Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Парогенератор -- ключевой элемент главного циркуляционного контура реакторной установки с реактором ВВЭР. Он обеспечивает передачу тепловой энергии от теплоносителя первого контура ко второму и выработку сухого насыщенного пара для привода турбогенератора. Конструктивно парогенераторы для ВВЭР представляют собой горизонтальные рекуперативные теплообменные аппараты с погружённой U-образной трубной поверхностью и естественной циркуляцией на стороне второго контура. Эта особенность принципиально отличает парогенераторы ВВЭР от вертикальных ПГ, применяемых на зарубежных PWR.
Парогенератор ПГВ-1000М является составной частью циркуляционной петли первого контура реакторной установки с реактором ВВЭР-1000 (проект В-320). На каждый энергоблок устанавливается четыре парогенератора -- по одному на каждую петлю главного циркуляционного контура.
Основные функции парогенератора:
-- отвод тепла от теплоносителя первого контура (вода под давлением 15,7 МПа, температура на входе 321 °С, на выходе 291 °С) во всех проектных режимах, включая естественную циркуляцию;
-- выработка сухого насыщенного пара с давлением 6,27 МПа и влажностью не более 0,2 % для подачи на турбину;
-- разделение радиоактивного теплоносителя первого контура от нерадиоактивного рабочего тела второго контура (барьер безопасности).
Горизонтальная компоновка парогенераторов ВВЭР -- уникальная конструктивная особенность, принятая в отечественной атомной энергетике. Зарубежные PWR (конструкции Westinghouse, Framatome/Areva, Combustion Engineering) используют вертикальные парогенераторы с U-образными или прямыми трубками.
Надёжность теплообменных трубок. В горизонтальном ПГ трубки не подвергаются значительным вибрационным нагрузкам от поперечного обтекания паром, характерным для вертикальных аппаратов. Опыт эксплуатации показал существенно меньшее количество повреждений трубок по сравнению с вертикальными ПГ западного типа.
Простота сепарации. Большая площадь зеркала испарения в горизонтальном корпусе и значительный паровой объём обеспечивают эффективную гравитационную сепарацию пара без сложных циклонных устройств.
Доступность для обслуживания. Горизонтальная компоновка упрощает доступ к коллекторам и трубному пучку через люки-лазы (800 мм и 500 мм) для осмотра, контроля и глушения дефектных трубок.
Естественная циркуляция. Горизонтальное расположение трубного пучка обеспечивает стабильную естественную циркуляцию воды второго контура без принудительных устройств.
Недостатком горизонтальной компоновки является склонность к накоплению шлама (продуктов коррозии) в нижней части трубного пучка, в зоне между дистанционирующими решётками. Шлам концентрируется на горизонтальных участках трубок и в застойных зонах, создавая условия для подшламовой коррозии.
Корпус парогенератора -- горизонтальный цилиндрический сварной сосуд, предназначенный для размещения трубного пучка, коллекторов теплоносителя и внутрикорпусных устройств. Корпус рассчитан на давление второго контура.
Корпус состоит из трёх обечаек различной толщины и двух штампованных эллиптических днищ. Центральная обечайка имеет увеличенную толщину стенки (145 мм), так как через неё вводятся коллекторы теплоносителя первого контура, создающие концентрацию напряжений. На корпусе расположены патрубки коллекторов теплоносителя, патрубки пара и питательной воды, штуцеры систем продувки, дренажа, аварийной подачи воды и импульсных линий уровнемеров.
В каждом парогенераторе установлены два вертикальных коллектора теплоносителя первого контура: «горячий» (вход теплоносителя, температура 321 °С) и «холодный» (выход, температура 291 °С).
Между стенками коллекторов и патрубками корпуса предусмотрены водяные рубашки для предотвращения температурных напряжений в толстостенных элементах. Ниже водяных рубашек расположены карманы для отвода парогенераторной воды на продувку. Съёмные крышки обеспечивают доступ для осмотра внутренней поверхности коллекторов и глушения дефектных трубок.
Теплообменная поверхность ПГВ-1000М выполнена из U-образных трубок, своими концами закреплённых (вальцованных и подваренных) в перфорированных стенках горячего и холодного коллекторов.
Сталь 08Х18Н10Т -- аустенитная хромоникелевая нержавеющая сталь, стабилизированная титаном. Она обладает высокой коррозионной стойкостью в водной среде при температурах до 350 °С. Титан в составе стали предотвращает межкристаллитную коррозию, связывая углерод в карбиды титана. Химический состав стали регламентирован ГОСТ 5632.
Осушка пара в ПГВ-1000М обеспечивается гравитационной сепарацией без сложных механических сепарационных устройств. Для этого используются два дырчатых листа:
Погружённый дырчатый лист (ПДЛ) -- расположен над трубным пучком в водяном объёме парогенератора. Предназначен для выравнивания паровой нагрузки на зеркале испарения, предотвращения локальных прорывов пара через слой воды. Лист перфорирован отверстиями, через которые проходят паровые пузырьки.
Пароприёмный дырчатый лист (ПпДЛ) -- расположен над номинальным уровнем воды в паровом пространстве. Выравнивает скорости пара на выходе из парового объёма, обеспечивая равномерное поступление пара к патрубкам парового коллектора.
Между ПДЛ и ПпДЛ находится зона гравитационной сепарации: капли влаги отделяются от пара за счёт разности скоростей движения паровой и жидкой фаз в большом паровом объёме горизонтального корпуса. Номинальный уровень воды в ПГВ-1000М поддерживается на отметке примерно 550 мм выше горизонтальной оси парогенератора (по показаниям штатных уровнемеров).
Питательная вода с температурой 220 °С подаётся через патрубок на корпусе, к которому присоединён коллектор Ду400 в паровом пространстве. От коллектора отходят две раздающие трубы Ду250, расположенные над погружённым дырчатым листом. Основной поток питательной воды направляется преимущественно к горячей стороне парогенератора для выравнивания паровой нагрузки.
Подача аварийной питательной воды осуществляется через патрубок диаметром 100 мм на холодном днище парогенератора. Раздающий коллектор диаметром 80 мм проходит через всю длину ПГ в паровом пространстве и имеет 38 перфорированных трубок диаметром 25 мм для равномерного распределения воды. Температура аварийной питательной воды составляет 5--45 °С, что значительно ниже температуры насыщения (около 280 °С). Для предотвращения теплового удара на корпус ПГ конструкция патрубка включает защитную паровую рубашку.
ПГВ-1000МКП разработан для реакторной установки В-392М проекта «АЭС-2006» с реактором ВВЭР-1200. По сравнению с ПГВ-1000М он имеет увеличенную тепловую мощность (803 МВт против 750 МВт), повышенное давление пара (7,0 МПа) и проектный срок службы 60 лет. Внутренний диаметр корпуса увеличен до 4200 мм.
Основная проблема эксплуатации ПГВ-1000М -- коррозионное повреждение теплообменных трубок из стали 08Х18Н10Т вследствие подшламовой коррозии со стороны второго контура. Механизм: продукты коррозии конструкционных материалов второго контура (оксиды железа) переносятся питательной водой в парогенератор, где осаждаются в виде шлама на горизонтальных участках трубок и в зонах между дистанционирующими решётками. Под слоем шлама образуется агрессивная среда (повышенная концентрация примесей, пониженный pH), что приводит к локальному утонению стенки трубки и образованию сквозных дефектов.
Накопление шлама наиболее интенсивно происходит в зоне 2--4 дистанционирующих решёток от горячего коллектора, где тепловой поток максимален и скорости циркуляции воды минимальны.
Герметичность теплообменных трубок контролируется:
-- по активности теплоносителя второго контура (по содержанию 16N, образующегося при активации кислорода теплоносителя первого контура);
-- вихретоковым контролем (ВТК) при планово-предупредительных ремонтах -- наиболее информативный метод, позволяющий обнаружить утонение стенки трубки до образования сквозного дефекта;
-- гидравлическими испытаниями.
Дефектные трубки выводятся из работы путём установки заглушек (пробок) в отверстия коллектора с обоих концов трубки. Нормативный предел -- не более 10--15 % от общего количества трубок. При превышении этого предела парогенератор подлежит замене.
Техническое обслуживание парогенератора включает:
Вихретоковый контроль (ВТК) теплообменных трубок -- выполняется при каждом планово-предупредительном ремонте (ППР) путём протяжки вихретокового зонда через каждую трубку из коллектора. Позволяет определить глубину дефекта (утонение стенки в процентах от номинальной толщины).
Шламоудаление -- промывка трубного пучка со стороны второго контура для удаления отложений. Выполняется при ППР.
Визуальный осмотр внутренней поверхности коллекторов и трубного пучка через люки-лазы.
Контроль металла корпуса и коллекторов -- ультразвуковая дефектоскопия, контроль толщины стенок.
Проектный срок службы ПГВ-1000М составляет 30 лет. При положительных результатах контроля технического состояния допускается продление ресурса до 40--45 лет. На ряде энергоблоков ВВЭР-1000 выполнена замена парогенераторов после 25--30 лет эксплуатации -- операция, требующая демонтажа части защитной оболочки (контайнмента) и применения специального подъёмно-транспортного оборудования.
ПГВ-1000МКП для ВВЭР-1200 спроектирован на 60 лет эксплуатации, что соответствует проектному сроку службы энергоблока.
Горизонтальная компоновка была принята в советской конструкторской школе (ОКБ «Гидропресс») на основании анализа опыта эксплуатации и обеспечивает ряд преимуществ: большая площадь зеркала испарения для гравитационной сепарации без сложных циклонных устройств; меньшая подверженность трубок вибрационным повреждениям; более простой доступ для обслуживания. Многолетний опыт эксплуатации подтвердил существенно меньшее количество повреждений трубок в горизонтальных ПГ по сравнению с вертикальными ПГ западного типа (особенно с трубками из Инконеля 600).
Теплообменные трубки изготовлены из аустенитной нержавеющей стали 08Х18Н10Т (по ГОСТ 5632). Это хромоникелевая сталь, стабилизированная титаном, содержащая: углерод -- не более 0,08 %, хром -- 17--19 %, никель -- 9--11 %, титан -- 5xС--0,7 %. Титан связывает углерод в карбиды, предотвращая межкристаллитную коррозию. Диаметр трубок -- 16 мм, толщина стенки -- 1,5 мм.
Номинальная паропроизводительность ПГВ-1000М составляет 1470 т/ч (408 кг/с). Парогенератор вырабатывает сухой насыщенный пар давлением 6,27 МПа (64 кгс/см2) при температуре 278,5 °С с влажностью не более 0,2 %. Тепловая мощность одного ПГ -- 750 МВт, суммарная тепловая мощность четырёх ПГ на энергоблоке -- 3000 МВт (тепловая мощность реактора ВВЭР-1000).
ПГВ-1000МКП предназначен для реакторной установки В-392М (ВВЭР-1200, проект «АЭС-2006»). Основные отличия: увеличенная тепловая мощность (803 МВт вместо 750 МВт), повышенное давление пара (7,0 МПа вместо 6,27 МПа), увеличенный внутренний диаметр корпуса (4200 мм вместо 4000 мм) и проектный срок службы 60 лет (вместо 30 лет). Паропроизводительность увеличена до 1602 т/ч.
В горизонтальном ПГВ-1000М сепарация пара обеспечивается гравитационным способом. Большой паровой объём и большая площадь зеркала испарения (обусловленные горизонтальной компоновкой) обеспечивают низкую скорость пара и эффективное отделение капель влаги. Дополнительно используются два дырчатых листа: погружённый (ПДЛ) -- для выравнивания паровой нагрузки, и пароприёмный (ПпДЛ) -- для выравнивания скоростей пара на выходе. Влажность пара не превышает 0,2 %.
Основной вид повреждения -- подшламовая коррозия со стороны второго контура. Продукты коррозии (оксиды железа), переносимые питательной водой, осаждаются на горизонтальных участках трубок в зонах между дистанционирующими решётками. Под слоем шлама формируется агрессивная среда с повышенной концентрацией примесей, что приводит к локальному утонению стенки. Для контроля используется вихретоковый метод при ППР, для предотвращения -- поддержание водно-химического режима второго контура и периодическое шламоудаление.
На каждом энергоблоке ВВЭР-1000 установлено четыре парогенератора ПГВ-1000М -- по одному на каждую петлю главного циркуляционного контура. Суммарная тепловая мощность четырёх ПГ составляет 3000 МВт, что соответствует тепловой мощности реактора. Аналогичная схема (4 ПГ на блок) применена для ВВЭР-1200 с парогенераторами ПГВ-1000МКП.
Настоящая статья носит исключительно ознакомительный и справочный характер. Автор и редакция не несут ответственности за последствия применения изложенной информации при проектировании, эксплуатации или ремонте оборудования АЭС. Вся деятельность, связанная с парогенераторами АЭС, должна осуществляться квалифицированным персоналом в строгом соответствии с действующими нормативными документами в области использования атомной энергии. Приведённые технические характеристики основаны на открытых источниках и могут отличаться от параметров конкретных изделий.
1. ПНАЭ Г-7-002-86. Нормы расчёта на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.
2. НП-089-15. Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.
3. ГОСТ 5632-2014. Легированные нержавеющие стали и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки.
4. Трунов Н.Б., Лукасевич Б.И., Драгунов Ю.Г., Давиденко С.Е. Парогенераторы реакторных установок ВВЭР для атомных электростанций. -- М.: ИКЦ «Академкнига».
5. Маргулова Т.Х. Атомные электрические станции. -- М.: ИздАТ.
6. Рассохин Н.Г. Парогенераторные установки атомных электростанций. -- М.: Энергоатомиздат.
7. Todreas N.E., Kazimi M.S. Nuclear Systems. Volume I: Thermal Hydraulic Fundamentals. -- CRC Press.
8. Конструкторская документация ОКБ «Гидропресс» (открытые материалы).
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.