Технология, оборудование и безопасность объектов ядерной энергетики. Учебное пособие
.pdf
|
|
|
Рис. 10. Тепловая схема АСТ: |
1 |
– здание-оболочка; 2 – реактор; 3 – встроенный теплообменник; |
4 |
– сетевой теплообменник; 5 – система продувки второго контура; |
6 |
– система продувки первого контура; 7 – подпитка первого контура; |
8 |
– система аварийного охлаждения активной зоны; 9 – спринклерная |
система; 10 – система сжигания гремучей смеси; 11 – подпитка сетевого контура; 12 - промежуточный контур
Все остальные системы: продувки 6 и подпитки 7 первого контура, аварийного охлаждения активной зоны 8, спринкерная 9, сжигание гремучей смеси 10 и др. – характерны для схемы реактора с водяным теплоносителем.
Все оборудование, обеспечивающее безопасность АСТ, расположено в герметичном объеме, окруженном оболочкой 1. Так как параметры теплоносителя (давление, температура) в реакторе АСТ значительно ниже, чем в реакторе ВВЭР-1000, железобе-
31
тонная оболочка может быть выполнена без предварительного напряжения.
Тепловая схема с водографитовым кипящим канальным ре-
актором применена на Ленинградской АС (рис. 11), Курской, Смоленской и других отечественных АС.
Энергетический блок АС такого типа состоит из одного реактора РБМК-1000 и двух турбоагрегатов К-500-65 мощностью 500 МВт. Каждый реактор имеет две циркуляционные петли, состоящие из четырех циркуляционных насосов подачей 7000 м3/ч, двух внешних испарителей-сепараторов диаметром 2,3 м, длиной 30 м и 22 раздаточных групповых коллекторов диаметром 300 мм, питающих каналы реактора.
Вода в каналах 2 реактора 1 нагревается до температуры кипения, собирается в коллекторы и направляется на сепараторы 3. После разделения вода направляется циркуляционными насосами 4 в реактор, а насыщенный пар под давлением около 6,5 МПа с влажностью 0,1-0,2 % подается на пятицилиндровую турбину с одним ЦВД 7 и четырьмя ЦНД 8. Между ЦВД и ЦНД установлены сепараторы 10 и промежуточные пароперегреватели 9. Система очистки конденсата 11 обеспечивает 100 %-ную его очистку. После очистки конденсат через систему регенеративных подогревателей (ПВД и ПНД) 12 и деаэратор 5 с помощью питательного насоса 6 возвращается с сепараторы 3.
Тепловая схема АС с корпусным кипящим реактором и внутренней сепарацией пара (рис. 12) применена на многих зарубежных АС. Энергоблок таких электростанций состоит из реактора с принудительной циркуляцией теплоносителя и двух турбоагрегатов с одним ЦВД и двумя ЦНД.
Широкое распространение за рубежом нашли и схемы с кипящими корпусными реакторами, внутренней сепарацией и естественной циркуляцией теплоносителя. Тепловая схема этих АС подобна схеме, приведенной на рис. 12. Отличие заключается в отсутствии циркуляционных насосов.
Тепловые схемы АС с реакторами на быстрых нейтронах
выполняются в петлевом или баковом варианте. В настоящее время применяются схемы, выполненные в обоих вариантах.
32
Рис. 11. Тепловая схема одноконтурной АЭС с канальным кипящим реактором (Ленинградская АЭС)
Рис. 12. Тепловая схема с корпусным кипящим реактором:
1 – реактор; 2 – циркуляционный насос; 3 – ЦВД турбины; 4 – ЦНД турбины; 5 – сепаратор; 6 – пароперегреватель; 7 - конденсатный насос; 8 – конденсатоочистка; 9 – охладитель конденсата;
10 – питательный насос
33
Рис. 13. Тепловая схема АС с реактором на быстрых нейтронах:
1 – бак реактора; 2 – активная зона реактора; 3 - промежуточный теплообменник; 4 – циркуляционный насос; 5 - электродвигатель циркуляционного насоса; 6 – испаритель; 7 - пароперегреватель; 8 - циркуляционный насос второго контура; 9 - турбина; 10 – конденсационный насос; 11 – конденсатоочистка; 12 – ПНД; 13 – деаэратор; 14 – насос; 15 – ПВД; 16 – насос расхолаживания; 17 – редукционно-охладительная установка (РОУ); 18 – охладитель; 19 – конденсатный насос; 20 – фильтры-ловушки; 21 – сливные баки натрия; 22 – насосы для
перекачки натрия; 23 – емкости для хранения аргона
Отличительной особенностью АС с такими реакторами является наличие промежуточного контура между жидкометаллическим теплоносителем и пароводяным трактом. В качестве примера тепловой схемы с реактором на быстрых нейтронах и жидкометаллическим теплоносителем приведена схема третьего энергоблока Белоярской АС с реактором БН-600 (рис. 13). Реактор с основным технологическим оборудованием первого контура размещен в баке 1. Три насоса 4 и шесть теплообменников 3 образуют три петли. Один энергоблок включает в себя реактор и три турбины К-200-130, работающие на паре под давлением 12,7 МПа с температурой 535°С.
Главные циркуляционные насосы (ГЦН). Основными тре-
бованиями, предъявляемыми к ГЦН и связанными со специфичными условиями их эксплуатации (перекачка радиоактивного теплоносителя), являются надежность и герметичность. Конструктивное выполнение ГЦН и материалы для их изготовления должны отвечать высоким требованиям в связи с высокой коррозионной активностью перекачиваемой воды.
Главный циркуляционный электрический насос ЦЭН-195 (рис. 14) с механическим уплотнением вала и контролируемыми протечками выполнен для использования в петле водо-водяных реакторов ВВЭР-1000. Насос ЦЭН-195 рассчитан на подачу 19000 м3/ч; его высота (без поворотного колена на всасе) 9,7 м, размеры в плане 2,9×2,8 м, масса в сборе 100 т.
Циркуляционный насос ЦВН-7 с механическим уплотнением вала и контролируемыми протечками выполнен для использования в циркуляционных петлях АС с кипящими реакторами РБМК-1000. Рассчитан на подачу 6850 м3/ч. Общая высота насоса 10,22 м, высота от верха до перекрытия 7,69 м, размеры в плане 2,7×3,23 м, масса общая 127 т, масса электродвигателя 28 т.
В корпусе насоса для АС с жидкометаллическим теплоносителем над уровнем натрия создана газовая подушка, что полностью исключает утечку теплоносителя. Конструктивно насосы первого и промежуточного контуров Шевченковской АС с реактором БН-350 выполнены одинаково, но насос первого контура имеет биологическую защиту. Насосы центробежные, консольные с электродвигателем и механическим уплотнением. Общая высота насоса 9,87 м, высота от уровня биологической защиты до верха 7,4 м, диаметр опорной плиты в плане 4,6 м.
35
Рис. 14. Главный циркуляционный электрический насос ЦЭН-195: 1 – гидравлическая шаровая опора; 2 – площадки для обслуживания; 3 – электродвигатель; 4 – вал маховика; 5 – маховик электродвигателя;
6 – вал электродвигателя; 7 – соединительная муфта; 8 – радиаль- но-упорный подшипник; 9 – опорные лапы; 10 – узел уплотнения; 11 – нижний радиальный гидростатический подшипник; 12 – вал насоса; 13 – рабочее колесо; 14 – корпус насоса; 15 – мембрана для герметизации междуэтажного перекрытия
36
Увеличение единичной мощности АС и, следовательно, насосов, приводит к необходимости создания мощных электродвигателей, сложных в изготовлении и дорогостоящих. Поэтому в последние годы наметилась тенденция к отказу от электрического привода и переходу на турбопривод, питаемый тем же паром, что и основной турбоагрегат АС.
Высотное расположение ГЦН зависит от отметки входных патрубков реактора. Вертикальная отметка выходного патрубка ГЦН должна быть по возможности близка к отметке входного патрубка корпусного реактора или раздаточного группового коллектора канального реактора. Электрический привод (или турбопривод) ГЦН двухконтурных АС не радиоактивен и требует периодического обслуживания. Поэтому он должен быть отделен от активной части насоса (собственно напорного рабочего колеса) защитным перекрытием, т.е. привод насоса должен располагаться в полуобслуживаемом, а рабочее колесо – в необслуживаемом помещениях.
Размещение ГЦН в плане связано с требованием минимальной протяженности трубопроводов главного циркуляционного контура. Поэтому насосы должны устанавливаться симметрично и как можно ближе к вертикальной оси реактора.
При проектировании строительных конструкций должна быть учтена возможность демонтажа ГЦН в процессе эксплуатации. Эта работа может быть выполнена с использованием мостовых кранов реакторного отделения через проемы, которые необходимо предусматривать в проекте. Однако, как правило, кран реакторного отделения в период остановки сильно загружен. Поэтому боксы приводов ГЦН оборудуются самостоятельными грузоподъемными средствами, грузоподъемность которых выбирается исходя из массы самой тяжелой части ГЦНэлектродвигателя.
Толщина защитного перекрытия между помещением двигателей ГЦН и помещением контура циркуляции обусловлена прежде всего активностью трубопроводов контура. Для реакторов с водяным теплоносителем основным источником активности при расчете защитного перекрытия (как и других защитных конструкций контура теплоносителя) следует принимать фотоны с энергией 6,2 МэВ из реакции 16О (n, p) 16N.
37
Расчетная поверхностная активность ГЦН атомной электростанции с реактором РБМК составляет 5,2.1010 Бк/м2. Насос может быть представлен в виде цилиндра диаметром 220, высотой 130, и толщиной стенки 12 см.
В период пуска Ленинградской АС с реактором РБМК-1000 при его электрической мощности 800 МВт измеренное значение удельной активности воды циркуляционного контура составило примерно 3,7.106 Бк/кг.
Парогенераторы и сепараторы. На всех отечественных АС с реакторами ВВЭР используются горизонтальные парогенераторы с трубными досками в виде коллекторов, с погружной поверхностью теплообмена и встроенными сепарационными устройствами.
Устройство горизонтального парогенератора приведено на рис. 15. Поверхность нагрева представляет собой U-образную трубную систему, состоящую из множества мерных цельнотянутых труб небольшого диаметра, концы которых завальцованы в коллекторы. По трубам движется теплоноситель, собирающийся в выходном коллекторе. В межтрубном пространстве циркуляция воды естественная. Наружная поверхность трубной системы омывается питательной водой, превращающейся в пар. В паровом объеме над зеркалом теплоносителя установлены жалюзийный сепаратор и пароприемный потолок.
Масса сухого парогенератора для АС с реактором ВВЭР-440 составляет 145 т. Внутренний диаметр корпуса парогенератора
3,2, длина 11,25 м.
Для АС с реактором ВВЭР-1000 принят горизонтальный парогенератор такого же типа, как для АС с реакторами ВВЭР-440, но с увеличенными размерами корпуса и двухступенчатой сепарацией пара. Такой парогенератор иногда дополнительно крепится к перекрытию помещения, что снижает усилия на трубопроводы при его тепловом расширении. Масса сухого парогенератора 265 т, внутренний диаметр корпуса 4, длина 16,2 м.
На АС с одноконтурными кипящими реакторами и петлевой компоновкой оборудования, когда парогенерирующее оборудование вынесено за пределы корпуса реактора, для получения пара необходимых для турбины параметров используются барабанысепараторы.
38
Рис. 15. Горизонтальный парогенератор:
1 – корпус; 2 – поверхность теплообмена; 3 – опоры трубной системы; 4 – коллектор питательной воды; 5 – жалюзийный сепаратор; 6 – паротурбинный коллектор; 7 – пароприемный потолок; 8 – воздушники; 9 – опоры; 10 – входной и выходной коллекторы теплоносителя
Сепараторы Ленинградской АС с реактором РБМК-1000 (две петли по два сепаратора) выполнены в виде горизонтальных барабанов диаметром 2,3, длиной 30 м и массой 200 т.
Основной отличительной особенностью парогенерирующего оборудования АС с реактором на жидкометаллическом теплоносителе (БН-350) является использование двух самостоятельных аппаратов: испарителя, в котором происходит получение и подогрев пара, и пароперегревателя, в котором происходит его перегрев.
Парогенераторы двухконтурных петлевых АС и сепараторы кипящих петлевых реакторов являются высокоактивным оборудованием и должны располагаться в необслуживаемом помещениях.
39
Высотное расположение парогенераторов водо-водяных реакторов зависит, как и высотное расположение ГЦН, от отметки выходного и входного патрубков реактора.
Размещение парогенераторов в плане связано с требованием минимальной протяженности трубопроводов первого контура, поэтому они располагаются вблизи корпуса реактора и симметрично вокруг него. Над люками парогенераторов в перекрытии должны быть предусмотрены проемы для заглушки труб в случае обнаружения течи. Монтажные работы в коллекторах парогенераторов производятся через эти проемы с помощью специальных машин с дистанционным управлением.
Барабаны-сепараторы АС с реакторами РБМК-1000 должны быть расположены на значительной высоте над реактором для создания дополнительного напора. Расположение в плане должно отвечать тем же требованиям, что и для парогенератора в петлевых водо-водяных реакторах, т.е. минимальной протяженности трубопроводов до реактора. В плане сепараторы могут быть смещены относительно оси реактора для удобства проведения операций по перегрузке активной зоны.
Толщина защитного перекрытия и стен бокса парогенераторов ВВЭР (как и РБМК—1000) определяется кислородной активностью водяного теплоносителя (фотонное излучение с энергией
6,2 МэВ).
Турбины. На раннем этапе развития атомной энергетики в связи с разработкой большого количества разнообразных типов реакторов, вырабатывающих пар различных параметров, индивидуально проектировалось большое число турбин с широким диапазоном давления и температуры пара. В настоящее время определились следующие типы паровых турбин: на АС с водоводяным и кипящими реакторами, имеющими наибольшее распространение, применяют турбины на насыщенном или слабоперегретом паре с давлением 5,5-7 МПа; на АС с газовыми и жидкометаллическими реакторами стремятся использовать серийные турбины с перегретым паром среднего и высокого давления, освоенные на ТЭС, работающих на органическом топливе.
Рост единичной мощности АС приводит и к росту единичной мощности турбоагрегатов. В настоящее время наиболее эконо-
40