4-2. ОСОБЕННОСТИ ТУРБИННЫХ УСТАНОВОК ПРИ ОДНОКОНТУРНЫХ СХЕМАХ АЭС
В турбинных установках АЭС с одноконтурными схемами при работе радиоактивным паром имеется ряд специфических особенностей проектирования и эксплуатации.
Необходима биологическая защита. Эта защита обеспечивается в редких случаях общей герметической обшивкой агрегата или всей установки. Обычно трассировка всех паропроводов радиоактивного пара располагается ниже отметки обслуживания. Например, на турбинах К-500-65/3000 ХТГЗ перепускные ресиверы расположены под верхними ригелями фундамента и организован нижний подвод пара к обоймам ЦНД через переходные патрубки конденсатора.
В § 7-3 приводятся данные по измерениям уровня радиоактивности различных элементов паротурбинных установок. При работе агрегата наибольшая активность пара, определяемая газовой активностью, наблюдается в головной части агрегата; по потоку пара газовая активность понижается; она быстро спадает при остановке. Поскольку нормальное обслуживание турбины производится дистанционно, то нет необходимости помещения собственно турбины в специальные боксы.
В то же время, так как масса газовой среды в водяном объеме существенно больше, чем в паровом, следует обеспечить биологическую защиту элементов водяного тракта установки. Это относится к конденсаторам, подогревателям, особенно первому по потоку пара ПВД, конденсирующих пар в начале процесса его расширения. Вследствие высокого уровня радиоактивности, характерного для конечного периода работы в связи с накоплением активных продуктов коррозии, необходима биологическая защита фильтров конденсатоочистки [46].
В связи со сказанным часть оборудования машинного зала одноконтурных АЭС, главным образом работающего с водой, заключается в специальные боксы. Так, в турбинных установках К-500-65/3000 ХТГЗ одноконтурных АЭС с ВГРк в железобетонных боксах находятся конденсатор, регенеративные подогреватели питательной воды, СПП и т. п. Также в специальных боксах располагаются конденсатные насосы, эжекторы. В этих боксах создается небольшое разрежение, чтобы воздух оттуда не выходил в помещение машинного зала электростанции.
Специальные меры необходимы для предотвращения утечек пара из турбины. Особое внимание уделяется плотности всех фланцевых соединений: иногда фланцы горизонтального разъема корпусов турбины в местах соединений завариваются тонкой лентой, по возможности фланцевые соединения трубопроводов, перепусков и паровпуска заменяются сварными соединениями.
Если нельзя избежать применения фланцевого соединения, то соединение должно выполняться с уплотняющим буртиком, лучше внутренним (так выполняет ХТГЗ и при работе турбин «чистым» паром), дополнительно устанавливаются металлические прокладки и осуществляется постоянный контроль отсутствия утечек (рис. 4-4д).
Клапаны и концевые уплотнения должны быть герметичны. Для этого в них организована специальная система подвода и отвода пара, в частности организуется подача нерадиоактивного пара в уплотнении из специального котла давлением 0,1 МПа (рис. 4-4,6). На рис. 4-5,а представлена схема уплотнения турбин фирмы ББЦ для АЭС с кипящими реакторами, а на рис. 4-5,б и в — турбины К-500-65/3000 ХТГЗ. Как и в других турбинах ХТГЗ, работающих радиоактивным паром, запирание уплотнения производится «чистым» паром, подаваемым под давлением р=0,1 МПа из испарителя. Испаритель испаряет конденсат, поступающий из деаэратора. Одна турбина имеет два таких испарителя суммарной производительностью около 13 кг/с.
Рис. 4-4. Конструктивные мероприятия в турбинах КВУ при работе радиоактивным паром.
а — фланцевые уплотнения; б — концевые уплотнения; 1 — контроль за отсутствием утечек во фланцах; 2 — подача «чистого» пара с р=0,108 МПа; 3 — р=0,069-0,088 МПа; 4 — р=0,098 МПа.
Рис. 4-5. Схемы концевых уплотнений турбин, работающих радиоактивным паром.
а — турбины фирмы ББЦ для АЭС с ВВРк: 1 — разгрузка осевого усилия; 2 — в подогреватель; 3 — из вспомогательного котла; 4 — конденсатор пара из уплотнений; 5 — вентилятор: 6 — фильтр. 7 — вытяжной камин; б — турбины ХТГЗ К-500-65/3000 на выходе из двухпоточного ЦВД; в — то же на выходе из ЦНД: 1 — пар из выходного патрубка ЦВД. р = 0.26 МПа; 2 — в подогреватель низкого давления; р=0,08 МПа: 3 — нерадиоактивный пар из испарителя, р-0,1 МПа; 4 — к эжектору уплотнений, р=93 кПа; 5 — воздух из машинного зала; 5 —в выходной патрубок ЦНД, р=4 кПа.
Чистый пар направляется также на уплотнения штоков клапанов и на эжекторы. Греющим паром испарителей при нормальной работе агрегата является пар из отбора турбины, а при пусках и пониженных нагрузках используется свежий пар, предварительно прошедший через редукционные клапаны, так называемые БРУ-Д, необходимые также при пуске турбины для питания деаэратора (см. § 7-2).
При выборе материалов турбин и всей установки основное внимание уделяется защите от коррозии и эрозии при взаимодействии с паром, содержащим свободный кислород [46]. Результаты специальных исследований и опыт эксплуатации показали, что для большинства деталей турбин могут применяться обычные для турбостроения материалы.
В турбинах ХТГЗ, работающих радиоактивным паром, исключается применение серого чугуна, а также материалов, содержащих кобальт (свыше 0,05%); ограничено применение меди и цинка, так как все эти элементы могут вымываться из деталей турбины радиоактивным паром, содержащим О2, и переноситься в реактор.
Более широко, чем в турбинах для АЭС с ВВРд, используются в установках одноконтурных схем аустенитные нержавеющие стали. Из стали марки 12Х18Н9Т изготавливает ХТГЗ ресиверы от ЦВД к СПП, а также накладки или наплавки на подвергающихся эрозии местах цилиндров высокого давления (см. табл. 5-2). Из этой же стали изготавливаются корпуса и жалюзи СПП; трубки подогревателей низкого давления делают из нержавеющей стали 0Х18Н10Т, остальные детали пнд — из стали 12Х18Н9Т. В ряде случаев обязательна добавка во многие материалы небольшой доли (0,5—0,7%) титана [51]. Следует отметить, что в зонах досушки пара в СПП сочетание радиолитического кислорода с большой концентрацией хлор-иона создает опасность коррозионного растрескивания нержавеющей аустенитной стали [46].
Фирма «Вестингауз» для одноконтурных схем АЭС изготавливает трубки подогревателей питательной воды только из нержавеющей стали, в то время как трубки для СПП — из углеродистых сталей [91]. Подробнее о материалах для изготовления турбин и СПП см. § 4-4, 5-2, 5-3, 5-4.
Одноконтурная схема АЭС требует перепуска помимо турбины при ее остановке 100%- ного расхода свежего пара, и для этого обычно устанавливается специальный, так называемый технологический конденсатор.
Повышенные требования предъявляются к плотности системы, так как неплотность конденсатора ведет к ухудшению вакуума, что особенно неблагоприятно для всех установок с малым теплоперепадом турбины. Однако основные требования по обеспечению плотности связаны с водным режимом. Поэтому предусматриваются дополнительные меры по обеспечению плотности, главным образом в местах установок трубок в трубных досках; применяются утолщенные трубные доски, двойные трубные доски с «солеными» отсеками (рис. 4-6). В пространство, создаваемое двойными трубными досками, подается конденсат с давлением, превышающим давление охлаждающей воды. Это усложняет конструкцию и затрудняет ремонт конденсатора, а конденсат, перетекающий в линию циркуляционной воды, безвозвратно теряется. При одноконтурных схемах АЭС для этого используется не конденсат, а обессоленная вода. Широко используется уплотняющая обмазка во время монтажа и ремонта трубных досок.
Исходя из требований водного режима АЭС допустимый присос охлаждающей воды составляет 0,02%; для морской воды еще меньше [46]. Наиболее радикальным способом борьбы с присосами воды из любых мест является полное обессоливание конденсата, применяемое для одноконтурных схем АЭС. Технико-экономически в ряде случаев обессоливание конденсата оказывается целесообразным и для двухконтурных схем АЭС с ВВРд [46].
Для одноконтурных схем АЭС необходимо быстрое опорожнение конденсатора, для чего предусматриваются специальные устройства.
В установках, работающих радиоактивным паром, предъявляются дополнительные требования по отсосу паровоздушной смеси, так как в конденсатор поступают продукты радиолиза, а также благородные газы, проникающие даже через герметичные оболочки твэл.
Рис. 4-6. Схема двухходового поверхностного конденсатора с двойными трубными досками (а) и с «солеными» отсеками (б).
1 — вход пара; 2 — дополнительная трубная доска; 3 — основная трубная доска; 4 — поворотная камера охлаждающей воды; 5 — отвод основного конденсата; 6 — входная камера охлаждающей воды; 7 — выходная камера охлаждающей воды; 8 — конденсаторные трубки; 9 — подача конденсата или обессоленной воды из верхнего бачка; 10 — отвод конденсата «соленых» отсеков; 11 — «соленый» отсек.
Это увеличивает газосодержание пара на входе в конденсатор. Так, для двухконтурных схем АЭС количество кислорода составляет на входе в конденсатор 0,01 мг/кг, а для одноконтурных — от 5 до 40 мг/кг. Чем больше газосодержание, тем выше давление в конденсаторе по сравнению с парциальным давлением водяного пара. Наличие газа ухудшает теплоотдачу при конденсации. В результате этого при тех же параметрах охлаждающей воды сокращаются теплоперепад турбины и экономичность установки.
Отсос паровоздушной смеси из конденсатора производится обычно паровоздушными эжекторами, а также водяными эжекторами и водяными насосами. Выброс воздуха после эжектора в одноконтурных схемах производится через системы технологической вентиляции с предварительной дезактивацией. Кроме того, одноконтурная схема АЭС требует или отказа от пускового эжектора, или усложнения его конструкции с включением охладителя [46]. Поскольку из ПНД также сбрасывается паровоздушная смесь, то для одноконтурных схем целесообразно объединить все эти сбрасываемые радиоактивные потоки. Из-за возможного образования гремучей смеси водород, отсасываемый из конденсатора одноконтурных АЭС вместе с паровоздушной смесью, часто направляется в специальный контактный аппарат для сжигания [46].
