Атомные электрические станции и их оборудование - Конструкции регенеративных подогревателей

В поверхностных подогревателях давление подогреваемой воды всегда больше давления отборного пара. При нарушении плотности в трубной системе в результате коррозионных процессов, вибраций и т. п. может иметь место заброс воды в турбину по линии отборного пара, что может привести к ее разрушению. Для защиты турбины от заброса в нее воды на линии отборного пара устанавливают обратный клапан. При каскадном сливе дренажей должен быть обеспечен отвод только конденсата. Протечки пара снижают тепловую экономичность, так как это вызовет недовыработку электроэнергии в турбине. Для этих целей подогреватели оборудованы специальными устройствами, обеспечивающими слив только дренажей и не пропускающими пар. Уровень конденсата в подогревателях также должен быть определенным. При повышении его уровня часть поверхности не участвует в теплообмене, и исключается возможность подогрева воды до определенного уровня, определяемого оптимальным разбиением подогрева по ступеням.
Кроме того, уровень конденсата может подняться до места отвода газов, и вместе с газами будет удаляться часть конденсата. При резких повышениях уровня конденсата, например при разрушении сразу нескольких трубок подогревателя, последний отключается из системы регенерации за счет байпасной линии. Если такое нарушение плотности произойдет в одном из ПВД, то сразу отключаются все ПВД, и питательная вода поступает по байпасной линии, минуя ПВД.
В процессе конденсации греющего пара в подогревателях скапливаются несконденсировавшиеся газы, в основном воздух, а на одноконтурной АЭС добавляются еще продукты радиолиза воды и благородные газы — продукты деления топлива.
В ПВД газы каскадно сбрасываются в последний по ходу пара ПВД, а оттуда в деаэратор. Из ПНД газы каскадно сбрасываются в первый ПНД, а затем они поступают в конденсатор. Вместе с газами уходит часть греющих паров, что снижает тепловую экономичность.
Поверхностные регенеративные подогреватели выпускаются, как правило, в вертикальном исполнении. Вертикальные подогреватели наиболее удобны при компоновке оборудования в машинном зале. Кроме того, на вертикальной теплообменной поверхности облегчается отвод пленки конденсата, что повышает коэффициент теплопередачи и уменьшает теплообменную поверхность.

Рис 4.7. Конструкция ПНД с поверхностью теплообмена из аустенитной нержавеющей стали
1 — трубная система, 2 — вход воды; 3 — выход воды; 4 — отсос парогазовой смеси; 5 — штуцеры к водоуказательному стеклу; 6 — штуцер опорожнения трубной системы; 7 — выход конденсата греющего пара; 8 — вход конденсата греющего пара от последующего подогревателя; 9 — вход греющего отборного пара.

ПВД и ПНД работают в различных условиях и при различных температурах. Для конденсатного тракта, т. е. для ПНД, характерны относительно низкие температуры, когда коррозионные  процессы протекают достаточно интенсивно. Кроме того, в подогреваемом конденсате до деаэратора содержатся коррозионно-агрессивные газы — кислород и углекислота, способствующие усилению коррозионных процессов. По этим причинам материал поверхности теплообмена ПНД должен выполняться из коррозионностойких материалов — латуни, аустенитных нержавеющих сталей, высоконикелевых сплавов. Для ПНД одноконтурных АЭС применение латунных сплавов исключено, так как попадание продуктов коррозии латуни, в основном меди, в воду кипящих реакторов приводит к ее осаждению на тепловыделяющих элементах. Медь интенсивно оседает на теплопередающих поверхностях с высокими удельными тепловыми потоками, которые характерны для активной зоны реактора. По этой причине латунные сплавы применяются в ПНД только двухконтурных АЭС.
ПВД устанавливаются на питательном тракте, где температуры питательной воды выше, да и сама вода прошла деаэрацию. Потому их можно изготавливать из обычных углеродистых сталей. Если ПВД имеются в составе одноконтурной АЭС, то они должны выполняться из аустенитных нержавеющих сталей для уменьшения выноса продуктов коррозии в реактор.
Реже выпускаются поверхностные подогреватели горизонтального типа. К конструкциям поверхностных подогревателей предъявляются определенные требования:
обеспечение доступа к поверхности теплообмена для ремонта и осмотра, для чего предусматривается выемка трубной системы из корпуса. Компоновка подогревателей в машинном зале должна предусматривать такую возможность;
для уменьшения металлоемкости, а следовательно, и стоимости корпуса регенеративных подогревателей среда с меньшим давлением (греющий пар) направляется в межтрубное пространство, а подогреваемая среда (конденсат, питательная вода) направляется внутрь труб;
греющий пар направляется сверху вниз для улучшения отвода конденсата и отсоса воздуха. Движение пара организуется без застойных зон, в противном случае будет скопление газов и снижение коэффициента теплопередачи;
змеевиковая поверхность выполняется наиболее компактно.
На рис. 4.7 представлена конструкция ПНД из аустенитной нержавеющей стали со встроенным охладителем дренажа. Подогреваемая вода через патрубок 2 поступает в верхнюю водяную камеру, далее по трубам 1 поверхности теплообмена проходит и делает поворот в нижней водяной камере и по правой половине труб поверхности теплообмена попадает во вторую половину водяной верхней камеры и через патрубок 3 покидает подогреватель. Греющий пар 9 поступает в межтрубное пространство, конденсируется и отводится по трубопроводу F. Трубопровод 8 предназначен для приема дренажа греющего пара более высокого давления при каскадном сливе.
Из табл. 4.1 и 4.2 следует, что регенеративные подогреватели по производительности выпускаются в широком ассортименте. Габаритные размеры подогревателей значительны — до 10 м. Обычно на каждую турбоустановку сооружают по одной нитке подогревателей и только для мощных турбин берут две параллельные нитки.
Таблица 4.1. Основные характеристики ПНД системы регенерации турбин на АЭС

Подогреватели смешивающего типа конструктивно выполняются как и деаэраторы (см. гл. 5), но они пока не получили широкого распространения. Для некоторых типов турбин используют один или два подогревателя смешивающего типа (как, например, для турбины К-1000-60/3000), а остальные ПНД и ПВД—поверхностные.
При компоновке подогревателей на одноконтурных АЭС следует иметь в виду то обстоятельство, что отборный пар турбин является радиоактивным, в водяных емкостях, где скапливаются дренажи греющих паров, идет накопление радиоактивности. По этой причине водяные части подогревателей точно так же, как и водяные емкости сепараторов-пароперегревателей и конденсатора, должны иметь биологическую защиту. Наибольшая радиоактивность наблюдается у первых по ходу отборного пара подогревателей. К выхлопу турбины радиоактивность отборного пара, а следовательно, и у подогревателей, снижается.
Таблица 4.2. Основные характеристики ПВД паротурбинных установок АЭС