Сборник тезисов докладов X Международной молодежной научной конференции

Полярное сияние 2007

Ядерное будущее: безопасность, экономика и право

Содержание сборника

Секция «Безопасность реакторов и установок ЯТЦ»

Все доклады секции


ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ СЕПАРАТОРОВ-ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЕЙ ВЛАЖНОПАРОВЫХ ТУРБИН АЭС С РБМК-1000: ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ СПП

Егоров М.Ю., Федорович Е.Д.

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Экономичность АЭС во многом определяется надежной работой турбоустановки (ТУ). В ТУ насыщенного пара на выходе из ЦВД пар имеет влажность 10–15%, приводящую к эрозии лопаток ЦНД.

В настоящее время для осушения пара (рис. 1) между цилиндрами ТУ АЭС с РБМК-1000 расположены сепараторы-пароперегреватели типа СПП-500-1 (рис. 2, 3). Однокорпусный вертикальный аппарат включает:

• входную камеру (ВК) — для приема пароводяной смеси;

• жалюзийный сепаратор (С) — для сепарации влаги;

• двухступенчатый теплообменник-пароперегреватель с прямыми трубками, предназначенный для осушки и перегрева нагреваемого пара (НП) дотемпературы и влажности, обеспечивающих надежную работу ЦНД. Для перегрева используется теплота конденсации греющего пара (ГП)—отборного (из ЦВД) и острого, отбираемого перед ТУ.

Опыт эксплуатации показал недостаточную надежность и эффективность СПП-500-1. Установлено, что основные проблемы вызваны:

• неравномерным распределением потока влажного пара по сепарационным каналам (рис. 4) из-за неудачных конструктивных решений [1];

• недостаточной эффективностью С, способствующей:

- проносу влаги через С (иногда—через ступени перегревателя);

- эрозии трубок перегревателя;

- остановам ТУ;

• вибрациями, нестационарными термическими напряжениями в элементах СПП, возникающими в условиях значительных различий температур НП низкого давления и ГП высокого давления - DТ>700С.

Проектные условия работы не обеспечиваются ни на одной АЭС. Имеет место существенный (на ЛАЭС >50°С) разброс выходных температур НП (рис. 5). Проектный уровень перегрева не достигается (рис. 1). На большинстве АЭС влажность пара на выходе из С увых с>3% (при проектной 0,2%).

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1. Уровень перегрева нагреваемого пара на выходе из сепараторов-пароперегревателей энергоблоков Ленинградской АЭС
(данные 2005 года).

 

 

 

СС—сепаратосборник

КС-1—конденсатосборник 1 ступени

КС-2—конденсатосборник 2 ступени

Рисунок 2. Включение СПП в схему турбоустановки.

 

Рисунок 3. Сепаратор-пароперегреватель СПП-500-1, конструкция ЗиО.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4. Относительное распределение влаги по сепарационным каналам (данные ЗиО).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5. Температура нагреваемого пара на выходе из сепараторов-пароперегревателей энергоблоков Ленинградской АЭС (данные 2005 года).

Снижение эффективности С частично компенсируется повышенными расходами ГП, что снижает экономичность ТУ, ибо ГП 1 ступени не совершит работу в ЦНД, а 2 ступени—во всей ТУ, содержащей 4 СПП. Вместе с тем, расход ГП на СПП на АЭС не измеряется; на рис. 6 показано расчетное увеличение расхода ГП.

При многолетней эксплуатации СПП-500-1 на АЭС наблюдаются усталостные разрушения труб разводки ГП, труб перегревателя.

Исследование охлаждения поверхности нагрева влажным паром [2] показало, что при увых с >2% наблюдается появление перемещающихся мокрых пятен, пульсаций температур. С увеличением увых с всю поверхность трубы покрывает пленка.

Установлено, что для надежной работы поверхности нагрева и труб подвода ГП следует обеспечить увых с <=2%.

 

Рисунок 6. Расчетное увеличение расхода греющего пара от влажности нагреваемого пара на выходе из сепаратора

Необходимость коренной модернизации СПП для ТУ АЭС с РБМК-1000 очевидна. В незаслуженно забытой конструкции СПП-500 (рис. 7) созданы условия для эффективного протекания процесса сепарации:

• равномерное распределение потока по сепарационным каналам вследствие распределенных входных (блока поворотных лопаток) и выходных (пучка перегревателя, рис. 8) гидравлических сопротивлений;

• уменьшение скоростей пара на жалюзи до 1.4м/с, отсутствие прострельных течений в каналах С (рис. 9, 10), обеспечивающие эффективное отделение влаги — увых с<1%.

1—корпус

2—направляющие лопатки

3—коническая раздающая камера

4—трубный пучок 1 ступени

5—трубный пучок 2 ступени

6—сепарационные пакеты

А—вход влажного пара

Б—выход перегретого пара

В—вход греющего пара 1 ступени

Г—выход конденсата греющего пара 1 ступени

Д—вход греющего пара 2 ступени

Е—выход конденсата греющего пара 2 ступени

Ж—отвод сепарата из сепарационной части

З—отсос газовоздушной смеси

И—подвод воды для промывки трубных пучков

Рисунок 7. Сепаратор-пароперегреватель СПП-500, конструкция ЦКТИ.

Другие достоинства СПП-500 обсуждаются в [3]. Конструктивные принципы, положительный опыт эксплуатации СПП-500 обеспечивают повышение надежности ТУ и должны быть использованы для повышения эффективности при модернизации СПП.

Рисунок 8. Теплообменный горизонтальный змеевиковый спиральный пучок перегревателя СПП-500.

Рисунок 9. Профиль канала сепаратора.

Рисунок 10. Жалюзийный канал сепаратора, обладающий высокой эффективностью осаждения капель на поверхностях знакопеременной кривизны.

Литература

1. Егоров М.Ю., Федорович Е.Д., Прохоров В.А. Теплообмен в пароперегревателях СПП-500, СПП-500-1 // IX Межд. студ. научн. конф. «Полярное сияние-2006. Ядерное будущее: безопасность, экономика и право»: Сборн. тез. докл.—М.: МИФИ, 2006. — с. 163-164.

2. Судаков А.В., Трофимов А.С. Пульсации температур и долговечность элементов энергооборудования. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-е, 1989.—176 с.

3. Егоров М.Ю., Федорович Е.Д., Прохоров В.А. Промежуточные сепараторы-пароперегреватели турбин Ленинградской АЭС: модернизация конструкций на основе опыта эксплуатации // «Фундаментальные исследования в технич. ун-тах».—СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2006.—с. 272.