Автоматизация энергоблока АЭС с ВВЭР-1000 (стр. 2 из 19)

1.1.2 Требования к ПГ АЭС с реактором ВВЭР-1000

Теплообменные аппараты широко применяются во многих отраслях промышленности: энергетике, химической и нефтеперерабатывающей промышленности и др.

Поэтому целесообразно рассмотреть требования, предъявляемые к ПГ АЭС.

Основные требования к ПГ АЭС.

Схема ПГ и конструкция его элементов должны обеспечить необходимую производительность и заданные параметры пара при любых режимах работы АЭС. Выполнение этого требования предусматривает наиболее экономичную работу станции как при номинальной, так и при переменных нагрузках.

Единичная мощность ПГ должна быть максимально возможной при заданных условиях. Это требование связано с улучшением технико-экономических показателей при укрупнении мощности единичного агрегата.

Рис. 1.1- Схема поверхностного рекуперативного теплообменника: 1 - корпус теплообменника; 2 - поверхность теплообмена; 3 - камеры (подводящая и отводящая один из теплоносителей); 4 - трубные доски; 5 - патрубки

3. Все элементы ПГ должны обладать безусловной надежностью и абсолютной безопасностью. Поверхность теплообмена в ПГ выполняется из большого количества труб малого диаметра, т. е. в ней сосредоточивается большое количество соединений труб первого радиоактивного контура. В связи с этим надежность работы АЭС в значительной степени определяется надежностью работы ПГ. Необходимо правильно решать вопросы радиационной защиты ПГ и обеспечивать прочность всех элементов конструкции.

Соединения элементов и деталей ПГ должны обеспечивать плотность, исключающую возможность перетечек из одного контура в другой. Сколько-нибудь существенное попадание теплоносителя в рабочее тело недопустимо, так как паротурбинный контур не имеет биологической защиты. Проникновение рабочего тела в первый контур может привести к аварийной ситуации в реакторе.

Возможность интенсификации коррозионных процессов должна быть исключена. Здесь имеется в виду как снижение надежности ПГ, так и загрязнение теплоносителя продуктами коррозии. Чрезмерное их попадание в первый контур приведет к повышению радиоактивности теплоносителя и отложению радиоактивных продуктов коррозии в первом контуре. Наиболее опасны отложения продуктов коррозии на тепловыделяющих элементах. В этом случае может произойти резкое уменьшение теплоотвода.

ПГ должен вырабатывать пар необходимой чистоты, что обеспечит надежность высокотемпературных пароперегревателей, а также надежную и экономичную работу турбины.

Конструкция элементов ПГ должна быть проста и компактна, должна обеспечивать удобство монтажа и эксплуатации, возможность обнаружения и ликвидации повреждений, возможность полного дренирования.

Поверхностные теплообменники, в свою очередь, делят на регенеративные и рекуперативные. В регенеративных теплообменниках теплоноситель и рабочее тело попеременно проходят через теплопередающую поверхность. Во время омывания поверхности теплоносителем она аккумулирует тепло, которое затем передается рабочему телу. Попеременное омывание одной и той же поверхности теплоносителем и рабочим телом, практическая невозможность достижения необходимой плотности разделений контуров приводят к попаданию одной среды в другую, что недопустимо для двухконтурных паротурбинных АЭС.

В рекуперативных теплообменниках (рисунок 1.1) обе среды одновременно омывают поверхность теплообмена, и тепло от первичного теплоносителя передается рабочему телу через разделяющую их стенку. Такой способ передачи тепла дает возможность разработать теплообменный аппарат, отвечающий всем требованиям, предъявляемым к ПГ АЭС.

1.2 Прогнозирование повреждений теплообменных трубок парогенератора

1.2.1 Основные положения

Обеспечение надежной работы теплообменных трубок (ТОТ) парогенераторов (ПГ) является важнейшей задачей для различного типа АЭС как в отечественной атомной энергетике, так и за рубежом.

Тонкостенные теплообменные трубы парогенератора являются важной частью границы первого контура и для того, чтобы исполнять функции эффективного барьера, теплообменные трубы не должны иметь сквозных дефектов или дефектов, требующих глушения ТОТ.

На ПГ российского производства повреждения теплообменного пучка имеют место в различной степени на всех блоках АЭС и являются в настоящее время основным фактором, определяющим остаточный ресурс ПГ.

Одной из важнейших в современной технике можно обоснованно полагать проблему точного знания ее состояния - остаточного и технического ресурса деградирующего металла на данный момент времени. Оценка технического и остаточного ресурсов, обоснование продления срока службы металла оборудования, в том числе – оборудования атомной энергетики, обоснование сроков снятия с эксплуатации - все это положительные производные от решения этой проблемы.

Реализация подобной задачи сопряжена как с объективными научно-техническими сложностями, так и с преодолением субъективных, исторически сложившихся подходов и путей ее решения, а именно.

Во-первых - методы вероятностного анализа не предназначены для ресурсных оценок.

Во-вторых - современные детерминированные методы могут это сделать, однако в пределах, как правило, одного повреждающего процесса.

В-третьих - в современных методах расчета на усталостную долговечность и статическую прочность все дополнительно участвующие в повреждении процессы предписано учитывать коэффициентами запаса.

В-четвертых - числовые значения упомянутых коэффициентов запаса определяются только экспертным путем, а нормативные методики их расчета отсутствуют.

В-пятых - обычно расчеты с использованием экспертных числовых значений коэффициентов удовлетворяют практику, но вместе с тем нередки случаи повреждения задолго до исчерпания назначенного ресурса оборудования, металл которого подвергался во время эксплуатации одновременному воздействию сразу нескольких повреждающих процессов.

Безусловно, важнейшее влияние на долговечность конструкционных сплавов оказывает усталость. Уже более 100 лет все конструкции из металла рассчитываются на усталостную долговечность (при условии удовлетворения требованиям статической прочности) [1]. Именно тогда были заложены так называемые коэффициенты влияния на усталостную долговечность коррозионной среды. Причем, числовое значение этого коэффициента не изменялось в течении всех этих лет ( fкс=10).

Как правило, влияние рабочих сред на прочностные характеристики металла помимо упомянутых коэффициентов учитываются еще и добавкой к расчетной толщине конструкции (для компенсации убыли металла по причине равномерной коррозии - утонения). Вместе с тем, коррозионные процессы и механизмы их воздействия на служебные свойства металла гораздо разнообразнее, чем это учтено в современных расчетных методах например, коррозия: при постоянном нагружении (КПН); коррозионное растрескивание (КР): транскристаллитное - трещина через тело зерен (ТКР) и межкристаллитное - трещины по границам зерен - коррозионное (МКР) растрескивание; водородное охрупчивание (ВО); коррозионная усталость (КУ) и т.д.. Нередко последствия именно этих локальных процессов и оказывают существенное влияние на долговечность конструкционного сплава в рабочих условиях.

В последнее время появились весьма тревожные факты, свидетельствующие о том, что нельзя одним числовым коэффициентом описать все случаи взаимодействия всех типов и марок сплавов со всеми типами коррозионных сред.

Так, авария на Аляске с продуктопроводом показала, что коэффициент влияния среды может достигать 3600. Досрочная замена парогенераторов: - за рубежом из-за коррозионного растрескивания (КР) трубных пучков (около 80 единиц) и в СНГ - из-за КР коллекторов (32 единицы ) показала, что коэффициент влияния среды может составлять от 200 до 350.

Можно предположить, что одним из перспективных направлений, который приведет к решению обозначенной проблемы является создание математического аппарата, объединяющего частные аппроксимирующие детерминированные методики повреждающих процессов в единый функционал взаимного влияния всех таких процессов без исключения (или их противопоставления друг другу) так, как управление ресурсом есть не что иное, как:

Наличие феноменологического описания каждого частного процесса повреждения металла.

Выявление физически измеряемого признака повреждения металла по каждому частному процессу повреждения.

Выявление физически измеряемого значения критерия предельного состояния металла перед разрушением по каждому частному процессу повреждения.

Наличие детерминированной математической модели кинетики роста относительной меры повреждения как отношение текущего значения физически измеряемых признаков повреждения частных по отдельному частному процессу повреждения к значения критерия предельного состояния.

Наличие алгоритма вычисления общей относительной меры повреждения металла, объединяющего уравнения кинетики роста относительной меры повреждения по частным процессам повреждения.

Факторный анализ и обоснование критерия «отбраковки» - критерия, согласно которому какой либо частный процесс повреждения может быть исключен из рассмотрения.

Обоснование новых числовых характеристик конструкции, а также технологических режимов изготовления и эксплуатации для компенсации негативного воздействия на наработку до отказа отдельных факторов по критерию приращения срока безопасной эксплуатации.

Обоснование технической осуществимости и экономической целесообразности реализации компенсирующих мероприятий.

Реализация конструкторских, технологических и технических мероприятий с целью обоснования:

- срока безопасной эксплуатации металла;