WWW.LIBRUS.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - собрание публикаций
 

«ПАРОГЕНЕРАТОРА ПРИ ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ I КОНТУРА Благовещенский А.Я. Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет Исследовательские ...»

ТЕПЛОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ

ПАРОГЕНЕРАТОРА ПРИ ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ

ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ I КОНТУРА

Благовещенский А.Я. Санкт-Петербургский Государственный

Политехнический Университет

Исследовательские работы, направленные на повышение надёжности и безопасности

реакторных установок (РУ), охватывают как новое проектирование, так и находящиеся в эксплуатации ядерные энергетические объекты. Если в первом случае имеется достаточно большая свобода принятия конструктивных решений, базирующихся на новейших расчётных и экспериментальных результатах в этой области, то во втором случае возможные технические (точнее технологические) решения опираются на уже существующие в металле “незыблемые” конструктивы. Иными словами, свобода выбора ограничивается теми аспектами, которые не выходят за рамки допустимых характеристик и параметров затрагиваемого оборудования .

1. ВВЕДЕНИЕ В настоящее время, как в отечественной практике, так и за рубежом вопросы обеспечения надёжности и безопасности ядерных энергетических установок и расширения их эксплуатационных возможностей в значительной степени решаются на базе широкого использования естественной циркуляции теплоносителя (ЕЦТ). ЕЦТ позволяет обеспечить независимость реакторной установки от внешних источников энергии в сложных аварийных ситуациях (в частности, при полном обесточивании) .

Генеральное направление развития ядерной энергетики России базируется на энергоблоках с реакторами ВВЭР-1000 (Главный Конструктор – ОКБ “Гидропресс”) .

Несмотря на то, что основным видом циркуляции теплоносителя в I контуре РУ с ВВЭРявляется принудительная, заложенные в ней благоприятные схемные решения и конструктивные характеристики позволяют существенно расширить возможности использования ЕЦТ, включая работу на энергетических уровнях мощности за счёт увеличения подогрева теплоносителя в реакторе. Известно, что этот путь привлекает внимание и зарубежных разработчиков .

2. ОБЩИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК В РЕЖИМАХ

ЕЦТ Допустимая мощность РУ на ЕЦТ (при однофазном состоянии) зависит от сочетания целого ряда факторов, к которым относятся: теплофизические свойства теплоносителя, принятые конструктивные решения (“геометрия”), а также допустимые режимные теплотехнические параметры. Выражение, иллюстрирующее влияние отдельных факторов на величину мощности в режиме ЕЦТ, может быть записано в виде:

QЕЦТ ~ C P 0,5 T 1,5 H 0,5 FAЗ R 0,5 (1) где C P,, - соответственно средние: удельная массовая теплоёмкость, плотность и коэффициент температурного расширения теплоносителя; T - подогрев теплоносителя в активной зоне; H - смещение по вертикали середины парогенератора (ПГ), относительно активной зоны (АЗ); FAЗ - площадь живого сечения активной зоны; R коэффициент гидравлического сопротивления контура, приведённый к средней скорости теплоносителя в активной зо

–  –  –

3. РОЛЬ ПАРОГЕНЕРАТОРА В ИНТЕНСИФИКАЦИИ ЕЦТ В I КОНТУРЕ

В РУ с ВВЭР-1000 достигнута с подтверждением опытным путём в натурных условиях величина мощности в режиме ЕЦТ 10 % от номинальной при подогреве теплоносителя в реакторе T = 46 oC и сохранении номинального давления пара в ПГ, равного 6,4 МПа. Для целей аварийного расхолаживания РУ эта величина более, чем достаточна .





Исследования, выполненные нами совместно с МИФИ и Калининской АЭС показали, что возможности работы РУ с ВВЭР-1000 на ЕЦТ могут быть существенно расширены [1]. Благоприятным фактором (см. 2) является большая величина H = 9 м, неблагоприятным – резкое возрастание гидравлического сопротивления I контура, обусловленное тем, что коэффициент гидравлического сопротивления остановленного ГЦН в 1,5 раза превышает коэффициент гидравлического сопротивления собственно контура .

Как следует из (2) возможность увеличения уровня мощности в режиме ЕЦТ может быть реализована только за счёт увеличения подогрева теплоносителя в реакторе. При ограничениях по температуре выхода теплоносителя из реактора – Tгор это может быть достигнуто только снижением температуры на выходе из ПГ (на входе в реактор) – Tхол .

Т.е. роль ПГ в решении задачи интенсификации ЕЦТ в I контуре является определяющей .

Снижение Tхол обеспечивается переводом ПГ на режим со скользящим давлением пара – Р2, уменьшающимся при увеличении мощности РУ. На базе детального теплогидравлического расчёта РУ на ЕЦТ в широком диапазоне мощностей была сформирована программа регулирования мощности (температурные “усы” по I контуру, увязанные с давлением пара в ПГ), представленная на Рис. 1. Программа рекомендуется к реализации в диапазоне мощностей до 900 МВт (т.е. до 30 % номинальной тепловой мощности реактора) .

P 2, МПа T, °C

–  –  –

Рис.1 Программа регулирования установки

4. ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОГИДРОДИНАМИКИ ПАРОГЕНЕРАТОРА ПРИ ЕЦТ

Специфика работы ПГ в режиме ЕЦТ отличается большой гидравлической неравномерностью распределения расхода теплоносителя по горизонтальным рядам трубок. При этом в РУ с ВВЭР-1000 в ПГ наблюдается опрокидывание циркуляции теплоносителя в нижних рядах трубок. Физическая картина появления условий, вызывающих опрокидывание циркуляции, определяется превалирующей ролью нивелирной составляющей давления в вертикальных коллекторах ПГ на фоне пренебрежимо малых гидравлических сопротивлений. Отмеченное обстоятельство при имеющем место распределении гидравлических сопротивлений по контуру циркуляции, когда относительная доля гидравлического сопротивления ПГ в общем сопротивлении I контура составляет менее 10 %, приводит к появлению в нижней части трубного пучка ряда с нулевым перепадом давления между входом и выходом, а ниже его с отрицательным .

Нами был получен критерий, определяющий условие, исключающее прекращение и опрокидывание циркуляции в трубках горизонтального ПГ [2] TB H SG 2 (3) m здесь:

TB H SG – высота трубного пучка ПГ, м;

m – доля гидравлического сопротивления трубной части ПГ (характеризуемого с достаточной точностью средней трубкой) в общем сопротивлении контура .

В РУ с ВВЭР-1000 условие (3) не выполняется. Поэтому для получения достоверных результатов, связывающих параметры I и II контура при ЕЦТ в предлагаемом нештатном режиме работы ПГ была составлена программа его расчёта, учитывающая специфику условий циркуляции и теплопередачи каждого горизонтального ряда. На Рис. 2 показана величина расхода теплоносителя в каждом ряду трубок в зависимости от его номера для мощности РУ 900 МВт .

ном ер р я д а

–  –  –

-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Рис.2 Зависимость расхода теплоносителя в ряду трубок от номера ряда Несмотря на то, что отмеченное распределение расхода теплоносителя в ПГ в определённой степени снижает эффективность работы его теплопередающей поверхности, это не препятствует реализации режима работы РУ на ЕЦТ в принятом (из-за других ограничивающих параметров) диапазоне мощностей до 30 % от номинальной. Расчёты показали, что температура теплоносителя I контура на выходе из ПГ, являющаяся результатом смешения теплоносителя из всех рядов трубок, практически отслеживает температуру насыщения пара с незначительным превышением, составляющим не более 2

– 3 oC. В частности, при мощности РУ 900 МВт, имеется следующая связь параметров I и

II контура:

- температура теплоносителя на выходе из реактора 330 oC,

- температура теплоносителя на выходе из ПГ 235 oC,

- давление пара и температура насыщения по II контуру соответственно: 2,94 МПа, 232,7 oC. Таким образом, отмеченная выше разность температур не превышает 3 oC .

Сниженное давление пара в ПГ не противоречит пропускной способности турбины при сниженном расходе пара. В режиме максимальной мощности РУ на ЕЦТ запас на работу регулирующего клапана турбины будет не менее 1 МПа .

Специального рассмотрения заслуживает вопрос, связанный с условиями получения необходимой сухости пара. При давлении пара 2,94 МПа его плотность составляет ~ 14,7 кг/м3, что ниже плотности пара при номинальном давлении 6,4 МПа, равной 33,1 кг/м3 в 2,25 раза. Это приводит при паропроизводительности не превышающей 30 % от номинальной к снижению удельной объёмной паровой нагрузки зеркала испарения ~ в 1,5 раза, что в сочетании со снижением плотности пара приводит к улучшению условий сепарации по сравнению с номинальным режимом .

Таким образом, рассмотренные выше теплогидродинамические особенности работы ПГ в режиме ЕЦТ по I контуру не препятствуют реализации представленной выше программы регулирования РУ. Наоборот, ПГ является главным элементом РУ, обеспечивающим возможность эксплуатации РУ с ВВЭР-1000 на ЕЦТ на энергетических уровнях мощности .

5. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ, СВЯЗАННЫХ С

ТЕПЛОГИДРОДИНАМИКОЙ ПГ В РЕЖИМАХ ЕЦТ

Из-за опрокидывания циркуляции теплоносителя в нижних рядах трубок ПГ в горячем коллекторе в зоне подмешивания “холодной” воды возникают дополнительные термические напряжения. Их величина возрастает при увеличении мощности РУ так как при этом увеличивается подогрев теплоносителя в реакторе. Но даже при T = 97 oC возникающие максимальные дополнительные изгибные и кольцевые напряжения не велики и составляют соответственно 124 МПа и 88 МПа при допустимом значении (для данной марки стали 10ГН2МФА) 188 МПа. Вероятно, температурное состояние “горячего” коллектора будет более сложным, так как на практике при очень малых вертикальных шагах установки трубок (19 мм) можно ожидать появления гидродинамической нестабильности циркуляции, проявляющейся в периодическом изменении её направления в отдельных рядах трубок (находящихся в зоне, прилежащей к ряду с “нулевым” расходом) и возникновение переменных напряжений. Выполненная оценка по эквивалентной амплитуде напряжений и усталостной кривой даёт допустимое количество циклов нагружений около 2500. Очевидно, что такое большое число циклов является достаточным для использования режима ЕЦТ на энергетических уровнях мощности в аварийных ситуациях, связанных с прекращением принудительной циркуляции, так как режим будет непродолжительным. Для того, чтобы знать, будут ли какие-либо временные ограничения при реализации рассматриваемого режима в РУ в более широком плане, необходимо иметь данные о периодичности ожидаемых изменений направления циркуляции в отдельных трубках, что может быть получено только экспериментальным путём .

По данному вопросу у нас была выработана совместная научная позиция с Финской стороной (с Лаппеенрантским Технологическим Университетом), которая определила целесообразность проведения специальных испытаний на стенде PAKTEL [3]. Однако, отсутствие финансирования не позволило реализовать эти планы .

Рассмотрение возможностей использования для этих целей Российских теплогидравлических стендов-моделей РУ: ИСБ-ВВЭР мощностью 1 МВт и ПСБ-ВВЭР мощностью 10 МВт (в ЭНИЦ, г. Электрогорск) показало, что они не приспособлены для решения данной задачи. Первый – по причине принятия объёмно-мощностного масштабирования 1:3000, при котором не моделируется гидродинамика ПГ из-за существенного влияния гидравлического сопротивления в имитаторах коллекторов ПГ (диаметром 21 мм) на характер изменения давления по высоте, а также из-за невозможности размещения в них многоярусных термометрических зондов. Второй – изза существенных отличий трубного пучка ПГ, выполненного не из горизонтальных рядов U-образных трубок, а из трубок сложной конфигурации, включающих спиральную навивку, с увеличенными в несколько раз с вертикальными шагами их установки в коллектор .

В сложившейся ситуации мы намерены продолжать поиск финансовых решений для проведения совместных исследований с Финской стороной на стенде PAKTEL .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Положительные результаты исследований возможности повышения надёжности, живучести и расширения эксплуатационных возможностей РУ с ВВЭР-1000 на базе использования ЕЦТ, форсированной за счёт реализации специальных режимов работы ПГ, открывают широкие перспективы в этом направлении. Теплогидродинамические особенности работы ПГ в этом режиме не налагают ограничений на его реализацию .

В связи с активным проведением работ по проекту ВВЭР-1500 представляется целесообразным исключение в ПГ режима с опрокидыванием циркуляции в нижних рядах трубок при ЕЦТ, что может быть достигнуто некоторым перераспределением гидравлических сопротивлений для удовлетворения условию [3] .

Кардинальным решением явилась бы проработка в проекте вопроса о байпассировании гидравлической части ГЦН специальной перемычкой. Это позволит форсировать мощность РУ в режиме ЕЦТ до ~ 50 % от номинальной и исключить опрокидывание циркуляции в нижних рядах трубок ПГ за счёт естественного перераспределения гидравлических сопротивлений по I контуру, которое увеличит параметр m и обеспечит выполнение условия (3) .

Реализация данного предложения может оказаться полезной и для более дальней перспективы, когда к энергоблокам с ВВЭР могут быть предъявлены требования участия в обеспечении графика переменных нагрузок. В этом случае исключение мощности, потребляемой ГЦН, из баланса собственных нужд существенно повысит КПД нетто энергоблока на частичной мощности при обеспечении высокой надёжности всего основного оборудования .

Представленные результаты получены в рамках НИР, выполняемой по разделу “Безопасность ядерной энергетики” подпрограммы “Топливо и энергетика” программы Минобразования РФ “Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники” 2003 – 2004 г .

ЛИТЕРАТУРА

1. А.Я. Благовещенский, Л.Н. Богачек, М.Н. Конович, Б.Е. Шумский и др .

Возможность эксплуатации ВВЭР-1000 на энергетических уровнях мощности в режимах с потерей принудительной циркуляции теплоносителя. Материалы XIV ежегодной конференции Ядерного Общества РФ, Калининская АЭС, г. Удомля

2. А.Я. Благовещенский, В.Л. Леонтьева, А.Г. Митрюхин. Распределение расхода теплоносителя в парогенераторе в режимах его естественной циркуляции. Журнал “Атомная энергия”, Том 83, вып. 3, сентябрь 1997

3. A. Blagovechtchenski, H. Kalli. Criterion estimation of the conditions, that cause disturbances of natural circulation of coolant in tubes of horizontal and vertical steam generators. Proceedings of fifth international seminar on horizontal steam generators,



Похожие работы:

«Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" Школа инженерного предпринимательства Направление подготовки 38.04.01 Экономика / Экономика фирмы и корп...»

«TOTAL IDENTITY 150 СПЕЦИАЛИСТОВ Hans P Brandt Елена Роот Елена Юферева Bob van der Lee CEO Исполнительный CEO CEO В ЕВРОПЕ И В РОССИИ директор Brandson Total Identity ВЕДУЩЕЕ РОССИЙСКОЕ БРЕНДИНГОВОЕ АГЕНТСТВО С МЕЖДУНАРОДНОЙ ЭКСПЕРТИЗОЙ РАБОТАЕМ В 7 СТРАНАХ: РОССИИ, НИДЕРЛАНДАХ, ГЕРМАНИИ, БЕЛЬГИИ, ЮЖНОЙ КОРЕЕ, КИТАЕ, ИНДИИ ПРЕДСТА...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ГОСТ Р и с о СТАНДАРТ 289277— РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Вибрация ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВИБРАЦИОННОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ РУЧНЫХ МАШИН Часть 7 Ножницы вы руб ны е и ножевые I SO 28927-7:2009 Hand-held portable power too ls — Test me...»

«DES-1016D Неуправляемый коммутатор с 16 портами 10/100Base-TX, функцией энергосбережения и поддержкой QoS Unmanaged 16 Port 10/100Base-TX Switch Краткое руководство по установке Quick Installation Guide ПРАВИЛА И УСЛОВИЯ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ Внимательно прочитайте данный раз...»

«министЕрство оБрАзовАния и нАуки российской овдврдции Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования архитектурно-строительный университет) кворонежский го...»

«0618907 ЬТРЫ AMIAD MEGA EBS Автоматические самоочищающиеся фильтры производительностью до 4000 мЗ/ч Самый большой автоматический самоочищающийся фильтр для тонкой фильтрации. Производительность д...»

«ГОСТ 12766.1-90 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ ПРОВОЛОКА ИЗ ПРЕЦИЗИОННЫХ СПЛАВОВ С ВЫСОКИМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ Технические условия Wire of high electric resistance precision alloys. Specifications Дата введения 01.01.91 Настоящий стандарт распространяется на холоднотянутую проволоку из прецизионных сплавов с высоким электр...»







 
2019 www.librus.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - собрание публикаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.