На современном этапе развития конструкций ПГ
для АЭС с быстрыми реакторами, работающих на натрии, можно выделить два
основных направления:
1) корпусные, которые обеспечивают снятие тепловой мощности одной
реакторной петли, характеризующиеся корпусом большого размера;
отсутствием параллельного включения корпусов,' невозможностью отключения
какого-либо корпуса без нарушения технологического режима данной петли.
Каждый корпус объединяет в себе полностью один или даже несколько
функциональных элементов парогенератора (экономайзер, испаритель,
пароперегреватель и т. д.) Если корпус включает в себя все эти элементы,
то это будет интегральная (однокорпусная) конструкция (рис. 5.3). При
делении корпуса по функциональным признакам получаются двух- или
трехкорпусные конструкции;
раллельного включения секций, объединением всех функциональных,
элементов парогенератора в одном модуле или нескольких,
работоспособностью всего парогенератора при отключении одной или даже
нескольких секций.
Секция может быть выполнена в интегральном (одномодульном) исполнении
(рис. 5.4, а), двухмодульном (рис. 5.4,6), трехмодульном (рис. 5.4, в) и
т. п.
Под ПГ быстрых реакторов подразумевается агрегат, предназначенный для
выработки водяного пара заданных параметров
совместно с системами водоподготовки, сброса продуктов реакций натрий —
вода, обнаружения течи и т. д., что обеспечивает его работу в нормальных
и аварийных режимах. Такое определение правомерно, так как каждому типу
ПГ соответствуют свои системы.
Под секцией понимается часть ПГ, представляющая собой один или группу
модулей, которые могут быть отключены одновременно. Модулем называется
отдельный, технологически завершенный в заводских условиях элемент
конструкции, обладающий признаками теплообменного аппарата (наличие
корпуса, теплообменных элементов, входных и выходных камер теплоносителя
и т. д.). Модуль может иметь одно отдельное назначение (экономайзер,
испаритель) или объединять несколько элементов, т. е. может быть
комбинированным. По размерам модули классифицируются на микромодули (1
МВт), модули малой мощности (1 — 10 МВт), средней (10—100 МВт) и большой
(свыше 100 МВт).
Критерием корпусных и секционных ПГ является также форма обогреваемой
поверхности и их корпуса (рис. 5.5).
Парогенератор со спиральными и змеевиковыми трубками не допускает
модулирования из-за больших проигрышей в объеме вследствие необходимости
навивки первого ряда на большой диаметр.
Парогенераторы подразделяются на прямой тип, когда натрий обтекает
теплообменную поверхность (трубки), и обратный, когда натрий протекает
внутри теплообменных трубок. При классификации ПГ вновь становится
важным критерием одностенная конструкция теплообменной поверхности,
когда с одной стороны трубки протекает натрий, а с другой — вода или
пар, или двухстенная (двухтрубковая), где теплообменная поверхность
образована двумя соосными трубками с кольцевым промежутком между ними,
предотвращающим прямое соединение воды с натрием. Промежуток может быть
заполнен гелием, ртутью и т. п.
Особый случай представляет конструкция, где по отдельным трубкам
протекает натрий, а по другим — вода и пар; эти трубки соединены между
собой теплопередающими ребрами или сплошным теплопередающим материалом.
У каждого названного типа ПГ есть свои преимущества и недостатки, и
каждый прошел различные стадии проверки либо на экспериментальных
стендах, либо на опытных реакторах. Полученные результаты были различны,
причем успех или неудача зависели от выбора конструкционных материалов,
качества исполне-ния, контроля за качеством, монтажа и условий
эксплуатации и т. п. Решающим, естественно, стал критерий обеспечения
непрерывной безопасности при разумной экономии (это требование обычно
противоречиво).
Корпусные ПГ более компактны, менее металлоемки, требуют наименьших
строительных парогенераторных помещений, а также минимальных затрат на
обвязку ПГ трубопроводами, минимального количества
контрольно-измерительных приборов. Важным преимуществом корпусных ПГ
является возможность проведения всего цикла по изготовлению и испытанию
в заводских условиях (рис. 5.6).
К недостаткам корпусных ПГ относят: усложнение технологии изготовления и
удлинение технологического цикла изготовления, связанные с большой
тепловой мощностью; сложность поиска дефектных трубок в условиях
эксплуатации; необходимость проведения ремонтных работ в ПГ значительных
габаритов при повреждении нескольких или даже одной теплопередающей
трубы; невозможность определения развития течи и, следовательно,
продолжения эксплуатации после устранения течи, так как есть основания
предполагать, что материал соседних трубок в результате реакции натрия с
водой может получить значительные структурные изменения при больших
течах и сквозные повреждения при малых.
Рис. 5.4. Схемы секционных (модульных)
парогенераторов:
а — интегральная (одномодульная); б — двухмодульная; в — трехмодульная
Рис. 5.5. Конструкционные схемы парогенераторов
АЭС:
а — вертикальный с параллельным пучком трубок и температурной
компенсацией на корпусе; б — вертикальный с параллельным Пучком трубок и
индивидуальной термокомпенсацией; в — вертикальный L-образный, который
может быть перевернутого типа; г — типа «хоккейной клюшки»; д —
U-образный с вертикальным пучком и кожухом; е — U-образный с
горизонтальным пучком и кожухом; ж — вертикальный цилиндрический с
U-образными трубками; з, и — вертикальный цилиндрический с трубками в
виде змеевика, имеющий прямо-
угольный и скругленный шаг; к — вертикальный цилиндрический со
спиральными трубками; л, м — вертикальный цилиндрический с трубками
Фильда
Преимущества секционных ПГ следующие: простота
технологии изготовления; возможность проверки теплогидравлических
характеристик в стендовых условиях непосредственно на модулях
натуральных размеров; высокая надежность в связи с возможностью
локализации аварии, вызванной разрушением трубки, в пределах одного
модуля; возможность работы при выходе из строя других модулей; ПГ любой
мощности можно смонтировать из стандартных, тщательно проверенных
модулей; умеренная скорость модуля.
Большими преимуществами являются возможность организации серийного
производства модуля, удобная транспортировка и блочный монтаж. В
модульных ПГ можно обеспечить повышенную чувствительность системы
обнаружения утечек за счет уменьшения степени растворения водорода в
натрии в точке отбора пробы (рис. 5.7).
К недостаткам секционных ПГ относятся: меньшая компактность по сравнению
с корпусными; большие габариты и суммарная металлоемкость; большая
суммарная стоимость; большая сложность (коллекторы, арматура, приборы и
т. п.); возможность появления неравномерности расхода при большом числе
параллельных каналов; более высокое давление при реакции натрия с водой.
С точки зрения безопасности самым надежным является ПГ с трубками,
соединенными теплопроводящими ребрами, по которым отдельно протекают
натрий и вода. Конструкция подобного ПГ на английском быстром реакторе «Даунри»
мощностью 60 МВт зарекомендовала себя положительно. Однако такая
конструкция для большого блока является в настоящее время нереальной
из-за непропорциональной массы и требований к строительной площадке.
Несмотря на это, концепция безопасности воз-вращает конструкторов к ПГ с
двухстенными трубками, с гелиевой или натриевой индикацией
негерметичности в промежуточном -слое, которые разрабатывались более 20
лет назад.
Определенные надежды возлагают на обратный тип ПГ, в которых внешнее
давление воды при неплотном соединении в стенке трубки должно
герметизировать ее совместно с затвердевшими продуктами реакции в
микроотверстиях. Повреждение в этом случае ограничивается только одной
разгерметизированной трубкой. Однако реальный ответ даст лишь
продолжительная эксплуатация. При успешном результате можно говорить об
исключении из схемы промежуточных теплообменников натрий — натрий и
проектировать АЭС по двухконтурной схеме, дающей значительный
экономический эффект.
