Физика атомного реактора Сопротивление материалов Математика решение задач Информатика Атомная энергетика безопасность Электротехника и электроника

Атомные электростанции Парогазовая электростанция (ПГЭС) Электрическая схема системы СН Термоэлектрические преобразователи Измерение состава газовых смесей.


Меры по повышению безопасности атомной станции

Вместе с тем прогнозируемое значительное увеличение доли ядерного производства энергии требует анализа места реакторов различных типов в крупномасштабной ядерной энергетике XXI века. Особенности этой новой фазы использования ядерной энергии, такие, как увеличение ее объема до десятков процентов в электроэнергетике, необходимость воспроизводства делящихся ядерных материалов, расширение областей применения и круга стран, использующих ядерные установки, делают необходимым уточнить условия и требования, которые должны быть обязательными для реакторов, претендующих на существенную роль в ядерной энергетике будущего.

Технологическая часть

Общие характеристики и типы ПГ АЭС

Производство рабочего пара на АЭС осуществляется в специальных теплообменных установках — ПГ.

В ядерных реакторах помимо теплофизических и физико-химических процессов, свойственных обычным теплообменным установкам, протекают и нейтронно-физические процессы, обусловливающие специфичность этих агрегатов и выделяющие их в особый класс теплообменных аппаратов. Одновременное рассмотрение сочетаний реактор — ПГ и теплообменные устройства — ПГ нецелесообразно. Однако следует иметь в виду, что основные закономерности теплофизических и физико-химических процессов, протекающих при производстве пара, идентичны как для кипящих реакторов, так и для собственно ПГ. Для кипящих реакторов необходимо уточнение влияния на эти процессы весьма высоких тепловых потоков, больших скоростей теплоносителей и ионизирующего излучения.

Под ПГ АЭС понимают теплообменный аппарат, служащий для производства рабочего пара за счет тепла, вносимого в него охладителем реактора. ПГ — один из основных агрегатов двухконтурных АЭС. Однако в первый период развития ядерной энергетики он входил в состав и одноконтурных АЭС. Основные характеристики ПГ АЭС, так же как и ПГ ТЭС: паропроизводительность, параметры пара и температура питательной воды. Важным показателем является чистота пара (а для цикла с насыщенным паром — влажность). В общем случае ПГ АЭС также состоит из подогревательного (водяной экономайзер), испарительного (испаритель) и пароперегревательного (пароперегреватель) элементов. Эти элементы могут быть совмещены в одном теплообменном аппарате, а могут быть и самостоятельными теплообменниками, включенными последовательно в контуры обоих теплоносителей.

Нагреваемый теплоноситель (вода, пароводяная смесь, пар) носит название рабочего тела. Греющий теплоноситель (охладитель реактора) называют первичным теплоносителем. Движение рабочего тела в экономайзере и пароперегревателе всегда однократное и принудительное. По способу организации движения рабочего тела испарители делят на три группы: с естественной циркуляцией, с многократной принудительной циркуляцией и прямоточные. В соответствии с этим различают и типы ПГ в целом. Парогенераторы с естественной циркуляцией характеризуются многократным движением воды в испарителе за счет естественного напора, возникающего из-за разности масс столбов жидкости в опускной системе и пароводяной смеси в подъемной. Испаритель представляет собой в этом случае замкнутый контур. Парогенераторы с многократной принудительной циркуляцией также имеют многократное движение воды в замкнутом контуре испарителя вследствие напора, создаваемого циркуляционным насосом, который включен в опускную систему.

 Прямоточные ПГ характеризуются включением всех элементов в одну последовательную цепь с однократным принудительным движением в них рабочей среды вследствие напора питательного насоса.

По виду первичного теплоносителя ПГ делят на две группы: с жидкими теплоносителями и с газообразными. Движение теплоносителя — принудительное. В дипломном проекте рассматриваются парогенераторы с жидкостным теплоносителем – водой.

Показатель, характеризующий тепловую экономичность ПГ — КПД. В ПГ имеет место только один вид потери тепла — в окружающую среду, но он невелик — 1—2% тепловой мощности ПГ.

1.1.2 Требования к ПГ АЭС с реактором ВВЭР-1000

Теплообменные аппараты широко применяются во многих отраслях промышленности: энергетике, химической и нефтеперерабатывающей промышленности и др.

Поэтому целесообразно рассмотреть требования, предъявляемые к ПГ АЭС.

Основные требования к ПГ АЭС.

Схема ПГ и конструкция его элементов должны обеспечить необходимую производительность и заданные параметры пара при любых режимах работы АЭС. Выполнение этого требования предусматривает наиболее экономичную работу станции как при номинальной, так и при переменных нагрузках.

Единичная мощность ПГ должна быть максимально возможной при заданных условиях. Это требование связано с улучшением технико-экономических показателей при укрупнении мощности единичного агрегата.

1 - корпус теплообменника; 2 - поверхность теплообмена; 3 - камеры (подводящая и отводящая один из теплоносителей); 4 - трубные доски; 5 - патрубки

Рис. 1.1- Схема поверхностного рекуперативного теплообменника

3. Все элементы ПГ должны обладать безусловной надежностью и абсолютной безопасностью. Поверхность теплообмена в ПГ выполняется из большого количества труб малого диаметра, т. е. в ней сосредоточивается большое количество соединений труб первого радиоактивного контура. В связи с этим надежность работы АЭС в значительной степени определяется надежностью работы ПГ. Необходимо правильно решать вопросы радиационной защиты ПГ и обеспечивать прочность всех элементов конструкции.

Соединения элементов и деталей ПГ должны обеспечивать плотность, исключающую возможность перетечек из одного контура в другой. Сколько-нибудь существенное попадание теплоносителя в рабочее тело недопустимо, так как паротурбинный контур не имеет биологической защиты. Проникновение рабочего тела в первый контур может привести к аварийной ситуации в реакторе.

Возможность интенсификации коррозионных процессов должна быть исключена. Здесь имеется в виду как снижение надежности ПГ, так и загрязнение теплоносителя продуктами коррозии. Чрезмерное их попадание в первый контур приведет к повышению радиоактивности теплоносителя и отложению радиоактивных продуктов коррозии в первом контуре. Наиболее опасны отложения продуктов коррозии на тепловыделяющих элементах. В этом случае может произойти резкое уменьшение теплоотвода.

ПГ должен вырабатывать пар необходимой чистоты, что обеспечит надежность высокотемпературных пароперегревателей, а также надежную и экономичную работу турбины.

Конструкция элементов ПГ должна быть проста и компактна, должна обеспечивать удобство монтажа и эксплуатации, возможность обнаружения и ликвидации повреждений, возможность полного дренирования.

Поверхностные теплообменники, в свою очередь, делят на регенеративные и рекуперативные. В регенеративных теплообменниках теплоноситель и рабочее тело попеременно проходят через теплопередающую поверхность. Во время омывания поверхности теплоносителем она аккумулирует тепло, которое затем передается рабочему телу. Попеременное омывание одной и той же поверхности теплоносителем и рабочим телом, практическая невозможность достижения необходимой плотности разделений контуров приводят к попаданию одной среды в другую, что недопустимо для двухконтурных паротурбинных АЭС.

В рекуперативных теплообменниках (рисунок 1.1) обе среды одновременно омывают поверхность теплообмена, и тепло от первичного теплоносителя передается рабочему телу через разделяющую их стенку. Такой способ передачи тепла дает возможность разработать теплообменный аппарат, отвечающий всем требованиям, предъявляемым к ПГ АЭС.

Основными агрегатами, участвующими в выработке электрической энергии на тепловых и атомных станциях, являются реактор, турбина и генератор. В процессе круглосуточной работы генератора, в нем выделяется громадное количество тепловой энергии, следовательно, происходит нагрев ротора и обмоток статора генератора, что приводит к необходимости их охлаждения.

Принцип действия потенциалометра

Неуравновешенный измерительный мост

Прогнозирование повреждений теплообменных трубок парогенератора Обеспечение надежной работы теплообменных трубок (ТОТ) парогенераторов (ПГ) является важнейшей задачей для различного типа АЭС как в отечественной атомной энергетике, так и за рубежом.

Выбор обобщающих параметров для описания эффектов водно-химического режима Наибольший масштаб негативных последствий при реализации локальных коррозионных процессов вызывают хлоридо-кислородное коррозионное растрескивание (ХКР) аустенитных хромоникелевых сталей (АХНС), водородное орупчивание углеродистых сталей перлитного и мартенситного классов и коррозионная усталость.

Для проведения расчета задается тип парогенератора ПГВ-440 (общее количество теплообменных трубок 5500, технологическая защита 20% - 20%*5500=1100 штук) или ПГВ-1000 (общее количество теплообменных трубок 11000, технологическая защита 12% -12%*11000=1320 штук).

Система контроля концентрации водорода

Система контроля концентрации водорода (СККВ) в системе герметичных помещениях АЭС с ВВЭР-440/230 предназначена для контроля концентрации водорода в паро-воздушной среде при нормальной эксплуатации, а также всех проектных и тяжелых запроектных авариях.
В функции СККВ входит:
o осуществлять непрерывный контроль концентрации водорода в герметичных
помещениях АЭС в местах наиболее вероятного его появления с представлением
информации на БЩУ и РЩУ;
o при протекании проектной аварии при превышении в контрольных точках
установленного в проекте значения концентрации водорода формировать
соответствующие сигналы на средства сигнализации, расположенные на БЩУ и
РЩУ;
o при протекании запроектной аварии предоставлять на БЩУ информацию о
водородной взрывобезопасности (наличии либо отсутствии горючих смесей на данной
стадии протекания аварии) и формировать соответствующие сигналы на средства
сигнализации, расположенные на БЩУ и РЩУ, для каждого из возможных режимов
горения (медленная дефлаграция, быстрая дефлаграция, детонация);
o помочь оператору управлять ходом протекания запроектной аварии согласно
требованиям аварийных инструкций, направленным на предотвращение режимов
горения водорода (детонация- дефлаграция), которые могут вызвать нарушение
целостности конфайнмента.
На основании расчетных анализов распространения и накопления водорода в различных помещениях конфайнмента при протекании определяющих тяжелых аварий были выбраны места и оптимальное количество элементов системы контроля водорода
Для системы СККВ предлагается два независимых канала измерения.
Каждый канал измерения состоит из газоанализаторов водорода, газоанализатора водорода-кислорода, датчика давления, датчиков температуры и аппаратно-программного анализатора.
Основными элементами системы контроля концентрации водорода являются датчики, разработанные в ГНЦ РФ ФЭИ :
o газоанализаторы водорода (ГВ-01);
o датчик водорода-кислорода (ГВК).

Таким образом, в будущей энергетике будут сосуществовать реакторы-размножители ядерного топлива и реакторы, потребляющие топливо. Их количественное соотношение в крупномасштабной ядерной энергетике мира будет определяться нейтронным балансом всей структуры ядерной энергетики и уровнем воспроизводства топлива в реакторах.
Меры по повышению безопасности атомной станции