Глава восьмая
СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ НА АЭС
Потребители технической воды на АЭС
Потребление технической воды на АЭС значительно больше по сравнению с ТЭС одинаковой мощности. Это связано, во-первых, с большим расходом пара в конденсаторы за счет низких начальных параметров и с наличием других охлаждающих устройств, не характерных для ТЭС. Все системы охлаждения на АЭС объединяют в единую и называют системой технического водоснабжения.
Техническое водоснабжение во многом определяет надежность и экономичность работы АЭС. Капиталовложения в ее сооружение оцениваются на уровне 10 % от стоимости киловатта установленной мощности.
Основными потребителями технической воды на АЭС являются: а) конденсаторы паровых турбин (основных и вспомогательных); б) маслоохладители и воздухоохладители турбогенераторов; в) подшипники насосов и других вспомогательных агрегатов;
г) теплообменники вентиляционных систем; д) теплообменники доохлаждения продувочной воды парогенератора; е) теплообменники бассейнов выдержки и перегрузки; ж) теплообменники расхолаживания реактора; з) теплообменники доохлаждения продувочной воды реактора; и) теплообменники автономных контуров охлаждения ГЦН; к) охладители радиоактивных проб воды и пара, отбираемых для анализа; л) санитарно-бытовые устройства (прачечные, душевые); м) система водоподготовки добавочной воды для первого и второго контуров; н) для подпитки тепловой сети.
На рис. 8.1 представлена схема обеспечения различных потребителей технической речной водой. Потребности отдельных агрегатов в расходах и напорах технической воды различны.
Рис 8 1. Схема обеспечения водой потребителей технической воды
Как видно из рис. 8.1, наиболее ответственные потребители имеют охлаждение через промежуточный контур. Соотношение давлений потребителей в промежуточном контуре и в системе технического водоснабжения должно быть таким, чтобы исключить распространение радиоактивности за пределы станции, как это показано на рис. 8.1. Если в качестве источника технического водоснабжения используется морская вода, то по прямому назначению она может использоваться лишь для охлаждения конденсаторов турбин, масло- и воздухоохладителей, у всех остальных потребителей охлаждение должно идти через промежуточный контур.
Более 90 % расхода технической воды на АЭС потребляют конденсаторы турбин, поэтому схему технического водоснабжения можно было бы построить так: от напорного трубопровода охлаждения турбин брать воду насосами на другие потребители. Схема проста, но она связывает работу охлаждающих устройств реактора с охлаждением турбин. Но специфика охладителей элементов реакторного контура такова, что и при остановленной турбине они продолжают работать и требуют расхода технической воды. Поэтому для того чтобы не затрачивать дополнительную электроэнергию на циркуляцию технической воды, охлаждение конденсаторов турбин осуществляется по не зависимой от других охладителей системе и называется системой технического водоснабжения низкого давления. Для охлаждения ответственных потребителей сооружаются свои системы среднего и высокого давления, не зависящие от работы системы низкого давления Насосы технической воды ответственных потребителей должны быть подключены к источникам надежного энергопитания.
Учитывая большие потребности в технической воде, источник технического водоснабжения является определяющим при выборе места строительства АЭС. Чем ниже температура охлаждающей воды, тем меньше затраты на перекачку и тем выше экономичность и надежность АЭС.
Схемы технического водоснабжения
Рассмотрим возможные схемы технического водоснабжения на примере охлаждения конденсаторов паровых турбин, поскольку они являются основными потребителями технической воды.
Наиболее простой является схема с забором холодной воды из естественного источника (море, река, водохранилище, озеро и т. п.) и сбросом в него нагретой воды. Такая система называется прямоточной. При этом следует иметь в виду, что повышение температуры в источнике не должно превышать 5°С летом и 3°С зимой. Для этого запас воды, или мощность (дебит), источника должен в 3—4 раза превышать потребности станции в охлаждающей воде.
Если прямоточную систему применить не удается, то используют систему циркуляционного, замкнутого (оборотного) водоснабжения, когда техническая вода проходит через теплообменные устройства многократно. В состав систем замкнутого технического водоснабжения входят охладители технической воды: пруды, брызгальные бассейны, градирни. Возможно применение смешанных схем прямоточного и замкнутого водоснабжения. От выбранной системы технического водоснабжения существенным образом зависит температура воды на входе в конденсатор, а в соответствии с соотношением (7.4) и давление в конденсаторе — один из параметров, от которого зависит тепловая экономичность АЭС.
Расход охлаждающей воды зависит от кратности охлаждения (рис. 7.2). Суммарный расход технической воды должен выбираться с учетом потребителей, оговоренных в § 8.1.
Производительность циркуляционных насосов технической воды для охлаждения конденсаторов определяется с учетом расхода на масло- и воздухоохладители турбогенератора:
(8.1)
где п — число конденсаторов; т — кратность охлаждения, кг/кг; G — расход воды в конденсатор, кг/с; GMT — расход воды на масло- и газоохладители, кг/с.
Расход пара в конденсатор DK должен приниматься максимальным, т. е. при ухудшенном вакууме (по летнему графику работы АЭС).
Циркуляционные насосы технической воды работают на воде низкой температуры, напор их относительно невелик. Поэтому применяются одноступенчатые центробежные насосы с электроприводом. Обычно на один блок выбираются 2 насоса без резерва, обеспечивающих 100 %-ный расход технической воды. При выходе из строя одного из насосов второй обеспечивает 60 % производительности. Вакуум в конденсаторе несколько ухудшается.
Рис. 8.2. Блочная схема включения циркуляционных насосов:
1 — маслоохладители; 2 — конденсатор; 3 — эжектор циркуляционной системы;
4 — газоохладитель генератора; 5 — подъемные насосы газоохладителей: 6 — линия рециркуляции; 7 — задвижки на сливных водоводах; 8 — задвижка на перемычке; 9 — сброс промывочной воды механических фильтров; 10 — перемычка напорных водоводов; 11 — механические фильтры; 12 — циркуляционные насосы
На рис. 8.2 представлена блочная схема включения циркуляционных насосов. Каждый насос 12 подает воду на свою половину конденсатора 2. От главных водоводов через фильтры 11 подается вода на маслоохладители и с помощью насосов 5 на газоохладители генератора 4. Установка насосов 5 второго подъема вызвана более высоким гидравлическим сопротивлением газоохладителей генератора. В периоды резкого снижения температуры наружного воздуха включается линия рециркуляции 6 для исключения выпадения кристаллов льда в газоохладителях.
Охлаждающая вода системы разомкнутого технического водоснабжения проходит только грубую первичную очистку от крупных предметов. Поэтому внутри трубок конденсаторов могут быть отложения, увеличивающие бt [уравнение (7.3)], что ухудшает вакуум и тепловую экономичность АЭС. Обычно отложения из конденсатора удаляются механической чисткой при останове станции или при отключении одной половины конденсатора при работающей другой его части. Разработаны также способы очистки конденсаторов «на ходу» без останова конденсатора за счет организации циркуляции совместно с технической водой резиновых шариков, которые после конденсатора улавливаются и многократно используются с помощью специальной байпасной системы. Особую опасность представляют отложения микроорганизмов, и в первую очередь для конденсаторов, охлаждаемых морской водой теплых морей. Отложения ракообразных микроорганизмов требуют устройства специальных приспособлений для их удаления.
Прямоточная система технического водоснабжения в 2—4 раза дешевле оборотной, температура охлаждающей воды ниже и, значит, обеспечивается более глубокий вакуум.
Рис. 8.3 Схема технического водоснабжения с сифонным устройством:
1 — приемный колодец; 2 — всасывающий трубопровод; 3 — циркуляционный насос; 4 — напорный трубопровод; 5 — конденсатор; 6 — сифонная труба; 7 — сливной колодец
При прямоточной системе можно применять большие кратности охлаждения (т=100) с использованием одноходовых конденсаторов (рис. 7.8, а), если высота подъема воды мала (не более 10 м). При т = 50 и высоте подъема 20—25 м применяются двухходовые конденсаторы (рис. 7.8, б). При прямоточной схеме обычно на берегу водоема устраивают береговую насосную станцию.
Рис. 8.4. Схема прудового технического водоснабжения:
1 — направляющая дамба, 2 — водоприемник, 3 — перепускной канал; 4 — приемные самотечные каналы 5 — переключательный колодец; 6 — сливные колодцы; 7 — циркуляционные насосы, 8 — приемные колодцы, 9 — конденсаторы; 10 — сливной канал
Если источником водоснабжения является река, то сброс нагретой воды осуществляется ниже по течению от насосной станции.
Для уменьшения напора, развиваемого циркуляционными насосами, и снижения расхода электроэнергии на собственные нужды на линии сброса нагретой воды устанавливают сифонные устройства (рис. 8.3). Циркуляционный насос 3 по всасывающему трубопроводу от водозаборника 1 подает воду по водоводу 4 на охлаждение конденсатора 5. Далее по сбросному водоводу 6 вода сбрасывается под уровень сливного колодца 7. При этом используется сифонное действие сбросного водовода, и насос должен преодолевать не всю высоту Нпол, а только часть ее: НГ = Нпол - Нсиф,
Нсиф принимается 7,5—8 м, в противном случае при больших высотах в сбросных водоводах может возникать разряжение и, как следствие, подсос воздуха и ухудшение работы сифонного устройства.
Замкнутые системы охлаждения применяются при недостаточности дебита естественного источника технического водоснабжения или при значительном его удалении от АЭС. Вода в таких системах циркулирует по замкнутому контуру.
На рис. 8.4 представлена схема оборотного водоснабжения с прудом-охладителем. Вода через водоприемник 2 по самотечному подводящему каналу поступает к водозаборным колодцам 8. С помощью циркуляционных насосов 9 вода проходит через конденсатор 7 и сбрасывается в сливные колодцы. По отводящему каналу 10 нагретая вода сбрасывается обратно в пруд-охладитель.
Часть нагретой воды может через переключательный колодец по перепускаемому каналу 3 поступать к водоприемнику 7. Необходимость в этом возникает при образовании в зимнее время мелкого льда (шуги), препятствующей работе водоприемника.
