Зорин В.М. Атомные электростанции

Водном строительном модуле размещают основное технологическое оборудование одного энергоблока, а также оборудование систем, обеспечивающих его радиационную безопасность, аварийный останов, расхолаживание и др. АЭС различной мощности «собираются» из нескольких модулей. Общестанционные системы, которые могут обслуживать два или большее число блоков, выносятся в отдельные здания с определенным функциональным признаком. Так создается объединенный корпус спецводоочистки с установками по очистке радиоактивно загрязненных вод, размещение которых вблизи основного технологического оборудования не является обязательным. Помещения лабораторий химического и радиационного контроля, теплового контроля и автоматики, электротехнической, металловедения и других, а также химический цех располагают в объединенном вспомогательном корпусе (ОВК).

Вкомпоновке модуля главного корпуса АЭС с ВВЭР-1000 оказались совмещенными преимущества поперечного и продольного размещений турбины благодаря тому, что машинный зал расположен «перпендикулярно» реакторному отделению: продольная ось машзала и направление движения в нем мостового крана оказываются не параллельными, а перпендикулярными к реакторному отделению. Головная часть турбины может быть размещена возможно ближе к паропроизводительной установке, но при этом ширина машзала и пролет мостового крана — наименьшие. Электрогенератор устанавливается ближе

ксвободному торцу корпуса, что обеспечивает удобство вывода токопроводов к повышающим напряжение трансформаторам.

30.3. Компоновка машзала

Одна из характерных особенностей компоновки машинного зала заключается в том, что паротурбинные установки компонуются по «островному» принципу. Турбины и генераторы устанавливают на собственные фундаменты, не связанные с другими строительными конструкциями, что исключает передачу на них вибраций турбоагрегатов. Конденсаторы располагают, как правило, под турбинами, при этом высота установки турбоагрегатов и площадок их обслуживания (7,0—15,6 м) зависит от высоты конденсаторов. Конструкция фундамента турбины, размещение его колонн накладывают определенные ограничения и на габаритные размеры конденсатора, и на площадь его теплообменной поверхности.

На нижней отметке в непосредственной близости от турбин насыщенного пара располагают промежуточные сепараторы-пароперегре- ватели, достаточно крупногабаритные аппараты. Необходимость подвода к ним и отвода обратно к турбине пара сравнительно небольшого давления и значительным объемным расходом требует

631

наличия паропроводов большого диаметра, а гидравлическое их сопротивление вместе с сопротивлением самих аппаратов непосредственно сказывается на полезной работе турбины. В нижнем помещении, кроме конденсаторов и СПП, устанавливают подогреватели системы регенерации, насосы и другое оборудование (кроме деаэраторов) ПТУ. При этом питательные насосы большой мощности, особенно с турбоприводом, также устанавливают на собственном фундаменте. «Островной» принцип заключается в том, что между верхним помещением (где расположены турбоагрегаты) и нижним, конденсационным, сплошного перекрытия нет, есть площадки обслуживания вокруг турбоагрегатов и продольные проходы вдоль стен машинного зала. Таким образом создается возможность использовать кран машзала для обслуживания вспомогательного оборудования ПТУ — регенеративных подогревателей, насосов кон- денсатно-питательного тракта и др. Некоторые характеристики машзала для энергоблоков различных типов приведены в табл. 30.1.

Известно, что турбины насыщенного пара имеют значительный расход пара в конденсаторы, что обусловливает их габаритные размеры, большие, чем для турбин перегретого пара, и тем большие, чем больше их мощность. В результате поиска решений для наилучшей компоновки таких конденсаторов появился опыт бокового их расположения вместо традиционного подвального, под турбиной. Боковые конденсаторы применены в ПТУ К-500-5,9/25 (пятый блок Нововоронежской АЭС) и в ПТУ К-1000-5,9/25 (два блока на Калининской АЭС).

Разработчики новой компоновки конденсаторов, специалисты «Турбоатом» [51], отмечают следующие основные преимущества

632

Рис. 30.8. Компоновка турбоустановки К-500-5,9/25 энергоблока с ВВЭР-1000 (план над отметкой 5,7 м):

1 — турбина; 2 — сепаратор-пароперегреватель; 3 — конденсатор (бокового исполнения);

4 — входной патрубок конденсатора; 5 — электрогенератор ТГВ-500; 6 — возбудитель генератора; 7 — маслохозяйство; 8 — фильтры водяные; 9 — маслоохладители; 10 — питательный насос с турбоприводом и бустерным насосом; 11 — подогреватели высокого давления, горизонтальные, камерного типа; 12 — дренажные насосы; 13 — конденсатные насосы;

14 — эжекторы основные

633

боковых конденсаторов (числовые данные приведены для турбины К-500-5,9/25):

1)выхлоп пара из турбины на две стороны позволяет вдвое уменьшить сечение и габаритные размеры выхлопного патрубка, а также его массу при сохранении скоростей парового потока;

2)отсутствие под турбиной конденсатора позволяет выполнить для нее компактный жесткий фундамент (шириной 9 м, высотой 5,7 м, что примерно вдвое меньше по сравнению с подвальным конденсатором);

3)отсутствие ограничений по размещению конденсатора в проеме фундамента под турбиной позволяет увеличивать его теплообменную поверхность;

4)облегчается центровка вала турбины;

5)создаются более благоприятные условия для восстановления давления в тракте от последней ступени к конденсатору.

В то же время отмечаются и недостатки:

•примерно на одну треть увеличивается протяженность вакуумных разъемов (двух подводов пара к конденсаторам вместо одного);

•несколько больше опасность заброса воды в турбину при повышении уровня в конденсаторе;

•затруднен доступ к ЦНД при его вскрытии;

•общая ширина турбины с конденсатором заметно увеличивается (примерно 35 м против 8—12 м ), что частично объясняется увеличением теплообменной поверхности конденсатора.

На рис. 30.8 показано расположение в машзале турбины с боковыми конденсаторами.

Опыт эксплуатации турбин с боковым расположением конденсаторов на ряде энергоблоков России должен определить перспективы этого технического решения.

30.4. Особенности ПТУ одноконтурной АЭС

Как было отмечено, машзал одноконтурной АЭС является в целом обслуживаемым помещением зоны строгого режима. В то же время некоторые помещения машзала с технологическим оборудованием относятся к полуобслуживаемым из-за повышенной радиоактивности во время работы энергоблока.

Радиоактивность рабочего тела ПТУ обусловлена в основном короткоживущими изотопами газов. Она быстро спадает при останове энергоблока. Во время работы на мощности она уменьшается по мере движения пара от входа в турбину до выхода из нее и далее в конденсатно-питательном тракте ПТУ. В качестве иллюстрации в

634

Таблица 30.2

Результаты измерений уровней -излучения

табл. 30.2 приведены результаты измерений уровней -излучения на одной из АЭС США [1, 4-е изд., 1984].

Результаты контрольных измерений с помощью переносного дозиметра на одном из блоков с РБМК-1000 весной 2010 г. качественно подтверждают приведенное уменьшение мощности дозы по ходу рабочего тела в ПТУ. Получены меньшие, чем в табл. 30.2, значения у ЦВД турбины вблизи стопорно-регулирующего клапана, но большие у конденсатосборника и первых по ходу воды ПНД.

Значительный уровень радиоактивности фильтров конденсатоочистки говорит о накоплении в них радиоактивных веществ с относительно большим периодом полураспада, продуктов коррозии в первую очередь. Греющий пар в последний по ходу воды подогреватель подводится из головной части турбины, где радиоактивность еще высока. При конденсации пара плотность среды возрастает и радиоактивность

вводяном объеме подогревателя становится больше, чем в паровом. Повышенная радиоактивность может наблюдаться в конденсатосборниках, особенно в сепаратосборнике промежуточного сепараторапароперегревателя турбины, куда поступают практически все примеси, вносимые в турбину с паром. Неизбежны отложения, в том числе и радиоактивных веществ, на участке досушки пара после сепаратора

впромежуточном пароперегревателе. Отложения, хотя и небольшие, возможны в самой турбине.

Приведенные данные, во-первых, объясняют высокие требования к чистоте генерируемого в реакторе пара, которая определяется обеспечением требуемой нормами чистоты реакторной воды и поддержанием влажности пара на возможно более низком уровне.

Во-вторых, радиоактивность рабочего тела в оборудовании ПТУ необходимо учитывать при компоновке машзала.

635

Паропроводы свежего пара прокладывают в бетонных коридорах, служащих биологической защитой. Пар к паровпускным клапанам турбины подводится снизу, под площадкой обслуживания. Цилиндр высокого давления турбины обеспечивается съемной защитой. В ЦНД достаточной защитой является его корпус в связи со спадом радиоактивности.

Биологическая защита требуется для конденсатосборников конденсаторов турбины, оборудования конденсатоочистки, а также для водяных емкостей подогревателей системы регенерации турбины. Безусловно необходима биологическая защита сепарато- и конденсатосборников греющих паров СПП. Отмеченное частично проиллюстрировано на рис. 30.4.

Контрольные вопросы

1.Что такое компоновка?

2.Назовите виды компоновки главного корпуса электростанции.

3.Кратко сформулируйте основные требования к компоновке технологического оборудования.

4.Какие способы расположения турбоагрегатов в машзале применяются?

5.Почему в одном главном корпусе АЭС с ВВЭР-440 (см. рис. 30.2) объединены только два энергоблока?

6.Назовите основные особенности компоновки энергоблоков с РБМК.

7.Что такое модульная компоновка и каковы ее особенности?

8.Можете ли вы, пользуясь рис. 30.5 и 30.6, описать порядок прохождения показанного оборудования натрием и рабочим телом во всех трех контурах энергоблока?

9.Как вы понимаете «островной» принцип компоновки машзала?

10.Какие преимущества имеет боковое расположение конденсаторов тур-

бины?

11.В чем заключается основная особенность компоновки машзала одноконтурной АЭС?

636

Глава 31

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

К ГЕНЕРАЛЬНОМУ ПЛАНУ АЭС

Генеральный план — это расположение всех зданий и сооружений электростанции на отведенной ей промышленной площадке.

При выборе площадки для АЭС прежде всего принимаются во внимание последствия ее сооружения:

•проводится изучение и прогнозирование влияния на окружающую среду выбросов в районе станции больших количеств теплоты и влаги, которые не должны существенно изменять протекание природных процессов;

•прогнозируется уровень облучения населения, вызванного работой АЭС, и устанавливаются нормы предельно допустимых выбросов радиоактивных веществ. Для проживающих в районе атомной электростанции годовая доза облучения не должна превышать в установленное число раз (не более пяти) дозу облучения, обусловленную естественным фоном. При этом важно учитывать суммарные выбросы всех эксплуатируемых атомных электростанций и учитывать их в каком-либо районе при планировании развития ядерной энергетики.

Для строительства электростанции рекомендуется площадка прямоугольной формы.

Основные требования к площадке для строительства электростанции следующие.

1.Электростанция должна находиться возможно ближе к центру электрических нагрузок. Заметим, что это требование не всегда может быть выполнено для ГЭС, а также для ТЭС, работающих на низкосортных углях, когда необходима близость к району их добычи.

2.Расположение электростанции должно быть согласовано с особенностями района, в котором намечается ее строительство, и с перспективным планом развития района. При этом учитываются расположение крупных населенных пунктов и предприятий, мощность электростанции, метеорологические условия и др. Электростанция должна располагаться с подветренной стороны по отношению к бли-

637

жайшему населенному пункту (в соответствии с розой ветров предполагаемого места строительства). Снос жилых поселков, отчуждение лесных и сельскохозяйственных угодий должны быть минимальными. Недопустимо строительство электростанции в районе залегания полезных ископаемых.

3.Площадка должна обеспечивать возможность расширения АЭС. При этом за пределами площадки предусматриваются сани- тарно-защитная зона (СЗЗ) и зона наблюдения за радиационной обстановкой вокруг АЭС. В пределах санитарно-защитной зоны недопустимы проживание населения, размещение школ, предприятий общественного питания и т.п. В ней могут располагаться здания

исооружения подсобного назначения: склады, гаражи, столовые для обслуживающего персонала и др. В СЗЗ возможны размещение сельскохозяйственных угодий и выпас скота. Размеры СЗЗ устанавливаются в каждом конкретном случае в зависимости от местных условий и характеристик АЭС (мощность реактора, уровень и состав предполагаемых радиоактивных выбросов) и согласуются с органами Государственного санитарного надзора. Обычно лимитируется расстояние до крупных городов.

4.Площадка должна находиться возможно ближе к источнику водоснабжения, который должен быть достаточным для покрытия нужд АЭС в воде. Для этого предварительно изучаются дебит и уровни источника, паводковые режимы и т.п.

5.Территория электростанции не должна затопляться паводковыми водами при любом их уровне, подвергаться опасности схода лавин, оползней и т.п. Уровень грунтовых вод должен быть ниже расположения подвалов зданий, их фундаментов и подземных инженерных коммуникаций.

→

Рис. 31.1. Общий вид (а) и схема генерального плана АЭС (б):

1 — главный корпус с блоком вспомогательных систем; 2 — открытая установка

повышающих трансформаторов; 3 — административно-бытовой корпус; 4 — место

для ревизии трансформаторов и маслохозяйство; 5 — насосная станция технического

водоснабжения; 6 — подводящий водоканал (напорный бассейн); 7 — водоразбор-

ные сооружения; 8 — водосбросной канал; 9 — объединенный вспомогательный кор-

пус; 10 — дизель-генераторная станция; 11 — компрессорная; 12 — хранилище жид-

ких и твердых радиоактивных отходов; 13 — азотно-кислородная станция; 14 —

ремстройцех; 15 — склад химреагентов; 16 — ресиверы водорода; 17 — склад све-

жего топлива; 18 — ацетилено-генераторная станция; 19 — склад топлива для

котельной; 20 — резервная котельная; 21 — склад серпентинита; 22 — площадка

оборудования; 23 — склад графита

638

20

72

2

7

6

б)

639

6.Рельеф местности желателен ровный, не требующий больших планировочных работ для обеспечения минимального поверхностного стока (уклон 0,005—0,01). Геологические породы должны выдерживать давления от сооружений АЭС. Обязательны скальные основания для районов вечной мерзлоты. Почвы желательны глинистые, не обладающие заметными сорбционными свойствами по отношению к таким элементам, как цезий, стронций и т.п.

7.Необходимы условия для удобного вывода высоковольтных линий электропередачи и близость к железнодорожному транспорту; желательна близость к другим транспортным коммуникациям.

Площадка для электростанции окончательно выбирается на основе технико-экономического сравнения нескольких вариантов. С этой целью для каждого варианта предварительно проводятся инженерно-геологические, топографо-геодезические, гидрологические изыскания и метеорологические исследования.

Основная задача разработки генерального плана АЭС — добиться наилучших условий для безопасности, удобства эксплуатации, экономии занимаемой площади и затрат на размещение всех основных (основного производственного назначения) и вспомогательных зданий и сооружений. При этом учитываются следующие основные требования к расположению зданий и сооружений АЭС на промплощадке:

1)на площадке размещаются главное здание электростанции, распределительные устройства, электрическая подстанция, повышающая напряжение, химводоочистка, административно-бытовой корпус, подсобные сооружения (мастерские, склады, гаражи и т.п.). Кроме того, здесь прокладываются коммуникации водопроводов и канализаций, подъездные железнодорожные и автотранспортные пути, оборудуется монтажная площадка;

2)здания и сооружения должны быть размещены таким образом, чтобы технологические коммуникации между ними имели минимальную протяженность при обеспечении удобства доступа как к коммуникациям, так и к зданиям и сооружениям и обслуживания их;

3)водоохлаждающие устройства располагают с подветренной стороны по отношению к главному корпусу АЭС, открытому распределительному устройству и линиям электропередачи. В зависимости от силы господствующих ветров и их направления основные здания отдаляют от градирен на 20—40 м, а подстанции — на 40—60 м; для брызгальных бассейнов эти расстояния больше — 60—100 и 60— 120 м;

640