Материал: Маргулова Т.Х. Атомные электрические станции (1994 г., 5-е издание)

4.6. Особенности регенеративных систем турбины АЭС и тенденции их развития

В § 3.2 была показана целесообразность использования для турбин насыщенного пара промежуточных сепарации и перегрева между цилиндрами. В связи с этим в тепловой схеме возникают такие потоки, как сепарат из сепаратора и конденсаты греющих паров соответственно первой и второй ступеней промежуточного перегревателя. Теплота этих потоков должна быть использована в системе регенерации. Греющими средами для промежуточного пароперегревателя являются пар из первого отбора турбины (для первой ступени) и свежий пар (для второй ступени). Поэтому энтальпии греющих паров и их конденсатов не зависят от конкретных тепловых схем. Что же касается энтальпии сепаратора, то она зависит от разделительного давления, выбор которого рассмотрен в главе, посвященной паровым турбинам. Неоднозначно также и давление в деаэраторе, разделяющем тракты ПНД и ПВД (используются давления 0,7 и 1 МПа).

Подача сепарата и конденсатов греющих паров пароперегревателя может осуществляться в паровые объемы соответствующих но температурному уровню ПНД и ПВД или деаэратора. Теплота этих потоков учитывается в этом случае при расчете расходов отборного пара для рассматриваемого подогревателя или деаэратора. Учитывается также и увеличение расхода дренажа данного подогревателя и всего каскада, а потому и подачи дренажного насоса. Возможно и другое решение — закачка конденсата греющего пара промперегревателя непосредственно в питательный трубопровод после деаэратора одноконтурной АЭС. При этом потери от необратимости будут наименьшими. Недостаток такого решения — повышение концентрации кислорода в питательной воде, которое связано с сохранением в конденсате греющего пара промперегревателя всего кислорода, вынесенного паром из реактора. Это может неблагоприятно отразиться на коррозионной стойкости циркониевых сплавов. Поэтому предпочтительнее установка теплообменника на байпасе питательного трубопровода после деаэратора, с подачей дренажа этого теплообменника в последний ПНД.

Регенеративная система одноконтурной АЭС имеет дополнительные особенности в связи с радиоактивностью греющего пара. Радиоактивность подогревателей по тракту регенеративной системы турбины различна. Если для первого по ходу воды подогревателя уровень радиоактивности низок, то в последнем относительно высок. Греющий пар для последнего по ходу воды подогревателя отводится из начальных ступеней турбины, и концентрация его в корпусе подогревателя приводит к относительно высокой радиоактивности водяной емкости. Радиоактивность конденсата греющего пара выше, чем радиоактивность самого пара, так как массовое количество среды в водяном объеме подогревателя больше, чем в его паровом объеме и в ступени турбины.

Радиоактивность водяной емкости корпуса подогревателя, обогреваемого паром из начальных ступеней турбины, больше, чем водяного объема конденсатора, так как за время прохождения пара от входа в турбину до конденсатора радиоактивность пара спадает. При работе на радиоактивном паре подогреватели регенеративной системы турбины, сборники сепарата и конденсатов промежуточного перегревателя требуют биологической защиты.

Исследования конструкции, приведенной выше, и ряда других смешивающих ПНД, не оправдали возлагавшихся на них надежд, причем даже в отношении малых затрат металла — предлагалось много разного рода щитов для улучшения смешивания

67

конденсата и пара. В настоящее время тенденция ко внедрению смешивающих подогревателей себя изжила. В последние годы один из вакуумных ПНД (первый), а в некоторых случаях первые два последовательно располагаемых ПНД размещают в горловине конденсаторов.

Наметилась также тенденция отказа от аустенитной, то есть никельсодержащей, стали для ПНД одноконтурной АЭС. В данном случае оказалось более целесообразным и к тому же и более дешевым использовать для этих ПНД недавно созданную и уже вполне освоенную марганцевисто-ферритную сталь ОХ14МФ. Кроме отсутствия никеля и вольфрама преимущества этой стали — экономное легирование хромом, устойчивость к коррозии под напряжением, более высокая теплопроводность и меньшее относительное удлинение.

Г л а в а 5

ДЕАЭРАТОРНАЯ И ПИТАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКИ

5.1. Назначение деаэраторной установки

На тракте от конденсатора до парогенератора двухконтур-ной АЭС (или реактора одноконтурной АЭС) происходят не только теплофизические, но и физико-химические преобразования рабочей среды. Если первые являются результатом процессов теплообмена, то вторые еще и результатом взаимодействия среды с конструкционными материалами. В результате коррозии этих материалов среда загрязняется оксидами металлов, обладающими весьма малой растворимостью и потому способными создавать твердые отложения. Для уменьшения этих отложений применяют коррозионно-стойкие материалы (см. § 4.5), а в дополнение к этому в тракте обеспечивают такие физикохимические характеристики среды, при которых проявляется максимальная стойкость против коррозии.

Рассмотрим физико-химические процессы на конденсатно-питательном тракте двухконтуриой АЭС с деаэратором (рис. 5.1 а). Современные нормы технологического проектирования предписывают обязательную установку 100%-ной очистки конденсата после конденсатора не только для одноконтурной, но и для двухконтуриой АЭС. Для того, чтобы фильтры конденсатоочистки работали при низком давлении, устанавливают последовательно (до и после конденсатоочистки) два конденсатных насоса: КН-1 преодолевает суммарное сопротивление тракта до конденсатоочистки и ее фильтров и создает подпор для КН-II, который преодолевает суммарное сопротивление всех ПНД и ОД и обеспечивает давление в деаэраторе 1. Из деаэратора питательная вода, догретая до температуры кипения, отвечающей давлению в деаэраторе, питательным насосом (ПН) прокачивается через все ПВД и подается в парогенератор.

Вакуум в конденсаторе способствует проникновению в его паровой объем некоторого количества воздуха. Специальными устройствами (см. § 8.2) этот воздух в бо́льшей своей части удаляется из конденсатора. Однако некоторое количество воздуха и, главное, содержащегося в нем кислорода, все же

68

Рис. 5.1. Конденсатно-питательный тракт АЭС с реактором ВВЭР-1000 с деаэратором (а) и без него (б):

1 — деаэратор; 2 — ПНД; 3 — ОД; 4 — КН-II; 5 — конденсатоочистка; 6 — KH-I; 07 — конденсатор; 8 — ДН; 9

— ПН; 10 — ПВД; 11 — парогенератор; 12 — возврат очищенной продувочной воды; 13 — вода парогенератора, направляемая на очистку

остается в конденсаторе, так как при низкой температуре растворимость кислорода в воде высока (рис. 5.2, кривая I). Установлено влияние кислорода на протекание коррозионных процессов, проявляющееся по-разному в зависимости от чистоты воды. Так, в водах высокой чистоты, обычно характеризуемой значением удельной электропроводности к = 0,1 ÷ 0,2 мкСм/см, действие кислорода оказывается положительным — на поверхности сталей создается оксидная пленка, хорошо сцепленная с металлом и защищающая его от коррозии. Если же вода имеет более высокую к, то кислород интенсифицирует коррозию и от него в таких условиях надо освобождаться.

Теплообменная поверхность конденсатора 7 работает в условиях перепада давления. По паровой стороне поддерживается вакуум, а давление охлаждающей воды должно быть достаточным для преодоления суммарного сопротивления тракта охлаждающей воды до и после конденсатора и трубной

69

Рис. 5.2. Зависимость парциальных давлений воздуха, кислорода и водяных паров и растворимости кислорода от температуры воды при атмосферном давлении:

1 — содержание кислорода в воде; 2, 3, 4 — парциальные давления соответственно водяных паров, кислорода и воздуха

поверхности конденсатора. В связи с этим давление охлаждающей воды на входе в конденсатор составляет обычно около 0,2 МПа, что создает перепад давления по обеим сторонам трубок, доходящий практически до 0,3 МПа. Наличие этого перепада вызывает незначительный переток охлаждающей воды в конденсирующийся пар. Связанное с этим появление в конденсаторе хлоридов, бикарбонатов, карбонатов и кремниевой кислоты увеличивает к. Конденсатоочистка задерживает все эти примеси, и в конденсатнопитательный тракт поступает вода высокой чистоты. В таких условиях включение в конденсатно-питательный тракт специального элемента — деаэратора, имеющего своим назначением удаление неконденсирующихся газов, не имеет обоснования и вполне можно перейти к бездеаэраторной схеме (рис. 5.1б). Как будет показано далее, это удешевляет оборудование и строительные конструкции.

Существует, однако, большое число ранее сооруженных блоков двухконтурной АЭС, не имеющих конденсатоочистки. В этих случаях следует освобождаться от кислорода, причем в основном перед ПВД, которые выполнены из сталей, подверженных кислородной коррозии, то есть установка деаэратора становится целесообразной.

Кроме того, некоторые из естественных примесей, поступивших с присосом охлаждающей воды в конденсатор, способны подвергаться разложению в условиях повышенной температуры. Так, бикарбонаты разлагаются с образованием карбонатов и свободной углекислоты:

Углекислота является коррозионно-агрессивным агентом, особенно по отношению к углеродистым сталям, из которых выполнены ПВД. Поэтому необходимо ее удаление до поступления воды в тракт ПВД. В этом главная причина необходимости установки деаэратора при отсутствии конденсатоочистки.

Рассмотрим теперь конденсатно-питательный тракт одноконтурной АЭС, для которой установка 100%-ной конденсатоочистки всегда была обязательной. В воду реактора, а потому и в выдаваемый им насыщенный пар, в результате диффузионного

70

проникновения через оболочку твэлов или в связи с частичной разгерметизацией незначительного количества твэлов могут поступать газообразные продукты деления. Кроме того, в воде реактора под воздействием нейтронного потока протекает радиолиз воды с образованием атомарного водорода, молекулярного кислорода и в меньшей степени пероксида водорода и ряда других соединений. Водород и кислород интенсивно переходят в насыщенный пар. Отвод пара из реактора способствует непрерывному протеканию интенсивного радиолиза. Таким образом, пар, поступающий на турбину, несет с собой неконденсирующиеся газы. Это относится, естественно, и к греющим парам, направляемым в регенеративную систему. При конденсации греющего пара неконденсирующиеся газы в значительной мере удаляются из паровых объемов подогревателей, что особенно важно для одноконтурных АЭС в отношении водорода и кислорода, могущих образовывать гремучую смесь. Непрерывное их выделение и сброс в конденсатор для последующего контактного сжигания водорода — обязательное условие надежности работы одноконтурной АЭС. Поэтому установка деаэратора для одноконтурной АЭС целесообразна, несмотря на наличие конденсатоочистки.

5.2.Основы термической деаэрации

иее схемное и конструктивное оформление

На АЭС, так же как и на современной ТЭС, осуществляется термическая деаэрация. Общая схема деаэраторной установки представлена на рис. 5.3. В ее состав входят деаэраторная

Рис. 5.3. Общая схема деаэраторной установки:

а — с охладителем выпара; б — без охладителя выпара; 1 — греющий пар из отбора турбины; 2 — резервная подача греющего пара (от БРОУ); 3 — деаэраторный бак; 4

— деаэраторная колонка; 5 — отвод выпара; 6 — сброс газов; 7 — охладитель выпара; 8 — подача основного конденсата минуя ПНД; 9 — отвод конденсата выпара; 10 — подача основного конденсата после ПНД; 11 — к питательному насосу; 12 — на эжекторы конденсатора

колонка (одна, или чаще две) и связанные с ней охладитель выпара и деаэраторный бак. Деаэраторая колонка является одновременно подогревателем смешивающего типа, в котором имеет место не только подогрев основного потока конденсата за счет отборного пара турбины, но и его соединение с некоторыми другими потоками и прежде всего с дренажами ПВД. В охладителе выпара пар из парогазовой смеси конденсируется со сбросом неконденсирующихся газов в конденсатор для последующего удаления и возвратом конденсата пара в регенеративную систему. Отличие деаэраторной колонки от обычного смешивающего подогревателя заключается в массовом расходе греющего пара.

71