Парогенераторы АЭС с газовым теплоносителем.

До 1967 г. на АЭС с газовым теплоносителем устанавливались парогенераторы либо башенного типа (АЭС «Колдер-Холл» и другие в Англии), либо секционные АЭС с газовым те­плоносителем (в ЧССР, Франции). Начиная с 1967 г. в Англии и других странах на АЭС с газо­вым теплоносителем применяется интегральная компоновка оборудования 1 контура в корпусе из предварительно напряженного железобетона. Секций парогенераторов располагаются либо в кольцевом пространстве между кожухом активной зоны реактора и железобетонным корпусом, либо в цилиндрических ячейках в стенке корпуса, либо под активной зоной реактора. Несколько секций, объединенных по питательной воде общим регулирующим органом, состав­ляют один парогенератор. Так как в железобетонном корпусе трудно разместить сепарационные устройства, то парогенераторы выполняются прямоточными. Размеры секций рассчитываются на полный монтаж и испытание в заводских условиях.

3.2.1. Секционный парогенератор АЭС «А-1» (ЧССР)

Теплоноситель — углекислый газ. Парогенератор секционный, с многократной прину­дительной циркуляцией производит пар двух давлений.

Секция парогенератора выполнена подтипу «пучок труб в трубе». Вода движется внутри труб, газ — в межтрубном пространстве. Парогенератор состоит из трех частей. Каждая часть, со­держащая две параллельно включенные ветви из тринадцати U-образных .секций, заключена в воздухонепроницаемый металлический кожух с тепловой изоляцией. Парогенератор имеет два сепарационных барабана для ступеней низкого и высокого давлений. Конструктивная схема па­рогенератора приведена в [1], характеристики парогенератора—в табл. 10.

Таблица 10

3.2.2. Парогенераторы АЭС с интегральной компоновкой оборудования I контура Парогенератор АЭС «Сен-Лоран» (Франция). Теплоноситель— углекислый газ. Паро­генератор —прямоточный, состоит из 26 секций и 4 полусекций. В каждой секции имеются четыре независимых пакета змеевиков. Секции располагаются в цилиндрическом пространстве под реактором. Схема парогенератора имеется в[3]. Характеристики парогенератора представ­лены в табл. 11.

Таблица 11

Парогенераторы АЭС «Данджнесс В», «Хинкли Пойнт В», «Хартлпул» (Англия). Теплоноси­тель — углекислый газ. Парогенераторы (табл. 12) прямоточные, секционные. На первых двух станциях (действующих) секции парогенератора, составленные из плоских змеевиков, располагаются в кольцевой щели между кожухом реактора и железобетонным корпусом.

На АЭС «Хартлпул» парогенераторы располагаются в вертикальных цилиндрических шахтах в стенке корпуса. Теплопередающая поверхность в этом парогенераторе составлена из винтовых змееви­ков.

По ходу газа части парогенератора располагаются в следующей последовательности: промежуточный пароперегреватель, основной пароперегреватель, испаритель, экономайзер. В испарительной части пар перегревается на несколько градусов.

Таблица 12

Змеевики экономайзерной части сделаны из углеродистой стали, испарительной — из стали с 9% хрома и 1% молибдена, пароперегревательной — из аустенитной нержавеющей стали. Для экономайзера и испарителя используются оребрённые трубы. Секции парогенератора це­ликом изготавливаются и испытываются на заводе. Схемы, показывающие расположение паро­генераторов в корпусе, приводятся в [1,3]. Парогенератор АЭС «Форт С.-Врэйн» (США). Теп­лоноситель — гелий. Секции парогенератора образованы винтовыми змеевиками и располага­ются по периферии нижней части внутренней цилиндрической полости под активной зоной реактора. По ходу газа части парогенератора располагаются в той же последовательности, что и в ранее рассмотренных парогенераторах. Так как температура теплоносителя в этом па­рогенераторе выше, чем в парогенераторах с углекислым газом, то для уменьшения температу­ры стенки труб в пароперегревателе теплоноситель и перегретый пар движутся прямотоком. В остальных частях парогенератора движение прямоточное.

В табл. 13 представлены основные характеристики парогенератора, а на рис. 10 — его конст­рукция.

Рис. 10 Парогенератор АЭС «Форт С.-Врэйн» (США) с гелиевым теплоносителем: 1 — вход теплоносителя; 2 — верхнее уплотнение; 3 — монтажное кольцо; 4 — лабиринтовое уплотнение; 5 — промпароперегреватель; 6 — кожух; 7 — пароперегреватель И; 8 — экономайзер, испаритель, пароперегреватель I; 9 — коллекторы питательной воды (18 шт.); 10 — коллекторы перегретого пара (18 шт.); 11 —нижнее уплотнение; 12— плита; 13 — выход гелия; 14 — первая крышка; 15 —оболочка; 16— вторая крышка; 17 — выход перегретого пара; 18 — коллектор питательной воды; 19 — ввод пара промперегрева; -20 — выход пара промперегрева

Таблица 13

Натрий движется в межтрубном пространстве, рабочее тело (вода и пароводяная смесь в испарителе, пар в пароперегревателе и промпароперегревателе—внутри труб. Модули основ­ного и промежуточного пароперегревателей соединены параллельно по теплоносителю. Из обоих модулей натрий выходит с одинаковой температурой и поступает в модуль испарителя. В последнем происходят напрев питательной воды до температуры кипения, испарение и небольшой (на 12—15°С) перегрев пара. Корпус, трубный пучок, трубные доски пароперегревате­лей изготовлены из стали XI8Н9, а испарителя — из стали 1Х2М.

Корпус модуля отделен от потока натрия, обечайкой, защищающей корпус от воздейст­вия возможных колебаний температуры натрия. Для защиты трубных досок использованы пли­ты - вытеснители и изолирующие прокладки. Снизу и сверху к корпусу приварены камеры для входа и выхода теплоносителя. Натрий поступает в трубный пучок из входной камеры через отверстия в обечайке. Аналогичен и выход натрия из трубного пучка в выходную камеру. Ка­меры для входа и выхода рабочего тела образованы трубными досками и съемными крышками. Трубы в вальцованы в трубные доски, где располагаются по сторонам правильных шестиуголь­ников.Дистанционирующие решетки пучка труб установлены вдоль пучка с шагом 1 м.

3.3.2. Парогенераторы действующих зарубежных АЭС _ с жидкометаллическим тепло­носителем.

Парогенератор АЭС «Даунри» (Англия, 1972 г.). Станция является прототипом АЭС с электриче­ской мощностью 1000 МВт. Схема парогенератора имеется в [3], основные конструктивные данные приведены в табл. 15.

Парогенератор состоит из трех вертикальных теплообменников с U-образными змеевиками: испарителя, пароперегревателя и промежуточного пароперегревателя. Во всех трех частях парогенератора теплоно­ситель движется в межтрубном пространстве.

Пароперегреватель и промпароперегревательсоединены по теплоносителю параллельно. Движение теп­лоносителя и рабочего тела в них противоточное.

Питательная вода подается в сепарационный барабан. Циркуляция рабочего тела в испарителе — многократная, принудительная.

Таблица 14

Рис. 12Секционный парогенератор АЭС «Феникс» с жидкометаллическим теплоносителем (Франция): А — промперегреватель; Б— пароперегреватель; В—испаритель; Г — поперечное сечение через секции; 1 — выход натрия; 2 — растопоч­ный сепаратор; 3— вход натрия в испаритель; 4 — вход натрия в пароперегрёва-5 — выход натрия из промпароперегревателя; 6 — выход пара в промперегреватель; 7—вход пара на промперегрев; 8 — выход перегретого пара: 9 — выход натрия из пароперегревателя; 10— вход натрия в испаритель; 11— вход питательной воды; 12 — раз­рывнаяша; 13 — коллектор для отвода продуктов взаимодействия натрия с водой.

Таблица 15

Схема движения рабочего тела и теплоносителя — прямоток. Трубы испарителя изго­товлены из стали с содержанием 2,25% хрома и 1% молибдена. В пароперегревателе и пром- пароперегревателе применена нержавеющая аустенитная сталь. Парогенератор АЭС «Феникс» (Франция). На рис. 12 показана конструктивная схема парогенератора АЭС «Феникс». Ос­новные характеристики парогенератора даны в табл. 16. Парогенератор прямоточный, с проме­жуточным перегревом пара. Секции выполнены по типу «пучок труб в трубе» и имеют вид s- образных змеевиков. Во всех частях парогенератора натрий движется в межтрубном простран­стве, рабочее тело — внутри труб.

Первым по ходу теплоносителя расположен промпароперегреватель, затем основной пароперегреватель, за которым следуют секции испарителя-экономайзера. Материал труб теплопередающей поверхности: пароперегревателей — аустенитная нержавеющая сталь, (испари­теля-экономайзера —ферритная сталь с содержанием 2,25% хрома и 1% молибдена.

3.3.3. Проекты парогенераторов для зарубежных АЭС с натриевым теплоносителем

Парогенератор для. АЭС с электрической мощностью 1320 МВт (проект, Англия). Парогенератор (схема на рис. 13) предназначается для станции с двумя стандартными турбинами. Разработаны проекты на до критические параметры пара (с многократной принудитель­ной циркуляцией (МПЦ) и прямоточный), а также на за критические параметры пара. В табл. 17 приведены основные характеристики парогенераторов для АЭС с N_э=1320 МВт. Парогенератор с МПЦ состоит из отдельных корпусов испарителя, пароперегревателя и промпароперегревателя. Прямоточные парогенераторы на до критические и за критические парамет­ры также проектируются трехкорпусными из-за нежелательности сварки труб из статей разных составов. Пароперегреватель и промпароперегревательсоединены по теплоносителю парал­лельно. Наружный диаметр корпуса теплообменников ограничивался величиной 2,75—3.1 м, считающейся оптимальной с точки зрения изготовления и транспортировки. Конструкция испарителя и пароперегревателей основного и промежуточного одинакова: верти­кальные теплообменники.

Рис. 13 Парогенератор для АЭС с жидкометаллическим теплоносителем N3=1320 МВт (проект.Англия): 1 — вход натрия; 2 — выход продуктов взаимодействия натрия с водой; 3 — трубный пучок; 4 — тепловой экран; 5 — направляю­щие трубки; 6 — выход натрия; 7 — измеритель уровня со стороны выхода натрия; 8 — вход рабочего тела; 9 — измеритель уровня со стороны входа натрия; 10— выход рабочего тела; 11 — детектор водорода; 12— выход на­трия; 13 — опора; 14— разделительная обечайка: 15 — дренаж.

Таблица 17

с U-образными змеевиками. 1еплоноситель движется в межтрубном пространстве, продольно омывая трубки.

Ряды U-образных змеевиков занимают периферийную часть теплообменника. К пло­ской трубной доске теплообменников привариваются два тороидальных коллектора ввода и вы­вода рабочего тела. Для труб теплопередающей Поверхности и корпуса испарителя предполага­ется использовать сталь с 2,25% хрома и 1% молибдена, стабилизированную ниобием и тита­ном. Трубы и корпус пароперегревателей будут изготовляться из нержавеющей стали. Толщина стенки труб, определенная расчетом, будет увеличена на 0,075 ,и 0,15 мм соответственно в ис­парителе и пароперегревателях на коррозию со стороны натрия и на 0,13 мм — на коррозию со стороны воды и пара. Добавка на утонение стенки трубы при выполнении гибов не делается. Расчетное давление для корпусов принимается равным 3,4 МПа, а для плоских трубных до­сок—1 МПа. Давление выбирается с учетом возможного воздействия ударной волны, возни­кающей при реакции натрия с водой. Из табл. 17 видно, что в прямоточном парогенераторе пар поступает в пароперегреватель уже перегретым относительно температуры насыщения на 28°С. Сделано это для того, чтобы избежать образования отложений на поверхности труб паропере­гревателя из аустенитной нержавеющей стали.

Парогенератор для АЭС с реактором электрической мощностью 1000 МВт (проект, США). Фирма «Вестингауз» разработала проект парогенератора, схема которого представлена на рис. 14, а основные характеристики — в табл. 18.

Рис. 14 Прямоточный, парогенератор с натриевым теплоносителем (проект; США): 1 — выход натрия; 2 — вход питатель­ной воды; 3 — трубный пучок; 4 — дырчатый лист: .5 — раздающие трубы; 6— разрывная мембрана: 7 — выход натрия; 8 — газовая полость; 9 — уровень натрия;10 — выход перегретого пара; 11 — дренаж.

Таблица 18

Предполагается, что с реактором электрической мощностью 1000 МВт будут работать два парогенератора. Парогенератор прямоточный состоит из одного вертикального цилиндри­ческого корпуса, в котором расположены шесть секций плоских змеевиков, заключенных в прямоугольные обечайки. Каждая секция имеет трубные доски, вваренные в корпус в нижней и верхней его части. Трубы к трубным доскам привариваются со стороны, обращенной к натрию, чтобы избежать образования щелей между трубками и трубной доской со стороны натрия. К трубным доскам привариваются полусферические днища с патрубками для входа питательной воды и выхода перегретого пара. Натрий поступает в парогенератор через входной патрубок в верхнем эллиптическом днище и раздается шестью трубами по секциям.

Трубы теплопередающей поверхности изготовляются из сплава инколой-800. Трубные доски плакируются сплавом инконель-600 со стороны воды и натрия. В табл. 19 даны значения допускаемых напряжений (по американским нормам) для труб из сплавов инколой, инконель и стали с содержанием 2,25% хромай 1 % молибдена.

Таблица 19

Парогенератор с обратными элементами (проект, США). Фирма «Комбашн» разрабо­тала проект парогенератора (рис. 15), теплопередающая поверхность которого выполнена из обратных элементов (трубок Фильда). Три парогенератора будут устанавливаться с реактором электрической мощностью 1000 МВт. При номинальной нагрузке парогенератор будет работать как прямоточный, при нагрузках, меньших номинальной,— по схеме с рециркуляцией. Основ­ные характеристики парогенератора даны в табл. 20.

Испаритель и пароперегреватель располагаются в одном корпусе: пароперегреватель занимает центральную часть, испаритель — периферийную. Питательная вода поступает в то-роидальный коллектор прямоугольного сечения, расположенный в корпусе парогенератора, и из него раздается по внутренним трубкам обратных элементов испарителя. В кольцевых кана­лах обратных элементов вода нагревается до кипения и испаряется. Насыщенный пар направля­ется в сепаратор, расположенный вне корпуса парогенератора, откуда поступает в кольцевые каналы обратных элементов пароперегревателя. Перегретый пар из центральных трубок обрат­ных элементов пароперегревателя выходит в сборный коллектор и через патрубок покидает па­рогенератор.

Рис. 16 Прямоточный парогенератор с обратными элементами для АЭС с жидкометаллическим теплоносителем (проект, США): 1 — выход натрия; 2—обратные элементы пароперегревателя; 3— тепловой экран; 4— отвод продуктов взаимодействия натрия с водой; 5—вход питательной воды; 6 — окна для входа насыщенного пара; 7 — лаз; 8— выход перегретого пара; 9 —вход насыщенного пара; 10— камера перегретого пара; 11—коллектор питательной воды; 12— выход насыщенного пара; 13 —разовая полость; 14— уровень натрия; 15 — разделительная обечайка; 16— дистанционирующая решетка; 17—обратные элементы испарителя; 18 —вход натрия.

Таблица 20

Для уменьшения теплопередачи через внутренние трубки обратных элементов последние име­ют двойные стенки с зазором, заполненные газом.

Теплоноситель входит в парогенератор через патрубки в нижнем днище, продольно обтекая трубный пучок пароперегревателя. В верхней части поток делает поворот на 180°, движется вдоль труб испарителя и через патрубки в нижней части корпуса выходит из парогенератора. В верхней части корпуса имеются газовое пространство, заполненное аргоном, и патрубок для взрывного клапана.

В качестве конструкционных материалов предполагается использовать:

а)    для корпуса — ферритную сталь (2,25% хрома, 1% молибдена), плакированную ферритным сплавом для предотвращения обезуглероживания;

б)    для трубных досок, труб и коллекторов — ферритную сталь с содержанием 9—12% хрома, имеющую более высокие прочностные характеристики, чем сталь с 2,25% хрома.

Парогенератор АЭС «Суперфеникс»

1 — ремонтный люк; 2 — вход натрия; 3 — выход пара; 4 — трубы поверхности нагрева; 5 — вход пи­тательной вод; 6 — выход натрия; 7 — уровень натрия; 8 — газовая полость.

А — модуль промежуточного пароперегревателя; Б — модуль испарителя; В — модуль основного пароперегревателя; а — вход натрия в ПГ; б — выход натрия из ПГ; в — вход питательной воды ■ испаритель; г — выход пара из испарителя; д — вход пара в пароперегреватель; е — выход пара из пароперегревателя; ж, з — вход пара в промежу­точный пароперегреватель и выход из него; 1,2— выходная камера и корпус промежуточного паропе­регревателя; 3 — входная камера пара промежуточ­ного пароперегревателя; 4 — выходная камера пара испарителя; 5 — трубки теплопередающей поверхно­сти испарителя; 6 — корпус испарителя; 7 — вход­ная камера питательной воды; 8 — дроссельный щит; 9 — раздающая камеранатрияиспарителя;10 — тепловая изоляция трубной решетки;11 — трубная доска; 12 — входная камера парапароперегревателя; 13 — корпус пароперегревателя;14 — выходная камера пара пароперегревателя