Balakovskaya - Основное оборудование РО

111

магнитную цепь очередной катушки, и напряжение на выходе этой катушки увеличивается.

Выходной сигнал, снимаемый с катушек, поступает далее на п анель ПКУ (контроля и управления) в систему контроля положения о ргана СУЗ (СКП), где осуществляется обработка сигнала, кодирован ие и выдача информации на БИГ (блок грубой индикации), расположенный на БЩУ.

Таким образом осуществляется грубая индикация положени я ОР через каждые 10% высоты активной зоны, а также на нижних и верхних конечных положениях. Переключение знака индикац ии на БИГ происходит в момент пересечения срезом шунта штанги очередной зоны (замыкания или размыкания цепей катушек).

Точная индикация (с точностью до 1% высоты активной зоны) осуществляется посредством подсчета шагов передвижения штанги. Один шаг перемещения штанги равен 20 мм. Пересчет шагов в точную индикацию осуществляется в специальном модуле сл ожения пилообразного напряжения, поступающего с панели силовог о управления (ПСУ). Каждое деление на БИТе (блоке точной индикации) соответствует определенному напряжению на вы ходе модуля, и при достижении его значения происходит смена зн ака индикации на БИТе. Корректировка точной индикации осуществляется при достижении зоны срезом шунта штанги. П ри этом происходит обнуление знака точной индикации.

Кроме грубой и точной индикации на БЩУ, сигнал о нахождени и ОР в зонах и в конечных положениях подается в СВРК, в цепи образования сигнала ПЗ-2, а также в систему группового и индивидуального управления СГИУ для организации смены к ода группы.

Принцип действия привода ШЭМ основан на возвратнопоступательном перемещении полюсов электромагнитов тян ущего блока, расположенного внутри плотного чехла. При прямом х оде штанга, находящаяся внутри плотного чехла и соединенная с органом регулирования, перемещается магнитным полем тян ущего электромагнита дискретными шагами по 20 мм, а фиксирующая защелка при этом удерживает штангу между перемещениями.

При возвратном перемещении полюса тянущего электромагн ита штанга удерживается специальной защелкой, управляемой электромагнитом фиксирующего узла. Фиксирующий узел так же служит для удержания штанги в требуемом неподвижном положении. Режим перемещения привода обеспечивается под ачей фиксирующих импульсов тока, коммутируемых в определенно й последовательности в схеме управления привода, в результ ате чего связанные с неподвижными полюсами запирающая защелка перемещает штангу, а фиксирующая удерживает ее между перемещениями. Полный ход привода - 3500 миллиметров.

При срабатывании аварийной защиты опускание органа СУЗ в нижнее положение происходит самоходом за время 3-4 секунды под действием веса штанги привода и пучка ПЭЛ (их общий вес 35 кг ) из-за принудительного обесточивания привода СУЗ. После обесточивания электромагнитов поступательно движущаяс я штанга с кластером разгоняется до равновесной скорости и проходи т основную часть пути с этой скоростью.

Дойдя до нижнего положения, штанга через траверсу кластер ов ударяется в опорную поверхность головки кассеты, после че го штанги и стержни кластера продолжают свое движение, испытывая пр и этом торможение пружинными демпферами. В результате этого дви жение приобретает быстрозатухающий колебательный характер. С корости штанги в момент удара траверсы о кассету составляют V = 2 м/с п ри отсутствии перепада давления и V = 1,71 м/с при номинальном перепаде на активной зоне. Текущие перегрузки, действующи е на штангу в процессе демпфирования и отскока, не превышают m = 6,1, а на стержни кластера - не более m = 16-14.

Узлы привода, кроме блока электромагнитов и наружной част и датчика полоположения рассчитаны на работу в воде 1 конту ра при до P 180 кгс/см2 è T äî 325 0Ñ.

Конструкция привода ШЭМ предотвращает выброс кластера п ри разрыве плотного чехла и патрубка крышки реактора. Так ка к

112

защелки штанги находятся под крышкой реактора, то при теч и чехла или патрубка крышки штанга не может всплыть даже при обесточенных магнитах, потому что под действием возникаю щего при этом перепада давления мгновенно всплывает фиксирующий блок, который вводит защелки в зацепление со штангой. Это исклю чает необходимость применения специального элемента в конст рукции привода для удержания штанги.

Единичное повреждение чехла привода не влияет на работоспособность остальных приводов ввиду того, что пер емещение чехла при разрыве ограничено траверсой ВБ, что приводы на ВБ размещены в шестигранных трубах и что электрооборудован ие привода выполнено в герметическом исполнении.

114

Цели обучения

По окончании изучения данного материала обучаемые будут способны:

1.Кратко описать основные свойства воды и конструкционны х материалов, влияющие на конструкцию и работу ПГ для ВВЭР.

2.Объяснить развитие конструкций ПГ для реакторов семейс тва ВВЭР.

3.Сформулировать назначение ПГ в технологической схеме Р У с ВВЭР-1000 проекта В-320.

4.Нарисовать упрощенную схему включения ПГ в технологиче ской схеме РУ с ВВЭР-1000 проекта В-320.

5.Описать устройство и основные технические характеристи ки парогенератора ÏÃÂ-1000.

6.Описать основные недостатки, выявленные в процессе эксп луатации ПГВ-1000 и методы повышения надежности их работы.

Объяснить назначение, упрощенное устройство и основы эксплуатации парогенератора ПГВ-1000 на АЭС с ВВЭР-1000 (РУ В-320).

115

Парогенератор ПГВ1000 для АЭС с ВВЭР-1000

Основные свойства теплоносителя и конструкционных материалов, влияющие на разработку и эксплуатацию ПГ

Конструкционное оформление теплообменников - ПГ АЭС - во многом определяется свойствами теплоносителей и примен яемых при изготовлении материалов. Как мы уже знаем, в качестве теплоносителя в семействе реакторов типа ВВЭР используе тся вода. Ниже коротко рассматриваются теплофизические и физикохимические свойства воды, оказывающие влияние на констру кцию и работу ПГ для ВВЭР, а также некоторые вопросы коррозии мет алла ПГ.

Обычная вода - наиболее дешевый и распространенный теплоноситель. Сочетание ее физических и теплофизических свойств (плотность, теплопроводность, вязкость, теплоемкость), опр еделяющих интенсивность теплообмена и расход теплоносителя, весьм а благоприятно.

Коэффициенты теплоотдачи для воды достигают больших зна чений при относительно малых скоростях и резко увеличиваются с их ростом. Так, если при скорости воды около 0,3 м/сек коэффициен т теплоотдачи примерно равен 2 ·103 ÂÒ/(ì2 ·К), то при скорости 5 м/ сек он увеличивается до 20 ·103 ÂÒ/(ì2 ·К). Благодаря высокой теплоемкости, малой вязкости и большой плотности затраты на перекачку воды по контуру невелики.

К положительным свойствам воды относятся также хорошая устойчивость ее по отношению к ионизирующему излучению и практически невысокая склонность к активации. Из недоста тков воды, в первую очередь, следует иметь в виду самый серьезный - выс окое давление ее насыщенного пара, которое, к тому же, быстро рас тет с повышением температуры. Так, при давлении 1 кгс/см2 температура насыщения 99,6 0Ñ, à ïðè 221,1 êãñ/ñì2 только 374,1 0С. Таким образом, при увеличении давления более, чем в 200 раз, температура насыщенного пара повышается всего в три раза.

Температурный уровень отвода тепла из реактора типа ВВЭР невысок. В связи с этим невысоки и параметры рабочего пара (Р и t), вырабатываемого ПГ, обогреваемыми водой под давлением.

Определенным недостатком воды как теплоносителя являет ся зависимость ее плотности от температуры (влияние давлени я на плотность мало), существенно увеличивающаяся с ростом температуры. Например, при давлении 100 кгс/см2 и изменении температуры от 250 до 300 0С, удельный объем воды увеличивается на 11%. При разогреве реактора ВВЭР-1000 с холодного (t 1 к < 70 0С) до горячего (t 1 к = 280 0С) состояния плотность теплоносителя 1 к уменьшается на 30%. Это обстоятельство делает необходимым установку в 1 контуре специального компенсирующего объем а (так называемый компенсатор объема или компенсатор давления ).

Вода - хороший растворитель и это свойство значительно ус ложняет водоподготовительные установки, которые должны очищать воду не только от взвешенных и коллоидных частиц, но и от растворе нных.

Наличие в воде первого контура растворенных примесей при водит к повышению ее радиоактивности за счет возникновения долгоживущих нуклидов. Выпадение активных веществ из реа ктора в контуре делает его (а в том числе и ПГ) труднодоступным для ремонта и ревизии.

Вода - весьма коррозионно-активное вещество. Интенсивност ь коррозионных процессов при омывании водой различных конструкционных материалов зависит от температуры, нали чия в воде свободных ионов водорода (рН) и некоторых других факторов . Как

116

пример можно привести факт выхода из строя парогенератор ов Южно-Украинской АЭС, отработавших всего 7 тысяч часов (292 сут ок) при самых низких Рн продувочной воды ПГ.

Коррозионные процессы, даже если они протекают с небольши ми скоростями, загрязняют воду как растворенными, так и твер дыми частицами, которые активируются в реакторе. Продукты корр озии, как правило, содержат элементы, нейтронное облучение которых приводит к возникновению долгоживущих радиоактивных нуклидов.

Ниже будет указано, что основным конструкционным материа лом поверхностей нагрева ПГ для ВВЭР является в настоящее вре мя аустенитная нержавеющая сталь. Эта сталь обладает очень в ысокой общей коррозионной стойкостью при наличии в воде любых примесей. Допустимое значение Рн воды для нее лежит в широ ком диапазоне: от 3 до 12.

Однако аустенитные нержавеющие стали склонны к таким специфическим видам коррозии, как щелочная хрупкость, щел евая коррозия и, особенно, коррозия под напряжением (коррозион ное растрескивание). Коррозионные разрушения из-за щелочной хрупкости этих сталей имеют те же причины и тот же характе р, что и для углеродистых сталей, в особенности они проявляются пр и наличии в металле остаточных напряжений.

Щелевая коррозия развивается в деталях, выполненных из аустенитных сталей при наличии в воде заметного количест ва кислорода. Основным недостатком аустенитных нержавеющи х сталей, как конструкционного материала поверхностей нагрева ПГ , является их склонность к коррозионному растрескиванию, которое ве роятно в местах остаточного напряжения, возникающего при изготов лении поверхностей нагрева и их деталей. Остаточные напряжения присутствуют в рассматриваемой нами конструкции ПГ для В ВЭР1000 вследствие развальцовки теплообменных труб в стенке коллекторов методом взрыва.

Коррозионное растрескивание возникает и развивается пр и воздействии на напряженный металл водной среды, содержащ ей кислород и хлориды. При этом следует иметь в виду более существенное влияние кислорода, а наличие хлоридов при эт ом резко интенсифицирует процесс. В связи с тим их содержание жест ко ограничивается нормами водно-химического режима 1-го и 2-го контуров.

К усилению коррозионных процессов ведет также и повышени е концентрации водородных ионов. Особенно это неблагоприя тно сказывается для углеродистых сталей (из которых и изгота вливаются корпусы и коллекторы ПГ для ВВЭР), для них благоприятными б удут Рн 8. С целью снижения коррозии оборудования 2-го контура ведется водно-химический режим со значением рН, обеспечив ающим непревышение допустимых концентраций ионов Н+.

Также неблагоприятными являются роли хлоридов и нитридо в, которые заключаются в том, что первые также активно разру шают защитные окисные пленки на поверхности металла, а вторые являются хорошими окислителями.

Создание парогенераторов большой единичной мощности в транспортабельном исполнении связано с необходимостью размещения значительной теплопередающей поверхности и создания необходимого сепарационного объема в одном кор пусе.

Применение для этих целей широко известных корпусных углеродистых сталей при значительном диаметре корпуса П Г и повышенных параметрах генерируемого пара превратило бы корпус ПГ в уникальный сосуд высокого давления, имеющий значител ьные толщины стенок (до 220 мм) и массу (до 250 т). Для снижения массы и габаритов корпуса ПГ для ВВЭР-1000 в качестве конструкцион ного материала применена высокопрочная низколегированная ст аль перлитного класса марки 10ГН2МФА.

Параметры теплоносителя 1 контура ВВЭР-1000 обусловили необходимость применения в конструкции коллекторов теплоносителя сталей с высокими механическими характер истиками. В целях унификации изделий по применяемым материалам для коллекторов теплоносителя принята та же сталь, что и для к орпуса ПГ. Для надежной обварки концов труб внутренняя поверхность

117

коллектора плакирована антикоррозионной аустенитной на плавкой (1-й слой - ЗИО-8, 2-й слой - ЭА 898/31Б).

Коллектор пара и система питательной воды ПГВ-1000 изготавливаются из конструкционной углеродистой стали марки 20. Указанная сталь обладает высокой пластичностью, широко применяется в изготовлении теплообменной аппаратуры, работающей под давлением до 160 кгс/см2 при температуре до 450 0С, технологична, сваривается всеми видами сварки.

В связи с жесткими нормами содержания продуктов коррозии в воде 1-го контура для изготовления трубок поверхности теп лообмена применена хромо-никелевая сталь аустенитного класса 08Х18Н 10Т. Эта сталь обладает высокой общей коррозионной стойкость ю, технологична, хорошо сваривается. Однако, как уже указыва лось, аустенитные стали этого класса склонны к таким специфиче ским видам коррозии, как щелочная хрупкость, щелевая коррозия и, особенно, коррозия под напряжением (коррозионное растрескивание).

Развитие конструкций ПГ для АЭС с ВВЭР-1000

Производство рабочего пара на АЭС осуществляется или в яд ерных реакторах (одноконтурные реакторы), или в специальных теплообменных установках (ПГ в двухконтурных схемах). ПГ А ЭС с ВВЭР представляет собой единичный тепловой аппарат. В нем осуществляется передача тепла, отводимого из активной зо ны реактора охлаждающей средой, направляемой в поверхности нагрева ПГ. Парогенератор, наряду с реактором, главным циркуляционным насосом и турбогенератором, относится к основному оборудованию АЭС.

Cоединения элементов и деталей ПГ должны обеспечивать пло тность, исключающую возможность перетечек из одного контура в др угой. Протечки теплоносителя во 2-й контур выше регламентных пр еделов (5 дм3/час для ВВЭР-1000) недопустимы, так как 2-й контур не имеет биологической защиты и связан с окружающей средой. Попада ние рабочего тела 2-го контура в первый (например, при гидроиспытаниях 2-го контура) может привести, из-за снижени я концентрации борной кислоты в теплоносителе 1 контура, к я дерноопасному режиму эксплуатации реакторной установки.

Развитие конструкций ПГ для АЭС с ВВЭР шло по линии разраб отки однокорпусных горизонтальных вариантов с погруженной поверхностью теплообмена и встроенными паросепарационн ыми устройствами. На 1 блоке Нововоронежской АЭС типа ВВЭР-210 с 1964 года эксплуатировались 6 парогенераторов производительностью 230 т/час пара каждый.

На 2 блоке НВ АЭС типа ВВЭР-365 эксплуатировались 8 парогенераторов производительностью 325 т/час пара каждый , не отличающиеся по размерам и конструктивному исполнению о т парогенераторов 1 блока этой же АЭС.

Конструкция этих парогенераторов представлена на рисун ке. Подогрев питательной воды до ts, производство, сепарация и с ушка рабочего пара осуществляются в одном корпусе. Горизонтал ьный корпус диаметром 3 м и длиной 12,5 м, выполненный из перлитной стали, состоит из цилиндрической обечайки и эллиптически х днищ. По высоте он делится на две части. Верхняя предназначена сепарации пара, а нижняя - для размещения поверхности теплообмена, которая выполнена из нержавеющих труб 21 х 1,5 мм максимальной длиной 12 м. Входные и выходные концы труб

завальцованы с подваркой в вертикальные коллекторы. Колл екторы и узлы их ввода в корпус - сложные инженерные конструкции. Коллекторы внутренним диаметром 750 и толщиной 75 мм выполнялись из стали 12Х18Н9Т и имели 2074 отверстия под теплообменные трубы. В корпус они вводились через штуцера диаметром 1040 мм. Между стенками коллекторов и штуцерами предусматривалась водяная рубашка.

Опыт эксплуатации ПГ первого и второго блоков НВ АЭС пока зал, что принятые конструкционные решения обеспечили надежн ую работу при всех осуществляющихся режимах.Поэтому при проектировании ПГ для более мощных модификаций реакторо в ВВЭР эти решения практически были полностью сохранены.

1-штуцера дренажа и воздушника

2-входной коллектор 1 контура

3-корпус ПГ

4-штуцера уровнемеров

5-жалюзийный сепаратор

6-паровой коллектор

7-поверхность теплообмена

8-выходной коллектор 1 контура

119 АЭС НВ блока 3 Парогенераторы 440-ВВЭР типа

План гермооболочки на отметке 28.8

1-горячий коллектор 1 контура

2-холодный коллектор 1 контура

120

У парогенераторов реакторных установок, начиная с ВВЭР-440 л юки на коллекторах 1 контура для осмотра и ремонта узла заделк и трубного пучка были перекомпонованы и расположены сверх у. Они обслуживаются сверху из центрального зала здания реакто рного отделения. Такое решение позволило значительно сократит ь размеры ПГ, но усложнило конструкцию корпуса ПГ (за счет дополните льных фланцевых разъемов на корпусе).

При разработке парогенераторов реакторной установки ВВЭР-1000 были рассмотрены различные варианты конструкций и технологических схем, включая вертикальный парогенерат ор. Однако для изготовления и внедрения в проект РУ был принят также тип горизонтального ПГ, несмотря на несколько лучшие компоно вочные решения по зданию РО при вертикальном типе парогенератор ов.

Конструктивно парогенераторы ПГВ-1000 повторяют парогенер аторы для реакторов ВВЭР-440, но отличаются от них существенным увеличением внутреннего диаметра корпуса (4000 мм вместо 3200 для ВВЭР-440), уменьшением диаметра теплообменных труб ( 16 х 1,5 вместо 21 х 1,5 для ВВЭР-440), увеличением числа теплообменных труб до 11 тыс. штук, более эффективными сепарационными устройствами.

Первоначально для парогенераторов ПГВ-1000 как и для всех остальных ПГ реакторов семейства ВВЭР заделка теплообме нных труб в трубные коллекторы производилась завальцовкой на всю толщину коллектора с использованием энергии взрывчатых веществ и последующей обваркой торца труб с коллектором.

Конструкция парогенераторов ПГВ-1000

ПГВ-1000 предназначен для выработки насыщенного пара давлением 64 кгс/см2 с влажностью 0,2% при температуре 220 0Ñ (â

режиме без ПВД 164 ± 4) в составе энергоблока АЭС с водоводяны м энергетическим реактором ВВЭР-1000 и являются составной час тью циркуляционного контура.

Парогенератор - горизонтальный, однокорпусный, с погружен ной в воду 2 контура трубчатой поверхностью теплообмена и встро енными паросепарационными устройствами, системой раздачи пита тельной воды, паровым коллектором, с погруженным дырчатым листом, системой раздачи аварийной питательной воды.