Министерство образования Российской Федерации

Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)

Волгодонский институт ЮРГТУ

Беседин A.M.

Атлас парогенераторов .

Волгодонск 2012 г.

Учебное пособие предназначено для студентов Дневного и вечернего обучения специальности 14050265 «Котло - и реакторостроение», может быть использовано студентами специальности «Тепловые и электрические станции». В предлагаемом пособии освещены задачи курсового проектирования, принципы создания новых конструкций, наиболее типичные конструкции оте­чественных и зарубежных парогенераторов эксплуатируемых и проектируемых АЭС. В учебном пособии приведены материалы, которые необходимы для выполнения теплового, кон­структорского, гидродинамического расчетов и расчета водного режима парогенераторов АЭС.

Беседин А.М.

Атлас парогенераторов

(Кафедра Теплоэнергетических технологий и оборудования Волгодонского института (филиа­ла) Южно - Российского Государственного Технического Университета (Новочеркасского По­литехнического института))

1. Конструкции парогенераторов

1.1. Парогенераторы аэс , обогреваемые водой .

Двухконтурные атомные электростанции с теплоносителем— вода под давлением иг­рают и еще будут играть большую роль в атомной энергетике.

В развитии парогенераторов таких станций можно выделить несколько основных ти­пов:

1 .Парогенераторы ПГВ горизонтального типа с погруженной поверхностью нагрева, выполняемой из U-образных змеевиков, и раздачей теплоносителя с помощью коллекторов.

2. Парогенераторы ПГВ вертикального типа с погруженной поверхностью нагрева змеевикового или ширмового типа и раздачей теплоносителя с помощью коллекторов.

3. Парогенераторы вертикального типа с погруженной поверхностью нагрева, выпол­ненной из U -образных змеевиков, и раздачей теплоносителя с помощью трубных досок.

4. Прямоточные парогенераторы.

5. Секционные парогенераторы.

1.1.1. Парогенераторы пгв с теплоносителем—вода под давлением горизонтального типа.

Парогенераторы горизонтального типа для АЭС с ВВЭР были впервые введены в экс­плуатацию на Ново-Воронежской АЭС. Эти парогенераторы представляют собой корпусные рекуперативные теплообменники. Теплоноситель, давление которого в 2—3 раза выше давле­ния генерируемого пара, движется внутри труб, куда подается с помощью коллекторов. Экономайзерная и испарительные поверхности нагрева совмещены по существу. В водяном объеме парогенераторная вода имеет температуру насыщения. Вся поверхность нагрева работает как кипящая. Вырабатываемое при этом количество пара превосходит выдаваемое потребителю. Избыточное количество пара, конденсируясь, отдает тепло для подогрева питательной воды до температуры насыщения. Парогенераторы вырабатывают насыщенный пар. Характер омывания теплопередающей поверхности нагрева рабочим телом можно рассматривать как естественную циркуляцию при безнапорном движении. Подогрев питательной воды, выработка пара и его се­парация производятся в одном корпусе. Поверхность нагрева парогенератора по условиям тре­бования чистоты теплоносителя изготовлена из аустенитной нержавеющей стали. Трубы теплопередающей поверхности дистанционируются по высоте и ширине пучка с помощью вол­нообразных пластин и прямых планок. Коллекторы изготавливаются либо из нержавеющей стали, либо из стали перлитного класса. В последнем случае внутренняя стенка коллекторов, соприкасающаяся с теплоносителем, плакируется сталью 0Х18Н10Т. Проходящие через корпус коллекторы приварены к нему в нижней его части с помощью патрубков, образующих водя­ную рубашку. Обслуживание внутренних полостей коллекторов в парогенераторах 1-го и 2-го блоков осуществляется снизу; в парогенераторах 3—5-го блоков — сверху. Корпус парогенера­торов состоит из цилиндрической обечайки и двух эллиптических днищ, изготавливаемых из стали перлитного класса.

Питательная вода вводится в корпус над зеркалом испарения и направляется в горизон­тально расположенный под зеркалом испарения коллектор питательной воды. В пароге­нераторах 1—4-го блоков он располагается примерно в средней части трубного пучка. Пита­тельная вода из отверстий коллектора направляется в сторону горячей части трубного пучка, что способствует выравниванию паровой нагрузки зеркала испарения. В парогенераторе 5-го блока для выравнивания паровой нагрузки зеркала испарения устанавливается погруженный дырчатый щит, а питательная вода из коллектора подается на щит в сторону входной части трубного пучка.

Сепарация пара двухступенчатая: I - ступень осадительная, II ступень — жалюзийные сепараторы. В табл. 1 представлены характеристики эксплуатируемых парогенераторов Ново- Воронежской АЭС 1—4-го блоков и 5-го блока — для реактора ВВЭР-1000. На рис. 6 показана схема парогенератора 4-го блока НВ АЭС.

Горизонтальные парогенераторы к реакторам ВВЭР.

Рис. 1.

Рис.2

Конструкция ПГ первого блока представлена на рис.3. Подогрев питательной воды до t_s , производство, сепарация и осушка рабочего пара осуществляются в одном корпусе. Горизонтальный корпус диаметром 3 м и длиной 12,5 м, выполненный из перлитной стали, состоит из через цилиндрической обечайки и эллиптических днищ. По высоте он делится на две части. Верхняя предназначена для сепарации пара, а нижняя – для размещения поверхностей теплообмена, которая выполнена из нержавеющей труб 21*1,5 мм с максимальной длиной 12 м. Входные и выходные концы труб завальцованы с подваркой в вертикальные коллекторы. Коллекторы и узлы ввода их в корпус- сложные конструкции. Коллекторы внутренним диаметром 750 мм и толщиной 75 мм, выполненные из стали 1Х18Н9Т, имеют по 2074 отверстия под трубы. В корпус они вводятся через штуцера диаметром 1040 мм. Между стенками коллекторов и штуцеров предусмотрена водяная рубашка. Питательная вода вводится в ПГ выше уровня трубой. Между трубой и корпусом ПГ имеется защитная паровая рубашка для предотвращения возникновения чрезмерных температурных напряжений в толстостенных элементам. Из трубы питательная вода по четырем перфорированным отводам 1 направляется во входную зону поверхности теплообмена. Во входной зоне имеет место больший температурный напор, поэтому в ней и производится большее количество пара. Направление именно в эту зону холодной питательной воды приводит к уменьшению паросодержания за счет конденсации части пара. Такая схема подвода питательной воды несколько выравнивает паросодержание по сечению водяного объема, то приводит к примерно равным скоростям пара на входе в паровое пространство.

В паровом пространстве для повышения степени осушки установлен жалюзийный сепаратор. Пароприемный потолок, представляющий собой дырчатый щит, способствует выравниванию скоростей паровых токов в сепарационном объеме. Для обеспечения необходимой чистоты пара из водяного объема ПГ предусмотрены непрерывный и периодические выводы определенного количества воды. Непрерывная продувка служит для поддержания в воде допустимых концентраций растворенных примесей, а также для вывода твердых веществ. Периодическая продувка предусмотрена из самых низких точек корпуса и служит для кратковременного сброса относительно больших количеств воды со значительным содержанием твердых частиц.

Рис.3. Парогенератор 1 блока НВАЭС : 1-труба подачи питательной воды ; 2- жалюзийный аппарат; 3- пароприемный потолок; 4- корпус; 5- пароотводящие трубы ; 6 , 8 – штуцера непрерывной и периодической продувки; 7- опоры трубок ; 9- входной коллектор ; 10 – поверхность теплообмена ; 11- штуцера дренажа ; 12- штуцера уравнемеров ; 13- защитный кожух ; 14- воздушники ; 15- выходной коллектор теплоносителя ; 16- опорные скобы ; 17- опоры .

На рис.4 представлена конструкция ПГ для серийного реактора ВВЭР-440. По решению новых конструкционных вопросов этот ПГ не отличается от ПГ первой модификации. Повышение параметров и производительности этого ПГ в 1,4 раза по сравнению с ПГ второго блока НВАЭС достигнуто за счет существенного повышения температуры и давления теплоносителя, увеличения поверхности теплообмена и некоторого увеличения габаритных размеров корпуса и коллекторов. Следует обратить внимание на новое конструкционное решение узла, обеспечивающего обслуживание внутренних полостей трубных коллекторов. Как видно из рис.5., обслуживание коллекторов осуществляется сверху. Такое решение позволило значительно сократить размеры парогенераторных боксов, но усложнило конструкцию корпуса ПГ.

Рис.4. Парогенератор 3 блока НВАЭС : 1- штуцера дренажа и воздушника коллектора ; 2- входной коллектор теплоносителя ; 3- корпус ПГ ; 4- штуцера указателя уровня ; 5- жалюзийный сепаратор ; 6- коллектор сухого пара ; 7- поверхность теплообмена ; 8 – выходной коллектор теплоносителя .

Рис. 5. Парогенератор 4-го блока Ново-Воронежской АЭС: 1 — корпус парогенератора: 2 — пучок труб; 3 — штуцера из­мерителя уровня; 4 — жалюзийные сепараторы; 5 — коллектор насыщенного пара; 6—выход насыщенного пара; 7 — люк; 8 —штуцер периодической продувки; 9 — коллектор питательной .воды; 10 — непрерывная продувка; 11 — опоры трубок; 12— опора парогенератора; 13 — вход: ной коллектор теплоносителя; 14 — воздушник коллек­тора; 15 — отвод утечки из-под прокладки крышки; 16— крышка коллектора; 17 — крышка; 18 — вход питатель­ной воды; 19 — выходной коллектор теплоносителя

Таблица 1

Основные характеристики парогенераторов	Парогенераторы НВ АЭС
	1 блок	3,4 блок	5 блок
1	2	4	5
Тепловая мощность, МВт	126	226	752
Число парогенераторов на реактор	6	6	4
Давление теплоносителя, МПа	9,8	12,2	15,7
Температура теплоносителя, °С: на входе на выходе	273 252	801 268	322 289
Расход теплоносителя, кг/с	1220	1390	4120
Паропроизводительность, кг/с	63,9	125,5	406
Давление пара, МПа	3,14	4,62	6.26
Температура пара, °С	236	259	278
Температура питательной воды, °С	189	1226	220
Скорость теплоносителя в трубах, м/с	2,94	2,7	4,89
Коэффициент теплопередачи, кВт/(м2-К)- ат теплоносителя к стенке от стенки к воде	19,8 17,3	19,4 16,6	— —
Коэффициент теплопередачи. кВт/(м.2-К):	4,29	4,31	6,4
Средний удельный тепловой поток, кВт/м2	106	91,5	184
Средний логарифмический температурный напор, °С	24,7	21,2	'24,7
Теплопередающая поверхность с учетом запаса на загрязнения, м2	1300	2500	5200
Число трубок	2074	5146	15648
Диаметр и толщина стенки трубок, мм	21x1,5	16x1,4	12x1,5
Длина трубок средняя, м	9,5	8,7	8,9
Гидравлическое сопротивление по тракту теп­лоносителя, МПа	0.15	0,098	—
Приведенная скорость выхода пара с зеркала испа­рения, м/с	0,172	0,2	—
Влажность пара расчетная, %	0,001	0.005	0,1
Размеры корпуса, м: внутренний диаметр длина	3,01 11,57	3,21 11,95	4,0 15,0
Внутренний диаметр коллекторов, мм	750	800	850
Вес сухого парогенератора, т	104	145	265
Удельный расход металла (кг металла на кг пара)	0.45	0.32	0.1

* Прочерк в этой и других таблицах означает, что данных не имеется.

Таблица 2

Основные характеристики парогенератора	Горизонтальный парогенератор с пере­гревом пара
1. Тепловая мощность, МВт	802
2. Температура теплоносителя. °С: на входе на выходе	325,5 290
3. Давление теплоносителя. МПа	15,7
4. Расход теплоносителя, кг/с	3890
5. Паропроизводительность, кг/с	403
6. Давление пара. МПа	6,09
7. Температура пара. °С	305
8. Температура питательной воды. °С	220
9. Скорость теплоносителя в трубах, м/с	6
10. Диаметр и толщина стенки трубки, мм	12x1,2
11. Число трубок в испарителе	12 306
12. Коэффициент теплопередачи. кВт/(м~-К): в испарителе в пароперегревателе	7,85 2,32
13.Удельный тепловой поток средний, кВт/м": в испарителе в пароперегревателе	7.85 2,32
14. Теплопередающая поверхность, м : в испарителе в пароперегревателе	198 26,2
15. Длина парогенератора, м	4130
16. Диаметр парогенератора, м	1800
17. Вес парогенератора, т	260
18. Удельные затраты металла (кг металла на кг па­ ра)	0,18

Рис. 6 Горизонтальный парогенератор с перегревом пара: 1 — выходной коллектор теплоносителя; 2 — корпус парогене­ратора; 3 — штуцера уровнемера; 4— штуцер входа питательной воды; 5 — отвод утечек из-под прокладок крышки; 6— крышка коллектора; 7 — крышка; 8 — воздушник коллектора; 9 — пароотводящий штуцер; 10— защитный кожух; IT—пучок труб пароперегревателя; 12— сепараторы; 13 — труба для отвода воды из сепараторов; 14 — дырчатый щит; 15 — коллектор питательной воды; 16 — пучок труб испарителя; 17 — дренаж; 18 — входной коллектор испарителя.

В табл. 2 даны характеристики парогенератора горизонтального типа, рассчитанного на слабый перегрев пара, на рис. 7 — проектная конструкция парогенератора этого типа. Пароперегревательный пучок, как это видно из рис. 6, размещен за сепараторами в верхней части сепарационного пространства. Часть корпуса парогенератора в районе выхода перегретого пара защищена экранами.