Регенеративный подогрев и его использование на АЭС

В реакторной установке используются регенеративные подогреватели поверхностного типа, то есть такие в которых греющая среда (пар отбора турбины) отделена от нагреваемой (вода конденсатно-питательного тракта).
В поверхностных подогревателях давление подогреваемой воды всегда больше давления отборного пара. При нарушении плотности в трубной системе в результате коррозионных процессов, вибраций и т. п. может иметь место заброс воды в турбину по ли-нии отборного пара, что может привести к ее разрушению. Для защиты турбины от заброса в нее воды на линии отборного пара устанавливают обратный клапан.
Пар, конденсирующийся в подогревателе низкого давления (ПНД), в виде воды, так называемый дренаж, отводиться на предыдущий, по ходу подогреваемой воды, ПНД. Из первого после конденсатора подогревателя (ПНД) дренаж сливается в конденсатор. Такая схема получила название каскадный слив дренажей. Это необходимо предотвращать. Протечки пара снижают тепловую экономичность, так как это вызовет недовыработку электроэнергии в турбине. Для этих целей подогреватели оборудованы специальными устройствами, обеспечивающими слив только дренажей и не пропускающими пар.
Уровень конденсата в подогревателях также должен быть определенным. Поскольку регенеративный подогрев воды в тракте, осуществляется за счет конденсации пара на стенках труб то, при повышении уровня конденсата часть поверхности, залитая водой, не участвует в теплообмене, и исключается возможность подогрева воды до определенного уровня, определяемого оптимальным разбиением подогрева по ступеням.
Кроме того, уровень конденсата может подняться до места отвода газов, и вместе с газами будет удаляться часть конденсата. При резких повышениях уровня конденсата, например при разрушении сразу нескольких трубок подогревателя, последний отключается из системы регенерации за счет байпасной линии.
В процессе конденсации греющего пара в подогревателях скапливаются неконденсировавшиеся газы, в основном воздух, продукты радиолиза воды - водород и кислород, и благородные газы продукты деления топлива. Для предотвращения образования гремучей смеси из каждого подогревателя осуществляется отсос газовоздушной смеси в конденсатор. Вместе с газами уходит часть греющих паров, что снижает тепловую экономичность.
Поверхностные регенеративные подогреватели выполнены вертикальными. Вертикальные подогреватели наиболее удобны при компоновке оборудования в машинном зале. Кроме того, конденсирующийся пар образует пленку на теплообменной поверхности и если она вертикальна, то облегчается отвод пленки конденсата, что повышает коэффициент теплопередачи и уменьшает теплообменную поверхность.
Для конденсатного тракта, т. е. для ПНД, характерны относительно низкие температуры, когда коррозионные процессы протекают достаточно интенсивно. Кроме того, в подогреваемом конденсате до деаэратора содержатся коррозионно-агрессивные газы — кислород и углекислота, способствующие усилению коррозионных процессов. По этим причинам материал поверхности теплообмена ПНД должен выполняться из коррозионностойких аустенитных нержавеющих сталей, высоко-никелевых сплавов.
К конструкциям поверхностных подогревателей предъявляются определенные требования:
1. обеспечение доступа к поверхности теплообмена для ремонта и осмотра, для чего предусматривается выемка трубной системы из корпуса. Компоновка подогревателей в машинном зале должна предусматривать такую возможность;
2. для уменьшения металлоемкости, а следовательно, и стоимости корпуса регенеративных подогревателей среда с меньшим давлением (греющий пар) направляется в межтрубное пространство, а подогреваемая среда (конденсат, питательная вода) направляется внутрь труб;
3. греющий пар направляется сверху вниз для улучшения отвода конденсата и отсоса воздуха. Движение пара организуется без застойных зон, в противном случае будет скопление газов и снижение коэффициента теплопередачи.
При компоновке подогревателей на АЭС с РБМК учитывалось то обстоятельство, что отборный пар турбин радиоактивности. По этой причине водяные части подогревателей точно так же, как и водяные емкости сепараторов-пароперегревателей и конденсатора, должны иметь биологическую защиту. Наибольшая радиоактивность наблюдается у первых по ходу отборного пара подогревателей. К выхлопу турбины радиоактивность отборного пара, а следовательно, и у подогревателей, снижается.

Регенеративная установка для турбины К-500-65/300.
Для турбо установки К-500-65/3000 подогреватели низкого давления выполнены двух типоразмеров ПН-950 и ПН-1800 с поверхностью подогрева соответственно 950 м2 и 1800 м2; поверхностью на самом низком по давлению отборе устанавливается два аппарата ПН-950 с двумя пароподводящими патрубками, на других отборах по одному ПН-1800. Использование на одном из отборов двух аппаратов связано с трудностями компоновки трубопроводов чрезвычайно большого диаметра, поскольку пар в последнем отборе после расширения в турбине имеет большой объем. По конструкции аппараты ПН-950 и ПН-1800 одинаковы.
Регенеративная установка турбины состоит из четырех подогревателей низкого давления и (ПНД-2 – ПНД) типа ПН-1800 и двух подогревателей низкого давления типа (ПНД-1) типа ПН-950 и охладителя дренажа подогревателей типа ОДП-600-1.

Подогреватель низкого давления. Описание конструкции.
Подогреватель низкого давления представляет собой вертикальный кожухотрубный теплообменник с гладкими прямыми трубками поверхности теплообмена. Пар поступает в межтрубное пространства а основной конденсат (нагреваемая вода) протекает по трубкам. Число ходов основного конденсата – четыре, это означает что, при движении основной конденсат проходит по высоте подогревателя четыре раза. Пройдя по части трубок в низ, он разворачивается и идет по другим трубкам вверх и так далее (смотри Схему движения). Основными узлами подогревателя являются:
Корпус, состоящий из основной обечайки и приваренных к ней внешнего кожуха днища с опорой. На верхнем торце обечайки имеется приварной фланец, в верхней части обечайки (под кожухом) имеется ряд отверстий большого диаметра для прохода греющего пара к трубной системе. При расположении патрубков подвода в нижней части внешнего корпуса, такая конструкция является более надежной от заброса воды в турбину при разрыве трубок в ПНД. Материал корпуса сталь 12X18H10T.
Выемная часть, состоящая из трубной системы с нижней водяной камерой, промежуточной обечайки и верхней водяной камеры.
Трубная система состоит из пучка прямых труб Ø16x1 развальцованных и обваренных в двух трубных досках. Дополнительное крепление трубок в пучке осуществляется с помощью перегородок типа диск-кольцо, которые служат также для организации движения парового потока в межтрубном пространстве.
Отсос парогазовой смеси осуществляется из центральной зоны верхней части межтрубного пространства, с помощью трубки Ø38x3.5.
Верхняя трубна доска вваривается в промежуточную обечайку. Нижняя трубная доска с нижней водяной камерой остается незакрепленной. Выполнение нижней части трубной системы по принципу плавающей головки исключает появление напряжений при температурных удлинениях трубок.
Нижняя водяная камера представляет собой элептическое днище, с ввареной в него (по диагонали) перегородкой. Камера с помощью фланцевого соединения крепится к нижней трубной доске.
Промежуточная обечайка своим нижним фланцем крепится фланцу основной обечайки корпуса.
К верхнему фланцу промежуточной обечайки крепится фланец верхней водяной камеры.
Верхняя водяная камера состоит из сваренных между собой днища и обечайки. В обечайку вварены два изогнутых патрубка Dy 600 для входа и выхода основного кондненсата. Для направления движения потока основного конденсата по ходам трубного пучка в камере закреплена Т – образная перегородка. Для повышения герметичности фланцевые соединения завариваются. Сварной шов малого катета накладывается на специальные элементы – губки, являющиеся частью каждого фланца.
При проведении ремонтных работ, связанных со снятием водяных камер или трубной системы, сварной шов удаляется, а при сборке накладывается вновь. После нескольких подобных операций, вместо губок срезанных вместе со швам к фланцам привариваются металлические прокладки – мембраны по которым в дальнейшем производится заварка фланцевого разъема. Материал выемной части – сталь 09Х18Н10T.

Подогреватель низкого давления ПН-1800.

1 - трубная система;
2 – вход воды;
3 – выход воды;
4 – отсос парогазовой смеси;
5 – к водоуказательному прибору;
6 – опрожнение трубной системы;
7 - выход конденсата греющего пара;
8 – впуск конденсата греющего пара соседнего подогревателя (дренажа);
9 – вход греющего пара;

Cхема движения теплоносителя в ПНД.

	- подогреваемая вода (омновной конденсат);
	- греющий пар;
	- дренаж.