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

питательной установки в эксплуатации должна изменяться в соответствии с нагрузкой обслуживаемого сю блока. Так как регулирование подачи питательных насосов методом дросселирования связано с энергетическими потерями, при турбоприводе предпочтение должно быть отдано регулированию частоты вращения за счет изменения частоты вращения приводной турбины; при электроприводе последовательно выключают из работы по одному из параллельно включенных насосов. По новым правилам Госгортехнадзора при электроприводе допускается, как и при турбоприводе, отказ от установки резервного питательного насоса, а при установке двух турбин их деаэраторнопитательные системы не объединяют.

Для обеспечения питания парогенераторов АЭС с ВВЭР в условиях полного обесточивания предусмотрена система аварийного питания. Для ВВЭР-1000 она состоит из трех баков обессоленной воды вместимостью по 1000 м3, расположенных вне главного здания (но с утеплением), и трех аварийных электронасосов с подачей по 150 м3/ч, подсоединенных к системе надежного электропитания. Насосы забирают воду каждый из своего бака. Два из них могут подавать воду каждый на "свои" два парогенератора. Третий насос со своим баком по существу резервирует первые два и может подавать воду в любой из парогенераторов. Для приема воды от аварийных насосов на парогенераторах предусмотрены специальные штуцера. Забор воды из баков возможен только аварийными насосами, поэтому эти баки всегда заполнены, а после аварийного израсходования заполняются вновь. Аналогичное решение применимо и для аварийного питания на одноконтурной АЭС.

Г л а в а 6

ПАРОГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА АЭС

СВВЭР

6.1.Теплотехнические схемы включения

Парогенераторная установка — обязательный элемент любой двухконтурной АЭС, разделяющий первый и второй контуры и принадлежащий в равной мере как тому, так и другому. В условиях выбранных параметров теплоносителя на выходе из реактора параметры пара, выдаваемого на турбину, и теплотехническая схема парогенераторной установки могут быть различными, как это видно из схем рис. 6.1. На рис. 6.2 для

Рис. 6.1. Теплотехнические схемы парогенераторных установок двухконтурных АЭС с ВВЭР:

82

а — с пароперегревателем и водяным экономайзером; б — без водяного экономайзера с пароперегревателем; в — без перегрева пара и без водяного экономайзера; г — без перегрева пара с водяным экономайзером; 1 — реактор; 2 — главный циркуляционный насос; 3 — испаритель; 4 — водяной экономайзер; 5 — пароперегреватель

этих схем представлены t, Q-диаграммы применительно к давлению в парогенераторе 6,4 МПа. В настоящее время используется схема, наиболее близкая к рис. 6.1в. Питательная вода, поступающая в парогенератор, смешивается с водой, находящейся внутри корпуса, и нагревается до температуры насыщения в основном за счет конденсации некоторого количества пара. Поэтому с достаточным приближением можно считать, что температура рабочего тела в парогенераторе неизменна и равна температуре насыщения. В парогенераторе

83

84

85

Таблица 6.1. Теплотехнические характеристики парогенераторов блоков

с ВВЭР Нововоронежской АЭС

* Первый и второй блоки выведены из эксплуатации в связи с исчерпанием ресурса.

Поверхность нагрева парогенератора всегда представляет собой систему труб малого диаметра, внутри которых течет теплоноситель как среда с существенно большим давлением. Конструктивно парогенератор может быть выполнен и горизонтальным (рис. 6.3 и 6.4) и вертикальным, как, например, на рис. 6.5. В обоих случаях по стороне второго контура использована естественная циркуляция.

Для отечественных АЭС с ВВЭР, вплоть до АЭС с ВВЭР-1000, принята горизонтальная конструкция парогенератора, технологичная в изготовлении. На рис. 6.3 показана конструкция горизонтального парогенератора, осуществленная на первом и втором блоках Нововоронежской АЭС. Для серийных блоков ВВЭР-440, установленных на третьем и четвертом блоках НВАЭС и на ряде других АЭС в нашей стране

86

Рис. 6.3. Горизонтальный парогенератор с водным теплоносителем для ВВЭР-210 и ВВЭР-365

1 — сборный паровой коллектор; 2 — лаз; 3 — продувочные и дренажные штуцера; 4 — патрубок подсоединения трубопровода теплоносителя; 5 — входной коллектор теплоносителя; 6 — воздушник первого контура; 7 — жалюзийный сепаратор; 8 — выходной коллектор теплоносителя; 9 — поверхность теплообмена; 10 — корпус парогенератора

и за рубежом, она была несколько изменена. Так, входной и выходной коллекторы теплоносителя для парогенераторов АЭС с ВВЭР-440 выполняются по типу, показанному на рис. 6.4. Это обеспечивает более высокую ремонтоспособность, но для надежной эксплуатации требует тщательного контроля предотвращения перетечек из первого контура во второй в верхней части коллекторов теплоносителя, при нарушении хотя бы одного болтового соединения.

На рис. 6.4 представлен горизонтальный парогенератор для АЭС с ВВЭР-1000. По сравнению с парогенератором для ВВЭР-400 в конструкции парогенератора для ВВЭР1000

87

Рис. 6.4. Горизонтальный парогенератор с водным теплоносителем для ВВЭР-1000:

1 — входной коллектор теплоносителя; 2 — теплообменная поверхность; 3 — коллектор раздачи питательной воды; 4 — дырчатый погруженный щит; 5 — ввод питательной воды; 6 — жалюзийный сепаратор; 7 — пароотводящие трубы; 8 — паросборный коллектор; 9 — воздушники; 10 — отвод отсепарированной влаги; 11 — выходной коллектор теплоносителя

приняты меры для существенной интенсификации теплообмена: меньше диаметр трубок, больше скорости теплоносителя, выше температура парообразования (табл. 6.2). Это позволило более чем в 1,5 раза увеличить коэффициент теплопередачи (см. табл. 6.1) и при том же температурном напоре существенно повысить плотность теплового потока. Поэтому габариты корпуса парогенератора увеличились незначительно (табл. 6.2), несмотря на существенное повышение мощности (см. табл. 6.1). Уменьшилась масса

88

парогенератора, отнесенная к его паропроизводительности, несмотря на повышение давления как в первом, так и во втором контурах.

Таблица 6.2. Конструктивные характеристики парогенераторов блоков

с ВВЭР Нововоронежской АЭС

Для повышения надежности работы впускных органов турбины целесообразно было бы введение некоторого, хотя бы незначительного начального перегрева пара (см. рис. 6.2б). Осуществление перегрева возможно и в горизонтальной конструкции, но для размещения пароперегревателя в паровом пространстве парогенератора и тем более при одновременном увеличении единичной мощности более подходит вертикальный вариант конструкции. При этом не следует конструировать вертикальные парогенераторы с нижней трубной доской, так как вывод продувочной воды неизбежно производится выше трубной доски. В результате на трубной доске скапливается железооксидный шлам с возможностью глубокого

89

1 — выход пара; 2 — люк для обслуживания; 3 — вход питательной воды; 4 — вход теплоносителя; 5 — периодическая продувка; 6 — непрерывная продувка; 7 — сепарационные устройства

упаривания воды парогенератора в этой области. Это приводит к резко повышенным концентрациям примесей, в том числе хлоридов и щелочей, и к разрушению по этой причине трубок у мест вальцовки, что подтверждает опыт эксплуатации парогенераторов фирмы "Вестингауз" (США). Попытки исправить положение за счет подачи питательной воды в область трубных досок для смыва шлама с них не решили вопроса, так как в местах заделки трубок возникли дополнительные переменные температурные напряжения.

В сравнении с вертикальным горизонтальный парогенератор имеет большую площадь зеркала испарения и существенно меньшие скорости пара на выходе в паровой объем. Однако высота парового объема у него ограничена, так как определяется диаметром корпуса, а он ограничен железнодорожными габаритами. Кроме того, по мере подъема пара сечения для прохода пара непрерывно уменьшаются, скорости возрастают и условия для его осушки ухудшаются. Из-за ограничения диаметра корпуса в его паровом пространстве практически возможно разместить только простейшие и потому не очень эффективные сепарационные устройства. В результате поверхность нагрева пароперегревателя увеличивается, так как часть ее будет расходоваться на досушку пара. Для поверхности теплообмена пароперегревателя нельзя применять аустенитную нержавеющую сталь по следующей причине: при среднем давлении в зоне досушки пара будет происходить повышение концентраций хлоридов до весьма высокого значения при любой минимальной концентрации их в питательной воде парогенератора. Известно, что аустенитная нержавеющая сталь склонна к коррозии под напряжением, усугубляемой наличием хлоридов. Поэтому для пароперегревателя рекомендуется мартенситноферритная сталь 08X14МФ, которая не склонна к коррозии под напряжением, в отношении общей коррозии она не уступает аустенитной нержавеющей, но в 2,3 раза дешевле ее, так как в ее состав не входит никель. В качестве материала для трубок парогенератора АЭС с ВВЭР пока применялась только аустенитная нержавеющая сталь. Весьма перспективна ее замена на мартенситную сталь 10Х9МФБ, в связи с ее дешевизной и неподверженности к коррозии под напряжением, особенно важно это для парогенератора прямоточного типа.

Возможно применение стали 08X14МФ и для ПНД взамен аустенитной.

В вертикальном парогенераторе скорость по мере подъема пара остается неизменной, высота парового объема может быть значительно увеличена, размещение высокоэффективных сепарационных устройств облегчено. Важна возможность развития также и водяного объема, в котором размещается поверхность нагрева, определяющая мощность парогенератора.

Вариант вертикального парогенератора для ВВЭР-1000 на те же параметры и на ту же мощность, что и горизонтальный (насыщенный пар, 1469 т/ч), представлен на рис. 6.5.

Мощность горизонтального парогенератора, равная 250 МВт для ВВЭР-1000, по условиям железнодорожных габаритов является предельной. Однако следует иметь в виду, что поверхность теплообмена парогенератора АЭС с ВВЭР-1000 проектируется с запасом 10 — 15% из-за ухудшения коэффициента теплопередачи при наличии отложений. Применение комплексонной обработки питательной воды, то есть в

91