ПГ первого блока Белоярской АЭС.

Конструкции ПГ с водяным теплоносителем

4.1.1 ПГ первой АЭС (выработка перегретого пара – ПП)

Многокорпусный ПГ, состоит из последовательно расположенных по рабочему телу экономайзера (ЭК), испарителя(и) и пароперегревателя (ПП).

У ЭК и ПП одинаковая конструкция : V – образный корпус Ø 273 мм и L = 3,6 м.Поверхность нагрева ПВН состоит из 55 V – образных трубок Ø_н = 22мм,заключенных на прямых участках в чехлы. Рабочее тело движется в межтрубном пространстве и омывает ПВН продольно. Наличие чехлов позволяет пустить рабочее тело в кольцевом канале, что улучшает условия теплообмена (α кольцевого канала > α трубки). Трубки крепятся к трубным доскам (развальцовка, обварка). V – образная форма корпуса позволяет компенсировать температурные напряжения при t₁^' >> t₁^''. возможных, Для снижения температуры рабочего тела на входе в ЕК возникающих при изменениях t₂^' температурных напряжений в трубных досках, около них установлены поперечные перегородки , которые образуют около трубных досок застойные зоны.

Элементы ПГ, соприкасающиеся с теплоносителем (трубки, раздающая и собирательная камеры), выполнены из стали Х18Н9Т, корпус и патрубки, соприкасающиеся с рабочим телом, выполнены из углеродистой стали.

У испарителя (И) ПВН представляет собой вертикальный трубный пучок на 36 плоских змеевиков Ø21 мм и она расположена в водяном объеме, в верхнюю часть которого поступает питательная вода из ЭК. Раздача теплоносителя по трубкам ПВН коллекторная. Движение рабочего тела в водяном пространстве идет за счет собственной циркуляции: около стенок корпуса и вниз, а в центре и в межтрубном пространстве вверх.

Сепарация пара внутрикорпусная. Для равномерного выхода пара в сепарационный объем под уровнем воды на расстоянии ~50мм установлен металлический щит с отверстиями (дроссельный щит). Наряду с гравитационной сепарацией предусмотрен жалюзийный сепаратор(ЖСП), после которого сухой насыщенный пар из И уходит в ПП.(гравитационная сепарация наблюдается от поверхности испарения до ЖСП на расстоянии ~ 600-700 мм. Конструкционные материалы выбраны также , как в ЭК и ПП.

fg снижения возникающих при этом еать я продольно. НАличие 21

4.1.2ПГ США (выработка сухого насыщенного пара).

Горизонтальный ПГ.

ПГ АЭС США «Шиппингпорт» вырабатывает сухой насыщенный пар среднего давления. Экономайзерная и испарительная части объединены, єсть выносной барабан-сепаратор (БСП). В обеих конструкциях (прямой корпус и V – образный) теплоноситель движется по трубкам, рабочее тело в межтрубном пространстве. Испаритель и сепаратор соединены системой подъемных 3-х Ø150 – 200 и опускных труб Ø100 – 150 . Движение по ним пароводяной смеси (подъемных) и воды (опускных) идет за счет естественной циркуляции, которая поддерживается подачей питательной воды в водяной объем барабан – сепаратора. В нем питательная вода контактирует с паром, нагрев её до t_s2 происходит за счет конденсации части пара, поступающего из БСП в И . То есть в испарителе вырабатывается больше пара, чем уходит из сепаратора на турбину на эту сконденсировавшуюся часть.

Для качественной осушки пара в барабане-сепараторе, нормальной циркуляции в подъемных и опускных трубах уровень воды в нем поддерживается автоматически постоянным, для чего на БСП предусмотрены спец. штуцера. Из верхней части барабана пар влажностью ~ 0,2% идет на турбину (Т).

Размеры испарителя для 2 – х видов корпусов:

Прямой : Ø =1,07 м, L = 11м;

V – образный: Ø = 0,97м, L = 8.5м;

Размеры барабана:

Прямой Ø 1,5м, L = 8м;

V – образный Ø 1,5м, L = 7.2 м;

Высота между центрами БСП и испарителя составляет 4,8 м что позволяет обеспечить требуемый расход естественной циркуляции рабочего тела по трубам.

Для прямого корпуса достоинство: простота изготовления и монтажа, но все узлы выполнены для уменьшения температурного напряжения в корпусе из нержавеющей стали. Недостаток-дороговизна.

Для V – образного корпуса трубки и патрубки по теплоносителю выполняют из нержавеющей стали, остальные узлы из углеродистой стали, т.к. V – образная форма позволяет уменьшить температурные напряжения в нем по сравнению с прямой формой корпуса. Достоинство-дешевизна ; недостаток-сложность изготовления.

Вертикальный ПГ.

В дальнейшем для ВВЭР в США применяют однокорпусный вертикальный ПГ. У вертикального ПГ две секции, имеющие разный диаметр корпуса.

В нижней секции находится ПВН, выполненная из нержавеющих трубок V-образной формы, заделанных в трубные доски. Для прочности ПВН охвачена кожухом. Теплоноситель движется внутри трубок, а рабочее тело движется в межтрубном пространстве снизу вверх, куда поступает, проходя зазор между корпусом ПГ и кожухом ПВН сверху вниз. Сферическое днище, куда поступает теплоноситель разделено перегородкой на 2 части. К нему приварены: 1 входной патрубок, 2 входных патрубка, 2 патрубка люков-лазов для обслуживания ПВН.

В верхней части находятся двухступенчатые сепарационные устройства по ходу движения пара: центробежный и жалюзийный. Питательная вода(рабочее тело) подается в водяной объем сверху, циркуляция рабочего тела - естественная: отпускной участок – между корпусом ПГ и кожухом ПВН. Д = 195 – 250 кг/с; Р₂ = 4,8 – 5,2 МПа; Р₁ = 14,5 – 15,5 МПа; t₁^' = 308 -315 °C; t₁^'' = 285 – 288 °C; Fпвн = 2500 – 3000 м² (4100м²) и м.б. Ø4200 мм и h=20.5м и P=330 т.

Параметры и расходы вырабатываемого СНП близки к ПГВ-1000.

ПГ первого блока Белоярской АЭС.

Экономайзеры

Этот ПГ относится к ПГ, обогреваемым насыщенным паром. Он состоит из некипящего и кипящего экономайзеров, испарителя, то есть ПГ- многокорпусный.

Экономайзер некипящий является модификацией ЭК ПГ первой АЭС: корпус стал прямым (был V – образным), собирающая и разделяющая камеры теплоносителя совмещены через перегородку. Корпус состоит из 2- х частей, разделенных трубной доской: камера теплоносителя и камера нахождения ПВН, имеющей эллиптическое днище. Все соединения сварные, кроме крышки камеры теплоносителя.

ПВН - пучок V – образных трубок. Т.о. дефектные трубки ПВН конструктивно нельзя заменить, а можно только заглушить. Для увеличения скорости рабочего тела на прямых участках трубок предусмотрены трубки чехлы, заделанные в две специальные трубные доски. Для организации продольного движения рабочего тела камера ПВН разделена продольной перегородкой. Элементы, соприкасающиеся с теплоносителем, выполнены из нержавеющей стали, остальные - из стали перлитного класса.

Основные габариты: камера теплоносителя: Ø 1000 мм, δ _ст =30 мм,

δ _{тр.доски} = 220 мм, камера ПВН: Ø 700 мм, δ _ст= 36 мм, Ø_тр = 16 х 1,5 мм, Ø_{тр.чехл.} = 22х1 мм, L = 5560 мм, число трубок-330.

Кипящий экономайзер имеет в принципе такую же конструкцию, как и некипящий. Его отличия: во-первых, он вертикальный для лучшей организации гидродинамики кипящего потока. Нагретая в некипящем экономайзере до t_s2 питательная вода поступает в нижнюю часть кипящего экономайзера, а нагреваемая смесь выходит через трубопровод Ø 219мм в верхнем днище. Перегородка внутри за ненадобностью отсутствует. Парообразование идёт по всей длине трубок и, как известно, при этом при кипении скорость не влияет на α , поэтому нет трубных чехлов. Все остальное идентично не кипящему экономайзеру.

Испаритель

Его конструкция cледущая. Он состоит из камеры ПВН и камер теплоносителя, которые присоединяются к основному корпусу через штуцера Ø820 мм. Камеры имеют такую же конструкцию, как и в экономайзере. В камере ПВН два самостоятельных трубных пакета с шахматным расположением трубок, которые вводятся через противоположные днища

Пароводяная смесь из кипящего экономайзера подводится через два штуцера к горизонтальному перфорированному коллектору над уровнем воды в И. Таким образом, пар из коллектора идет вместе с паром, образующемся в водяном объеме испарителя, через жалюзийный сепаратор и пароприемный потолок и попадает в паропровод, идущий к турбине. Вода из коллектора стекает вниз в водяной объем И. Теплоноситель – насыщенный пар, конденсируется внутри трубок ПВН, при этом Δt = const → и α == const При этом по длине испарителя количество пара одинаково, а по ширине испарителя количество пара неодинаково т.к. форма пучков труб – круглая. Поэтому на выходе пара в паровое пространство испарителя установлен погружной дырчатый лист (ПДЛ) для выравнивания скоростей пара.

Циркуляция рабочего тела естественная : опускное движение идет около стенок корпуса, а подъемное в центре. ПДЛ перекрывает на все сечения камеры ПВН испарителя: эта часть сечения соответствует размерам трубных пучков.

Материал для элементов, которые соприкасаются с теплоносителем – аустенитная нержавеющая сталь, для остальных – перлитная, поэтому можно выполнять тоньше стенки корпуса.

Предусмотрены на днище ПГ штуцера непрерывной и периодической продувки. Непрерывная поддувка, с расходом рабочего тела 0,5-1 % от паропроизводительности ПГ, нужна для поддержания требуемого солесодержания рабочего тела. Периодическая поддувка нужна для удаления твердых отложений из водяного объема ПГ большим расходом рабочего тела в течение 1-2 часов в сутки.

L = 9,5 м, Ø_кам.т/н = 1000 мм, Ø_{кам.ПВН} = 2200 мм.

ПГ НВ АЭС

Конструкция 1 – го блока.

ПГ однокорпусный: подогрев до t_2s, производство пара, сепарация и сушка пара в одном корпусе.

Корпус - горизонтальный цилиндр Ø = 3.0 м и L = 12.4 м с эллиптическими днищами. Его можно разделить на 2 части: ПВН – нижняя; сепарационная часть – верхняя. ПВН из нержавеющих труб Ø 21х1,5 мм с L =10-12м, которые крепятся (развальцовка и обварка) к вертикальным коллекторам из нержавеющей стали Ø_{внутр.колл}=750 мм и δСТЕНКИ = 75мм с 2074 отверстиями под трубки. Коллектора вводятся в корпус через штуцера Ø 1040 мм. В зазор между стенками коллекторов и штуцеров подается вода(водяная рубашка), тем самым температурное напряжение в толстостенных элементах: в корпусе ПГ уменьшается до допустимых значений.

Питательная вода подается через трубку-коллектор Ø_вн = 200мм выше уровня водяного объема ПГ. Трубка коллектор вводится в корпус через штуцер между стенкой штуцера и трубой-коллектором для уменьшения температурного напряжения в корпусе ПГ предусмотрена паровая рубашка. Из труб-коллектора по 4-ом перфорированным отводам (трубкам) вода поступает во входную зону ПВН (район горячего коллектора теплоносителя) . Т.к. здесь >Δt между теплоносителем и рабочим телом, то производится большее количество пара. Направление сюда холодной питательной воды приводит к конденсации части пара, т.е. к уменшению паросодержания в районе горячего коллектора. То есть, выравнивается паросодержание по сечению водяного объема в районах горячего и холодного коллекторов и получается примерно равные скорости пара на входе в паровое пространство, что важно для качественной сепарации пара. Сепарация: гравитационная и механическая- жалюзийный сепаратор, после которого для выравнивания скоростей пара по сечению в сепарационном объеме установлен пароприемный потолок (дырчатый лист на разстоянии 20 мм от жалюзийного сепаратора). Жалюзийный сепаратор расположен на расстоянии 650-750 мм от поверхности испарения.

Наличие непрерывной продувки поддерживает на допустимом уровне концентрацию растворенных в воде примесей, а также служит для вывода твердых веществ (шлаки коррозионного происхождения и образующейся при специальной обработке воды внутри ПГ). Периодическая продувка из самых нижних точек ПГ – выводит твердые частицы.

P₁ = 9.8 МПа, t₁^' = 273°C; t₁^’’ = 252°C, t₂^'=189°C; t_2s^'' = 236°C; P₂ = 3,2 МПа

При всех режимах работы ПГ 1-го блока показал надежную работу.

ПГ 2 блока

ПГ 2-го блока не отличается ни по конструкции, ни по габаритам. Применяют трубки ПВН диаметра 16 мм, что позволило увеличить F_ПВН в 1,4раза и соответственно такое же увеличение паропроизводительности ПГ Д: от 230 т/ч для 1 блока до 325 т/ч для 2 блока. Эффективность теплообменников определяется удельным расходом металла: отношение 1 кг металла на выработку 1 кг пара. У нас уменьшение удельного расхода металла от 0,45 кг мет/кг пара для 1 блока до 0,344 кг мет/кг пара для 2 блока.

ПГ 3 и 4 блоков

ПГ для 3 и 4 блоков НВ АЭС – модификация ПГ 1-го блока НВ АЭС. Они совершенно одинаковы. Повышение параметров пара, паропроизводительности в 1,4 раза этого ПГ по сравнению с ПГ 2-го блока НВ АЭС было достигнуто за счет увеличения параметров теплоносителя, ( Р₁ =12,5 МПа → 10,3 Мпа и t1=301⁰С → 280⁰С), увеличения F_ПВН (2500 м² → 1800 м²), увеличение габаритов корпуса (Ø= 3200 мм → 3010 мм; L = 10 м → 12,4 м). Здесь была применена новая конструкция узла, обеспечивающая обслуживание внутренних поверхностей трубных коллекторов: ремонт, заглушка поврежденных труб и т.д. Здесь обслуживание коллекторов осуществляется сверху, а не снизу как в случаях 1,2 блоков. При этом появились новые фланцевые соединения на корпусе ПГ, что усложнило конструкцию и уменьшило надежность конструкции. Достоинство в том, что стали меньше размеры самого парогенераторного бокса. Итак особенности конструкции :

· Подвод питательной воды через перфорированный коллектор, расположенный в центре ПВН

· Обслуживания коллекторов через фланцевый разъем сверху

· Отсутствует пароприемный потолок

· В корпусе ПГ появились 2 дополнительных отверстия под коллектора

Параметры пара повысились по сравнению с 1 и 2 блоком:

P₂ = 4,7 МПа, t_2s^'' = 259°C.Вес такого ПГ – 145т (без воды).

Эти ПГ были использованы для АЕС с ВВЕР-440 , т.е. это ПГВ-440

4.1.5. ПГ для ВВЭР – 1000

Для ВВЭР – 1000 целесообразны ПГ с единичной мощностью = ¼ N_яр, т.е. 250 МВт. При этом с точки зрения технико-экономических показателей эти ПГ могут быть и горизонтальные и вертикальные. У нас для 1-го блока ВВЭР-1000 установлены горизонтальные ПГ, технология производства которых наиболее отработана. В этом ПГ коллекторная раздача теплоносителя, ПВН в виде винтовых, змеевиков – развитие конструкции ПГ НВ АЭС.

Особенности конструкции по сравнению с ПГВ-400

-Подвод питательной воды(рабочее тело) идет через трубу-коллектор Ø ≈200мм выше уровня водяного объема (предусмотрена водяная рубашка как в случае ПГ 1 блока НВ АЕС) .Из нее по значительной части перфорированным отводом рабочее тело поступает в основном к горячему коллектору теплоносителя, что позволяет частично выравнивать паросодержание по сечении водяного объема. Дальнейшее выравнивание достигается установкой на глубине 50 мм под уровнем жидкости погруженного дырчатого листа (ПДЛ), на торцах которого крепятся закраины. Закраины направляют образующийся в межтрубном пространстве пар через ПДЛ , что исключает его попадание в зазор между стенкой корпуса ПГ и ПДЛ.

-Над трубой коллектора располагается труба подачи аварийной питательной воды для аварийной ситуации при эксплуатации.

У него по сравнению с 3,4 блоками НВ АЭС больший Ø_{вн.корп.} = 3800 → 3200; большее число трубок ПВН 14000 → 5146 (5100), больше паропроизводительность 1460 т/ч → 452 т/ч; больше F_ПВН 5000 м² →2500 м²; больше P₁ : 17→12,5МПа; больше t₁^' : 331⁰C → 301⁰C;( t₁^’’: 295⁰C → 266⁰C); больше P₂ : 6,4→4,7МПа; меньше d _тр : 12 мм→16 мм, больше масса ПГ 200т→145т; меньше удельный расход металла на 1 кг выработанного пара : 0,137→0,32 кг мет/кг пара.

Остальные характеристики можно посмотреть в таблице л[1] на с. 66.