Имеется большое разнообразие типов ПГ для быстрых реакторов: с естественной, многократно принудительной циркуляцией, прямоточные, с различными конфигурациями теплообменных труб (прямыми, U-образными, спиральными, L-образными, трубками Фильда), выполненными из разных конструкционных материалов (рис. 11.5).
В СССР и за рубежом основным видом жидкометаллического теплоносителя является натрий (Na). Особенностью таких ПГ является работа их на высоких параметрах пара (давление 14— 16 МПа, температура перегретого пара 500—520 °С) и при значительных удельных тепловых нагрузках. При нарушении плотности ПГ происходит бурное взаимодействие воды с натрием (вплоть до взрыва).
Рис. 11.5. Теплотехнические схемы парогенераторов с жидкометаллическим теплоносителем:
а — вертикальные с параллельным пучком трубок и температурной компенсацией на
корпусе; б — вертикальный с параллельным пучком трубок и индивидуальной компенсацией; в — вертикальный U-образный (может быть перевернутого типа); г — типа "хоккейной клюшки"; 9 — U-образный с вертикальным пучком и кожухом; е — U-образный с горизонтальным пучком и кожухом; ж — вертикальный цилиндрический с U-образными трубками, э, и — вертикальный цилиндрический с трубками в виде змеевика, имеющий прямоугольный и округленный шаг; к — вертикальный цилиндрический со спиральными трубками; 9, н — вертикальный цилиндрический с трубками Фильда
По своему конструктивному оформлению ПГ с Na-теплоносителем подразделяются на корпусные и секционные (модульные).
Корпусной ПГ устанавливается один на реакторную петлю и может включать в себя все элементы парогенерирующей установки — экономайзер, испаритель, пароперегреватель. Такой ПГ называется однокорпусным интегральным. Расположение вышеуказанных поверхностей в отдельных корпусах приводит к двух- или трехкорпусным конструкциям. Секционные ПГ характеризуются наличием отдельных параллельно включенных секций — модулей. Отдельные секции — модули могут отключаться при работе других секций — в этом большое преимущество таких ПГ. При нарушении плотности в модуле и протекании реакции натрия с водой последствия этого взаимодействия не так ощутимы по сравнению с ПГ корпусного типа, где в реакции взаимодействия принимают участие большие массы натрия. Секционные ПГ просты в изготовлении, из секций можно смонтировать ПГ любой мощности, легко проверить основные теплогидравлические характеристики в стендовых условиях на заводе-изготовителе, удобны в транспортировке и возможно их серийное изготовление.
Рис. 11.6. Секционный парогенератор БН-350;
1 — барабан-сепаратор; 2 — подводящая паровая труба; 3 — опускание трубы, 4— подъемные трубы; 5 — раздающий коллектор натрия, 6 — собирающий коллектор перегретого пара; 7 — пароперегревательная секция, 8 — раздающий паровой коллектор; 9 — испарительная секция; 10 — раздающий водяной коллектор 11 — собирающий коллектор натрия
К недостаткам секционных ПГ можно отнести меньшую их компактность по сравнению с корпусными той же мощности, большие габариты и повышенную металлоемкость, большую стоимость и сложность (трубопроводы обвязки, арматура и др.), возможность неравномерного распределения расхода рабочей среды по параллельным элементам.
На АЭС с реактором БН-350 в г. Шевченко применяются корпусные ПГ с естественной циркуляцией с трубками Фильда. Один ПГ состоит из двух испарительных и двух пароперегревательных элементов. Испаритель представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд диаметром 1,4 м с закрепленными в трубной доске 816 трубками Фильда (см. рис. 11.5, м). Трубки Фильда состоят из наружной трубы 32X2 мм и внутренней трубы 16Х Х1,4 мм. Сепарация пара осуществляется в жалюзийных сепараторах. Полная высота испарителя с сепаратором составляет 12,6 м. Пароперегреватель — кожухотрубный, U-образный с диаметром корпуса 0,8 м. Высота пароперегревателя — 4,5 м.
В последние годы на нескольких петлях реактора ПГ с трубками Фильда заменены на ПГ с естественной циркуляцией рабочего тела с секционной конструкцией испарителя и пароперегревателя и установкой барабана-сепаратора между ними (рис. 11.6). Это позволяет осуществлять продувку из барабана. Из барабана- сепаратора 1 диаметром 1800X60 мм и длиной 9 м со встроенными сепарационными циклонами вода по опускным трубам 3 подается к раздаточным коллекторам 10 испарительных секций 9. По подъемным трубам 4 пароводяная смесь поступает в циклонные сепараторы.
Рис 11.7. Модуль пароперегревателя парогенератора АЭС с натриевым теплоносителем:
1 — крышка камер рабочего тела, 2 — патрубок выхода перегретого пара; 3 — выходная камера папа 4 — теплоизолирующие прокладки; 5 — дистанционирующие решетки, 6 — входная камера натрия; 7 — обечайка трубного пучка; 8 — обечайка камеры; 9 — трубы теплопередающей поверхности, 10 — трубные доски-вытеснители, 11 — штуцер воздушника, 12 — защитная трубная доска, 13, 14, 15 — детали крепления крышки, 16 — входная камера пара, 17 — входной патрубок пара; 18, 20, 21 — дистанционирующие элементы обечайки; 19 — патрубок выхода натрия, 22, 23, 25— 27 — элементы дистанционирования и крепления внутренней обечайки, 24 — входной патрубок натрия. 28 — трубные доски-вытеснители; 29 — штуцер дренажа; 30 — место приварки труб трубного пучка к трубной доске
Насыщенный пар из барабана-сепаратора по трубам 2 поступает к раздаточным коллекторам пароперегревательных секций 7, и из собирающего коллектора 6 перегретый пар направляется в паропровод на турбину.
Натрий с температурой 453 °С поступает в раздающий коллектор 5 пароперегревателя, а оттуда — в межтрубное пространство пароперегревательных секций 7, последовательно проходит в межтрубное пространство испарительных секций 9 и через собирающий коллектор 11 направляется в промежуточный теплообменник с температурой 273 °С.
Питательная вода с температурой 156°С поступает в барабан-сепаратор. Давление в барабане-сепараторе 5,5МПа. Давление пара после пароперегревателя 5 МПа, температура перегрева 435 °С.
Испарительные секции представляют собой кожухо-трубчатый теплообменник с диаметром корпуса 170 мм, в котором размещены 19 трубок диаметром 22X2,5 мм со средней длиной труб 3,4 м. Пароперегревательные секции аналогичны испарительным, но отличаются размерами труб (19 трубок диаметром 18X2,15 мм, длиной 6,9 м). При такой конструкции ПГ повышается его надежность.
Секционные парогенераторы с реактором БН-600 установлены на Белоярской АЭС. Каждая секция состоит из трех параллельно расположенных модулей: в центре — испарительный, высотой
16,8 м, и первичного и промежуточного пароперегревателей. Парогенератор состоит из 60 таких секций. Испаритель и пароперегреватель выполнены из стали Х18Н9. Вода и пар движутся в трубах,, натрий — в межтрубном пространстве.
На рис. 11.7 представлен модуль пароперегревателя секционного ПГ реактора БН-600. Натрий с температурой 520 °С направляется в пароперегреватель через патрубок 24 в межтрубное пространство трубной поверхности 9. После пароперегревателя натрий по трубопроводу 19 с температурой 500 °С направляется в испарительные секции. На выходе из испарителя температура натрия составляет 320 °С. Давление свежего перегретого пара 13,75 МПа, давление пара после промежуточного пароперегревателя 2,45 МПа. Паропроизводительность одного ПГ 178 кг/с.
В испарительной секции пар перегревается на 20—30 °С для исключения возможности заброса капель воды в пароперегреватель. В нижней части теплообменной поверхности имеются гибы труб для самокомпенсации различных температурных удлинений корпуса и труб.
Для защиты корпуса и трубных досок от колебаний температуры натрия, которые из-за высокой его теплопроводности легка передаются элементам конструкции, поток натрия отделен от корпуса кожухом, а от трубных досок — системой вытеснителей 10 и теплоизолирующих прокладок 4. Все элементы пароперегревателей выполняются из аустенитных нержавеющих сталей, испаритель — из хромомолибденовой стали.
