Balakovskaya - Основное оборудование РО

1000-ÂÂÝÐ ñ ÀÝÑ äëÿ ÏÃ

1-входной коллектор 1 контура

2-поверхность теплообмена

3-жалюзийные сепараторы

4-штуцера уровнемеров

5-корпус ПГ

6-раздающий коллектор питательной воды

7-штуцера продувки и дренажа

8-выходной коллектор 1 контура

122

Схема расположения теплообменных труб в ПГ

Дистанционирующие элементы теплообменных труб ПГ

123

Длина корпуса парогенератора 13840 мм, внутренний диаметр 4000 мм, толщина стенок корпуса в средней части - 145 мм, на концевы х участках - 105 мм, толщина стенок днищ - 120 мм.

В нижней части корпуса вварены переходные патрубки для приварки коллекторов теплоносителя. Там же расположены ш туцера продувки и штуцера под КИП. В обоих днищах корпуса имеются люки для осмотра и ремонта внутрикорпусных устройств парогенератора.

Корпус в средней части сварен с двумя вертикальными коллекторами первого контура, предназначенными для соед инения с 11500 теплопередающих труб, согнутых в U-образные змеевики и скомпонованных в 2 трубных пучка. Трубы расположены в пучк е с шагами 19 мм по высоте и 23 мм по ширине. Коллекторы расположены симметрично относительно вертикальной оси ПГ на расстоянии 1150 мм от нее в продольном и на 890 мм в поперечном направлении.

В целях унификации изделий по применяемым материалам для коллекторов I контура была принята та же сталь, что и для ко рпуса ПГ. Для надежной обварки концов труб внутренняя поверхнос ть коллекторов, включая крышки фланцевых разъемов, плакиров ана антикоррозионной аустенитной наплавкой (1-й слой - ЗИО-8, 2-й слой - ЭА 898/21Б).

Теплопередающая поверхность ПГ, изготовленных до 1991 года, как уже было указано, состоит из 11500 теплообменных труб. В ПГ, коллек тора которых с 1991 года изготовлены со “сглаженным клином” (заво дские номера 6102, 6103, 6109, 6110, 6111, 5377, 6378, 6379, 6380, 6376) и без вытяжек, количество труб равно 10978.

Концы змеевиков на ПГ, изготовленных до 1990 года, заделаны в отверстиях коллектора по взрывной технологии. Торцы змее виков сварены с антикоррозионной наплавкой коллектора аргоно -дуговой сваркой.

Концы змеевиков на ПГ, изготовленных с 1990 года, заделаны в отверстиях коллектора методом гидрораздачи и механичес кой довальцовки выходного участка. Торцы змеевиков сварены с антикоррозионной наплавкой коллектора аргоно-дуговой с варкой (ПГ ЗИО зав N0 5497-5499, 6100-6103, 6248-6251, 6109-6111, 6377-6382, и ПГ “Атоммаш” зав N0 63-76).

Змеевики дистанционируются в трубном пучке специальным и элементами, которые в свою очередь закреплены в опорных конструкциях, расположенных на корпусе ПГ. Дистанционирующие элементы представляют собой волнообразные полосы в соче тании с промежуточными плоскими планками. Дистанционирующие элементы изготовлены из стали 08Х18Н10Т.

Упрощенная схема включения ПГ в технологическую схему РУ

1-жалюзийный сепаратор

2-пароприемный щит

3-корпус ПГ

4-детали крепления

Узел крепления жалюзийного сепаратора и пароприемного щита

124

Теплоноситель из реактора поступает в “горячий коллекто р, проходя внутри теплопередающих труб, отдает тепло воде 2 контура, выходит в “холодный” коллектор и далее на всас ГЦН. Питательная вод а по трубопроводу Ду400 через коллектор питательной воды с раздаточными лучами подается на”горячую” часть теплооб менного пучка ПГ, чем достигается частичное выравнивание паровой нагрузки по сечению парогенератора за счет конденсации части пара .

Циркуляция воды 2 контура в ПГ - естественная. Пар, выходя с зеркала испарения, осушается в паровом объеме между зерка лом испарения и входным сечением жалюзийных сепараторов за с чет гравитационных сил (первая ступень сепарации) и поступае т в жалюзийный сепаратор (вторая ступень сепарации), где дополнительно осушается до необходимой степени (влажнос ть пара не более 0,2 %).

Сепарационные устройства состоят из пакетов жалюзи волн истой формы. Пакеты располагаются под углом 26 градусов к вертика ли в паровом объеме парогенератора на высоте 750 мм от погружног о дырчатого листа. За секциями жалюзийных сепараторов во вс ех рядах установлены дырчатые пароприемные щиты. Паровой дырчатый лист предназначен для выравнивания поля скорос тей пара.

Отсепарированный конденсат собирается в корыто и отводи тся системой трубок под уровень воды. Осушенный пар выходит и з парогенератора через 10 паровых патрубков в коллектор пара, откуда по паропроводам подается на турбину.

Для равномерного распределения пароводяной смеси по паровому объему парогенератора применен погруженный дырчатый ли ст, который представляет собой набор листов с отверстиями ди аметром 13 мм, установленных на металлической раме. Расположен он на расстоянии 260 мм от верхнего ряда труб теплопередающей поверхности, живое сечение дырчатого листа для прохода па ра составляет около 5%. Конструктивный материал изготовления дырчатого листа - сталь 12Х18Н10Т.

В верхней части коллектора 1 контура имеется фланцевый ра зъем Дy500 с плоской крышкой для осмотра и ремонта сварных соединений приварки теплообменных труб к плакирующему с лою внутренней поверхности коллектора. Разъем снабжен плоск ой крышкой с приваренным к ней вытеснителем. Крышка с вытеснителем выполняет роль дросселирующего устройства , предназначенного для уменьшения проходного сечения до Д y100 и ограничения истечения теплоносителя 1 контура во второй п ри отрыве крышки коллектора.

Верхняя часть коллектора 1 контура

1-коллектор 1 контура

2-крышка коллектора Ду 500

3-шпилька М60 (20штук)

4-штуцер для контроля плотности МПП

Конструкция патрубка аварийной питательной воды

125

Для доступа к этому люку предусмотрен люк с отверстием Дy800 и эллиптической крышки на корпусе ПГ. Для доступа в ПГ со сто роны 2 контура на эллиптических днищах корпуса ПГ имеются 2 люка Дy500 в разъемными фланцевыми соединениями. Уплотнения всех фланцевых соединений выполнены при помощи 2-х никелевых прокладок с организацией контроля плотности межпроклад очной полости. Контроль выведен на фрагменты РМОТ БЩУ.

Устройство раздачи основной питательной воды состоит из трубопроводов, коллекторов и раздающих труб, имеющих по с воей длине “лучи” для выхода питательной воды. К патрубку питательной воды через проставыш с трубой присоединен коллектор Dy 400, расположенный в паровом объеме парогенератора, разветвл яющийся на две раздающие трубы Dy 250, расположенные над погруженным дырчатым листом.

Конструкция патрубка выполнена таким образом, что труба п одвода питательной воды непосредственно не соприкасается с кор пусом ПГ. Это предотвращает возникновение температурных напряжен ий, в том числе и переменных, в корпусе ПГ в месте прохода трубы.

В ПГ с немодернизированной системой водопитания вода под ается на “горячую” сторону трубного пучка в верней его части по д погружной дырчатый лист через 16 раздающих коллекторов Ду 80, каждый из которых соединен с 32 раздающими трубками Ду20, имеющими по своей длине отверстия для выхода питательной воды.

В ПГ с модернизированной системой водопитания вода подае тся в трубный пучок, расположенный со стороны “горячего” днища через 10, а на трубный пучок, расположенный со стороны “холодного” днища - через 5 раздающих коллекторов Ду80. Материал устройств подв ода питательной воды - конструкционная углеродистая сталь, ус тройств раздачи питательной воды - нержавеющая хромо-никелевая ст аль.

В нижней части парогенератора имеется 6 штуцеров: 4 штуцера из карманов коллекторов и 2 штуцера в районе мест приварки дн ищ. Согласно инструкции 18Э-РЦ они используются для организац ии продувки парогенераторов. В 1992-93 годах при проведении реконструкции ПГ был дополнительно задействован еще оди н штуцер для организации непрерывной продувки. Для этого бы л выбран штуцер резервного “метрового” уровнемера со стор оны “холодного” торца ПГ и произведен монтаж разводки внутри ПГ с организацией “солевого отсека”, организованного над пог ружным дырчатым листом со стороны “холодного днища”. Отводимая ч ерез систему продувки ПГ вода очищается в системе СВО-5 и возвращается во 2 контур.

Подвод аварийной питательной воды осуществляется через специальный патрубок с проставышем Ду100 на эллиптической днище ПГ, к которому присоединен раздающий коллектор Ду80, смонтированный над трубопроводом основной питательной воды Ду250. Вода подается через 38 перфорированных трубок Ду25 в паровую часть корпуса ПГ. При обесточении АЭС или падении уровня в ПГ по отдельной магистрали подается аварийная питательная вода из баков ТХ10,20,30В01 с температурой от 5 до 45 градусов С и создает условия для расхолаживания до давления в 1 контуре до 15 кгс/см2. Однако нужно помнить, что подача аварийной питательной воды с температурой ~ 25 0С в горячий ПГ с t 280 0С вызывает крайне негативные воздействия “теплового удара” и допустима лишь в аварийных случаях.

После 5 циклов впрыска воды в ПГ от системы ТХ необходимо производить останов РУ и ревизию патрубка ввода аварийно й питательной воды. В условиях нормальной эксплуатации сле дует избегать подпитки ПГ по линии аварийной питательной воды во избежание выработки его ресурса.

Особенностью конструкции коллектора ПГ является осевая несимметричность зоны перфорации, что обусловлено уровн ями размещения теплообменных трубок в принятых габаритах ко рпуса парогенератора. Эта несимметричность образует вдающийс я в поле перфорации клин неперфорированного металла.

Магистральные трещины в перфорированной зоне холодного коллектора ПГ

а-Запорожская АЭС б-Южно-Украинская АЭС

128

При сейсмическом воздействии оборудование перемещается со скоростью при которой клапан закрывается, жидкость не мож ет перетекать из одной полости в другую, и гидроамортизатор работает как жесткая связь.

Опорная конструкция ПГ рассчитана на восприятие одновре менного действия вертикальной составляющей сейсмической нагруз ки максимального расчетного землетрясения силой 9 баллов и реактивного усилия 1460 тс, возникающего в аварийной ситуаци и, при разрыве трубопровода Ду850 ГЦК в горизонтальной плоско сти (при разрыве со стороны реактора).

Проблемы надежности работы парогенераторов ПГВ-1000

На эксплуатируемых в нашей стране блоках АЭС с ВВЭР-1000 в 1986-1991гг обнаружены повреждения коллекторов теплоносителя 1 контура ПГВ-1000. Были повреждены парогенераторы на ЮжноУкраинской, 5-м блоке Нововоронежской, Запорожской, Калини нской и Балаковской АЭС.

Недопустимые повреждения (до образования сквозных трещи н) зафиксированы во всех случаях на холодных коллекторах. Недопустимых повреждений на горячих коллекторах не выяв лено, хотя прибор фиксировал отдельные дефекты. Время наработк и парогенераторов до обнаружения повреждений составляло от 10 до 60 тыс. часов. В одном случае оно оказалось равным приблизит ельно 7 тыс. часов.

На основании анализа и обобщения всех известных случаев с делан вывод о том, что повреждение холодных коллекторов ПГВ-1000 представляет не встречавшееся до сих пор в практике парогенераторостроения явление, заключающееся в зарождении и постепенном (невзрывоопасном) разрастании и объединении между собой множества коррозионно-механических трещин и обусловленное воздействием:

значительных статических (включая остаточные) и накладывающихся на них циклических напряжений механического и термического происхождения; локализованной в месте конструкционной неоднородности перфорированной части коллектора (вершине “клина”) пластической деформации, при которой напряжения превышают предел текучести стали 10ГН2МФА; водной среды второго контура, особенно активной в вершина х

зазоров в местах недовальцовки труб ПГ в стенку коллектор а; теплогидравлической и физической неравномерности по объему; непроектных режимов эксплуатации.

Повреждения коллекторов

Впервые (в конце 1986 года) трещины в коллекторе были выявлен ы при анализе причины повышения нормируемой (<10(-8)ки/л) радиоактивности воды второго контура в одном из ПГ ЮжноУкраинской АЭС. В нескольких соседних перемычках обнаружили сквозную трещину, что и вызвало потерю герметичности свар ных швов в месте приварки трубок, к антикоррозионной наплавке .

129

Анализ картограмм повреждений, составленных по результа там контроля целостности перемычек токовихревым прибором (марки ВД-73НЦ разработки НПО ЦНИИТМАШ), показал следующее: дефекты в перемычках между отверстиями находятся в перфорированной части коллектора в зоне на стороне оси, н а которой расположен неперфорированный клин; большее числ о дефектов располагалось параллельно сторонам клина, обра зуя трещины, расположенные горизонтально и наклонно, в средне й и верхней частях неперфорированной зоны.

Напряженно-деформированное состояние коллекторов

При эксплуатации коллекторы парогенераторов нагружаютс я давлением со стороны первого и второго контуров, температ урным полем и усилиями со стороны трубопроводов первого контура. Расчеты показали, что напряжение от действия рабочих нагр узок удовлетворяют требованиям норм прочности.

Исследования на смоляной модели напряжения от перепада давления 9,4 МПА между первым и вторым контуром показали максимальные растягивающие напряжения в зоне клина ~ 100 МПА. Температурные напряжения вследствие разницы коэффициен тов линейного расширения металла коллектора и трубок состав ляют 145 МПА. Различие в рабочей температуре холодного и горячего коллекторов позволяет сделать вывод о том, что температур а эксплуатации влияет на стойкость коллектора.

Однако наиболее нагружен горячий коллектор, и если причин ой повреждений является только напряженное состояние, то ра зрушаться в первую очередь должны горячие коллекторы.

Как показали исследования фактического напряженного со стояния с учетом всех технологических операций, коллекторы в состо янии поставки ПГ высоко нагружены (технологические условноуп ругие локальные напряжения составляют ~ 800 МПА). Остаточные технологические напряжения в коллекторе явились следст вием его формоизменения от взрывной запрессовки труб в условиях “заневоливания” относительно корпуса парогенератора в районе люка Ду 700.

При запрессовке трубок по принятой ранее технологии колл ектор изгибается, причем конечный прогиб оси составляет ~4,5 мм, перемещение свободного фланца в сторону клина достигало 20мм.

При запрессовке труб в составе собранного парогенератор а эти перемещения заневоливаются, что приводит во время эксплу атации к циклическому нагружению (при каждом пуске и нагружении давлением). Напряжения при этом равны 160 МПА. Таким образом, очевидны методы уменьшения напряжений: разневоливание коллекторов и уменьшение энергии вальцевания - переход на гидравлическое вальцевание.

По расчетам разневоливание коллектора снижает поврежда емость в 1,5 - 4 раза, переход от взрывной вальцовки к гидровальцеванию - не менее, чем в 50 раз.

Состояние металла

Исследования перемычек после технологических операций сверления и вальцевания взрывом показали, что металл на поверхности отверстия сильно наклепан (до 70%), предел текучести приближается к пределу прочности, коэффициенты относите льного удлинения и сужения уменьшаются вдвое.

В целом пластические свойства металла перемычек снизили сь примерно в 2 раза. Металл перфорированной зоны после вальцевания имел остаточную деформацию в среднем 0,5% (увеличение на 10-15 мм при начальной длине зоны 2000 мм). За счет сверления из коллектора удаляется 3 т металла и это также н е могло не сказаться на возникновении остаточных напряжений.

Исследования оказали возможность восстановления пласти ческих свойств металла перфорированной зоны после сверления и вальцовки взрывом, а также релаксации остаточных напряже ний за счет низкотемпературной термообработки с нагревом до 450 градусов С со скоростью 20°С/час, выдержке при этой температ уре в течение 20 часов и охлаждении со скоростью не более 20°С/час.

Узел заделки теплообменных трубок ПГВ-1000 в стенке коллектора

а-по первоначальной технологии б-после довальцовки Sê-фактическая толщина коллектора

Эффективность этой операции оценивается возможностью 130 повышения ресурса в 2,5-8 раз за счет увеличения циклической прочности наклепанного (при сверлении) слоя в ложе отверс тий и снижения остаточных напряжений (возникающих при изготов лении).

Низкотемпературная термообработка введена в качестве обязательной на ПГВ-1000, трубки в которых запрессованы взрывным методом, а также в случаях, когда коллекторы после сверления в отдельности не подвергались такой обработке.

Довальцовка трубок

Проектом предусматривалась довальцовка трубок полность ю по всей толщине стенки. Однако во избежание появления “раздутий” трубок при взрывном вальцевании за пределами коллектора допуск и на заряд и его фактическая установка оказались недовальцованными на глубину до 20 мм. Наличие недовальцованных щелей, как показали исследования темплетов, извлеченных из поврежд енных коллекторов, привело к негативным последствиям: интенсиф икации коррозионных процессов в щели и образованию зародышевых коррозионных трещин, захолаживанию наружного слоя вслед ствие интенсивного теплообмена в щели.

Для горячего коллектора эти процессы существенно замедлены вследствие “запаривания” щелей или их закупорки плотными продуктами коррозии, для холодного вероятно наличие воды (электролита) в щели в процессе эксплуатации, отложения в щели холодного коллектора рыхлые. Кроме того, вследствие недовальцовки наружный слой металла оказывается растянутым по отношению к остальной массе.

Оценки показывают, что устранение зон недовальцовки уменьшает повреждаемость коллектора в 1,5-3 раза только за счет снижения напряжений. Очевидна эффективность этого мероприятия также и за счет снижения или, может быть, исключения

электрохимической коррозии. Довальцовка трубок реализо вана для парогенераторов, изготовленных с использованием взрывн ой технологии развальцовки, которые еще не были введены в

эксплуатацию.

Для вновь изготовляемых парогенераторов технология гидровальцевания обеспечивает заделку трубок по всей то лщине стенки коллектора без недовальцованных зон.

Материал коллекторов

Исследования темплетов, вырезанных из поврежденных колл екторов, а также дополнительные стендовые и лабораторные исследо вания показали, что сталь 10ГН2МФА в условиях первоначально приня той технологии изготовления ПГВ-1000 деформационно стареет в области рабочей температуры холодного коллектора (290 градусов С), имеет склонность к питтингообразованию в щели и в услови ях электрохимического взаимодействия со сталью 08Х18Н10Т (трубки ПГ) - к коррозионному растрескиванию.

По оценкам вышеперечисленные мероприятия снижают повреждаемость материала коллекторов ПГ и для вновь изготовленных обеспечивают проектный ресурс. Однако, вме сте с тем, прорабатывается возможность замены стали 10ГН2МФА в колле кторе на другую. В частности, разработана конструкция ПГВ-1000 с коллекторами, центральная перфорированная часть которы х выполняется из хромоникелевой стали 08Х18Н10Т-ВД, расчетные оценки показывают, что повреждаемость такого коллектора уменьшается в 100-1000 раз по сравнению с коллектором из стали 10ГН2МФА.

Для обследования такого варианта вырезаны темплеты и исследованы образцы из перфорированных зон коллекторов одного