Деаэратор подпитки-продувки ТК10В01

Состав системы

Система состоит из следующих функциональных групп:

1) дегазации и деаэрации теплоносителя, ТК10;

2) подпиточных агрегатов ТК20;

3) магистралей подпитки ТК30, 40 и подачи запирающей воды на уплотнения ГЦН- ТК50; слива запирающей воды с уплотнений ГЦНТК60;

4) вывода теплоносителя из контура, ТК80;

5) подачи "чистого" конденсата, ТК70.

Подгруппа дегазации теплоносителя ТК10 предназначена для дегазации теплоносителя 1 контура, дегазации организованных протечек. Подгруппа состоит из деаэратора ТК10В01, теплообменников ТК11, 12W01, трубопроводов и арматуры. Деаэратор ТК10В01 предназначен для дегазации:

- теплоносителя выводимого из контура;

-организованных протечек из бака-приямка оргпротечек TY10B01 или установки спецгазоочистки ТЕ (СВО-2).

Группа подпиточных агрегатов ТК20 предназначена для подачи в 1 контур и на уплотнения ГЦН теплоносителя с концентрацией борной кислоты от 0 до 40 г НзВОз на кг воды с расходом от 10 до 60 м3/час.

Группа состоит из 3-х функциональных подгрупп, включенных между собой параллельно.

Каждая подгруппа состоит из включенных последовательно насосов:

- предвключенного (бустерного) ТК21(22, 23)D01;

- основного подпиточного насоса ТК21(22, 23)D02.

Подгруппа магистралей подпитки ТК30 ТК40, подачи и слива запирающей воды на уплотнение валов ГЦН ТК50 ТК60 предназначена для подачи теплоносителя в 1 контур и на уплотнения ГЦН, а также для слива оргпротечек с уплотнения ГЦН.

Подгруппа включает в себя трубопроводы подачи теплоносителя с запорной и регулирующей арматурой, вспомогательные трубопроводы оборудования систем подпитки, регулятор YPC02 уровня в компенсаторе давления YP10B01 с регулирующими клапанами TK31, 31S02 и регуляторы перепада давления на уплотнения ГЦН TKC11, 12, 13, 14 с регулирующими клапанами TK51, 52, 53, 54S02. Для исключения перетока теплоносителя I контура в TK10B01 при неработающих подпиточных насосах на трубопроводе подпитки после TK31S02 перед расходомерной шайбой TK40F01 установлен обратный клапан.

Подгруппа вывода теплоносителя и продувки ТК80 включает в себя трубопроводы продувки с регенеративным теплообменником TK80W01 и доохладителем TK80W02, регуляторы расхода и давления продувочной воды TKC01, 02 с регулирующими клапанами TK81, 82S02.

Подгруппа подачи "чистого" конденсата ТК70 состоит из деаэратора борного регулирования ТК70В01, теплообменников TK70W01, W02, TK71W01, трубопроводов и арматуры.

Деаэратор ТК70В01 предназначен для деаэрации чистого конденсата, поступающего от насосов системы TN и подачи его на всас подпиточных насосов. Теплообменники ТК70W01, W02 предназначены для регенеративного подогрева чистого конденсата. Теплообменник TK71W01 предназначен для охлаждения чистого конденсата, сливаемого на баки ТВ40В01, В02.

Характеристика оборудования.

Баки

Деаэратор подпитки-продувки ТК10В01

Деаэратор подпитки-продувки ТК10В01 дегазирует теплоноситель первого контура, поступающий из линий продувки и организованных протечек I контура.

Деаэратор подпитки-продувки ТК10В01 также дегазирует “чистый” конденсат и борированную воду, поступающие в деаэратор до подачи в первый контур.

Кроме того, деаэратор подпитки-продувки ТК10В01 выполняет функцию демпферной емкости на всасе подпиточных насосов.

В деаэраторе осуществляется выделение кислорода и водорода из теплоносителя I контура, а также разбавление водорода водяным паром или азотом до взрывобезопасной концентрации.

Наряду с глубоким выделением кислорода и водорода, аппарат позволяет выделить из контурной воды растворенные в ней радиоактивные благородные газы (РБГ): криптон, ксенон и другие (попадают в теплоноситель I контура из тепловыделяющих элементов кассет, имеющих газовую неплотность).

Из подаваемых на подпитку деаэратора "чистого" конденсата и борированной воды в основном осуществляется выделение кислорода, углекислого газа и других газов.

Принцип работы деаэратора

Деаэратор подпитки-продувки ТК10В01 – вертикальный, атмосферного типа, термический. Основной тепловой процесс в деаэраторе сводится к созданию условий, при которых из воды, прошедшей через деаэратор, практически полностью удаляются растворенные в ней газы.

В соответствии с законом Генри количество растворенного в воде газа пропорционально давлению этого газа над жидкостью. Так для кислорода:

Несмотря на уменьшение количества кислорода в воде с повышением температуры (кривая 1) оставшаяся его часть значительна. Так, при изменении температуры воды от 20 °С до 50 °С количество растворенного в воде кислорода уменьшается с 9 до 5 мг/кг, но оставшаяся часть в сотни раз превышает допустимые уровни.

Из уравнений видно, что чем больше будет парциальное давление водяных паров, тем меньше парциальное давление неконденсирующихся газов, в том числе и кислорода, и соответственно их содержание в деаэрируемой воде. В пределе, если:

Р » Pн₂о, то åР_г + Pо₂ » 0

что возможно при нагреве воды до температуры насыщения, т.е. до кипения.

Сущность термической деаэрации заключается в доведении воды до кипения и создания над ней возможно большего парциального давления водяных паров, последнее является решающим, несмотря на снижение Kо₂ при увеличении температуры воды до 100 °С.

Ускорению процесса способствуют гидродинамические факторы, обусловленные конструкцией деаэратора - образующийся в толще воды пар барботирует через нее, увлекая за собой пузырьки газов, десорбирующихся из воды, а непрерывный отвод выпара позволяет не допускать над уровнем воды сколько-нибудь заметного парциального давления удаляемых газов.

Конструкция деаэратора

Деаэратор представляет собой цилиндрический аппарат, состоящий из двух основных элементов:

- вертикального бака-аккумулятора со встроенным подогревателем 8,

- деаэрационной (дегазационной) колонки, установленной на баке 13.

Деаэрационная колонка 13 с внутренним Ду = 1400 мм установлена сверху бака-аккумулятора соосно с ним и приварена к его верхнему днищу.

Внутри дегазационной колонны организованы:

- главная 16 и периферийная 18 разделительные камеры,

- центральная 19 и кольцевая 11 струйные камеры,

- малая 10 и большая 22 насадочные колонны.

Главная распределительная камера 16 образована цилиндрическими перегородками, малой распределительной тарелкой 15 и корпусом дегазационной колонны.

Периферийная распределительная камера 18 ограничена цилиндрическими перегородками и большой распределительной тарелкой 20.

Обе камеры сообщаются через гидрозатвор, образованный перегородками и глухим днищем.

Малая насадочная колонна 10, Æ600 мм и высотой 400 мм, расположена в нижней части обечайки под центральной струйной камерой 19. Над насадкой установлена провальная распределительная тарелка 14 с семью патрубками 108х6 для пропуска пара и 54 отверстиями Æ8 для равномерного распределения воды.

Большая насадочная колонна 22, Æ1240 мм и высотой 700 мм, расположена в нижней части дегазационной колонны под кольцевой струйной камерой 11 и малой насадочной колонной 10. Над насадкой установлена провальная распределительная тарелка 20 с восемнадцатью патрубками 159х6 для пропуска пара и 414 отверстиями Æ8 для равномерного распределения воды.

Для организации эффективного газоудаления в связи с большим диапазоном нагрузки и для увеличения площади контакта пара и воды в колонке организованы два самостоятельных контура для больших и малых потоков.

В каждый контур входят распределительная и струйная камера, и насадочная колонна. В обоих колонах в качестве насадки используются кольца Рашига размером 18 х 18 х 2,5 мм из стали 0Х18Н10Т, по поверхности которых стекает пленка деаэрируемой воды, прогреваемая паром, движущимся вверх (хорошо развитая поверхность омывания воды паром позволяет сократить габариты деаэратора).

В качестве опорной конструкции под кольца Рашига используются две решетки из перфорированных листов, подкрепленные ребрами жесткости. Эти решетки, обладая большой несущей способностью, обеспечивают свободное сечение для пропуска воды и пара не менее 50 %.

Малая насадочная колонна предназначена для работы с расходом до 9 т/час, при повышении расхода оставшаяся часть воды переливается на большую насадочную колонну.

Подлежащий деаэрации поток через штуцер подвода теплоносителя, расположенный в верхнем днище деаэрационной колонки поступает в главную распределительную камеру. Постоянная производительность малой насадочной колонны обеспечивается перфорированной тарелкой с 54 отверстиями Ду = 8 мм (небольшой диаметр обеспечивает достаточно мелкое дробление струй воды) и цилиндрической перегородкой, которая обеспечивает необходимый уровень воды в распределительной камере.

В том случае, когда расход поступающей воды не более 9 м³/час, что характерно для деаэратора борного регулирования при работе подгруппы TK70 в резерве, уровень в главной распределительной камере не превысит верхней кромки перегородки, что исключает поступление воды в периферийную распределительную камеру. Весь поток дегазируется проходя мелкими струйками через центральную струйную камеру и далее через малую насадочную колонну.

Перегородка исключает выход пара помимо малой насадочной колонны на распределительной тарелке которой установлены семь патрубков для прохода выпара деаэратора.

В режимах, когда расход воды превышает 9 м³/час, т. е. практически во всех режимах работы деаэратора подпитки-продувки, вода через верхнюю кромку перегородки, большую распределительную тарелку и периферийную струйную камеру поступает на большую насадочную колонну, оборудованную барботажной тарелкой с 414 отверстиями Ду = 8 мм для дополнительной дегазации.

Площадь перфорации барботажного листа принята такой, что даже при минимальной нагрузке деаэратора над листом образуется паровая подушка. Это обеспечивает контакт всей воды с греющим паром в барботажном устройстве.

За время движения стекающая на тарелку вода предварительно нагревается в периферийной струйной камере до температуры, близкой к температуре насыщения за счет конденсации греющего пара. Вода и греющий пар движутся встречными потоками - вода вниз, а пар вверх. Конденсат греющего пара присоединяется к струям воды, а остальной пар проходит дальше вверх по высоте колонны, обеспечивая ее наилучшую вентиляцию, унося с собой неконденсирующиеся газы, выделившиеся в процессе деаэрации, увеличивая время пребывания в нем движущейся вниз воды, что улучшает ее прогрев и деаэрацию.

Оставшийся не сконденсировавшийся пар вместе с газами (выпар деаэратора до 130 кг/час) отводится через штуцер в верхнем днище деаэрационной колонки в охладитель выпара системы дожигания водорода, где пар конденсируется, конденсат пара сливается в бак-гидрозатвор и из него возвращаются в бак организованных протечек. Не конденсировавшиеся газы отводятся в систему дожигания водорода.

Бак-аккумулятор 8 - вертикальный цилиндрический сосуд с эллиптическими днищами (диаметр 3000 мм, высота 4760 мм).

Внутри бака-аккумулятора установлены две вертикальные перегородки 2, две наклонные перегородки 3, сегментная перегородка 4 и поддон 1, которые делят весь внутренний объем бака-аккумулятора на две полости.

Внутренняя полость, расположенная между перегородками 2, 3, 4 и поддоном 1, служит для сбора воды, поступающей из дегазационной колонны деаэратора, и организации четкого циркуляционного контура для воды и пара. При этом перегородки 2 делят всю внутреннюю полость на опускной и подъемный участок контура циркуляции.

Козырек 9 направляет воду, выходящую из дегазационной колонны, только в опускной участок внутренней полости.

Внешняя полость, заключенная между двумя вертикальными перегородками 2, двумя наклонными перегородками 3, сегментной перегородкой 4, поддоном 1 с одной стороны, и корпусом бака с другой, служит для сброса продегазированного конденсата.

В нижней части бака-аккумулятора между перегородками 2 распложен подогреватель, изготовленный из 179 U‑образных труб, размером 18х2,5 мм, завальцованных в трубную доску, приваренную к патрубку на корпусе бака. Трубная доска закрыта крышкой-камерой, которая разделена перегородкой на две части. Уплотнение перегородки на трубной доске металл - по металлу.

В верхнюю часть камеры подводится пар из системы RQ, конденсат отводится из нижней камеры в конденсатную линию системы RQ и далее в турбинное отделение.

В баке-аккумуляторе организован циркуляционный контур для деаэрированной воды.

Вода из деаэрационной колонки направляется козырьком в спускной участок внутренней полости бака, барботируется паром, проходит трубный пучок и через отверстие в поперечной перегородке выходит во внешнюю полость.

Для исключения подмешивания не дегазированной воды к воде, прошедшей все стадии деаэрации, уровень в баке-аккумуляторе поддерживается ниже верха перегородки.

Высокая степень дегазации и предотвращение повторного растворения в воде, выделившихся из нее газов обеспечивается четко организованным противоточным движением и постоянным контактом восходящего потока пара и нисходящего потока воды сначала в баке-аккумуляторе, затем в насадочных колонках и струйных камерах.

Подпиточная вода отводится из нижней части бака-аккумулятора.

Деаэратор обеспечивает деаэрацию поступающих потоков в следующих режимах:

- номинальном,

- борного регулирования при вводе и выводе бора,

- аварийном при вводе бора.

Деаэратор обеспечивает хорошую деаэрацию и дегазацию потоков с расходом до 70 м³/час при температуре 104 °С в паровом режиме, снижая содержание кислорода при дегазации с 10 мг/кг воды до 0,02 мг/кг воды.