1.3.2. Проекты парогенераторов для зарубежных аэс с натриевым теплоносителем.

Парогенератор для. АЭС с электрической мощностью 1320 МВт (проект, Англия). Парогенератор (схема на рис. 17) предназначается для станции с двумя стандартными турбинами. Разработаны проекты на до критические параметры пара (с многократной принудитель­ной циркуляцией (МПЦ) и прямоточный), а также на за критические параметры пара. В табл. 17 приведены основные характеристики парогенераторов для АЭС с N_э=1320 МВт. Парогенератор с МПЦ состоит из отдельных корпусов испарителя, пароперегревателя и промпароперегревателя. Прямоточные парогенераторы на до критические и за критические парамет­ры также проектируются трехкорпусными из-за нежелательности сварки труб из статей разных составов. Пароперегреватель и промпароперегреватель соединены по теплоносителю парал­лельно. Наружный диаметр корпуса теплообменников ограничивался величиной 2,75—3.1 м, считающейся оптимальной с точки зрения изготовления и транспортировки. Конструкция испарителя и пароперегревателей основного и промежуточного одинакова: верти­кальные теплообменники.

Рис. 17. Парогенератор для АЭС с жидкометаллическим теплоносителем N3=1320 МВт (проект. Англия): 1 — вход натрия; 2 — выход продуктов взаимодействия натрия с водой; 3 — трубный пучок; 4 — тепловой экран; 5 — направляю­щие трубки; 6 — выход натрия; 7 — измеритель уровня со стороны выхода натрия; 8 — вход рабочего тела; 9 — измеритель уровня со стороны входа натрия; 10— выход рабочего тела; 11 — детектор водорода; 12— выход на­трия; 13 — опора; 14 — разделительная обечайка: 15 — дренаж.

Таблица 17

Основные характеристики	Парогенераторы
		прямоточные
	с МПЦ	До крити­ческий	За крити­ческий
1	2	3	4
Электрическая мощность АЭС, МВт		1320
Тепловая мощность АЭС, МВт	3105	3105	3000
Количество на АЭС:
испарителей		6
пароперегревателей		6
промпароперегревателеи		4
Температура теплоносителя, °С:
на входе в парогенератор		560
на выходе из парогенератора на входе в испаритель	469	380 469	474
Расход теплоносителя, кг/с:
общий	13 200	13200	12 800
через пароперегреватель через промпароперегреватель	9480 3790	8470 4730	8160 4640
Общая паропроизводительность, кг/с		1250
Давление перегретого пара. МПа	16,6	16,6	25,2
Температура перегретого пара, °С		540
Температура питательной воды. °С	288	288	280
Температура пара на выходе из испарителя, °С	356	384	407
Расход пара через промпароперегреватели, кг/с	861	861	848
Давление пара, МПа:
на выходе из промпароперегревателя	3,41	3,41	4,62
на входе в промпароперегреватель	3,55	8,55	4,80
Температура пара промперегрева, °С: на выходе	540	540	640
на входе	305	810	310
Кратность циркуляции	5	1	1
Наружный диаметр груб, мм:
в испарителе		15,9
в пароперегревателе		12,7
в промпароперегревателе		25,4
Число труб
в испарителях в пароперегревателях в промпароперегревателях	6500 7400 3725	3750 7570 3640	3400 6200 2760
Эффективная длина трубы, м:
испарителя	17,1	25,1	27,7
пароперегревателя	14,5	13,8	18,6
промпароперегревателя	13,8	15,0	18,1
Внутренний диаметр корпуса, м: испарителя пароперегревателя	2,96 2,79	2,9 2,98	2,8 2,79
промпароперегревателя	2,32	2,32	2,28
Высота корпуса, м: испарителя пароперегревателя промпароперегревателя	8,05 6,5 6,09	15,02 6,22 6,98	13,4 8.78 8,63

Ряды U-образных змеевиков занимают периферийную часть теплообменника. К пло­ской трубной доске теплообменников привариваются два тороидальных коллектора ввода и вы­вода рабочего тела. Для труб теплопередающей Поверхности и корпуса испарителя предполага­ется использовать сталь с 2,25% хрома и 1% молибдена, стабилизированную ниобием и тита­ном. Трубы и корпус пароперегревателей будут изготовляться из нержавеющей стали. Толщина стенки труб, определенная расчетом, будет увеличена на 0,075 ,и 0,15 мм соответственно в ис­парителе и пароперегревателях на коррозию со стороны натрия и на 0,13 мм — на коррозию со стороны воды и пара. Добавка на утонение стенки трубы при выполнении гибов не делается. Расчетное давление для корпусов принимается равным 3,4 МПа, а для плоских трубных до­сок—1 МПа. Давление выбирается с учетом возможного воздействия ударной волны, возни­кающей при реакции натрия с водой. Из табл. 17 видно, что в прямоточном парогенераторе пар поступает в пароперегреватель уже перегретым относительно температуры насыщения на 28°С. Сделано это для того, чтобы избежать образования отложений на поверхности труб паропере­гревателя из аустенитной нержавеющей стали.

Парогенератор для АЭС с реактором электрической мощностью 1000 МВт (проект, США). Фирма «Вестингауз» разработала проект парогенератора, схема которого представлена на рис. 18, а основные характеристики — в табл. 18.

Рис. 18. Прямоточный, парогенератор с натриевым теплоносителем (проект; США): 1 — выход натрия; 2 — вход питатель­ной воды; 3 — трубный пучок; 4 — дырчатый лист: .5 — раздающие трубы; 6 — разрывная мембрана: 7 — выход натрия; 8 — газовая полость; 9 — уровень натрия; 10 — выход перегретого пара; 11 — дренаж.

Рис.19. Верти­кальный парогенератор типа БН-350 Испаритель парогенератора БН-350: а – общий вид; б – узел ввода парогенераторной воды и выхода пароводяной смеси; 1 – корпус испарителя; 2 – обратные элементы; 3 – газовая подушка; 4 – водяной объем сепаратора; 5 – подвод питательной воды; 6 – отвод пара; 7 – жалюзийный сепаратор; 8 – сепарационный барабан; 9 – уровень зеркала испарения; 10 – трубная доска; 11 – уровень натрия; 12 и 13 – отвод и подвод натрия; 14 – опускная трубка обратного элемента; 15 – собственно теплопередающая поверхность элемента (внешняя трубка) .

Таблица 18

Основные характеристики парогенератора	Значение
Тепловая мощность, МВт	1300
Температура теплоносителя, °С:
на входе	520
на выходе	348
Давление теплоносителя, МПа	0,48
Расход теплоносителя, кг/с	5380
Паропроизводительность, кг/с	620
Давление перегретого пара, МПа	16,9
Температура перегретого пара, °С	484
Температура питательной воды. °С	260
Перепад давления по теплоносителю, МПа	0,103
Перепад давления по рабочему телу, МПа	1,55
Наружный диаметр и толщина стенки труб, мм	12,7x1,65
Число труб в парогенераторе	3600
Число рядов труб в секции	20
Число змеевиков в ряду	30
Шаг между трубами по квадрату, мм	25,4
Эффективная длина трубы, м	37,8
Диаметр патрубков, мм:	204 305 1070 1070
питательной воды
перегретого пара
входа теплоносителя
выхода теплоносителя
Диаметр взрывного клапана, мм	610
Расстояние между входными и выходными патрубками рабочего тела м	11,2
Внутренний диаметр корпуса, м	4,6
Высота корпуса, м	19,8

Предполагается, что с реактором электрической мощностью 1000 МВт будут работать два парогенератора. Парогенератор прямоточный состоит из одного вертикального цилиндри­ческого корпуса, в котором расположены шесть секций плоских змеевиков, заключенных в прямоугольные обечайки. Каждая секция имеет трубные доски, вваренные в корпус в нижней и верхней его части. Трубы к трубным доскам привариваются со стороны, обращенной к натрию, чтобы избежать образования щелей между трубками и трубной доской со стороны натрия. К трубным доскам привариваются полусферические днища с патрубками для входа питательной воды и выхода перегретого пара. Натрий поступает в парогенератор через входной патрубок в верхнем эллиптическом днище и раздается шестью трубами по секциям.

Трубы теплопередающей поверхности изготовляются из сплава инколой-800. Трубные доски плакируются сплавом инконель-600 со стороны воды и натрия. В табл. 19 даны значения допускаемых напряжений (по американским нормам) для труб из сплавов инколой, инконель и стали с содержанием 2,25% хромай 1 % молибдена.

Таблица 19

Материал	Допускаемое напряжение, кгс/мм
	480°С	510°С	540°С	570°С
Инколой-800 Инконель-600 Сталь: 2,25% Сг, 1% Мо	10,0 11,2 9,8	9,85 7,4 7,75	9,7 4,93 5,48	9,55 3,50 4,08

Парогенератор с обратными элементами (проект, США). Фирма «Комбашн» разрабо­тала проект парогенератора (рис. 15), теплопередающая поверхность которого выполнена из обратных элементов (трубок Фильда). Три парогенератора будут устанавливаться с реактором электрической мощностью 1000 МВт. При номинальной нагрузке парогенератор будет работать как прямоточный, при нагрузках, меньших номинальной,— по схеме с рециркуляцией. Основ­ные характеристики парогенератора даны в табл. 20.

Испаритель и пароперегреватель располагаются в одном корпусе: пароперегреватель занимает центральную часть, испаритель — периферийную. Питательная вода поступает в то- роидальный коллектор прямоугольного сечения, расположенный в корпусе парогенератора, и из него раздается по внутренним трубкам обратных элементов испарителя. В кольцевых кана­лах обратных элементов вода нагревается до кипения и испаряется. Насыщенный пар направля­ется в сепаратор, расположенный вне корпуса парогенератора, откуда поступает в кольцевые каналы обратных элементов пароперегревателя. Перегретый пар из центральных трубок обрат­ных элементов пароперегревателя выходит в сборный коллектор и через патрубок покидает па­рогенератор.

Рис. 20 . Прямоточный парогенератор с обратными элементами для АЭС с жидкометаллическим теплоносителем (проект, США): 1 — выход натрия; 2—обратные элементы пароперегревателя; 3— тепловой экран; 4 — отвод продуктов взаимодействия натрия с водой; 5—вход питательной воды; 6 — окна для входа насыщенного пара; 7 — лаз; 8— выход перегретого пара; 9 — вход насыщенного пара; 10— камера перегретого пара; 11—коллектор питательной воды; 12— выход насыщенного пара; 13 — разовая полость; 14 — уровень натрия; 15 — разделительная обечайка; 16 — дистанционирующая решетка; 17—обратные элементы испарителя; 18 — вход натрия.

Таблица 20

Общая характеристика парогенератора	Значение
Тепловая мощность, МВт	820
Температура теплоносители, °С: на входе на выходе	550 371
Расход теплоносителя, кг/с	3310
Потеря напора по тракту теплоносителя, МПа	0,08
Паропроизводительность, кг/с	355
Давление перегретого пара, МПа	16,9
Температура перегретого пара, °С	536
Температура питательной воды, °С	256
Давление питательной воды, МПа	18,2
Характеристики пароперегревателя:
тепловая мощность, МВт	322
коэффициент теплопередачи, кВт/(м2-К)	2,93
температурный напор, °С	81
теплопередающая поверхность, м2	1400
диаметр и толщина стенки наружной трубки обратного элемента, мм	28,6х3,7
длина теплопередающей части трубки, м	9,15
диаметр разделительного кожуха секции пароперегревателя, м	1,7
диаметр и толщина стенки наружной трубки обратного элемента испарителя, мм	28,6x2,4
Характеристики участка испарителя с, ухудшенной теплоотдачей:
тепловая мощность, МВт	144
коэффициент теплопередачи. кВт/(м2-К)	4,75
температурный напор, °С	115
теплопередающая поверхность, м2	274
длина трубы участка, м	2,29
Характеристики участка испарителя с развитым пузырьковым кипением:
тепловая мощность, МВт	141
коэффициент теплопередачи. кВт/(м2-К)	4,98
температурный напор, °С	74
теплопередающая поверхность, м2	434
длина трубы участка, м	3,5
Характеристика экономайзерного участка испарителя:
тепловая мощность, МВт	223
коэффициент теплопередачи, кВт/(м2-К)	4,12
температурный напор, °С	101
теплопередающая поверхность, м2	606
длина трубы участка, м	4,88
наружный диаметр испарительной секции, м	2,7
внутренний диаметр испарительной секции, м	1,98
Наружный диаметр корпуса парогенератора, м	3,03
Высота парогенератора, м	17,26
Вес парогенератора, т	350

Для уменьшения теплопередачи через внутренние трубки обратных элементов последние име­ют двойные стенки с зазором, заполненные газом.

Теплоноситель входит в парогенератор через патрубки в нижнем днище, продольно обтекая трубный пучок пароперегревателя. В верхней части поток делает поворот на 180°, движется вдоль труб испарителя и через патрубки в нижней части корпуса выходит из парогенератора. В верхней части корпуса имеются газовое пространство, заполненное аргоном, и патрубок для взрывного клапана.

В качестве конструкционных материалов предполагается использовать:

а) для корпуса — ферритную сталь (2,25% хрома, 1% молибдена), плакированную ферритным сплавом для предотвращения обезуглероживания;

б) для трубных досок, труб и коллекторов — ферритную сталь с содержанием 9—12% хрома, имеющую более высокие прочностные характеристики, чем сталь с 2,25% хрома.

Рис 21. Парогенератор АЭС «Суперфеникс»

1 — ремонтный люк; 2 — вход натрия; 3 — выход пара; 4 — трубы поверхности нагрева; 5 — вход пи­тательной вод; 6 — выход натрия; 7 — уровень натрия; 8 — газовая полость.

Второй контур
Общая масса натрия во втором контуре	1500 т
Номинальный расход	4 x 3,3 т/с
Температура на выходе из парогенератора	345 °С
Температура на входе из промежуточного теплообменника ( ПТО )	345 °С
Температура на выходе из промежуточного теплообменника ( ПТО )	525 °С
Температура на входе в парогенератор	525 °С
Пароводяной контур
Температура на входе в парогенератор	235 °С
Давление воды на входе в парогенератор	21 МПа
Температура пара на стопорных клапанах турбины	487 °С
Давление пара на стопорных клапанах турбины	17,7 МПа
Номинальный расход	4 x 340 кг/с

Характеристика парогенератора АЭС «Суперфеникс» .

Параметр
Число модулей на одну петлю	1
Нормированные эксплуатационные показатели
Тепловая мощность	750 МВт
Температура входа натрия	525°С
Температура выхода натрия	345°С
Температура питательной воды	237°С
Температура острого пара	490°С
Расход острого пара	340кг/с-1
Материал труб	Incalloy 800

КОНСТРУКЦИИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ. КОНСТРУКЦИИ ЗАРУБЕЖНЫХ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ.

1. В практике зарубежного парогенераторостроения для АЭС с реакторами, охлаждаемыми водой под давлением (PWR), наиболее широко используются два основных типа парогенерато­ров: с естественной и с принудительной циркуляцией (прямоточные).

При разработке новых конструкций наблюдается тенденция к уменьшению числа петель цир­куляции и увеличению единичной мощности парогенераторов, поскольку при этом уменьшает­ся относительная стоимость тепломеханического оборудования, сокращается протяженность коммуникаций, количество арматуры и насосов. Уменьшение числа петель связано с предъяв­лением повышенных требований к надежности работы тепломеханического оборудования.

2. Вертикальные однокорпусные парогенераторы насыщенного пара с естественной циркуля­цией теплоносителя во II контуре разработаны в США фирмой «Вестингауз электрик» для АЭС с реакторами PWR в трех- и четырехпетлевом исполнении электрической мощностью 300 МВт (модель Д) и 350 МВт (модель Е). Парогенератор фирмы «Вестингауз электрик» (модель Е) показан на черт. 1 и состоит из пучка испарителя и двухступенчатого сепаратора. Пучок испа­рителя набирается из U-образных труб, концы которых закреплены в плоской горизонтальной трубной доске. Трубная доска расположена в нижней части корпуса и образует верхнюю крыш­ку подводящей и отводящей камер теплоносителя I контура.

3. Вертикальные однокорпусные парогенераторы большой мощности насыщенного пара с естественной циркуляцией теплоносителя во II контуре разработаны в США фирмой «Комбасчен инжиниринг» для АЭС с реакторами PWR «Система-80» в двухпетлевом исполнении элек­трической мощностью по 400 МВт. Парогенератор типа «Система-80» показан на черт. 2. Парогенератор оснащен встроенным экономайзерным участком, позволяющим осуществить распределение потока питательной воды в зависимости от тепловой нагрузки и улучшить ха­рактеристики парогенератора в зоне низких температур теплоносителя.

4. Вертикальные однокорпусные парогенераторы большой мощности насыщенного пара с естественной циркуляцией теплоносителя во II контуре разработаны в ФРГ фирмой «Дойче Бабкок и Вилькокс» для АЭС с реакторами PWR в двухпетлевом исполнении. Парогенератор АЭС Библис состоит из пучка испарителя, собранного из U-образных труб, и двухступенчатого сепаратора. Трубный пучок помещен в корпус в кольцевом кожухе, чем обеспечивается органи­зация циркуляции. Отличительной особенностью этого парогенератора является внутрикорпусное кольцевое дроссельное устройство для регулирования кратности циркуляции.

5. Все элементы этих парогенераторов, работающие под давлением, изготовлены из углероди­стых или низколегированных сталей. Трубная доска плакирована со стороны теплоносителя никелевым сплавом инконель-600. Трубы парогенераторов изготовлены из сплава инконель- 600. Для обеспечения высокой плотности заделки концы труб приварены к наплавке, для при­дания механической прочности и исключения источников щелевой коррозии трубы развальцо­вываются взрывом по всей толщине трубной доски. Заделка труб в трубные доски является же­сткой.

6. Вертикальные однокорпусные прямоточные парогенераторы слабоперегретого пара со встроенным экономайзером разработаны в США фирмой «Бабкок и Вилькокс» для АЭС с реак­торами PWR в двухпетлевом исполнении. Парогенератор фирмы «Бабкок и Вилькокс» для АЭС Окони показан на черт. 3 и представляет собой прямотрубный теплообменник, помещенный в прочный корпус. Трубы теплообменного пучка вварены в верхнюю и нижнюю трубные доски. Парогенератор той же фирмы для установки «Бабкок-241» показан на черт. 4 и представляет собой прямотрубный аппарат, выполненный по прямоточному циклу с экономайзерным участ­ком без частичной рециркуляции для предварительного подогрева питательной воды.

7. Вертикальный однокорпусный прямоточный парогенератор разработан во Франции для ус­тановки Трепо. В этом парогенераторе с целью улучшения компенсации разности термических деформаций корпуса и трубного пучка применены трубы с волнистыми погибами.

8. Способы дистанционирования парогенерирующих труб, применяемые зарубежными фирмами, существенно различаются. Наиболее часто употребляемые виды дистанционирования представлены на черт.

Парогенератор тина «Система-80» фирмы «Комбасчен инжиниринг»

Так, в частности, фирма «Вестиигауз» использовала штампованные пластины с овальными от­верстиями, длинная ось которых В разных решетках ориентирована в различных направлениях. Фирма «Крафтверк унион» использовала решетки с ромбической ячейкой, собранные из пло­ских прорезных пластин. Фирма «Бабкок и Вилькокс» в парогенераторе Окони использовала плоские штампованные решетки с круглыми проходными окнами, снабженными тремя высту­пами, а в настоящее время применяет решетки сотового типа. Фирма «Дойче Бабкок и Виль­кокс» устанавливает и шахматном порядке полукруглые решетки, создавая поперечный поток двухфазной смеси. В парогенераторе установки Трепо трубы устанавливают концентрическими слоями от центра к периферии, дистанционируя кольцевыми пластинами, к которым привари­вают полые распорки. Полость в распорках служит для прохода теплоносителя. По вибромеханическим характеристикам все перечисленные виды дистанционирующих уст­ройств близки к шарнирным заделкам.

76