Парогенераторы и сепараторы. Турбины

Парогенераторы и сепараторы. На всех отечественных АЭС с реакторами ВВЭР используются горизонтальные парогенераторы с трубными досками в виде коллекторов, с погружной поверхностью теплообмена и встроенными сепарационными устройствами.

Устройство горизонтального парогенератора приведено на рис. 1.17. Поверхность нагрева представляет собой U-образную трубную систему, состоящую из множества мерных цельнотянутых труб небольшого диаметра, концы которых за вальцованы в коллекторы. По трубам движется теплоноситель, собирающийся в выходном коллекторе. В межтрубном пространстве циркуляция воды естественная. Наружная поверхность трубной системы омывается питательной водой, превращающейся в пар. В паровом объеме над зеркалом теплоносителя установлены жалюзийный сепаратор и пароприемный потолок.

Рис. 1.17. Горизонтальный парогенератор: 1 — корпус; 2 — поверхность теплообмена; 3 — опоры трубной системы; 4 — коллектор питательной воды; 5 — жалюзийный сепаратор; 6 — паротурбинный коллектор; 7 — пароприемный потолок; 8 — воздушники; 9 —опоры; 10— входной и выходной коллекторы теплоносителя

Масса сухого парогенератора для АЭС с реакторами ВВЭР-440 составляет 145 т. Внутренний диаметр корпуса парогенератора 3,2, длина 11,25 м.

Для АЭС с реактором ВВЭР-1000 принят горизонтальный парогенератор такого же типа, как для АЭС с реакторами ВВЭР-440, но с увеличенными размерами корпуса и двухступенчатой сепарацией пара. Такой парогенератор иногда дополнительно крепится к перекрытию помещения, что снижает усилия на трубопроводы при его тепловом расширении. Масса сухого парогенератора 265 т, внутренний диаметр корпуса 4, длина 16,2 м.

На АЭС с одноконтурными кипящими реакторами и петлевой компоновкой оборудования, когда парогенерирующее оборудование вынесено за пределы корпуса реактора, для получения пара необходимых для турбины параметров используются барабаны-сепараторы.

Сепараторы Ленинградской АЭС с реактором РБМК-1000 (две петли по два сепаратора) выполнены в виде горизонтальных барабанов диаметром 2,3, длиной 30 м и массой 200 т.

Основной отличительной особенностью парогенерирующего оборудования АЭС с реактором на жидкометаллическом теплоносителе (БН-350) является использование двух самостоятельных аппаратов: испарителя, в котором происходит получение и подогрев пара, и пароперегревателя, в котором происходит его перегрев.

Парогенераторы двухконтурных петлевых АЭС и сепараторы кипящих петлевых реакторов являются высокоактивным оборудованием и должны располагаться в необслуживаемых помещениях.

Высотное расположение парогенераторов водо-водяных реакторов зависит, как и высотное расположение ГЦН, от отметки выходного и входного патрубков реактора.

Размещение парогенераторов в плане связано с требованием минимальной протяженности трубопроводов первого контура, поэтому они располагаются вблизи корпуса реактора и симметрично вокруг него. Над люками парогенераторов в перекрытии должны быть предусмотрены проемы для заглушки труб в случае обнаружения течи. Монтажные работы в коллекторах парогенераторов производятся через эти проемы с помощью специальных машин с дистанционным управлением.

Барабаны-сепараторы АЭС с реакторами РБМК-1000 должны быть расположены на значительной высоте над реактором для создания дополнительного напора. Расположение в плане должно отвечать тем же требованиям, что и для парогенератора в петлевых водо-водяных реакторах, т. е. минимальной протяженности трубопроводов до реактора. В плане сепараторы могут быть смещены относительно оси реактора для удобства проведения операций по перегрузке активной зоны.

Толщина защитного перекрытия и стен бокса парогенераторов ВВЭР (как и РБМК-1000) определяется кислородной активностью водяного теплоносителя (фотонное излучение с энергией 6,2 МэВ).

Турбины. На раннем этапе развития атомной энергетики в связи с разработкой большого количества разнообразных типов реакторов, вырабатывавших пар различных параметров, индивидуально проектировалось большое число турбин с широким диапазоном давления и температуры пара. В настоящее время определились следующие типы паровых турбин: на АЭС с водо-водяным и кипящими реакторами, имеющими наибольшее распространение, применяют турбины на насыщенном или слабоперегретом паре с давлением 5,5— 7 МПа; на АЭС с газовыми и жидкометаллическими реакторами стремятся использовать серийные турбины с перегретым паром среднего и высокого давления, освоенные на ТЭС, работающих на органическом топливе.

Рост единичной мощности АЭС приводит и к росту единичной мощности турбоагрегатов. В настоящее время наиболее экономичным вариантом является моноблок реактор — турбина единичной электрической мощностью 1000—1300 МВт.

Для турбин одноконтурных АЭС, работающих на радиоактивном паре, требуется создание биологической защиты, а подвод пара в цилиндр необходимо осуществлять ниже отметки обслуживания. Особые требования предъявляются и к герметичности фланцевых соединений паропроводов (по возможности они заменяются на сварные).

Основные параметры отечественных конденсационных турбин, устанавливаемых на АЭС, приведены в табл. 1.3.

Требования к компоновке турбин для двухконтурных АЭС, работающих на нерадиоактивном паре, и для ТЭС на органическом топливе одинаковы. Критерием выбора турбин является минимум затрат на сооружение здания машинного зала, паропровода и питательных трубопроводов.

Возможно продольное расположение турбин (параллельно оси здания машинного зала) и поперечное. Результаты расчета затрат при продольном и поперечном расположении турбин показали, что небольшой экономический эффект может быть получен для АЭС с турбинами низкого и среднего давления при продольном расположении турбин, а для АЭС с турбинами высокого и сверхвысокого давления — с поперечным их расположением.

Экономичность поперечного размещения турбин высокого и сверхвысокого давления для моноблоков реактор — турбина объясняется большой стоимостью трубопроводов высокого давления. Турбины мощностью 500 МВт и более целесообразно располагать только продольно из-за их значительной длины. Высотное размещение турбоагрегата определяется размерами конденсатора, располагаемого под турбиной.

На АЭС с кипящими реакторами все радиоактивное оборудование машинного зала необходимо размещать под защитным перекрытием, которое должно иметь проемы для демонтажа и ремонта оборудования. Обычно защита турбоагрегата над площадкой обслуживания не предусматривается. Однако при необходимости в процессе эксплуатации возможно устройство на площадке обслуживания блочной сборно-разборной бетонной теневой защиты турбоагрегата с лабиринтом для прохода обслуживающего персонала к турбине.

Толщина защитного перекрытия машинного зала, а также стен конденсатного помещения определяется расчетом и зависит от взаимного расположения большого числа источников фотонного излучения (конденсатора, паро- и конденсатопроводов, регенеративных подогревателей и другого оборудования).