р (Рассохин Н.Г - Парогенераторные установки атомных станций (1987)), страница 9

Из ПГ гелий проходит в газодувку, которой подается в активную зону реактора. На рис. 4.32 представлена схема ПГ АЭС А-1 (ЧССР), поверхность теплообмена которого выполнена по типу пучок труб в трубе. Рабочее тело движется внутри труб, теплоноситель,— в межтрубном пространстве. В ПГ вырабатывается пар двух давлений: 2,7 МПа и 400'С в секциях высокого давления и 0,2 МПа и 180'С в секциях низкого давления. Параметры газа: давление 5,6 МПа, температура на входе в ПГ 425'С и на выходе из него 95'С.

Поверхность теплообмена секции набрана из трубы наружным диаметром 22 мм. Корпус секции изготовлен из трубы наружным диаметром 159 мм, ГЛАВА 5 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В ПГ Б 5.1. ГИДРОДИНАМИКА И ТЕПЛООБМЕН Процессы теплообмена и гидродинамики определяют техникоэкономическое совершенство и надежность ПГ. Конкретные условия их протекания весьма разнообразны н определяются видом и параметрами рабочей среды и теплоносителя. Во всех элементах ПГ передача тепла от теплоносителя к тепловоспринимающей стенке поверхности теплообмена и от теплоотдающей стенки к рабочему телу осуществляется конвективной теплоотдачей. При омывании поверхности теплообмена высокотемпературными много- атомными газами (СОх) имеет место н теплоотдача через излучение, однако ее вклад в перенос тепла по сравнению с конвективной невелик.

Интенсивность конвектнвной теплоотдачи для данной геометрии поверхности определяется физическими параметрами вещества и гндродинамикой потока. Как при продольном, так и при поперечном обтекании однофазной средой поверхностей теплообмена существуют в зависимости от гндродинамического режима три области с различными закономерностями теплообмена: ламинарного течения, развитого турбулентного течения и переходная. Прн продольном обтекании границы этих областей характеризуются следующими значениями числа Рейнольдса: Ке 2300— область ламинарного течения, 2300<Вес 10000 — переходная область н Ке=»10000 — область развитого турбулентного течения. При поперечном обтекании пучков эти границы существенно изменяются, в частности ориентировочно можно считать, что ламинарное течение имеет место прн Ке<10з, переходное (илн, точнее, смешанное) — при 10'<Ке< 10з и турбулентное — при Ке~10х.

Наиболее высокая интенсивность теплообмена соответствует турбулентному режиму. Поэтому для ПГ следует ориентироваться прежде всего на турбулентное течение. Закономерности теплообмена и гндродннамики при движении в поверхностях нагрева однофазных сред изучены хорошо. При расчете многих практических задач серьезных затруднений не встречается. Это положение пока еще нельзя распространить нэ случай натриевого теплоносителя. В реальных теплообменниках довольно часто наблюдаются существенные расхождения расчетных и достигнутых интенсивностей теплообмена. Нет еще окончательных рекомендаций по учету теплоотдачи излучением для чистых многоатомных газов (СОз) при высоких давлениях н температурах.

За последнее десятилетие достигнуты большие успехи в изучении теплообмена и гидродннамики прн движении двухфазных пароводяных потоков, позволившие получить удовлетвори- ВЬ тельные рекомендации по расчету теплообмена и гидродинамики и испарительных поверхностях. Однако проблемы двухфазных потоков решены далеко не полностью. Практически отсутствуют теоретические представления о механизме процессов теплообмена и гндродннамнкн, а следовательно, достаточно обоснованные и точные расчетные зависимости для всего диапазона изменения характеристик двухфазной среды в различных нспарительных поверхностях.

Сложность теоретического и экспериментального исследований двухфазных потоков применительно к ПГ усугубляется движением через большое число параллельно включенных каналов с непрерывным изменением плотности, распределения фаз по сечению, потока и других параметров. Вместе с тем следует иметь в виду также наличие в пароводяном потоке растворенных веществ и взвешенных частиц, влияющих на процессы тепло- и массоабмена.

ПГ представляют собой теплообменники, непрерывно действующие в течение длительного времени и обеспечивающие постоянство параметров. Пуски, остановки н переход на частичные нагрузки проводятся по специально разработанным режимам. Однако в процессе работы прн постоянных средних характеристиках всей поверхности теплообмена имеют места более или менее выраженные нестацнонарные процессы в отдельных трубках или каналах. В водяном экономайзере могут иметь место пульсации температуры стенки, вызываемые пульсациями расхода воды или ее температуры на входе.

Подобные пульсации, но еще более четко выраженные, могут быть в стенках труб поверхности теплообмена, обогреваемых жидкими металлами. В испарительных поверхностях при подаче в них воды, недогретой до 1„, при определенных условиях наблюдается межвитковая пульсация расходов, что может привести к возникновению нестационарных границ перехода потока из одной зоны в другую. Уровень знания этих процессов еще не позволяет точно рассчитать нх даже для относительно простых случаев.

В некоторых парообразующих поверхностях, а также в сепарационных системах имеет место безнапорное движение двухфазной среды, называемое барботажем. Барботажное движение отличается от напорного отсутствием расхода водной фазы, Однако, несмотря на более простую модель этого вида движения, его закономерности также до настоящего времени окончательно не выявлены.

Сложное гидродннамическое явление представляет собой и процесс осушки пара, для которого также нет точного теоретического описания, а надежные эмпирические закономерности не охватывают случаев очень высоких производительностей нспарителей. Следует иметь в виду специфику процессов теплсюбмена и гидродинамики в области около- и закритического состояния рабочего тела. Если в настоящее время ядерная энергетика не имеет уста- новок с закритическими параметрами, то будущее развитие ее, несомненно, будет идти и по пути достижения этих параметров. й 5.2.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ Основными физико-химическими процессами, протекающими в ПГ, являются: коррозия конструкционных материалов; переход продуктов коррозии в теплоноситель и рабочее тело; выпадение на поверхностях теплообмена, в арматуре и трубопроводах примесей, содержащихся в теплоноснтеле н рабочем теле; унос примесей рабочим паром н т. д. Совокупность и характер протекания физико-химических процессов в контурах ПГ различны. В первом контуре они определяются видом теплоносителя и его параметрами. Для большинства теплоносителей практическое значение для эксплуатации ПГ и его арматуры имеют только коррозионные процессы.

При этом одинаково серьезное внимание необходимо обращать как на местную коррозию (язвенная, щелевая„межкристаллитпая, под напряжением и др.), так и на общую. Механизм и закономерности процессов коррозии характеризуются большой сложностью, особенно в условиях высоких температур и ионизирующего излучения. Из рассмотренных теплоносителей наибольшей коррозианной активностью обладает вода. Органические теплоносители и газы при умеренных температурах практически коррозионно-инертны. Газы при высоких температурах довольно энергично взаимодействуют со сталями, что снижает допустимую температуру их применения и требует перехода от малолегированных марок сталей к высоколегированным.

Взаимодействие жидкометаллических теплоносителей с материалами изучено еще недостаточно. Имеющиеся экспериментальные данные свидетельствуют о необходимости применения для жидкого натрия при температурах выше 600'С высоколегированных сталей. При этом процесс взаимодействии жидкого натрия с металлами усиливается при наличии в нем оксидов, а также с ростом скорости движения. В связи с тем что первый контур ПГ непосредственно связан с реактором, особое внимание должно быть обращено на предотвращение коррозионных процессов, дающих заметный выход продуктов коррозии в теплоноситель. Физико-химические процессы, протекающие в пароводяном тракте ПГ, отличаются значительно ббльшим разнообразием и большей сложностью. Несмотря на восполнение утечек второго контура обессоленной водой и многоступенчатую деаэрацию питательной воды, вода на входе в ПГ содержит определенное количество (хотя и небольшое) минеральных и газообразных примесей. Источниками поступления их в питательную воду являются присосы охлаждающей воды в конденсаторе, проскоки в системе подготовки добавочной воды и коррозионные процессы в конденсатном н питательном трактах, а также в самом ПГ.

В общем случае питательная вода любого ПГ на выходе в экономайзер— а зем. иг 97 раствор некоторых твердых и газообразных веществ, содержащий коллоидные и твердые частицы. При парообразованни происходит упарнвание растворов, и при определенных паросодержаниях и характеристиках пароводяной смеси начинается выпадение накипи на поверхностях теплообмена испарителя. Другой физико-химический процесс, также тесно связанный с гидродннамикой,— унос примесей воды с насыщенным паром в пароперегреватель и далее в паровую турбину.

В ПГ с многократной циркуляцией имеют место две разновидности уноса примесей с паром. Одна из ннх представляет собой механический унос частичек влаги, а другая — унос веществ, растворимых в паре. В прямоточных ПГ с паром уносятся примеси веществ, растворимых в нем. Унос примесей воды паром вместе с ее частичками является сложным сочетанием физико-химических и гидродинамических явлений. Несмотря на то что этот вид уноса наиболее изучен, борьба с ним довольно сложна, особенно при высоких параметрах и больших производительностях ПГ.