Якубенко Технологические процессы производства тепловой 2013

УДК 621.039.578(075.8) ББК31.47я7 Я49

Якубенко И.А., Пинчук М.Э. Технологические процессы производства тепловой и электрической энергии на АЭС: Учебное пособие. – М.: НИЯУ МИФИ, 2013. – 288 с.

Данное учебное пособие разработано на основе курса лекций по технологии производства тепловой и электрической энергии на АЭС преимущественно с реакторами типа ВВЭР, читающимся в России и за рубежом в течение ряда лет для отечественных и зарубежных специалистов, подготавливаемых для атомно-энергетической отрасли.

Представлено обоснованное сравнение различных вариантов источников производства больших количеств тепла и электрической энергии. Рассмотрены тепловые схемы, конфигурации, эффективность и надежность эксплуатации тепловых и атомных станций. В исторической хронологии даны генеральные планы наиболее характерных ТЭС, работающих на всех видах топлива, и всех типов АЭС. Подробно рассмотрены компоновки главных корпусов ТЭС и АЭС, описаны новые технические решения в планировке и технологии производства энергии на сооружающихся и перспективных АЭС. Дан анализ особенностей поэтажного размещения технологического оборудования в главном и специальном корпусах АЭС с ВВЭР-1000 и тщательное пояснение взаимосвязей этого оборудования применительно к унифицированной АЭС базисного проекта В-320. Приведены все проектные нововведения для новых поколений АЭС-2006 и АЭС с ВВЭР – ТОИ. Приведено теоретическое обоснование и подробные описания конструктивных решений, примененных в основных элементах ядерной паро-производительной и паротурбинной установок.

Пособие рассчитано на студентов старших курсов, соискателей и аспирантов, работников атомной энергетики, специализирующихся в области эксплуатации, монтажа, ремонта, наладки и модернизации ядерных энергогенерирующих установок на АЭС с реакторами типа ВВЭР.

Пособие подготовлено в рамках Программы создания и развития НИЯУ МИФИ.

Рецензенты: А. В. Чернов, доктор техн. наук, проф., проректор НИЯУ МИФИ; С.Б. Кравец, доктор техн. наук, проф., зав. лаб. ОАО ВНИИАМ

3

5.1.Принцип работы и тепловой цикл паротурбинной установки . 196

5.2.Основные узлы и детали типовой паротурбиной

4

ПРЕДИСЛОВИЕ

Россия располагает значительными запасами энергетических ресурсов

имощным топливно-энергетическим комплексом, который является базой развития экономики, инструментом проведения внутренней и внешней политики [1].

Энергетический сектор обеспечивает жизнедеятельность всех отраслей национального хозяйства, способствует консолидации субъектов Российской Федерации, во многом определяет формирование основных фи- нансово-экономических показателей страны. Природные топливноэнергетические ресурсы, производственный, научно-технический и кадровый потенциал энергетического сектора экономики являются национальным достоянием России. Эффективное его использование создает необходимые предпосылки для вывода экономики страны на путь устойчивого развития, обеспечивающего рост благосостояния и повышение уровня жизни населения.

Экономический рост неизбежно повлечет за собой существенное увеличение спроса на энергетические ресурсы внутри страны, в частности, на тепловую и электрическую энергию.

Соответствовать требованиям нового времени может только качественно новый топливно-энергетический комплекс (ТЭК) – финансово устойчивый, экономически эффективный, динамично развивающийся, удовлетворяющий экологическим стандартам, оснащенный передовыми технологиями и высококвалифицированными кадрами.

Высокому качеству организации подготовки и переподготовки инженерного персонала для решения поставленных задач в направлении развития тепловой и атомной энергетики может служить курс лекций «Технологические процессы производства тепловой и электрической энергии на АЭС». В нем рассмотрены как базовые аспекты, позволяющие понять процессы, происходящие при производстве тепловой и электрической энергии на ТЭС и АЭС, так и конкретные примеры для АЭС, дающие возможность ознакомиться с устройством, компоновкой, расположением

ипринципом работы основного оборудования и систем энергоблоков. Большую помощь студентам в усвоении материала курса окажут контрольные вопросы, сформулированные авторами в конце каждой главы.

Используя данный лекционный материал, а также другие учебные методические пособия по ядерно-энергетическим направлениям, студенты

5

вырабатывают навыки инженерно-технического подхода к решению поставленных перед ними практических задач. При этом преследуются, прежде всего, учебные цели – расширение объема знаний, закрепление их

впрактическом применении, обучение пользованию ресурсами сети Internet и обширной справочной литературой.

Вданном учебном пособии авторы попытались представить комплектный базисный технологический материал с учетом новых профессиональных стандартов по подготовке специалистов (бакалавров, магистров и инженеров) атомно-энергетической отрасли для дальнейшей работы

вподразделениях АЭС как основных цехов (реакторных и турбинных), так и вспомогательных (электрическом цехе, цехе тепловой автоматики и измерений, в подразделениях АСУ ТП и АСУ АЭС).

Книга позволит студентам и специалистам, начинающим изучение дисциплин, связанных с производством тепловой и электрической энергии, понять процессы, происходящие на ТЭС и в большей степени – на АЭС, а также ознакомиться с устройством и принципом работы основного

ивспомогательного оборудования и технологических систем атомных электростанций, проникнуться идеологией культуры безопасности и многоканальной глубоко эшелонированной системы защиты ядерных объектов.

Изложенный лекционный материал необходим будущим инженерам специальностей 14040465 «Атомные электрические станции и установки», 14020465 «Электрические станции» и 22030165 – «Автоматизация технологических процессов и производств», изучающих по учебным планам второго поколения дисциплины «Атомные электрические станции», «Общая энергетика», «Оборудование ТЭС и АЭС» и «Технологические процессы производства», бакалаврам направления подготовки третьего поколения 140700 «Ядерная энергетика и теплофизика» и будущим инженерам специальности 141403 «Атомные станции: проектирование, эксплуатация

иинжиниринг».

Книга может быть полезна для преподавателей, аспирантов и студентов других специальностей атомного и энергетического профиля, а также специалистов, занятых монтажом, пуско-наладкой, ремонтом, эксплуатацией и модернизацией (реконструкцией) тепломеханического и электротехнического оборудования ТЭС и АЭС.

Учебное пособие позволит студентам и специалистам, начинающим изучение дисциплин связанных с производством тепловой и электрической энергии, понять процессы, происходящие на ТЭС и, в большей степени – на АЭС, а также ознакомиться с устройством и принципом работы основного и вспомогательного оборудования и технологических систем атомных электростанций, проникнуться идеологией культуры безопасно-

6

сти и многоканальной глубоко эшелонированной системы защиты ядерных объектов, персонала и населения.

Впервой и второй главах рассмотрены основные характеристики и типы ТЭС и всех типов АЭС, особенности их компоновки, принципы обеспечения безопасности, генеральные планы электростанций и требования к их размещению. Даны компоновки главных корпусов всех действующих АЭС России. Приводится единая сертифицированная международная система кодировки помещения, оборудования и систем на ТЭС и АЭС.

Втретьей главе даны подробные поэтажные компоновки оборудования и систем основных зданий генплана АЭС с ВВЭР-1000 унифицированной серии В-320, которые хорошо помогут студентам старших курсов при прохождении практик на АЭС и молодым специалистам на первых этапах их самостоятельной работы при изучении «географии» основных цехов.

Вглавах 4, 5 подробно рассмотрено назначение, устройство и принцип работы основного оборудования и технологических систем реакторного и турбинного отделений АЭС с ВВЭР-1000 проекта В-320. Проанализированы основные термодинамические циклы и проектные решения в конструкции оборудования, положенные в основу надежной, безопасной

иэкономичной работы систем реакторного и турбинного отделений. Рассмотрены новые направления реконструкции и модернизации ре-

акторного и турбинного оборудования для еще большего повышения надежности и экономичности энергоблоков АЭС с ВВЭР-1000 и обеспечения продления эксплуатации вплоть до 60 лет с последующим переносом апробированных мероприятий на вновь вводимые энергоблоки АЭС-2006 и нового поколения легководных реакторов на тепловых нейтронах ВВЭР-ТОИ.

Главы 1–3 написаны канд. техн. наук, доц., заведующим кафедрой «Атомные электрические станции» И. А. Якубенко. Введение, главы 4, 5 написаны совместно старшим преподавателем кафедры «Теплоэнергетическое оборудование» М.Э. Пинчуком и канд. техн. наук, доц., заведующим кафедрой «Атомные электрические станции» И. А. Якубенко Волгодонского инженерно-технического института – филиала НИЯУ МИФИ.

7

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

А(Л)БК – административный (лабораторный) бытовой корпус; АЗ – активная зона; АКС – азотно-кислородная станция;

АСУ АЭС – автоматическая система управления АЭС в целом; АСУ ТП – автоматическая система управления технологическими

процессами; АЭС – атомная электрическая станция;

БДЗУ – быстродействующее защитное устройство; БЗТ – блок защитных труб; БМ – блок мастерских;

БНС – береговая насосная станция; БОУ – блочная обессоливающая установка;

БРУ-(СН) – быстродействующее редукционное устройство – (собственных нужд);

БЩУ – блочный щит управления; ВБ – верхний блок;

ВВЭР – водо-водяной энергетический реактор; ВКУ – внутрикорпусные устройства; ВПЭН – вспомогательный питательный насос; ВРК – внутриреакторный контроль; ГАН – Госатомнадзор; ГГТН – Госгортехнадзор; ГК – главный корпус

ГО – герметичный объем (оболочка); ГОСТ – государственный стандарт; ГПК – главный предохранительный клапан; ГПМ – грузоподъемная машина;

ГРЭС – государственная районная электростанция; ГРР – главный разъем реактора; ГТС – гидротехнические сооружения;

ГЦК(Т) – главный циркуляционный контур (трубопровод); ГЦН – главный циркуляционный насос; ГЭС – гидравлическая электростанция; ДГ – дизель-генератор; ДЭ – деаэраторная этажерка; ЗО – золоотвал; ИК – ионизационная камера;

ИТСО – инженерно-технические средства охраны; ИПУ – импульсное предохранительное устройство;

8

КГО – контроль герметичности оболочек ТВЭЛ; КД – компенсатор давления;

КИПиА – контрольно-измерительные приборы и аппаратура; КИУМ – коэффициент использования установленной мощности; КМПЦ – контур многократной принудительной циркуляции воды; КНИ – канал нейтронного измерения; КО – котельное отделение; КПД – коэффициент полезного действия;

КСН – коллектор собственных нужд; КЭН – конденсатный электронасос;

МАГАТЭ– Международное агентство по атомной энергии; МВН – межведомственные нормали; МИРЭК – Мировой энергетический конгресс;

МКРЗ – Международный комитет радиационной защиты; ММДХ – масло-мазуто-дизельное хозяйство; МПА – максимальная проектная авария; МПС – машина перегрузочная сейсмостойкая;

ОВК – объединенный вспомогательный корпус; ОГК – объединенный газовый корпус;

О(К)РУ – открытое (крытое) распределительное устройство; ОР – органы регулирования; ОУС – открытый угольный склад;

ОГЦ – охладитель газовый циркуляционный; ПГ(В) – парогенератор (водяной); ПК – предохранительный клапан;

ПН – правила и нормы; питательный насос; ПН(В)Д – подогреватель низкого (высокого) давления; ПОУР – площадка открытой установки ресиверов; ПРК – пускорезервная котельная; ПТУ – паротурбинная установка; РД – руководящий документ;

РДЭС – резервная дизельная электростанция; РЗМ – разгрузочно-загрузочная машина; РО – реакторное отделение; РУ – реакторная установка;

РУСН – распределительное устройство собственных нужд; РЩУ – резервный щит управления; САОЗ – система аварийного охлаждения активной зоны реактора; СБ – система безопасности; СББ – санитарно-бытовой блок;

СВБ – системы, важные для безопасности;

9

СВО – специальная водоочистка; СВП – самовыгорающий поглотитель; СГО – специальная газовая очистка;

СЗЗ – санитарно-защитная зона вокруг площадки размещения АЭС;

CЗО – стальная защитная оболочка; СК – специальный корпус; СКП – система контроля перегрузки;

СНиП – строительные нормы и правила; СНЭ – системы нормальной эксплуатации;

СОДС – система обнаружения дефектных сборок ядерного топлива; СПП – сепаратор-пароперегреватель; СРК – стопорно-регулирующий клапан;

СУЗ – система управления и защиты реактора; СШО – система шариковой очистки конденсаторов; твэл – тепловыделяющий элемент; ТВС – тепловыделяющая сборка; ТИ – типовая инструкция; ТК – температурный контроль;

ТО – турбинное отделение, теплообменник; ТПН – турбопитательный насос; ТТО – транспортно-технологическое оборудование; ТЭН – тепло-электронагреватель;

ТЭС – тепловая электрическая станция; ТЭЦ – тепловая электроцентраль; УСТ – узел свежего топлива; ХВО – химическая водоочистка;

ХЖ(Т)РО– хранилище жидких (твердых) радиоактивных отходов; ЦВ(Н)Д – цилиндр высокого (низкого) давления турбины; ЦМС – центральный материальный склад; ЦРМ – центральные ремонтные мастерские; ШВК – шахта внутрикорпусная; ШЭМ – шаговый электромагнит; ЭВ – энерговыделение;

ЭЭТУ – этажерка электротехнических устройств; ЯППУ – ядерная паропроизводящая установка.

10