Студопедия Главная Случайная страница Задать вопрос

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Часть вторая





По окончании изучения данного материала обучаемые будут способны:

^^^Н Кратко описать основные свойства воды и конструкционных материалов,

влияющие на конструкцию и работу ПГ для ВВЭР. ^^^Н Объяснить развитие конструкций ПГ для реакторов семейства ВВЭР. ^^^Н Сформулировать назначение ПГ в технологической схеме РУ с ВВЭР-1000

проекта В-320.

^^^Н Нарисовать упрощенную схему включения ПГ в технологической схеме РУ с ВВЭР-1000 проекта В-320.

^^^Н Описать устройство и основные технические характеристики парогенера­тора ПГВ-1000М.

^^^Н Описать основные недостатки, выявленные в процессе эксплуатации ПГВ-1000М, и методы повышения надежности их работы.

Объяснить назначение, упрощенное устрой-
ство и режимы эксплуатации парогенерато-
ра ПГВ-1000М для АЭС с ВВЭР-1000
(РУ В-320).___________________________


Основные свойства теплоносителя и конструкционных материалов, влияющие на проектирование и

эксплуатацию ПГ

 

Конструкционное оформление теплообменников - ПГ АЭС - во многом определяется свойствами теплоносителей и применяемых при их изготовлении материалов. Как мы уже знаем, в качестве теплоносителя в семействе реакторов типа ВВЭР используется вода. Ниже коротко рассматриваются теплофизические и физико-химические свойства воды, оказывающие влияние на конструкцию и работу ПГ для ВВЭР, а также некоторые вопросы коррозии металла ПГ.

Обычная вода - наиболее дешевый и распространенный теплоноситель. Сочетание ее физических и теплофизических свойств (плотность, теплопроводность, вязкость, теплоемкость), определяющих интенсивность теплообмена и расход теплоносителя, весьма благоприятно.

Коэффициенты теплоотдачи для воды достигают больших значений при относитель­но малых скоростях и резко увеличиваются с их ростом. Так, если при скорости воды около 0,3 м/сек коэффициент теплоотдачи примерно равен 2»103 ВТ/(м2 К), то при скорости 5 м/сек он увеличивается до 20»103 ВТ/(м2 К). Благодаря высокой тепло­емкости, малой вязкости и большой плотности, затраты на перекачку воды по конту­ру невелики.

К положительным свойствам воды относятся также хорошая устойчивость ее по от­ношению к ионизирующему излучению и практически невысокая склонность к ак­тивации. Из недостатков воды, в первую очередь, следует иметь в виду самый серь­езный - высокое давление ее насыщенного пара, которое, к тому же, быстро растет с повышением температуры. Так, при давлении 1 кгс/см2 температура насыщения 99,6 0С, а при 221,1 кгс/см2 только 374,1 0С. Таким образом, при увеличении давления более, чем в 200 раз, температура насыщенного пара повышается всего в три раза.

Температурный уровень отвода тепла из реактора типа ВВЭР невысок. В связи с этим невысоки и параметры рабочего пара (Р и t), вырабатываемого ПГ, обогреваемыми водой под давлением.

Определенным недостатком воды как теплоносителя является зависимость ее плот­ности от температуры (влияние давления на плотность мало), существенно увеличи­вающаяся с ростом температуры. Например, при давлении 100 кгс/см2 и изменении температуры от 250 до 300 0С, удельный объем воды увеличивается на 11%. При разогреве реактора ВВЭР-1000 с холодного (температура 1 к < 70 0С) до горячего (температура 1 к = 280 0С) состояния плотность теплоносителя 1 к уменьшается на 30%. Это обстоятельство делает необходимым установку в 1 контуре специального компенсирующего объема (так называемый компенсатор объема или компенсатор давления).

Вода - хороший растворитель и это свойство значительно усложняет водоподгото-вительные установки, которые должны очищать воду не только от взвешенных и кол­лоидных частиц, но и от растворенных.

Наличие в воде первого контура растворенных примесей приводит к повышению ее радиоактивности за счет возникновения долгоживущих нуклидов. Выпадение ак­тивных веществ из реактора в контуре делает его (а в том числе и ПГ) труднодоступ­ным для ремонта и ревизии.

Вода - весьма коррозионно-активное вещество. Интенсивность коррозионных про­цессов при омывании водой различных конструкционных материалов зависит от температуры, наличия в воде свободных ионов водорода (рН) и некоторых других факторов. Как пример можно привести факт выхода из строя парогенераторов Южно-Украинской АЭС, отработавших всего 7 тысяч часов (292 суток) при самых низких Рн продувочной воды ПГ.

Коррозионные процессы, даже если они протекают с небольшими скоростями, заг­рязняют воду как растворенными, так и твердыми частицами, которые активируются в реакторе. Продукты коррозии, как правило, содержат элементы, нейтронное облу­чение которых приводит к возникновению долгоживущих радиоактивных нуклидов.

Ниже будет указано, что основным конструкционным материалом поверхностей на­грева ПГ для ВВЭР является в настоящее время аустенитная нержавеющая сталь. Эта сталь обладает очень высокой общей коррозионной стойкостью при наличии в воде любых примесей. Допустимое значение pH воды для нее лежит в широком диапазо­не: от 3 до 12.

Однако аустенитные нержавеющие стали склонны к таким специфическим видам коррозии, как щелочная хрупкость, щелевая коррозия и, особенно, коррозия под напряжением (коррозионное растрескивание). Коррозионные разрушения из-за щелочной хрупкости этих сталей имеют те же причины и тот же характер, что и для углеродистых сталей, в особенности они проявляются при наличии в металле оста­точных напряжений.

Щелевая коррозия развивается в деталях, выполненных из аустенитных сталей при наличии в воде заметного количества кислорода. Основным недостатком аустенит-ных нержавеющих сталей, как конструкционного материала поверхностей нагрева ПГ, является их склонность к коррозионному растрескиванию, которое вероятно в местах остаточного напряжения, возникающего при изготовлении поверхностей на­грева и их деталей. Остаточные напряжения присутствуют в рассматриваемой нами конструкции ПГ для ВВЭР-1000 вследствие холодной гибки трубок без последующей термообработки при изготовлении трубного пучка, а также развальцовки теплооб-менных труб в стенке коллекторов методом взрыва (что применялось вплоть до 1990 года).

Коррозионное растрескивание возникает и развивается при воздействии на напря­женный металл водной среды, содержащей кислород и хлориды. При этом следует иметь в виду более существенное влияние кислорода, а наличие хлоридов при этом резко интенсифицирует процесс. В связи с этим их содержание жестко ограничива­ется нормами водно-химического режима 1-го и 2-го контуров.

К усилению коррозионных процессов ведет также и повышение концентрации водо­родных ионов. Особенно это неблагоприятно сказывается для углеродистых сталей (из которых и изготавливаются корпусы и коллекторы ПГ для ВВЭР), для них благо­приятными будут pH около 8. С целью снижения коррозии оборудования 2-го конту­ра ведется водно-химический режим со значением рН, обеспечивающим непревы­шение допустимых концентраций ионов Н+.

Также неблагоприятными являются роли хлоридов и нитридов, которые заключают­ся в том, что первые также активно разрушают защитные окисные пленки на повер­хности металла, а вторые являются хорошими окислителями.

Создание парогенераторов большой единичной мощности в транспортабельном ис­полнении связано с необходимостью размещения значительной теплопередающей поверхности и создания необходимого сепарационного объема в одном корпусе.

Применение для этих целей широко известных корпусных углеродистых сталей при значительном диаметре корпуса ПГ и повышенных параметрах генерируемого пара превратило бы корпус ПГ в уникальный сосуд высокого давления, имеющий значи­тельные толщины стенок (до 220 мм) и массу (до 250 т). Для снижения массы и габаритов корпуса ПГ для ВВЭР-1000 в качестве конструкционного материала при­менена высокопрочная низколегированная сталь перлитного класса марки 10ГН2МФА.

Параметры теплоносителя 1 контура ВВЭР-1000 обусловили необходимость приме­нения в конструкции коллекторов теплоносителя сталей с высокими механически­ми характеристиками. В целях унификации изделий по применяемым материалам для коллекторов теплоносителя принята та же сталь, что и для корпуса ПГ. Для на­дежной обварки концов труб внутренняя поверхность коллектора плакирована ан­тикоррозионной аустенитной наплавкой (1-й слой - ЗИО-8, 2-й слой - ЭА 898/31Б).

Коллектор пара и система питательной воды ПГВ-1000 изготавливаются из конст­рукционной углеродистой стали марки 20. Указанная сталь обладает высокой плас­тичностью, широко применяется в изготовлении теплообменной аппаратуры, рабо­тающей под давлением до 160 кгс/см2 при температуре до 450 0С, технологична, сва­ривается всеми видами сварки.

В связи с жесткими нормами содержания продуктов коррозии в воде 1-го контура, для изготовления трубок поверхности теплообмена применена хромоникелевая сталь аустенитного класса 08Х18Н10Т. Эта сталь обладает высокой общей коррозионной стойкостью, технологична, хорошо сваривается. Однако, как уже указывалось, аусте-нитные стали этого класса склонны к таким специфическим видам коррозии, как щелочная хрупкость, щелевая коррозия и, особенно, коррозия под напряжением (кор­розионное растрескивание).


Развитие конструкций ПГ для АЭС с ВВЭР



Производство рабочего пара для турбогенератора на АЭС осуществляется или в ядер­ных реакторах (одноконтурные реакторы), или в специальных теплообменных уста­новках (ПГ в двухконтурных схемах). ПГ АЭС с ВВЭР представляет собой единичный тепловой аппарат. В нем осуществляется передача тепла, отводимого из активной зоны реактора охлаждающей средой, направляемой в поверхности нагрева ПГ. Па­рогенератор, наряду с реактором, главным циркуляционным насосом и турбогенера­тором, относится к основному оборудованию АЭС. Из всех узлов ядерной энергети­ческой установки, находящихся вне корпуса реактора, наиболее трудны в отноше­нии выбора материала и технологии изготовления парогенераторы. Некоторые де­тали парогенераторов контактируют с теплоносителями обоих контуров и поэтому должны обладать высокой коррозионной стойкостью при двухстороннем коррози­онном воздействии сред контуров.

Соединения элементов и деталей ПГ должны обеспечивать плотность, исключаю­щую возможность протечек из одного контура в другой. Протечки теплоносителя во 2-й контур выше регламентных пределов (5 л/час для ВВЭР-1000) недопустимы, так как 2-й контур не имеет биологической защиты и связан с окружающей средой. По­падание рабочего тела 2-го контура в первый (например, при гидроиспытаниях 2-го контура) может привести, из-за снижения концентрации борной кислоты в теплоно­сителе 1 контура, к ядерно-опасному режиму эксплуатации реакторной установки.

Развитие конструкций ПГ для АЭС с ВВЭР в бывшем СССР шло по линии разработки однокорпусных горизонтальных вариантов с погруженной поверхностью теплооб­мена и встроенными паросепарационными устройствами. На 1 блоке Нововоронеж­ской АЭС типа ВВЭР-210 с 1964 года эксплуатировались 6 парогенераторов произво­дительностью 230 т/час пара каждый.

На 2 блоке НВАЭС типа ВВЭР-365 эксплуатировались 8 парогенераторов производи­тельностью 325 т/час пара каждый, не отличающиеся по размерам и конструктивно­му исполнению от парогенераторов 1 блока этой же АЭС.

Конструкция этих парогенераторов представлена на рисунке.


 




 
 

Подогрев питательной воды до ts, производство, сепарация и сушка рабочего пара осуществляются в одном корпусе. Горизонтальный корпус диаметром 3 м и длиной 12,5 м, выполненный из перлитной стали, состоит из цилиндрической обечайки и эллиптических днищ. По высоте он делится на две части. Верхняя предназначена для сепарации пара, а нижняя - для размещения поверхности теплообмена, которая выполнена из нержавеющих труб 21 х 1,5 мм максимальной длиной 12 м. Входные и выходные концы труб завальцованы с подваркой в вертикальные коллекторы. Кол­лекторы и узлы их ввода в корпус - сложные инженерные конструкции. Коллекторы внутренним диаметром 750 и толщиной 75 мм выполнялись из стали 12Х18Н9Т и имели 2074 отверстия под теплообменные трубы. В корпус они вводились через шту­церы диаметром 1040 мм. Между стенками коллекторов и штуцерами предусматри­валась водяная рубашка.

Опыт эксплуатации ПГ первого и второго блоков НВ АЭС показал, что принятые кон­струкционные решения обеспечили надежную работу при всех осуществляющихся режимах. Поэтому при проектировании ПГ для более мощных модификаций реакто­ров ВВЭР эти решения практически были полностью сохранены.

У парогенераторов реакторных установок, на­чиная с ВВЭР-440 люки на коллекторах 1 кон­тура для осмотра и ремонта узла заделки труб­ного пучка были перекомпонованы и располо­жены сверху.

Они обслуживаются сверху из центрального зала здания реакторного отделения. Такое ре­шение позволило значительно сократить раз­меры ПГ, но усложнило конструкцию корпуса ПГ (за счет дополнительных фланцевых разъе­мов на корпусе).

Рост единичной мощности парогенераторов при ограниченных по условиям транспорта­бельности габаритах приводит к тому, что трубные пучки таких парогенерато­ров выполняются очень тесными, с относительно малыми шагами (S/d = 1,15­1,3); кроме того, повышение мощности, как правило, сопровождается повы­шением тепловых и паровых нагрузок вследствие более высоких температур­ных напоров.

При разработке парогенераторов реакторной установки ВВЭР-1000 были рас­смотрены различные варианты конструкций и технологических схем, включая вертикальный парогенератор.

Однако для изготовления и внедрения в проект РУ был принят также тип го­ризонтального ПГ, несмотря на несколько лучшие компоновочные решения по зданию РО при вертикальном типе парогенераторов.

Для реакторной установки ВВЭР-1000 В-187 5-го энергоблока Нововоронеж­ской АЭС были разработаны парогенераторы ПГВ-1000. В реакторной уста­новке ВВЭР-1000 В-320 используются парогенераторы ПГВ-1000М, в основу которого была положена конструкция ПГВ-1000.

Увеличение мощности парогенератора ПГВ-1000 по сравнению с парогенератором для ВВЭР-440 было достигнуто не только за счет увеличения площади теплопереда-ющей поверхности, но и за счет интенсификации теплообмена, полученной путем изменения диаметра труб теплопередающей поверхности и увеличения скорости теплоносителя.

Конструктивно парогенераторы ПГВ-1000 практически повторяют парогенераторы для реакторов ВВЭР-440, но отличаются от них существенным увеличением внутрен­него диаметра корпуса (4000 мм вместо 3200 для ВВЭР-440), уменьшением диаметра теплообменных труб ( 16 х 1,5 вместо 21 х 1,5 для ВВЭР-440), увеличением числа теплообменных труб до 11 тыс. штук, более эффективными сепарационными устрой­ствами.

Для уравнивания скоростей выходящего пара и равномерного распределения паро­водяной смеси по паровому объему парогенератора в конструкцию ПГВ-1000 был введен погруженный дырчатый лист.

Первоначально для парогенераторов ПГВ-1000 как и для всех остальных ПГ реакто­ров семейства ВВЭР заделка теплообменных труб в трубные коллекторы производи­лась завальцовкой на всю толщину коллектора с использованием энергии взрывча-



тых веществ и обваркой торца труб с коллектором.

По сравнению с ПГВ-4 (парогенератор для ВВЭР-440) в ПГ блоков ВВЭР-1000 температуры рабочих сред по первому и второму контуру на 20-30 градусов С выше. В среднем выше в 2-2.5 раза выше теплонапряженность трубного пучка. Это предопределяет более строгие тре­бования к ПГВ-1000(М) к соблюдению условий, пре­дотвращающих возникновение и развитие процессов коррозионного растрескивания стали 08Х18Н10Т (тру­бок ПГ).

 

 

Конструкция парогенератора ПГВ-1000М

 

Парогенератор ПГВ-1000М предназначен для выработки насыщенного пара давле­нием 64 кгс/см2 с влажностью 0,2% при температуре питательной воды 220 0С (в режиме без ПВД 164 + 4) в составе энергоблока АЭС с водо-водяным энергетическим реактором ВВЭР-1000 (РУ В-320) и является составной частью циркуляционного кон­тура. Парогенераторы ПГВ-1000 и ПГВ-1000М изготавливались на двух заводах: ЗИО (завод им. Орджоникидзе, г. Подольск) и ПО "Атоммаш"(г. Волгодонск).

Конструктивное исполнение парогенератора ПГВ-1000М принято исходя из следую­щих основных требований к парогенераторам АЭС:

^^^В технологическая отработанность конструкции (освоенность производства);

■■■■ обеспечение надежного расхолаживания реактора при минимальных раз­ностях высотных отметок между реактором и парогенератором;

■■■■ обеспечение охлаждения теплоносителя первого контура до требуемого уровня температур во всех проектных режимах;

^^^Н обеспечение резервирования подачи питательной воды в ПГ по отдельной линии;

^^^В габаритные размеры обеспечивают транспортировку по железным доро­гам;

■■■■ соединения элементов и деталей ПГ должны обеспечивать плотность, ис­ключающую возможность перетечек из одного контура в другой (регламен­тный предел протечек 5 л/час).


 
 

 

 

Парогенератор ПГВ-1000 на заводе "Атоммаш"


Указанные выше требования и определили конструкцию парогенератора.

Парогенератор ПГВ-1000М - горизонтальный, однокорпусный, с погруженной в воду 2 контура трубчатой поверхностью теплообмена и встроенными паросепарацион-ными устройствами, системой раздачи питательной воды, паровым коллекто­ром, с погруженным дырчатым листом, системой раздачи аварийной пита­тельной воды.

В состав парогенератора входят следующие сборки, поставляемые отдельно от него: две опоры, один паровой коллектор, одна труба с проставышем, комплекты: закладных деталей, контрольных монтажных соединений и монтажных частей.

Имеется два варианта исполнения ПГ, различающихся ориентацией па­рового коллектора относительно коллекторов первого контура: ПГ 3,4 -выход пара со стороны "холодного" коллектора, ПГ 1,2 - выход пара со стороны "горячего" коллектора. Это связано с различной ориентацией па­рогенераторов относительно турбинного отделения.

Парогенераторы размещены попарно (N2 и N 3, N1 и N4) в боксах герметичного объема и установлены каждый на две опорные конструкции. Для предотвраще­ния динамических перемещений (например, при землетрясении) парогенераторы раскреплены с помощью гидроамортизаторов.

Масса парогенератора с опорами в сухом виде - 694 т, масса парогенератора без опор - 322 т. Масса парогенератора с опорами, полностью заполненного по I и II контурам - 842 т (без учета теплоизоляции).

Конструкция парогенератора с восемью гидроамортизаторами разработана с уче­том землетрясения до 9 баллов и работы в условиях тропического климата.



Парогенератор состоит из следующих элементов и основных узлов: ■■■■ корпуса;

■■■■ поверхности теплообмена (трубного пучка);

■■■■ "горячего" и "холодного" коллекторов;

■■■■ сепарационного устройства жалюзийного типа;

■■■■ устройства раздачи основной питательной воды;

■■■■ устройства раздачи аварийной питательной воды;

■■■■ устройства выравнивания паровой нагрузки (погруженный дырчатый лист);

■■■■ опорных конструкций и гидроамортизаторов;

■■■■ устройства измерения уровня в ПГ (уравнительных сосудов, врезок и им­пульсных линий); ■■■■ системы продувок и дренажа.

Корпус парогенератора ПГВ-1000М - сварной цилиндрический сосуд, воспринимает давление 2 контура. Корпус парогенератора включает в себя цилиндрическую часть, состоящую из 3-х обечаек различной толщины и эллиптические днища. На обоих днищах корпуса имеются люки для осмотра и ремонта внутрикорпусных устройств парогенератора.

В верхней части корпуса имеются патрубки для отвода генерируемого пара, патруб­ки для подвода питательной воды и люки для доступа к уплотнениям коллекторов теплоносителя.


 


1 - корпус

2 - трубный пучок

3 - штуцера уровнемеров

4 - люк-лаз по 2 контуру

5 - секция жалюзийного сепаратора

6 - пароотводящие трубы

7 - паровый коллектор

8 - штуцер контроля плотности разъема по 2 контуру

9 - штуцер воздушника по 2 котуру

10 - штуцер контроля плотности разъема по 1 контуру

11 - штуцер воздушника по 1 котуру

12 - коллекторы раздачи питательной воды

13 - штуцер продувки

14 - дренаж

15 - штуцер продувки


Длина корпуса парогенератора 13840 мм, внутренний диаметр 4000 мм, толщина сте­нок корпуса в средней части - 145 мм, на концевых участках - 105 мм, толщина сте­нок днищ - 120 мм. В корпусе парогенератора имеются:

■■■■■ десять патрубков Ду350, расположены в верхней части корпуса, служат для

отвода насыщенного пара; ■■■■■ штуцер Ду100, расположен в средней нижней части, служит для отвода кот­ловой воды в линию дренажа; ■■■■■ патрубок Ду400, расположен в центральной верхней части, служит для под­вода питательной воды; ■■■■■ два штуцера Ду80, расположены снизу в крайних частях, служат для отвода

котловой воды в линию продувки; ■■■■■ патрубок Ду100, расположен на днище симметрично люку Ду500, служит

для подвода аварийной питательной воды; ■■■■■ два штуцера Ду20, расположены по одному на каждом люке Ду800, пред­назначены для контроля плотности фланцевых соединений 2 контура; ■■■■■ два штуцера Ду20, воздушники 2 контура, расположены по одному на каж­дом люке Ду800;

■■■■■ двадцать штуцеров Ду20, расположены на корпусе и днищах, предназначе­ны для присоединения линий КИП; ■■■■■ два люка Ду500, расположены по одному на каждом эллиптическом днище,

предназначены для доступа в объем 2 контура ПГ; ■■■■■ два штуцера Ду20, расположены по одному на каждом люке Ду500, пред­назначены для контроля плотности фланцевых соединений 2 контура.

В нижней части корпуса вварены переходные патрубки Ду1200 для приварки кол­лекторов теплоносителя 1 контура: "горячего" и "холодного". Коллекторы располо­жены симметрично относительно вертикальной оси ПГ на расстоянии 1150 мм от нее в продольном и на 890 мм в поперечном направлении. Коллекторы 1 контура выполнены из легированной конструкционной стали. Внутренняя поверхность кол­лекторов, включая крышки фланцевых разъемов, плакирована антикоррозионной наплавкой из нержавеющей стали. Коллекторы по принятой технологии изготовле­ния имеют кольцевой сварной шов, который при номинальных условиях эксплуата­ции парогенератора находится выше уровня котловой воды в ПГ.


 

Каждый коллектор имеет:

■■■■ переходное кольцо Ду850 для входа (выхода) теплоносителя и соединения

с главным циркуляционным трубопроводом; ■■■■ штуцер Ду20 для непрерывной продувки;

■■■■ два штуцера Ду10, воздушник и контроль плотности фланцевого соедине­ния 1 контура.

Как уже было указано, корпус в средней части сварен с двумя вертикальными кол­лекторами первого контура, предназначенными для соединения с 11000 теплопере-дающих труб, согнутых в U-образные змеевики. Змеевики изготавливаются методом холодной гибки, и согласно принятой технологии впоследствии термически не об­рабатываются и в них сохраняются напряжения, полученные в результате наклепа (согласно пояснительной записки ОКБ ""Гидропресс" 320.05.00.00.000 ПЗ). Поэто­му для исключения коррозионных повреждений в котловой воде ПГ нормируется содержание примесей и при превышении удельной загрязненности трубного пучка более 150 г/м2 необходимо проведение химической отмывки парогенератора.



Схема расположения теплообменных труб в корпусе ПГ


 
 

Змеевики скомпонованы в два U-образных пучка, что обеспечивает самокомпенса­цию разных температурных удлинений корпуса и труб, и имеют по три вертикальных коридора шириной около 200 мм для обеспечения организованной гидродинамики циркулирующей котловой воды. Змеевики изготавливаются из труб, не имеющих сварного шва на длине трубы. Применены трубы с внутренней электрохимполиро-ванной и наружной шлифованной поверхностями с дополнительным контролем качества ультразвуком. Максимальная развернутая длина змеевика составляет 15,1 м, минимальная - 10,1. Трубки в пучках размещены в шахматном порядке с шагами 19 мм по высоте и 23 мм по ширине. Верхний ряд труб расположен на 190 мм выше поперечной оси парогенератора.

Трубный пучок с элементами дистанционирования и крепления занимает около 78% площади части поперечного сечения корпуса, ограниченной сверху последним ря­дом труб пучка. В соответствии с формой поперечного сечения пучка труб, число змеевиков в горизонтальных рядах изменяется; оно максимально в первых (верх­них) рядах и уменьшается по мере увеличения номера ряда. В парогенераторе ПГВ-1000М для ВВЭР-1000 число змеевиков уменьшается от 120 (верхние ряды) до 16 (нижний ряд). Высота трубного пучка - 2,2 метра.

В целях унификации изделий по применяемым материалам в проекте для коллекто­ров I контура была принята та же сталь, что и для корпуса ПГ. Для надежной обварки концов нержавеющих труб внутренняя поверхность коллекторов, включая крышки фланцевых разъемов, плакирована антикоррозионной аустенитной наплавкой (1-й слой - ЗИО-8, 2-й слой - ЭА 898/21Б).

Концы змеевиков на ПГ, изготовленных до 1990 года, заделаны в отверстиях коллек­тора по взрывной технологии путем обварки их торцов с антикоррозионным покры­тием внутренних полостей аргоно-дуговой сваркой и последующей вальцовкой на всю глубину заделки в коллектор методом взрыва.

Концы змеевиков на ПГ, изготовленных с 1990 года, заделаны в отверстиях коллек­тора методом гидрораздачи и механической довальцовки выходного участка. Торцы змеевиков сварены с антикоррозионной наплавкой коллектора аргоно-дуговой свар­кой.

Змеевики дистанционируются в трубном пучке специальными элементами, которые в свою очередь закреплены в опорных конструкциях, расположенных на корпусе ПГ. Дистанционирующие элементы представляют собой волнообразные полосы в


 

Элементы дистанционирования трубного пучка ПГ


Схема включения ПГВ-1000М на АЭС с ВВЭР-1000

 

 

Узел крепления жалюзийного сепаратора к корпусу ПГ

1
- жалюзийный сепаратор

2 - пароприемный щит

3 - корпус ПГ

4 - детали крепления


сочетании с промежуточными плоскими планками. Дистанционирующие элементы изготовлены из стали 08Х18Н10Т. С учетом более высоких скоростей теплоносителя в трубках и пара в межтрубном пространстве в конструкции ПГВ-1000М для увеличе­ния жесткости конструкции теплообменного пучка увеличено количество опор и дистанционирующих элементов пучка по сравнению с ранее спроектированными конструкциями парогенераторов.

Теплоноситель из реактора поступает в "горячий кол­лектор, проходя внутри теплопередающих труб, от­дает тепло воде 2 контура, выходит в "холодный" коллектор и далее на всас ГЦН. Питательная вода по трубопроводу Ду400 через коллектор питательной воды с раздаточными лучами подается на "горячую" часть теплообменного пучка ПГ, чем достигается час­тичное выравнивание паровой нагрузки по сечению парогенератора за счет конденсации части пара.

Циркуляция воды 2 контура в ПГ - естественная. Пар, выходя с зеркала испарения (со скоростями порядка 0,42 м/сек), осушается в паровом объеме между зер­калом испарения и входным сечением жалюзийных сепараторов за счет гравитационных сил (первая сту­пень сепарации) и поступает в жалюзийный сепара­тор (вторая ступень сепарации), где дополнительно осушается до необходимой степени (влажность пара не более 0,2 %).

Сепарационные устройства состоят из пакетов жалюзи волнистой формы толщиной 0,5-0,8 мм, выполненных из нержавеющей стали. Пакеты располагаются под углом 26 градусов к вертикали в паровом объеме парогенератора на высоте 750 мм от по­гружного дырчатого листа. За секциями жалюзийных сепараторов во всех рядах ус­тановлены дырчатые пароприемные щиты. Пароприемный дырчатый лист предназ­начен для выравнивания поля скоростей пара.

Исследования сеперационной схемы ПГ, проведенные ОКБ "Гидропресс", показали, что за счет сепарации в паровом объеме ПГ влажность пара перед жалюзи колеблет­ся в пределах 0,05-0,1%, что значительно ниже допустимой влажности перед жалю­зи (5-10%,). Исследования также показали, что увеличение весового уровня воды в ПГ от номинального на 200 мм приводит к резкому росту влажности пара.

Отсепарированный конденсат собирается в корыто и отводится системой трубок под уровень воды. Осушенный пар выходит из парогенератора через 10 паровых патруб­ков Ду350. Патрубки с помощью переходников и гнутых труб Ду200 объединены в общий паровой коллектор Ду600, по которому пар подается на турбину.

Для равномерного распределения пароводяной смеси по паровому объему пароге­нератора применен погруженный дырчатый лист, который представляет собой на­бор листов с отверстиями диаметром 13 мм, установленных на металлической раме. Расположен он на расстоянии 260 мм от верхнего ряда труб теплопередающей по­верхности, живое сечение дырчатого листа для прохода пара составляет около 5%. Конструктивный материал изготовления дырчатого листа - сталь 12Х18Н10Т толщи­ной 6 мм. Для стока воды со щита между корпусом и щитом (вдоль него) оставлены проходы шириной 150 мм. По всему периметру к щиту приварены листы шириной 700 мм (иногда их называют "закраинами"), препятствующие выходу пара из меж­трубного пространства через проходы для воды. Закраины изготовлены из нержаве­ющей стали толщиной 8 мм.

При заполнении парогенератора котловой водой уровень ее устанавливается при­мерно на расстоянии 100 мм над погруженным дырчатым листом. Расчетная высота зеркала испарения над дырчатым листом в зоне максимальных паровых нагрузок (над входным участком трубного пучка) равна 340 мм.

В верхней части коллектора 1 контура имеется фланцевый разъем Ду500 с плоской крышкой для осмотра и ремонта сварных соединений приварки теплообменных труб к плакирующему слою внутренней поверхности коллектора. Разъем снабжен плос­кой крышкой с вытеснителем из стали 10ГН2МФА. Поверхность крышки, обращен­ная в сторону теплоносителя первого контура, и плоскость разъема плакированы нержавеющей сталью. В парогенераторах ПГВ-1000М расточки под прокладки вы­полнены не на плоской крышке (как на ПГВ-1000 V блока НВАЭС), а на торцевой поверхности коллекторов первого контура. Крышка с вытеснителем также выполня­ет роль дросселирующего устройства, предназначенного для уменьшения проходно­


го сечения до Ду100 и ограничения истечения теплоносителя 1 контура во второй при отрыве крышки коллектора.

Для доступа к этому люку предусмотрен люк с отверстием Ду800 и эллиптической крышкой на корпусе ПГ. Для доступа в ПГ со стороны 2 контура на эллиптических днищах корпуса ПГ имеются 2 люка Ду500 в разъемными фланцевыми соединения­ми. Уплотнения всех фланцевых соединений выполнены при помощи 2-х никелевых прокладок (шестимиллиметровых) с организацией контроля плотности межпрокла­дочной полости. Контроль выведен на фрагменты РМОТ БЩУ.

Устройство раздачи основной питательной воды состо­ит из трубопроводов, коллекторов и раздающих труб, имеющих по своей длине "лучи" для вы­хода питательной воды. К патрубку пита­тельной воды через проставыш с тру­бой присоединен коллектор Ду 400, расположенный в паровом объе­ме парогенератора, разветвляю­щийся на две раздающие трубы Ду 250, расположенные над по­груженным дырчатым листом.

Конструкция патрубка выпол­нена таким образом, что труба подвода питательной воды не­посредственно не соприкаса­ется с корпусом ПГ. Это пре­дотвращает возникновение температурных напряжений,


Поперечный разрез парогенератора ПГВ-1000М 1 - пароприемный пункт 2 - труба раздачи питательной воды 3 - трубный пучок 4 - входной коллектор 1 контура 5 - выходной коллектор 1 контура 6 - погружной дырчатый лист 7 - трубы отвода отсепарированной влаги 8 - воздушник 2 контура 9 - пароотводящая труба 10 - коллектор аварийной питательной воды


Узел ввода аварийной питательной воды в корпус ПГ


в том числе и переменных, в корпусе ПГ в месте прохода трубы.

Питательная вода по проекту ПГВ-1000М подается на "горячую" сторону трубного пучка в верней его части под погружной дырчатый лист через 16 раздающих коллек­торов Ду80, каждый из которых соединен с 32 раздающими трубками Ду20, имеющи­ми по своей длине отверстия для выхода питательной воды.

Подвод аварийной питательной воды осуществляется через специаль­ный патрубок с проставышем ДуЮО на эллиптической днище ПГ, к которому присоединен раздающий коллектор Ду80, смонтированный над трубопроводом основной питательной воды Ду250. Вода подает­ся через 38 перфорированных трубок Ду25 в паровую часть корпуса ПГ. При обесточивании АЭС или падении уровня в ПГ по отдельной магистрали подается аварийная питательная вода из баков ТХ10,20,30В01 с температурой от 5 до 45 градусов С и создает условия для расхолаживания до давления в 1 контуре до 15 кгс/см2.

Однако нужно помнить, что подача аварийной питательной воды с тем­пературой ~ 25 0С в горячий ПГ с t 280 0С вызывает крайне негатив­ные воздействия "теплового удара" и допустима лишь в крайних слу­чаях. В условиях нормальной эксплуатации следует избегать подпит­ки ПГ по линии аварийной питательной воды во избежание выработ­ки его ресурса.

Снаружи корпус ПГ покрыт тепловой изоляцией. Тепловая изоляция парогенератора предназначена для снижения тепловых потерь от ПГ в окружающую среду (гермо-объем) и удовлетворяет следующим требованиям, разработанным Главным Конст­руктором реакторной установки:

■■■■ крепление несущих элементов изоляции к корпусу парогенератора выпол­нено без сварки, на бандажах;

■■■■ изоляция выполнена в виде отдельных легкосъемных матов, обшитых стек­лотканью, снаружи теплоизоляция закрыта обшивкой из алюминиевых ли­стов;

материал теплоизоляции не вызывает коррозию поверхностей парогене­ратора;

тепловой поток от поверхности изоляции не превышает 200 ккал/м2 ч; обшивка изоляции допускает обмывку дезактивирующими растворами; тепловая изоляция сохраняет работоспособность при авариях под гермоо-болочкой в режимах "большой" и "малой" течей.

Особенностью конструкции коллектора ПГ является осевая несимметричность зоны перфорации, что обусловлено уровнями размещения теплообменных трубок в при­нятых габаритах корпуса парогенератора. Эта несимметричность образует вдающийся в поле перфорации клин неперфорированного металла.

Конструкция и технология изготовления обоих коллекторов одинакова. Разница между ними - в рабочей температуре: горячего коллектора - 320 градусов С, холод­ного - 290 при температуре воды во 2 контуре 279 градусов С. Из-за разной длины теплообменных трубок температура холодного коллектора по периметру отличается на 7 градусов С. Перлитная сталь 10ГН2МФА, из которой изготавливают коллекторы, более прочная, что удовлетворяет условиям транспортабельности по железной до­роге.

Предполагалось также, что будут исключены проблемы хлоридного растрескивания теплообменных трубок под напряжением. Фактически реализованный по взрывной технологии (которая применялась вплоть до 1990 года) на заводах-изготовителях ПГ узел заделки трубок в стенки коллектора показан на рисунке далее в ходе посо­бия. Фактическая глубина недовальцованного участка при этом оставила ~ 20мм. Техническими условиями на ПГВ-1000М установлены: проектный срок службы 30 лет, а также требования к эксплуатации: водно-химический режим, номенклатуры и число циклов нагружения. Конструкция ПГВ-1000 обоснована комплексом расчет-но-теоретических и экспериментальных работ и одобрена к применению в составе энергоблоков с ВВЭР-1000.

Активность котловой воды парогенераторов нормируется, согласно требований дей­ствующего "Регламента безопасной эксплуатации...", активность продувочной воды отдельных ПГ по йоду-131 должна быть не более 1»10-8 Ku/литр. Повышение актив­ности продувочной воды ПГ обуславливается возможными протечками теплоноси­теля первого контура во второй контур. Возможные места утечки теплоносителя I контура во II контур указаны на рисунке и являются следующими: (1) неплотности прокладок крышки коллектора I контура; (2) неплотность трубки контроля плотнос-


 


ти разъема коллектора I контура; (3) неплотность трубки воздушника I контура; (4) неплотность теплообменной трубки; (5) неплотность коллектора или шва обварки теплообменной трубки.

Как показывает опыт эксплуатации, кардинальным решением устранения утечки теп­лоносителя является обследование предполагаемых мест на расхоложенном и ра­зуплотненном парогенераторе в останов энергоблока. По опыту эксплуатации из всех указанных мест наиболее вероятным является повреждение теплообменных трубок, однако за истекший период эксплуатации парогенераторов ПГВ-1000 происходили и другие течи. Так на парогенераторах пятого блока НВ АЭС имели место два случая выхода из строя трубок контроля плотности межпрокладочного пространства флан­цевых разъемов (трубка контроля плотности фланцевого разъема Ду800 по второму контуру "холодного" коллектора ПГ-3, трубка контроля плотности фланцевого со­единения "горячего" коллектора ПГ-3).

Для эксплуатации также представляет интерес система крепления ПГ. В связи с воз­никновением тепловых перемещений, связанных с разогревом-расхолаживанием РУ опоры ПГ выполнены подвижными. Опоры включают в себя фундаментную часть, состоящую из закладных колец и фундаментных болтов, а также опорных колонн

Паровой коллектор

парогенератора. На колонны установлены роликовые опоры. Постоянные опоры парогенератора (ложементы) на этапе монтажа собирались в блоки совместно с тя­гами.

Верхние плиты роликовых опор являются подвижными в направлении продольной и поперечной осей парогенератора, при этом перемещения в направлении продоль­ной оси должны быть + 100мм, а в направлении поперечной оси - от 70 до 100мм. При наличии таких перемещений ПГ будет на роликовых опорах свободно следовать за тепловыми перемещениями трубопроводов главного циркуляционного контура.

Для восприятия сейсмических нагрузок на ПГ также предусмотрена система гидро­амортизаторов. На каждом парогенераторе установлено по 8 гидроамортизаторов с нагрузкой 450 тс, по четыре с противоположных боковых поверхностей ПГ у проти­воположных люков-лазов ПГ по 2-му контуру. При этом с каждой из сторон ПГ гид­роамортизаторы попарно расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Устанавливаемые на парогенераторах ПГВ-1000М гидроамортизаторы имеют следу­ющие характеристики:

 

 
Допустимая нагрузка, тонн
Усилие закрытия перепускного клапана 2% от доп. нагрузки
Чувствительность гидроамортизатора, мм/с 1-3
Скорость перемещения поршня при закрытом перепускном клапане и воздействии статической нагрузки, мм/с 0,5-2

Гидроамортизатор состоит из корпуса, в котором перемещается поршень. Корпус с одной стороны закрыт крышкой с проушиной, с другой стороны крышкой с отвер­стием для прохода штока поршня. Поршень делит цилиндр на две полости, запол­ненные жидкостью. Жидкость при перемещении поршня может перетекать из поло­сти в полость через клапанную коробку, в которой установлены два клапана.

Гидроамортизатор одним концом (проушиной) закреплен к ПГ, перемещение кото­рого при сейсмических нагрузках необходимо ограничить, а другим концом - к не­подвижной опоре.

При температурных (медленных) перемещениях оборудования при скоростях менее 1 мм/сек клапаны гидроамортизатора открыты и жидкость свободно перетекает из одной полости гидроцилиндра в другую, при этом оборудование свободно смещает­ся в направлении своего движения.

При сейсмическом воздействии оборудование перемещается со скоростью при ко­торой клапан закрывается, жидкость не может перетекать из одной полости в дру­гую, и гидроамортизатор работает как жесткая связь.

Опорная конструкция ПГ рассчитана на восприятие одновременного действия вер­тикальной составляющей сейсмической нагрузки максимального расчетного земле­трясения силой 9 баллов и реактивного усилия 1460 тс, возникающего в аварийной ситуации, при разрыве трубопровода Ду850 ГЦК в горизонтальной плоскости (при разрыве со стороны реактора).


 

 

Магистральные трещины в перфорированной зоне холодного коллектора ПГ

Проблемы надежности работы парогенераторов ПГВ-1000М


На эксплуатируемых в нашей стране блоках АЭС с ВВЭР-1000 в 1986-1991гг были обнаружены повреждения коллекторов теплоносителя 1 контура ПГВ-1000. Были повреждены парогенераторы на Южно-Украинской, 5-м блоке Нововоронежской, Запорожской, Калининской и Балаковской АЭС.

Недопустимые повреждения (до образования сквозных трещин) зафикси­рованы почти во всех случаях на холодных коллекторах. Недопустимые повреждения на горячих коллекторах выявлялись только в двух случаях (оба на Южно-Украинской АЭС). Время наработки парогенераторов до об­наружения повреждений составляло от 10 до 60 тыс. часов. В одном слу­чае оно оказалось равным приблизительно 7 тыс. часов.

По данным заседания Научно-технического Совета Министерства РФ по атомной энер­гии от 24.09.92 по состоянию на июнь 1992 года всего на АЭС с ВВЭР-1000 было заменено 32 парогенератора в связи с разрушением металла "холодных" коллекто­ров ПГ. Максимальное время наработки ПГ до повреждения составило 60 тыс. часов (на 1-ом комплекте ПГ 5-го блока Нововоронежской АЭС), минимальное - 6900 часов (на 2-ом комплекте ПГ 1-го блока Южно-Украинской АЭС).


На основании анализа и обобщения всех известных случаев сделан вывод о том, что повреждение холодных коллекторов ПГВ-1000(М) представляет не встречавшееся до сих пор в практике парогенераторостроения явление, заключающееся в зарож­дении и постепенном (невзрывоопасном) разрастании и объединении между собой множества коррозионно-механических трещин и обусловленное воздействием:

■■■■ значительных статических (включая остаточные) и накладывающихся на них циклических напряжений механического и термического происхожде­ния;

■■■■ локализованной в месте конструкционной неоднородности перфорирован­ной части коллектора (вершине "клина") пластической деформации, при которой напряжения превышают предел текучести стали 10ГН2МФА;

■■■■ водной среды второго контура, особенно активной в вершинах зазоров в местах недовальцовки труб ПГ в стенку коллектора;

■■■■ теплогидравлической и физической неравномерности по объему;

■■■■ непроектных режимов эксплуатации.

 

Повреждения коллекторов

Впервые (в конце 1986 года) трещины в коллекторе были выявлены при анализе причины повышения нормируемой (<10(-8)Ки/л) радиоактивности воды второго кон­тура в одном из ПГ Южно-Украинской АЭС. В нескольких соседних перемычках об­наружили сквозную трещину, что и вызвало потерю герметичности сварных швов в месте приварки трубок к антикоррозионной наплавке.

Анализ картограмм повреждений, составленных по результатам контроля целостно­сти перемычек токовихревым прибором (марки ВД-73НЦ разработки НПО ЦНИИТ-МАШ), показал следующее: дефекты в перемычках между отверстиями находятся в перфорированной части коллектора в зоне на стороне оси, на которой расположен неперфорированный клин; большее число дефектов располагалось параллельно сторонам клина, образуя трещины, расположенные горизонтально и наклонно, в сред­ней и верхней частях неперфорированной зоны.

 

Напряженно-деформированное состояние коллекторов

При эксплуатации коллекторы парогенераторов нагружаются давлением со стороны первого и второго контуров, температурным полем и усилиями со стороны трубо­проводов первого контура. Расчеты показали, что напряжение от действия рабочих нагрузок удовлетворяют требованиям норм прочности.

Исследования на смоляной модели напряжения от перепада давления 9,4 МПА меж­ду первым и вторым контуром показали максимальные растягивающие напряжения в зоне клина ~ 100 МПА. Температурные напряжения вследствие разницы коэффи­циентов линейного расширения металла коллектора и трубок составляют 145 МПА. Различие в рабочей температуре холодного и горячего коллекторов позво­ляет сделать вывод о том, что температура эксплуатации влияет на стойкость кол­лектора.

Однако наиболее нагружен горячий коллектор, и если причиной повреждений явля­ется только напряженное состояние, то разрушаться в первую очередь должны го­рячие коллекторы. Как показали исследования фактического напряженного состоя­ния с учетом всех технологических операций, коллекторы в состоянии поставки ПГ высоко нагружены (технологические условноупругие локальные напряжения состав­ляют ~ 800 МПА). Остаточные технологические напряжения в коллекторе явились следствием его формоизменения от взрывной запрессовки труб в условиях "занево-ливания" относительно корпуса парогенератора в районе люка Ду 700.

При запрессовке трубок по принятой ранее технологии коллектор изгибается, при­чем конечный прогиб оси составляет ~4,5 мм, перемещение свободного фланца в сторону клина достигало на некоторых парогенераторах 20 мм.

При запрессовке труб в составе собранного парогенератора эти перемещения зане-воливаются, что приводит во время эксплуатации к циклическому нагружению (при каждом пуске и нагружении давлением). Напряжения при этом равны 160 МПА. Та­ким образом, очевидны методы уменьшения напряжений: разневоливание коллек­торов и уменьшение энергии вальцевания - переход на гидравлическое вальцева­ние.

По расчетам разневоливание коллектора снижает повреждаемость в 1,5 - 4 раза, переход от взрывной вальцовки к гидровальцеванию - не менее, чем в 50 раз.


Состояние металла

Исследования перемычек после технологических операций сверления и вальцева­ния взрывом показали, что металл на поверхности отверстия сильно наклепан (до 70%), предел текучести приближается к пределу прочности, коэффициенты относи­тельного удлинения и сужения уменьшаются вдвое.

В целом пластические свойства металла перемычек снизились примерно в 2 раза. Металл перфорированной зоны после вальцевания имел остаточную деформацию в среднем 0,5% (увеличение на 10-15 мм при начальной длине зоны 2000 мм). За счет сверления из коллектора удаляется 3 т металла и это также не могло не сказаться на возникновении остаточных напряжений.

Исследования оказали возможность восстановления пластических свойств металла перфорированной зоны после сверления и вальцовки взрывом, а также релаксации остаточных напряжений за счет низкотемпературной термообработки с нагревом до 450 градусов С со скоростью 20 "С/час, выдержке при этой температуре в течение 20 часов и охлаждении со скоростью не более 20 0С/час.

Эффективность этой операции оценивается возможностью повышения ресурса в 2,5-8 раз за счет увеличения циклической прочности наклепанного (при сверлении) слоя в ложе отверстий и снижения остаточных напряжений (возникающих при изготов­лении).

Низкотемпературная термообработка введена в качестве обязательной на ПГВ-1000М, трубки в которых запрессованы взрывным методом, а также в случаях, когда кол­лекторы после сверления в отдельности не подвергались такой обработке.


 

Узел заделки теплообменных трубок ПГВ-1000(М) в стенке коллектора 1 контура


Довальцовка трубок

Проектом предусматривалась вальцовка трубок полностью по всей толщине стенки. Однако во избежание появления "раздутий" трубок при взрывном вальцевании за пределами коллектора допуски на заряд и его фактическая установка привели к тому, что трубки оказались недовальцованными на глубину до 20 мм. Наличие недо-вальцованных щелей, как показали исследования темплетов, извлеченных из по­врежденных коллекторов, привело к негативным последствиям: интенсификации кор­розионных процессов в щели и образованию зародышевых коррозионных трещин, захолаживанию наружного слоя вследствие интенсивного теплообмена в щели.

Для горячего коллектора эти процессы существенно замедлены вследствие "запаривания" щелей или их закупорки плотными про­дуктами коррозии, для холодного вероятно наличие воды (элек­тролита) в щели в процессе эксплуатации, отложения в щели хо­лодного коллектора рыхлые. Кроме того, вследствие недоваль-цовки наружный слой металла оказывается растянутым по отно­шению к остальной массе.

Оценки показывают, что устранение зон недовальцовки умень­шает повреждаемость коллектора в 1,5-3 раза только за счет сни­жения напряжений. Очевидна эффективность этого мероприя­тия также и за счет снижения или, может быть, исключения элек­трохимической коррозии. Довальцовка трубок реализована для парогенераторов, изготовленных с использованием взрывной тех­нологии развальцовки, которые еще не были введены в эксплуа­тацию.

Для вновь изготовляемых парогенераторов технология гидровальцевания обеспе­чивает заделку трубок по всей толщине стенки коллектора без недовальцованных зон.


 

Материал коллекторов

Исследования темплетов, вырезанных из поврежденных коллекторов, а также до­полнительные стендовые и лабораторные исследования показали, что сталь 10ГН2МФА в условиях первоначально принятой технологии изготовления ПГВ-1000(М) деформационно стареет в области рабочей температуры холодного кол­лектора (290 градусов С), имеет склонность к питтингообразованию в щели и в усло­виях электрохимического взаимодействия со сталью 08Х18Н10Т (трубки ПГ) - к кор­розионному растрескиванию.

По оценкам вышеперечисленные мероприятия снижают повреждаемость материала


коллекторов ПГ и для вновь изготовленных обеспечивают проектный ресурс. Одна­ко, вместе с тем, прорабатывается возможность замены стали 10ГН2МФА в коллекто­ре на другую. В частности, разработана конструкция ПГВ-1000У с коллекторами, цен­тральная перфорированная часть которых выполняется из хромоникелевой стали 08Х18Н10Т-ВД вакуумно-дугового переплава. Расчетные оценки показывают, что по­вреждаемость такого коллектора уменьшается в 100-1000 раз по сравнению с кол­лектором из стали 10ГН2МФА. На каждом из коллекторов ПГВ-1000У "появились" два композитных стыка, так как верхняя и нижняя части коллекторов изготавлива­ются по прежнему из стали 10ГН2МФА.

Для более основательного обоснования работоспособности стали 08Х18Н10Т в пер­форированной зоне коллекторов, а также для получения информации по состоянию композитного сварного шва были вырезаны темплеты и исследованы образцы из перфорированных зон коллекторов одного из парогенераторов ПГВ-4 первого бло­ка Армянской АЭС, проработавшего более 10 календарных лет. Исследования пока­зали удовлетворительное состояние металла и сварного соединения.

 

Температурный режим ПГВ-1000(М)

Как на одну из причин повреждения коллекторов указывается на их возможный нестабильный режим работы. Для определения фактического протекания теплогид-равлических режимов в ПГВ-1000 на Хмельницкой, Нововоронежской, Калининской АЭС и АЭС "Козлодуй" (Болгария) были смонтированы системы термоизмерений во­дяного объема парогенератора второго контура и температуры коллектора со сторо­ны теплоносителя 1 контура.

В результате измерений было установлено, что во всех эксплуатационных режимах показания термопар, установленных на холодной стороне парогенератора между закраиной погруженного дырчатого листа и корпуса, а также между трубным пучком и закраиной, соответствовали температуре воды на линии насыщения; каких-либо термопульсаций в воде не зафиксировано. Термопары верхнего ряда теплообмен-ных трубок вблизи холодного коллектора зафиксировали повышение температуры трубок на 6-8 градусов С при глубоком (> 1600 мм) уменьшении уровня.

При проведении термоизмерений на Калининской АЭС (при проектной работе ТЗиБ) при снижении уровня воды в ПГ до 500мм от номинального температура на выходе из парогенератора не менялась. Это говорит о том, что в пределах работы проектной защиты АЗ (и только в пределах!) по снижению уровня в ПГ (-650 от L ном) и блоки­ровок по уровню воды (-500 от L ном откл. ГЦН) теплообменный пучок и коллекторы теплоносителя в пределах перфорированной части находятся в зоне уверенного охлаждения водой с равномерной температурой.

В период ввода в эксплуатацию 1-го блока Хмельницкой АЭС проведен комплекс тем­пературных измерений в течение регламентных динамических испытаний блока (ре­жимы отключения ГЦН, сбросы нагрузки реактора и турбины, отключения турбопи-тательного насоса). Наибольшие зафиксированные изменения температуры воды в указанных режимах не превышали 10 градусов С. При срабатывании аварийной за­щиты реактора (нагрузка блока 90%) зафиксировано изменение температуры воды в парогенераторах на 16 градусов С.

На основании измерений оказалось возможным сделать следующие выводы: в ста­ционарных режимах работы энергоблоков температура воды парогенератора, омы­вающей коллектора, является постоянной и равной ts при номинальном давлении, в переходных режимах температура воды меняется в соответствии с изменением дав­ления и также равна ts при соответствующем давлении; принятые в проекте защиты и блокировки по уровню воды обеспечивают температурный режим работы коллек­торов в пределах проектных алгоритмов; смешение холодной питательной воды с температурой 220 или 165 градусов С c водой парогенератора происходит полнос­тью на расстоянии 30 мм от места ее выхода из раздаточных сопел питательных труб; максимальная разница температуры по периметру выходного коллектора по перво­му контуру составляет 7 градусов С; температурных пульсаций в коллекторе не обна­ружено.

Указанное свидетельствовало, что температурный режим напрямую не являлся при­чиной повреждения холодных коллекторов.

Высказывались предположения о возможности гидродинамических воздействий ГЦН на холодный коллектор, в частности, гидроударов при его отключениях. Аналити­ческие исследования и непосредственные измерения на ряде АЭС не подтвердили наличия гидроударов. Давление на всасе и напоре ГЦН при пуске и останове (при­мерно на 5-6 кгс/см2) изменяется плавно в течение, примерно, 0,5-1 мин.

Водно-химический режим

Если оценивать время работы парогенераторов до повреждения, то бросается в гла­за тот факт, что время службы изготовленных по единой технологии теплопередаю-щих трубок и коллекторов ПГ имеет значительный разброс: от 7 до 59 тысяч часов, что скорее всего определяется химическим фактором. Эксплуатация оборудования в условиях ухудшенного водного режима, при наличии коррозионно активных при­месей значительно снижает рабочий ресурс оборудования.

Таким образом, в деле повышения надежности парогенераторов очень важным мо­ментом является снижение "солевой нагрузки" на конструкционные элементы ПГ. Исследования, проведенные на Нововоронежской и Хмельницкой АЭС, подтвердили ранее высказываемые предположения об образовании зон повышенного солесо-держания в объеме парогенератора по сравнению с величиной солесодержания ус­редненной продувки. Характер распределения зон, как показали испытания, не за­висел от величины продувки и имел ярко выраженный "горб" в районе горячего коллектора. Причем, при номинальной нагрузке концентрация примесей у "горяче­го" коллектора в шесть раз превышала их концентрацию в "холодном" торце пароге­нератора.

Эти испытания показали, что штатный режим продувки парогенераторов позволяет поддерживать величину нормируемого содержания солей в продувочной воде при соответствующих нормам показателях питательной воды, но при этом концентрации примесей в отдельных зонах водяного объема могут превосходить допустимые вели­чины, что с учетом процессов упаривания в щелях и зазорах создает благоприятные условия для активизации коррозионных процессов.

В связи с этим проектной организацией (ОКБ "Гидропресс") были выданы рекомен­дации по модернизации внутрикорпусных устройств ПГВ-1000(М) и изменения схе­мы продувки. Указанная модернизация заключалась в изменении схем водопита-ния, продувки и перераспределения циркуляции в объеме парогенераторов. Глав­ной целью модернизации являлось удаление зон повышенного солесодержания от коллекторов теплоносителя путем перераспределения питательной воды по длине парогенератора и образования в "холодном" торце ПГВ (вблизи днища) так называ­емого "солевого отсека", из которого организована непрерывная продувка котло­вой воды с наибольшей концентрацией растворенных примесей.

Согласно проекту модернизации ВКУ ПГВ необходимое перераспределение питатель­ной воды было получено путем установки в "горячем" торце парогенераторов на погружном дырчатом листе четырех дополнительных раздающих коллекторов пита­тельной воды с отверстиями, направленными вертикально вниз. Коллектор N010 пе­реведен на "холодную" сторону ПГВ для увеличения подачи питательной воды в зону "холодного" коллектора теплоносителя.

В "холодном" торце ПГВ отглушены пять крайних раздающих коллекторов питатель­ной воды и установлена поперечная перегородка между первым и вторым отклю­ченными коллекторами: 200 мм над погружным дырчатым листом и 240 мм под ним. Цель установки перегородки - уменьшение продольной циркуляции от "горячего" коллектора в торцы для предотвращения распространения солевых зон по длине парогенератора.

К сожалению, в последнее время также проявилась ранее неизвестная проблема коррозии металла трубной системы ПГ со стороны второго контура. Наибольшая интенсивность коррозионных процессов наблюдалась в локальных участках внутри ПГВ-1000М. Развитию коррозионного растрескивания теплообменных трубок под дистанционирующими решетками способствовало концентрирование коррозионно-активных загрязнений в слое отложений и повышенные напряжения. Результаты расследования массовых коррозионных повреждений трубок ПГ Ровенской, Южно­Украинской и Балаковской АЭС показали возможность развития интенсивной язвен­ной коррозии теплообменных трубок ПГВ-1000М из аустенитной стали марки 08Х18Н10Т под слоем шлама продуктов коррозии в локальном участке нижних ря­дов между 2-4 дистанционирующими решетками от "горячего" коллектора в сторону "холодного" днища. Последующие наблюдения на других АЭС с реакторами ВВЭР-1000 подтвердили наличие локальных зон скопления коррозионного шлама на дни­щах ПГ.

Согласно результатам специальных исследований, условиями предотвращения мас­совых коррозионных повреждений трубок ПГВ-1000М в локальных зонах скопления коррозионного шлама на днище являются:

■■■■ регулярные эффективные химические отмывки ПГ по 2 контуру, выполняе­мые на основании результатов как ежегодных осмотров рядов трубок и днищ, так и систематического контроля поступления продуктов коррозии в ПГ по данным химконтроля;

^^^Н снижение поступления в ПГ продуктов коррозии медных сплавов, интенси­фицирующих электрохимическую коррозию аустенитной стали;

^^^Н систематическое ограничение поступления с питательной водой и накоп­ления в котловой воде коррозионно-агрессивных загрязнений (включая сульфат-ион и хлорид-ион), причем для контроля накопления в котловой воде коррозионно-агрессивных загрязнений должны использоваться пред­ставительные пробы продувочной воды из участков концентрирования кор-розионно-агрессивных загрязнений;

^^^В поддержание нейтрального или слабощелочного молярного соотношения компонентов в котловой воде ПГ.

С 11.06.97 года на АЭС с ВВЭР-1000 России, согласно Техническому решению кон­церна "Росэнергоатом" N6-1-16/880 от 11.03.97 введено нормирование качества продувочной воды ПГ, отбираемой из организованных при реконструкции систем водопитания и продувки ПГВ-1000М в 1991-1993 гг. "солевых" отсеков. Следует от­метить, что проведенная в 1991-1993 гг. для ПГВ-1000М реконструкция систем во­допитания и продувки привела к значительному перераспределению коррозионно-агрессивных загрязнений внутри объема ПГ. В результате этого использовавшийся в течение ряда лет на АЭС для контроля критических показателей отбор пробы проду­вочной воды с днищ ПГ оказался непредставительным для оценки коррозионной агрессивности котловой воды ПГ. Согласно вышеуказанному Техническому решению N6-1-16/880 предусмотрено не только нормирование критических качества проду­вочной воды из "солевых" отсеков ПГ, но и непрерывная продувка ПГ с расходом не менее 7,5 тонн/час именно из "солевых" отсеков, в которых создаются максималь­ные концентрации солевых примесей.

 

Ремонт поврежденных коллекторов

Парогенераторы, в которых обнаружены дефекты в виде трещин на перемычках между отверстиями, заменяются. Предполагается, что в последующем они могут быть отре­монтированы или расчленены на отдельные компоненты, которые могут быть ис­пользованы.






Дата добавления: 2015-04-16; просмотров: 1503. Нарушение авторских прав

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.065 сек.) русская версия | украинская версия