Система острого пара.

Варианты тепловой схемы, основные элементы. Особенности технической реализации систем острого пара с параметрами насыщенного и перегретого пара. Вспомогательные системы. БЗК, регулятор оборотов турбины. Режим ввода в действие паропроводов.

В состав системы острого пара входят:

- паропроводы;

- фильтры;

- промпароперегреватели;

-пробоотборники;

- запорная и специальная арматура.

Ф - ванадий V

Г - марганец Mn

Х - хром Cr

Н - никель Ni

М - молибден Mo

С - кремний Si

Д - медь Cu

Б - ниобий Nb

Ю - алюминий Al

К - котельная сталь

А - качественная сталь

Соединение между собой отдельных агрегатов АЭС требует большого числа трубопроводов. Кроме главных существует большое количество вспомогательных трубопроводов различных диаметров и назначений. Общая протяженность трубопроводов на мощной АЭС несколько км.

Трубопроводы по назначению подразделяются на ГЦК раствора, вспомогательных реакторных контуров, питательные, конденсатные, свежего и отборного пара, дренажные, пробоотборные и другие.

Различают трубопроводы по протекающей в них среде (вода, пар, п-вс, воздух, газ) и по параметрам (высокого, среднего и низкого давления).

Наиболее ответственными являются трубопроводы ГЦК, т.к. по этим трубопродам проходит р/а среда с наибольшими параметрами и расходами.

На АЭС применяют в основном бесшовные трубы – холоднотянутые и горячекатаные, для вспомогательных трубопроводов – сварные.

Марки сталей для труб, по которым транспортируются коррозионно-неагрессивные среды, зависят от t_среды.

При t_ср ≤ 450 ⁰C используют сталь 10, сталь 20

При 450 ≤ t_ср ≤ 570 ⁰C – стали перлитного класса, легированные Cr - 0,5÷2%, Мо - 0,3÷1%, V - 0,2÷0,4%. Наиболее распространены стали 12Х1МФ, 15Х1М1Ф.

Такие же стали целесообразны для t ≤ 450 ⁰C, если диаметр трубопровода значителен и целесообразно уменьшить толщину стенок.

Для АЭС это относится к паропроводам насыщенного пара, идущим к турбинам. Основным материалом для трубопровода АЭС является аустенитная нержавеющая сталь 0Х18Н10Т, обладающая наиболее высокой коррозионной стойкостью, что важно для поддержания чистоты воды реакторных контуров, а также при транспортировке коррозионно-агрессивных сред, например в системе дезактивации. Остальные трубопроводы выполняют из сталей перлитного класса, а наименее ответственные - из простых углеродистых.

Для ВВЭР-440 для трубопровода ГЦК диаметром 550 мм используется сталь 1Х18Н10Т, что существенно удорожает оборудование АЭС.

Трубопровод диаметром 850 мм для ВВЭР-1000 и диаметром 900÷750 мм для РБМК-1000 выполнены из перлитной стали с планировкой изнутри аустенитной сталью толщиной 5 мм. Главное назначение планировки - защита стали от эрозии.

Трубопровод КМПЦ РБМК диаметром до 300 мм выполнены из стали 08Х18Н10Т.

Все трубопроводы с t_ср ≥ 50 ⁰C внутри помещений и свыше 60 ⁰C вне помещений должны иметь тепловую изоляцию, температура поверхности которой не должна превышать 45 -48 ⁰C. На швах и в местах сварки изоляция выполняется так, чтобы допускался съем и восстановление. Наиболее важные трубопроводы имеют металлическую обшивку (листовым алюминием или оцинкованной сталью).

В зависимости от скорости и расхода среды внутренний диаметр труб (м):

где G – расход среды, кг/с

v – удельный объем среды, м³/кг

с – скорость среды

- свежий пар с = 45÷50 м/с

- конденсат и питательная вода с = 2÷3 м/c для углеродистой стали

с = 8÷12 м/c для нержавеющей стали

- отборный пар с = 50÷70 м/c

- воздух и газ с = 10÷20 м/c.

При выборе трубопровода пользуются понятием рабочего давления – это давление, при котором допускается работа трубопровода и его деталей при температуре рабочей среды. В смонтированном виде трубопровод и его элементы испытываются гидравлическим давлением, равным 1,25 Р_раб.

Необходимая толщина стенки трубопровода определяется из расчета на прочность. По сортаменту изготовляемых труб выбирают трубы, ближайшие по размерам и проверяют их на прочность.

Расходы насыщенного пара на турбины АЭС так велики, что даже для предельных диаметров труб, выпускаемых промышленностью, приходится предусматривать две нитки паропроводов для ВВЭР-440 и четыре нитки для АЭС мощностью 1000 и 1500 МВт.

Все трубопроводы крепят к несущим строительным конструкциям. Соответствующие опорные и подвесные конструкции должны не только воспринимать трубопроводов и предохранять их от возможных вибраций, но и обеспечивать беспрепятственное термическое удлинение труб.

Трубопроводы работают в условиях переменных температур как при нормальной эксплуатации, так и в еще боль шей мере останова и расхолаживания, а также при разогреве и пуске после останова. В результате изменения t_среды меняется температура металла, поэтому и длина трубопровода. Если не обеспечить возможности свободного удлинения трубопровода, то в металле могут возникнуть дополнительные напряжения, значения которых зависят от t_среды. Неучет этих удлинений может привести к разрушению труб.

Наиболее сложно предусмотреть возможность термического расширения для трубопроводов больших диаметров. Здесь компенсация происходит за счет подвижности оборудования. Так для главных циркуляционных петель ВВЭР все оборудование (ГЦН, ГЗЗ, ПГ) устанавливаются на подвижных опорах и при изменении температуры теплоносителя, происходит их смещение. Это усложняет эксплуатацию оборудования.

Опоры распределяют по длине трубопровода с обеспечением удлинения от неподвижных (“метровых”) опор к подвижным.

[Все трубопроводы с р/а средой соединяются между собой и оборудованием только на сварке, в не р/а контурах возможно соединение на фланцах].

Подвижные опоры подразделяют на три типа:

допускающие перемещения

- в горизонтальном (скользящие, шариковые или роликовые);

- в вертикальном (пружинные опоры);

- в любом направлении (пружинные подвесные опоры).

Для трубопровода ГЦК ВВЭР “мертвые” точки - места их присоединения к корпусу реактора, для КМПЦ РБМК - к БС.

Предпочтительна такая трасса трубопровода, чтобы ее гибкость была достаточной для компенсации температурных удлинений. Это имеет место в трубопроводе, у которых протяженность взаимно перпендикулярных участков примерно равна. Если этого нет, то создают специально изогнутые участки (компенсаторы), обычно П-образной формы перпендикулярные направлению наибольшего температурного удлинения.

Количество компенсаторов и их размеры зависят от температуры среды, коэффициента линейного расширения и расстояния между неподвижными опорами. Чем меньше диаметр трубопровода, тем легче обеспечить самокомпенсацию.

Опоры и подвески трубопровода рассчитывают на массу трубопровода, наполненного водой и покрытого термоизоляцией. Расстояние между соседними опорами 2 - 8 м в зависимости от диаметра трубопровода, чем меньше диаметр, тем меньше расстояние меньше расстояние между опорами.

Стали перлитного класса имеют существенного меньший коэффициент линейного расширения, чем стали аустенитного класса, поэтому для реакторных контуров предпочтительнее стали перлитного класса, тем более, что чем больше диаметр трубопровода, тем труднее его трассировка с обеспечением самокомпенсации.

Длина труб, выпускаемых промышленностью ~ 8÷12 м. Места соединения участков трубопровода между собой, с арматурой и отдельными агрегатами в реакторных контурах - сварные, в виде исключения - фланцевые.

Трубопроводы ГЦК приваривают к патрубкам корпуса реактора. Аналогично эти трубопроводы соединяют с коллектором теплоносителя в ПГ ВВЭР. Трубопроводы ГЦК соединяют с ГЦН также сваркой.

Горизонтальные трубопроводы прокладывают с уклоном 0,004 к сторону выпуска дренажа из них.

Трубопроводы II контура соединяют тоже главным образом сваркой, хотя в отдельных случаях возможны и фланцевые соединения: например подсоединения конденсационных и питательных насосов (КН, ПН) к трубопроводам. Трасса трубопроводов КПТ должна быть максимально простой с учетом компенсации удлинений и уклоном не менее 0,004 в сторону вывода дренажей.

Все трубопроводы как I,так и II контуров в верхних точках снабжают воздушниками для удаления воздуха при заполнении систем. Для ВВЭР также воздушники устанавливают на ГЦН и верхних днищах коллекторов I контура, вваренных в корпуса ПГ.

Для трубопроводов больших диаметров и для крупного оборудования, особенно при высоких температурах, очень важен режим прогрева в процессе пуска и охлаждения во время останова. Для предотвращения недопустимых напряжений в металле оборудования ГЦК скорость охлаждения не должна превышать 20 ⁰С/час, а разогрева – 30 ⁰С/час.

Для трубопроводов: чем больше толщина стенки, тем меньше скорость разогрева и расхолаживания.

Процесс	Диаметр трубопровода
	219х29	273х36	325х43	275х62,5	219х52
Прогрев	10,0	8,0	5,0	3,0	4,0
Охлаждение	8,0	6,0	5,0	2,0	3,0

При прогреве паропроводов образуется значительное количество конденсата, для отвода которого образуется дренаж: пусковой и постоянный. Пусковой используется только в процессе пускового прогрева паропровода, постоянный – при эксплуатации периодически включаемых в работу участков паропровода для поддержания их в прогретом состоянии.

Постоянный дренаж трубопровода высокого давления обычно осуществляют за счет непрерывного протока небольшого количества пара через дренажную трубу с установленной на ней дроссельной шайбой.

Трубопроводы низкого и среднего давлений могут дренироваться через специальные конденсатоотводчики, отводящие только конденсат, но не пропускающие пар.

Тупиковые участки вентилируют для предотвращения скопления в них конденсата, для чего трубой малого диаметра соединяют конечную точку тупикового участка с магистральным трубопроводом. Благодаря этому на участке паропровода от места подвода пара до места врезки вентилирующей трубы создается движение пара, обеспечивающее необходимый тепловой режим.

Трубопроводы прокладывают так, чтобы была возможность их полного опорожнения через систему спускных дренажей, трубы которые имеют уклон не менее 0,002.

В схемах АЭС трубопроводы показывают следующим образом: