Глава девятая
БАЛАНС ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ И РАБОЧЕГО ТЕЛА
НА АЭС
Потери пара и конденсата
Как уже отмечалось в гл. 2, контуры теплоносителя и рабочего тела на АЭС являются замкнутыми. Несмотря на замкнутость контуров, все же имеются протечки и потери теплоносителя и рабочего тела. Протечки могут быть организованными и неорганизованными.
Если протечки теплоносителя являются радиоактивными, то они должны быть собраны, дезактивированы с последующим возвратом в цикл. Организованные и неорганизованные протечки радиоактивного теплоносителя должны быть сведены к минимуму и относятся они к внутренним потерям. Внешние потери для АЭС нехарактерны. Протечки могут возникать в неплотностях в насосах и арматуре. Часть теплоносителя используется для отбора проб при химических анализах для контроля водно-химического режима реакторов.
В пароводяном тракте турбоустановки потери рабочего тела могут происходить через уплотнения турбины, с выпаром деаэратора и с влагой в паровоздушной смеси эжекторов турбин.
Дренажи оборудования и трубопроводов, как правило, собирают в дренажный бак для последующего возврата в цикл.
Все безвозвратные потери Дут пара и конденсата должны быть восполнены добавочной водой Ддоб. Для этих целей на АЭС имеется специальный цех водоподготовки.
Мощность водоподготовительной системы определяется не только Dдоб. Она должна обеспечивать подготовку воды в больших количествах для первоначального заполнения контуров и для баков запаса конденсата. Мощность водоподготовительной установки составляет 5—7 % паропроизводительности парогенерирующих установок АЭС. Для поддержания на определенном уровне чистоты теплоносителя и рабочего тела часть воды отбирается на очистку (продувка). На ТЭС продувочная вода обычно сбрасывается в канализацию без очистки и повторного использования и является прямой потерей для цикла. Эта потеря должна быть компенсирована добавочной водой. На АЭС продувочная вода реакторов и парогенераторов проходит очистку на ионообменных фильтрах с полным возвратом ее в цикл.
Рис. 91. Схема очистки продувочной воды
ВВЭР-440:
1 — реактор; 2 — компенсатор давления; 3 — парогенератор; 4 — ГЦН; 5 — регенеративный подогреватель, 6 — доохладитель; 7 — ионообменные фильтры, 8 — продувочный коллектор
На рис. 9.1 представлена принципиальная схема очистки продувочной воды ВВЭР-440.
Рис. 9.2. Схема очистки продувочной воды ВВЭР-1000.
1 — реактор; 2 — парогенератор; 3 — ГЦН; 4 — электропривод ГЦН. 5 - регенеративный теплообменник; 6 — дроссельное устройство, 7 — охладитель; 8 — механический фильтр; 9 — катионитовый фильтр; 10 — аниовитный фильтр; 11 — механический фильтр, 12 — насосы, 13 — деаэратор
Продувочная вода из всех шести петель собирается в продувочном коллекторе 8, а оттуда через регенеративный теплообменник 5 и доохладитель 6 поступает на очистную ионообменную установку (фильтры) 7 и далее возвращается в циркуляционный контур на всас ГЦН.
Как видно из рис. 9.1, для прокачки продувочной воды через очистную установку используется перепад давления на ГЦН, и установка каких-либо дополнительных насосов не требуется.
Все оборудование установки работает при давлении первого контура 12,5 МПа. Температура продувочной воды перед фильтром 7 не должна превышать 60—70 °С, так как применяемые в настоящее время иониты в составе фильтров 7 не выдерживают высоких температур. По этой причине перед фильтрами установлен доохладитель 6. Для реакторов ВВЭР-1000 очистная установка работает при давлениях ниже давления теплоносителя в реакторе. Давление в реакторе 16 МПа, у очистной установки 2 МПа.
На рис. 9.2 представлена схема очистки реакторной воды ВВЭР-1000. Продувочная вода через регенеративный теплообменник 5 поступает к дросселю 6, где происходит снижение давления с 16 до 2 МПа. После доохлаждения воды в доохладителе 7 вода проходит механический фильтр 8, катионит 9, анионит 10.
Рис. 9.3. Схема очистки продувочной воды парогенераторов АЭС с ВВЭР:
1 — парогенератор; 2 — пар в деаэратор; 3 — расширитель продувки; 4 — регенеративный теплообменник; 5 — подача очищенной воды в ПНД; 6 — доохладитель, 7 — охлаждающая вода; 8 — ионообменные фильтры
Для улавливания вымываемых сорбентов, (ионообменных смол) установлены механические фильтры 11. Очищенная вода поступает в деаэратор 13, куда также вводятся реагенты (борная кислота, аммиак, щелочь, гидразин) для корректировки водно-химического режима реактора (см. гл. 17). Из деаэратора с помощью подпиточных насосов 12 вода с реагентами поступает в контур циркуляции реактора. Часть воды используется на охлаждение электропривода 4 главного циркуляционного насоса 3. В такой схеме большая часть оборудования очистной установки работает при более низких давлениях, и металлоемкость его и стоимость будет меньше. Но в схеме требуется установка подпиточных насосов 12, что увеличивает расход электроэнергии на собственные нужды.
Продувочная вода парогенераторов не является радиоактивной. Но в случае нарушения плотности парогенератора радиоактивный теплоноситель попадает во второй контур. Для того чтобы радиоактивность не распространялась по всему пароводяному контуру, ее следует выводить на фильтрах продувочной воды. По этой причине они устанавливаются в спецкорпусе очистки радиоактивных вод.
Схема продувки парогенератора представлена на рис. 9.3. Продувочная вода из всех парогенераторов направляется вначале в расширитель продувки 3. Давление в расширителе выбирается несколько выше давления в деаэраторе. Поскольку продувочная вода имеет температуру значительно выше по сравнению с температурой воды в расширителе, то избыточная теплота продувки используется на частичное испарение. Пар 2 направляется в деаэратор, а оставшаяся вода проходит регенеративный теплообменник 4, доохладитель 6, ионообменные фильтры 8 и по линии 5 поступает в один из подогревателей низкого давления системы регенерации.
Баланс воды и примесей в пароводяном контуре АЭС
При составлении материального баланса в тепловой схеме продувка не учитывается, так как после очистки продувочная вода полностью возвращается в цикл. В материальном балансе не учитываются также присосы q технической воды в конденсаторе (см. гл. 7), которые составляют 0,004—0,01 % от расхода пара на турбину. Но они должны быть учтены при сведении солевого баланса в тепловой схеме. Основные потери воды и пара имеют место в элементах, находящихся при высоких давлениях, поэтому условно все утечки относят к свежему пару. Для компенсации потерь в контур подается добавочная вода. Добавочная вода направляется, как правило, в конденсатор. Она могла бы направляться в деаэратор, но тогда из-за большого перепада температур между деаэратором и добавочной водой деаэрация добавочной воды будет затруднена. При подаче ее в конденсатор она вначале проходит деаэрацию в деаэрационном устройстве конденсатора, а затем проходит дополнительную очистку на БОУ.
Рис. 9.4. Схема второго контура АЭС с ВВЭР для баланса расходов и примесей воды
На рис. 9.4 представлена расчетная схема второго контура АЭС с ВВЭР для баланса расходов и примесей воды. Все расходы по элементам тепловой схемы Д,- выражаются в долях а,- от расхода пара на турбину, До.
