Требования, предъявляемые к конструкциям парогенераторов

Схема парогенератора и его конструкция должны удовлетворять следующим требова­ниям:

l.Всеэлементы парогенератора должны обладать безусловной надежностью и абсо­лютной безопасностью в эксплуатации, что в значительной степени определяет надежность ра­боты АЭС. Для выполнения этого требования соединения элементов и деталей парогенератора должны обеспечить герметичность конструкции, исключить возможность проникновения теп­лоносителя в рабочее тело и наоборот. Возможный характер перетока определяется соотноше­нием давлений теплоносителя и рабочего тела. Проникновение рабочего тела в теплоноситель может вызвать аварийную ситуацию в первом контуре (при жидкометаллическом теплоносите­ле). Протечка теплоносителя из первого контура во второй (теплоноситель— вода под дав­лением) может существенно повысить активность рабочего тела, перенос активности по всему второму контуру. Это неприемлемо потому, что биологическую защиту имеет только один эле­мент второго контура — парогенератор.

2. Выбор конструкционных материалов и водного режима должен обеспечивать пони­женные коррозионные процессы.

3. Конструкция парогенератора должна быть проста, компактна, технологична, удобна для монтажа, эксплуатации, ремонта.

4. Парогенератор должен иметь приемлемые технико-экономические показатели.

5. Габариты парогенератора должны позволить провезти его элементы на монтажную площадку.

Принципы выбора конструктивной схемы

Началу расчета предшествует выбор конструктивной схемы парогенератора. Правильный тех­нически обоснованный выбор конструктивной схемы парогенератора может быть сделан только при комплексном подходе к решению ряда вопросов.

При выборе конструктивной схемы требуется:

1 .Установить, из каких элементов будет состоять проектируемый парогенератор.

2.Решить, какая среда будет протекать внутри труб, какая омывать поверхность со сто­роны межтрубного пространства.

3.Определить последовательность расположения элементов парогенератора по ходу те­плоносителя и характер взаимного направления течения сред в каждом элементе.

4.Определить характер омывания испарительной поверхности нагрева рабочим телом.

5. Наметить конфигурацию поверхности нагрева, корпуса, характера раздачи среды по трубам.

При разработке конструктивной схемы в основе лежат соображения как общего характера (справедливые для всех типов парогенераторов), так и те, которые вызываются спецификой конкретного теплоносителя.

Выбор количества элементов

Вопрос о количестве элементов, входящих в парогенератор, частично зависит от задан­ных условий однозначно. Так, вопрос о необходимости пароперегревателя и промежуточного пароперегревателя полностью зависит от задания. Однако вопрос о том, размещается ли паро­перегреватель (при его наличии) в одном с испарителем корпусе или выносится в отдельный, решается исполнителем. Если при выполнении курсового проекта в отношении па­роперегревателя студенту требуется решить только вопрос о целесообразности размещения па­роперегревателя в отдельном корпусе, то в отношении водяного экономайзера надо решить во­просы:

а)будет ли парогенератор иметь самостоятельную экономайзерную поверхность или она будет совмещаться с испарительной;

б) при наличии отдельной экономайзерной поверхности — будет ли она размещаться в одном корпусе с другими поверхностями или в отдельном, только для нес предназначенном.

Эти вопросы решаются совместно с вопросом о том, какая среда течет в межтрубном простран­стве, а какая внутри труб. Совмещение экономайзерной и испарительной поверхностей нагрева используется главным образом в парогенераторах погружного типа. Теплоноситель в паро­генераторах подобного типа течет по трубам, а рабочее тело омывает теплопередающую по­верхность со стороны межтрубного пространства. Корпус, в котором размещается теплопередающая поверхность, используется также в качестве барабана-сепаратора, предназначенного для осушки пара. В барабане-сепараторе имеются водяной и паровой объемы, границей раздела служит зеркало испарения. Вся поверхность нагрева размещается ниже уровня воды в барабане. Теплоотдача от стенки к рабочему телу с достаточной степенью точности может рассматри­ваться, как при кипении в большом объеме. Типичным примером конструктивной схемы паро­генераторов погружного типа с совмещенными экономайзерными и испарительными поверхно­стями нагрева могут служить парогенераторы Ново-Воронежской, АЭС горизонтального ти­па с U -образными змеевиками (теплоноситель — вода под давлением).

Однако необходимо отметить, что совмещение поверхностей может иметь место и в парогенераторах с жидкометаллическим теплоносителем, поверхность нагрева которых набрана из обратных элементов (трубок Фильда). К числу¹таких парогенераторов относится верти­кальный парогенератор типа БН-350 (рисунок. 1). В парогенераторе подобного типа в межтруб­ном пространстве ниже трубной доски 10 протекает жидкий натрий, по трубам проходит рабо­чее тело (по внутренним трубкам 14 обратных элементов осуществляется опускное движение, по кольцевому зазору между внешней трубкой 15 и внутренней трубкой 14-подъемное). Пароводяная смесь подается в водяное пространство 4, расположенное над трубной доской 10. Его работа в некотором отношении напоминает работу парогенератора с погружной поверхностью нагрева. Движение рабочего тела происходит за счет естественной циркуляции, обеспечиваемой разность масс столбов жидкости при разности плотностей р^׳ (во внутренней трубке) и р” (в кольцевом канале). В качестве сепарационного объема используется часть корпуса, расположенная над трубной доской.

Основной принципиальной особенностью парогенератора с совмещенными экономайзерной и испарительной поверхностями нагрева является принцип подогрева питательной воды. Подогрев пита­тельной воды, поступающей в парогенератор из регенеративных подогревателей высокого давления ПВД, до температуры насыщения t, происходит за счет конденсации части пара, генерируемого в коли­чествеDпревышающем паропроизводительность парогенератораD_hom.

Конденсируясь, пар в количестве D—D_homотдает тепло Q_ЭК для подогрева воды от темпера­туры питательной воды на выходе из системы регенеративного подогрева до температуры насыщения при давлении в барабане Q_ЭК = (D- D_HOM) ∙r, где r — скрытая теплота парообразования. Совмещение экономайзерных и испарительных поверхностей нагрева имеет положительные и отрицательные стороны.

К положительным относится тот факт, что вся поверхность нагрева работает в качестве парогенерирующей. Теплоотвод от парогенерирующей поверхности происходит более интенсивно, чем отвод тепла за счет конвекции от поверхности к однофазной недогретой среде (как это имеет место в эконо­майзерных поверхностях). Говоря другими сло

вами, при совмещении поверхностей среднее значение коэффициента теплоотдачи от поверхности к рабочему телу α₂, а следовательно, и среднее значение ко­эффициента

1-нижний полукорпус; 2-трубчатка; 3- межтрубное пространство; 4-водяной объем; 5-вход питательной воды; 6-выход пара; 7-сеператор; 8-верхний полукорпус; 9-уровень воды; 10-трубная доска (решетка); 11-уровень натрия; 12-выход натрия; 13- вход натрия; 14-внутренние трубки; 15-внешние трубки

Рисунок 1.Парогенератор к реактору БН-350.

теплопередачи k имеет более высокое значение. Повышение значенияkвызывает уменьше­ние необходимой поверхности:

, где

где Q— количество передаваемого тепла, Вт; Δt—среднее значение температурного напора, °С:k— ко­эффициент теплопередачи, Вт/(м²-К). Кроме того, совмещение экономайзерной и испарительной поверх­ностей нагрева позволяет сократить расход металла на корпус. Однако надо иметь в виду, что сокраще­ние расхода металла на корпус можно также быть достигнуто при размещении в одном корпусеэкономайзерных и испарительных поверхностей без их совмещения по существу.

К отрицательным сторонам совмещенного варианта относится уменьшение среднего значения темпера­турного напор при сохранении давления генерируемого пара. Поддержание того же значения темпера­турного напора можно обеспечить за счет снижения давления рабочего пара. При понижении давления пара на входе в турбину снижается экономичность выработки электроэнергии. Величина температурно­го напора связана с размерами поверхности нагрева. Чем меньше температурный напор, тем большая по­верхность необходима для передачи необходимого количества тепла.

Вопрос о целесообразности совмещения решается на основании технико-экономического расчета. При выполнении курсового проекта столь глубокая проработка от студентов не требуется, может быть вы­бран вариант на основании опыта эксплуатации парогенераторов подобного типа.

Однако следует помнить, что парогенераторы погружного типа — наиболее характерная конструкция совмещенного варианта — главным образом применяются для теплоносителя— вода под давлением. В таких парогенераторах поверхность нагрева выполняется из коррозионно стойкойстали аустенитного класса (из-за необходимости чистоты воды первого контура). Технология изготовления труб из аустенитной нержавеющей стали в настоящее время не позволяет иметь длину труб без сварных соединений выше 16 м. По спецзаказу изготавливают трубки длиной до 22 м.

Увеличениепаропроизводительности (величины поверх­ности нагрева) в значительной степени связана с необходимостью увеличения диаметра корпуса паро­генератора. Диаметр корпуса нельзя увеличивать безгранично, предельным значением является диаметр 4,2 м.