3.3.2. Парогенераторы действующих зарубежных аэс _ с жидкометаллическим тепло­носителем.

Парогенератор АЭС «Даунри» (Англия, 1972 г.). Станция является прототипом АЭС с электриче­ской мощностью 1000 МВт. Схема парогенератора имеется в [3], основные конструктивные данные приведены в табл. 15.

Парогенератор состоит из трех вертикальных теплообменников с U-образными змеевиками: испарителя, пароперегревателя и промежуточного пароперегревателя. Во всех трех частях парогенератора теплоно­ситель движется в межтрубном пространстве.

Пароперегреватель и промпароперегреватель соединены по теплоносителю параллельно. Движение теп­лоносителя и рабочего тела в них противоточное.

Питательная вода подается в сепарационный барабан. Циркуляция рабочего тела в испарителе — многократная, принудительная.

Таблица 14

Основные характеристики парогенератора	АЭС «Даунри»
Тепловая мощность, МВт	200
Число парогенераторов на реактор	3
Температура теплоносителя, °С: на входе в парогенератор на входе в испаритель на выходе из парогенератора	532 455 370
Расход теплоносителя, кг/с	974
Паропроизводительность, кг/с	84
Давление перегретого пара, МПа	16,6
Температура перегретого пара, °C	514
Давление в сепарационном барабане, МПа	17,1
Температура питательной воды, °С	288
Кратность циркуляции в испарителе	5
Расход пара через промпароперегреватель, кг/с	171
Давление пара, МПа: на входе в промпароперегреватель на выходе из промпароперегревателя	3,41 3,19
Температура пара, °С: на входе в промпароперегреватель на выходе из промпароперегревателя	305 514
Внутренний диаметр корпуса пароперегревателя, мм	1530
Диаметр трубной доски пароперегревателя, мм	1154
Внутренний диаметр корпуса испарителя, мм	1830
Диаметр трубной доски испарителя, мм	2232
Диаметр трубной доски прампароперегревателя, мм	1734
Теплопередающая поверхность пароперегревателя, м2	265
Число труб в пароперегревателе	389
Диаметр и толщина стенки трубки пароперегревателя, мм	14,3x2,24
Число рядов труб по окружности	127
Число U -образных змеевиков по радиусу	7
Средняя длина трубы, м	10,8
Высота пароперегревателя, м	6,6

Рис. 12 Секционный парогенератор АЭС «Феникс» с жидкометаллическим теплоносителем (Франция): А — промперегреватель; Б— пароперегреватель; В—испаритель; Г — поперечное сечение через секции; 1 — выход натрия; 2 — растопоч­ный сепаратор; 3— вход натрия в испаритель; 4 — вход натрия в пароперегрёва-5 — выход натрия из промпароперегревателя; 6 — выход пара в промперегреватель; 7—вход пара на промперегрев; 8 — выход перегретого пара: 9 — выход натрия из пароперегревателя; 10— вход натрия в испаритель; 11— вход питательной воды; 12 — раз­рывная ша; 13 — коллектор для отвода продуктов взаимодействия натрия с водой.

Таблица 15

Основные характеристики парогенератора	АЭС «Феникс»
Тепловая мощность, МВт	563
Температура теплоносителя, °С: на входе на выходе	550 350
Расход теплоносителя, кг/с	2210
Паропроизводительность, кг/с	209
Давление перегретого пара. МПа	16,8
Температура перегретого пара. °С	512
Температура питательной воды, °С	246
Расход пара промперегрева. кг/с	186
Давление пара промперегрева, МПа	3,49
Температура пара промперегрева, °С: на выходе на входе	512 308
Потеря напора по тракту рабочего тела, МПа экономайзер -испаритель пароперегреватель промпароперегреватель	1,81 0,47 0,13
Теплопередающая поверхность, м2: всего парогенератора экономайзера-испарителя пароперегревателя промпароперегревателя	2149 961 522 666
Число секций в парогенераторе	36
Число труб в секции	7
Диаметр и толщина стенки наружной трубы секции, мм: испарителя-экономайзера пароперегревателя и промпароперегревателя	193,7x6,3 193,7x5,4
Диаметр и толщина стенки труб теплопередающей поверхности, мм: испарителя-экономайзера пароперегревателя промпароперегревателя	28x4 31,8x3,6 42,4x2
Габариты парогенератора, м: длина высота	16,9 18,6

Схема движения рабочего тела и теплоносителя — прямоток. Трубы испарителя изго­товлены из стали с содержанием 2,25% хрома и 1% молибдена. В пароперегревателе и пром- пароперегревателе применена нержавеющая аустенитная сталь. Парогенератор АЭС «Феникс» (Франция). На рис. 12 показана конструктивная схема парогенератора АЭС «Феникс». Ос­новные характеристики парогенератора даны в табл. 16. Парогенератор прямоточный, с проме­жуточным перегревом пара. Секции выполнены по типу «пучок труб в трубе» и имеют вид s- образных змеевиков. Во всех частях парогенератора натрий движется в межтрубном простран­стве, рабочее тело — внутри труб.

Первым по ходу теплоносителя расположен промпароперегреватель, затем основной пароперегреватель, за которым следуют секции испарителя-экономайзера. Материал труб теплопередающей поверхности: пароперегревателей — аустенитная нержавеющая сталь, (испари­теля-экономайзера — ферритная сталь с содержанием 2,25% хрома и 1% молибдена.

3.3.3. Проекты парогенераторов для зарубежных АЭС с натриевым теплоносителем

Парогенератор для. АЭС с электрической мощностью 1320 МВт (проект, Англия). Парогенератор (схема на рис. 13) предназначается для станции с двумя стандартными турбинами. Разработаны проекты на до критические параметры пара (с многократной принудитель­ной циркуляцией (МПЦ) и прямоточный), а также на за критические параметры пара. В табл. 17 приведены основные характеристики парогенераторов для АЭС с N_э=1320 МВт. Парогенератор с МПЦ состоит из отдельных корпусов испарителя, пароперегревателя и промпароперегревателя. Прямоточные парогенераторы на до критические и за критические парамет­ры также проектируются трехкорпусными из-за нежелательности сварки труб из статей разных составов. Пароперегреватель и промпароперегреватель соединены по теплоносителю парал­лельно. Наружный диаметр корпуса теплообменников ограничивался величиной 2,75—3.1 м, считающейся оптимальной с точки зрения изготовления и транспортировки. Конструкция испарителя и пароперегревателей основного и промежуточного одинакова: верти­кальные теплообменники.

Рис. 13 Парогенератор для АЭС с жидкометаллическим теплоносителем N3=1320 МВт (проект. Англия): 1 — вход натрия; 2 — выход продуктов взаимодействия натрия с водой; 3 — трубный пучок; 4 — тепловой экран; 5 — направляю­щие трубки; 6 — выход натрия; 7 — измеритель уровня со стороны выхода натрия; 8 — вход рабочего тела; 9 — измеритель уровня со стороны входа натрия; 10— выход рабочего тела; 11 — детектор водорода; 12— выход на­трия; 13 — опора; 14 — разделительная обечайка: 15 — дренаж.

Таблица 17

Основные характеристики	Парогенераторы
		прямоточные
	с МПЦ	До крити­ческий	За крити­ческий
1	2	3	4
Электрическая мощность АЭС, МВт		1320
Тепловая мощность АЭС, МВт	3105	3105	3000
Количество на АЭС:
испарителей		6
пароперегревателей		6
промпароперегревателеи		4
Температура теплоносителя, °С:
на входе в парогенератор		560
на выходе из парогенератора на входе в испаритель	469	380 469	474
Расход теплоносителя, кг/с:
общий	13 200	13200	12 800
через пароперегреватель через промпароперегреватель	9480 3790	8470 4730	8160 4640
Общая паропроизводительность, кг/с		1250
Давление перегретого пара. МПа	16,6	16,6	25,2
Температура перегретого пара, °С		540
Температура питательной воды. °С	288	288	280
Температура пара на выходе из испарителя, °С	356	384	407
Расход пара через промпароперегреватели, кг/с	861	861	848
Давление пара, МПа:
на выходе из промпароперегревателя	3,41	3,41	4,62
на входе в промпароперегреватель	3,55	8,55	4,80
Температура пара промперегрева, °С: на выходе	540	540	640
на входе	305	810	310
Кратность циркуляции	5	1	1
Наружный диаметр груб, мм:
в испарителе		15,9
в пароперегревателе		12,7
в промпароперегревателе		25,4
Число труб
в испарителях в пароперегревателях в промпароперегревателях	6500 7400 3725	3750 7570 3640	3400 6200 2760
Эффективная длина трубы, м:
испарителя	17,1	25,1	27,7
пароперегревателя	14,5	13,8	18,6
промпароперегревателя	13,8	15,0	18,1
Внутренний диаметр корпуса, м: испарителя пароперегревателя	2,96 2,79	2,9 2,98	2,8 2,79
промпароперегревателя	2,32	2,32	2,28
Высота корпуса, м: испарителя пароперегревателя промпароперегревателя	8,05 6,5 6,09	15,02 6,22 6,98	13,4 8.78 8,63

с U-образными змеевиками. 1еплоноситель движется в межтрубном пространстве, продольно омывая трубки.

Ряды U-образных змеевиков занимают периферийную часть теплообменника. К пло­ской трубной доске теплообменников привариваются два тороидальных коллектора ввода и вы­вода рабочего тела. Для труб теплопередающей Поверхности и корпуса испарителя предполага­ется использовать сталь с 2,25% хрома и 1% молибдена, стабилизированную ниобием и тита­ном. Трубы и корпус пароперегревателей будут изготовляться из нержавеющей стали. Толщина стенки труб, определенная расчетом, будет увеличена на 0,075 ,и 0,15 мм соответственно в ис­парителе и пароперегревателях на коррозию со стороны натрия и на 0,13 мм — на коррозию со стороны воды и пара. Добавка на утонение стенки трубы при выполнении гибов не делается. Расчетное давление для корпусов принимается равным 3,4 МПа, а для плоских трубных до­сок—1 МПа. Давление выбирается с учетом возможного воздействия ударной волны, возни­кающей при реакции натрия с водой. Из табл. 17 видно, что в прямоточном парогенераторе пар поступает в пароперегреватель уже перегретым относительно температуры насыщения на 28°С. Сделано это для того, чтобы избежать образования отложений на поверхности труб паропере­гревателя из аустенитной нержавеющей стали.

Парогенератор для АЭС с реактором электрической мощностью 1000 МВт (проект, США). Фирма «Вестингауз» разработала проект парогенератора, схема которого представлена на рис. 14, а основные характеристики — в табл. 18.

Рис. 14 Прямоточный, парогенератор с натриевым теплоносителем (проект; США): 1 — выход натрия; 2 — вход питатель­ной воды; 3 — трубный пучок; 4 — дырчатый лист: .5 — раздающие трубы; 6 — разрывная мембрана: 7 — выход натрия; 8 — газовая полость; 9 — уровень натрия; 10 — выход перегретого пара; 11 — дренаж.

Таблица 18

Основные характеристики парогенератора	Значение
Тепловая мощность, МВт	1300
Температура теплоносителя, °С:
на входе	520
на выходе	348
Давление теплоносителя, МПа	0,48
Расход теплоносителя, кг/с	5380
Паропроизводительность, кг/с	620
Давление перегретого пара, МПа	16,9
Температура перегретого пара, °С	484
Температура питательной воды. °С	260
Перепад давления по теплоносителю, МПа	0,103
Перепад давления по рабочему телу, МПа	1,55
Наружный диаметр и толщина стенки труб, мм	12,7x1,65
Число труб в парогенераторе	3600
Число рядов труб в секции	20
Число змеевиков в ряду	30
Шаг между трубами по квадрату, мм	25,4
Эффективная длина трубы, м	37,8
Диаметр патрубков, мм:	204 305 1070 1070
питательной воды
перегретого пара
входа теплоносителя
выхода теплоносителя
Диаметр взрывного клапана, мм	610
Расстояние между входными и выходными патрубками рабочего тела м	11,2
Внутренний диаметр корпуса, м	4,6
Высота корпуса, м	19,8

Предполагается, что с реактором электрической мощностью 1000 МВт будут работать два парогенератора. Парогенератор прямоточный состоит из одного вертикального цилиндри­ческого корпуса, в котором расположены шесть секций плоских змеевиков, заключенных в прямоугольные обечайки. Каждая секция имеет трубные доски, вваренные в корпус в нижней и верхней его части. Трубы к трубным доскам привариваются со стороны, обращенной к натрию, чтобы избежать образования щелей между трубками и трубной доской со стороны натрия. К трубным доскам привариваются полусферические днища с патрубками для входа питательной воды и выхода перегретого пара. Натрий поступает в парогенератор через входной патрубок в верхнем эллиптическом днище и раздается шестью трубами по секциям.

Трубы теплопередающей поверхности изготовляются из сплава инколой-800. Трубные доски плакируются сплавом инконель-600 со стороны воды и натрия. В табл. 19 даны значения допускаемых напряжений (по американским нормам) для труб из сплавов инколой, инконель и стали с содержанием 2,25% хромай 1 % молибдена.

Таблица 19

Материал	Допускаемое напряжение, кгс/мм
	480°С	510°С	540°С	570°С
Инколой-800 Инконель-600 Сталь: 2,25% Сг, 1% Мо	10,0 11,2 9,8	9,85 7,4 7,75	9,7 4,93 5,48	9,55 3,50 4,08

Парогенератор с обратными элементами (проект, США). Фирма «Комбашн» разрабо­тала проект парогенератора (рис. 15), теплопередающая поверхность которого выполнена из обратных элементов (трубок Фильда). Три парогенератора будут устанавливаться с реактором электрической мощностью 1000 МВт. При номинальной нагрузке парогенератор будет работать как прямоточный, при нагрузках, меньших номинальной,— по схеме с рециркуляцией. Основ­ные характеристики парогенератора даны в табл. 20.

Испаритель и пароперегреватель располагаются в одном корпусе: пароперегреватель занимает центральную часть, испаритель — периферийную. Питательная вода поступает в то- роидальный коллектор прямоугольного сечения, расположенный в корпусе парогенератора, и из него раздается по внутренним трубкам обратных элементов испарителя. В кольцевых кана­лах обратных элементов вода нагревается до кипения и испаряется. Насыщенный пар направля­ется в сепаратор, расположенный вне корпуса парогенератора, откуда поступает в кольцевые каналы обратных элементов пароперегревателя. Перегретый пар из центральных трубок обрат­ных элементов пароперегревателя выходит в сборный коллектор и через патрубок покидает па­рогенератор.

Рис. 16 Прямоточный парогенератор с обратными элементами для АЭС с жидкометаллическим теплоносителем (проект, США): 1 — выход натрия; 2—обратные элементы пароперегревателя; 3— тепловой экран; 4 — отвод продуктов взаимодействия натрия с водой; 5—вход питательной воды; 6 — окна для входа насыщенного пара; 7 — лаз; 8— выход перегретого пара; 9 — вход насыщенного пара; 10— камера перегретого пара; 11—коллектор питательной воды; 12— выход насыщенного пара; 13 — разовая полость; 14 — уровень натрия; 15 — разделительная обечайка; 16 — дистанционирующая решетка; 17—обратные элементы испарителя; 18 — вход натрия.

Таблица 20

Общая характеристика парогенератора	Значение
Тепловая мощность, МВт	820
Температура теплоносители, °С: на входе на выходе	550 371
Расход теплоносителя, кг/с	3310
Потеря напора по тракту теплоносителя, МПа	0,08
Паропроизводительность, кг/с	355
Давление перегретого пара, МПа	16,9
Температура перегретого пара, °С	536
Температура питательной воды, °С	256
Давление питательной воды, МПа	18,2
Характеристики пароперегревателя:
тепловая мощность, МВт	322
коэффициент теплопередачи, кВт/(м2-К)	2,93
температурный напор, °С	81
теплопередающая поверхность, м2	1400
диаметр и толщина стенки наружной трубки обратного элемента, мм	28,6х3,7
длина теплопередающей части трубки, м	9,15
диаметр разделительного кожуха секции пароперегревателя, м	1,7
диаметр и толщина стенки наружной трубки обратного элемента испарителя, мм	28,6x2,4
Характеристики участка испарителя с, ухудшенной теплоотдачей:
тепловая мощность, МВт	144
коэффициент теплопередачи. кВт/(м2-К)	4,75
температурный напор, °С	115
теплопередающая поверхность, м2	274
длина трубы участка, м	2,29
Характеристики участка испарителя с развитым пузырьковым кипением:
тепловая мощность, МВт	141
коэффициент теплопередачи. кВт/(м2-К)	4,98
температурный напор, °С	74
теплопередающая поверхность, м2	434
длина трубы участка, м	3,5
Характеристика экономайзерного участка испарителя:
тепловая мощность, МВт	223
коэффициент теплопередачи, кВт/(м2-К)	4,12
температурный напор, °С	101
теплопередающая поверхность, м2	606
длина трубы участка, м	4,88
наружный диаметр испарительной секции, м	2,7
внутренний диаметр испарительной секции, м	1,98
Наружный диаметр корпуса парогенератора, м	3,03
Высота парогенератора, м	17,26
Вес парогенератора, т	350

Для уменьшения теплопередачи через внутренние трубки обратных элементов последние име­ют двойные стенки с зазором, заполненные газом.

Теплоноситель входит в парогенератор через патрубки в нижнем днище, продольно обтекая трубный пучок пароперегревателя. В верхней части поток делает поворот на 180°, движется вдоль труб испарителя и через патрубки в нижней части корпуса выходит из парогенератора. В верхней части корпуса имеются газовое пространство, заполненное аргоном, и патрубок для взрывного клапана.

В качестве конструкционных материалов предполагается использовать:

а) для корпуса — ферритную сталь (2,25% хрома, 1% молибдена), плакированную ферритным сплавом для предотвращения обезуглероживания;

б) для трубных досок, труб и коллекторов — ферритную сталь с содержанием 9—12% хрома, имеющую более высокие прочностные характеристики, чем сталь с 2,25% хрома.

Парогенератор АЭС «Суперфеникс»

1 — ремонтный люк; 2 — вход натрия; 3 — выход пара; 4 — трубы поверхности нагрева; 5 — вход пи­тательной вод; 6 — выход натрия; 7 — уровень натрия; 8 — газовая полость.

КОНСТРУКЦИИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ КОНСТРУКЦИИ ЗАРУБЕЖНЫХ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ

1. В практике зарубежного парогенераторостроения для АЭС с реакторами, охлаждаемыми водой под давлением (PWR), наиболее широко используются два основных типа парогенерато­ров: с естественной и с принудительной циркуляцией (прямоточные).

При разработке новых конструкций наблюдается тенденция к уменьшению числа петель цир­куляции и увеличению единичной мощности парогенераторов, поскольку при этом уменьшает­ся относительная стоимость тепломеханического оборудования, сокращается протяженность коммуникаций, количество арматуры и насосов. Уменьшение числа петель связано с предъяв­лением повышенных требований к надежности работы тепломеханического оборудования.

2. Вертикальные однокорпусные парогенераторы насыщенного пара с естественной циркуля­цией теплоносителя во II контуре разработаны в США фирмой «Вестингауз электрик» для АЭС с реакторами PWR в трех- и четырехпетлевом исполнении электрической мощностью 300 МВт (модель Д) и 350 МВт (модель Е). Парогенератор фирмы «Вестингауз электрик» (модель Е) показан на черт. 1 и состоит из пучка испарителя и двухступенчатого сепаратора. Пучок испа­рителя набирается из U-образных труб, концы которых закреплены в плоской горизонтальной трубной доске. Трубная доска расположена в нижней части корпуса и образует верхнюю крыш­ку подводящей и отводящей камер теплоносителя I контура.

3. Вертикальные однокорпусные парогенераторы большой мощности насыщенного пара с естественной циркуляцией теплоносителя во II контуре разработаны в США фирмой «Комбасчен инжиниринг» для АЭС с реакторами PWR «Система-80» в двухпетлевом исполнении элек­трической мощностью по 400 МВт. Парогенератор типа «Система-80» показан на черт. 2. Парогенератор оснащен встроенным экономайзерным участком, позволяющим осуществить распределение потока питательной воды в зависимости от тепловой нагрузки и улучшить ха­рактеристики парогенератора в зоне низких температур теплоносителя.

4. Вертикальные однокорпусные парогенераторы большой мощности насыщенного пара с естественной циркуляцией теплоносителя во II контуре разработаны в ФРГ фирмой «Дойче Бабкок и Вилькокс» для АЭС с реакторами PWR в двухпетлевом исполнении. Парогенератор АЭС Библис состоит из пучка испарителя, собранного из U-образных труб, и двухступенчатого сепаратора. Трубный пучок помещен в корпус в кольцевом кожухе, чем обеспечивается органи­зация циркуляции. Отличительной особенностью этого парогенератора является внутрикорпусное кольцевое дроссельное устройство для регулирования кратности циркуляции.

5. Все элементы этих парогенераторов, работающие под давлением, изготовлены из углероди­стых или низколегированных сталей. Трубная доска плакирована со стороны теплоносителя никелевым сплавом инконель-600. Трубы парогенераторов изготовлены из сплава инконель- 600. Для обеспечения высокой плотности заделки концы труб приварены к наплавке, для при­дания механической прочности и исключения источников щелевой коррозии трубы развальцо­вываются взрывом по всей толщине трубной доски. Заделка труб в трубные доски является же­сткой.

6. Вертикальные однокорпусные прямоточные парогенераторы слабоперегретого пара со встроенным экономайзером разработаны в США фирмой «Бабкок и Вилькокс» для АЭС с реак­торами PWR в двухпетлевом исполнении. Парогенератор фирмы «Бабкок и Вилькокс» для АЭС Окони показан на черт. 3 и представляет собой прямотрубный теплообменник, помещенный в прочный корпус. Трубы теплообменного пучка вварены в верхнюю и нижнюю трубные доски. Парогенератор той же фирмы для установки «Бабкок-241» показан на черт. 4 и представляет собой прямотрубный аппарат, выполненный по прямоточному циклу с экономайзерным участ­ком без частичной рециркуляции для предварительного подогрева питательной воды.

7. Вертикальный однокорпусный прямоточный парогенератор разработан во Франции для ус­тановки Трепо. В этом парогенераторе с целью улучшения компенсации разности термических деформаций корпуса и трубного пучка применены трубы с волнистыми погибами.

8. Способы дистанционирования парогенерирующих труб, применяемые зарубежными фирмами, существенно различаются. Наиболее часто употребляемые виды дистанционирования представлены на черт. 5.

Парогенератор тина «Система-80» фирмы «Комбасчен инжиниринг»

Так, в частности, фирма «Вестиигауз» использовала штампованные пластины с овальными от­верстиями, длинная ось которых В разных решетках ориентирована в различных направлениях. Фирма «Крафтверк унион» использовала решетки с ромбической ячейкой, собранные из пло­ских прорезных пластин. Фирма «Бабкок и Вилькокс» в парогенераторе Окони использовала плоские штампованные решетки с круглыми проходными окнами, снабженными тремя высту­пами, а в настоящее время применяет решетки сотового типа. Фирма «Дойче Бабкок и Виль­кокс» устанавливает и шахматном порядке полукруглые решетки, создавая поперечный поток двухфазной смеси. В парогенераторе установки Трепо трубы устанавливают концентрическими слоями от центра к периферии, дистанционируя кольцевыми пластинами, к которым привари­вают полые распорки. Полость в распорках служит для прохода теплоносителя. По вибромеханическим характеристикам все перечисленные виды дистанционирующих уст­ройств близки к шарнирным заделкам.