Введение к работе
Актуальность работы: Атомная энергетика, как в России, так и за рубежом, базируется в основном на водо-водяных энергетических реакторах. Эти ядерные установки на протяжении многих лет показали свою надежность, безопасность и экономичность.
Во всем мире на установках подобного типа наиболее уязвимым звеном является парогенератор. Несмотря на имеющийся достаточно большой опыт эксплуатации, используемые в нашей стране парогенераторы типа ПГВ-1000 в ряде случаев не отрабатывают свой проектный ресурс. Основная проблема -коррозионная деградация поверхности теплообменных трубок (ТОТ).
Поступление в ПГ различных примесей, особенно на АЭС с длительным сроком эксплуатации, нельзя ограничить ужесточением норм качества питательной воды, как и нельзя полностью исключить коррозию материалов конденсатно-питательного тракта и присосы в конденсаторе. Реальным путем продления ресурса находящихся в эксплуатации ПГ, помимо ввода современных водно-химических режимов второго контура, следует признать научно обоснованное внедрение:
мероприятий по ограничению поступления примесей во второй контур АЭС;
модернизированных схем продувок ПГ;
3) оптимального регламента постоянной и периодической продувок ПГ в
режимах нормальной эксплуатации и, особенно, в переходных режимах (пуска и
останова блока).
На сегодняшний день отсутствуют общепринятые методы оценки динамики накопления нерастворенных примесей в ПГ. Кроме того, существенной проблемой в понимании происходящих в ПГ процессов является знание распределения по его объему растворенных и нерастворенных примесей (шлама). Сегодня мы имеем достаточно четкое представление лишь о распределении растворенных примесей. Об этом свидетельствует и положительный результат работ по снижению интегрального солесодержания водяного объема ПГ после модернизации схем водопитания и продувки. Однако остаются недостаточно изученными вопросы поведения нерастворенных примесей в переходных режимах эксплуатации и при останове энергоблока.
Для существенного улучшения режима эксплуатации, повышения безопасности и надежности ПГ необходимо аргументировано ответить на следующие вопросы: из какой точки водяного объема ПГ вести постоянную и периодическую продувки, с каким расходом, в какой момент времени и при каких условиях. Для действующих и вновь проектируемых парогенерирующих устройств, с учетом их конструктивных особенностей, ответы на поставленные вопросы снимут многие проблемы, которые имеются в настоящий момент на эксплуатируемых ПГ.
Целью диссертационной работы является комплексное теоретическое, конструкторское, технологическое и натурное экспериментальное обоснование эффективных методов выведения нерастворенных примесей из парогенераторов в выбранных режимах эксплуатации энергоблока.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
На основе анализа теоретических исследований и практических данных определить закономерности поведения и распределения нерастворенных примесей в объеме ПГ и вблизи теплопередающей поверхности.
На основе уточненных закономерностей поведения и распределения нерастворенных примесей разработать параметры, условия и методику эффективного выведения нерастворенных примесей в выбранных технологических режимах эксплуатации.
Для обеспечения условий осуществления разработанной технологии выведения нерастворенных примесей, поддержания и надежного контроля необходимых параметров эксплуатации системы продувки, разработать и обосновать применение соответствующего оборудования для выведения нерастворенных примесей с продувочной водой.
Экспериментально обосновать эффективность разработанной технологии в условиях действующего энергоблока.
Научная новизна:
По результатам исследования закономерностей распределения нерастворенных примесей при различных режимах работы блока показано, что после сброса нагрузки (уменьшения теплового потока в ПГ) шлам выходит из вязкого подслоя в макрообъем (водяной объем) ПГ и осаждается на верхних образующих труб и на нижней образующей парогенератора в течение от минут до нескольких часов в зависимости от размера частиц, определена зона наиболее вероятного скопления шлама.
Разработана и реализована новая технологическая методика выведения нерастворенных примесей из ПГ АЭС с продувочной водой при сбросе нагрузки и останове.
Получено экспериментальное обоснование новой методики выведения нерастворенных примесей из ПГ действующей АЭС с продувочной водой при сбросе нагрузки и останове блока.
Разработана новая конструкция расходомера с гидродинамическим подвесом шарового ротора, обеспечивающая повышенную точность, минимальное гидравлическое сопротивление расходомера и надежность его работы в условиях потока среды, содержащей нерастворимые примеси, в широком диапазоне измерения.
Разработана новая конструкция внутрикорпусных устройств (ВКУ) запорно-регулирующего клапана (ЗРК) системы продувки ПГ, обеспечивающая практическое исключение кавитации рабочей среды и, как следствие, исключение повреждений (эрозии) элементов ВКУ ЗРК.
Степень достоверности результатов исследований подтверждается:
Применением современных методов постановки, проведения и обработки результатов натурных испытаний с учетом теплогидравлических особенностей технологических процессов, протекающих в ПГ, и конструкционных особенностей каждого эксплуатируемого ПГ и используемых средств измерений.
Использованием математических и статистических методов исследований с применением современной вычислительной техники.
3. Положительными результатами практического использования
разработанной методологии.
Практическая значимость результатов работы:
Оценено количество нерастворенных примесей в вязком подслое ТОТ, которое вместе со шламом, осажденным на теплопередающей поверхности ПГ, хорошо согласуется с данными по массе удаленного шлама в результате химической промывки ПГ энергоблока №1 Ростовской АЭС.
Показано, что наиболее вероятным участком скопления шлама после сброса нагрузки и снижения теплового потока является зона напротив «холодного» коллектора, между второй и четвертой дистанционирующими решетками на нижней образующей корпуса «горячей» половины парогенератора.
Показано, что при останове блока время процесса осаждения сильно зависит от размера частиц, а именно, при увеличении размера частиц процесс осаждения начинается раньше и продолжается меньшее время. Частица с размером более 100 мкм осядет уже через 11 секунд после останова парогенератора.
На Ростовской АЭС реализована новая эксплуатационная технология выведения нерастворенных примесей из парогенераторов АЭС с продувочной водой, обеспечивающая эффективность удаления продуктов коррозии железа из ПГ в несколько раз выше, чем по штатному регламенту.
Технические характеристики, разработанного автором расходомера, новой конструкции с гидродинамическим подвесом шарового ротора, проверенные эксплуатацией в системе продувки ЮУАЭС и подтвержденные на разработанном и изготовленном в ОАО «ЭНИЦ» метрологическом стенде, обеспечивают повышенную точность и надежность работы расходомера в жестких условиях потока продувочной воды, содержащей нерастворимые примеси, в широком диапазоне изменения расходов.
6. Внедрена новая конструкция запорно-регулирующего клапана системы
продувки ПГ, обеспечивающая существенное повышение надежности и
долговечности ЗРК путем применения в клапане разработанных автором
модернизированных внутрикорпусных устройств.
7. Подтверждена эффективность использования дренажного патрубка
парогенератора Ду100 в качестве продувочного и необходимость его применения во
вновь разрабатываемых регламентах продувки для энергоблоков с ПГВ-1000.
Показано, что проведение периодической продувки «карманов» коллекторов с использованием дренажного патрубка ДуЮО по новой технологии позволяет эффективно удалять как нерастворенные, так и растворенные примеси котловой воды ПГ.
Измерениями в пробоотборах с использованием анализатора ГРАН-152 определен гранулометрический состав нерастворенных примесей, выводимых из ПГ с непрерывной и периодической продувками. Установлено, что основную часть нерастворенных примесей составляют частицы размером от 5 до 25 мкм.
10. Даны рекомендации по повышению эффективности системы штатных
пробоотборов для оценки массы нерастворенных примесей, выводимых из ПГ.
Основные положения, выносимые на защиту:
Результаты расчетно-теоретической разработки и исследование закономерностей распределения нерастворенных примесей при сбросе нагрузки и останова блока.
Новая технология выведения нерастворенных примесей из ПГ АЭС с продувочной водой при сбросе нагрузки и останове блока.
Результаты экспериментального обоснования новой технологии выведения нерастворенных примесей из ПГ действующей АЭС с продувочной водой при сбросе нагрузки и останове блока.
Результаты разработки новой конструкции ВКУ ЗРК системы продувки ПГ, обеспечивающей практическое исключение кавитации рабочей среды, снижение неравномерности температурного расширения элементов клапана и исключение повреждений ВКУ ЗРК.
Результаты разработки и экспериментального обоснования новой конструкции расходомера с гидродинамическим подвесом шарового ротора, обеспечивающей повышенную точность, минимальное гидравлическое сопротивление расходомера и надежность его работы в условиях потока среды, содержащей нерастворимые примеси.
Личный вклад автора в полученные результаты.
С 1990 года автор принимал участие в теоретическом обосновании и разработке методов эффективного выведения примесей из парогенераторов, в разработке и внедрении модернизированных систем продувки парогенераторов на
действующих АЭС с ВВЭР, мониторинге и модернизации действующего оборудования систем продувки, выпуске методик и программ проведения промышленных испытаний, в экспериментах и анализе результатов экспериментов по обоснованию и внедрению модернизированных систем и технологий продувки парогенераторов на строящихся и действующих АЭС.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на 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.), 14-й Международной научно-технической конференции «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, МЭИ, 2008г.), а также на различных семинарах, заседаниях НТС и совещаниях в ОАО ОКБ "Гидропресс", ОАО «Концерн «Росэнергоатом», НАЭК «Энергоатом» (Украина), ОАО "ВНИИАЭС", ОАО «Атомтехэнерго», а также на различных АЭС в России, Украине, Болгарии, Китае и Чехии.
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 17-ти печатных работах, в том числе в 3-х публикациях в ведущих рецензируемых научно-технических журналах, в 4-х патентах на изобретения, а также в большом количестве отчетов о выполнении научно-исследовательских работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы из 95 наименований. Общий объем диссертации 132 стр., включая 43 рисунка и 13 таблиц.
