Предмет и задачи курса

Место ПГ в составе АЭС

Производство электроэнергии на АЭС осуществляется в турбогенераторах, приводящихся в действие водяным паром.

Пар на АЭС может производится двумя способами:

1. в ядерном реакторе (одноконтурная АЭС) с использованием барабан-сепаратора для его осушения;

2. в ПГ-аппарате в котором, происходит нагрев воды до линии насыщения, ее испарение и, в случае необходимости, перегрев.

Двухконтурные схемы ФЭС с ПГ

Теплоноситель циркулирует по замкнутому контуру. В ПГ образуется пар. В зависимости от теплового цикла может получаться перегретый пар.

Производство и осушка пара могут производится как в одном корпусе, так и в разных корпусах (теплообменник и сепаратор).

Основные характеристики ПГ

1. Паропроизводительность – количество пара, которое вырабатывает ПГ D [кг/с].

2. Давление пара, вырабатываемое ПГ P_n [МПа].

3. Температура перегретого пара t_п.п [⁰C] или влажность получаемого пара  [%].

4. Температура питательной воды t_п.в [⁰C].

Эти характеристики определяют мощность ПГ.

В ПГ существует три участка (в общем случае).

1. Экономайзерный участок – происходит нагрев воды до линии насыщения.

2. Испарительный участок – где испаряется вода.

3. Перегревательный участок – где происходит перегрев пара.

Может существовать сепаратор – где происходит осушка пара (отделение влаги).

Требования к пг

1. Схема и конструкция ПГ должны обеспечивать D и параметры пара во всем диапазоне нагрузок АЭС.

2. Соединение элементов и узлов ПГ должны обеспечивать плотность, исключающую возможность проникновения теплоносителя в контур пара.

Например: способ заделки трубок в трубные доски.

3. Все элементы ПГ должны быть надежны и абсолютно безопасны.

4. Конструкция ПГ должна полностью собираться в заводских условиях и обеспечивать испытания на заводе.

5. Исключение интенсивной коррозии в I контуре.

6. ПГ должен быть контактный, просто монтироваться и эксплуатироваться, конструкция ПГ должна позволять легко обнаруживать и ликвидировать дефекты и повреждения.

7. Должен транспортироваться по железной дороге.

Классификация пг

1. По виду первичного теплоносителя:

а) ПГ с жидкостным теплоносителем;

б) ПГ с газообразным теплоносителем.

2. По способу организации движения рабочего тела:

   1. ПГ с кратностью циркуляции.

      1. ПГ с естественной циркуляцией (ЕЦ);

      2. ПГ с многократной принудительной циркуляцией (МПЦ).

   2. Прямоточные ПГ.

Основные факторы, определяющие выбор конструктивной схемы пг

При создании высокоэкономичных и надежных ПГ большое значение имеет правильный выбор его конструктивной схемы. Характеристиками, определяющими схему ПГ в целом и его отдельных элементов являются:

1. Способ омывания теплообменной поверхности.

2. Ее форма.

3. Компоновка элементов ПГ.

4. Принцип движения рабочего тела.

1. Способ омывания теплообменной поверхности

Рекомендуется среду с бóльшим давлением направлять в трубы (или каналы с меньшим эквивалентным диаметром). Увеличивается надежность и уменьшается расход металла на корпус.

2. Форма теплообменной поверхности

Рациональная форма поверхности теплопередачи выбирается из условий достижения наибольшей компактности и предотвращения температурных напряжений.

Компактности связана с размером поверхности теплопередачи, ее компоновки. Наиболее компактна поверхность теплообмена, набранная из прямых труб, расположенных по треугольной решетке (рис.)

Температурные напряжения возникают вследствие сочетаний в конструкциях элементов с существенно различными температурами или при использовании материалов с разными коэффициентами линейного расширения. Температурные напряжения могут возникать в элементах большой толщины со значительным перепадом температуры.

При различной температуре элементов ПГ, возникающие температурные напряжения могут быть устранены применением специальных компенсаторов или самокомпенсацией элементов.

Компенсаторы могут быть выполнены на корпусе или непосредственно на поверхности теплопередачи.

Наиболее простым способом компенсации поверхности теплообмена является их предварительный прогиб (БН-600) (рис.). В этом случае компенсация t будет осуществляться изменением прогиба. На корпусе компенсатор выполняется в виде сильфона (БН-600) (рис.). Однако это слишком усложняет и удорожает корпус. Кроме того, при больших давлениях, а, следовательно, и больших толщин такой способ компенсации вряд ли пригоден.

Наиболее целесообразна самокомпенсация труб. Она возможна при отсутствии жесткого крепления труб на обоих концах корпуса и в случае применения змеевиковых поверхностей. Змеевики бывают плоские, винтовые и спиральные (рис.). Простейший плоский змеевик – U-образная трубка (рис.). Змеевики усложняют и удорожают конструкцию, а увеличение числа сварных соединений усложняет обеспечение надежности.

Полную самокомпенсацию осуществляет конструкция трубки Фильда (обратных элементов) (рис.).

В теплообменных аппаратах применяют плавающие трубные доски (рис. ).

Окончательный выбор поверхности теплообмена осуществляется по технико-экономическим показателям (расчетом).

В некоторых случаях (для прямоточных ПГ с перегревом пара) может оказаться более целесообразным применение жестких без самокомпенсации труб. В этом случае желательно применять один и тот же материал, либо предусматривать специальные конструкционные меры, направленные на снижение температурных напряжений (тепловая защита).

Как соединить поверхность теплообмена с корпусом?

Способ ввода оказывает большое влияние на конструктивную схему теплообменного аппарата.

Ввод поверхности теплопередачи в корпус может быть осуществлен 3 путями:

1. с трубными досками;

с внешними коллекторами;	цилиндрические коллекторы
с внутренними коллекторами.

1. Трубчатые доски. Для мощных ПГ с высокими перепадами давлений р₁ и р₂ и температур и требуется весьма толстостенная трубная доска. Это технологически неудобно, к тому же, как отмечалось, возникают существенные температурные напряжения.

2. Схема с внешними коллекторами – удорожает корпус, так как предусматривает большое число вводов и выводов труб через стенку корпуса. Такая схема при высоком давлении не целесообразна.

3. Схема с внутренними коллекторами, сложнее и дороже, чем схема с трубными досками. Но она более технологична при существующих способах изготовления и более надежна (из-за отсутствия температурных напряжений в них).

С выбранной схемой ввода поверхности связана и конфигурация последнего. Корпус может быть прямой и U-образный. U-образный корпус может быть применен только для U-образных труб. Основное преимущество – разделение трубных досок входной и выходной камеры.

4. Компоновка элементов ПГ может быть осуществлена по разному.

Каким образом циркулирует среда II^го контура?

Если ПГ с перегретым паром, то прямоточный, а если на насыщенном, то естественная циркуляция (ЕЦ) или МПС.

Для испарителя с погружной поверхностью теплообмена естественная циркуляция рабочего тела в межтрубном пространстве – единственное решение. Кипение при этом происходит в большом объеме.

Пар, образующийся по всей поверхности будет подниматься к верхним рядам труб, а вода поступать к любому сечению поверхности под влиянием массовых сил (естественная конвекция).

Собранный пар, прежде чем поступить на турбину должен быть осушен до весьма малого водосодержания (влажности). Для турбин насыщенного пара влажность не должна превышать 0,25 %. Для осушения пара существуют сепарационные элементы.

2 типа сепараторов: гравитационный и центробежный.

Гравитационный – отделение пара за счет разности плотностей без принудительной циркуляции.

Центробежный – за счет разности плотностей центробежного эффекта.

Сепарация и производство пара могут быть совмещены в одном корпусе. В этом случае сепарационное устройство состоит из парового объема определенной высоты, в котором осуществляется гравитационная сепарация и могут стоять центробежные сепараторы.

Совмещение производства и сепарации пара в одном объеме увеличивает его размеры.

Разделение сепаратора (выносной сепаратор) уменьшает размеры каждого корпуса, но суммарный расход металла не уменьшается.

Компоновка экономайзерной, испарительной и перегревательной зоны?

Как скомпоновать? В одном или нескольких корпусах. Поверхность экономайзера может быть вынесена в отдельный корпус – выносной экономайзер, а может быть совмещена с испарителем.

Во втором случае общая поверхность ничем не разделяется и производство пара имеет место по всей поверхности.

Совмещение экономайзера с испарителем возможно только при условии ; отдельно вынесенный экономайзер необходим при .