Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 26 июля, печатный экземпляр отправим 30 июля
Опубликовать статью

Молодой учёный

Эксплуатация системы оборотного водоснабжения на АЭС с реакторной установкой ВВЭР-1200

Технические науки
30.04.2025
16
Поделиться
Библиографическое описание
Быковский, Д. В. Эксплуатация системы оборотного водоснабжения на АЭС с реакторной установкой ВВЭР-1200 / Д. В. Быковский. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2025. — № 18 (569). — С. 84-88. — URL: https://moluch.ru/archive/569/124688/.


Современное развитие атомной энергетики в России связано с масштабной эксплуатацией серийных блоков и строительством новых АЭС с мощностью до 1200МВт, отвечающими повышенными требованиями к безопасности и несению электрической мощности в соответствии с диспетчерскими графиками нагрузки, а также в режимах суточной маневренности.

Введение

Система оборотного водоснабжения энергоблока спроектирована по замкнутой оборотной схеме водоснабжения с башенной испарительной градирней на естественной тяге с противоточной схемой движения охлаждаемой воды и воздуха. Охлаждение в градирне происходит за счет теплоотдачи при контакте воды с воздухом (конвекция) и за счет ее испарения на оросителях (массоотдача).

В зависимости от требований, предъявляемых к теплообменному оборудованию предусмотрены две системы охлаждения на градирне:

– система основной охлаждающей воды предназначена для отвода тепла от конденсаторов турбоустановки и теплообменников системы вакуумирования конденсаторов, система обеспечивает конденсацию отработанного пара в турбине с требуемой величиной вакуума, что, в конечном итоге, влияет на мощность турбоагрегат;

– система охлаждения неответственных потребителей, обеспечивающая отвод тепла от воздухоохладителей электродвигателей насосных агрегатов, воздухоохладителей возбудителя генератора, маслоохладителей системы смазки турбины, теплообменников системы охлаждения ротора и статора генератора, холодильных машин, резервной дизельной электростанции, компрессорной и другого вспомогательного оборудования.

Принципиальная схема оборотного водоснабжения приведена на рис.1.

Для восполнения потерь, за счёт упаривания теплоносителя, из системы оборотного водоснабжения предусмотрена система подпитки из источника водоснабжения реки Дон.

Система основной охлаждающей воды состоит из:

– системы механической очистки охлаждающей воды;

– системы трубопроводов охлаждающей воды;

– четырёх циркуляционных насосов основной охлаждающей воды;

– системы оборотной воды в градирне.

Системы охлаждения неответственных потребителей состоит из:

– двух насосов технического водоснабжения для охлаждения потребителей в здании турбины;

– двух насосов для охлаждения резервной дизельной электростанции;

– четырёх насосов для охлаждения теплообменного оборудования холодильных машин и компрессоров.

Вода, охлаждённая в градирне по отводящему каналу холодной воды градирни поступает в водоподводящий канал блочной насосной станции. Водоподводящий канал предназначен для выравнивания уровня воды и для механической очистки воды после градирни.

Система механических очистных устройств включает в себя две ступени очистки воды: сороудерживающие решётки для очистки от крупного мусора и плавающих предметов крупнее 68 мм и водоочистные вращающиеся сетки для очистки воды от плавающего мусора размером от 5мм до 68мм.

Принципиальная схема оборотного водоснабжения

Рис. 1. Принципиальная схема оборотного водоснабжения

Из водоподводящего канала охлаждающая вода забирается четырьмя циркуляционными насосами и по напорным трубопроводам подается в здание турбины на конденсаторы турбоустановки и на теплообменники вакуумной установки.

После конденсаторов и теплообменников вакуумной установки нагретая вода под остаточным напором по сливным трубопроводам поступает в трубопроводы водораспределения градирни. После охлаждения в градирне вода поступает в водоподводящий канал блочной насосной станции, цикл оборотной системы водоснабжения замыкается.

Анализ

Системы оборотного водоснабжения современных энергоблоков базируются на применении башенных испарительных градирен. При эксплуатации системы оборотного водоснабжения температура воды на входе в конденсаторы турбин находится в прямой зависимости от температуры окружающего воздуха. В период высоких летних температур, с целью недопущения превышения допустимого давления в конденсаторе, предпринимается вынужденное ограничение по несению электрической нагрузки. Для минимизации недовыработки электроэнергии остро встает вопрос об оптимизации работы системы отвода тепла в окружающую среду.

В оборотных системах водоснабжения в результате многократной циркуляции охлаждающей воды происходит ускоренный рост общей минерализации. Содержащиеся в воде нестабильные гидрокарбонаты разлагаются до карбонатов, загрязняющих теплообменные поверхности оборудования, что вызывает ухудшение теплообмена и снижение технико-экономических показателей работы оборудования.

Охлаждающая вода должна обладать качеством, которое обеспечивает требуемую глубину вакуума в конденсаторе, не вызывает при нагреве образования минеральных отложений и биологических обрастаний, коррозию оборудования и трубопроводов. Однако ввиду больших расходов (до 145 тыс.м 3 /ч), проведение тщательной очистки охлаждающей воды не целесообразно.

Способ обработки воды в целях предотвращения загрязнения теплообменного оборудования выбирается в зависимости от:

– качества охлаждающей воды;

– характера отложений;

– типа и условий работы системы охлаждения.

При выявлении выраженной накипеобразующей способности воды (гидрокарбонатного класса) методы обработки должны быть направлены на:

– уменьшение карбонатной жесткости и карбонатного индекса;

– снижение коэффициента упаривания;

– стабилизацию солей в циркуляционной воде и вывод шлама из системы.

С целью определения технических характеристик работы БИГ необходимо проводить балансовые испытания, которые с учетом проведения измерений и обработкой результатов замеров занимают продолжительное время, требуют дополнительных финансовых затрат, установку дополнительных измерительных приборов. Для оперативного мониторинга отклонений необходимо сравнение температуры охлажденной в БИГ воды с проектными номограммами гидротермических характеристик. С целью определения температуры охлажденной воды в БИГ от прогнозируемой температуры воздуха, для определения возможности несения заданного диспетчерского графика электрической мощности, необходимо построение фактических номограмм, которые могут отличаться от заявленных производителем проектных характеристик.

В качестве примера, объектом проведения испытаний были выбраны башенные испарительные градирни БИГ энергоблоков с РУ ВВЭР-1200 Нововоронежской АЭС-2.

Натурные испытания проводились при различных климатических параметрах:

– при температурах атмосферного воздуха выше 20 0 С — 2÷3 сентября 2020 года;

– при температурах атмосферного воздуха 5÷20 0 С — 13÷14 октября 2020 года.

В дополнение к штатным приборам контроля, использовались мобильная метеостанция (с целью определения относительной влажности атмосферного воздуха, скорости ветра, барометрического давления) и переносной анемометр для определения скорости воздуха над оросительным пространством.

Испытания проводились по программе, разработанной в соответствии с СО 34.22.402–94 «Типовая инструкция по приёмке и эксплуатации башенных испарительных градирен».

Испытания проводились при постоянной гидравлической нагрузке. Остальные режимы рассчитываются математически, с использованием архивных данных измерений.

Характеристики градирни определяются путем совместного решения следующих уравнений, описывающих процесс испарительного охлаждения циркуляционной воды:

– уравнение теплового баланса;

– уравнение материального баланса.

Уравнение материального баланса имеет вид:

L ГН + L ЖК = L ГК + L ЖН , где:

L ГН массовый расход воздуха на входе в градирню, кг/с;

L ЖК — массовый расход воды на входе в градирню, кг/с;

L ГК — массовый расход воздуха на выходе из градирни, кг/с;

L ЖН — массовый расход воды на выходе из градирни, учитывая потери, кг/с.

Уравнение теплового баланса имеет вид:

Qвод1 + Q возд1 = Qвод2 + Qвозд2 + Qп, где:

Qвод1 — количество теплоты в воде на входе в градирню, кДж;

Qвозд1 — количество теплоты в сухом воздухе на входе в градирню, кДж;

Qвод2 — количество теплоты в воде на выходе из градирни, кДж;

Qвозд2 — количество теплоты во влажном воздухе на выходе из градирни, кДж;

Qп — потери теплоты, связанные с теплообменом, каплеуносом, нагревом несущих строительных конструкций и т. д.

После проведения расчетов БИГ Энергоблока № 1:

– уравнение теплового баланса сводится к: 7863898,0 кДж = 7861906,8 кДж;

– уравнение материального баланса сводится к: 72917,3 кг/с = 72918,0 кг/с.

Для БИГ Энергоблока № 2:

– уравнение теплового баланса сводится к: 7828217,0 кДж = 7822527,4 кДж;

– уравнение материального баланса сводится к: 73061,0 кг/с = 73060,5 кг/с.

После решения данных уравнений приходим к выводу, что показания штатных приборов коррелируют друг с другом при расчете теплового и материального балансов градирни без серьезных отклонений.

Данные по расходу и температуре циркуляционной воды получены со штатных датчиков системы мониторинга параметров работы градирни (архивные протоколы).

Суммарный расход циркуляционной воды 34088 (датчик 1) + 34284 (датчик 2) + 34088 (датчик 3) + 33892 (датчик 4) = 139352 м3/ч.

Добавляем количество воды на вспомогательное оборудование 139352 + 6000 = 142352 м3/ч.

Дополнительно при проведении тепловых расчетов была внесена поправка на объем и температуру подпиточной воды в размере:

02.09.2020 и 03.09.2020–4200 м 3 /ч, температура воды 22 °C.

13.10.2020 и 14.10.2020–4200 м 3 /ч, температура воды 16 °C.

Данная поправка учтена при расчёте и не требует дополнительных манипуляций для определения температуры охлаждающей воды.

Результаты испытаний:

Энергоблок № 1

Расход воды на градирню, м 3

Температура воды, подаваемой на градирню, °C

Температура воды в чаше градирни, °C

Охлаждающая способность градирни, °C

1

145509

44,5

33,3

11,2

2

138100

44,7

33,6

11,2

3

138435

45,1

33,8

11,3

4

145352

45,4

34,1

11,3

5

144624

45,7

34,5

11,3

6

145053

46,5

35,2

11,3

7

144885

46,7

35,5

11,3

8

145139

47,2

35,8

11,4

9

144781

47,6

36,2

11,5

10

145259

47,7

36,4

11,4

11

139859

47,9

36,5

11,5

12

145139

47,2

35,8

11,4

Энергоблок № 2

Расход воды на градирню, м 3

Температура воды, подаваемой на градирню, °C

Температура воды в чаше градирни, °C

Охлаждающая способность градирни, °C

1

153040

41,3

29,6

11,7

2

152629

41,7

30,0

11,7

3

154117

41,8

30,1

11,7

4

153021

42,2

30,4

11,8

5

133859

42,6

30,8

11,8

6

153173

43,1

31,2

11,9

7

153629

43,5

31,8

11,7

8

153333

43,7

31,8

11,9

9

154552

43,7

32,0

11,8

10

155125

43,7

31,8

11,9

11

154795

43,6

31,9

11,7

12

154293

43,8

32,1

11,7

Результат:

Режим работы проектный

Гидравлическая нагрузка 100 % (145489 м3/ч)

Температура воздуха 28,6 °C

Относительная влажность 40 %

БИГ Энергоблок № 1

Измеряемый параметр

Фактический

Проектный

Температура нагретой воды, °С

48,5

42,9

Температура охлажденной воды, °С

36,6

31

Разница температур, °С

11,9

11,9

Темп-ра воздуха по влаж. терм-ру, °С

19,1

19,1

Глубина охлаждения, °С

17,5

11,9

Отклонение от проектной глубины охлаждения, °С

5,6

БИГ Энергоблок № 2

Температура нагретой воды, °С

45,2

42,9

Температура охлажденной воды, °С

33,3

31

Разница температур, °С

11,9

11,9

Темп-ра воздуха по влаж. терм-ру, °С

19,1

19,1

Глубина охлаждения, °С

14,2

11,9

Отклонение от проектной глубины охлаждения, °С

2,3

Вывод:

Было обнаружено значительное количество солей в циркуляционной воде, и как следствие серьезные отложения на технологическом оборудовании и строительных конструкциях.

Отложения на технологическом оборудовании влекут за собой:

– резкое снижение эффективности работы;

– повышение температуры охлажденной воды;

– изменение положения разности температур (вход/выход) в градирне вверх по температурной шкале;

– увеличение аэродинамического сопротивление оросительного устройства и градирни в целом, из-за уменьшения его проходного сечения;

– снижение проектной тепловой нагрузки на градирню.

Солевые отложения связаны с очень низким количеством подпиточной воды. Для градирен, использующих подпиточную воду из открытых водоемов без предварительной подготовки (согласно «Охрана окружающей среды: процессы и аппараты защиты гидросферы» п. 6.2 Оборотное водоснабжение), рекомендуемое количество продувочной воды составляет 5–10 % от гидравлической нагрузки. Таким образом рекомендуется продувать не менее 7300 м 3 /ч воды оборотного цикла. Учитывая, что к этой цифре прибавляются потери на испарение (около 2600 м 3 /ч), каплеунос, вынос воды через воздуховходные окна, то необходимый объем подпитки должен составлять около 10000 м 3 /ч.

Литература:

  1. Проектная документация. Нововоронежская АЭС-2. Раздел 5. 5.7. Технологическиерешения. 5.7.5. Техническое водоснабжение и гидротехнические решения.NW2P.B.372.&.050705.0201&.024.DP.0001K. ООО «ЭНЕРГОМАШКАПИТАЛ». 2013.
  2. СО 34.22.402–94 «Типовая инструкция по приемке и эксплуатации башенных градирен» «ОРГЭС Москва 1997.
  3. Технический отчет. Определение и анализ технических характеристик башенных испарительных градирен энергоблоков № 1,2 Нововоронежской АЭС-2. ООО «Каскад» Москва 2020.
  4. РД 34.09.212 «Указания по нормированию показателей работы гидроохладителей в энергетике» «Южтехэнерго» 1981.
  5. Турбина паровая К-1200–6,8/50 Расчетно-справочные данные Нововоронежская АЭС-2, блоки 1 и 2 NW2O.E.201.&.0UMA&&.MA&&&.021.RG.0001 9730001 PP 0201. «Силовые машины. Филиал ЛМЗ» Санкт-Петербург. 2010.
  6. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. СНиП 2.04.02–84 «ФГУП ЦПП» Москва. 2006.
Можно быстро и просто опубликовать свою научную статью в журнале «Молодой Ученый». Сразу предоставляем препринт и справку о публикации.
Опубликовать статью
Молодой учёный №18 (569) май 2025 г.
Скачать часть журнала с этой статьей(стр. 84-88):
Часть 2 (стр. 75-159)
Расположение в файле:
стр. 75стр. 84-88стр. 159

Молодой учёный