на ту же мощность, что и горизонтальный (насыщенный пар, 1469 т/ч), представлен на рис. 6.5.

Мощность горизонтального парогенератора, равная 250 МВт для ВВЭР-1000, по условиям железнодорожных габаритов является предельной. Однако следует иметь в виду, что поверхность теплообмена парогенератора АЭС с ВВЭР-1000 проектируется с запасом 10 — 15% из-за ухудшения коэффициента теплопередачи при наличии отложений. Применение комплексонной обработки питательной воды, то есть в отсутствии отложений (см. § 6.3) позволяет на 20 — 25% повысить предельную мощность парогенератора и соответственно применить три петли вместо четырех.

6.2. Гидродинамическое совершенствование парогенераторной установки АЭС с ВВЭР
6.3. Водный режим парогенератора
6.4. Баланс расходов и примесей во втором контуре АЭС с ВВЭР
6.5. О развитии парогенератора АЭС с ВВЭР
6.6. Перспективы применения метода ступенчатого испарения для парогенераторной установки

 


Атомные электростанции с натриевым теплоносителем