Balakovskaya - Вспомогательные системы РО

161

Эксплуатация системы продувки ПГ

Продувка ПГ подразделяется на непрерывную и периодическ ую. Соответственно имеются коллекторы непрерывной продувки ПГ с арматурой RY10S13 и периодической продувки с арматурой RY10S06.

При непрерывной продувке парогенераторов (в стационарны х режимах) производится отбор котловой воды из солевых отс еков и из днищ и карманов коллекторов каждого ПГ открытием следу ющей арматуры: RY11-14S05 и RY11-14S10, RY10S13. Расход из солевых отсеков каждого ПГ замеряется расходомерными шайбами RY1114F01 и равняется 5 тонн/час. Расход из днищ и карманов коллекторов каждого ПГ замеряется расходомерными шайба ми RY11-14F02 и равняется 2,5 тонн/час. Суммарный расход непрерывной продувки одного (каждого) ПГ составляет 7,5 тон н/час.

При периодической продувке ПГ производится отбор котлов ой воды из солевых отсеков и из днищ и карманов коллекторов ПГ открытием следующей арматуры: RY21-24S01 и RY21-24S02, RY10S06 соответственно. Расход из солевых отсеков замеряется расходомерными шайбами RY21-24F01. Расход из днищ и карманов коллекторов замеряется расходомерными шайбами RY21-24F02. Суммарный расход периодической продувки одного ПГ равня ется 30 тонн/час.

Характерные

инциденты, происходившие при эксплуатации систем продувки ПГ на АЭС

События, происходившие 1986-88 годах на Балаковской АЭС

В ходе эксплуатации энергоблока N01 Балаковской АЭС

в 1986-88 годах на трубопроводах продувки парогенераторов ста ли образовываться паровые свищи. Свищи образовывались, в осн овном, на выходных участках дроссельных шайб RY11-14E01 и в местах гибов трубопроводов.

При проведении в период ППР 1987 года расширенного обследования трубопроводов продувки парогенераторов энергоблока N01 было обнаружено значительное утончение стенок трубопроводов продувки, увеличение (размытие) отверстий дроссельных шайб RY11-14E01, размытие затворов и корпусов арматуры RY11-14S05,10, RY21-24S01,02.

После обобщения результатов был сделан вывод, что указанн ая проблема относится к недостаткам проекта. Дело том, что по первоначальному проекту все трубопроводы продувки ПГ выполнялись из стали 20 (или 20К). Оказалось, что при характерн ых для продувки ПГ скоростей потока и солевого состава проду вочной воды указанные выше материалы подвержены интенсивному коррозионно-эрозионному износу. В связи с этим на блоках N03,4 была произведена корректировка проекта с заменой матери ала части трубопроводов продувки ПГ на нержавеющую сталь, а н а блоках N01,2 участки трубопроводов продувки ПГ были заменены на нержавеющие по отдельному техническому решению.

162

Событие, происшедшее 23 мая 1995 года на Балаковской АЭС

23 мая 1995 года энергоблок 3 Балаковской АЭС находился в текущем ремонте. Согласно ведомости ремонтных работ и зад ания штаба ремонта от 20.03.1995 производился радиографический контроль композитных сварных соединений системы продув ки ПГ. В ходе радиографического контроля выявлены дефекты компо зитных сварных швов N14,29,47,57 продувки ПГ. Согласно технического решения N3/381э-РЦ была вырезана катушка 200 мм приварки отвода из стали 20 к нержавеющему трубопроводу ф89х6 мм продувки ПГ для металлографического исследования. При проведении исследования вырезанной катушки лабораторие й ОДМиТК был подтвержден коррозионно-эрозионный характер повреждение композитного сварного стыка. Сварные стыки б ыли отремонтированы.

Нужно отметить, что приведенное здесь событие не является единичным, скорее его можно назвать массовым. Например, предшествующим аналогичным нарушением было появление с вища на композитном сварном соединении N16 приварки трубопрово да непрерывной продувки диаметром ф28х3 мм к штуцеру 3ПГ-4 от 16.05.94 года. Дело том, что по первоначальному проекту все трубопроводы продувки ПГ выполнялись из стали 20, оборудов ание системы продувки ПГ - стали 20 и стали 20К, а штуцера парогенераторов - также из конструкционной стали. Впосле дствии часть трубопроводов продувки ПГ была заменена на нержаве ющие, что привело к появлению композитных стыков.

Событие, происшедшее 18 октября 1994 года на Калининской АЭС

24 сентября 1994 года энергоблок 1 Калининской АЭС был включен в сеть после окончания планового ремонта продолжительнос тью 118,2 суток. После пуска энергоблока образовался свищ по композ итному стыку приварки трубопровода продувки ПГ-2 ф89х6 (сталь 20) к переходу 100х80 из нержавеющей стали. 15.10.94 принято решение об аварийном останове блока N1 из-за свища на трубопроводе

продувки ПГ-2.

В процессе устранения замечания по трубопроводу продувк и с ПГ-2 были также обнаружены и устранены замечания по:

композитному стыку приварки перехода 20х32 (08Х18Н10Т) к штуцеру ПГ-4 (сталь 22к) продувки из “солевого” отсека; композитному стыку приварки трубопровода продувки ПГ-4 ф89х6 (сталь 20) к переходу 100х80 из нержавеющей стали; композитному стыку приварки трубопровода продувки ПГ-3 ф89х6 (сталь 20) к переходу 100х80 из нержавеющей стали.

Событие, происшедшее c 6 по 27 июля 1997 года на Южно-Украинской АЭС

06.07.97 на энергоблоке 1 Южно-Украинской АЭС при проведении гидравлических испытаний 1 контура на прочность после дос тижения давления в 1 контуре 220 кгс/см2 зафиксировано его снижение. Последующий химический анализ выявил наличие борной кис лоты в продувочной воде ПГ-3, в связи с чем начато снижение давлени я в 1 и 2 контурах, а также дренирование ПГ-3 по 2 контуру. Контроль плотности трубок ПГ-3 “аквариумно-пузырьковым методом” обнаружил дефектную трубку в нижнем ряду трубного пучка с координатой 21-107-II.

22.07.97 энергоблок включен в сеть. 23.07.97 мощность энергоблока повышена до 965 МВт (эл). 24.07.97 зафиксирована величина протечки теплоносителя 1 контура в ПГ-1 и ПГ-2 соответственн о 0,17 и 0,33 кг/час, а 25.07.97 величина протечки теплоносителя 1 контура в ПГ-1 и ПГ-2 увеличилась, соответственно, до 1,47 и 2,41 кг/час. В связи с этим 26.07.97 энергоблок отключен от сети и начато расхолаживание РУ. При контроле плотности трубок ПГ “аква риумнопузырьковым методом” в ПГ-1, ПГ-2, и ПГ-4 выявлены, соответстве нно, 4,16 и 1 дефектные трубки, которые в основном располагались в нижних рядах трубных пучков. Вихретоковым методом (ВТК) проконтролировано 158 трубок ПГ-2, при этом выявлено 40 трубок

(ряды 96-105) с нехваткой материала стенок более 70%, которые были заглушены.

163

Непосредственной причиной события была признана корроз ия металла трубок со стороны второго контура. К моменту рассматриваемого останова наработка введенных в работу в 19891991 гг. ПГ-1-4 энергоблока N01 ЮУАЭС составила, соответственно, 45881, 45881, 40525 и 33808 часов. В течение указанного периода эксплуатации ПГ-1-4 во 2 контуре данного энергоблока, как и др угих АЭС с ВВЭР-1000, поддерживался гидразин-аммиачный ВХР соглас но введенных в 1990 г. “Временных норм ВХР второго контура АЭС с ВВЭР”.

Данный ВХР обуславливает не только интенсивный эрозионн о- коррозионный износ углеродистых сталей (ПВД, СПП, паропро воды и трубопроводы питательной воды и конденсата регенератив ной системы), но и повышенную скорость коррозии медного сплав а МНЖ-5-1 трубных систем конденсаторов и ПНД. В результате происходит интенсивный рост отложений и накопление шлам а продуктов коррозии в парогенераторах. В слое отложений и шлама продуктов коррозии при упаривании происходит резкое концентрирование (не менее чем в 1000 раз по сравнению с исход ной котловой водой) коррозионно-агрессивных загрязнений (су льфатионов и хлорид-ионов), что приводило к растравливанию защи тной окисной пленки и развитию язвенной коррозии коллекторов и коррозионному растрескиванию теплообменных трубок.

Наибольшая интенсивность коррозионных процессов наблюд алась в локальных участках внутри ПГВ-1000М. Развитию коррозионного растрескивания теплообменных трубок под дистанционирую щими решетками способствовало концентрировании коррозионно - активных загрязнений в слое отложений и повышенные напря жения. Результаты расследования массовых коррозионных поврежд ений трубок ПГ-1,3,4 показали возможность развития интенсивной язвенной коррозии теплообменных трубок ПГВ-1000М из аустени тной стали марки 08Х18Н10Т под слоем шлама продуктов коррозии в локальном участке нижних рядов между 2-4 дистанционирующи ми решетками от “горячего” коллектора в сторону “холодного ” днища. Последующие наблюдения на других АЭС с реакторами ВВЭР-1000 подтвердили наличие локальных зон скопления коррозионн ого шлама на днищах ПГ.

Согласно результатам специальных исследований, условия ми предотвращения массовых коррозионных повреждений трубо к ПГВ1000М в локальных зонах скопления коррозионного шлама на дни ще являются:

регулярные эффективные химические отмывки ПГ по 2 контуру , выполняемые на основании результатов как ежегодных осмотров рядов трубок и днищ, так и систематического контроля поступления продуктов коррозии в ПГ по данным химконтроля; снижение поступления в ПГ продуктов коррозии медных

сплавов, интенсифицирующих электрохимическую коррозию аустенитной стали; систематическое ограничение поступления с питательной

водой и накопления в котловой воде коррозионноагрессивных загрязнений (включая сульфат-ион и хлоридион), причем для контроля накопления в котловой воде коррозионно-агрессивных загрязнений должны использоват ься представительные пробы продувочной воды из участков концентрирования коррозионно-агрессивных загрязнений; поддержание нейтрального или слабощелочного молярного соотношения компонентов в котловой воде ПГ.

C 11.06.97 года на АЭС с ВВЭР-1000 России, согласно Техническому решению концерна “Росэнергоатом” N6-1-16/880 от 11.03.97 введено нормирование качества продувочной воды ПГ, отбираемой из организованных при реконструкции систем водопитания и продувки ПГВ-1000М в 1991-1993 гг. “солевых” отсеков. Следует отметить, что проведенная в 1991-1993 гг. для ПГВ-1000М реконструкции систем водопитания и продувки привела к значительному перераспределению коррозионно-агрессивн ых

загрязнений внутри объема ПГ. В результате этого использо вавшийся в течение ряда лет на АЭС для контроля критических показа телей отбор пробы продувочной воды с днищ ПГ оказался непредставительным для оценки коррозионной агрессивнос ти котловой воды ПГ. Согласно вышеуказанному Техническому р ешению

164

N6-1-16/880 предусмотрено не только нормирование критических качества продувочной воды из “солевых” отсеков ПГ, но и непрерывная продувка ПГ с расходом не менее 7,5 тонн/час име нно из “солевых” отсеков, в которых создаются максимальные концентрации солевых примесей.

166

Цели обучения

По окончании изучения данного материала обучаемые будут способны:

Перечислить источники поступления водорода в теплоноси тель первого контура.

Назвать нижний предел взрывоопасности водорода.

Сформулировать назначение системы дожигания водорода TS10 .

Объяснить необходимость применения в системе дожигания водорода платинового катализатора типа ОПК-2.

Описать взаимосвязь системы TS10 с другими системами: TK, TY, UG, VB, TN, TS20, подачи О2 с АКС, венттрубой энергоблока.

Описать устройство и основные технические характеристи ки компонентов системы TS10 :

Описать газодувки TS11,12,13D01.

Описать контактные аппараты с электронагревателем TS14,15B01.

Нарисовать принципиальную схему системы дожигания водо родаTS10.

Описать процессы, протекающие в системе TS10 при дожигании водорода из выпара деаэратора подпитки.

Назвать защиту газодувок TS11-13D01 при повышении t перекачиваемого газа более 50 градусов С.

Описать опасность заброса влаги в газодувки TS11-13D01.

Назвать ограничение пункта 15.5.11 “Основных правил обеспече ния эксплуатации атомных станций” для работы системы дожига ния TS10 с температурой катализатора в КА ниже 120 градусов.

Объяснить назначение, общее устройство и эксплуатацию системы дожигания водорода TS10.

167

Проблемы наличия водорода в теплоносителе 1 контура

Под воздействием нейтронного и гамма-излучения в воде 1 ко нтура протекают химические реакции, накладывающие дополнител ьные требования к работе вспомогательного оборудования РУ. Пр и замедлении нейтронов в воде происходит разрыв связей мол екул воды и образование свободного водорода. Аналогичное дейс твие оказывает гамма- и бета-излучение. Радиолитическое разлож ение воды, протекающее по реакции:

2Í 2 Î↔2Í 2 + Î 2

обратимо, т.е. образующиеся радикалы могут рекомбинироват ь, но присутствие в теплоносителе 1 контура борной кислоты сдви гает реакцию вправо в сторону разложения воды на водород и кис лород.

Обратимость реакции ограничивает накопление свободного кислорода в теплоносителе 1 контура однако, без принятия специальных мер, количество его может превысить допустим ый предел. Кислород, являясь активным деполяризатором, усили вает коррозию металла. В воде с повышенным значением pH среды проявляется совместное неблагоприятное воздействие кис лорода и щелочи на оболочки твэлов из циркония. С ростом толщины окисной пленки из-за разницы объемов циркониевого сплава и его окислов увеличиваются внутренние напряжения, деформиру ющие кристаллическую решетку окисла и интенсифицирующие диф фузию кислорода и рост пленки, которая начинает терять сплошнос ть и свои пассивирующие свойства.

Поэтому необходимо производить связывание свободного к ислорода в теплоносителе первого контура. Для подавления кислород а в теплоноситель первого контура дозируeтся аммиак. При радиационном разложении в контуре по реакции

2NH 3↔N 2 + 3H 2

аммиак является источником внутриконтурного получения водорода, обеспечивающего подавление радиационного разложения во ды, а также связывающего молекулярный водород. При разложении в первом контуре 1 м 2/êã NH 3 образуется 2 см 3 Í 2.

Таким образом, по всем этим указанным причинам в теплонос ителе первого контура создается избыточное количество свобод ного водорода в количестве от 30 до 60 нмл/кг.

Однако создание в 1 контуре избыточной концентрации водор ода, помогающее решить проблему связывания свободного кисло рода, создает дополнительную трудность:

при выводе теплоносителя первого контура на обработку со снижением давления или деаэрацией будет происходить интенсивное выделение растворенного в воде водорода, его накопление в газовых полостях оборудования.

Водород же - горючий газ, согласно приложения N2 “Правил ТБ п ри эксплуатации ТМО” нижний предел его воспламеняемости в в оздухе составляет 4% по объему. По другим данным предел воспламене ния составляет 9-74%.

Считается, что детонация (взрыв) водорода в смеси с воздух ом возможна при объемной концентрации водорода от 18 до 70 процентов. Возможность детонации зависит от следующих фа кторов: относительной концентрации горючего и окислителя; конце нтрации газов-разбавителей; начальных значений температуры и дав ления (плотности газа); формы и размера газовой полости. Добавле ние пара и инертных газов (флегматизаторов) значительно умен ьшает способность газа к детонации. Пределы воспламеняемости в одорода в паровой среде приведены на рисунке.

Как видно из рисунка, в присутствии пара концентрации вод орода для его детонации должны быть существенно выше.

168

1-100% воздуха

2-пределы детонации

3-процент пара

4-пределы возгорания

Пределы воспламеняемости смесей

водород-воздух-пар

Давление при взрыве обычно не превышает 8 кгс/см2, если смесь находилась при атмосферном давлении. Однако при детонаци и смесь водорода с воздухом может создавать большие давлен ия. Так гремучая смесь 2H2 + O2 при детонации создает давление до 20 кгс/ см2. Давление при детонации может быть и выше, если исходная смесь находится под давлением выше атмосферного.

В целях обеспечения взрывобезопасности предварительно из подаваемого на СГО газа следует удалить водород или снизи ть его концентрацию до взрывобезопасной добавлением воздуха. Cо гласно пункта 15.5.9 “Основных правил обеспечения эксплуатации атом ных станций” не допускается концентрация водорода в газовой смеси более, чем 3%.

В целях недопущения скопления водорода во взрывоопасных концентрациях более 3 % в оборудовании РУ ВВЭР-1000 (В-320) на практике чаще всего производится продувка азотом оборуд ования для разбавления газовой смеси и ее удаления.

Для наиболее мощного источника выделения, возможного ско пления и образования взрывоопасной концентрации водорода - деаэ ратора подпиточной воды TK10B01 - имеется специально сконструированн ая система для сбора и утилизации выделяющегося из продувоч ной воды водорода, называемая системой дожигания водорода. Оборудование системы дожигания водорода маркируется

латинскими буквами TS10.

Система дожигания водорода TS10 работает при работе системы продувки-подпитки. Система выполнена как система нормаль ной эксплуатации, важная для безопасности.

При разработке системы сжигания водорода были учтены сле дующие требования:

обеспечить сжигание водорода с концентрацией 3,5%, содержащегося в выпаре деаэратора подпиточной воды до концентрации 0,3%; обеспечить взрывобезопасную концентрацию водорода в деаэраторе подпиточной воды;

обеспечить охлаждение газов на выходе из системы до температуры 343 град.К (70 0С); обеспечить непревышение расчетного давления газов на выходе из системы 0,05 мПа (0,5 кгс/см2).

169

Назначение системы дожигания водорода TS10

Система дожигания водорода предназначена для каталитич еского окисления (сжигания) водорода в газовой смеси, поступающе й из деаэратора подпитки TK10B01. Принцип работы системы основан на широко известной химической реакции получения воды из кислорода и водорода. Главная особенность процесса заклю чается в том, что сжигание осуществляется на платиновом катализат оре типа ОПК-2 :

2H2 + O2 = 2H2O + 136,8 êÊàë.

Использование платинового катализатора позволяет дожиг ать водород при концентрациях значительно меньших предела взрывоопасности смеси, тем самым не допускается образование взрывоопасной концентрации водорода в газовой смеси, поступающей на спецгазоочистку (СГО).

Для осуществления реакции горения необходимо поддержив ать температуру среды на входе в катализатор не менее чем на 20 0С выше температуры насыщения паров воды. В противном случае может происходить конденсация влаги на поверхности платиново го катализатора, что крайне негативно сказывается на его эффективности.

Установка дожигания водорода рассчитана таким образом, ч тобы при каталитическом окислении молекулярного водорода из парогазовой смеси концентрация водорода в газовом поток е, направляемом на СГО, во всех режимах работы системы не превышала 1% объемного. Это достигается благодаря примене нию эффективного катализатора и создания соответствующих температурных и аэродинамических условий работы оборуд ования.

Согласно проекта критерием выполнения функций системы TS1 0 является:

сжигание водорода, содержащегося в выпаре деаэратора подпитки до концентрацией 0,3%, при максимальном расходе выпаре 120 кг/час, соответствующего максимальному расходу продувки-подпитки 1 контура 60 т/час ; непревышение температуры газов на выходе из системы 343 град.К (70 0С); непревышение расчетного давления газов на выходе из системы 0,05 мПа (0,5 кгс/см2).

Cостав системы дожигания водорода TS10

Основной объем оборудования расположен непосредственно в помещении деаэратора подпиточной воды А-423 для уменьшения протяженности трубопроводов с водородсодержащей радиоактивной газовой смесью и включает:

Охладитель выпара TS10W01; Охладитель газа TS10W02; Газодувки TS11,12,13D01; Электронагреватель TS14,15W01;

Контактный аппарат с электронагревателем TS14,15B01; Холодильник-сепаратор TS10W03;

Бак-гидрозатвор TS10B03.

Дополнительно в помещении А-753 расположены буферные емкос ти TS10B01,B02.

170

Общий вид панели Аппараты управления оборудованием, лампы индикации и таб ло НУ09 БЩУ сигнализации по системе дожигания водорода TS10 расположен ы на

несистемной панели БЩУ HY09.

Принятое в проекте резервирование активных элементов си стемы и построение схемы позволяет обеспечить непрерывный режи м работы во всех режимах нормальной эксплуатации и допускает возможность ремонта неисправного оборудования без поте ри требуемых функций системы.

Для уменьшения концентрации водорода на всас газодувок, а также для уплотнения газодувок подается азот низкого давления из системы газовых сдувок (TP). Для обеспечения процесса окисл ения водорода на всас газодувок подается кислород.

Конструкция газодувок TS11,12,13D01.

Газодувки предназначены для прокачивания газа через кон тактные аппараты системы дожигания водорода TS10 и поставляются в сб оре с электродвигателями на общей фундаментной плите. Валы газодувки и электродвигателя соединены упругой втулочн о- кольцевой муфтой, которая закрывается кожухом из листово й стали. Газодувки систем дожигания водорода и спецгазоочистки (С ГО) унифицированы между собой и отличаются только эл.двигате лями. Газодувки системы дожигания водорода TS11-13D01 имеют более мощный эл.двигатель с большей скоростью вращения, что обеспечивает производительность по перекачиваемому газ у 200 нм3/час (вместо 60 нм3/÷àñ ó ÑÃÎ).