Стартовая >> Архив >> Генерация >> Атомные электрические станции и их оборудование

Деаэрационно-питательные установки - Атомные электрические станции и их оборудование

Оглавление
Атомные электрические станции и их оборудование
Выработка, распределение и потребление энергии
Типы АЭС и их технологическое оборудование
Тепловая и общая экономичность АЭС
Баланс теплоты и показатели экономичности АЭС
Регенеративный подогрев питательной воды
Конструкции регенеративных подогревателей
Деаэрационно-питательные установки
Питательные установки
Испарительные установки
Схемы включения испарителей в тепловую схему АЭС
Конденсационные установки
Теплотехнические схемы конденсаторов
Конструкция и выбор конденсаторов
Системы технического водоснабжения
Типы и принцип работы охладителей оборотных систем технического водоснабжения
Баланс теплоносителя и рабочего тела
Реакторные установки
Характеристика основного оборудования реакторных контуров
Вспомогательные реакторные системы, вопросы безопасности
Системы аварийного охлаждения
Парогенераторные установки
Парогенераторы на АЭС с жидкометаллическим теплоносителем
Турбинные установки
Теплофикационные установки
Активация и дезактивация
Вентиляционные установки
Технологический транспорт
Водно-химические режимы и физико-химические процессы
Генеральный план и компоновки
Компоновка главного корпуса АЭС
Трубопроводы
Редукционные установки, арматура трубопроводов
Тепловые схемы АЭС с водным теплоносителем
АЭС с жидкометаллическим теплоносителем
Режимы работы АЭС
Схемы регулирования мощности энергоблоков
Вопросы для самопроверки, список рекомендуемой литературы

Глава пятая
ДЕАЭРАЦИОННО-ПИТАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

Назначение деаэрационной установки

В воде конденсатно-питательного тракта могут присутствовать различные примеси: газообразные (кислород, углекислота, азот, аммиак, а на одноконтурных АЭС добавляются радиолитические и благородные газы), твердые (продукты коррозии конструкционных материалов), естественные  (хлориды, кремнекислоты и другие.)
Рассмотрим пути поступления примесей в цикл. Газообразные примеси поступают в основном за счет присосов воздуха в конденсаторе и в первых ПНД, работающих при давлениях ниже атмосферного. На одноконтурных АЭС радиолитические газы (продукты радиолиза воды) и благородные газы (газовые осколки деления ядерного топлива) поступают вместе с паром в регенеративные подогреватели и в конденсатор. Продукты коррозии поступают в воду в результате взаимодействия конструкционных материалов с водной средой, образования окислов металлов и перехода их в воду. Поступление естественных примесей происходит в основном в конденсаторе за счет присосов охлаждающей воды в неплотностях теплообменной поверхности. Давление охлаждающей воды всегда выше давления конденсирующего пара в конденсаторе, и при наличии неплотностей происходит переток охлаждающей воды в конденсат. Практически присосы охлаждающей воды всегда имеют место, если даже с завода конденсатор поставлен достаточно плотным. В процессе эксплуатации в результате протекания коррозионных, эрозионных и других процессов происходит нарушение плотности, и присосы охлаждающей воды увеличиваются. Охлаждающая вода расходуется в больших количествах (см. гл. 3) и никакой предварительной обработке не подвергается (по этой причине она называется технической, см. гл. 7). Поэтому даже незначительные присосы охлаждающей воды привносят значительные количества примесей.
Присутствие в воде примесей вызывает ряд физико-химических процессов, и, в первую очередь, взаимодействие их с конструкционными материалами и усиление протекания коррозионных процессов с выносом продуктов коррозии в воду.
Продукты коррозии, а также некоторые естественные примеси (например, жесткость — кальций и магний) выпадают в отложения на теплопередающих поверхностях, что приводит к уменьшению коэффициента теплопередачи и возникновению под отложениями местных, наиболее опасных видов коррозионных повреждений. Это снижает экономичность, надежность и безопасность работы АЭС.
Из газовых примесей наибольшую опасность представляют кислород и углекислота. Поступление углекислоты с присосами воздуха незначительно. Она образуется в конденсатно-питательном тракте за счет термического разложения бикарбонатов, поступающих с присосами технической воды
2NaHCO3 Na2CO3 + Н20 + CO2       (5.1)
и последующего гидролиза карбонатов
Na2CO3 + Н20 -> 2NaOH + CO2.     (5.2)
Кислород и углекислота являются коррозионно-агрессивными агентами.
Воздух и другие газы удаляются из конденсатора с помощью эжекторов (см. гл. 6), часть их вместе с конденсатом поступает в конденсатный тракт. Часть примесей может поступать с подпиточной водой. Однако на современных АЭС добавочная вода готовится по принципу полного химического или термического обессоливания. Добавочная вода, как правило, поступает в конденсатор. Для уменьшения коррозионных процессов, как уже указывалось в § 4.4, поверхности нагрева ПНД выполняются из коррозионностойких материалов — латунных сплавов, нержавеющих аустенитных сталей и высоконикелевых сплавов.
Для того чтобы иметь возможность выполнять ПНД из более дешевых углеродистых сталей, необходимо удалить из воды коррозионно-агрессивные газы и, в первую очередь, кислород и углекислоту. Для этих целей применяют деаэрационную установку, делящую весь тракт от конденсатора до парогенерирующей установки на конденсатный и питательный тракты. Частично кислород удаляется при деаэрации конденсата в конденсаторе (см. гл. 6).

Способы деаэрации воды и конструктивное выполнение деаэраторов

Для удаления газов из воды могут быть использованы химические и термические методы. Химические методы основаны на избирательном взаимодействии удаляемых газов с дозируемыми реагентами. Практически химический метод применим только для удаления кислорода. Для этого используют гидразин N2H4, и то не как самостоятельный метод, а для удаления микроколичеств кислорода. Вместе с гидразином в воду могут поступать другие примеси. Кроме того, гидразин является токсичным веществом. На АЭС применяют в основном термическую деаэрацию. Термические деаэраторы позволяют удалять из воды любые растворенные в воде газы и не вносят никаких дополнительных примесей в воду.
Рассмотрим принцип работы термического деаэратора. В соответствии с законом Генри количество растворенного в воде газа, например кислорода, пропорционально парциальному давлению этого газа над жидкостью
Go, = k0%p02,    (5.3)
где Go, —количество растворенного в воде кислорода: ко, — коэффициент абсорбции кислорода жидкостью, зависящий от температуры; ро, — парциальное давление кислорода над жидкостью.
Суммарное давление над уровнем воды
(5.4)
где pHJO—парциальное давление водяных паров; 2р2 — сумма парциальных давлений других, кроме кислорода, газов.
С учетом (5.4) уравнение (5.3) можно записать:
(5.5)
На рис. 5.1 представлена зависимость растворимости кислорода (кривая 1) от температуры, определяемая k0j. Несмотря на уменьшение количества кислорода в воде с повышением температуры оставшаяся его часть значительна. Так, при изменении температуры воды от 20 до 50 °С количество растворенного в воде кислорода уменьшается с 9 до 5 мг/кг. Оставшаяся часть кислорода (5 мг/кг) в сотни раз превышает допустимые уровни.
Из уравнения (5.5) следует, что для сведения к нулю содержания кислорода в воде необходимо выполнение условия
Р = Рн2о-   (5.6)

Рис 5 1 Зависимость парциальных давлений воздуха, кислорода, водяных паров и растворимости кислорода от температуры при атмосферном давлении:
1 — содержание кислорода в воде, 2,     3.   4 — парциальные давления водяных паров, кислорода и воздуха

Это условие выполняется при повышении температуры воды до температуры насыщения, т. е. до кипения. Из рис. 5.1 видно, что при атмосферном давлении воздуха 4 парциальное давление кислорода 3 и количество растворенного в воде кислорода 1 равны нулю и давление над водой определяется давлением насыщенных паров воды 2.
Устройство, где происходит прогрев воды до температуры кипения с целью удаления газов, называется деаэратором. Подогрев воды в деаэраторе осуществляется за счет отборного пара из турбины.
Для надежного удаления из воды газов необходимо прогревать всю массу воды до температуры насыщения. Недогрев воды на 1—3°С увеличивает остаточное содержание газов в воде.

Рис. 5 2. Общий вид деаэрационной колонки:
вид деаэрационной колонки
1  —   подвод основного конденсата; 2 — подвод конденсата ПБД; 3 — отвод выпара; 4 — подвод греющего пара, 5 — тарелка

Для выполнения условия (5.6) необходимо постоянно удалять выделившиеся из воды газы. Отводимая из  деаэратора парогазовая смесь называется выпаром.
Чем больше выпар, тем эффективнее будет работать деаэратор. Для возврата в цикл уходящего с выпаром пара на линии сброса выпара устанавливают охладитель выпара (см, рис. 5.3, поз. 3). Конденсация пара в охладителе выпара происходит за счет пропуска воды 1, идущей на деаэрацию. Конденсат выпара возвращается в деаэратор, а несконденсировавшиеся газы по линии 2 выбрасываются либо в атмосферу (для двухконтурных АЭС), либо в конденсатор (для одноконтурных АЭС). Использование выпара значительно упрощается, если его применить как рабочее тело для эжекторов турбин.
Деаэраторы могут быть смешивающие, поверхностные и перегретой воды. Наибольшее распространение получили смешивающие деаэраторы. Поверхностные деаэраторы используются в том случае, если греющий пар изменяет материальный баланс установки. Так, например поверхностные деаэраторы устанавливаются на линии подпитки первого контура АЭС с ВВЭР-1000. В деаэраторах перегретой воды подаваемая на деаэрацию вода подогревается в теплообменнике до температуры, превышающей температуру насыщения в деаэраторе. Избыточная теплота этой воды расходуется на парообразование. Недостатком деаэратора перегретой воды является сложность осуществления одновременной деаэрации потоков воды с разными энтальпиями, поэтому они не получили практического применения.
Деаэраторы подразделяются по давлению на вакуумные, атмосферные, повышенного давления. Вакуумные деаэраторы устанавливаются на подпитке теплосети, атмосферные — на линии подачи добавочной воды и деаэраторы повышенного давления — на основном потоке конденсата.
Само деаэрационное устройство представляет из себя деаэрационную колонну, в которой подогреваемая вода стекает сверху вниз, а навстречу ей снизу подается греющий пар. Деаэрационная колонна устанавливается на бак — аккумулятор питательной воды, куда стекает продеаэрированная вода. В зависимости от мощности турбины на один деаэраторный бак устанавливают одну, две, реже три деаэрационные колонны. В эксплуатации под деаэратором понимают совокупность деаэрационных колонн и деаэрационного бака.
Для улучшения процесса деаэрации в деаэраторах смешивающего типа необходимо обеспечить большую поверхность контакта подогреваемой среды с паром. Поэтому конструкции термических деаэраторов подразделяются, в первую очередь, по способу дробления воды. Различают деаэраторы: сопловые, с насадками, пленочные, струйные и барботажные. В сопловых деаэраторах распыление воды идет с помощью сопел. Сопловые, с насадками и пленочные деаэраторы широкого распространения не получили, так как сопловые — малоэффективны, а с насадками (установка большого количества металлических насадок) и пленочные (вода стекает в виде пленки по концентрическим стальным кольцам) дают дополнительное количество продуктов коррозии в воду. На АЭС широкое распространение получили струйные деаэраторы. На рис. 5.2 представлена деаэрационная колонна струйного деаэратора. Сверху по линии 1 конденсат после ПНД подается на устройства 5, называемые «тарелками». Через отверстия в нижней части «тарелок» вода струями стекает вниз на следующий этаж «тарелок». Снизу в паровую камеру по трубопроводу 4 подается пар из отбора турбины. Пар, двигаясь снизу вверх, пересекает струи воды и подогревает ее до температуры насыщения. По мере подъема пара его количество уменьшается за счет конденсации. Выпар отводится по трубопроводу 3. За счет дробления воды на струи образуется большая поверхность контакта воды с паром.

Таблица 5.1. Основные характеристики смешивающих деаэраторных колонок


Тин

Производительности по воде, т/ч

Наружный диаметр, мм

Полная высота, мм

ДСА-50

50

1112

2530

ДСЛ-75

75

1292

2760

ДСЛ-100

100

1492

2790

ДСУ-150

150

1712

2950

ДСУ-200

200

1892

2990

ДСА-300

300

2092

3680

ДСП-160

160

1820

3415

ДСП-225

225

1820

3415

ДСП-320

320

2032

3000

ДСП-500

500

2430

2650

ДСП-800

800

2430

4000

ДСП-1000

1000

2500

4000

Примечание ДСА—деаэратор смешивающий атмосферного давления; ДСП—деаэратор смешивающий повышенного давления.

Схема подключения деаэратора к тепловой схеме
Рис. 5.3. Схема подключения деаэратора к тепловой схеме:
1 — поток конденсата после ПНД; 2 — выброс несконденсировавшихся газов; 3 — охладитель выпара 4 — выпар; 5 — деаэратор; 6 — питательный насос; 7 — ПВД, 8 — отборный нар на ПВД, 9 — пар от постороннего источника, 10 — клапан регулятора давления

По линии 2 подается конденсат греющих паров ПВД. В табл. 5.1 приведены основные данные выпускаемых в СССР деаэрационных колонн. Для увеличения времени контакта пара с водой и глубины разложения бикарбонатов струйную деаэрацию можно дополнить барботажной, подавая часть пара под уровень воды в деаэраторном баке. Пар, барботируя через воду, способствует более полному удалению газов. Емкость деаэраторных баков выбирается из расчета трехминутной работы питательных насосов после прекращения подачи воды в деаэратор. Уровень воды в деаэраторе должен быть определенным и контролироваться с помощью водомерного стекла. При достижении предельно допустимого уровня, избыток воды сливается через переливное устройство. Повышение уровня свыше максимально допустимого ухудшает работу деаэрационной колонки. Давление в деаэраторе необходимо поддерживать постоянным. Это связано с тем, что после деаэратора вода, нагретая до температуры насыщения, питательным насосом 6 (рис. 5.3) подается в питательную магистраль. При резком изменении давления в деаэраторе может произойти вскипание воды, и работа насоса нарушается.
При изменении нагрузки на турбину давление пара в отборах изменится, изменится давление и в деаэраторе. Если турбина имеет регулируемые отборы пара, то деаэратор следует подключать к этому отбору. Регулируемые отборы пара у турбин на АЭС, как правило, отсутствуют. Для обеспечения постоянства давления деаэратор по пару подсоединяется к нескольким отборам турбин (см. рис. 5.3). При изменении нагрузки турбины от 100 до 70%, давление рз обеспечивается отборным паром 8 с давлением р% идущим на ПВД сразу после деаэратора. Давление р2 превышает Рз на 40—50%. Снижение давления происходит за счет работы клапана давления Ю. При снижении нагрузки на турбине от 70 до 40 % снабжение паром переключается на отбор с более высоким давлением р\. При режимах пуска и холостого хода используют либо свежий пар, либо пар от постороннего источника 9. Постоянство давления в деаэраторе нарушает оптимальный подогрев, питательной воды по ступеням. Но при недогреве воды, идущей в деаэратор, на 8—10 °С это влияние незначительно, и подогрев в деаэраторе и в последующем ПВД можно рассматривать как общую ступень подогрева, тем более, что питаются они от одного и того же отбора пара. В деаэратор могут поступать другие потоки пара и конденсата. Так, в деаэратор второго контура АЭС с ВВЭР поступает пар из расширителя продувки парогенератора (см. рис. 9.3). В деаэратор одноконтурных АЭС сливается конденсат греющих паров промежуточных пароперегревателей турбины. Через деаэратор можно также вести расхолаживание первого контура реактора, если на линии сброса свежего пара в деаэратор установить технологический конденсатор.
В условиях АЭС могут применяться бездеаэраторные схемы. Если в системе регенерации имеются смешивающие регенеративные подогреватели, то их можно проектировать по принципу работы деаэратора и осуществлять удаление газов. Кроме того, на всех типах АЭС в соответствии с Правилами технического проектирования установка 100%-ной очистки турбинного конденсата является обязательной. Это означает, что все примеси, поступающие с присосами охлаждающей воды в конденсаторе, в том числе и бикарбонаты, будут удаляться на ионно-обменных фильтрах конденсатоочистки. Появление углекислоты исключается, кислород, как уже указывалось, частично удаляется в деаэрационном устройстве конденсатора. Кроме того, кислород в воде высокой чистоты с электропроводимостью менее 0,3 мкСи/см выполняет положительную функцию. При взаимодействии с углеродистыми сталями кислород образует защитную окисную пленку, уменьшающую коррозионные процессы и вынос продуктов коррозии в воду. Коррозия латунных сплавов в присутствии кислорода даже в воде высокой чистоты не снижается.
Отсутствие деаэратора упрощает тепловую схему АЭС, однака возникают и некоторые проблемы, в частности, со сливом дренажей греющих паров ПВД, сбором второстепенных потоков пара и конденсата, приемником которых является деаэратор. Если возникает необходимость исключения деаэрации, то это можно сделать и в схеме с деаэратором, перекрыв линию на отводе выпара. Бездеаэраторная схема пока что ни на одном блоке АЭС не реализована.



 
« АСУ ТП энергоблока 500 МВт Рефтинской ГРЭС   АЭС с ВВЭР »
электрические сети