р (Рассохин Н.Г - Парогенераторные установки атомных станций (1987)), страница 2

В настоящее время такие блоки на АЭС не эксплуатируются. Современные АЭС с реакторами такого типа— чисто одноконтурные. Принципиальная схема двухконтурной АЭС (впервые осуществлена на Первой АЭС (СССРЦ представлена на рис. 1.5. В таких АЭС производство рабочего пара осуществляется в специальной парогенераторной установке, Тепло для подогрева питательной воды до температуры насыщения, испарения ее в заданном количестве и перегрева пара вносится в парогеиераторную установку первичным теплоносителем, который нагревается в реакторе. Таким образом, первичный теплоноситель является охлаждающей средой для реактора и греющей средой для ПГ.

При такой технологии производства рабочего пара процессы выделения тепла и передачи его рабочему телу осуществляются в разных агрегатах. В качестве первичного теплоносителя применяются газообразные и жидкие вещества. Движение теплоносителя в первом контуре реактора осуществляется при помощи насоса (газодувки). Первый контур является замкнутым.

Для очистки теплоносителя от примесей некоторое его количество выводится из контура. Поэтому в схеме предусматриваются специальные установки для обработки выведенного теплоносителя и для подготовки и ввода в контур соответствующего количества добавочного теплоносителя. Схема второго контура, включающего ПГ, турбогенератор и сис- 11 Р ВА К Р аа Пр лсг 1«а РЮ Вю Е Пю «е в рва в„а щ вю«а ип Вврвюшв й «увю ар в 4 «пива вв ю р е иви ю рр Сю «1« а Е ю и Мю. «.

р ив В И РВИ РР е !.в. Овапие КАРАкприспахи и аигы пг Аэс !1/ юл В Р ° Р* АЭС рш 1'е«ар . В в а н уа ю — пг. а «ир р ар * а ф Рювюи „„„пг я а ~ ~г. ф 3Я. ТРЮОВМ 'ИЯ К П АЭС П л у ер р « 1 р~г в , Р л м е- Ю ыожность обнаружения и ликвидации повреждений, возможность полного дренирования. 7. Схема и конструкция ПГ должны обеспечить высокие технико-экономические показатели. При проектировании ПГ бывают заданными вид и параметры теплоносителя и рабочего тела на входе и выходе.

Поэтому особое значение для получения оптимальных технико-экономических показателей ПГ имеет правильный выбор его конструкционной схемы, материалов, размеров элементов поверхностей теплообмена, скоростей теплоносителя и рабочего тела. Необходимо принимать меры для снижения потерь в окружающую среду. Теплообменные аппараты по способу передачи тепла (прпнципу действия) делятся на две группы: смешившощие и поверхностныз. В первых передача тепла осуществляется при смешении теплоносителя и рабочего тела в одном объеме, без поверхности теплооб-мена.

Очевидно, что такой теплообменник наиболее эффективен и .прост. Однако принцип смешения противоречит основным требованяям к ПГ АЭС. Поверхностные теплообменники, в свою очередь разделяются на регенеративные и рекуперагивные. В теплообменниках регенеративного типа теплоноситель и рабочее тело попеременно проходят через теплопередающую поверхность. Во время движения горячего теплоносителя поверхность аккумулирует тепло, которое затем отдается рабочему телу во время его прохода через данную поверхносгь.

Регенератнвный тип теплообменннка, очевидно, неприменям в ПГ, так как невозможно достичь абсолютной плотности контуров и предотвратить переток теплоносителя и рабочего тела из одного контура в другой. В рекуперативных теплообменниках (рис. 1.9) обе среды одновременно проходят через поверхность нагрева, а тепло от первичного теплоносителя передается рабочему телу через разделяющую их стенку. Такой принцип действия теплообменника дает возможность разработать теплообменный аппарат в соответствии со всеми требованиями, предъявляемыми к ПГ АЭС. Следует оговорить, что обоснование типа теплообменника проведено исходя из существующей в настоящее время технологической схемы производства рабочего пара на двухконтурных АЭС.

Конкретные конструкции теплообменннков различаются конфигурацией поверхности теплообмена и схемой омывання ее теплоносителем и рабочим телом, конструкцией корпуса, типом камер и т.д. Конструкцнонное оформление теплообменников — ПГ АЭС— во многом определяется параметрами и свойствами теплоносителей первого контура.

Свонства теплоносителей должны удовлетворять требованиям, определяемым условиями протекания ядерно-физических, физико- химических н теплофизических процессов в первом контуре АЭС. По ядерно-физическим свойствам вещество теплоносителя должно состоять из атомов с возможно меньшими сечениями захвата и рассеяния нейтронов. Они должны иметь высокую радиационную стойкость и минимально возможную способность к активации при прохождении через активную зону реактора, С точки зрения физико-химических свойств вещество теплоносителей не должно иметь высокой химической и электрохимической активности по отношению к материалам контура и рабочему телу.

По теплофизическим свойствам вещество теплоносителя должно обеспечить интенсивный отвод тепла из реактора при высоких температурах. Чем выше температурный уровень отвода тепла из реактора, тем выше могут быть параметры пара, вырабатываемого ПГ. Следует иметь в виду, что температура на выходе из реактора определяется в какой-то степени и физико-химическими свойствамн, так как интенсивность химического взаимодействия веществ возрастает при повышении температуры. Теплоносителем вместе с тем должно быть дешевое и распространенное вещество.

Газообразные и жидкометаллические теплоноснтели не имеют ограничений по наивысшей температуре. Но следует отметить, что из-за плохих теплофизическнх свойств газов, обусловливающих весьма большую разность температур на границе стенка — газ, получение высоких температур газа на выходе из реактора возможно только при интенсификации теплоотдачи. В условиях реактора заметная интенсификация теплоотдачи может быть осуществлена главным образом прн увеличении массовой скорости, что может быть достигнуто некоторым повышением давления газа. в контуре, Получение высоких температур воды требует создания в контуре высоких давлений, что практически ограничивает максимально достижимую температуру ее на выходе из реактора.

При использовании органических теплоносителей такое ограничение накладывает их недостаточная термическая стойкость. Следовательно, только жидкие металлы и газы дают возможность получить на выходе из реактора высокие температуры, позволяюшие вырабатывать в ПГ пар высоких, сверхвысоких и за- 1з й 2.2. ЖИДКИЕ ТЕПЛОНОСИТЕЛИ 4 критических параметров. Таким образом, теплоносители можно разделить на две группы; низкотемпературные и высокотемпературные (температура на выходе из высокотемпературного реактора более 450'С). Ниже кратко рассматриваются теплофизические и физико-химические свойства теплоносителей, оказывающие влияние на конструкцию и работу ПГ.

В настоящее время в качестве жидких теплоносителей для АЗС можно рассматривать обычную и тяжелую воду, из органических соединений — некоторые полифенилы, а из жидких металлов— натрий, сплав натрий — калий. Вода и органические соединения являются низкотемпературныыи теплоносителями, а жидкие металлы — высокотемпературными. Вода. Обычная вола — наиболее дешевый и распространенный жидкий 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/с коэффициент теплоотдачи примерно равен 2.10з Вт/(мз К), то при скорости 1 м/с он увеличивается до 5.10з, а при скорости 5 м/с — до 20.10~ Вт/(мэ.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 как самый серьезный высокое давление ее насыщенного пара, которое к тому же быстро растет с повышением температуры.

Так, при давлении 0,1 МПа температура насыщения 99,6, а при 22,11 МПа только 374,1'С. Таким образом, при увеличении давления более чем в 200 раз температура насыщенного пара повышается всего несколько более чем в 3 раза. Температурный уровень отвода тепла из реактора водой невысок. В связи с этим невысоки и параметры рабочего пара, 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 10 МПа и изменении температуры от 250 до 300'С удельный объем воды увеличивается на 11%. Это обстоятельство делает необходимым установку в первом контуре специального компенсирующего объема (компенсатора объема). 20 Вода — хороший растворитель, и это свойство значительно усложняет водоподготовительные установки, которые должны очищать воду не только от взвешенных или 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 раствора в контуре делает его (в том числе и ПГ) труднодоступным для ремонта и ревизии.