Парогенератор
Парогенера́тор — теплообменный аппарат для производства водяного пара с давлением выше атмосферного за счёт теплоты первичного теплоносителя, поступающего из ядерного реактора[1][2].
Ранее термин «парогенератор» применялся также для названия паровых котлов[3][4], однако, после появления атомных электростанций, современное значение стало вытеснять первоначальное. Современными стандартами называть паровые котлы парогенераторами не допускается[5]. Также в некоторых областях знаний под термином могут понимать электрокотлы и котлы-утилизаторы[6].
Парогенераторы применяются на двух- и трёхконтурных АЭС. На одноконтурных их роль играет сам ядерный реактор. Парогенераторы, наряду с конденсаторами турбины и промежуточными теплообменниками (при трёхконтурной схеме), являются основными теплообменниками АЭС, от характеристик которых существенно зависят КПД и экономические характеристики станции.
Парогенератор на АЭС
[править | править код]
1 — коллектор питательной воды (вход 2-го контура)
2 — теплообменные трубки (внутри 1-й контур)
3 — вертикальные коллектора (горизонтальный ПГ) и горизонтальная трубная доска (вертикальный ПГ), вход и выход теплоносителя 1-го контура
4 — наиболее вероятные места скопления шлама
На большинстве атомных электростанций используется типовая схема преобразования атомной энергии в электричество: ядерные реакции греют теплоноситель (чаще всего воду). Горячая вода из реактора прокачивается насосами через парогенератор, где отдает часть тепла, и снова возвращается в реактор. Поскольку эта вода находится под большим давлением, она остаётся в жидком состоянии(в современных реакторах типа ВВЭР около 160 атмосфер при температуре ~330 °C[7]). В парогенераторе это тепло передается воде второго контура, которая находится под гораздо меньшим давлением (половина давления первого контура и менее), поэтому закипает. Образовавшийся пар поступает на паровую турбину, вращающую электрогенератор, а затем в конденсатор, где пар охлаждают, он конденсируется и снова поступает в парогенератор. Конденсатор охлаждают водой из внешнего открытого источника воды (например, пруда-охладителя).
И первый и второй контур замкнуты, что снижает вероятность утечки радиации. Размеры конструкций первого контура минимизированы, что также снижает радиационные риски. Паровая турбина и конденсатор не взаимодействуют с водой первого контура, что облегчает ремонт и уменьшает количество радиоактивных отходов при демонтаже станции.
Типовой парогенератор состоит из тысяч трубок, по которым прокачивается теплоноситель первого контура. Трубки погружены в теплоноситель второго контура. Понятно, что за время длительной (десятки лет) службы станции в трубках могут развиться дефекты. Это может привести к утечке теплоносителя первого контура во второй. Поэтому при плановых остановках реактора состояние теплообменных трубок контролируют и перекрывают (глушат) дефектные. В редких случаях приходится менять парогенератор целиком, но обычно срок службы парогенератора равен сроку службы реактора.
Классификация и принцип действия
[править | править код]Парогенератор представляет собой рекуперативный теплообменный аппарат, в котором тепловая энергия передаётся от теплоносителя первого контура к рабочему телу второго контура через поверхность теплообмена и таким образом генерируется пар, питающий турбину. При трёхконтурной схеме (реактор на быстрых нейтронах) имеются также промежуточные теплообменники. Тепло через них передаётся от первого контура во второй (оба жидкометаллические), а в парогенераторах происходит передача тепла от второго контура в третий, водяной[2][8].
CP-1,2,3,4 — циркуляционные насосы; SG-1,2,3,4 — парогенераторы; NR — ядерный реактор; P — компенсатор давления
В состав парогенератора могут входить различные элементы: экономайзер, испаритель, пароперегреватель, промежуточный пароперегреватель (промперегрев также может осуществляться в специальных теплообменниках, не входящих в состав парогенератора).
Парогенераторы классифицируются[8]:
- по виду первичного теплоносителя — с водным, жидкометаллическим, газовым и др.;
- по организации движения рабочего тела в испарителе — с многократной естественной циркуляцией, с многократной принудительной циркуляцией, прямоточные;
- по наличию корпуса (кожуха), в котором располагается теплообменная поверхность — корпусные (кожухо-трубные) и типа «труба в трубе»;
- по количеству корпусов (корпусные) — однокорпусные, многокорпусные (отдельные элементы имеют собственные корпуса), секционные (разделены на несколько секций, имеющих общие системы регулирования расхода теплоносителя и рабочего тела), секционно-модульные (секции состоят из отдельных модулей, в которых располагаются различные элементы);
- по особенностям компоновки — горизонтальные (советское и российское направление развития) и вертикальные (западное).
Автоматическое регулирование парогенераторов
[править | править код]Задачей системы автоматического регулирования парогенератора является обеспечение требуемой нагрузки, постоянство параметров перегретого пара и наиболее экономичное сжигание топлива. Проблемой регулирования является зависимость различных параметров друг от друга. Так, изменение расхода питательной воды влияет на производительность агрегата, давление и температуру пара. Основным параметром регулирования является температура перегретого пара, поскольку на неё влияет изменение большинства параметров. Так, парогенератор представляет собой сложный объект регулирования, с многими взаимосвязанными параметрами, поэтому автоматическое регулирование занимает важное место для нормальной работы парогенератора.
Технологические защиты парогенераторов
[править | править код]При нарушении нормального режима работы парогенератора происходит отклонение регулируемой величины от заданных. Во избежание аварийных ситуаций в работе парогенератора необходимо иметь значение, при котором будет срабатывать защита. Такие значения называют уставкой срабатывания. Сигналы защиты обычно бывают звуковыми или/и световыми, отображающиеся на щите управления.
Классификация защитных устройств
[править | править код]Защитные устройства, используемые в системах защиты парогенератора, бывают следующими:
- Импульсно-предохранительное устройство (обычно используется при повышении давления пара сверх допустимого).
- Автомат типа АЗК-4 (используется для останова парогенератора при погашении факела или для включения форсунок во время потускнения пылевого факела в топке)
Примечания
[править | править код]- ↑ под ред.проф.А.Д.Трухния. Основы современной энергетики / под общ.ред. чл.-корр.РАН Е.В.Аметистова. — М.: Издательский дом МЭИ, 2008. — Т. 1. — 472 с. — ISBN 978 5 383 00162 2.
- ↑ 1 2 Ковалёв А. П., Лелеев Н. С., Виленский Т. В. Парогенераторы / под общ. ред. А.П. Ковалёва. — М.: Энергоатомиздат, 1985. — 376 с.
- ↑ Парогенератор // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
- ↑ Парогенератор — статья из Большого Энциклопедического словаря
- ↑ ГОСТ 23172-78 Котлы стационарные. Термины и определения. Дата обращения: 10 марта 2012. Архивировано 19 сентября 2015 года.
- ↑ Морской энциклопедический справочник / Под ред. Н. Н. Исанина. — Л.: Судостроение, 1986. — Т. 2. — 520 с.
- ↑ Парогенераторы АЭС с реакторами ВВЭР. Дата обращения: 5 июня 2015. Архивировано 6 июня 2015 года.
- ↑ 1 2 Новиков В. Н., Радовский И. С., Харитонов В. С. Ч.2 // Расчёт парогенераторов АЭС. — М.: МИФИ, 2001. — 68 с.