Редукционные и редукционно-охладительные установки
При пусковых, остановочных и аварийных режимах возникает необходимость сброса пара помимо турбины в основной и технологический конденсаторы, деаэратор, специальные приемники пара — барботеры (для одноконтурных АЭС). При этом приходится снижать давление пара от номинального до более низкого, определяемого расчетным давлением приемника пара. Снижение давления пара происходит за счет его дросселирования. Потребители дросселированного свежего пара имеются и при нормальных режимах эксплуатации, например, пиковые сетевые подогреватели, приводные турбины питательных насосов в период пуска, пусковые эжекторы, спецводоочистка.
Для дросселирования пара применяют редукционные установки (РУ), включающиеся в работу за 25—30 с. Для более быстрого снижения давления имеются быстродействующие редукционные установки (БРУ), включающиеся в работу за время 3—5 с. Если наряду с давлением пара необходимо снизить и его температуру, то РУ в своем составе имеет охлаждающее устройство и называются они редукционно-охладительными установками (РОУ и БРОУ). При обозначении РУ и РОУ в схеме АЭС должно быть указано место сброса пара. Например, БРУ-К — сброс пара в конденсатор, БРУ-А — в атмосферу, БРУ-Б — в барботер, БРУ- СН — в коллектор собственных нужд станции.
Рис. 19 1. Схема редукционно-охладительной установки:
1 - дроссельный клапан: 2 — дроссельные решетки, 3 — форсунки пароохладителя; 4 — пароохладитель: 5 — предохранительный клапан; 6 — точка подсоединения датчика давления; 7 — запорный вентиль, 8 — дроссельное устройство; 9 — регулирующий клапан впрыска
На рис. 19.1 приведена схема РОУ. После частичного снижения давления свежего паря в редукционном клапане 1 дальнейшее снижение происходит в дроссельном устройстве 2 корпуса 4. Для охлаждения пара через форсунки 3 подается охлаждающая вода. Окончательное давление редуцированного охлажденного пара устанавливается за 8—10 м после РОУ, откуда берется сигнал & на редукционный клапан 1 и на клапан 9, регулирующий подачу охлаждающей воды на впрыск. Для гарантированного обеспечения РОУ охлаждающей водой, ее подача организована следующим, образом: от задвижки 7 через дроссельное устройство {набор дроссельных шайб) 8 проходит одно и то же количество воды, что обеспечивает постоянный напор перед трехходовым клапаном 9. После клапана 9 основной поток воды идет на впрыск, а избыток направляется в деаэратор. В случае превышения давления сверх расчетного за линии редуцированного пара устанавливается предохранительный клапан 5.
Расход воды на впрыск GB, кг/с, определяется из теплового баланса РОУ:
(19.2)
где Dn — расход пара, кг/с; hx и h2 — энтальпии свежего и редуцированного охлажденного паров, кДж/кг; hB— энтальпия впрыскиваемой воды, кДж/кг.
РУ-К, РОУ-К, БРУ-К и БРОУ-К устанавливаются на паропроводах свежего пара и после СПП турбины для сброса пара в основной конденсатор при аварийных ситуациях, не связанных с полным обесточиванием станции, БРУ-А — для сброса пара в атмосферу при полном обесточивании АЭС (для двухконтурных АЭС). Для одноконтурных АЭС БРУ-К используются при наличии в системе технического водоснабжения промежуточного напорного бассейна. БРУ-А на одноконтурных АЭС отсутствуют, так как сброс радиоактивного пара в атмосферу запрещен. БРУ-Б на одноконтурных АЭС установлена на линии сброса свежего пара в баки-барботеры или бассейн-барботер.
Арматура трубопроводов
Ведение эксплуатационных режимов на станции невозможно без наличия арматуры. Назначение арматуры — регулировать расход, температуру, давление потока, уровень среды, включать или отключать поток. Трубопроводная арматура по назначению подразделяется на запорную, регулирующую, дросселирующую, предохранительную, контрольную и защитную.
Запорная арматура служит для включения и отключения потока среды. В качестве запорной арматуры используются запорные задвижки, вентили, краны, клапаны.
Регулирующая и дросселирующая арматура предназначена для поддержания и изменения параметров среды. Сюда относятся редукционные установки (см. § 19.2), регулирующие и дроссельные клапаны и вентили, регуляторы уровня, конденсатоотводчики.
Рис 19.2 Основные типы трубопроводной арматуры:
а — запорная; б — дроссельно-регулирующая; в — защитно-предохранительная; 1 — задвижка; 2 — клапан, 3 — кран, 4. 5, 6 — соответственно шиберный, поверхностно-золотниковый и трехпоточный клапаны; 7— клапаны углового типа; 3, 9, 10 — соответственно одно- в двухседельные клетновые клапаны; 11, 12 — соответственно с симметричной и со смещенной осью вращения поворотные заслонки; 13—15 — соответственно рычажный, пружинный и мембранно разрывной клапаны; 16, 17 — соответственно поворотный и подъемный обратные клапаны
Предохранительная арматура — предохранительные, обратные и взрывные клапаны, служат для защиты трубопроводов и сосудов от чрезмерного повышения давления и изменения направления потока. Контрольная арматура предназначена для контроля наличия или уровня среды. К ней относятся указатели уровня, опускные вентили и краны.
Защитная арматура служит для аварийного отключения агрегата или аппарата. Схемы основных типов арматуры представлены на рис. 19.2.
По виду привода в действие арматура подразделяется: с ручным или дистанционным управлением (ручной, электромагнитный, электрический, пневматический, паровой, гидравлический приводы) и управляемая автоматически сервоприводом, получающим импульс от изменения параметров среды.
Основными параметрами арматуры являются: условный диаметр прохода dy, мм — это номинальный внутренний диаметр трубопровода, к которому подсоединяется арматура; рабочее давление р, МПа; условное давление среды ру, МПа, — давление среды, соответствующее расчетному при стандартном изменении рабочих температур; пробное давление Рщ>, МПа, — давление, при котором происходит гидравлическое испытание на прочность; пропускная способность G, т. е. объемный расход жидкости, м3/ч, с плотностью 1000 кг/м3, пропускаемый регулирующим органом при перепаде давления на нем 0,1 МПа.
Задвижки — наиболее распространенный тип запорной арматуры. На АЭС они используются на трубопроводах с диаметром более 100 мм. Задвижки подразделяют на запорные, дроссельные и быстродействующие или отсечные (защитная арматура). Большим преимуществом задвижек является их малое гидравлическое сопротивление (коэффициент гидравлического сопротивления = 0,2-1,0).
Наиболее уникальными являются главные запорные задвижки (ГЗЗ), устанавливаемые на главных циркуляционных трубопроводах ВВЭР. На рис. 19.3 представлена конструкция ГЗЗ для реактора ВВЭР-1000, устанавливаемая на трубопроводе диаметром 850 мм. Высота задвижки около 5 м, масса 18 т, работает при р=16 МПа, £г = 322°С. Двухстороннее уплотнение происходит за счет плотного прилегания затвора 1 к седлу 2. Сальниковое уплотнение обеспечивает отсутствие протечек радиоактивного теплоносителя. Фактически ГЗЗ — это не просто арматура, а сложный агрегат. В гл. 10 указывалось, что назначение ГЗЗ — отключать петлю реактора при работающих других петлях, поэтому на одну петлю устанавливают две — на горячей и холодной нитке.
При отключении одной петли при работающих других петлях с помощью ГЗЗ может вызвать ряд негативных последствий. Так, при отключении и расхолаживании петли при работающих других петлях в районе подсоединения ГЗЗ к главному циркуляционному трубопроводу имеются сечения с высокими температурными перепадами. Это может вызвать чрезмерные температурные напряжения в металле и к появлению трещин. Кроме того, для больших мощностей единичной петли (для ВВЭР-1000 мощность петли 250 МВт) происходит неравномерное перемешивание теплоносителя от трех других петель при входе его в активную зону, что нарушает гидродинамику активной зоны. Поэтому на современных блоках с ВВЭР-1000 от установки ГЗЗ отказываются.
Рис 19 3 Главная запорная задвижка для ВВЭР-1000
(dv-=850 мм): 1 — затвор, 2 — седло; 3 — шток; 4 — сальниковое уплотнение
Рис. 19 4. Вентиль:
1 — сальниковая набивка; 2 — прижимная планка; 3 — седло
В качестве запорной арматуры широко применяются вентили и клапаны (рис. 19.4). Если в задвижке запорный орган — диск или клин (см. поз. 1 рис. 19.3) — перемещаются возвратно-поступательно перпендикулярно к оси потока рабочей среды, то в клапанах запорный орган 3 (рис. 19.4) перемещается возвратно-поступательно параллельно оси потока среды. В этой связи требуются большие усилия для закрытия и гидравлические сопротивления в 5—20 раз выше по сравнению с задвижками (коэффициент гидравлического сопротивления клапанов изменяется в пределах 5,5—16). Для облегчения открытия клапанов при большом перепаде давлений до и после клапана они могут выполняться с внутренней разгрузкой. Вначале поднимается меньшая разгрузочная тарелка клапана. Благодаря меньшей ее поверхности требуется меньшее усилие открытия по сравнению с большей тарелкой клапана. После выравнивания давления по обе стороны большой тарелки открытие клапана облегчается.
Вентили и клапаны устанавливаются на трубопроводах диаметром ло 100 мм. Запорная арматура выбирается по условному диаметру без предварительных гидродинамических расчетов. В качестве регулирующей арматуры для регулирования расхода и давления среды используются такие клапаны, но в отличие от запорных клапанов они имеют другой профиль седла и клапана. Регулирование расхода происходит за счет изменения проходного сечения. Наиболее распространены клапаны с плунжерным (игольчатым) регулирующим органом. Большое количество запорно-регулирующей арматуры устанавливается на подводящих коммуникациях к технологическим каналам реакторов РБМК.
Регулирующая арматура должна обеспечивать высокую точность поддержания заданных параметров регулирования и широкий диапазон регулирования, минимальный уровень шума. Для арматуры малых условных диаметров (до 100 мм) применяются односедельные плунжерные клапаны, для больших диаметров — двухседельные клапаны (см. рис. 19.2). Седло и подвижная часть клапана (плунжер) должны выполняться из эрозионно-стойкого материала. Регулирующая арматура выбирается по пропускной способности.
В тепловой схеме АЭС широко используются обратные клапаны для предотвращения обратного движения рабочей среды. Обратные клапаны устанавливаются на напорных линиях насоса для предотвращения распространения давления напора на всасывающую линию (которая не рассчитана на напорное давление) при остановке насоса; на питательных магистралях для предотвращения опорожнения парообразующей установки при разрыве питательной магистрали; на линиях отборного пара на регенеративные подогреватели для предотвращения заброса воды в турбину при разрыве трубок ПВД или ПНД, на линиях подсоединения гидроемкостей САОЗ к реактору и на других трубопроводах.
Обратные клапаны относятся к самодействующей арматуре. Открытие клапана и удержание его в открытом состоянии происходит под действием динамического напора среды, а закрываются они в зависимости от конструкции под действием силы тяжести, пружины, рабочей среды при изменении направления ее движения.
На рис. 19.5 показано устройство обратного клапана. Положение заслонки 3 клапана в рабочем состоянии показано пунктирными линиями, при изменении направления потока заслонка 3 закрывается под действием силы тяжести и потока рабочей среды.
На всех сосудах, работающих под давлением, устанавливаются предохранительные или взрывные клапаны. Назначение предохранительной арматуры — предотвращение повышения давления выше допустимых пределов. Взрывные клапаны устанавливаются на сосудах, работающих при давлении до 1 МПа. При превышении этого давления мембрана взрывного клапана разрушается и давление в емкости снижается. Взрывной клапан установлен, например, на барботере компенсатора давления, в газовом контуре РБМК.
Предохранительные клапаны устанавливаются на установках, работающих при высоких давлениях. Обычно устанавливается не менее двух предохранительных клапанов, один из которых — контрольный, а остальные — рабочие. При давлениях до 10 МПа контрольный клапан открывается, если давление превышает на 3 %, рабочие — на 5 %. При давлениях свыше 10 МПа контрольный и рабочие предохранительные клапаны открываются при превышении номинального давления соответственно на 5 и 8%.
Рис. 19 5. Обратный клапан
Предохранительные клапаны подразделяются на клапаны прямого действия и импульсные.
В клапанах прямого действия тарелка, открывающая доступ для выхода рабочей среды, поднимается под воздействием избыточного давления рабочей среды. Закрытие клапана обеспечивается либо за счет рычага с грузом, либо за счет пружины. Поэтому они еще подразделяются на рычажные и пружинные. Импульсные предохранительные клапаны открываются под действием внешнего усилия при получении сигнала о превышении давления до допустимого уровня. Предохранительные клапаны устанавливаются на компенсаторах давления первых контуров АЭС с ВВЭР со сбросом парогазовой смеси в барботер (см. рис. 10.7); на барабанах-сепараторах и паропроводах РБМК со сбросом пара в баки-барботеры или бассейны-барботеры; на паровых коллекторах парогенераторов со сбросом пара в атмосферу.
Существуют другие виды арматуры. Так, при каскадном сливе дренажей ПВД и ПНД устанавливаются конденсатоотводчики, назначение которых — пропускать только конденсат и исключать проскоки пара. Такие же конденсатоотводчики устанавливаются на дренажных линиях паропроводов.
Существуют определенные требования к установке арматуры при монтаже:
- движение среды должно совпадать со стрелкой на корпусе арматуры;
- недопустимо использование арматуры не по назначению. Так, например, нельзя использовать запорную арматуру как регулирующую;
- арматура, как правило, должна подсоединяться к соответствующему участку трубопровода до его монтажа;
- необходим доступ к арматуре для ее обслуживания;
- выбирать арматуру необходимо только в соответствии с параметрами рабочей среды;
- арматура, работающая при высоких температурах, должна иметь съемные теплозащитные кожухи.
