Диплом. 1 яэу ледокола
 Скачать 489 Kb.
|
Однако при применении воды в качестве теплоносителя возникает ряд трудностей.Для получения высокой температуры теплоносителя следует увеличивать его давление. Вследствие этого возрастают толщины стенок корпусов, трубопроводов и растет масса ППУ.Поскольку возможности повышения температуры теплоносителя ограничены давлением, то температура пара не превышает значений 260 310С [11], что снижает термодинамический КПД цикла. Вода является хорошим растворителем, что усложняет ее очистку. Кроме того, вода отличается высокой коррозионной активностью, которая усиливается при наличии в воде растворенных примесей. Из-за сильной зависимости удельных объемов воды от температуры приходится применять специальную систему, компенсирующую температурные изменения объема теплоносителя и связанные с этим колебания давления. Эти и другие обстоятельства необходимо учитывать при проектировании ядерных энергетических установок. Развитие судовой ядерной энергетики идет по пути создания надежных компактных высокоэкономичных установок с высокими технологическими качествами и меньшей по сравнению с другими установками металлоемкостью, удобных для автоматизации и управления. Успехи судовой ядерной энергетики непосредственно зависят от достижений ряда основополагающих областей науки и техники. К ним следует отнести ядерную физику и реакторостроение, теплофизику и производство теплообменного оборудования, материаловедение, технологию. 1 ЯЭУ ледокола. 1.1 Схема энергетической установки. 1.1.1 Характеристики и назначение основного оборудования и систем ППУ. ППУ ледокола типа «Арктика» состоит из двух автономных блоков. Каждый из них включает в себя реактор водо-водяного типа, четыре парогенератора, четыре циркуляционных насоса, компенсаторы объема, фильтр, холодильник фильтра и прочее оборудование. Водо-водяной ядерный реактор представляет собой вертикальный цилиндрический толстостенный сосуд с выпуклым днищем и является основной, наиболее ответственной частью ППУ. Конструкция реактора в целом и всех его элементов и узлов должна обладать чрезвычайно высокой надежностью, так как осмотр, замена или ремонт большинства частей реактора затруднены, а часто и вообще невозможны из-за высокой радиоактивности. Корпус реактора изготовлен из низколегированной теплостойкой стали и с внутренней стороны покрыт антикоррозионной наплавкой. В конструкции реактора применена самоуплотняющаяся крышка с клиновой прокладкой и нажимным фланцем. Для защиты корпуса от излучений используются боковые и торцевые экраны. Подвод и отвод теплоносителя (ТН) первого контура осуществляется в верхней части корпуса реактора. Такое решение позволяет снизить опасность ухода радиоактивного теплоносителя в случае крупной течи в первом контуре. С целью уменьшения гидравлических сопротивлений применяется одноходовая активная зона (АЗ). АЗ состоит из тепловыделяющих сборок (ТВС), расположенных в узлах правильной решетки. Компенсация реактивности, обусловленной температурным эффектом, выгоранием топлива в процессе кампании (работы), и необходимая подкритичность реактора осуществляется системой компенсирующих (поглощающих) стержней. Они расположены между ТВС и перемещаются в специальных направляющих трубах. Контроль температуры ТН первого контура на входе и выходе АЗ осуществляется с помощью термопар и термометров сопротивления. Для быстрой остановки реактора предусмотрена система аварийной защиты. Она состоит из 16 поглощающих стержней, объединенных в четыре независимых группы. Стержни аварийной защиты вводятся в АЗ по аварийным сигналам (остановка ЦНПК, повышение давления в первом контуре сверх допустимого и др.). На крышке установлены приводы СУЗ. Возможность ядерного взрыва даже при расплавлении АЗ исключена. Парогенератором (ПГ) называется агрегат, в котором за счет теплоты, переносимой теплоносителем из реактора, осуществляется генерация пара. Выполнен ПГ в виде вертикальной цилиндрической камеры с эллиптическим днищем. Внутри корпуса расположена трубная система, изготовленная из коррозионно-стойкого материала. С целью повышения живучести и ремонтопригодности трубная система разделена на 20 парогенерирующих секций и закреплена на крышке ПГ. Возможна также замена трубной системы ПГ целиком. Рабочее тело (РТ) второго контура двигается внутри труб, а ТН первого контура в межтрубном пространстве. В этом случае трубы испытывают напряжения сжатия, так как давление ТН выше давления во втором контуре, что препятствует возникновению и развитию трещин в стенках труб. Попадание ТН даже через микротечи недопустимо. Циркуляционный насос первого контура (ЦНПК) представляет собой агрегат, состоящий из центробежного насоса и герметичным электродвигателя, выполненных в едином блоке. ЦНПК создает напор, за счет которого обеспечивается циркуляция теплоносителя. Насос двухскоростной с частотами вращения 300 и 100 мин^(-1). На номинальном режиме насос обеспечивает подачу 0,23м^3/с и создает напор 0,4МПа[11]. Статор электродвигателя отделен от ротора, находящегося в среде первого контура, нихромовой «рубашкой». Отсутствие сальниковых уплотнений исключает протечки ТН во внешнее пространство. Смазка и охлаждение трущихся поверхностей подшипников, а также охлаждение ротора, нихромовой перегородки и статора электродвигателя осуществляются ТН первого контура, который отдает тепло третьему контуру во встроенном четырехсекционном змеевиковом холодильнике. ЦНПК располагаются непосредственно в биологической защите. Все перечисленное оборудование относиться к системе циркуляции ТН. Система компенсации объема предназначена для компенсации изменения объема теплоносителя, заполняющего первый контур ядерной ППУ, и поддержания в заданных пределах давления в первом контуре. Объем теплоносителя во время работы СЯЭУ изменяется в результате изменения его температуры. Для выполнения своих функций система компенсации объема ТН должна содержать две группы элементов. Первая группа предназначена для компенсации изменения объема ТН, вторая – для создания необходимого избыточного давления в первом контуре ППУ и поддержания его в заданных пределах во время работы СЯЭУ. Для компенсации изменения объема теплоносителя в ядерной ППУ применяются емкости – баллоны, соединенные с основным объемом первого контура трубопроводами. Баллоны обычно называют компенсаторами объема. Давление ТН может быть создано путем заполнения объема над поверхностью теплоносителя в компенсаторах объема газом, сжатым до требуемого давления. В состав группы элементов, служащих для создания и поддержания давления ТН, входят баллоны с газом, связанные с компенсаторами объема трубопроводами. Система подпитки первого контура ППУ предназначена для компенсации небольших потерь ТН. Потеря возможна в нормальных эксплуатационных условиях в результате взятия проб теплоносителя для анализа его качества. Однако основной причиной потери ТН бывает нарушение плотности оборудования первого контура. Нарушение плотности рассматривается как авария ППУ. Работа такой установки должна быть прекращена, причем решение о выводе ее из действия следует принимать независимо от размеров утечки теплоносителя, даже в тех случаях, когда потеря его не угрожает нарушением условий охлаждения АЗ реактора и повреждением тепловыделяющих элементов. Предусмотренные в составе установки средства радиационной безопасности могут оказаться не в состоянии компенсировать рост радиоактивности. Поэтому при обнаружении утечки ТН первого контура ППУ переводится в режим расхолаживания и в работу включается система подпитки. Контроль за массой теплоносителя в первом контуре ППУ можно вести, наблюдая за его уровнем в компенсаторах объема с помощью дистанционных измерителей уровня. Система подпитки состоит из двух подпиточных насосов небольшой производительности, создающих напор, превышающий рабочее давление в первом контуре, и емкостей с запасом бидистиллята высокой чистоты с соответствующими трубопроводами и арматурой. Система очистки теплоносителя предназначена для удаления из воды первого контура во время работы ППУ взвешенных и растворенных примесей. Основными причинами загрязнения ТН являются процессы коррозии и эрозии материалов первого контура, примеси в подпиточной воде, а также газовые и другие продукты деления ядерного топлива. Примеси могут привести к выпадению отложений на оболочках ТВЭЛов и недопустимому повышению температуры вследствие ухудшения условий теплообмена. Система очистки включает в себя механические фильтры, предназначенные для удаления взвешенных частиц, и ионообменные – для удаления растворенных примесей. Наполнителями ионообменных фильтров служат анионитовые и катионитовые органические смолы. Длительная работа ионообменных смол возможна при температурах не более 60 С. Теплоноситель же имеет температуру, существенно более высокую. Для охлаждения ТН предусмотрен холодильник фильтра. Обычно холодильник имеет змеевиковую поверхность теплообмена, охлаждаемую водой из системы охлаждения ППУ. Отбор ТН в систему очистки производится из напорной линии ЦНПК, а возврат во всасывающую линию. Поэтому система очистки не имеет своих насосов и расход теплоносителя обеспечивается за счет перепада давления между выбранными точками первого контура. Система охлаждения предназначена для отвода тепла от оборудования ППУ при длительной работе СЯЭУ. Значительная часть оборудования ППУ для нормального функционирования нуждается в охлаждении. К охлаждаемому оборудованию относятся: электродвигатели ЦНПК; холодильник фильтра; оборудование СУЗ; биологическая защита. Оборудование непосредственно охлаждается водой высокой чистоты. Эта часть системы охлаждения называется третьим контуром ППУ. Вода высокой чистоты третьего контура в промежуточном теплообменнике III-IV контуров передает теплоту забортной воде (IV контур). Для контроля за наведенной активностью воды третьего контура после сборного коллектора устанавливается датчик - активности. Для очистки воды третьего контура от продуктов коррозии и радиоактивных нуклидов между раздаточным и сборным коллекторами устанавливается ионообменный фильтр третьего контура. Система расхолаживания предназначена для отвода тепла из АЗ реактора во время пуска и остановки ППУ. При пуске ППУ горячая вода, пароводяная смесь и пар низких параметров, первоначально получаемые в парогенераторах, с помощью данной системы отводится в специально предусматриваемый в составе оборудования второго контура стояночный безвакуумный конденсатор, используемый также для приема излишков свежего пара ППУ при неработающей главной конденсационной установке. Отвод остаточного тепловыделения после остановки реактора производится обычно через ПГ с помощью ЦНПК, получающих электроэнергию от предварительно введенного в работу резервного источника. В случае срабатывания системы аварийной защиты предусматривается одновременное прохождение сигнала на автоматический запуск резервного дизель-генератора, но время запуска последнего до момента приема нагрузки составляет не менее 20 секунд. Для снабжения электроэнергией ЦНПК и других ответственных потребителей ППУ в течение этого промежутка времени необходимы постоянно заряженные аккумуляторные батареи достаточно большой мощности и емкости. Наилучшим решением вопроса являются такая и конструктивное исполнение ППУ, при которых в случае обесточивания ЦНПК устанавливается естественная циркуляция ТН первого контура с необходимой для отвода остаточного тепловыделения интенсивностью. Возможен также отвод остаточного тепловыделения с помощью специальной системы расхолаживания, состоящей из отдельного контура циркуляции теплоносителя только через АЗ с небольшим электроциркуляционным насосом и холодильником, прокачиваемым забортной водой. Такая система исключает необходимость использования основного оборудования ППУ в режиме расхолаживания. Система дренажа, хранения и удаления жидких радиоактивных отходов предназначается для осуществления частичного дренирования первого контура, воздухоудаления, а также при сливе теплоносителя пред отбором проб. Система состоит из трубопроводов, дренажной цистерны и дренажного насоса. Система аварийной проливки применяется при авариях, связанных с разрывом трубопровода первого контура. При этом принудительная циркуляция через АЗ прекращается, а истечение теплоносителя через сечение разрыва может привести к оголению АЗ и ее последующему расплавлению. По сигналу падения давления в первом контуре автоматически вводятся в действие насосы аварийной проливки, подающих воду в реактор из цистерны запаса питательной воды по двум автономным магистралям. Полное расхолаживание установки обеспечивается работой насосов системы удаления активных вод. Система состоит из трех (один резервный) высоконапорных аварийных проливочных насосов подачей по 20м^3/ч и давлением нагнетания 10МПа, трубопроводов и арматуры. Система вентиляции (вакуумирования) обеспечивает удаление радиоактивных газов и аэрозолей и поддержание необходимой температуры и влажности в помещениях реакторного отсека. При размещении оборудования первого контура в газоплотном отсеке обычно используется система вдувной и вытяжной вентиляции. Для предотвращения распространения радиоактивных газов эта система поддерживает разное разряжение в различных помещениях реакторного отсека (в интервале от 200 до 600 Па), тем большее, чем выше возможная радиоактивность воздуха в помещении. Таким образом, обеспечивается постоянное движение воздуха только в одном направлении – из обслуживаемых помещений в необслуживаемые. Вытяжные вентиляторы, удаляющие воздух из газоплотного отсека, размещаются в отдельном помещении с ограниченным доступом. Для очистки воздуха с повышенным содержанием радиоактивных газов и аэрозолей устанавливаются специальные фильтры с биологической защитой. Биологическая защита (БЗ). В процессе работы реактора возникают нейтронное и ионное излучения, обладающие большой проникающей способностью. Биологическая защита должна поглощать все излучения, снижая их до пределов, безопасных для человеческого организма. Материалами защиты служат металл, бетон, вода, свинец, карбид боа и другие. БЗ служит опорой для части оборудования ЯППУ, поэтому она должна иметь повышенную прочность, исключающую возможность разрушения ее вследствие ударов и вибрации. Конструкция защиты должна позволять производить ремонтные работы, перегрузку ТВС и замену оборудования ППУ при ее минимальном демонтаже. Массогабаритные показатели БЗ в судовых ЯЭУ должны быть минимальными. Принципиальная схема ППУ ледокола приведена на рис. 1. 1.1.2 Характеристики и назначение основного оборудования и систем ПТУ. Паротурбинные установки (ПТУ) судовых ЯЭУ по принципу работы, составу основных механизмов и систем принципиально не отличаются от обычных ПТУ на органическом топливе. Однако они обладают некоторыми специфическими особенностями, которые определяются типом ЯППУ, а также начальными параметрами пара и необходимостью обеспечения безопасной работы ЯППУ как в нормальных, так и в аварийных условиях. Специфические условия работы ледокола (часто и резко меняющаяся мощность) определяют для установки электрическую передачу на движитель. Также в связи с этими условиями отсутствует регенеративный отбор пара. К числу основных систем ПТУ относятся: - конденсатно-питательная система (КПС); - система смазки ПТУ; - циркуляционная система главного конденсатора (ГК). Основным назначением КПС ПТУ является бесперебойное питание ПГ питательной водой требуемого качества. Первое требование к КПС – надежное действие на всех эксплуатационных режимах СЯЭУ. Рабочее тело второго контура воспринимает тепловую энергию, переносимую в ПГ теплоносителем первого контура из АЗ реактора. Поэтому нарушение работы КПС вызовет изменение параметров первого контура и в первую очередь АЗ ядерного реактора. Это может создать условия, угрожающие дальнейшей безопасной эксплуатации судовой ЯЭУ. В ПТУ ледокола «Арктика» используются два главных турбогенератора (ГТГ), энергия которых передается только на ходовые электродвигатели системы главной энергетической установки. Турбины ГТГ выполнены однокорпусными, однопроточными с прямой передачей мощности главным генераторам (ГГ). Основными дополнительными потребителями являются: конденсатные насосы (КН); турбопитательные насосы (ТПН); турбоциркуляционные насосы (ТЦН), обеспечивающие подачу забортной воды на охлаждение главных конденсаторов; вспомогательные турбогенераторы (ВТГ); водоопреснительная установка (ВОУ), обеспечивающая нужды судна в пресной воде; парогенераторы низкого давления (ПГНД), вырабатывающие пар в системы бытового потребления; пароструйные эжекторы, используемые для отсоса паро-воздушной смеси из конденсаторов и кольцевых уплотнений турбин. Все дополнительные потребители питаются свежим паром, что является наиболее простым схемным решением. Использование нерегенеративного основного цикла не означает отсутствие регенеративного подогрева питательной воды в ПТУ в целом. В данном случае подогрев питательной воды осуществляется в деаэраторе отработавшим паром ТПН, ТЦН. Основное назначение деаэратора – удаление из питательной воды растворенных в ней газов путем термической деаэрации, т.е. нагрева воды то температуры кипения при давлении в деаэраторе. Если в качестве греющего пара использовать свежий пар, то экономии от регенерации не будет. Экономия от регенерации за счет подогрева питательной воды в деаэраторе возникает только тогда, когда для подогрева используется пар, совершивший до этого некоторую полезную работу. При этом, чем больше полезная работа, совершенная до его направления в деаэратор, тем больше экономия от регенерации. В рассматриваемой схеме ПТУ все другие дополнительные потребители, обслуживающие ЯЭУ и судно в целом, имеют либо электроприводы, расход энергии, на которые входит в нагрузку ВТГ, либо питаются паром ПГНД. Воду КПС подразделяют на конденсат и питательную воду. Конденсат - вода, находящаяся на участке от конденсатора до деаэратора. Питательная вода – вода, находящаяся на участке системы от деаэратора до парогенераторов. На каждом из участков КПС вода подвергается очистке средствами водоподготовки. Качество питательной воды определяется составом и количеством содержащихся в ней коррозионно-агрессивных веществ. К ним относятся газы, соли и кислоты, вступающие в химическое взаимодействие с конструкционными материалами поверхности теплообмена парогенератора и другого оборудования ППУ, находящегося в контакте с питательной водой и паром. Качество питательной воды характеризуется также содержанием посторонних примесей, которые откладываются на поверхности теплообмена парогенератора, на внутренней проточной части турбины и т. д. Присутствие в питательной воде ряда солей и главным образом хлор-ионов увеличивает скорость некоторых видов коррозии метала. Растворенный кислород является основным коррозионным агентом. Количество растворенного в питательной воде кислорода при температуре генерации пара определяет скорость основных видов коррозионных процессов в оборудовании ЯЭУ. В зависимости от концентрации водородных ионов, обозначаемой рН, вода имеет кислую или щелочную реакцию. При малом значении рН вода будет иметь кислую реакцию, а при больших значения – щелочную, Раствор считается нейтральным, если рН = 6,5 7,5. Обычно концентрацию водородных ионов в питательной воде поддерживают в пределах, соответствующих щелочному характеру среды. Это способствует образованию на поверхности стали достаточно плотной пленки, затрудняющей диффузию кислорода с поверхности металла. Присутствие в питательной воде углекислого газа затрудняет процесс образования на металле защитной пленки и тем самым ускоряет коррозию. В процессе эксплуатации судна и его энергетической установки возникает потребность в пресной воде различного назначения и, следовательно, различного качества. Система приготовления воды должна обеспечить получение: питьевой и мытьевой воды до 200 300кг/сут на одного члена экипажа, качество которой регламентируется санитарными нормами; питательной воды, необходимой для заполнения контуров и восполнения утечек в ПТУ, качество которой должно отвечать соответствующим нормам на воду второго контура (на ледоколе «Арктика» требуется 20 30 т/сут воды для восполнения утечек из ПТУ); воды высокой частоты (ВВЧ), которая требуется для промывок, заполнения, подпитки первого и третьего контуров, проведения гидроперезарядок их фильтров и т.д. Для приготовления питательной воды используются водоопреснительные испарительные установки, которые обеспечивают получение дистиллята с общим солесодержанием менее 0,5 мг/кг и хлор-ионов менее 0,1 мг/кг[12]. Забортная вода, проходя конденсаторы, охладитель эжектора и паровой подогреватель, куда подается греющий пар с давлением до 0,25 МПа, подогревается до 70 80С[12]. Затем вода поступает в камеры испарения, в каждой из которых поддерживается с помощью эжектора давление примерно от 15 кПа (в первой камере) до 5 кПа (в четвертой)[12]. При последовательном прохождении камер около 5 % воды испаряется, а рассол удаляется за борт. Сконденсировавшийся пар в виде дистиллята откачивается дистиллятным насосом в цистерну запаса питательной воды. Конденсат греющего пара отводится в конденсаторы главной турбины, или ВТГ, поэтому при нарушении плотности трубной системы подогревателя возможно поступление соли в КПС. На ледоколе «Арктика» установлены два четырехкамерных испарителя марки М4С производительностью по 120 т/сут (солесодержание менее 0,5мг/кг, хлор-ионов менее 0,05мг/кг), которая практически полностью отвечает всем требованиям к воде, используемой во втором контуре. У судовой ЯЭУ маневренность должна быть не хуже, чем у обычных установок. Однако из-за больших масс воды и металла ЯППУ обладает значительной тепловой инерцией, не позволяющей быстро изменять количество генерируемого пара, в результате чего в режимах изменения мощности и при остановки турбины возникает разбаланс между количеством пара, потребляемым турбиной и производимым ЯППУ. Поэтому ПТУ имеет клапан травления (КТ), через который избытки пара сбрасываются на ГК через дроссельно- увлажняющее устройство (ДУУ). Одновременно с открытием КТ открывается клапан подачи в ДУУ конденсата, что необходимо для уменьшения удельного объема пара и, следовательно проходных сечений в дроссельных устройствах. Кроме того, наличие ДУУ позволяет в маневренных режимах работы ЯЭУ сохранять постоянной мощность реакторов, что создает более простые и легкие условия для активных зон. При эксплуатации ГТГ, ВТГ и всех турбоприводов могут возникнуть аварийные условия их работы, поэтому турбоприводы снабжены защитными устройствами для немедленной аварийной остановки. Для мгновенного прекращения подачи пара на турбину используется быстрозапорный клапан (БЗК), устанавливаемый на паропроводе перед турбиной и при подаче сигнала перекрывает его. Для обеспечения расхолаживания ЯППУ в аварийных режимах, ввода и вывода ее из действия предусматриваются электроприводные разводочные (РПН) и аварийные (АПН) питательные насосы, насосы проливки АЗ. Специфика прямоточных парогенераторов и технологии ввода и вывода ПТУ из действия требует применения специальных, как правило, безвакуумных, стояночных конденсаторов (СК) и дополнительных паропроводов. СК используются также для приема пара в аварийных ситуациях и промывке парогенераторов. Циркуляционная система ГК предназначена для охлаждения и конденсации отработавшего пара главной турбины и направляемого в ГК отработавшего пара вспомогательного оборудования ЯЭУ. Часть охлаждающей воды из циркуляционной системы ГК может подаваться во вспомогательный трубопровод забортной воды ПТУ. Этот трубопровод служит для охлаждения забортной водой маслоохладителей и другого вспомогательного оборудования установки. Циркуляционные системы ГК выполняются проточными, т.е. не замкнутыми. При работе в районах ледового плавания решетки приема забортной воды заслоняются льдами взломанного ледяного поля. Для решения данной проблемы применяют сферические решетки приема забортной воды. Система смазки судовой ПТУ предназначена для выполнения следующих задач: - смазки узлов трения главного и вспомогательного оборудования судовой ПТУ; - отвода теплоты, выделяющейся в узлах трения. В процессе работы энергетической установки температура масла в системе смазки подвергается многократному изменению. Оно загрязняется водой, продуктами износа трущихся поверхностей. В результате этого показатели масла изменяются. Для их восстановления необходима очистка масла от продуктов распада и от других примесей. Масло от потребителей собирается в сточно-циркуляционную цистерну (СЦЦ), откуда главными масляными насосами (ГМН) направляется в маслоохладитель (МО), который служит для охлаждения всего потока масла. В напорном трубопроводе масляных насосов перед МО установлены фильтры для очистки масла от механических примесей. После МО масло идет для смазки ГТГ, ВТГ и вспомогательного оборудования. После смазки оборудования ПТУ масло самотеком направляется в СЦЦ. В аварийных случаях используется гравитационная система смазки. Ее отличие от форсированной заключается в том, что аварийный масляный насос (АМН), принимая масло из СЦЦ через фильтр подает масло в напорную цистерну, где поддерживается постоянный уровень масла. Объем масла в напорной цистерне должен быть не меньше пятиминутного расхода в номинальном режиме работы системы смазки. При эксплуатации судовой ПТУ неизбежна потеря масла вследствие протечки через неплотности системы смазки, испарения в том оборудовании, где масло контактирует с высокотемпературными поверхностями. Задачей системы смазки ПТУ является восполнение потерь масла и поддержание его чистоты на уровне требований, предъявляемых к смазочному маслу ПТУ. 1.2 Параметры основных контуров и систем. Начальные параметры рабочего тела в ПТУ зависят от типа реакторной установки и в первую очередь от параметров и теплофизических свойств теплоносителя. В ЯППУ допустимая температура ТН T2 однозначно связана с его давлением. Вода обладает высокой упругостью паров, поэтому даже при сравнительно низкой температуре Т2 = 300 320С давление насыщения составляет 9,5 12,4МПа. Поэтому для ЯППУ с ВВРД характерны высокое давление в первом контуре, низкая температура пара во втором контуре. Исходя из технологических возможностей изготовления оборудования ЯППУ, необходимости обеспечения его абсолютной герметичности и высокой надежности давление в первом контуре нежелательно назначать выше 20 МПа (обычно оно равно 10 16МПа, чему соответствует температура насыщения Тs = 310 340C). Однако температура воды на выходе из реактора Т2 должна быть, как правило ниже температуры насыщения Тs (соответствующей давлению в контуре) на некоторую величину Ts, называемую недогревом или запасом до кипения. Недогрев до кипения необходим не столько для исключения кипения в АЗ, сколько для предотвращения кризиса теплообмена в наиболее нагруженных ТВС при переходных режимах и возможных в эксплуатации отклонения мощности реактора, расхода ТН и давления в контуре от расчетных значений. На кризис теплообмена, который может вызвать расплавление твэлов, влияют давление, недогрев Ts и плотность теплового потока. Поэтому допустимый недогрев Ts в первую очередь зависит от напряженности АЗ. При большой плотности теплового потока (порядка 1,2МВт/м^2) величина Ts = 15 25С. Следовательно, при давлении 10 16МПа и Ts = 15 25С температура воды на выходе из реактора может составить Т2 = 310 320С. Уменьшение недогрева Ts можно использовать для повышения Т2, ТПГ и, следовательно, КПД установки, сохраняя при этом неизменным давлением в первом контуре, или для снижения давления в первом контуре при сохранении постоянной ТПГ. Следовательно, при Т2 = 300 320С и T = Т2 – Т1 15 45С в ЯППУ с ВВРД можно получить слабо перегретый (до 275 310С) или насыщенный пар при давлении примерно 3МПа и более. Важнейшим параметром основного цикла является давление в конденсаторе главной турбины РХ, которое оказывает самое существенное влияние на КПД цикла. Наименьшее достижимое значение РХ принципиально ограничивается температурой забортной воды ТЗ.В. На практике, кроме того, РХ ограничивается допустимыми размерами последних ступеней ТНД, главных конденсаторов, расходом забортной воды, которые резко возрастают с понижением РХ. Для ледоколов расчетная температура забортной воды обычно принимается меньше 15С и оптимальное давление составляет 3,5 4кПа. Однако ограничения по пропускной способности последних ступеней турбины, размерам и массе ГК часто вынуждают повышать РХ до 7 10 кПа. Выбор допустимого начального давления пара (за ПГ) РПГ определяется начальной температурой и типом главной турбины. В ЯЭУ с ВВРД, где ТПГ 300 310С начальное давление РПГ ограничивается допустимой влажностью пара (1-Ха) на последних ступнях турбины, которая, как правило, не должна превышать 12 13%. При использовании однокорпусной турбины без специальных внутрикорпусных сепарационных устройств влажность на более 12 13% обеспечивается при давлении пара перед соплами Р0 2,5 МПа, которое может быть получено при РПГ = 3,5 4,5 МПа. 1.3 Компоновка ЯППУ. При размещении оборудования судовой ППУ необходимо обеспечить надежную и безопасную эксплуатацию этого оборудования в судовых условиях, отличающихся статическими и динамическими наклонениями корпуса, вибрациями и возможными ударными нагрузками. В помещениях энергетической установки должно быть предусмотрено место для осмотра оборудования и его ремонта. Необходимо также принимать во внимание возможность применения прогрессивных технологических методов монтажа оборудования, затрат при постройке судна. Для энергетической установки судна любого назначения чрезвычайно важна максимальная компактность, так как это высвобождает объем корпуса, который может быть использован для выполнения прямой задачи судна. Ядерная паропроизводящая установка (ЯППУ) ледокола «Арктика» состоит из двух автономных одинаковых блоков. В каждом из них имеются: в себя реактор водо-водяного типа, четыре парогенератора, четыре циркуляционных насоса, компенсаторы объема, фильтр, холодильник фильтра и другое оборудование. Наличие двух реакторов достаточно большой мощности обеспечивает ледоколу возможность выхода из льдов своим ходом и возвращения на базу в случае любой аварии одного из них. Причем и в аварийных ситуациях эксплуатация возможна практически без снижения мощности ледокола. Использование остаточной паропроизводительности при срабатывании аварийной защиты на двух реакторах позволяет надежно обеспечить электроэнергией необходимое оборудование до запуска аварийных и резервных дизель-генераторов. В контуре первичного теплоносителя циркулирует вода высокой чистоты. Ее подачу осуществляют циркуляционные насосы первого контура, забирающие воду из парогенераторов и направляющие ее в реактор, из которого она возвращается в парогенератор. Качество ТН первого контура обеспечивается очисткой в ионообменной фильтре. Замена ионообменных смол предусмотрена без нарушения условий эксплуатации ледокола. Она осуществляется гидравлическим способом, причем рабочую смесь фильтра выгружают в специальную емкость, находящуюся на ледоколе. В случае остановки реактора остаточные тепловыделения отводятся через парогенераторы или холодильник фильтра. При замене активной зоны и ремонтных работах, связанных с вскрытием первого контура, остаточное тепло удаляется также через холодильник фильтра с помощью небольшого циркуляционного насоса расхолаживания. Для компенсации объемных изменений теплоносителя, создания и поддержания давления в системе первого контура в заданных пределах служит компенсатор объема. Для обеспечения безопасной и надежной эксплуатации атомной энергетической установки и исключения загрязнения окружающей среды в случае аварийного разуплотнения первого контура, ЯППУ размещена в прочной газоплотной выгородке на два помещения – реакторное и аппаратное, Между ними находятся блоки биологической защиты и установлен герметичный настил. В газоплотной выгородке поддерживается постоянное разряжение, предотвращающее в аварийных ситуациях распространение по судну радиоактивных веществ. Биологическая защита ЯППУ обеспечивает на ледоколе нормальную радиационную обстановку. Основное и вспомогательное оборудование ЯППУ находится в кессонах баков железоводной защиты, которые установлены в реакторном помещении. В случае необходимости вход в аппаратное помещение осуществляется через штатные герметические двери. Предусмотрена возможность визуального осмотра аппаратного помещения со специального поста через смотровые окна либо при помощи дистанционно управляемой телекамеры с центрально поста управления. Оборудование аппаратного помещения не требует постоянного обслуживания. В основу компоновки оборудования ЯППУ положен принцип максимального сокращения протяженности коммуникаций первого контура за счет соединения реактора с парогенераторами и их циркуляционными насосами короткими силовыми патрубками. Блочная компоновка имеет ряд преимуществ по сравнению с раздельным размещением оборудования: - меньшее гидравлическое сопротивление первого контура из-за снижения протяженности трубопроводов; - необходим меньший напор ЦНПК; - лучше условия для создания естественной циркуляции теплоносителя при остановке основных насосов; повышается радиационная безопасность, так как уменьшается количество сварных соединений; меньшие габариты энергетической установки, биологической защиты и масса установки в целом; появляется возможность собирать ЯППУ непосредственно в цехе, с последующей погрузкой на судно, что улучшает условия труда и повышает качество монтажа и контроля. При создании ЯППУ особое внимание было уделено на обеспечение ее хорошей ремонтопригодности. С этой целью было принято оборудование вертикального типа, что позволяет в случае необходимости производить его ремонт или замену без особых затруднений. Биологическая защита состоит из малогабаритных и легкосъемных блоков. Разъемы оборудования, имеющего сменяемые части, расположены выше биологической защиты, что исключает демонтаж и разгерметизацию реакторного помещения в случае замены съемных частей, а также обеспечивает необходимую безопасность при ремонте. Кроме того, размещение разъемов в верхних частях первого контура предотвращает потенциальную опасность аварийного слива воды из активной зоны реактора и способствует уменьшению количества воды, сливаемой из контура в период его ремонта. Вся арматура первого контура вынесена в специальную выгородку и легко доступна при осмотре и ремонте. В составе ЯППУ имеется система дезактивации, обеспечивающая условия безопасной работы во время ремонта. Компоновка оборудования, трубопроводов и блоков биологической защиты выполнена таким образом, что позволяет осматривать все разъемные соединения, трубопроводы и доступные для ремонта узлы. Защитная оболочка выполнена из плоских секций с вертикальными ребрами жесткости. Внутреннее помещение оболочки разделено съемными блоками биологической защиты с герметичным настилом на два помещения: реакторное и аппаратное. В реакторном помещении находится бак железоводной защиты, в кессонах которого размещаются реактор , парогенератор, охладитель фильтра , фильтр пространство для трубопроводов первого контура и т. д. Реакторное помещение при работе реактора не посещается. В аппаратном помещении находятся приводы органов регулирования реактора. При удалении легкосъемной защиты возможен доступ к входному и выходному коллекторам парогенератора, к приводам циркуляционных насосов первого контура. Вход в аппаратное помещение осуществляется через герметичный тамбур, который оборудован герметичными дверями с блокировкой. Цель блокировки – исключить одновременное открытие дверей. На случай аварийных ситуаций имеется аварийный выход . При перегрузках топлива в этом помещении устанавливается перегрузочное оборудование и используется мостовой кран . Сверху защитная оболочка имеет герметичное закрытие . На наружной поверхности стенок защитной оболочки закреплена вторичная биологическая защита из стали и бетона с добавками карбида бора. Безопасность ЯППУ в значительной степени обеспечивается системой управления и защиты реактора, а также структурой электроэнергетической установки судна. Специальные требования, предъявляемые к размещению оборудования судовой ЯЭУ, направлены на обеспечение радиационной безопасности личного состава и пассажиров судна, а также лиц, находящихся на соседних судах на территории порта, в котором располагается атомное судно. Причиной повреждения ЯЭУ, а следовательно, радиоактивного заражения может служить авария судна, вызванная, например посадкой на мель или столкновением с другим судном. Поэтому к корпусу атомного судна должны предъявляться дополнительные особые требования. Правилами предусмотрено увеличение момента сопротивления поперечного сечения корпуса судна на миделе не менее чем на 10% по сравнению с обычным судном. Конструкция корпуса между реакторным помещением и бортами должна выполняться с учетом возможности поглощения энергии столкновения с другим судном, чтобы реакторное помещение при столкновении не было повреждено. Конструктивная бортовая защита по длине судна должна выходить за пределы реакторного отсека на расстояние, равное 10% ширины судна на уровне грузовой ватерлинии. Конструкция днищевой части корпуса в районе реакторного отсека также должна быть изменена таким образом, чтобы она поглощала энергию, возникающую при посадке судна на мель. Энергетическая установка ледокола располагается в средней части корпуса.
Специальная | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||