Технология, оборудование и безопасность объектов ядерной энергетики. Учебное пособие

мичным вариантом является моноблок реактор-турбина единичной электрической мощностью 1000-1300 МВт.

Для турбин одноконтурных АС, работающих на радиоактивном паре, требуется создание биологической защиты, а подвод пара в цилиндр необходимо осуществлять ниже отметки обслуживания. Особые требования предъявляются и к герметичности фланцевых соединений паропроводов (по возможности они заменяются на сварные).

Основные параметры отечественных конденсационных турбин, устанавливаемых на АС, приведены в табл. 3.

Т а б л и ц а .3

Основные параметры отечественных конденсационных турбин

_____________

*Марка турбины расшифровывается следующим образом: К-500-65/3000

– конденсационная, электрической мощностью 500 МВт, давление пара на входе в ЦВД 6,5 МПа, частота вращения вала 3000 об/мин.

Требования к компоновке турбин для двухконтурных АС, работающих на нерадиоактивном паре, и для ТЭС на органическом топливе, одинаковы. Критерием выбора турбин является минимум затрат на сооружение здания машинного зала, паропровода и питательных трубопроводов.

Возможно продольное расположение турбин (параллельно оси здания машинного зала) и поперечное. Результаты расчета затрат при продольном и поперечном расположении турбин показали, что небольшой экономический эффект может быть полу-

41

чен для АС с турбинами низкого и среднего давления при продольном расположении турбин, а для АС с турбинами высокого и сверхвысокого давления – с поперечным их расположением.

Экономичность поперечного размещения турбин высокого и сверхвысокого давления для моноблоков реактор-турбина объясняется большой стоимостью трубопроводов высокого давления. Турбины мощностью 500 МВт и более целесообразно располагать только продольно из-за их значительной длины. Высотное размещение турбоагрегата определяется размерами конденсатора, располагаемого под турбиной.

На АС с кипящими реакторами все радиоактивное оборудование машинного зала необходимо размещать под защитным перекрытием, которое должно иметь проемы для демонтажа и ремонта оборудования. Обычно защита турбоагрегата над площадкой обслуживания не предусматривается. Однако при необходимости в процессе эксплуатации возможно устройство на площадке обслуживания блочной сборно-разборной бетонной теневой защиты турбоагрегата с лабиринтом для прохода обслуживающего персонала к турбине.

Толщина защитного перекрытия машинного зала, а также стен конденсатного помещения определяется расчетом и зависит от взаимного расположения большого числа источников фотонного излучения (конденсатор, паро- и конденсатопроводов, регенеративных подогревателей и другого оборудования).

Конденсационные установки и системы технического во-

доснабжения АС. Замкнутый цикл АС предопределяет необходимость конденсации отработанного пара в конденсаторе и возвращение конденсата в контур. Чем больше разность температуры пара на входе в турбину и выходе из нее, тем выше ее КПД. Так как температура зависит от давления, то в конденсаторах турбин необходимо поддерживать разряжение. Конструктивная схема поверхностного конденсатора и принципиальная схема конденсационной установки приведены на рис. 16.

Охлаждение отработанного пара осуществляется прокачкой циркуляционным насосом через трубки конденсатора охлаждающей технической воды. Пар, проходя в межтрубном пространстве, конденсируется и направляется конденсатным насосом в контур.

42

Конденсатор должен быть герметичным во избежание подсоса воздуха из окружающей среды. Образовавшийся конденсат при хорошей плотности трубок охлаждающей системы является дистиллятом. Для поддержания в конденсаторе разрежения применяют специальные воздухоотсасывающие устройства – паровоздушные эжекторы. Их работа основана на том, что при выходе из рабочего сопла конденсатора рабочий пар (часто отобранный из турбин) увлекает за собой паровоздушную смесь из конденсатора турбины, создавая в ней разрежение.

В конденсаторы одноконтурных АС поступает определенное количество продуктов радиолиза, а также радиоактивных газов. Так, расчетная удельная активность конденсаторов турбин реактора РБМК-1000 Ленинградской АС, обусловленная кислородной активностью, составляет 13,3.104 Бк/л. Поэтому отсос газовой смеси из конденсаторов двухконтурных АС осуществляется непосредственно в атмосферу, а одноконтурных – через систему спецвентиляции. Образовавшийся в конденсаторе дистиллят насыщен кислородом. Частичное удаление кислорода из конденсатора возможно путем прокачки пара через конденсат в сборнике конденсата (рис. 16), т.е. организацией барботажа конденсата.

Рис. 16. Схема конденсационной установки (а) и конструктивная схема поверхностного конденсатора (б):

1 – поверхностный конденсатор; 2 – циркуляционный насос; 3 – конденсатный насос; 4 – пароструйный эжектор; 5 – фланец для присоединения к выхлопу турбины; 6 – охлаждающие трубы; 7 – трубные доски; 8 – сборник конденсата

43

К конденсационным установкам АС наряду с общими требованиями (обеспечение глубокой конденсации и деаэрации конденсата) предъявляют и особые требования, например возможность приема пара, сбрасываемого из реакторов или парогенераторов при аварийных режимах, а также при необходимости расхолаживания реакторов. Это обстоятельство определяет особенности конструктивного решения конденсаторов АС, зависящие от типа реактора, времени и режима его расхолаживания.

Вода для охлаждения конденсаторов забирается циркуляционными насосами из расположенных вблизи электростанции естественных источников водоснабжения (река, море, озеро) или искусственных водоемов (водохранилища, бассейны). Если сброс этой технологической воды из конденсатора осуществляется в реку, система водоснабжения называется прямоточной.

При использовании искусственных источников водоснабжения вода из конденсаторов направляется в специальные устройства: пруды-охладители, брызгальные бассейны, градирни. После охлаждения в них вода вновь подается в конденсаторы. Такая система водоснабжения называется оборотной.

Расход воды и режим водоснабжения зависят от мощности и типа турбин, а также от принятой системы водоснабжения АС. Чем ниже параметры пара на входе в турбину, тем больше воды требуется для охлаждения турбоагрегата на 1 кВт ч производимой электроэнергии.

Современные атомные электростанции, на которых наиболее широкое применение нашли турбины, работающие на насыщенном паре невысокого давления, требуют очень большого расхода технической воды на охлаждение. Расход воды также зависит от температуры охлаждающей воды, подаваемой в конденсатор турбины. Зимой в центральных районах России расход воды при прямоточной системе водоснабжения снижается на 50-60 % по сравнению с летними месяцами.

Если для охлаждения используется высокоминерализованная морская вода, приходится использовать дополнительные теплообменники, в которых морская вода, двигаясь по разомкнутому контуру, отводит тепло от технической воды, предназначенной для охлаждения агрегатов атомной электростанции и циркулирующей по замкнутому контуру.

44

Система охлаждения конденсатора выбирается в зависимости от конкретных климатических условий и наличия источников водоснабжения. Например, для средней полосы России допустимая удельная гидравлическая нагрузка на 1 м2 активной площадки водохранилищ-охладителей при нагреве циркуляционной воды в конденсаторах паротурбинных установок на 8-10°С составляет 0,05 м3/(м2 ч), для градирен в тех же атмосферных условиях при капельном оросителе 0,8-1 м3/(м2 ч) и при пленочном оросителе – до 6-7 м3/(м2 ч). Для наиболее эффективных и дорогих вентиляторных градирен допускаемая гидравлическая нагрузка составляет 8-10 м3/(м2 ч).

Прямоточная система водоснабжения на 15-25 % дешевле оборотной, но ее применение возможно только при сооружении АС вблизи крупных источников водоснабжения. Возможность водоснабжения по прямоточной системе определяется также условиями Госрыбнадзора: температура воды в водоеме не должна повышаться за счет сбросов в летний период более чем на 5°С, а

взимний – на 3°С, при этом минимальные расходы реки в меженный период должны превышать потребность электростанции

вводе не менее чем в 2-3 раза.

Подвод технической воды может осуществляться по замкнутым водоводам или по подводящему каналу при равнинном рельефе и больших расходах. Отвод воды может осуществляться также по каналу, причем сброс воды должен производиться на расстоянии не менее 40 м от водозабора (рис. 17). Перепускной канал служит для перепуска горячей воды на водозабор в зимний период для борьбы с шугой.

Оборотная система водоснабжения находит широкое применение при строительстве крупных конденсационных АС в густонаселенных районах при отсутствии надежных источников водоснабжения, а также при строительстве вблизи населенных пунктов.

При оборотной системе водоснабжения безвозвратные потери воды, которые должны восполняться извне, составляют от общего расхода циркуляционной воды: для градирен 4-5, для брызгальных бассейнов 5-6, для прудов-охладителей 0,7-0,8 %.

Наиболее широкое применение для оборотной системы водоснабжения мощных АС находят пруды-охладители. Для увеличения относительной площади охлаждения пруда-охладителя уст-

45

раиваются специальные струенаправляющие дамбы, отклоняющие потоки сбросных вод из конденсаторов от водоприемных устройств.

Рис. 17. Схема водоснабжения с использованием рек и водоемов:

1 – течение в реке при прямоточной схеме; 2 – течение в пруде-охладителе приоборотнойсхеме; 3 – сетчатыйфильтр; 4 – циркуляционные насосы; 5 – напорный водовод; 6 – сливной сифонный колодец; 7 – отводящий водовод; 8 – переключательный колодец; 9 – отводящий канал; 10 – водоотвод; 11 – перепускной сливной канал; 12 – конденсаторы турбин

Глубина пруда-охладителя должна быть не менее 3 м, причем необходимо предусмотреть возможность его восполнения за счет впадающих ручьев или ключей или путем искусственной подачи воды. Если создать пруд-охладитель невозможно, применяют оборотное водоснабжение с использованием градирен с искусственной или естественной тягой воздуха. В градирнях с искусственной тягой циркуляция воздуха обеспечивается вентилятором, что позволяет уменьшить их высоту.

Принципиальная схема оборотного водоснабжения с градирней приведена на рис. 18. В зависимости от способа, которым достигается увеличение поверхности контакта охлаждаемой воды с воздухом, градирни подразделяют на капельные и пленочные. Наибольшее распространение на крупных АС получили пленочные градирни, имеющие лучшие технико-экономические показатели по сравнению с капельными и тем более с брызгальными бассейнами.

46

Рис. 18. Схемациркуляцииводыприоборотнойсистемеводоснабжения с башенной градирней: 1 – напорный водовод; 2 – желоб со сливными трубами; 3 – разбрызгивающиерозетки; 4 – решетки; 5 – сборныйбассейн;

6 – вытяжнаябашня; 7 – водоотводящий канал; 8 – водоприемный колодец; 9 – продувка; 10 – ввод хлорной извести; 11 – указатель уровня; 12 – приемныйклапаннасоса; 13 – циркуляционныйнасос; 14 – конденсатортурбины

При необходимости строительства АС в безводных районах применяют системы с охлаждением воды в градирнях Геллера или вентиляторных градирнях. Расходы воды на подпитку таких систем охлаждения гораздо меньше, чем при обычных способах охлаждения, но эффективность охлаждения снижается и, соответственно, снижается выработка электроэнергии на АС и резко возрастает расход электроэнергии, потребляемой оборотными системами. В этом случае наряду с оборотной системой может применяться смешанная система водоснабжения, в меженные периоды часть теплой воды сбрасывается в реку выше водозабора и после смешивания с холодной речной водой снова попадает на электростанцию.

Техническая вода на АС необходима для охлаждения не только конденсаторов турбин, но и другого оборудования. В тех случаях, когда оборудование входит в систему обеспечения безопасности электростанции, к надежности подачи охлаждающей воды предъявляются особые требования. Гарантированная подача воды в аварийных режимах и при обесточивании электростанции

47

обеспечивается установкой аварийных насосов технической воды

– по три независимые группы на каждый энергоблок. Для предупреждения одновременного выхода из строя всех насосов при пожаре каждую группу насосов устанавливают в изолированных помещениях. Все аварийные насосы технического водоснабжения подключают к надежному энергопитанию от дизельной электростанции. Степень надежности подачи воды должна быть очень высока, поэтому в случае аварии гидротехнических сооружений, которая может привести к потере воды в основном источнике, необходимо обеспечить подвод воды от резервного источника водоснабжения.

Оборудование конденсационно-питательного тракта. Весь тракт подачи воды от конденсатора до парогенератора (или сепаратора одноконтурной АС) носит название конденсационнопитательного (см. рис. 8), а часть контура от конденсатора до деаэратора – конденсационного и от деаэратора до парогенератора (сепаратора) – питательного.

Теплота, предаваемая в конденсаторе охлаждающей воде, теряется безвозвратно. Потери теплоты могут быть снижены, если часть пара направить в систему регенеративных подогревателей. Регенеративные подогреватели низкого давления ПНД устанавливаются между конденсаторами турбин и деаэраторами, а подогрев конденсата в них осуществляется отбором пара от цилиндра низкого давления ЦНД турбины. Подогреватели высокого давления ПВД располагаются между деаэраторами и парогенераторами и питаются паром от цилиндра высокого давления ЦВД турбины.

Регенеративные подогреватели, применяемые на АС, – это поверхностные теплообменники, преимуществом которых является возможность работы независимо от давления воды и греющего пара, причем прокачка воды через несколько подогревателей может осуществляться одним насосом.

Регенеративные ПНД выполняются с трубными досками, расположенными внутри корпуса. Пар из отборов цилиндров низкого давления турбины подается сверху в подогреватель, омывает U-образные трубки, по которым проходит питательная вода. Конденсат собирается в нижней части подогревателя и самотеком или с помощью дренажного насоса направляется в меж-

48

трубное пространство следующей ступени нагрева питательной воды. Из последнего подогревателя дренаж направляется в конденсатор турбины.

Регенеративные подогреватели высокого давления выполняются с коллекторами, к которым присоединены горизонтальные змеевики труб, выполненные в виде спиралей. Пар, омывая змеевики, конденсируется. Регенеративные подогреватели высокого и низкого давления имеют съемную верхнюю крышку, позволяющую легко производить ремонтные работы.

Регенеративные подогреватели питательной воды должны располагаться вблизи турбоагрегата конденсатора турбины, так как подогрев осуществляется паром, отобранным от турбин. В перекрытии над подогревателями должны быть оставлены проемы для возможного их демонтажа или разборки в процессе ремонта. Монтаж подогревателей выполняется крановым оборудованием машинного зала.

Регенеративные подогреватели одноконтурных АС, являющиеся источником излучений, располагаются в необслуживаемом помещении под защитным перекрытием зала, толщина которого определяется исходя из активности источников излучений (конденсаторов турбин, паропроводов острого пара, трубопроводов питательной воды и т.д.).

Деаэраторы предназначены для удаления из питательной воды растворенных газов, смешивания конденсата с различными значениями температур, давления, газосодержания, а также для подогрева питательной воды. На АС обычно используют смешивающие деаэрационные колонки с давлением 0,4-0,7 МПа, совмещенные с питательными деаэрационными баками для сбора конденсата.

Схематарельчатой деаэрационнойколонкиприведена нарис.19. Вода для деаэрации подается в верхнюю часть колонки через патрубки и сливается последовательно через тарелки с отверстиями (дырчатые щиты). За время движения струй через тарелки вода нагревается до температуры насыщения. Освобожденная от газов вода собирается в деаэраторный бак, расположенный под колонкой. Греющий пар, поднимаясь вверх по зазорам между тарелками, попеременно пересекает струи падающей воды. Несконденсированный пар вместе с газами через штуцер отводится

на охладитель выпара.

49