Известия вузов. Ядерная энергетика

Рецензируемый научно-технический журнал. ISSN: 0204-3327

Вертикальные парогенераторы для АЭС с ВВЭР

20.09.2018 2018 - №03 Теплофизика и теплогидравлика

М.Ю. Егоров

DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2018.3.08

УДК: 621.039

Парогенераторы АЭС – важные крупногабаритные металлоемкие аппараты ядерных энергетических установок. Эффективность работы парогенераторов определяет срок эксплуатации всей установки. Цель работы – анализ преимуществ и недостатков горизонтального и вертикального типов конструкции парогенераторов АЭС, направленный на разработку рекомендаций по созданию новых, более совершенных, парогенераторов для перспективных российских энергоблоков с реакторами типа ВВЭР повышенной мощности.

Выполнен анализ конструктивных решений и пятидесятилетнего опыта эксплуатации 400 парогенераторов как горизонтального типа, используемых в российском атомном машиностроении, так и вертикального типа, применяемых за рубежом фирмами Westinghouse (США), Combustion Engineering (США), Siemens (Германия), Mitsubishi (Япония), Doosan (Южная Корея). Выявлены достоинства и недостатки обоих типов аппаратов, определяющие условия протекания рабочего процесса. Современные АЭС с ВВЭР имеют значительные площади защитных оболочек, вызванные применением четырехпетлевой компоновки и горизонтальных парогенераторов. Установлено, что горизонтальный тип аппаратов характеризуется неустранимыми недостатками конструктивного, технологического и режимно-эксплуатационного характера: малые высота и объем парового пространства над зеркалом испарения, снижающие сепарационные возможности и мощность аппарата в целом; невозможность организации выделенного экономайзерного участка.

Вследствие этого горизонтальные парогенераторы с габаритами, допустимыми для транспортировки железнодорожным, а для ВВЭР-1200 – и водным путем с диаметром корпуса до 5 м, исчерпали возможности по существенному увеличению единичной электрической мощности.

Показаны преимущества парогенераторов вертикального типа: отсутствие застойных зон во втором контуре, а следовательно, и отложений в них; равномерность тепловосприятия поверхности нагрева, обеспечивающая также улучшение условий для сепарации влаги; высокая степень осушки пароводяной смеси вследствие сочетания жалюзийных и центробежных влагоотделительных элементов; повышение температурного напора, а также увеличение параметров производимого пара на 0,3 – 0,4 МПа.

Сделан вывод о перспективности внедрения парогенераторов вертикального типа компоновки в российскую атомную энергетику. Сформулированы практические задачи, которые должны быть решены для обеспечения внедрения вертикальных парогенераторов на АЭС с реакторами ВВЭР большой мощности.

Ссылки

  1. Рассохин Н.Г. Парогенераторные установки атомных электростанций. – М: Энергоатомиздат, 1987.– 384 с.
  2. Федоров Л.Ф., Титов В.Ф., Рассохин Н.Г. Парогенераторы атомных электростанций. – Л.-М.: Энергоатомиздат, 1992. – 228 с.
  3. Trunov N.B., Denisov V.V., Kharchenko S.A., Lukasevich B.I. Сonsideration of field experience in developing new projects of steam generators for nuclear power stations equipped with VVER reactors. // Thermal Engineering. – 2006. – Vol. 53. – No. 1. – PP. 37-42.
  4. Trunov N.B., Ryzhov S.B., Davidenko S.E. Horizontal steam generators: Problems and prospects. // Thermal Engineering. – 2011. – Vol. 58. – No. 3. – PP. 179-183.
  5. Лукасевич Б.И., Трунов Н.Б., Драгунов Ю.Г., Давиденко С.Е. Парогенераторы реакторных установок ВВЭР для атомных электростанций. – М.: Академкнига, 2004. – 391 с.
  6. Дмитриев С.М., Зверев Д.Л., Бых О.А., Панов Ю.К., Сорокин Н.М., Фарафонов В.А. Основное оборудование АЭС с корпусными реакторами на тепловых нейтронах. – М.: Машиностроение, 2013. – 415 с.
  7. Махутов Н.А., Фролов К.В., Драгунов Ю.Г., Васильченко Г.С., Гаденин М.М., Гетман А.Ф., Горбатых В.П., Дранченко Б.Н., Зацаринный В.В., Карзов Г.П., Лукасевич Б.И., Макаренко И.В., Макаренко Л.В., Михалев Ю.К., Разумовский И.А., Салин А.Н., Селезнев А.В., Фомин А.В., Шарый Н.В. Несущая способность парогенераторов водо-водяных энергетических реакторов. – М.: Наука, 2003. – 440 с.
  8. Бажанов В.В., Вавилов А.А., Давыдов С.С., Залевский П.И., Иванов В.А. Сравнительный анализ динамических характеристик ЯЭУ с ВВЭР-1000 и парогенераторов различных типов. // Энергомашиностроение. – 1988. – № 4. – С. 31-33.
  9. Синицын А.А., Карпов Д.Ф., Павлов М.В. Теория и практика теплообмена. – Вологда: ВоГТУ, 2013. – 71 с.
  10. Кириллов П.Л., Жуков А.В., Логинов Н.И. Справочник по теплогидравлическим расчетам в ядерной энергетике. Т. 2: Ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы. – М.: ИздАТ, 2013. – 685 с.
  11. Цветков Ф.Ф., Григорьев Б.А. Тепломассообмен. – М.: МЭИ, 2011. – 562 с.
  12. Аксенов П.Л., Егоров М.Ю. Анализ методов интенсификации теплообмена в ядерных энергоустановках. / Энергетические системы: сборник докладов II Международной научно-технической конференции. – Белгород: Изд-во БГТУ, 2017. – С. 251-257.
  13. Аксенов П.Л., Егоров М.Ю. Интенсификация теплообмена в оборудовании АЭС. / Неделя науки СПбПУ: материалы научной конференции с международным участием. Институт энергетики и транспортных систем. Ч. 1. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2016. – С. 82-84.
  14. Гортышов Ю.Ф., Попов И.А., Олимпиев В.В., Щелчков А.В., Каськов С.И. Теплогидравлическая эффективность перспективных способов интенсификации теплоотдачи в каналах теплообменного оборудования. Интенсификация теплообмена. – Казань: Центр инновационных технологий, 2009. – 531 с.
  15. Аксенов П.Л., Егоров М.Ю. Совершенствование конструкции парогенератора АЭС с использованием кольцевых накаток-турбулизаторов. / Энергетические системы: сборник докладов II Международной научно-технической конференции. – Белгород: Изд-во БГТУ, 2017. – С. 258-264.
  16. Kolev N.I. Multiphase flow dynamics 5: nuclear thermal hydraulics. – Switzerland: Springer International Publishing, 2015. – 886 p.
  17. Трунов Н.Б., Давиденко С.Е., Денисов В.В. Надежность и ресурс трубчатки парогенераторов АЭС с ВВЭР. // ВАНТ. Серия: Обеспечение безопасности АЭС. Реакторные установки с ВВЭР. – 2005. – Вып. 9. – С. 45-54.
  18. Судаков А.В., Силин В.В., Лебедев М.Е., Фокин Б.С., Данилин Б.К., Беленький М.Я. Перспективы создания вертикального парогенератора с ширмовой поверхностью нагрева для современных АЭС с реакторами типа ВВЭР. / Теория и практика современной науки: материалы VI Международной научно-практической конференции. – М.: Спецкнига, 2012. – С. 137-145.
  19. Агафонова Н.Д., Егоров М.Ю., Сергеев В.В., Готовский М.А., Кругликов П.А., Лебедев М.Е., Судаков А.В., Федорович Е.Д., Фокин Б.С. Интенсификация тепломассообменных процессов в парогенераторах насыщенного пара АЭС с ВВЭР как средство повышения эффективности и надежности. // Атомная энергия. – 2017. – Т. 123. – № 3. – С. 128-132.
  20. Trunov N.B., Lukasevich B.I., Veselov D.O., Dragunov Yu.G. Steam generators – horizontal or vertical (which type should be used in nuclear power plants with VVER?). // Atomic Energy. – 2008. – Vol. 105. – No. 3. – PP. 127-135.

парогенератор вертикальный парогенератор горизонтальный водо-водяной реактор естественная циркуляция переменные термоциклические напряжения экономайзерный участок теплообмен пароводяная смесь температурный напор жалюзийные и центробежные сепараторы защитная оболочка четырехпетлевая компоновка