Одной из конструктивных схем ПГ «натрий—вода» является схема с трубками Фильда. Парогенераторы с поверхностью теплообмена, выполненной из трубок Фильда, были разработаны для установок БН-350, Хэллэмской АЭС, HNPF [5, 9, 12]. Технологичность, простое и надежное решение вопроса компенсации температурных расширений, возможность различных вариантов компоновки трубок Фильда в корпусах привлекают внимание разработчиков. Для проекта 1000-мегаваттного реактора на быстрых нейтронах и для демонстрационной АЭС «Клинч-Ривер» электрической мощностью 350 МВт одним из вариантов конструкций парогенераторов рассматривались парогенераторы с трубками Фильда (рис. 2.5).
Известные недостатки конструкции парогенератора с трубками Фильда: наличие сварного шва на напряженном теплообменном участке трубки, трудность дренирования трубок при вертикальной компоновке, когда трубные доски расположены на верхней части корпуса, возможность отложения шлама в тупиковом участке, гидродинамическая нестабильность потока в зоне выхода из внутренней опускной трубы, при определенных условиях сопровождающаяся температурными пульсациями. Все эти недостатки могут проявляться только при конструктивных просчетах, ошибках эксплуатации либо при дефектах изготовления и монтажа. Тем не менее они сдерживают на современном этапе новые разработки парогенераторов с трубками Фильда.
Парогенератор каждой петли АЭС БН-350 с естественной циркуляцией по пароводяному контуру состоит из двух секций испарителя и двух секций пароперегревателя и одной газовой емкости, соединенных трубопроводами обвязки (рис. 2.6).
Рис. 2.5. Вариант парогенератора АЭС «Клинч-Ривер»:
1—трубная система испарителя; 2—трубная система пароперегревателя; 3—трубка испарителя; 4 — трубка пароперегревателя; 5 — газовая полость; 6 — вход натрия; 7 — выход натрия; 3 — вход питательной воды; 5 — выход перегретого пара; 10 — вход насыщенного пара в перегреватель; 11 — выход насыщенного пара из испарителя
Секция испарителя (рис. 2.7) представляет собой вертикальный кожухотрубный теплообменный аппарат с трубками Фильда, закрепленными в горизонтальной трубной доске. Трубная доска разделяет аппарат на пароводяную и натриевую полости.
Трубка Фильда состоит из наружной трубы 32X2 с заглушенным донышком и внутренней опускной трубы 16X1,4, концентрично расположенной в наружной трубе. Дистанционирование опускной трубы производится платиками. Движение воды и пароводяной смеси происходит естественной циркуляцией. Опускным участком является центральная трубка элементов, а подъемным — кольцевой зазор, где и происходит парообразование. Верхний конец опускной трубки заделан в пароотводящем стакане, установленном в выточке трубной доски. Вышедшая из трубок пароводяная смесь поступает в объем сепарационного барабана. Питательная вода из регенеративной системы турбины подается в водяной объем сепаратора.
Рис. 2.7. Конструктивная схема испарителя АЭС БН-350:
1— аварийный сброс воды; 2— доска трубная; 3— сброс продуктов взаимодействия; 4 — камера теплоносителя; 5 — пучок трубный; 6 корпус; 7 — решетка для выравнивания потока; 8—вход теплоносителя; 9— решетка дистанционирующая; 10— выход теплоносителя; 11—рабочий уровень теплоносителя; 12—уровень питательной воды; 13 — подача питательной воды; 14 — сепарационное устройство; 15 — паровая камера
Рис. 2.8. Пароперегреватель АЭС БН-350:
1 — выход перегретого пара; 2 — вход теплоносителя; 3—дренаж теплоносителя; 4 — выход теплоносителя; 5 — вход пара
Определенный уровень воды, необходимый для обеспечения естественной циркуляции пароводяной смеси в каналах Фильда, поддерживается в пароводяной полости испарителя с помощью автоматической системы регулирования. Под уровень воды заведена труба аварийного осушения парогенераторов, предназначенная для опорожнения парогенераторов в случае появления течи воды в натрий. Отсепарированный и осушенный пар из испарителя поступает в пароперегреватель.
Натриевая полость испарителя содержит газовую полость, являющуюся компенсатором объема второго контура.
Газовые полости обоих испарителей соединены между собой через вынесенную газовую емкость, служащую первичным сепаратором продуктов взаимодействия натрия с водой. Через два предохранительных мембранных клапана, оснащенных системой принудительного разрушения мембран, газовая емкость сообщается с баком улавливания продуктов взаимодействия.
Секция пароперегревателя АЭС БН-350 (рис. 2.8) выполнена в виде С-образного теплообменного аппарата с раздельными трубными досками и верхним расположением камер входа и выхода теплоносителя и пара. Все элементы ПГ выполнены из низколегированной стали перлитного класса.
На рис. 2.12 показана конструкция обратного двухстенного парогенератора установки HNPF. Особенностью этого парогенератора является горизонтальное расположение трубок Фильда.
