Питательная установка является ответственным элементом тепловой схемы АЭС. Известная авария на американской АЭС «Тримайл Айленд» началась с неполадок в системе питательной установки. Расход питательной воды должен компенсировать убыль воды в парогенерирующей установке:
(5.7)
где D0 — расход пара на турбину; Дф — расход продувочной воды на очистку.
Расход питательной воды в течение года не остается постоянным при одной и той же выработке электроэнергии. Это связано с тем, что летом температура охлаждающей воды, поступающей в конденсатор, выше по сравнению с зимним периодом. Значит, давление в конденсаторе будет выше и использованный в турбине теплоперепад рабочего пара уменьшится. Для выработки того же количества электроэнергии нужно увеличить расход пара на турбину D„, следовательно, возрастает и Dn.B, Поэтому Д,в нужно выбирать по летнему графику работы АЭС.
Питательные насосы, подающие питательную воду в парогенерирующую установку, должны иметь давление на напоре выше
давления в парогенерирующей установке на величину гидравлического сопротивления питательного тракта.
Имеются три схемы включения питательных насосов: одноподъемная, одноподъемная с бустерным насосом и двухподъемная. При одноподъемной системе (рис. 5.4, а) все сопротивление питательного тракта преодолевается одним питательным насосом 3 и подогреватели высокого давления 2 рассчитаны на полное давление, развиваемое насосом. В двухподъемной схеме (рис. 5.4, в) гидравлическое сопротивление ПВД преодолевается питательным насосом 3 первого подъема и питательными насосами 5 второго подъема.
Рис. 5.4. Схема включения питательных насосов:
а — одноподъемная с общим насосом: б — одноподъемная с бустерным насосом; в — двухподъемная, 1 — деаэраторный бак; 2 — ПВД; 3 — одноподъемный питательный насос; 4 — бустерный насос, 5 — питательный насос второго подъема
Рис 5.5. Схема подачи пара на приводную турбину питательного насоса-
1 — цилиндр высокого давления турбины; 2 — СПП; 3 — цилиндр низкого давления турбины; 4 — основной конденсатор; 5 — деаэратор; 6 — питательный насос; 7 — турбопривод питательного насоса; 8 — конденсатор турбопривода; 9 — конденсатный насос
В такой схеме ПВД рассчитываются на меньшее давление и металлоемкость их будет ниже. Однако питательный насос второго подъема работает на воде с высокой температурой. Это снижает надежность его работы и увеличивает расход электроэнергии на собственные нужды. Поэтому наибольшее распространение получила одноподъемная система. Необходимость одноподъемной системы (рис. 5.4, б) с бустерным насосом 4 может возникнуть при значительных рабочих параметрах парогенерирующей установки. Смысл бустерного насоса состоит в следующем. При увеличении производительности питательных насосов для мощных турбин необходимо повышение подпора на всас насоса. Повышение давления на всасе возможно за счет снижения скорости вращения насоса. Уменьшение скорости вращения снижает напор, развиваемый ступенью насоса, по квадратичной зависимости, что увеличивает число ступеней. Это усложняет насос. Назначение бустерного насоса — создать подпор основному питательному насосу. Он имеет малую скорость вращения и не требует большого подпора. Оба насоса монтируются на одном валу с единым приводом с установкой редуктора между ними. Питательные насосы как для двухконтурных, так и для одноконтурных АЭС выбираются центробежными с сальниковыми уплотнениями. Количество и производительность питательных насосов должны выбираться из условия обеспечения 100%-ной производительности парогенсрирующей установки с обязательной установкой одного резервного насоса с автоматическим запуском посредством автоблокировки. Если имеются два насоса 50%-ной производительности каждый, то резервный насос также должен иметь 50 %-ную производительность. Для ВВЭР-440 установлено 4 питательных насоса 25%-ной производительности и один резервный насос той же производительности. В качестве привода питательных насосов используют электропривод или турбопривод. Электропривод наиболее прост в эксплуатации и поэтому более распространен.
Если используется асинхронный двигатель, то он имеет ограничение по мощности. Синхронный привод не имеет таких ограничений, но у него хуже пусковые характеристики. Поэтому для больших мощностей питательных насосов используется турбопривод (рис. 5.5). На приводную турбину 7 питательного насоса 6 поступает перегретый пар после сепаратора-пароперегревателя 2.
Приводная турбина имеет свой конденсатор 8 с подачей конденсата насосом 9 в основной конденсатор турбины 4. Мощность питательных насосов АЭС с реактором ВВЭР-1000 составляет около 25 МВт. Для турбины К-500-60/1500 устанавливаются два питательных насоса с турбоприводом мощностью 12,5 МВт. Насосы с турбоприводом, как правило, не резервируются, так как потребовалось бы постоянно поддерживать паропровод подачи пара на резервный насос в горячем состоянии для быстрого запуска резерва.
Преимуществом турбопривода является его более высокий КПД по сравнению с электроприводом при больших мощностях и. возможность работы питательных насосов при полном обесточивании станции, когда исчезает напряжение на шинах собственных нужд станции. Пар продолжает поступать на приводную турбину, и подача воды продолжается.
Кроме основных питательных насосов устанавливаются еще аварийные питательные насосы: два из них подключаются, как и обычные питательные насосы, к деаэраторному баку, а два — к бакам запаса конденсата. Напорные линии этих насосов объединены. Аварийные насосы подключены к системе надежного электропитания.
Питательные насосы забирают воду из деаэратора, где она находится при температуре насыщения. Для обеспечения невскипания этой воды на всасе деаэраторы монтируют на определенной высоте по отношению к питательному насосу, определяемой рабочим давлением в деаэраторе.
Для атмосферных деаэраторов эта высота составляет не менее 6, для давления 0,35 МПа — не менее 9, для давления 0,7 МПа — не менее 12 м. На напорной линии питательных насосов должен устанавливаться обратный клапан, исключающий распространение давления на напорной стороне на всасывающую линию при остановке насоса, которая не рассчитана на высокое давление.
Производительность питательных насосов регулируется путем изменения числа оборотов. У турбопривода это происходит за счет изменения числа оборотов приводной турбины, а у электропривода — через гидромуфты.
