Насосы С11АЭ,11МТ,11ТС / 11-МТ / 2.Ксерокопии книг / 03.Книга.ГЦН_АЭС

Глава 1

МЕСТО И НАЗНАЧЕНИЕ ГЦН НА АЭС

1.1. УСЛОВИЯ РАБОТЫ ГЦН

Главные циркуляционные насосы (ГЦН) предназначены для поддержания надежной устойчивой циркуляции теплоносителя через реактор и основное теплообменное оборудование ЯЭУ (теплообменники, парогенераторы), что является необходимым условием надежного теплоотвода из активной зоны реактора, транспортирования тепла в теплообменное оборудование и дальнейшего его использования в соответствии с запроектированной технологической схемой. К настоящему времени известно большое количество технически обоснованных тепловых схем ЯЭУ, различающихся числом контуров циркуляции (однодвухтрехконтурные) или числом петель циркуляция в каждом контуре.

Двухпетлевая схема циркуляции использована на I блоке Белоярской АЭС с реактором канального типа (рис. 1.1). В каждой петле предусматриваются один ГЦН и один насос аварийного расхолаживания. В случае отключения одного из ГЦН автоматически отключается и ГЦН второй петли, но одновременно и также автоматически включаются

Рис. 1.1. Двухпетлевая схема циркуляции по главному контуру на I блоке Белоярской АЭС с реактором канального типа:

11

оба насоса аварийного расхолаживания, обеспечивающие суммарную подачу, равную 15% номинальной.

Четырехпетлевая схема выбрана для блоков АЭС с реакторами ВВЭР-1000 (рис. 1.2). В случае остановки одного из ГЦН соответственно снижается мощность реактора.

Пятипетлевая схема циркуляции теплоносителя применена в реакторе с натриевым теплоносителем БН-350 в г. Шевченко (рис. 1.3). Такое же количество петель предусмотрено и в промежуточном контуре циркуляции этого реактора.

На рис. 1.4 приведена тепловая схема шестипетлевого контура циркуляции, использованная в ряде блоков АЭС с реакторами ВВЭР-440. Аналогичная схема первого контура, но только с тремя циркуляционными петлями применена в ГДР на АЭС «Bruno Loischner».

Первый контур АЭС с реактором РБМК-1000 оборудован восемью петлями циркуляции, две из которых – резервные (рис.1 .5). Петли объединены по четыре в две гидравлически не связанные группы, каждая из которых имеет общие напорный и всасывающий коллекторы и охлаждает одну половину (сторону) реактора. При выходе из строя одного из ГЦН включается резервный ГЦН соответствующей стороны. Если же по каким-либо причинам резервный ГЦН не включился (например, находился в ремонте), останавливается один из ГЦН другой стороны реактора и вся установка переходит на меньшую нагрузку.

Рис. 1.3. Пятипетлевая схема циркуляции по первому контуру на АЭС с реактором БН-350:

12

ГЦН при достаточно большом ресурсе. ГЦН являются составной частью первого контура циркуляции ЯЭУ и условия их работы – это, естественно, условия первого контура. Для реакторов, в которых в качестве теплоносителя используется вода, характерно высокое рабочее давление; от 7-8 МПа (для кипящих реакторов) до 12-18 МПа (для некипящих реакторов). При проектировании, кроме того, должны учитываться возможные повышения давления при различных переходных и аварийных режимах. ГЦН, как правило, располагаются в контуре на входе в реактор, где во всех нормальных режимах температура перекачиваемой среды является наименьшей, хотя и достигает (например, в реакторах с водой под давлением) 250-300 ° С.

Условия на АЭС с реакторами на быстрых нейтронах (БН) с натриевым теплоносителем существенно отличаются от условий для АЭС с ВВЭР. Рабочее давление

внатриевых контурах низкое. Оно слагается из давления газовой подушки (давление газа

впервом контуре примерно 0,01 МПа, во втором контуре 0,1-0,3 МПа), давления столба натрия и напора ГЦН. Следовательно, в отличие от реакторов с водяным теплоносителем,

вустановках с реакторами на быстрых нейтронах давление в контуре не является определяющим при решении вопросов прочности оборудования. Температура же в натриевых контурах существенно выше, чем в водяных контурах: на входе в реактор 300400° С, на выходе из реактора 500-565° С, на входе в парогенератор (второй контур) 450550° С, на выходе из парогенератора 270-350° С.

Важнейшей характерной особенностью ЯЭУ является радиоактивность теплоносителя, перекачиваемого через реактор. В общем случае радиоактивность теплоносителя обусловлена наведенной активностью самого теплоносителя, активностью продуктов коррозии, загрязняющих теплоноситель, и радиоактивными продуктами деления, которые могут попасть в теплоноситель при нарушении герметичности части тепловыделяющих элементов. Для разных теплоносителей соотношение указанных выше источников активности существенно различно. Физические характеристики реактора (плотность потока нейтронов, энергетический спектр нейтронов), параметры контура циркуляции, обусловленные схемными и конструкционными решениями (период циркуляции теплоносителя, время облучения и т. п.), используемые конструкционные материалы также влияют на долю их вкладов в активность теплоносителя источников различной природы. Для иллюстрации в табл. 1.1 приведены данные по активности теплоносителя для различных реакторов.

14

Из-за активности перекачиваемого теплоносителя проточная часть ГЦН и корпусные конструкции, контактирующие с теплоносителем, должны иметь соответствующую биологическую защиту. Поэтому обычно ГЦН размещаются, как и другое активное оборудование ЯЭУ, в специальных прочноплотных боксах с ограниченным доступом персонала. Условия работы верхней ходовой части ГЦН совместно с приводным электродвигателем с точки зрения радиационной обстановки допускают различные компоновочные решения.

На АЭС с ВВЭР-210 и ВВЭР-365 (I и II блоки Нововоронежской АЭС) ходовые части ПДН с приводными электродвигателями размещены в необслуживаемых при работе реактора боксах вместе с трубопроводами и другим оборудованием первого контура. Каким бы надежным ни был насосный агрегат, оставлять его без периодического осмотра в течение многих месяцев работы нежелательно, т. е. целесообразно обеспечить хотя бы кратковременный доступ к агрегату.

На III и IV блоках Нововоронежской АЭС электрическая часть ГЦН вынесена за биологическую защиту. Корпус насоса с гидравлической частью остался под железобетонным перекрытием. С помощью эластичной мембраны, прикрепленной одним концом к корпусу насоса, а другим – к опорной плите, помещение насосной герметично отделяется от необслуживаемого бокса, что препятствует возможному распространению пара, радиоактивных газов или аэрозолей.

Во всех ЯЭУ для привода ГЦН используется электродвигатель (см. гл. 2)

15

На АЭС с ВВЭР-440, РБМК и БН электродвигатели совместно с верхней ходовой частью насосов также находятся вне защитных боксов и доступны для недлительного непосредственного наблюдения (рис. 1.6, 1.7). ГЦН для ВВЭР-1000 и АСТ-500 (насосы промежуточного контура) располагаются вне биологической бетонной защиты, но их осмотр и прямой контроль предполагают посещение внутреннего объема защитной оболочки (см. рис. 1.2).

В трехконтурных установках с реакторами БН для насосов второго контура ограничения, связанные с радиоактивностью, отпадают.

Рис. 1.6. Компоновка основного оборудования в здании АЭС с реактором РБМК-1000:

1 – ГЦН; 2 – электродвигатель ГЦН; 3 – кран мостовой 50/10 т; 4 – барабан-сепаратор; 5 – кран мостовой с дистанционным управлением; 6 – перегрузочная машина; 7 – реактор

16

крутизны характеристики в рабочей области подач (|dH/dQ|>0). Из рис. 1.8 видно, что при пологой характеристике H-Q параллельная работа ГЦН на коллектор, роль которого играет активная зона реактора, может приводить к большому разбросу расходов по петлям из-за неизбежной не идентичности характеристик насосов и гидравлического сопротивления петель. Очевидно, что чем круче гидравлическая характеристика в рабочей области, тем меньше разброс в расходах по петлям. Наличие ниспадающей ветви в характеристике H-Q при параллельной работе насосов на общее сопротивление при некоторых условиях может приводить к неустойчивой работе – колебанию подачи ГЦН, что, конечно, недопустимо. Несмотря на это, требование к виду характеристики нельзя рассматривать как совершенно обязательное. Дело в том, что упомянутых выше последствий его невыполнения можно избежать либо за счет, например, повышенных требований к качеству изготовления насосов в целях обеспечения необходимой идентичности их гидравлических характеристик, либо за счет искусственного увеличения сопротивления петель.

Рис. 1.8. Схема параллельной работы насосов на сеть:

1 – характеристика сети; 2 – фактическая суммарная характеристика двух ГЦН; 3, 5 – фактические характеристики отдельных ГЦН; 4 – теоретическая характеристика ГЦН; Hnom – номинальное сопротивление сети; Qобщ – общий расход сети

18

При решении вопроса о выборе конструкционных материалов для ГЦН кроме общих машиностроительных нормативов необходимо учитывать и тот факт, что материалы проточной части и других элементов, контактирующих с теплоносителем, должны отвечать всем требованиям, предъявляемым к материалам первого контура ЯЭУ с данным теплоносителем. В частности, они не должны взаимодействовать с теплоносителем в рабочем интервале температур, должны допускать проведение дезактивации кислотными и щелочными растворами, а также контакты с органическими растворителями и поверхностно-активными и комплексообразующими веществами. Материалы проточной части должны быть не только коррозионно-стойкими, но и устойчивыми против эрозии при максимально возможных скоростях теплоносителя. На рис. 1.9, 1.10 можно видеть эрозионное разрушение в рабочем колесе и направляющего аппарата натриевого насоса после 3300 ч работы [1]. Аналогичные повреждения возможны и при кавитации (рис. 1.11).

Эрозионное

разрушение

Рис. 1.9. Эрозионное разрушение в рабочем колесе

19