Введение к работе
Актуальность работы: Надёжность работы АЭС в значительной мере зависит от уровня организации водно-химического режима второго контура. Нарушения ВХР часто приводят к преждевременному и даже аварийному останову оборудования, к снижению его ресурса. В этой связи весьма актуальной остается проблема эффективного удаления из ПГ нежелательных примесей способом продувки - сочетания непрерывного и периодического слива части загрязнённой котловой воды и замена её более чистой - питательной.
Распределение растворенных и нерастворенных примесей в водяном объеме ПГ является важным фактором, определяющим его эксплуатационную надежность. Знание закономерностей этого явления позволит более осознанно подойти к решению проблем повышения эффективности удаления примесей с продувкой и повышения эксплуатационной надежности ПГ.
За последние десятилетия многими учёными (Т.Х. Маргулова, В.И. Горбуров,
В.А. Мамет, Ю.В. Козлов, Е.П. Свистунов, Н.Б. Трунов и другие) разрабатывались и
испытывались на действующих АЭС различные схемы продувки ПГ АЭС, которые
существенно отличались от первоначальных проектных решений. Однако
внедрялись они на разных энергоблоках в разных объёмах. Внедрение
реконструктивных решений на парогенераторах сопровождалось
экспериментальными исследованиями, однако комплексной проверки принятых решений и оценки возможного их взаимного влияния на гидродинамику водяного объема и ВХР ПГ не проводилось. В то же время существенные отличия в ВКУ ПГ, системах продувки парогенераторов и реализованных регламентах ведения продувок подвергнутых модернизации энергоблоков, несомненно, влияют на характер распределения в объеме коррозионно-агрессивных примесей и гидродинамику парогенераторов, особенно в режимах подключения и отключения периодической продувки.
С целью повышения надежности работы ПГ как действующих, так и строящихся энергоблоков, унификации конструктивных решений, а также экспериментального подтверждения эффективности реконструктивных работ были приняты решения о проведении комплексных экспериментальных исследований парогенераторов энергоблоков №1 Ростовской АЭС и №3 Калининской АЭС с использованием специальных систем экспериментального контроля.
Целью диссертационной работы является разработка и натурное экспериментальное обоснование методов повышения эффективности продувки парогенераторов АЭС с ВВЭР-1000.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) На основе анализа выявленных недостатков в организации
гидродинамических и теплохимических процессов в парогенераторах АЭС с ВВЭР-
1000, влияющих на их водно-химический режим, определить направления
модернизации ВКУ, системы продувки ПГ и технологии выполнения продувки.
Экспериментально обосновать эффективность выполненной модернизации.
Исследовать состав и закономерности распределения растворённых и нерастворенных примесей в водяном объёме и продувочной воде ПГ при ведении продувки по различным регламентам и обосновать выбор оптимального регламента для эффективного выведения примесей.
Исследовать влияние различных режимов продувки на массообмен в водяном объеме и водно-химический режим ПГ и обосновать выбор оптимальных режимов эффективного выведения примесей.
4) Усовершенствовать разработанную ранее технологию выведения
нерастворенных примесей из ПГ с продувочной водой в процессе планового
останова энергоблока и экспериментально обосновать повышение эффективности
этой технологии.
Научная новизна:
Экспериментально установлены новые закономерности распределения нерастворенных примесей в водяном объёме ПГ, которые существенно отличаются от распределения растворённых примесей. Определены зоны наибольшей концентрации продуктов коррозии в ПГ.
Экспериментально установлен гранулометрический состав продуктов коррозии железа в различных точках водяного объёма ПГ. Установлено, что основную долю в концентрацию железа в объеме ПГ вносят частицы размером 5 -25 мкм.
Впервые установлено влияние периодической продувки на распределение растворённых примесей в котловой воде ПГВ-1000 и на эффективность непрерывной продувки: открытие периодической продувки приводит к смещению
зоны с максимальной концентрацией натрия в направлении от холодного торца к коллекторам ПГ и к снижению эффективности непрерывной продувки.
4. Экспериментально определено влияние принудительного накопления примесей в водяном объёме ПГ на эффективность их выведения с продувкой.
Степень достоверности результатов исследований подтверждается:
Применением аттестованных методик, проверенных средств и методов измерения физико-химических показателей качества воды.
Воспроизводимостью и согласованием результатов независимых натурных экспериментов, выполненных на различных энергоблоках.
3. Положительными результатами практического использования
разработанной методологии повышения эффективности продувки парогенераторов
АЭСсВВЭР.
Практическая значимость результатов работы:
Разработана и внедрена на Ростовской АЭС обладающая существенными преимуществами новая технологическая система продувки, в которой на всех линиях продувки вместо дроссельных шайб установлены запорно-регулирующие клапаны, реконструирован дренажный узел продувки днища ПГ с преобразованием его в продувочный узел с выходным диаметром штуцера ДуЮО, а на линиях непрерывной и периодической продувок установлены новые расходомеры.
На основе экспериментально установленных закономерностей, подтверждающих неадекватность распределения растворённых и нерастворённых примесей в водяном объёме ПГ, разработаны параметры изменения координат и модернизации штатных узлов вывода непрерывной продувки.
Экспериментально определены зоны наибольшей концентрации продуктов коррозии в ПГ, из которых наиболее целесообразно организовать удаление продуктов коррозии с продувкой.
Установлено, что открытие периодической продувки приводит к воспроизводимому увеличению Sn3 в зонах расположения коллекторов ПГ. Этот экспериментально установленный факт подтверждает эффективность модернизации технологической системы продувки 1ПГ-2 Ростовской АЭС.
Усовершенствована технология выведения примесей из ПГ с продувочной водой в процессе планового останова энергоблока, экспериментально показано существенное повышение эффективности вывода нерастворённых примесей.
Основные положения, выносимые на защиту:
Результаты разработки и натурного экспериментального обоснования
эффективности модернизированной технологической системы,
усовершенствованных регламентов, технологий продувки и размещения продувочных штуцеров для удаления примесей котловой воды, включающие:
1)сравнительное экспериментальное исследование закономерностей распределения растворенных примесей в водяном объёме ПГ;
экспериментальное исследование состава и закономерностей распределения нерастворенных примесей в водяном объёме ПГ;
экспериментальное исследование процесса удаления примесей с продувкой после принудительного накопления их в водяном объёме ПГ;
экспериментальное обоснование усовершенствованной технологии выведения нерастворенных примесей из ПГ с продувочной водой в процессе планового останова энергоблока.
Личный вклад автора в полученные результаты.
С 2002г. года автор принимает непосредственное участие в теоретическом обосновании и разработке методов эффективного выведения примесей из парогенераторов, в разработке и внедрении модернизированных систем продувки парогенераторов на Ростовской АЭС, принимал существенное участие в мониторинге и модернизации оборудования для систем продувки, выпуске методик и программ проведения испытаний, внедрении разработанных технологий и оборудования, непосредственное участие в экспериментах и анализе результатов экспериментов по обоснованию модернизированных систем и технологий продувки парогенераторов на Ростовской АЭС.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на 21-м заседании международной Рабочей группы по модернизации АЭС (Волгодонск, 2002г.), 4-й Международной конференции «Повышение эффективности производства электроэнергии» ( Новочеркасск, 2003 г.), 6-м (2004г.), 7-м (2006г.) и 8-м (2010г.) Международных семинарах по горизонтальным парогенераторам (Подольск, ОКБ "ГИДРОПРЕСС"), 7-м Международном научно-техническом совещании «Водно-химический режим АЭС» (Москва, ОАО «ВНИИАЭС», 2006г.), а также на различных семинарах, заседаниях НТС и совещаниях в ОАО ОКБ "Гидропресс", ОАО «Концерн «Росэнергоатом», НАЭК
«Энергоатом» (Украина), Московском энергетическом институте, ОАО "ВНИИАЭС", ОАО «Атомтехэнерго», а также на различных АЭС в России и Украине.
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 14-ти печатных работах, в том числе в 2-х публикациях в ведущем рецензируемом научно-техническом журнале, в 2-х патентах на изобретения, а также в ряде отчетов о выполнении научно-исследовательских работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованной литературы из 84-х наименований. Общий объем диссертации 141 стр., включая 62 рисунка и 22 таблицы.
