Зорин В.М. Атомные электростанции

Рис. 21.12. Импульсно-предохранительное устройство парогенератора АЭС с ВВЭР-1000:

а — импульсный клапан: 1 — корпус; 2 — крышка; 3 — шток; 4 — тарелка; 5 —

фильтрующее устройство; 6 — груз; 7 — рычаг; 8 — золотник; б — главный предохранительный клапан (пояснения позиций даются в тексте)

421

груза. Основной элемент ИПУ — главный предохранительный клапан, который может быть с одноили двухсторонним подводом или отводом пара. Как правило, на линии истечения пара из ГПК устанавливаются решетки для снижения уровня шума. Основные детали ГПК показаны на рис. 21.12, б. При нормальном рабочем режиме паропровода ГПК закрыт, т.е. тарелка 3 давлением пара прижимается к седлу 4. Для увеличения усилия прижатия тарелки в пусковых и других режимах, когда давление пара мало, между крышкой 2 и

грундбуксой 8 установлена пружина 6. Она же несколько смягчает удар при срабатывании клапана. Герметичность соединения корпуса

1 с крышкой 2 обеспечивается самоуплотняющимся сальниковым узлом. Сальниковые уплотнения 9 обеспечивают также герметичность соединения деталей подвижного узла клапана. На штанге 10 с

отверстием подвода пара от импульсного клапана закреплен поршень 5, относительно которого могут перемещаться показанные на рисунке детали вместе с тарелкой 3 клапана. При срабатывании импульсного клапана пар поступает в полость под вспомогательным поршнем ГПК (11). Давление пара в полости и в паропроводе выравнивается, но действует оно из полости на всю площадь вспомогательного поршня, а «снаружи» — лишь на площадь, соответствующую внешнему диаметру уплотнительной поверхности тарелки (см. рисунок). В результате создается усилие для поднятия грундбуксы 8 с

рубашкой поршня 7 и тарелкой 3: ГПК открывается.

Другой вид предохранительной арматуры — мембранно-разрыв- ные устройства (МРУ), герметично перекрывающие плоской или

выпуклой мембраной сечения сбросных трубопроводов. Время сраба-

–3

тывания МРУ составляет (2…3)æ10 с при любом диаметре. Приме-

няют устройства, в которых мембрана разрывается непосредственно

под действием среды, и устройства с принудительным разрывом —

проколом или вырубкой мембраны. Использование последних счита-

ется предпочтительным. В настоящее время МРУ используются,

например, в контурах АЭС с жидким металлом, в газовом контуре

РБМК, в баке-барботере реакторной установки ВВЭР-1000 и др.

В СПП-1000 для исключения повышения давления сверх допусти-

мого устанавливается мембранное предохранительное устройство с

В перспективе планируется использование МРУ перед предохрани-

тельными клапанами первого и второго контуров.

Быстродействующие редукционно-охладительные установки

(рис. 21.13) занимают промежуточное положение между защитной и регулирующей арматурой. Это важный элемент блочной энергетиче-

422

ской установки. Специфика БРОУ заключается в ее быстродействии, измеряемом секундами, и, как следствие, в высокой стоимости. БРОУ предназначены для сброса излишков свежего пара, возникающих при пусках и остановах энергоблоков, резких снижениях нагрузки турбины и повышениях давления в паропроводах сверх допустимых значений. На блоках АЭС, работающих на насыщенном паре, охлаждение которого не требуется, применяются быстродействующие редукционные установки (БРУ) со временем включения 2—20 с (время включения редукционной установки (РУ) равно примерно 30 с).

Пар после БРОУ (или БРУ) чаще всего сбрасывается в пароприемные устройства конденсаторов турбины (в случае внезапного ее отключения, например) или в атмосферу (см. БРУ-К, БРУ-А на

Рис. 21.13. Схема БРОУ:

1 — запорно-дроссельный клапан; 2 — дросселирующее устройство (решетка); 3 —

охладитель пара; 4 — пароводяная форсунка; 5 — запорный клапан (или задвижка);

6 — обратный клапан; 7 — регулирующий клапан

423

Таблица 21.3

Условные обозначения трубопроводной арматуры и устройств

Клапан запорный проходной

Задвижка

Клапан запорный (задвижка) с электроприводом

Клапан запорный (задвижка) с электроприводом

нормально закрытый

Клапан обратный (затвор)

Клапан регулирующий

Клапан регулирующий с автоматическим управлением от колонки дистанционного управления (КДУ)

Клапан трехходовой

Клапан предохранительный проходной

Клапан предохранительный угловой с выхлопом в окружающую среду

Редукционная (редукционно-охладительная) установка (РУ, РОУ)

Дроссельное устройство

Клапан дроссельный

Измерительное устройство (диафрагма)

424

рис. 21.14). Через БРОУ (БРУ) осуществляется резервное питание паром потребителей собственных нужд энергоблока, деаэратора (см. БРУ-СН, БРУ-Д на рис. 21.14), турбоприводов питательных насосов и др.

Основные элементы БРОУ — запорно-дроссельный клапан, дросселирующее решетчатое устройство и охладитель пара с вспрыскивающими форсунками (в БРУ охладителя нет) — показаны на рис. 21.13. Регулирующий клапан обеспечивает требуемое охлажде-

ние пара после его дросселирования.

При расчете гидравлического сопротивления трубопровода можно принимать следующие значения коэффициентов местных

сопротивлений ξ для некоторых видов арматуры при полном откры-

м

= 1,5…3 — для обратных затворов.

Принятые в соответствии с нормативными документами, указанными в [7], условные обозначения трубопроводной арматуры и устройств даны в табл. 21.3.

21.3. Главные паропроводы

Назначение главных паропроводов — передача пара от ядерной паропроизводительной установки (ЯППУ) к стопорно-регулирую- щим клапанам (СРК) турбины во всех проектных режимах эксплуатации. Паропроводы — важный и протяженный элемент тепловой схемы электростанции. В главных паропроводах параметры рабочего тела — температура и давление — наибольшие. Отсюда особое внимание к выбору конструкционных материалов, обеспечивающих требуемый ресурс работы, и к защите паропроводов от превышения давления. На принципиальных тепловых схемах главный паропровод обычно изображают одной линией. В реальной технологической схеме их несколько.

На рис. 21.14 показана схема главных паропроводов, которая в настоящее время является типовой для турбин большой мощности и включает в себя четыре нитки. Диаметры паропроводов (условные

проходы D ) на рисунке даны по проекту для блока АЭС со свинцово-

у

висмутовым теплоносителем: 4×4 реакторных установок СВБР-75/100 и турбины (один двухпоточный ЦВД и четыре двухпоточных ЦНД) мощностью 1600 МВт (эл.) с расходом насыщенного пара 2578 кг/с

в номинальном режиме при начальном давлении p = 9,5 МПа. Также

0

по четырем паропроводам с условным диаметром D = 630 мм подво-

у

дится пар к турбине на энергоблоках с ВВЭР-1000. Подводящие пар

к турбине К-500-6,4/50 четыре паропровода имеют диаметр D =

у

425

= 400 мм. В общем случае число паропроводов определяется расходом свежего пара и его параметрами. К турбине К-210-12,8 перегре-

тый пар подводится по двум паропроводам диаметром D = 250 мм.

у

Особенностью паропроводов двухконтурной АЭС является установка быстродействующих защитных отсечных клапанов (БЗОК), предотвращающих распространение радиоактивности во второй контур в случае появлений межконтурной неплотности в парогенераторе и при других аварийных ситуациях. Перед БЗОК устанавливаются импульсные предохранительные устройства, защищающие парогенератор и паропровод от превышения давления. Защитные функции после БЗОК выполняют быстродействующие редукционные устройства со сбросом пара в атмосферу (БРУ-А). Все паропроводы обычно объединяются перемычкой, выравнивающей в них давление пара. Через перемычку реализуются отводы свежего пара (через БРУ или БРОУ) при пуске энергоблока, его останове и стацио-

426

нарном режиме работы (см. рис. 21.14). Ближе к турбине на площадке обслуживания устанавливаются главные паровые задвижки (ГПЗ). Их включение производится только после прогрева участков паропроводов от ГПЗ до стопорно-регулирующих клапанов, для чего предусмотрен пусковой байпас с запорной арматурой и регулирующим клапаном.

Большая протяженность и параметры рабочего тела в паропроводах приводят к существенным тепловым потерям. Для ПТУ на насыщенном паре следствием является увеличение влажности пара. Для накопления образующегося конденсата используется горизонтальный участок паропровода перед его подъемом к ГПЗ. Отвод конденсата (или дренирование паропровода) осуществляется через конденсатоотводчики. Это требование обязательно для паропроводов насыщенного пара и для тупиковых участков паропроводов перегретого пара. Для использования конденсата и его теплоты дренажи направляются в расширитель, пар из которого применяется в системе регенерации, а вода отводится в дренажный бак, а затем перекачивается в деаэратор.

21.4. Питательный трубопровод

Питательный трубопровод — протяженный и ответственный элемент оборудования электростанции, обеспечивающий подачу питательной воды в парогенераторную установку. Давление рабочего тела (воды) в питательном трубопроводе — наибольшее. В соответствии с нормами технического проектирования АЭС подвод питательной воды к каждому парогенератору производится по одной нитке (рис. 21.15), на которой устанавливаются регуляторы питания (рис. 21.16).

Специфика питания парогенераторов АЭС с ВВЭР-1000, осуществляемая по схеме рис. 21.15, а, заключается в следующем. При движении воды в трубе всегда имеется градиент скорости в диаметральном направлении, а следовательно, и градиент давления. В результате этого частицы нерастворимых примесей скапливаются в основном в ядре потока. Это прежде всего продукты коррозии конструкционных материалов (оксиды железа), которые по имеющимся данным лишь в незначительном количестве (не более 10 %) находятся в истинно растворенном состоянии, а остальная их часть — в гидратированной мелкодисперсной (размеры частиц 0,1 мкм и менее) и грубодисперсной (наиболее вероятные размеры частиц 5— 25 мкм) формах. В результате этого в потоке воды, первом отводимом после ПВД на парогенератор (№ 1 на рис. 21.15, а), продуктов коррозии будет наименьшее количество, а в последнем отводимом (на ПГ № 2) —

427

428

наибольшее. Неравномерный «занос» парогенераторов шламовыми отложениями был замечен и на действующих АЭС. Нетрудно убедиться, что раздача питательной воды по парогенераторам по схеме рис. 21.15, б практически лишена этого недостатка. Однако это может быть и не недостаток, а особенность, при использовании которой возможно повышение эффективности удаления из ПГУ нерастворимых примесей.

Регуляторы питания каждого парогенератора устанавливаются на двух параллельных нитках (рис. 21.16): один — основной, обеспечивающий регулирование подачи воды в диапазоне 10—110 %

номинальной производительности (D = 400 — для ПГВ-1000), и

у

второй — рассчитанный на малую производительность в диапазоне

0—10 % (D = 100 — для ПГВ-1000). Регуляторы защищаются от

у

попадания крупных предметов и частиц защитными сетками и в обязательном порядке от обратного тока воды, возможного в случае параллельных потоков, установкой обратных клапанов. Резервный байпас предусматривается на случай выхода из строя основного регулятора. Гидравлическое сопротивление питательных трубопроводов достаточно велико, и значительный вклад в него вносит блок регуляторов питания. В номинальном режиме его сопротивление достигает 1,0—1,5 МПа и даже более.

Контрольные вопросы

1.Назовите основной принцип подразделения (классификации) трубопро-

водов.

2.Каково назначение воздушников трубопроводов?

3.С какой целью и каким образом осуществляется дренаж трубопроводов?

4.Назовите факторы, определяющие напряжения металла трубопровода.

5.Что такое самокомпенсация трубопровода?

6.Перечислите основные типы опор трубопроводов.

7.Перечислите основные требования, предъявляемые к арматуре.

8.В чем заключается основное отличие задвижки от клапана, запорной арматуры от регулирующей?

9.В чем заключается основное преимущество импульсно-предохранитель- ного устройства по сравнению с предохранительным клапаном прямого действия?

10.В чем состоит основное назначение быстродействующего редукционного устройства?

11.Каким образом осуществляется защита главных паропроводов АЭС от превышения давления?

12.С чем связан неравномерный «занос» продуктами коррозии парогенераторов АЭС с ВВЭР-1000?

429

Глава 22

ТЕПЛОВЫЕ СХЕМЫ АЭС

Проектирование тепловых схем новых энергетических установок базируется на накопленном опыте. В данной главе приводятся тепловые схемы энергоблоков АЭС наиболее распространенных в нашей стране типов, а также имеющие определенные перспективы в ближайшем будущем.

Приводимые тепловые схемы являются своего рода обобщением материалов предыдущих глав в части состава и способа соединения оборудования, участвующего в основном технологическом процессе.

На рис. 22.1 представлена принципиальная тепловая схема энергоблока с ВВЭР-1000, который в настоящее время является базовым для отечественной ядерной энергетики.

На рис. 6.3 приведены принципиальные тепловые схемы ППУ одно-, двух- и трехконтурной АЭС. Поэтому далее на рисунках будут показаны только тепловые схемы паротурбинных установок, имеющих наиболее сложную структуру по сравнению с другими основными технологическими установками. На рис. 22.2 приведена тепловая схема ПТУ К-1000-5,9/25-2 первого энергоблока Ростовской АЭС.

На рис. 22.3 представлен вариант ПТУ К-1000-5,9/50, предназначенный для одной из зарубежных АЭС. Обратим внимание на ряд современных технических решений в этой схеме.

Сгруппированные вакуумные ПНД1 и ПНД2, охлаждаемые параллельными потоками основного конденсата, устанавливаются в горловинах двух конденсаторов турбины с целью обеспечить расчетные значения минимальных температурных напоров ввиду невозможности подсоса в них воздуха. Охлаждение дренажей этих ПНД осуществляется в двух однотипных охладителях (ОД), устанавливаемых в машзале. В каждом из них происходит охлаждение конденсата греющего параПНД2,затемсмешениеэтогопотокасконденсатом из ПНД1, охлаждение смешанного потока и сброс его в конденсаторы турбины.

В конденсатосборник или в сборник дренажа (СД), установленный у ПНД4, конденсат перетекает из подогревателя через обратные клапаны, которые отсекают водяной объем и предотвращают его

430