Водный режим АЭС - Устройство и работа выпарного фильтра

Выпарные аппараты предназначены для очистки от растворимых активных и неактивных примесей воды путем ее дистилляции (см. § 10.3). По сравнению с другими аппаратами, применяемыми для обработки радиоактивных вод, выпарной аппарат имеет самый высокий коэффициент очистки — порядка 10-6 по отношению к концентрату. Так как кратность упаривания в выпарных аппаратах равна 20—40, истинный коэффициент очистки составляет 10-4—10-5 по отношению к исходной воде. Хуже очищается вода от коллоидных примесей: коэффициент очистки от масел, например, не превышает 102.
По сравнению с другими аппаратами для обработки радиоактивной воды выпарной аппарат конструкционно более сложен; он имеет малую производительность при значительных габаритных размерах, работа аппарата, в особенности на сильно загрязненных водах, отличается нестабильностью.
Несмотря на эти недостатки, благодаря высокому коэффициенту очистки, возможности очистки очень грязных сточных вод и получения остатка с солесодержанием до нескольких сот граммов в 1 л выпарные аппараты включены в схемы обработки радиоактивных вод практически всех АЭС.
Выпарной аппарат (рис. 12.13) состоит из двух частей: греющей камеры 4 и сепаратора 17. Греющая камера предназначена для испарения обрабатываемой воды, а сепаратор — для очистки пара от капелек концентрата или кубового остатка.
Греющая камера представляет собой вертикальный кожухотрубный теплообменник. В качестве теплоносителя используется пар из коллектора собственных нужд АЭС с давлением до 0,7 МПа, который подается в межтрубное пространство через патрубок 3. Конденсат греющего пара выводится из нижней части межтрубного пространства.
Исходная вода подается в нижнюю часть греющей камеры, поднимается по трубкам, нагревается и испаряется. Пароводяная смесь через патрубок 6 переходит в сепаратор. Сепаратор представляет собой цилиндрический вертикальный сосуд, в некоторых конструкциях переходящий в нижней части в конус. В сеператоре происходит разделение воды и пара. Вода по перепускной трубе 19 возвращается в греющую камеру, а вторичный пар очищается и через патрубок 12 выходит из выпарного аппарата.

Очистка вторичного пара от капелек концентрата заключается в объемной сепарации и последовательном прохождении им жалюзийной ловушки 7, барботажной тарелки 16 и насадки из колец Рашига 14, работающей в эмульгационном режиме.

Рис. 12.13. Выпарной аппарат:

1. — патрубок выхода кубового остатка; 2 — патрубок выхода конденсата греющего пара; 3 — патрубок входа греющего пара; 4 — греющая камера; 5 — опора; 6 — пароперепускной патрубок; 7 — жалюзийная ловушка; 8 — гидрозатвор; 9 —  вход моющих реагентов и промывочной воды; 10 — смотровое окно; 11 — лаз; 12 — выход вторичного пара; 13 — вход флегмы; 14 — насадка; 15 — вход пеногасителя; 16 — барботажная тарелка; 17 — сепаратор; 18 — трубка; 19 — перепускная труба; 20 — вход обрабатываемой воды

Принцип объемной сепарации заключается в слиянии мелких капелек концентрата при подъеме пара вверх в более крупные и стекании их вниз. То же самое происходит в жалюзийной ловушке вследствие многократного изменения направления потока пара. На барботажной тарелке происходит промывка пара посредством барботажа его через непрерывно обновляющийся слой воды. Окончательно пар очищается на насадке из колец Рашига, причем нижняя часть насадки заполнена водой, проходя через которую пар перемешивается с ней (эмульгирует) и хорошо отмывается от мельчайших капелек концентрата.

Чистая вода для промывки пара (флегма) подается через дырчатую трубу 13. Вода из насадки перетекает через гидрозатвор 8 на барботажную тарелку. Уровень воды и насадке может регулироваться установкой заглушек на гребенке из трех патрубков. С увеличением уровня воды и насадке улучшается эффект промывки, но уменьшается производительность выпарного аппарата.
С барботажной тарелки вода сливается через патрубок 18 в нижнюю часть сепаратора и смешивается с концентратом. Верхний конец трубки выступает над тарелкой на некоторую высоту, чем и обеспечивается постоянный уровень воды на тарелке.
Концентрат удаляется из выпарного аппарата через патрубок 1, опущенный до дна греющей камеры с целью удаления из аппарата шлама.

Рис. 12.14. Зависимость температурной депрессии от солесодержания раствора
Для визуального контроля за работой выпарного аппарата служат смотровые окна 10. Предусматривается также подача пеногасителя на барботажную тарелку, моющих растворов и промывочной воды.

Для осмотра и ремонта выпарного аппарата устанавливаются лазы 11 диаметром 500 мм. Выпарной аппарат установлен на опорах 5, материал аппарата —  нержавеющая сталь.
Работу испарителя контролируют по уровню концентрата, расходу флегмы, солесодержания) дистиллята, давлению пара в греющей камере и сепараторе, температуре кипения концентрата. Последняя может использоваться для контроля солесодержания концентрата по температурной депрессии — увеличению температуры кипения раствора при повышении концентрации. На рис. 12.14 дана зависимость температурной депрессии от солесодержания раствора.
При образовании в греющей камере значительного количества накипи проводится химическая промывка. Для этого выпарной аппарат заполняется промывочным раствором, чаще всего 5—10 %-ной азотной кислотой, иногда с добавлением комплексообразователей, например щавелевой кислоты, и в греющую камеру подается пар.
По истечении нескольких часов (определяется опытным путем) раствор сливается в спецканализацию, а выпарной аппарат промывается водой.
В табл. 12.4 приведены основные характеристики отечественных выпарных аппаратов, применяемых в схемах обработки радиоактивных вод АЭС.

Таблица 12.4. Характеристики отечественных выпарных аппаратов

§ 12.6. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ТРЕХКОРПУСНОЙ ВЫПАРНОЙ УСТАНОВКИ

Многокорпусные выпарные установки состоят из нескольких соединенных последовательно выпарных аппаратов так, что вторичный пар предыдущего аппарата является греющим паром последующего. В отличие от испарительных установок для получения дистиллята на ТЭС в установках для обработки радиоактивных вод частично упаренная вода перетекает из первого аппарата в последующие (продувка аппаратов), причем в каждом аппарате испаряется примерно одинаковое количество исходной воды.
Задачей сведения теплового баланса трехкорпусной выпарной установки является определение расхода греющего пара для получения необходимого количества дистиллята. Тепловой баланс выпарных аппаратов подробно рассмотрен в специальной литературе, например [4].
Общее количество дистиллята, вырабатываемое установкой,
(12.1)
где G0 — расход греющего пара, подаваемого в первый выпарной аппарат (рис. 12.15); q1—q3 — количество дистиллята, которое вырабатывается в первом, втором и третьем выпарных аппаратах при подаче в первый аппарат 1 т греющего пара.

 На рис. 12.16 показана зависимость q от числа ступеней испарения. Из графика видно, что начиная с четвертой ступени выработка дистиллята значительно снижается, поэтому на практике выпарные установки состоят из трех, реже четырех ступеней испарения.
Преимуществом многоступенчатых выпарных установок  увеличение выработки дистиллята при одинаковом расходе  греющего пара, недостатком — увеличение площади поверхности теплообмена греющих камер, а следовательно, и стоимости выпарных аппаратов. В табл. 12.5 приведены основные характеристики одно-, двух- и трехступенчатых выпарных установок.

Ступени испарения

Рис. 12.16. Количество дистиллята, вырабатываемое на различных ступенях испарения при подаче 1 т греющего пара
Недостатками многоступенчатой выпарной установки являются также сложность управления и необходимость отключения всей установки при выходе из строя одного из аппаратов. Последнее требует сооружения резервной установки.
Так как на современных АЭС есть достаточное количество греющего пара, в последнее время для переработки радиоактивных вод сооружаются однокорпусные установки, состоящие из двух-трех выпарных аппаратов, соединенных параллельно.

Таблица 12.5. Характеристики выпарных установок