Маргулова Т.Х. Атомные электрические станции (1994 г., 5-е издание)

подъема — сопротивление остального тракта до деаэратора, то есть напор его больше, чем первого подъема. При этом фильтры конденсатоочистки работают под малым давлением. Применяется и одноподъемная схема (рис. 9.116). Однако при этом фильтры должны быть рас-

Рис. 9.11. Установка конденсатных насосов двухподъемная (а) и одноподъемная (б):

1 — конденсатор; 2 — конденсатный насос первого подъема; 3 — конденсатоочистка; 4 — конденсатный насос второго подъема; 5 — конденсатный насос полного подъема

считаны на полный напор насоса, то есть на давление около 2,0 МПа.

Для предотвращения кавитации в конденсатных насосах их устанавливают с определенным подпором по отношению к конденсатору. Если конденсаторы расположены в "подвальном" помещении, то величина подпора, естественно, весьма ограничена, поэтому сопротивление всасывающей линии от конденсатора до насоса должно быть минимальным.

Если принята бездеаэраторная схема, то конденсатный насос создает подпор для питательного, поэтому выбор обоих насосов необходимо делать совместно. В качестве конденсатных насосов применяют сальниковые центробежные (обычно многоступенчатые) насосы (то есть насосы с протечкой) с расположением под ними приямка и откачкой дренажа в баки "грязного" конденсата. Такое решение наиболее просто и экономично; оно может быть использовано и для конденсатных насосов одноконтурных АЭС, учитывая слабую радиоактивность конденсата, особенно после конденсатоочистки. Привод конденсатных насосов обычно только электрический.

Для выбора числа и производительности конденсатных насосов решающее значение имеет подход к их резервированию. По этому вопросу еще нет окончательных рекомендаций. Например, для пятого блока НВАЭС с ВВЭР-1000 конденсатные насосы выбраны без резерва — на каждую турбину мощностью 500 МВт установлено по два насоса, каждый на 50% производительности блока. При выходе из строя одного насоса произойдет не выключение турбины, а лишь снижение ее мощности. Так как стоимость конденсатного насоса относительно невелика, то часто применяют три насоса — два рабочих и один резервный, каждый по 50% производительности (рис. 9.12).

162

Рис. 9.12. Схема включения конденсатных насосов при установке двух рабочих и одного резервного

9.5. О перспективности бесприсосного конденсатора

Включение в схему АЭС ионообменной конденсатоочистки имеет не только положительное значение, но и экологически неблагоприятное воздействие на окружающую среду. Последнее объясняется необходимостью регенерации ионообменных фильтров по исчерпании их обменной емкости с соответствующим сбросом в водоемы регенерационных вод с частично неиспользованными реагентами регенерации. То же относится

163

164

но и удорожается и осложняется подготовка добавочной воды. Таким образом, на современных электростанциях, имеющих конденсатоочистки, имеет место не борьба с присосом, а лишь борьба с его последствиями для работы блока.

Для подавляющего большинства конденсаторов присос охлаждающей воды считается неизбежным. Он является следствием любых возможных неплотностей в теплообменных трубках, так как чаще всего для них применяют медно-никелевые сплавы, имеющие наиболее высокую теплопроводность, но и малую механическую прочность в сравнении с другими материалами энергетики (стали и др.). При этом переток охлаждающей воды возможен даже через малые коррозионные трещины, так как в паровом объеме конденсатора существует разрежение, а давление воды в системе охлаждения достигает ~0,2 МПа. От агрессивности воды зависит не только выбор материала трубок, но и скорости охлаждающей воды в них, составляющей для латуней 2 — 2,1 м/с, а для сплава МНЖ-5-1: 2,5 — 2,7 м/с. Поэтому за рубежом уже в 70-х годах начали применять нержавеющие стали и титановые сплавы, считая такие конденсаторы "бесприсосными". Такие конденсаторы позволяют отказаться от БОУ. Скорость охлаждающей воды принимается более высокой, чем для медно-никелевых сплавов, а толщина трубок — меньшей, что позволяет не увеличивать потребную поверхность теплообмена в конденсаторе и не увеличивать объем конденсатора. Однако применять для трубок надо не дорогие высокотемпературные стали, а мартенситно-ферритную сталь, более дешевую, в связи с отсутствием в ней никеля, но по общей коррозии такую же. Трубки из стали 08X14МФ выпускаются Первоуральским заводом для двух типоразмеров: 16/1,4 и 14/1,2 мм при длине от 3 до 12,5 м.

На рис. 9.13 показана функциональная схема "бесприсосного" конденсатора, а на рис. 9.14 график включения БОУ по сигналу о качестве /электропроводности/ конденсата. Из этих рисунков ясно, что вентиль в всегда открыт, а вентиль а открыт только в нормальном режиме, когда качество конденсата нормальное; при ухудшении качества конденсата вентиль а закрывается и одновременно открывается вентиль б, подавая конденсат на очистку в БОУ, при улучшении качества конденсата вентиль б закрывается, а вентиль а — открывается.

Практически достаточна только одна установка БОУ /и одна резервная/ на всю АЭС, в принципе, включение БОУ может не понадобиться. Поэтому можно рекомендовать для АЭС применять только "бесприсосные" конденсаторы при скорости воды в них, выбираемой такой, чтобы с учетом вдвое меньшего значения коэффициента теплопроводности для стали 08X14МФ в сравнении с медно-никелевыми сплавами поверхность теплообмена не увеличивалась. Заметим, однако, что при этом (во всяком случае, для одноконтурной АЭС) надо большое внимание уделять работе сепаратора, устанавливаемого после части высокого давления турбины, для вывода из него всех содержащихся в нем загрязнений (особенно для одноконтурной АЭС).

Большим преимуществом предлагаемого выполнения конденсаторных трубок из стали 08Х14МФ является возможность выполнения всего тракта только стальным (при использовании этой стали и для ПНД). В таких условиях медь будет полностью отсутствовать и коррозия значительно уменьшится, так как будут отсутствовать инициирующая ее ионы меди.

165

Рис. 9.13. Функциональная схема включения БОУ для бесприсосного конденсатора по качеству его конденсата /по χ) На щите: 1 — показание; R — запись; А — сигнал. S(↑) — блокировка по верхнему значению; S(↓) — блокировка по нижнему значению

Рис. 9.14. График включения БОУ по сигналу о качестве конденсата турбины L — нормальное значение χ; Н — верхнее предельное значение χ.

166

Г л а в а 1 0

ТЕХНИЧЕСКОЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ

10.1. Назначение системы технического водоснабжения

От многих агрегатов АЭС, как основных, так и вспомогательных, а также из отдельных ее помещений необходимо отводить в окружающий воздух большое количество теплоты. Для того чтобы охлаждающие поверхности и устройства в пределах главного корпуса были компактными, в качестве промежуточной охладительной среды для оборудования и помещений главного корпуса используют техническую воду, которую затем охлаждают вне главного корпуса. Отдельные системы охлаждения, объединенные в единую, называют системой технического водоснабжения. Для работы АЭС техническое водоснабжение имеет немаловажное значение, во многом определяя надежность и экономичность ее работы. Капиталовложения в систему технического водоснабжения составляют 5 — 10 % (в отдельных случаях и более) общей стоимости установленного киловатта. Поэтому необходимо уделять большое внимание выбору проектных решений для системы технического водоснабжения и учитывать их при выборе площадки для строительства (см. гл. 11).

Потребности отдельных агрегатов и помещений в расходах охлаждающей воды и необходимых ее напорах различны. Каждая система должна проектироваться отдельно с выбором трассировки и насосов для нее и с последующим рассмотрением всей системы в целом.

Расход в системе технического водоснабжения в наибольшей степени определяется потребностью в охлаждающей воде конденсационной установки. Для АЭС расход циркуляционной воды конденсаторов больше, чем на обычной тепловой электростанции, в связи с применением на АЭС турбины насыщенного пара невысокого давления, при котором в конденсаторы поступает существенно больший (в ~ 1,6 раза) расход пара по сравнению, например, с турбиной закритических параметров, устанавливаемой на ТЭС.

Кроме конденсаторов турбины потребителями охлаждающей воды на АЭС являются: маслоохладители и газоохладители турбогенераторов; подшипники насосов и других вспомогательных агрегатов; теплообменники вентиляционных систем, бассейнов выдержки и перегрузки, расхолаживания реактора, автономных контуров главных циркуляционных насосов; спецводоочистка. Кроме того, техническая вода подается в систему водоподготовки и для санитарно-бытовых нужд.

Для потребителей, непосредственно связанных с реакторной системой, применяют, как обязательный при любом качестве воды технического водоснабжения, промежуточный контур. Необходимо соотношение давления в промежуточном контуре и сопряженных с ним системах, исключающее распространение радиоактивности на станции, а именно давление р1 в первом контуре всегда значительно выше давления р2 в промежуточном контуре, поэтому перетечка радиоактивной воды возможна. Если принять давление в промежуточном контуре меньшим, чем давление охлаждающей воды р3, то переток воды из промежуточного контура в основную охлаждающую воду будет невозможен.

167

Конденсаторы охлаждают изолированно от других систем, так как существуют режимы, при которых турбина выключена, а охлаждение отдельных систем необходимо. Охлаждение автономных контуров ГЦН и теплообменников САОЗ, рассмотрено в § 7.4. Техническая вода подается также в баки технической воды, снабженные аварийными насосами, автоматически включающимися при обесточивании.

10.2. Охлаждение конденсаторов турбины

Конденсаторы турбины — это основные потребители охлаждающей воды (до 90 % всего расхода). Кроме того, как показано в гл. 8, именно конденсаторы требуют наиболее глубокого охлаждения, то есть наименьшей температуры воды на входе. С этой точки зрения наиболее целесообразной была бы прямоточная система охлаждения, когда вода забирается из естественного источника водоснабжения, а после охлаждаемого агрегата сбрасывается в тот же источник, но ниже по течению. В современных условиях состояние рек и других водоемов таково, что прямоточная система для мощной ТЭС исключается. Для АЭС она вообще не применима из опасности распространения радиоактивности.

Для ТЭС и тем более для АЭС применимы только оборотные системы охлаждения.

К ним относятся: пруды-охладители, градирни и брызгальные бассейны.

Расход воды на охлаждение конденсаторов зависит от выбранного значения кратности охлаждения т [см. (9.2)]. Его

значение зависит от конструкции конденсатора и организации движения воды в нем. Вода может пройти конденсатор одним потоком (одноходовой конденсатор), но может образовать и несколько ходов. Так, на рис. 9.9 представлен двухходовой конденсатор, в котором вода проходит сначала по трубкам нижней половины конденсатора, затем через поворотную камеру поступает в трубки верхней половины.

От скорости охлаждающей воды в трубках конденсатора зависят коэффициент теплопередачи и потребная поверхность теплообмена в нем. С увеличением скорости повышается сопротивление конденсатора по стороне воды, а потому и расход электроэнергии на перекачку. Это существенно ограничивает применяемую скорость. Кроме того, ограничение скорости воды связано и с опасностью так называемой ударной (или струйной) коррозии трубок под воздействием струи охлаждающей воды. Обычно скорость воды принимают в пределах до 2 м/с для латунных конденсаторных трубок.

Поддержание одной и той же скорости воды заставляет при одноходовом конденсаторе пропускать через него больший расход воды, чем при двухходовом, так как общее число трубок в трубной доске остается тем же. Кратность охлаждения для одноходового конденсатора получается наибольшей и обычно выше оптимальной по технико-экономическим соображениям. Расчет показывает, что наилучшие показатели имеет двухходовой конденсатор. Более сложная трехходовая конструкция для мощной турбины вообще не характерна, так как ее сопротивление велико, а вход и выход водоводов не односторонни, что неудобно в компоновке.

Глубокая очистка охлаждающей воды экономически нецелесообразна ввиду ее очень большого расхода. Поэтому в трубках конденсаторов возможны наносные отложения и

168

карбонатное накипеобразование. Для борьбы с наносными отложениями применяют механическую очистку перед циркуляционными насосами, дополняемую очисткой конденсаторных трубок резиновыми шариками, которые потоком воды прогоняют внутри трубок насосами 1 (рис. 10.1). В отводящем водоводе около конденсатора устанавливают шарикоулавливающую сетку 3. Из нее шарики вместе с небольшим количеством воды отсасываются водо-водяным эжектором 2 и сбрасываются в подводящий водовод. Эжектирующую воду подают от насосов. При работающей турбине шарики циркулируют непрерывно. Такую очистку конденсаторных трубок обычно дополняют периодической, а иногда и непрерывной химической обработкой для борьбы с биологическим зарастанием и цветением в трубках конденсаторов и с кальциевым накипеобразованием. Для борьбы с биологическим зарастанием подпиточную охлаждающую воду хлорируют. Хлорирование производится систематически в течение 10 мин с перерывом

Рис. 10.1. Схема использования резиновых шариков для очистки конденсаторных трубок:

1 — насосы очистки; 2 — водо-водяные эжекторы; 3 — шарикоулавливающая сетка

в течение часа во избежание приспосабливания бактерий к хлорной среде.

Для борьбы с образованием низкотемпературной карбонатной накипи, ухудшающей теплопередачу и вакуум, учитывая сложность химических очисток от накипи многочисленных конденсаторных трубок, для оборотных систем охлаждения применяют упрощенную химическую обработку подпиточной воды.

Расход охлаждающей воды для конденсаторов определяют в соответствии с выбранной кратностью охлаждения по уравнению (9.1) с увеличением на значение расхода на масло- и газоохладители турбогенератора, питающихся от той же системы, так как работа охладителей связана с работой турбины не в меньшей степени, чем конденсатора. На рис. 10.2 приведена схема блочного включения циркуляционных насосов на каждую половину конденсатора. Каждый из насосов подает воду только в одну половину конденсатора. Водоснабжение масло- и газоохладителей генераторов производят из перемычки от любого из насосов. Охлаждающая вода масло- и газоохладителей проходит сетчатые механические фильтры. В зимнее время применяют рециркуляцию воды по линии б, чтобы исключить выпадение влаги в газоохладителе генератора. Чтобы влага не попадала в маслосистему, давление воды в маслоохладителях

169

должно быть ниже давления масла, поэтому гидравлическое сопротивление маслоохладителей невелико и установка дополнительных насосов не требуется. В процессе пуска циркуляционной системы из всех ее верхних точек с помощью пускового водо-водяного эжектора 3 должен быть удален воздух, для чего предусматривают соответствующие отводы.

Расход охлаждающей воды на конденсаторы турбин

(10.1)

Рис. 10.2. Блочная схема включения циркуляционных насосов:

1 — маслоохладители; 2 — конденсатор; 3 — водо-водяной эжектор; 4 — газоохладитель генератора; 5 — подъемные насосы газоохладителей; 6 — линия рециркуляции; 7 — задвижка на сливных водоотводах; 8 — задвижка на перемычке; 9 — механические фильтры; 10 — перемычка напорных водоводов; 11 — сброс промывочной воды механических фильтров; 12 — циркуляционные насосы

170

171