2 Експериментальна частина

2.1 Модернізована схема водоживлення і продування ПГВ-1000

Зразковий об'єм робіт, який необхідно провести для усунення проектних недоліків систем обв'язування ПГ і їх ВКУ:

- організація в ПГ «сольового» відсіку, але із закладом всіх роздаткових труб під ПДЛ і профілізацію витрати по кожній роздаточній трубі;

- реконструкція вузла виведення продування з «сольового» відсіку. Продування виводиться однією лінією dy 50, причому лінія оснащується пристроєм, що знижує наслідки можливих гидроударів;

- реконструкція системи продування з розділенням ліній продування торців і «кишень» ПГ за допомогою електроприводної арматури. При реконструкції повинні бути змінені діаметри трубопроводів продування і проведена профілізація витрат по продувочним лініях. При реконструкції також повинні бути вирішені питання використання обмежувачів течі;

- після проведення реконструктивних робіт необхідно розробити систему регламентів продування ПГ, причому на різних рівнях потужності повинні бути різні регламенти продування. Свої регламенти продування повинні бути розроблені для пусків, зупинки блоку і для дренування. Для розробки регламенту продування потрібні теплохімічне випробування і дослідження режимів «повернення солей»;

- система продування повинна бути повністю автоматизована;

- повинне бути проведене хімічне відмивання з посиленим відмиванням зон локального скупчення шламу. Відмивання винне проводиться з використанням спеціальної установки, яка дозволяє відмивати зони суцільного зашломування при використанні тільки ЕДТК і аміаку, причому pН відмивочного розчину не повинен бути нижче 7-8;

- повинна бути реконструйована система вимірювання рівня з оснащенням «мінусових» ліній рівнемірів з базою 1000 мм спеціальними захисними пристроями, які забезпечують ідентичність свідчень рівнемірів з базою 1000 мм і 4000мм у всіх режимах експлуатації, у тому числі і в перехідних;

- повинні бути реконструйовані пристрої сепарацій ПГ;

- необхідно реконструювати систему випробувань МПП колекторів 1 контура ПГ і змінити регламент випробувань;

Всі перераховані роботи повинні проводиться в комплексі і взаємозв'язку один з одним.

2.2 Реконструкція ПГ

Оскільки реконструкції ПГ тільки плануються до виконання, ми розглянемо на прикладі 1 і 2 блоки Калінінської АЕС.

На Калінінській АЕС експлуатуються 2 блоки типа ВВЕР-1000, які оснащені парогенераторами ПГВ-1000. Проектний термін служби парогенераторів складає 30 років, напрацювання парогенераторів блоку 1 склала більше 110000 годин, напрацювання парогенераторів блоку 2 склала 100000 годин, таким чином, парогенератори блоку 1 і 2 Калінінської АЕС відпрацювали половину проектного ресурсу. Для забезпечення проектного напрацювання парогенераторів на Калінінській АЕС проводиться комплекс реконструктивних робіт.

Реакторна установка блоків 1 і 2 оснащена парогенераторами ПГВ-1000, які виготовлені на заводі імені Орджонікідзе в 1980-1982г. З моменту пуску блоку в 1984г. по теперішній час напрацювання парогенераторів 110000 годин на блоці 1 і близько 100000 годин на парогенераторах блоку 2. Парогенератори ПГВ-1000 мали своїм прототипом парогенератори, що застосовувалися на ВВЕР-440, які показали себе в експлуатації як стійка і маневрена конструкція. Тому при проектуванні ПГВ-1000 основні конструктивні рішення були запозичені у парогенераторів цієї серії. Оскільки парогенератори Калінінської АЕС практично були головними зразками (разом з ПГ НВАЕС і ЮУАЕС), то в процесі їх експлуатації виникли проблеми, які не повною мірою були вирішені на стадії проектування. Оскільки ПГВ-1000 несуть набагато інтенсивніші теплові навантаження, ніж ПГ ВВЕР-440, потрібно було вносити до конструкції і режимів роботи ПГ істотні зміни. За період експлуатації на парогенераторах і їх обв'язуванні проведений комплекс реконструктивних робіт, який дозволив зняти значну частину проблем. Також значний вплив на режими експлуатації ПГ надав проведення пуско-налагоджувальних робіт, особливо наладки режимів, пов'язаних з системою водоживлення парогенераторів. Оскільки основна живильна вода подається в ПГ за допомогою двох турбопитательних насосів (ТПН), то природно виникла необхідність у відробітку перехідних процесів, пов'язаних з відключенням одного з двох працюючих ТПН. Сукупність перехідних процесів на першому і другому контурі вимагала забезпечення відповідності швидкостей розвантаження 1 і 2 контури і збереження номінального рівня в ПГ.

Проектна схема водоживлення і продування парогенераторів ПГВ-1000 передбачала роздачу живильної води під ПДЛ на «гарячу» сторону теплообмінного пучка без урахування теплових навантажень по довжині теплообмінних трубок і що виникають в об'ємі котельної води парогенераторів контурів циркуляції. Значна частина живильної води (до 80%) виходила разом з циркулюючою водою на ПДЛ. Тому про перетікання власне живильної води по довжині ПГ у зв'язку з нерівномірним її розподілом можна говорити вельми умовно. Максимальне паротворення відбувається поблизу гарячого колектора, в теж час витрата живильної води в цю зону недостатня для компенсації випару. Небаланс витрати пари і живильної води (а також постійний викид пароводяної суміші з цієї зони) заповнюється за рахунок перетікання води з сусідніх зон. У свою чергу, вода, що йде з цих зон, заповнюється на холодній половині ПГ в основному надмірною по відношенню до паровиробництва живильною водою, а на гарячій половині значною мірою за рахунок води, викинутої з гарячого зливного каналу ПДЛ. З досліджень ОКБ ГП відоме, що в парогенераторі імовірно є три контури руху циркулюючої води:

1) частина води рухається під ПДЛ в нижній частині каналів між пакетами;

2) до неї додається вода що вийшла на ПДЛ через його отвори і що зливається переважно в холодний зливний канал ПДЛ між закраїною і корпусом ПГ (що бере участь в «поперечній» циркуляції з «гарячого» боку на «холодний»);

3) крім того, частина води із загальної кількості води, що вийшла на ПДЛ, замикає «подовжній» контур циркуляції між торцями і серединою ПГ.

Разом з центральною зоною ПГ певний дефіцит живильної води міг мати місце в торцевих зонах водяного об'єму, особливо в гарячому торці. Крім того, продувочні штуцера на корпусі ПГ (Dy80) майже на 3 м стоять від днища, і на цій ділянці подовжньому перетіканню до них з торця перешкоджає 4 ряди опор трубних пакетів. Тому, було висловлено припущення про наявність по довжині ПГВ-1000 зон неконтрольованого солевмісту, що перевищує солевміст продувочної води. Ці міркування були певною мірою підтверджені результатами сепарації і теплохімічних випробувань ПГВ-1000 на Калінінської АЕС. У об'ємі котельної води ПГ між колекторами теплоносія була виявлена зона високого солевмісту, солевміст якої значно перевищував параметри продувочної води, і продування цієї зони за допомогою штатних штуцерів продування було малоефективне. Аналогічні результати були отримані на НВ АЕС, у тому числі і з використанням комплексно. Результати проведених випробувань показали, що в продувну воду парогенератора поступало до 30-60 % живильної води і конденсату пари, також була виявлена низька ефективність продування ПГ від відкладень шламу.

В результаті, проведених на ряду АЕС теплохімічних і випробувань (зокрема з використанням кондуктометричних датчиків солевмісту і прямих відборів проб котельної води з різних зон ПГ) сепарації, отриманий характерний розподіл солей в об'ємі котельної води ПГ при його роботі під навантаженням. В результаті при експлуатації ПГ виникли наступні проблеми:

1) низька ефективність роботи системи продування, слабкий вплив продування на солевміст в районі «сольового мішка» (район, прилеглий до колекторів ПГ);

2) тривалий час усунень порушень ВХР;

3) неможливість забезпечити регулювання витрати по лініях продування;

4) забруднення штуцерів продування шламом;

5) накопичення великої кількості шламу на днищі ПГ;

6) поява свищів в трубопроводах продування за дросельними шайбами;

7) нормовані параметри ВХР в районі «клину» холодного колектора перевищували встановлені норми.

Рисунок 2.1 - Локальна зона скоплення шлама в объемі парогенераторів

В результаті перерахованих недоліків системи водоживлення і продування почався процес виходу з ладу теплообмінних трубок на парогенераторах 1 блоку Калінінської АЕС. Причому розподіл дефектів по висоті ПГ показує, що велика частина дефектів з'явилася у верхніх рядах теплообмінних трубок (у районах, прилеглих до «гарячого» колектора ПГ) і приблизно третина дефектів в самих нижніх рядах. Вірогідною причиною появи дефектів у верхніх рядах з'явилася корозія під дистанціонуючими гратами по механізму міжкрісталевого розтріскування, яка була спровокована високим солевмістом в «сольовому» мішку і частими зниженнями рівня нижче за верхні ряди трубок в період пуско-налагоджувальних робіт. Що приводило до концентрації домішок у відкладеннях під гратами із-за періодичного упарювання. Дефекти в нижніх рядах були викликані електрохімічною корозією багаточинника за системою «мідь-аустенітна сталь». З конденсатно-живильного тракту існує певне винесення міді (теплообмінні трубки конденсатора і ПНД на Калінінської АЕС виконані з сплавів, що вміщують мідь), яка потрапляє в ПГ у вигляді оксидів і розчинних аміачних комплексів, з подальшим відновленням до металу на теплообмінній поверхні ПГ. У зв'язку з тим, що проектна система продування не забезпечувала ефективне виведення шламу з ПГ, в процесі експлуатації пішов процес накопичення шламу на корпусі і в «кишенях» ПГ, а також росли відкладення, особливо на нижніх рядах теплообмінних трубок. Вміст міді у відкладеннях на теплообмінній поверхні (за даними аналізу соскобів з трубчатки в ППР) може перевищувати 15 % від загальної маси. В результаті на декількох десятках теплообмінних трубок з'явилися крізні дефекти типу «брак металу» із-за утворення корозійних виразок (з можливим розвитком тріщин на дні кратера виразок) на поверхні трубок з боку 2 контура. Перші роки експлуатації парогенераторів блоку 1 Калінінської АЕС були відмічені появою ознак протічки 1 контуру в другій. Керівництвом Калінінської АЕС спільно з Генеральним конструктором ПГ (ОКБ ГП) і Генеральним проектувальником (НІАЕП) були своєчасно прийняті заходи по усуненню причин виходу з ладу теплообмінних трубок ПГ.

Першим етапом реконструктивних робіт була реконструкція системи продування ПГ. Були проведені роботи по забезпеченню можливості регулювання витрат по лініях продування, ефективному продуванні «кишень» ПГ.

Була реалізована схема двухступеневого дроселювання, що дозволило здійснювати регулювання витрат по лініях продування і виключити шайби малого діаметру, що в сукупності із заміною частини трубопроводів продування на неіржавіючі зняло проблему появи свищів за дросельними шайбами.

З'явилася можливість контрольованого роздільного продування торців і «кишень» ПГ. З'явилася можливість ведення продування із зони «сольового» мішка (при періодичному продуванні «кишень»). Додатково лінії продування були оснащені замочною арматурою і системою подачі стислого повітря, які дозволили відновлювати прохідність штуцерів продування ПГ. На нашу думку якраз ці роботи дозволили понизити солевміст в районі клину «холодного» колектора, що в сукупності з «разневолюванням» колекторів дозволило Калінінської АЕС уникнути розтріскування «холодних» колекторів ПГ (випадок корозійного розтріскування «гарячого» колектора ПГ НВАЕС показав, що сталь 10гн2мф дійсно схильна до даного виду корозії при сприяючих чинниках). Таким чином, шляхом реконструктивних робіт вдалося декілька стабілізувати корозійний стан ПГ, але повністю зупинити процес виходу з ладу теплообмінних трубок не вдалося.

З 1986г. на АЕС, оснащених ПГВ-1000(ПГВ-1000М), почався процес виходу з ладу «холодних» колекторів ПГ. Концерном «Росенергоатом» спільно з Генеральним конструктором був розроблений комплекс заходів по усуненню причин виходу з ладу ПГ. Було запропоновано провести «разневолювання» колекторів ПГ і їх низькотемпературну обробку (НТО).

На Калінінській АЕС були послідовно проведені «розневолювання», яке полягало в проведенні робіт по збільшенню зазору між горловиною колектора 1 контуру і люком 2 контуру до 7 мм, оскільки при меншому зазорі відбувався процес «затискання» колектора 1 до. при розігріванні, що вело до появи в металі колекторів значної напруги, що провокує появу в перфорованій частині колектора тріщин, і двічі проведені низькотемпературні обробки кожного ПГ, що, ймовірно, збільшило ресурс колекторів парогенераторів.

1

2

Рисунок 2.2 - Колектор першого контура: 1 – витискач; 2- Місце "разневолювання" колекторів першого контура

Також був запропонований варіант реконструкції системи водоживлення і продування ПГ з організацією «сольового» відсіку, який пройшов комплекс випробувальних і налагоджувальних процедур на споріднених АЕС. З урахуванням процесу виходу з ладу теплообмінних трубок, що продовжувався, на ПГ Калінінської АЕС, керівництвом Калінінської АЕС було ухвалено рішення про початок реконструктивних робіт, хоча деякі ухвалені конструктивні рішення суперечили накопиченому Калінінської АЕС досвіду. Реалізація проекту проводилася на Калінінської АЕС спочатку на двох ПГ, що дозволило накопичити досвід експлуатації реконструйованих ПГ до реконструкції решти ПГ. Причому вже при первинній реконструкції були внесені зміни в проект в частині шайбування ліній продування торців ПГ, де були встановлені шайби діаметром 18 мм замість 6 мм за первинним проектом. Були розроблені регламенти продування, що дозволяють підтримувати ВХР в «сольовому» відсіку в рамках існуючих норм на «торці+кишені», контроль за ВХР «сольових» відсіків вівся щомісячно, (що не передбачалося проектом) разом з контролем «торців+кишень». При реконструктивних роботах було виконано:

1) заглушено 5 колекторів роздачі основної живильної води в «холодному» торці ПГ;

2) встановлена перегородка над і під ПДЛ;

3) у «гарячому» торці на ПДЛ прокладено додатково 4 колектори роздачі живильної води;

4) один з колекторів роздачі живильної води виведений на ПДЛ і розгорнений у бік «холодного» колектора;

5) об'єднані лінії продування «кишень» і торців ПГ;

6) лінія продування «кишень» ПГ, що звільнилася, задіяна під виведення продування «сольового» відсіку ПГ.

В результаті в «гарячому» торці ПГ виник надлишок живильної води по відношенню до його паровиробництва (близько 200 т/час при номінальному навантаженні) і виник її дефіцит в «холодному» торці, з якого і зроблений вузол виведення продування «сольового» відсіку, який утворюється завдяки перетіканню в район дефіциту живильної води котельної води з інших зон ПГ.

За даними ОКБ ГП при такому варіанті водоживлення характерний розподіл солей в ПГ змінився, а зона максимального солевмісту змістилася в «холодний» торець ПГ. Але проведені на Калінінській АЕС теплохімічні і випробування сепарацій не підтвердили цих даних, а також виявили цілий комплекс проблем, які довелося вирішувати:

1) після проведення реконструктивних робіт виникла необхідність модернізації системи вимірювання рівня у зв'язку з підвищенням рівня в «гарячому» торці ПГ і появою залежності свідчень зрівняльних судин в «гарячому» торці ПГ від витрати і температури живильної води;

2) з'явилася серйозна різниця в свідченнях ВУС в «гарячому» і «холодному» торці ПГ. ВУС в різних торцях ПГ і ВУС з різною базою по-різному поводилися в перехідних режимах. Проектна схема вимірювання рівня в ПГ побудована на двох типах зрівняльних судин (ВУС). Однокамерні ВУС з базою 4000 мм і двокамерні ВУС з базою 630 мм (1000мм). При такій побудові системи вимірювання рівня вимірюється масовий рівень, який прямо залежить від локальної щільності води (пароводяній суміші) в ПГ в зонах врізання імпульсних ліній рівнемірів. Після реконструкції системи водоживлення і продування щільність пароводяної суміші за об'ємом ПГ серйозно змінилася. Проблему вдалося вирішити повністю за допомогою послідовних реконструктивних робіт. В даний час всі рівнеміри з однією базою мають однакові свідчення, які однозначно коливаються з свідченнями рівнемірів з іншими базами вимірювань. У перехідних режимах поведінка всіх рівнемірів ПГ ідентично.

Характеристики сепарацій ПГ після реконструкції водоживлення значно погіршали, що показав ряд випробувань сепарацій на Калінінській АЕС. Для відновлення проектних характеристик були проведені роботи по закриттю зазору між ПДЛ і корпусом ПГ з «гарячого» боку, а в ППР = 98,99 на блоці 1 виконані додаткова реконструкція колекторів роздачі живильної води, яка практично зняла проблему відновлення проектних характеристик сепарацій ПГ.

Невдале розташування додаткових колекторів роздачі живильної води в ПГ (прокладених при реконструкції системи водоживлення по ПДЛ) привело до появи гідроударів в живильному трубопроводі в перехідних і пускових режимах, виходу з ладу зворотних клапанів на трубопроводах подачі в ПГ основної живильної води. Усунути це явище вдалося тільки шляхом додаткової реконструкції колекторів роздачі живильної води із закладом всіх колекторів під ПДЛ.

Проектна схема модернізації продування ПГ виконана без урахування конструктивних особливостей ПГ і реальних можливостей системи спецводоотчистки продувочної води. В результаті експлуатації виникли наступні проблеми:

1) неможливість забезпечити достатню витрату для ефективного виведення солей з «сольового» відсіку ПГ;

2) локальне скупчення шламу між 2-4 дистанціонуючими гратами «гарячого» опускного каналу ПГ;

3) «забиття» штуцерів продування ПГ шламом;

4) зашламування трубопроводів продування.

Для вирішення цих проблем на Калінінської АЕС були проведені ряд додаткових реконструктивних робіт на системі продування ПГ. Вузлах виведення продування з ПГ, врізані додаткові штуцера продування, реконструйована система роздачі живильної води, проведений ряд реконструктивних робіт на системі продування ПГ з впровадженням нового типу дросельний-регулюючих пристроїв, розроблені нові регламенти продування (регламенти продування ПГ до досягнення блоком потужності 15 відсотків від номінальної, регламент продування ПГ при потужності блоку вище 15 відсотків від номінальної, регламент продування ПГ при занедбаності іонообмінної смоли від БОУ, регламент дренування ПГ в ППР з очищенням зон ПГ що слабо продуваються при роботі на потужності), проведена повна автоматизація процесів ведення режимів періодичного продування ПГ. Парогенератори блоків 1 і 2 були оснащені пробовідбором з різних зон ПГ, які дозволили вивчити розподіл солей в ПГ при різних режимах продування парогенераторів. Сукупність виконаних робіт дозволила усунути проектні недоліки.

Огляди ПГ в ППР і токовіхревої контролі теплообмінних трубок показали повну відсутність шламу на днищі і в районі 2-4 грати, повна відсутність неелектропровідних відкладень по всій глибині трубного пучка, локальні електропровідні відкладення виявляються лише на декількох десятках трубок кожного ПГ (навіть при практично 100 % контролі трубчатки). Питома забрудненість теплообмінних трубок 1 ПГ-3, на якому повністю реалізований весь комплекс робіт, знизилася (без проведення хімічних відмивань) за два роки в 8 разів. Питома забрудненість парогенераторів блоку 2 також знижується.

Серйозною проблемою експлуатації ПГ після модернізації водоживлення і продування стала проблема проведення хімічних відмивань ПГ, оскільки наявність локальних зон скупчення шламу і відкладень не дозволяли використовувати традиційні методи, викладені в інструкції ПГ (ОКБ ГП). Були два шляхи вирішення проблеми:

1) посилення реагентної дії із зниженням ph розчину;

2) створення установки, що дозволяє, використовуючи тільки ЕДТК і аміак відмити в ПГ локальні зони з суцільним зашламовуванням і повними «забиттям» відкладеннями міжтрубного простору.

Перший шлях Калінінської АЕС був, знехтуваний відразу, оскільки він міг спровокувати масовий вихід з ладу теплообмінних трубок ПГ і корозійне розтріскування колекторів і корпусу ПГ. На Калінінської АЕС вдалося створити установку і регламент хімічного відмивання, які дозволили без посилення реагентного складу відмивати парогенератори ефективніше.