Тепловая схема АЭС с РБМК-1500

Тепловая схема блока включает реактор РБМК-1500 тепловой мощностью 4800 Мвт и две турбоустановки К-750-65/300, разработанных Харьковским турбинным заводом в комплексе с генератором ТВВ-800-2 завода «Электросила».

В качестве теплоносителя используется химочищенная вода. Принудительно циркулирующая через технологические каналы вода, нагревается от 260°С до температуры насыщения 285°С при давлении Р»80 кгс/см² и частично испаряется. Паросодержание на выходе из каналов 23¸29%. Пароводяными коммуникациями от каждого технологического канала пароводяная смесь подается в барабан сепараторы, где происходит разделение смеси на пар и воду. Пар от барабан-сепараторов главными паропроводами направляется к турбинам, а отсепарированная вода опускными трубопроводами возвращается во всасывающие коллекторы главных циркуляционных насосов (ГЦН), осуществляющих ее многократную циркуляцию через реактор.

Пар от каждого из 4-х барабан-сепараторов отводится к турбинам по двум паропроводам. Разводка паропроводов выполнена таким образом, чтобы обеспечить связь каждого барабан-сепаратора с двумя турбинами. Для защиты оборудования и трубопроводов от недопустимого повышения давления предусмотрена система паросбросных устройств, через которые излишки пара сбрасываются в конденсаторы турбин или в конденсационные камеры системы локализации.

Поступающий к турбинам пар с давлением 70 кгс/см² и температурой 280°С при степени сухости 0,995 последовательно проходит блоки клапанов парораспределения и ЦВД. После ЦВД пар с давлением 4 кгс/см² и температурой 145°C при степени сухости 0,85 ресиверами направляется в сепаратор-паронагреватели, где из него удаляется влага и осуществляется двухступенчатый паровой перегрев до температуры 262,5°С. При давлении 3 кгс/см² и температуре 265°С пар поступает в ЦНД, где происходит расширение до конечного давления 0,04 кгс/см² и поступает в конденсаторы, охлаждаемые циркуляционной водой из озера Друкшяй.

Конденсат отработанного в турбине пара проходит химическую, очистку на ионообменных фильтрах. Из конденсаторов, конденсатными насосами первого подъема, конденсат прокачивается через фильтры конденсатоочистки. Далее, конденсатными насосами второго подъема, конденсат подается на подогреватели низкого давления, соединенные последовательно и поступает в деаэраторы.

После термической деаэрации в деаэраторах питательная вода с температурой 190°C питательными электронасосами через узлы регулирования, пройдя дополнительную очистку на механических фильтрах, поступает по питательным трубопроводам в барабан-сепараторы циркуляционного контура.

Производительность одного реактора 8800 т/час.

Основное технологическое оборудование АЭС

Условно тепловую схему с реактором РБМК разделяют на два контура: контур многократной принудительной циркуляции (КМПЦ) и конденсатно-питательный тракт (КПТ). КМПЦ включает реакторы и главные циркуляционные насосы.

Реактор РБМК-1500 – гетерогенный, уран-графитовый, канальный, кипящего типа.

Теплоноситель – вода.

Основные элементы реактора – металлоконструкции реактора и графитовая кладка.

Металлоконструкции выполняют роль защитных и несущих элементов конструкции реактора. Графитовая кладка размещена внутри герметичного контура (сх. КЖ) и выполняет функцию замедлителя и отражателя нейтронов и представляет собой вертикально расположенный цилиндр, собранный из отдельных графитовых блоков, образующих колонны. Графитовые блоки, имеют форму параллелепипеда сечением 250х250 мм и высотой 200, 300, 500 и 600 мм. Основными являются блоки высотой 600 мм. Укороченные же блоки устанавливаются только в верхнем и нижнем торцевых отражателях для смещения стыков блоков соседних колонн. Общая масса кладки 1700 т.

Внутри графитовых колон имеются сквозные вертикальные отверстия диаметром 114 мм, для размещения в них 2052-х технологических каналов (ТК) и каналов управления и контроля. Максимальная расчетная температура графита 750°С. Для предотвращения окисления графита и обеспечения температурного режима кладки реактора пространство (РП) продувается смесью гелия с азотом. Боковые поверхности реактора окружены баками водяной биологической защиты (сх. М и Д). Пространство между схемой КЖ и схемой Л заполнено азотом. Вес кладки передается на металлоконструкции схемы ОР, которая одновременно служит нижней биологической защитой реактора. Роль верхней биологической защиты выполняет схема Е, а также верхний плитный настил (сх. Г).

Загрузка и выгрузка ТВС осуществляется как в рабочем состоянии реактора, так и на остановленном реакторе с помощью разгрузочно-загрузочной машины (РЗМ). Управление реактором осуществляется с помощью системы стержней-поглотителей, установленных в каналах СУЗ.

Главный циркуляционный насос (ГЦН) предназначен для обеспечения циркуляции теплоносителя в КМПЦ и является его составной частью. Номинальный расход воды через реактор – 31000 т/час.

ГЦН типа ЦВН-8 – центральный, вертикальный, одноступенчатый с торцевым уплотнением вала, производительностью 8000 м³/час, создает напор 200±20 м водяного столба. Конструкция ГЦН состоит из 3-х основных узлов: бака, насоса, выемной части и электродвигателя.

На АЭС реактором РБМК-1500 применяются турбины на насыщенном паре типа К-750-65/3000, с однократным, двухступенчатым, промежуточным перегревом пара, номинальной мощностью 750 МВт, со скоростью вращения ротора 3000 об/мин. Турбина предназначена для непосредственного привода генератора переменного тока типа ТВВ-800-2 мощностью 800 000 кВт, напряжением на клеммах 24000 вольт, током 21400 ампер.

Турбина представляет собой одновальный пятицилиндровый агрегат, имеющий один двухпоточный цилиндр высокого давления (ЦВД) и четыре двухпоточных цилиндра низкого давления (ЦНД). ЦВД расположен между двумя группами ЦНД, подвод пара осуществляется в среднюю часть ЦВД двумя горизонтальными патрубками от блоков стопорно-регулирующих клапанов, установленных около ЦВД.

Пар из ЦВД по четырем трубопроводам отводится на сепарацию и промежуточный перегрев в четыре комбинированных сепаратора-пароперегревателя (СПП). Осушенный и перегретый пар от СПП поступает на ЦНД. С каждого цилиндра низкого давления имеется по два выхлопа в конденсатор турбины (КНД). К каждой турбине поставляются четыре конденсатора. Каждый конденсатор в корпусе имеет четыре модульных трубных пучка и подсоединяется к одному выхлопному патрубку турбины. В целях исключения разрушительного воздействия термических расширений корпус конденсатора установлен на четырех пружинных опорах.

Охлаждающей поверхностью конденсатора является поверхность, образуемая трубами, по которым циркулирует охлаждающая вода с температурой 15…33°С.

Трубки завальцованы в одинарные, кольцевые трубные доски.

С конденсаторами поставляется система непрерывной самоочистки охлаждающих трубок резиновыми шариками от заиливания.

Конденсаторы турбины выполняются однопоточными, то есть подвод и отвод охлаждающей воды производится одновременно по всему трубному пучку. Допустимое абсолютное давление внутри водного пространства конденсатора составляет величину порядка 2,0 кгс/см². Охлаждаемая поверхность конденсатора составляет 16560 м². Абсолютное давление пара у фланца конденсатора: Р=0,045 кгс/см². Количество трубок охлаждения: 16440 штук, н/диаметром 28 мм, длиной 11460 мм. Масса конденсатора 365 т. Каждая турбоустановка комплектуется двумя ступенями конденсатных электронасосов.

Конденсатные электронасосы первой ступени (КН-1), в количестве трех штук, типа КСВ500/1200, предназначены для откачки конденсата из конденсаторов турбины и подачи его через охладители основных эжекторов на конденсатоочистку и далее на всас конденсатных насосов второй ступени (КН-2).

Конденсатные электронасосы второй ступени (КН-2), в качестве трех штук, выполнены в горизонтальном исполнении, имеют суммарную подачу воды 1500 м³/час при абсолютном давлении напора 17,8 кгс/см² и предназначены для прокачки конденсата через подогреватели низкого давления в деаэраторы.

Испарительная установка машзала является источником получения условно «чистого» пара необходимого для работы ряда устройств и установок энергоблока, в том числе и установки КПЖО: выпарки и битумирования. Вторичный пар образуется вследствие выпаривания питательной воды (конденсата), поступающей из деаэратора. В качестве греющего  пара используется пар, отбираемый от первого отбора турбины или в переходных режимах – пар от БРУ-Д.

Основными параметрами испарительной установки являются:

·         производительность по вторичному пару – 72 т/час;

·         абсолютное давление вторичного пара – 9 кгс/см²;

·         температура вторичного пара – 174,5°C;

·         подача греющего пара в испаритель – 83 т/час;

·         температура греющего пара – 206° C;

·         абсолютное давление греющего пара – 18 кгс/см².

Установка очистки турбинного конденсата предназначена для очистки конденсата с целью поддержания нормируемого состава питательной воды. На установке проходит очистку только конденсат после конденсаторов турбины с температурой до 50°С.

Высокотемпературные потоки – дренажи СПП, конденсат греющего пара ПНД – минуют конденсатоочистку. Установка к/о выполняется индивидуально для каждой турбины и имеет производительность 2820 м³/час, т.е. очистка охватывает 100% расхода конденсата.

Технология очистки основана на фильтрации через ионообменные фильтры – механические (МФ) и фильтры смешанного действия (ФСД).

Установка сжигания гремучей смеси. В результате радиолиза воды в аппарате РБМК-1500 происходит образование гремучей смеси в количестве 50…100 нм³/час. Далее гремучая смесь попадает в барабан-сепаратор, где ее концентрация в паре составляет величину 14,5 мг/кг. После турбины гремучая смесь попадает в КНД, откуда отсасывается эжекторами турбин на установку сжигания гремучей смеси (УСГС). Осушенная после влагоотделителя ПГС направляется в электронагреватели, где происходит ее нагрев до 140°С. Затем гремучая смесь поступает на контактные аппараты, где происходит выжигание водорода (реакция окисления). Реакция происходит в присутствии катализатора, которым является платиновая чернь, нанесенная на шарики из окиси алюминия.

Водород сгорает с большим выделением тепла и появлением воды, которая после разделительной колонки отводится в бак-гидрозатвор. Оставшаяся газовоздушная смесь через УПАК, где снижается концентрация радиоактивных благородных газов и йода, сбрасывается в атмосферу.

ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ

Система сброса, очистки и возврата вод ИАЭС

Система представляет собой комплекс подсистем (узлов), предназначенных для сбора вод станции различного качества, переработки их в зависимости от загрязненности на установках СВХО и КПЖО, хранения и подачи потребителям  станции в пусковых, эксплуатационных и аварийных режимах, а также во время КПР. При нормальном эксплутационном режиме потоки от систем и оборудования блока поступает в промежуточные емкости сбора трапных, дренажных и организованных протечек и далее направляются: трапные воды – в емкости трапных вод зд. 151/154, организованные протечки в емкости грязных малосолевых вод. Очистка трапных вод осуществляется на выпарных установках зд. 150, после чего направляются в емкость хранения и возврата вод потребителям.

Организованные протечки проходят очистку на установке блока (УОМСВ), собираются в емкости чистых малосолевых вод, откуда насосами подаются на аварийную подпитку деаэраторов, конденсаторов турбин, систему локализации аварий (СЛА), а также собственные нужды.

Система сбросов и конденсации пара (машзал)

Система сбросов и конденсации пара состоит из двух частей: системы сброса пара в конденсаторы турбин и системы сброса пара в технологические конденсаторы. Первая часть предназначена для сброса 50% расхода пара на турбину. Состоит из БРУ-К и ПСУ. Вторая часть предназначена для приема пара остаточного тепловыделения реактора и пара, образующегося при расхолаживании реактора, когда первая система больше принять не может. Состоит система из БРУ-ТК и технологических конденсаторов.

Быстродействующая редукционная установка (БРУ) служит для редуцирования избытка острого пара. Она снижает давление пара с 65 ата до 12 ата. Пуско-сбросное устройство (ПСУ) дроссельно охлаждающего типа предназначена для приема пара массовым расходом 2200 т/час, с абсолютным давлением 9,2 ата и температурой 178°С, сбрасываемого через БРУ-К при нестационарных режимах работы турбины, при условии обеспечения подачи конденсата от напора КН-II на охлаждение сбрасываемого пара в увлажнителях КНД расходом 190 т/час и нормальном вакууме в конденсаторе. БРУ-ТК дросселирует острый пар до 12 ата и 187°С и представляет собой запорно-дроссельный клапан. На блоке устанавливаются два технологических конденсатора, где пар охлаждается технической водой.

КМПЦ – контур многократной принудительной циркуляции

КМПЦ реактора РБМК предназначен для обеспечения непрерывной циркуляции теплоносителя через активную зону реактора с целью отвода тепла от технологических каналов.

КМПЦ состоит из двух самостоятельных петель, каждая из которых отводит тепло от половины технологических каналов реактора. Оборудование петель расположено симметрично относительно вертикальной плоскости реактора, перпендикулярной машинному залу.

На каждой петле КМПЦ установлены по два барабан-сепаратора производительностью 2200 т/час пара каждый. Барабан-сепаратор представляет собой горизонтальный цилиндрический сосуд с внутренним диаметром 2,6 м, длинной 30,9 м и с эллиптическими днищами. Внутри каждого сепаратора, вдоль нижней образующей расположен коллектор питающей воды. Из этого коллектора через специальные патрубки-смесители питающая вода подается в горловины опускных труб каждого сепаратора. Отсепарированая вода смешивается с питательной водой, по двадцати четырем Ду 300 мм опускным трубам поступает во всасывающий коллектор Ду 1000мм главных циркуляционных насосов (ГЦН), из которого по четырем всасывающим трубопроводам Ду 800 мм поступает в насос ГЦН.

Нормально в каждой петле работают три ГЦН, а один находится в резерве. Из гцн по напорным трубопроводам Ду 800 мм вода поступает в напорный коллектор Ду 1000 мм. Всасывающий и напорный коллектор каждой петли соединены шестью перемычками (байпасы) Ду 300 мм. На каждой перемычке установлены нормально открытые задвижки и обратные клапаны. Через перемычки обеспечивается естественная циркуляция теплоносителя при аварийном отключении ГЦН.

Из напорного коллектора по двадцати напорным трубопроводам вода подается в двадцать раздаточных групповых коллекторов Ду 300 мм. На входе в РГК установлены ограничительные вставки, обратный клапан и смеситель для подачи воды из системы аварийного охлаждения реактора (САОР). Из РГК вода подается в трубопроводы нижних водяных коммуникаций (НВК). К каждому РГК подключено 40¸43 трубопровода НВК Ду 50 мм.

Распределение расхода воды по топливным каналам в зависимости от их расположения в активной зоне и степени выгорания топлива осуществляется при помощи запорно-регулирующих клапанов (ЗРК) специальной конструкции, установленных на каждом трубопроводе НВК непосредственно около РГК. После ЗРК (по ходу потока) установлен датчик шарикового расходомера (ШАДР). Таким образом, каждой петлей КМПЦ, осуществляется охлаждение половины топливных каналов реактора. Связь по воде между половинами контуров отсутствует.

Для защиты контура от повышения давления предусмотрена система паросбросных устройств.

Система одной петли состоит из:

·         Четырех быстродействующих редукционных устройств БРУ-К, выпускающих пар в конденсатор;

·         Одного быстродействующего устройства БРУ-Б, выпускающего пар в башню системы локализации аварий;

·         Шести главных предохранительных клапанов (ГПК).

БРУ-Б и ГПК установлены на кольце высокого давления, соединяющем четыре паросбросных коллектора одной петли. Пар от этих устройств выходит в башню системы локализации аварий.

Система охлаждения каналов СУЗ

Система предназначена для обеспечения требуемого температурного режима, как самих каналов, так и устройств установленных в них.

Основной режим работы – охлаждение каналов с полным их заполнением водой независимо от положения регулирующих стержней. Расход воды через канал – 4 м³/час. Температура на входе в канал – 40°С, на выходе – 67°С.

В нормальном режиме конденсат из циркуляционного бака СУЗ, емкостью 250 м³ поступает на всас рабочих насосов, которые подают его в расходный бак СУЗ (2), откуда он поступает в напорный коллектор контура охлаждения. Из коллектора, по индивидуальным трубопроводам, через шариковые расходомеры и ЗРК, конденсат подается по каналам. Каналы СУЗ охлаждаются потоком в направлении сверху вниз. Пройдя каналы, вода собирается в сливной коллектор и через теплообменники направляется в циркуляционный бак СУЗ, который постоянно продувается воздухом со сбросом газов в газгольдер выдержки, с целью выведения радиолитических газов (водород). Отвод тепла от теплообменников производится технической водой с расходом 3000 м³/час. Для очистки воды контура СУЗ от продуктов коррозии и растворенных солей, а также поддержания рН=5,5¸6,5 предусмотрена продувка контура на установку очистки малосолевых вод (МСВ) расходом 20 м³/час.

Подпитка контура производится турбинным конденсатом от конденсатоочистки, а в период остановки КО – чистой МСВ.

Газовый контур РБМК-1500

Назначение и общие положения по работе ГК

Газовый контур аппарата РБМК-1500 имеет следующее назначение:

·         создание инертной газовой среды в кладке реактора с целью исключения выгорания графита под воздействием высоких температур;

·         обеспечение оптимальной теплопередачи от графита кладки к теплоносителю;

·         обеспечение циркуляции газовой смеси через кладку и систему КЦТК с целью контроля за целостностью технологических каналов;

·         обеспечение сушки кладки при разгерметизации технологических каналов;

·         обеспечение сброса парогазовой смеси при значительных разрывах технологи-ческих каналов.

В зависимости от режима работы реактора рабочим агентом газового контура может быть как азото-гелиевая смесь, так и чистый азот. Циркуляция азото-гелиевой смеси через кладку аппарата, систему КЦТК и систему газоочистки осуществляется компрессорами, обеспечивающими расход в газовом контуре до 960 нм³/час.

Для удержания в кладке газовой смеси и снижения утечки гелия в окружающие кладку конструкции, пространства между схемами Л и КЖ, а также схемы Е и ОР заполняются азотом высокой чистоты, имеющим давление, превышающее давление в кладке на 20 мм. в. ст. Избыточное давление азота в полостях, окружающих кладку, не допускает выхода «грязной» смеси, что вызывает необходимость восстановления исходного соотношения газов смеси.

Газовая смесь, циркулируя по зазорам между графитовой кладкой и технологическими каналами, осуществляет теплопередачу от прогретого до температуры 750°С графита к теплоносителю КМПЦ – воде, циркулирующей в технологических каналах при температуре 284°С. Протечки воды КМПЦ через неплотности технологических каналов увлажняют циркулирующий газ. В результате радиолиза воды образуются водород и кислород, которые, в свою очередь, взаимодействуя с графитом кладки и азотом, образуют метан, аммиак, углекислоту, окись углерода. Очистка газа от влаги, образовавшихся вредных примесей и от избыточного азота (при работе на азотно-гелиевой смеси) производится на установке очистки гелия (УОГ).

На выходе из кладки газовая смесь поступает в систему КЦТК, где, по параметрам газа (температура, влажность) анализируется состояние технологических каналов. Контроль за влажностью осуществляется сигнализаторами влажности типа СВ-2, установленными каждом из 26 групповых клапанов, объединяющих по 81 технологическому каналу. Отбор газа на СВ-2 производится герметичными пластинчатыми газодувками c расходом 0,3…1,2 нм³/час. Однозначно поврежденный канал определяется температурой газа с помощью термопар ТХК-529, установленных на импульсных трубках каждого канала.

Система КЦТК, в зависимости от состояния технологических каналов, реализует режим вентиляции или режим усиленного отсоса, что определяется положением групповых клапанов системы КЦТК, имеющим два положения.

В режиме вентиляции газовая смесь от клапанов КЦТК поступает через электроподогреватель и иодные фильтры во всасывающий коллектор компрессоров УОГ. В электроподогревателе снижается относительная влажность газовой смеси посредством ее нагрева до 45°С. При относительной влажности менее 100% газовая смесь перепускается по байпасу электроподогревателя. На фильтрах 3 газовая смесь очищается от паров иода и аэрозолей. Режим вентиляции характеризуется общим расходом газовой смеси около 400 нм³ /час при расходе через импульсную трубку около 0,35 нм³/час.

В режиме усиленного отсоса газовая смесь от групповых клапанов системы КЦТК поступает через конденсатор газового контура во всасывающий коллектор компресоров УОГ, минуя электроподогреватель и йодные фильтры. В конденсаторе газового контура (КГК) происходит отделение влаги и конденсат через бак-гидрозатвор удаляется в спецканализацию. При значительных течах технологических каналов в работу запускается оборудование вакуум- насосной системы КЦТК, водокольцевые компрессоры которой допускают попадание воды во всасывающий патрубок. Режим усиленного отсоса характеризуется общим расходом газовой смеси до 960 нм³/час, при расходе через импульсную трубку около 2,5 нм³/час.

Компрессорами УОГ создается необходимый расход газовой смеси в зависимости от режима работы оборудования ГК, при этом в работу может быть введено один или несколько компрессоров. Давление, создаваемое компрессорами в напорном коллекторе, составляет величину порядка 30 кгс/см² и определяется режимом работы блока глубокого охлаждения (БГО). Давление в УОГ поддерживается за счет перепада на дроссельных клапанах узла понижения давления и регулирования, установленных на напорной трассе после УОГ перед подачей газа в кладку реактора.

Подача азота высокой чистоты в пространства и металлоконструкции, окружающие кладку, производится от азотно-кислородной станции (АКС) через узел понижения давления и регулирования. Давление газа на входе в реактор около 1,05 ата, температура 20°С, расход порядка 200 нм³/час.

Для снабжения охлаждающей воды теплообменного оборудования газового контура предусмотрен промежуточный контур (ПКГК), состоящий из:

·         двух центробежных насосов марки К-45/30-У3 с подачей 45 м³/час при напоре 30 м.в. ст.;

·         двух теплообменников типа 325ПНГ-16-III-0/20-3-2-Л;

·         бака емкостью 6,3 м³.

Температура воды ПК ГК 25°С, расход 10 м³/час. Охлаждающей водой ПК ГК является техническая вода.

Эксплуатационные режимы ГК

Основным эксплуатационным режимом работы ГК считается работа на азотно-гелиевой смеси (80% гелия + 20% азота) с включенной УОГ. Регламентированный расход газовой смеси через реактор устанавливается с помощъю узлов понижения давления и регулирования на входе в реактор, а также регулирующего вентиля на байпасе компрессоров. При этом давление на входе в реактор составляет величину около 200 мм. в. ст.; на выходе, в коллекторе КЦТК, разрежение около 100 мм. в. ст.; на всасе компрессоров разрежение 300 мм. в. ст. В случае неисправности или ремонта УОГ возможен режим работы ГК на азотно-гелиевой смеси с перепуском газа через байпас, минуя УОГ, в напорный коллектор ГК.

Как вспомогательный режим в период ремонта УОГ, в аварийных ситуациях, при сушке кладки, используется режим азотной продувки реактора. Азотный режим может осуществляться как на проток, так и по замкнутому контуру. При этом мощность реактора должна быть снижена до уровня 800 МВт.

Режим на проток осуществляется от азотно-кислородной станции (АКС) через узел понижения давления и регулирования в аппарат, далее через систему КЦТК в камеру выдержки (КВ) и спецвентиляцию.

Режим работы по замкнутому контуру аналогичен режиму работы на азотно-гелиевой смеси с отключенной УОГ. Циркуляция азота в контуре осуществляется компрессорами УОГ через ресивер, байпас УОГ, узел понижения давления и реактор в систему КЦТК.

Для защиты кожуха реактора (сх. КЖ) в аварийных ситуациях, вызывающих повышение давления в кладке и образование пара, предусмотрены трубопроводы Ду 400 сброса парогазовой смеси (ПГС) в конденсационную камеру башни локализации аварий (БЛА). Трубопроводы сброса ПГС расположены сверху и снизу аппарата и снабжены гидрозатвором, расчитаным на противодавление 1,5 м. в. ст.

В режиме сушки кладки азот подается от ЛКС с расходом до 100  нм³/час, при этом давление на входе в аппарат возрастает до 8 м. в. ст. Чтобы поток азота из нижних трубопроводов Ду 400 сброса ПГС не попал в БЛА, на них предусмотрено два гидрозатвора на противодавление 7 м.в. ст., которые заполняются перед сушкой кладки и опорожняются по ее окончании.

Технологическая схема УОГ

Установка очистки гелия является составной частью газового контура и служит для очистки азотно-гелиевой смеси от образующихся в реакторе вредных примесей. УОГ состоит из следующих основных узлов:

·         компрессоров УОГ;

·         ресивера;

·         блоков контактных аппаратов;

·         холодильника;

·         теплообменника- ожижителя;

·         блоков очистки и осушки;

·         блоков глубокого охлаждения.

Компрессорами газовая смесь нагнетается в ресивер, служащий для выравнивания давления в системе. Из ресивера газовая смесь поступает в блоки контактных аппаратов. Каждый блок состоит из электроподогревателя, в котором смесь подогревается до 160°С, и реактора каталитической очистки, в котором проходят реакции выжигания водорода и окиси углерода с образованием паров воды и двуокиси углерода соответственно. Перед реактором каталитической очистки в смесь добавляется избыточный кислород для полного выжигания водорода. Газовая смесь с температурой около 270°С поступает в змеевиковый холодильник с отделителем капельной влаги. После конденсации паров воды и отделения капельной влаги, газовая смесь при температуре 25°С поступает в теплообменник- ожижитель с отделителем влаги. В теплообменнике-ожижителе газовая смесь охлаждается до температуры 5...8°С обратным потоком очищенного гелия, а также потоками «грязного» и «чистого» азота из блока глубокого охлаждения. Конденсат из влагоотделителей после змеевикового холодильника и теплообменника-ожижителя через влагосборники периодически удаляется в РСП и далее в спецканализацию. Окончательная осушка газовой смеси, а также очистка от СО₂, NН₃, Сl происходит в блоках очистки и осушки (БОО). Каждый из двух БОО состоит из цеолитовых адсорберов с входными и выходными фильтрами. После прохождения газовой смеси БОО, в ней остаются примеси азота, метана, аргона, кислорода. Для их удаления (снижения процентного содержания) в УОГ предусмотрен блок глубокого охлаждения, в котором примеси удаляются за счет их перевода в жидкую фракцию. Каждый из двух БГО состоит из основного теплообменника, дефлегматора и отделителя пара. В основном теплообменнике происходит частичная конденсация примесей при температуре около –185°С. Окончательная конденсация происходит в дефлегматоре при температуре –192,3°С. Грязные оконденсированые примеси, накапливаясь в кубе дефлегматора, сбрасываются в отделитель пара. Очищенная гелиевая смесь подается из верхней точки дефлегматора при температуре –190°С, подогревается в основном теплообменнике до температуры 0°С, затем в теплообменнике-ожижителе до температуры 40°С и подается через узел регулирования в реактор.

Температура, необходимая для сжижения газовых примесей в дефлегматоре, достигается за счет подачи жидкого чистого азота

Чистый азот после испарения в дефлегматоре проходит основную установку теплообменник- ожижитель и при температуре 20°С сбрасывается в спецвентиляцию. Грязные примеси из отделителя пара поступает в основной теплообменник, теплообменник-ожижитель и далее – в спецвентиляцию.

Характеристики основного оборудования газового контура

Водокольцевые компрессоры ВК-3, в количестве 2 шт. Входят в оборудование вакуум-насосной системы КЦТК и создают напор до 2 м. в. ст.

Отсос в компрессоре происходит за счет того, что вокруг рабочего колеса, эксцентрично расположенного в цилиндрическом корпусе, образуется водяное кольцо, поэтому допускается попадание воды во всасывающий патрубок.

Комплектно с ВК-3 поставляется газосборник, в котором происходит разделение отсасываемой компрессором газовой смеси и унесенной из рабочего объема машины влаги.

Контактный аппарат предназначен для проведения реакции каталитического гидрирования (сжигания) водорода с образованием паров воды и выжигания СО до СО₂ на платиновом гранулированном катализаторе. При этом выделяется тепло и температура газовой смеси на выходе составляет около 270°С.

Контактный аппарат имеет форму цилиндрического сварного сосуда диаметром 351 мм и высотой 1828 мм.

Теплообменник-ожижитель входит в состав УОГ и представляет собой витой, четырехпоточный аппарат, предназначеный для конденсации основной части влаги, содержащейся  в очищаемой смеси и поступающей в его межтрубное пространство. Диаметр теплообменника-ожижителя 412 мм, его высота 1260 мм.

Блок очистки и осушки (БОО) входит в состав УОГ и предназначен для очистки смеси от влаги, двуокиси углерода, хлора, аммиака. В УОГ используется два блока: один – рабочий, другой – резервный.

Каждый блок скомпонован в жестком каркасе и включает в себя два адсорбера и четыре механических фильтра, установленных после адсорберов по ходу потока газовой смеси. Адсорберы заполняются цеолитом в виде гранул цилиндрической формы, диаметром 4 мм, высотой 6 мм. В качестве фильтрующего материала в механических фильтрах применены пористые стаканы из фтористой меди. В схемах предусмотрена регенерация адсорберов. Переключение с адсорбции на регенерацию происходит через 18 часов в нормальном режиме и через 6 часов в аварийных ситуациях. Регенерация производится сухим азотом, поступающим от АКС с расходом до 500 нм³ /час и давлением до 6 кгс/см². Направление потока азота при регенерации противоположно направлению потока газовой смеси при работе адсорберов. Перед подачей на регенерацию азот подогревается до температуры 400…450°С. После регенерации азот охлаждается до температуры окружающей среды и сбрасывается в спецвентиляцию. Десорбция влаги, СО₂ и других примесей производится до тех пор, пока температура газа на выходе из адсорбера не станет равной 220°С. Время десорбции 6 часов, после чего адсорбер охлаждается за 11 часов до 40…45°С.

Габариты блока: 5355 ´ 2700 ´ 1500.

Блок глубокого охлаждения служит для очистки газовой смеси от примесей азота, метана и остаточного кислорода. В состав УОГ входят два блока: один – рабочий, другой – резервный.

В состав каждого БГО входят:

·         основной теплообменник;

·         дефлегматор;

·         отделитель пара;

·         арматура и трубопроводы.

Все оборудование смонтировано в жестком кожухе каркасного типа, в котором имеются съемные щиты, позволяющие производить осмотр и ремонт блока. Вся аппаратура БГО теплоизолируется минеральной ватой.

Охлаждение примесей производится за счет их перевода в жидкую фракцию. Вначале газовая смесь проходит основной теплообменник, где охлаждается до температуры –183°С обратным потоком очищенного гелия и чистого азота из дефлегматора, а также грязными сконденсированными примесями из паровой и жидкостной части отделителя пара. В основном теплообменнике происходит частичная конденсация примесей, после чего газовая смесь поступает в дефлегматор, где концентрация примесей в гелии снижается до регламентированных величин. Температура, необходимая для снижения газовых примесей в дефлегматоре, достигается за счет подачи в межтрубное пространство жидкого чистого азота из танков ТРВК–8 . Испаряясь при температуре –192,3°С, азот создает в трубном пространстве дефлегматора необходимую температуру для конденсации примесей.

Грязные сконденсированные примеси, накапливаясь в кубе дефлегматора, сбрасываются через дроссельный вентиль в отделитель пара, проходят основной теплообменник, теплообменник – ожижитель и через камеру выдержки сбрасываются в спецвентиляцию.

При пусках и остановах УОГ предусмотрено захолаживание и разогрев БГО соответственно. Захолаживание БГО предусматривается путем подачи сухого, чистого азота от АКС; предварительно азот подогревается до 80–90⁰С.

Габариты блока: 4700 ´ 2800 ´ 2130.

Реципиенты, в количестве 4 штук, предусмотрены на случай опорожнения газового контура при ремонтах или остановах оборудования. В реципиентах, емкостью по 7,8 м³ каждый, газовая смесь хранится при давлении 30 кгс/см², а по окончании ремонта находится в контуре. Реципиент представляет собой цилиндрический сосуд диаметром 1220 мм и высотой 7200 мм с эллиптическими днищами.

Компоновка оборудования

Оборудование, арматура и трубопроводы ГК располагаются в блоке В зд.101, за исключением:

·         системы КДТК, которая располагается в блоке А;

·         танков жидкого азота, располагаемых вне здания у наружной стены блока В;

·         гелиевой рампы, расположенной в пристройке к зданию 117.

Промконтур

Промежуточный контур реакторного отделения предназначен для снабжения охлаждающей водой технологического оборудования реактора, исключая при этом возможные протечки радиоактивной воды в систему технического водоснабжения станции. Промконтур представляет собой замкнутую циркуляционную систему. Состоит из параллельно соединенных теплообменников, в которых тепло промежуточного теплоносителя передается технической воде и насосам, обеспечивающих подачу охлаждающей воды промконтура к оборудованию реакторного отделения как в номинальных, так и в переходных режимах работы реактора. Теплообменники выполнены герметичными и включены по схеме противотока.

Вода промконтура циркулирует по межтрубному пространству, а техническая вода – по трубному, при этом давление технической воды на 0,8¸1,0 кгс/см² выше давления воды промконтура. Это обеспечивает невозможность попадания радиоактивной воды проконтура в схему технического водоснабжения станции при возможных неплотностях в теплообменниках. Для компенсации объема в контуре используется расширительный бак. Через него производится первоначальное заполнение и подпитка контура чистки конденсатом.

Потребителями охлаждающей воды ПК являются:

·         Доохладители продувки КМПЦ;

·         Охладители организованных протечек;

·         Холодильники газового контура;

·         Холодильник РЗМ;

·         Холодильники уплотняющей воды ГЦН.

Система охлаждения вод схем Л, Д, БВК

Для отвода тепла, выделяющейся в баках боковой водяной защиты реактора, предназначена система охлаждения сх. Л и Д. Это циркуляционный контур, включающий в себя трубопроводы, арматуру, расширительный бак (РБ) емкостью 7 м³, циркуляционные насосы типа 6К-12а, теплообменники Первоначальное заполнение баков защиты объемом 760 м³ производится из баков чистых МСВ через РБ; через него не производится подпитки контура.

Теплообменная группа состоит из двух теплообменников с трубчаткой из ст.20, включенных параллельно.

Общий расход воды через баки водяной защиты – 129 т/час, температура воды на входе в баки 45°С, на выходе – 60°С, расход охлаждающей (технической) воды через теплообменники – 165 т/час, температура технической воды на входе в теплообменник – 28°С, на выходе – 44°С.

Циркуляция осуществляется следующим образом:

Из отсеков схемы Д конденсат при температуре около 65°С подается на теплообменник, где охлаждается до 45°С, а затем поступает на всос трех насосов, один из которых – резервный. Насосом вода подается в раздаточный коллектор, из которого по трубопроводам вода поступает в нижние части отсеков сх. Л.

Отвод воды на теплообменник производится в верхней части сх. Д. Расход воды через один отсек около  10 т/час. В связи с присутствием ингибиторов в воде циркуляционного контура, продувка и очистка воды не предусматривается.

Система охлаждения вод БВК предназначена для отвода тепла, выделяемого ТВС, находящимися там после выгрузки из реактора, с поддержанием средней температуры воды в БВК равной 50°С.

Система представляет собой замкнутый контур, состоящий из трех теплообменников  с трубчаткой ст.20 (максимальная мощность теплообменника типа 400ТНГ-1-10-М1 составляет 70% от общей); четырех насосов типа 6К-9К-1, производительностью 330 м³/час и напором 15 м.в.ст.; трубопроводов и арматуры. Расход воды в контуре – 258 т/час; температура воды на выходе из БВК – 50°С; на входе – 40°С; расход охлаждающей технической воды на тееплообменники – 320 т/час; температура технической воды на входе в теплообменники – 28°С; на выходе – 36°С.

Для поддержания прозрачности воды и ее солевого состава предусматривается периодическая продувка вод БВК на установку очистки МСВ в емкость ТД51В01.

Система локализации аварий

Система локализации аварий должна обеспечить безопасность персонала и окружающей среды от радиоактивного заражения выше допустимых санитарных норм в условиях аварийной ситуации вплоть до максимальной проектной аварии.

Это достигается следующим:

·         Конденсацией образующегося при аварии пара, вследствие чего уменьшается давление в аварийных помещениях и соответственно выброс радиоактивных веществ из них;

·         Удержание радиоактивных продуктов аварии в пределах герметичных помещений до последующей очистки;

·         Сброс части чистого воздуха из СЛА в начальный период развития аварии;

·         Наличие спринклерной системы для конденсации пара, выделяющегося в конце аварии и остающегося в объеме помещений.

Сброс чистого воздуха и использование спринклерной системы позволяет в короткий срок после начала аварии получить разрежение в помещениях СЛА. Это исключает саму причину (избыточное давление) выбросов радиоактивных веществ в окружающую среду.

СЛА также служит для размещения запаса воды системы аварийного охлаждения реактора и для приема пара от предохранительных клапанов при их срабатывании. Принципиальная схема главного строения СЛА в сложном разрезе представлена на рис.

Как показано на схеме, большая часть этого строения отводится системе локализации аварии. Основными компонентами этой системы является две связанные между собой башни, в которых вертикально размещены пять конденсационных тарелок. Объем воды на 1¸4 конденсационных тарелках – 2860 м³, на 5-ой тарелке – 745 м³

Объем воды (конденсата) для системы аварийного охлаждения реактора (САОР) в двух камерах горячего конденсата составляет 1000 м³, по 500 м³ каждая. Кроме того, камеры горячего конденсата (КГК) служат для сбора конденсата аварийного пара.

Помещения, которые окружают реактор, и компоненты контура укреплены в расчете на высокое давление (плотно-прочные боксы). Максимально допустимое давление (избыточное) в прочно-плотном боксе 3,0 бар. Эти помещения можно разделить на две группы:

·         Помещения, в которых установлены идущие в реактор трубопроводы и главные циркуляционные насосы. Пар, который может вырваться, вследствие аварии в этих помещениях, отводится к четырем нижним конденсационным тарелкам обоих блоков;

·         Сама активная зона и трубопроводы выходящие из нее. Пар, вырвавшийся в этой зоне, отводится в самую высокую (пятую) тарелку левой башни СЛА.

Система аварийного охлаждения реактора

Система аварийного охлаждения реактора САОР) охлаждает активную зону при разрыве трубопроводов контура многократной принудительной циркуляции (КМПЦ) или при аварии органов регулирования или управления.

Система должна среагировать прежде, чем произойдет перегрев тепловыделяющих сборок (ТВС) вследствие аварии. Чтобы при любой аварии из-за расстройства подачи теплоносителя активная зона реактора не перегревалась, САОР должна обеспечить подачу необходимого расхода воды в топливные каналы реактора. При разрыве трубопроводов большого диаметра существует возможность вытекания воды из технологических каналов, находящихся выше разрыва. В данном случае пароводяная смесь из барабанов-сепараторов потечет вниз по топливным каналам. САОР должна обеспечить подачу необходимого количества охлаждающей воды, чтобы в каналах данной петли контура реактора не произошло опрокидывание циркуляции.

САОР состоит из двух подсистем: основной (кратковременного действия) и долговременного действия.

Основная подсистема содержит 3 независимых канала для подачи охлажденной воды в реактор. Каждый из них обеспечивает подачу 50% необходимого количества охлаждающей воды САОР. Два канала подключены к гидроаккумуляционным узлам, а третий – к питательным насосам.

Система долговременного охлаждения также имеет 3 независимых канала для подачи  охлаждающей воды в каждую петлю контура реактора. Каждый из этих каналов может подавать до 50% необходимого количества воды. Два канала имеют свои независимые группы насосов САОР (6), подключенных к камере горячего конденсата системы локализации аварий. Третий канал использует аварийные питательные насосы (5), подключенные к деаэраторам.

Рис. 1.   Принципиальная схема системы аварийного охлаждения реактора РБМК-1500 (САОР)

А – основная подсистема (кратковременного действия): 1 – напорный коллектор, 2 – РГК,  3 – гидроаккумуляторный узел САОР, 4 – питательный насос, 6 – насос САОР, подаюций воду из камеры горячего конденсата башни СЛА, 7 – коллектор САОР, 8 – байпас САОР.

Охлаждающая вода из САОР подается в активную зону по трем независимым коллекторам (7) в каждую петлю контура реактора. Охлаждающая вода из коллекторов по трем трубам с обратными клапанами, а дальше по одной трубе с ограничителем течи может подаваться в каждый раздаточный групповой коллектор (РГК).

Если сформировался сигнал об аварии и определено, в какой петле реактора произошла разгерметизация КМПЦ, то еще при работающих ГЦН включается основная система охлаждения, а позднее – система САОР подает охлаждающую воду на все РГК. Для достижения заданной цели в конструкцию РГК были введены введены следующие элементы:

·         ограничитель течи (2) диаметром 151,5 мм, установленный на входе в РГК (уменьшает вытекание теплоносителя при разрыве РГК и увеличивает его расход в других РГК в начальной стадии аварии, пока работает ГЦН);

·         обратный клапан специальной конструкции (3), установленный на входе каждого РГК (не допускает опрокидывания циркуляции в технологических каналах);

·         ограничители течи диаметром 45 мм (6) установленные на трубах, соединяющих САОР и РГК (уменьшают выброс охлаждающей воды при разрыве РГК);

·         смесители специальной конструкции (4), установленные на входе каждого РГК (предохраняют от термоударов при подаче холодной воды САОР в РГК).

 

Рис. 1   Схема подачи воды из САОР в РГК

1 – напорный коллектор, 2 – ограничитель течи РГК диаметром 151,5 мм, 3 – обратный клапан специальной конструкции, 4 – смеситель, 5 – РГК, 6 – ограничитель течи в САОР диаметром 45 мм, 7 – коллекторы САОР, 8 – байпас САОР.

Гидроаккумуляционные узлы представляет собой несколько соединенных баллонов высокого давления (1), заполненных охлажденной водой и сжатым воздухом. Чтобы обеспечить подачу необходимого количества воды САОР, на линиях подачи воды от каждого гидроаккумуля­ционного узла установлено звено промежуточного дросселирования (3). Чтобы из баллонов САОР в реактор не попали газы, когда уровень воды в баллонах уменьшается ниже заданного, автоматически закрываются быстродействующие запирающие задвижки (2).

Рис. 2   Подача охлаждающей воды из гидроаккумуляционных узлов САОР

1 – гидроаккумуляционный баллон, 2 – быстродействующая запорная задвижка, 3 – звено  промежуточного дросселирования , 4 – быстродействующая задвижка САОР.

При разгерметизации КМПЦ САОР включается при выполнении одновременно двух из трех условий:

·         увеличения давления в герметичных помещениях СЛА;

·         уменьшения давления в напорном коллекторе ГЦН;

·         падения уровня воды в барабанах-сепараторах.

По сигналу аварии (разрыв трубопроводов КМПЦ, питающей воды или паропроводов) открываются все быстродействующие задвижки основной подсистемы САОР. Охлаждающая вода из обоих гидроаккумуляционных узлов и из питательных насосов подается через 4–5 с после начала аварии. Вода подается в аварийную петлю реактора. САОР рассчитана так, что расход подаваемой воды не уменьшится и при несрабатывании одного из трех каналов основной подсистемы.

Мощность основной подсистемы САОР рассчитана на охлаждение реактора около 2 мин. За это время происходит пуск дизель-генераторов (если во время аварии отключается подача электроэнергии для собственных нужд), включаются насосы САОР и аварийные питательные насосы и открываются задвижки на подачу воды во все РГК на обеих петлях контура реактора. В момент выключения основной подсистемы САОР включается система долговременного ох­лаждения обеих половин реактора.

Однако возможна и такая аварийная ситуа­ция, когда происходит разрыв РГК до обратного клапана. Тогда прекращается циркуляция тепло­носителя через топливные каналы аварийного РГК. В данном случае САОР включится по сигналу уменьшения давления в напорном коллекторе ГЦН (сигнал формируется через 11 с), или по сигналам падения уровня воды в БС и уменьшения перепада давлений между БС и напорным коллектором ГЦН (через несколько десятков секунд). Это поясняется тем, что установленный ограничитель течения на входе в РГК не допускает вытекания большого количества теплоносителя через разрыв в коллекторе и тем самым обеспечивает поступление необходи­мого количества теплоносителя в другие (неава­рийные) РГК этой половины реактора. Таким образом, решается проблема аварийного охлаждения 820 технологических каналов (из 860) в данной петле реактора. Но поскольку вследствие небольшой потери теплоносителя САОР включается поздно, остальные 40 каналов, которые обслуживает аварийный РГК, могут перегреться. Чтобы этого не произошло, в каждой петле КМПЦ предусмотрен специальный обход САОР (9) между напорным коллектором ГЦН и коллектором САОР. Чтобы холодная вода не протекла из коллектора САОР при нормальном режиме работы реактора, на трубопроводе байпаса установлен обратный клапан. Таким образом, при разрыве какого-нибудь РГК до обратного клапана, теплоноситель из напорного коллектора ГЦН через байпас САОР будет подаваться в тот РГК, в котором из-за разрыва упало давление.

САОР увеличивает безопасность работы РБМК-1500, поскольку при многих авариях в КМПЦ данная система совместно с СУЗ непрерывно охлаждает активную зону реактора.

Система продувки и расхолаживания воды КМПЦ

С целью поддержания необходимого качества воды, часть ее постоянно проходит байпасную продувку, где  очищается от разных механических примесей, которые, как правило, бывают   радиоактивными. Через фильтры очистки можно пропускать только охлажденную воду. Система продувки и расхолаживания (СПИР) обеспечивает охлаждение продувочной воды до 50°С в номинальном и переходных режимах работы реактора, а также расхолаживание реактора при его плановой или аварийной остановке.

В состав системы входят 2 насоса расхолаживания (7) производительностью 500 м³/ч и напором 100 м вод. ст. каждый, регенераторы (8), и доохладители продувки (9), трубопроводы и арматура СПИР.

В номинальном режиме работы реактора вода на байпасную очистку поступает из напорных коллекторов ГЦН (5). Отбирается около 200 т/ч воды из каждого коллектора при температуре 255-265°С. Вода, минуя насосы (7), подается в регенераторы (8), где охлаждается до 68°С обратным током продувочной воды, прошедшей байпасную очистку. Далее продувоч­ная вода проходит через доохладители (9), где охлаждается водой промежуточного контура до 50°С и поступает на байпасную очистку. Очищенная вода проходит регенераторы (8), где нагревается от 50 до 240°С и далее поступает в смесители, где смешивается с питающей водой и подается в барабаны-сепараторы (1) каждой петли КМПЦ. Расход продувочной воды, поступающей в каждую половину КМПЦ, регулируется с помощью арматуры  и контролируется расходомером. Предусмотрен контроль температуры воды перед регенераторами, а также перед и после доохладителей. С повышением температуры воды на выходе из доохладителей до 60°С, подача на байпасную очистку прекращается.

При пуске реактора из горячего состояния после кратковременной остановки с работающими ГЦН насосы расхолаживания (7) не включаются.

После длительной остановки блока, когда ГЦН были отключены и КМПЦ расхоложен, перед выходом реактора на мощность для доведения качества воды в контуре до установленных норм включается в работу один насос расхолаживания (7). В этом режиме вода на продувку поступает не только из напорных коллекторов (5), но и от водяных перемычек барабанов-сепараторов (1). При температуре воды в КМПЦ не выше 180°С насос расхолаживания должен быть выключен, а задвижки на его напорном и всасывающем коллекторах закрыты. При разо­греве и пуске реактора создавшийся избыток воды, предварительно охлажденной до 50°С и очищенной в системе байпасной очистки, сбрасывается в баки малосолевых вод (10).

Рис. 3   Принципиальная схема системы продувки и расхолаживания

1 – БС, 2 – реактор, 3 – всасывающий коллектор, 4 – ГЦН, 5 – напорный коллектор,       6 – РГК, 7 – насос расхолаживания, 8 – регенератор, 9 – доохладитель, 10 – бак малосолевых вод (МСВ).

Краткие сведения об основных режимах блока

Пуск блока из холодного состояния. Работа блока под нагрузкой

Пуск блока из холодного состояния производится после длительного останова. Температура воды в КМПЦ перед началом пусковых операций должна составлять 70–80°С.

Первый этап пусковых операций профилирование расходов по ТК для поддержания коэффициента запаса до кризиса теплообмена в необходимых пределах. Для профилирования расходов включаются в работу по  2 ГЦН 65000-7000 м³/ч.

Одновременно вводится в работу байпасная очистка КМПЦ (БО КМПЦ) с установлением расхода через неё 200–400 т/час.

Расход воды на продувку по половинам КМПЦ устанавливается по результатам анализа водно-химического режима.

Температура воды в КМПЦ на время профилирования поддерживается не более 90–95 °С.

Проверяется исправность всех элементов системы контроля и расхода теплоносителя через ТК.  Параллельно работам по профилированию расходов через ТК проводится проверка защиты и блокировок по реактору и турбогенераторам.  До начала подъема температуры воды в КПМЦ выше 100°С проверяется качество воды в КМПЦ, которое должно быть добелено с помощью байпасной очистки до значений  показателей, указанных в табл. 5.

Проверяется готовность к работе системы эксплутационной подпитки  КМПЦ, включающей в себя1мкости TW15B01, TW41B01 с  химочищенной одой, насосы  TW16D01-03 и установки очистки.

Устанавливается объем  воды в ёмкости TD51B01  «грязных» малосолевых вод не более 500 м³, а в ёмкости TD52B01 чистых МОВ не менее 1000 м³.  Проверяется качество воды в контуре СУЗ, которое с помощью системы продувки должно быть доведено до значений показателей, указанных в таблице 6.

Включаются в работу конденсатоочистка не пусковом ТГ и проводится вводная отмывка конденсатного тракта, заполняются деаэраторы.

После окончания этих работ при нормальном качестве воды в КМПЦ, включении всех необходимых вспомогательных систем в работу, при уровнях воды в БС и деаэраторах не ниже минимально-допустимых, реактор выводится на минимально-контролируемый уровень мощности (МКУ). Начинается разогрев КМПЦ теплом, выделяемым в реакторе.

В процессе пуска блока перед началом подачи питательной воды в КМПЦ качество питательной воды и конденсата после конденсатоочистки должно быть доведено до значений показателей, указанных в таблице 7.

По мере роста давления в КМПЦ и появлении пара производится прогрев воды в деаэраторах подачей пара в них. После прогрева деаэраторы выводятся на режим, вода из них подаётся на испарители. Вторичный пар подаётся на эжекторы турбин для набора вакуума в конденсаторах.

При достижении вакуума в конденсаторах пускаемого ТГ не более 600 мм рт. Ст. После прогрева паропроводов производится толчок ТГ (на номинальных параметрах) прогрев его и набор оборотов до холостого хода.

Подъем мощности реактора производится последовательными ступенями. Значение мощности, время выхода и время выдержки на каждой ступени должны соответствовать таблице.

		Номер ступеней
		1	2	3	4	5	6
1	Мощность блока, МВт(э)	0	250	750	1000	1300	1500
2	Мощность реактора, МВт(т), не более	240 (МКУ)	1000	2600	3300	4200	4800
3	Время выхода на ступень, ч, не менее	0,5	0,5	1,5	2 часа 10 мин	7,0	11,0
4	Длительность работы на ступени, ч, не менее	Без огран.	2,0	2,0	3,0	1,0

 

Подъем мощности реактора на 5-ю ступень должен осуществляться промежуточными ступенями по 150МВт(э)) с временем подъема на каждую ступень не менее 150МВТ(т (50МВт(э)) с временем подъема на каждую ступень не менее 20 минут и продолжительностью работы на каждой ступени  не менее 1 часа.

Дальнейший подъем мощности реактора вплоть до номинальной должен осуществляться промежуточными ступенями по 150МВт(т)(50МВт(эй)) с временем подъема на каждую ступень не менее 30 минут и продолжительностью рабоьв на каждой ступени не менее 3-х часов.

При работе энергоблока под нагрузкой все технологические параметры должны поддерживаться в эксплуатационных режимах.

Номинальная тепловая мощность реактора – 4800 МВт(проектная),  разрешенная –  4200 МВт . Номинальная электрическая (проектная) 1500 МВт. Номинальное давление пара в БС – 65–67 кг/см². Расход теплоносителя через реактор  – 45000 м³/час, расход насыщенного пара – 7500 т/час.

Плановый останов и расхолаживание блока

Снижение мощности энергоблока производится, как правило, путём снижения мощности реактора и разгрузки второго ТГ.

При достижении уровня мощности реактора 1000 Мвт(т) прикрытием  ДРК разгрузить работающие ГЦН до расхода 6500 м³/ч через каждый насос, для их бескавитационной работы.

Расхолаживание реактора и КМПЦ после отключения ТГ производится путём плавного снижения давления в БС при номинальных уровнях воды за счёт регулирующего сброса пара через БРУ-К и БРУ-Д на эжекторы. В процессе расхолаживания необходимо выдерживать следующие технологические параметры:

·         скорость  снижения температуры воды в КМПЦ – не более 10°С/час;

·         разность температур металла верха и низа БС не более 135°С;

·         разность температур металла верха БС и температуры питательной воды не более 150°С;

·         уровни в БС и деаэраторах – в эксплутационных пределах.

После снижения температуры  воды  КМПУ до 180°С (давление в БС 10 кгс/см²) дальнейшее  расхолаживание производится в водяном режиме с отводом тепла в доохладителях СПИР с отключёнными регенераторами. Минимальная температура воды в КМПЦ  должна быть  не ниже 80°С, тек как сталь, из которой изготовлены металлоконструкции реактора, имеет свойство теплового охрупчивания.

Аварийные режимы энергоблока

В процессе  эксплуатации энергоблока могут возникать отказы оборудования  и различные отклонения от нормального режима.

По важности отказы основного оборудования можно  разделить на отказы, требующие немедленного останова энергоблока и отказы, требующие перехода на пониженный уровень  мощности.

В соответствии с этим реактор имеет аварийные защиты:

·         БАЗ – быстрая аварийная защита – снижение мощности реактора с максимальной скоростью до полного заглушения.

·         АЗ-1 – снижение мощности реактора до полного заглушения по всем причинам срабатывания БАЗ, а так же по другим причинам указанным  в технологическом регламенте;

·         АЗ-3 – снижение мощности реактора до 50% Nт^ном по  определённым причинам, указанным  в О-380;

·         АЗ-4 – снижение мощности реактора до 60% Nт^ном по определённым причинам, указанным  в О-380.;

·         АЗ-6 – снижение мощности реактора до 50% Nт^ном в режиме  АЗ-3.

Защита реактра, КМПЦ и паропроводов от недопустимого повышения давления осуществляется автоматическим включением паросбросных защитных устройств безопасности.

Организация водного режима АЭС с РБМК-1500

Проследим основной пароводяной тракт при максимальной  нагрузке. Циркуляция теплоносителя по основным схемам АЭС осуществляется главными циркуляционными насосами. Вода при температуре 260°С распределяется с помощью регулирующих клапанов по технологическим каналам. Двигаясь по реакторы вверх и омывая ТВЭЛы, она нагревается до температуры насыщения, частично испаряется и в виде пароводяной смеси поступает в барабан-сепараторы. Отсепарированный пар в количестве 7500 т/ч при давлении 65 кгс/см² и температуре 280°С по восьми главным паропроводам направляется к двум турбинам К-750-65/3000. Пройдя цилиндр высокого давления. Пар поступает с сепараторы-пароподогреватели  (СПП), где происходит отделение образовавшегося конденсата  и небольшой перегрев пара острым паром. Затем пар проходит цилиндры  низкого давления и направляется в конденсаторы турбин  при давлении  0,035 кгс/см² и температуре 26°С. Такие параметры создаются и поддерживаются  непрерывным охлаждением конденсаторов циркуляционной озёрной водой.

Конденсат турбогенераторов, пройдя регенеративные подогреватели, смешивается с отсепарированной водой от сепараторов и по всасывающим  водяным коллекторам поступает в циркуляционные насосы, с помощью которых попадает  в технологические каналы: КО, ПНД подаётся в Д и через узел смешения в БС.

КМПЦ состоит из двух петель. Оборудование каждой, включая трубопроводы, расположено симметрично. В каждую  петлю входят два БС, опускные трубопроводы, всасывающие и напорные  трубопроводы ГЦН с арматурой. КМПЦ целиком изготовлен из коррозионно-стойких материалов (аустентные стали и циркониевый сплав).

В КПТ оборудование выполнено из углеродистой стали, сплав МНЖ (трубы конденсаторов), оборудование КО и ПНД из аустентных нержавеющих сталей. 

Период предпусковых и пусковых операций характерен наиболее коррозионно-опасными условиями работы и высокой вероятностью протекания  процессов коррозии. Возникающие при этом очаги  коррозии могут развиваться во время последующей эксплуатации.

Коррозионные повреждения в этот период  опасны, так как происходят либо на поверхности, покрытой заводской окалиной и в этом случае имеет место  язвенная или местная коррозия, либо на активированной в результате химического  воздействия  поверхности. Поэтому необходима специальная подготовка металлических поверхностей перед вводом контуров и систем в эксплуатацию.

По правилам технической эксплуатации АЭС проводят: водную промывку для удаления внутренних загрязнении, химическую очистку, предназначенную  для растворения и удаления  внутренних загрязнении, химическую очистку, предназначенную для растворения и удаления загрязнении с поверхности металла (трилон Б + лимонная кислота). Чтобы создать защитную плёнку  на поверхности металла, которая повысит стойкость металлической  поверхности к коррозионным воздействиям проводят пассивацию, то есть  воздействие на металл реагентами, после которого образуется фазовая окисная плёнка, обладающая свойствами, необходимыми для защиты металла от коррозии (нитрит натрия).

Качество воды КМПЦ, насыщенного пара, конденсата  после конденсатоочистки, питательной воды и воды контура СУЗ при работе блока в энергетическом режиме должно соответствовать табл. 9.

Основная особенность водного режима РБМК-1500 – его бескоррекционность, то есть  отсутствие введения в конденсат турбины, питательную или реакторные воды, каких бы то ни было  корректирующих добавок для регулирования рН и подавления радиолиза, отсутствие  борного регулирования мощности реактора. Радиолиз воды в кипящих реакторах не подавляется. Водный режим  поддерживается нейтральным, Рн воды измеренный при температуре  25°С должен быть около  7,0 (6,8–7,2).

С паром  уносятся не только радиолитичесие газы, но и некоторые радионуклиды (ксенон, йод и др.) и часть активных продуктов коррозии, поэтому оборудование машинного зала работает в режиме радиоактивного излучения.

Особенностью ВХР одноконтурных АЭС является наличие в циркуляционной воде, остром паре и конденсате греющего пара ПНД большого количества радиолитического кислорода и небольшого количества перекиси водорода, то есть среда имеет окислительный характер.

Количество образующихся продуктов радиолиза воды пропорционально мощности реактора.

Источником растворённых, загрязняющих теплоноситель, примесей являются присосы воды, охлаждающей конденсаторы турбин; подпиточная вода; регенерационные растворы не полностью промытых фильтров конденсатоочистки. Эти примеси могу с питательной водой поступать  поступать  в КМПЦ реактора и концентрироваться  в нём пропорционально отношению расхода питательной воды к расходу реакторной воды, подаваемой на очистку.

Наиболее опасными загрязнениями  в отношении коррозии оборудования следует считать  хлориды, натрий и углекислоту.

Большое внимание на одноконтурных АЭС уделяется плотности конденсаторов турбин. При появлении присосов  в одном из конденсаторов  его отключат по  охлаждающей воде и герметизируют. Блок частично разгружают при этом.

Надёжность работы любой АЭС зависит от ВХР не только основного контура, но контура охлаждения и средств  очистки вспомогательных систем. К таким системам относятся контур охлаждения СУЗ, бассейны выдержки ТВЭЛов и т.д.

Обработка радиоактивных вод и удаление отходов

Источники и состав радиоактивных вод АЭС. Причины загрязнения

Работа АЭС основана на применении ядерного топлива, процесс деления  которого сопровождается образованием новых радиоактивных нуклидов. Таковыми являются продукты деления урана, а также активированные продукты коррозии конструкционных контуров АЭС.

Основная причина загрязнения вод радионуклидами – нарушение герметичности оболочек ТВЭЛов. Основная причина разрушения оболочек ТВЭЛов является коррозия под напряжением, вызванная воздействием продуктов деления йода и цезия, концентрация которых возрастает по мере выгорания топлива. Влияет на целостность оболочки, являются эрозионные, кавитационные и вибрационного воздействия со стороны теплоносителя, связанные с его высокими скоростями, особенностями концентрации тепловыделяющей сборки и большими тепловыми нагрузками на оболочку.

Источником поступления продуктов деления в циркуляционную воду может также быть загрязнение поверхности ТВЭЛов ураном при изготовлении. В реакторах со стерженьковыми ТВЭЛами разгерметизация оболочек приводит к поступлению радионуклидов в циркуляционную воду, при этом содержание может быть большим.

Поступление продуктов деления топлива в циркуляционную воду приводит к значительному повышению её активности, что представляет большую опасность для обслуживающего персонала на одноконтурной АЭС, где высокий уровень активности пара неизбежно приводит к созданию опасной радиационной обстановки в машинном зале.

Современная технология и  схемы водоподготовки позволяют  получить воду высокой степени очистки с весьма малыми концентрациями примесей. Часть примесей попадает в реактор и активизируется в его нейтронном поле. Это явление «проскока» солей через систему водоочистки, в частности конденсатоочистки.

В результате реакции активации примесей образуются радионуклиды не являющиеся  продуктами коррозии, обладающие периодом полураспада от нескольких секунд до нескольких лет. Характерно образование радионуклидов Na²⁴, Si³¹ и др.

Через несколько суток после остановки реактора активности КМПЦ определяется содержанием радионуклидов коррозионного происхождения, так как при эксплуатации идёт непрерывное накопление в реакторе продуктов коррозии. Радионуклиды коррозионного происхождения:

Cu-51, Ur-58, Co-58, Fe-59, Co-60, Zn-65  появляются в результате следующих процессов:

·         выход активных продуктов коррозии с коррозирующих поверхностей активной зоны (коррозия зоны);

·         активация коррозионных отложений, находящихся в нейтронном поле реактора (активация отложений);

·         вылет ядер с поверхности корродирующих поверхностей или отложений.

Коррозионные процессы в паро-конденсатном тракте являются основным источником загрязнения конденсата тяжёлыми металлами: железом, медью, цинком, хромом, никелем, кобальтом и другими. Основной причиной коррозии является наличие в конденсате кислорода, его влияние особенно сказывается при нейтральном водном на коррозии трубных пучков конденсаторов и подогревателей, выполненных из медных сплавов.

Подпитка блока осуществляется в конденсаторы турбин, поэтому все загрязнения содержащиеся в подпиточной воде, поступают в конденсат. Подпиточная вода является источником загрязнения конденсата водорастворимыми солями, двуокисью углерода.

Конденсат турбин и греющего пара подогревателей является основной составляющей питательной воды блока, поэтому к качеству конденсатора предъявляются жёсткие требования в отношении удаления из него всех перечисленных загрязнении.

Способы обработки радиоактивных вод

При выборе способов обработки радиоактивных вод АЭС необходимо учитывать фазо-дисперсное состояние загрязняющих веществ. Все примеси воды можно разделить на четыре группы. В первую группу входят нерастворимые в воде взвеси, т.е. частички глины, мелкого песка, продуктов коррозии в виде нерастворимых окислов и гидроокисей, некоторые органические вещества, например, измельчённые ионообменные смолы, а также сорбированные на взвеси радионуклиды.

Для удаления этих примесей используют физико-химические процессы, основанные на адгезии –  прилипании примесей к поверхности фильтрующих материалов, коагуляции – укрупнении частиц  за счёт слипания их друг с другом, а также флотации – всплывании частиц на поверхность в результате образования насыщенных газами сгустков. Завершают эти процессы механические способы – отстаивание, фильтрация и т.д.

Вторая группа объединяет примеси, находящиеся в коллоидном состоянии (тонкодисперсные образования), и высокомолекулярные вещества. К примесям этой группы относятся минеральные масла, различные моющие препараты, некоторые органические вещества, используемые для дезактивации. Радионуклиды, а также органоминеральные частицы почв и грунтов, поступающих с присосами охлаждающей воды. Основным способом очистки воды от этих примесей является соосаждение с коагулянтами.

Третья группа веществ включает молекулярно-растворимые соединения. Наиболее эффективными процессами удаления из воды веществ этой группы является дегазация и адсорбция на высокоразвитой поверхности некоторых  твёрдых материалов, например активированных углей.

Четвёртая группа включает электролиты – вещества (активные и неактивные), диссоциирующие в воде на ионы. Очистка воды  от этих веществ основана на связывании ионов в малорастворимые соединения (соосаждение), удаление из раствора растворителя (воды) и концентрировании примесей  в кубовом остатке (дистилляция), наконец на применении ионообменных реакций, протекающих на поверхности твёрдых ионообменных материалов.

Для обработки радиоактивных вод на АЭС из механических способов очистки применяется способ фильтрации. Коагуляция и флотация применяется в системе водоподготовки.

Очистка воды фильтрацией через слой зернистого материала обусловлена с одной стороны, адгезией взвешенных частиц (адгезия – прилипание примесей на поверхность фильтрующих материалов), а с другой – механическим задержанием взвеси в порах, образованных   зёрнами фильтрующего материала.

Различают два способа фильтрации через зёрна фильтрующего материала – медленный и быстрый.

Для медленной фильтрации характерны низкие скорости и, следовательно, большие площади фильтрующего поверхности. Измеряемые несколькими тысячами квадратных метров. Этот способ применяется для очистки вод спецдушевых и спецпрачечных. Содержащих большое количество моющих веществ. Недостаток медленной фильтрации – наличие большого количество радиоактивного песка. Очистка методом быстрой фильтрации осуществляется посредством пропуска воды под напором, создаваемым насосом через слой крупнозернистого или порошкообразного фильтрующего материала.

При быстрой фильтрации хорошо удаляются только радионуклиды, предварительно связанные с хлопьями коагулянта или сорбированные на продуктах коррозии, например, окислах железа. Коэффициент очистки при быстрой фильтрации зависти от активности исходной воды и возрастает с её увеличением.

Для механических фильтров в качестве фильтрующего материала применяют иониты, вблизи поверхности, которых частицы взвеси теряют свой электрический заряд, в результате чего улучшаются условия прилипания и образования более крупных частиц, так как частицы коррозии имеют, как правило, отрицательный заряд.

В качестве загрузки в механические фильтры используют катиониты. Предпочтительнее материалы с развитой поверхностью, например сульфоуголь (обладает высокой пористостью). В намывных фильтрах используется в основном пористый порошкообразный материал – перлит, а также диатомит, активированный уголь.

В процессе улавливания взвешенных частиц фильтрующий материал загрязняется, возрастает его гидравлическое сопротивление или наблюдается проскок взвешенных частиц в фильтрат.

Для удаления загрязнений фильтрующий материал промывают током воды снизу вверх с расходом, обеспечивающим расширение загрузки примерно в 1,5 раза, что позволяет зёрнам фильтрующего материала свободно перемещаться в потоке воды. Частицы загрязнений отрываются от фильтрующего материала сжатым воздухом.

Загрязнённый фильтрующий материал намывных фильтров не промывается, а совместно с радиоактивными загрязнениями удаляется на захоронение. Фильтрующие элементы кроме водной промывки подвергаются химической регенерации растворами кислот.

Процесс ионного обмена представляет собой обмен ионами между раствором электролита и твёрдым веществом (ионитом) в результате чего увлекаемые иониты удерживаются твердым ионообменным веществом, отдающим в раствор эквивалентное количество обменных ионов одинакового знака. При ионитном обессоливании воды продуктами обмене ионов на катионите и анионите в исходных Н^-  и ОН^-    формах  являются ионы водорода и гидроксила, которые взаимодействуя, образуют в качестве конечного продукта обмена молекулы Н₂О. В процессе фильтрования раствора электролита через ионообменные материалы последние насыщаются поглощёнными ионами в количестве, соответствующем значению обменной ёмкости.

Для восстановления обменной ёмкости производятся регенерация ионитов в фильтрах – процесс, обратный основному.

На АЭС применяется очистка воды от радионуклидов  ионообменных катионитовых и анионитовых фильтрах, ФСД. Коэффициент очистки воды зависит от рН раствора, обычно он выше при приближении к рН=7. Присутствие органических веществ влияет на процесс очистки воды  и/о смолами. Во-первых, в результате взаимодействия некоторых радионуклидов с некоторыми органическими веществами могут получиться сложные соединения, не поглощаемые смолами; во-вторых, присутствие в водах органических веществ ухудшает свойства ионитов вследствие поглощения ими органических веществ. Когда вода загрязнена органическими веществами, перед и/о фильтрами  предусматривается предварительная очистка, например активированным углём.

В качестве дополнительной ступени обессоливания применяют фильтр смешанного действия, загруженный смесью ионитов в Н^- и ОН^-  формах в соотношении 1:1,5. При регенерации шихту ФСД разделяют гидравлическим способом и приводят или выносную регенерацию отдельно или внутреннюю регенерацию, используя средний дренаж.

Применение ФСД дает глубокое обессоливание обрабатываемой воды. Обработка радиоактивных вод способом ионного обмена считается экономически выгодной только при солесодержании воды, не превышающей 1 г/л. В противном случае смолы быстро истощаются.

Замена  фильтрующего материала ввиду большой стоимости ионитов обходится дорого, а регенерация приводит к появлению большого количества высокоактивных жидких отходов, которые необходимо переработать перед захоронением.

Недостаток ионного обмена – высокого стоимость, большой расход регенератов для регенерации, низкая термическая и радиоактивная стойкость ионитов, низкая эффективность при очистке сильнозагрязнённых высокоминерализованных вод. При обработке высокоминерализированных радиоактивных вод предусматривается предварительное обессоливание их методом дистилляции или обратного осмоса. (Обратный осмос у нас не применяется). Рассмотрим метод дистилляции.

В практике обработки воды дистилляцию проводят, испаряя воду в дистилляторах (ВА) с последующей конденсацией пара в охладителях (конденсаторах).

Очистка основана на принципе малой растворимости примесей в паре. Переход растворенных веществ из кипящей жидкости в пар снижается с уменьшением давления пара и при значениях, принятых в практике обработки воды, может не учитываться.

При нагревании водных растворов молекулы воды вследствие теплового и колебательного движения приобретают энергию, превышающую силы межмолекулярного притяжения, и выносятся в паровое пространство. Когда давление насыщенного пара Н₂О становится равным внешнему давлению, вода начинает кипеть. С каплями испаряемой воды происходит так  называемый механический вынос примесей в паровой объем, интенсивность которого не зависит от  их химической природы и мало зависит от спектра дисперсности.

Загрязнение насыщенного пара неорганическими загрязнениями связано  как с уносом капель, так и с растворимостью некоторых веществ в водяном паре.

С целью снижения влияния капельного уноса на чистоту дистиллята применяют сепарацию пара, промывку  его частью дистиллята. Часть дистиллята (10%) возвращается в выпарной аппарат  и образует слой промывочной воды (флегмы).

Пар при промывке барботирует в виде мелких пузырьков  через слой промывочной воды (флегмы) и оставляет в ней большую часть примесей. При последующем отделении пара от воды происходит унос паром уже капелек промывочной воды, содержание примесей в которой намного меньше.

Для более эффективной промывки пара, в частности при  переработке радиоактивных вод, используют двухступенчатую промывку. При этом флегма протекает со второй ступеньки промывки на первую.

Это даёт возможность получить высокий коэффициент очистки.

Концентрирование и захоронение жидких радиоактивных отходов (ЖРО)

На ИАЭС к жидким радиоактивным отходам относятся:

·         трапные воды (ТВ);

·         регенерационные растворы;

·         аварийные трапные воды (АТВ);

·         воды обмывки помещений;

·         растворы после дезактивации оборудования;

·         воды саншлюзов;

·         воды спецпрачечной и др.

Все ЖРО направляются в узел приёма, хранения и выдачи на переработку, в здания  151/154.

Узел приема, хранения и выдачи на переработку трапных вод предназначен для:

·         приёма, хранения и выдачи трапных вод (ТВ) поступающих из зданий 101, 150, 130, 159;

·         приёма, хранения вод поступающих со зданий 156;

·         приёма и хранения  аварийных ТВ поступающих со здания 101;

·         усреднения трапных вод;

·         выдачи ТВ на переработку в здание 150;

·         сбора, хранения отработанных фильтроматериалов из зданий 101, 150;

·         сбора, хранения и выдачи кубового остатка на переработку.

Усреднённые трапные воды (РН=9,5 –10,5) поступают на выпарные установки здания 150. Выпарные установки предназначены для концентрирования (уменьшения объема) ЖРО станции методом дистилляции с получением деаэрировенного конденсата сокового пара, с последующей очисткой КСП на установках доочистки конденсата (УДК).

Доочищенный конденсат ВУ по своему качеству пригоден для повторного использования в основных контурах станции.

Кубовый остаток после выпарных установок с солесодержанием до 150 г/л направляется на переработку на доупариватели и с солесодержанием 300-350 г/л сбрасываются в промежуточную ёмкость, объемом V=1500 м³,  в здании 151. Из ёмкости, кубовой  остаток, после выдержи и усреднения направляется на установки битумирования зд.150.

Битумирование кубового остатка включает в себя две стадии:

·         доупарка кубового остатка в тонкой плёнке и отгонка влаги.

·         Смешивание полученного концентрата с битумом с целью получения гомогенного компаунда с влажностью менее 2% и наполнением сухим веществом до 40±5% масс.

Переработка кубового остатка производится в непрерывном режиме. Количество битумного компаунда, поступающего на хранение в каньоны зд.158, в среднем, около 500-700 т/год. Удельная активность компаунда колеблется в пределах от 3х10^-3 до   5х10^-5Ки/кг.

Устройство и работа выпарного аппарата

Выпарной аппарат предназначен для очистки от растворимых активных и неактивных примесей методом дистилляции.

По сравнению с другими аппаратами ВА имеет высокий коэффициент очистки от растворенных солей и составляет 10⁴–10⁵ – по отношению к исходной воде. Хуже очищается вода от коллоидных примесей, коэффициент очистки от масла, например, не превышает 10².

Для переработки ТВ используют двухкорпусную выпарную установку. Применяются ВА с выносной ГК и естественной циркуляцией. ВА состоит из ГК, сепаратора и циркуляционной трубы. ГК предназначена для испарения обрабатываемой воды и представляет из себя вертикальный кожухотрубчатый теплообменник. В качестве теплоносителя используется пар с давлением до 0,7Мпа, который подается в межтрубное пространство. В межтрубном пространстве имеется отбойник для равномерного распределения греющего пара по объему ГК. Пар отдает тепло ТВ и конденсируется. Конденсат отводится из нижней части корпуса ГК. Для предотвращения проскока пара в конденсатопровод, конденсат отводят через уравнительный бачок. Неконденсирующиеся газы скапливаются в верхней части корпуса ГК и отводятся через сдувку. Постоянное удаление неконденсирующихся газов предотвращает колебания давления, обусловленные колебанием температуры ТВ.

Исходная ТВ подается в нижнюю крышку ГК, поднимается по трубам, нагревается и испаряется. Пароводяная смесь через пароперепускной патрубок переходит в сепаратор. Сепаратор предназначен для очистки пара от капелек оставшейся воды (кубового остатка). Сепаратор представляет собой сосуд с цилиндрическим корпусом и верхним и нижним эллиптическим днищем. В сепараторе имеются пять сетчато-клапанных тарелок с жалюзийными отбойниками. На них поступает флегма для очистки пара. В сепараторе происходит разделение воды и пара. Вода по циркуляционной трубе возвращается в ГК. Вторичный пар очищается и выходит из сепаратора. В сепараторе предусмотрены смотровые окна для наблюдения за работой сепарационных устройств. Имеется люк для проведения ремонтных работ.

Вторичный пар очищается от капелек упаренного раствора по принципу объемной концентрации.

Принцип объемной концентрации заключается в слиянии мелких капелек куба в более крупные при подъеме пара вверх с последующим стеканием их вниз. То же происходит на жалюзийных отбойниках за счет изменения направления потока пара. На барботажных тарелках пар промывается за счет пробулькивания его через слой непрерывно обновляемой флегмы. Для более эффективной промывки пара используется многоступенчатая промывка на тарелках. Флегма перетекает с верхней тарелки к нижней через гидрозатвор. С нижней тарелки флегма по трубке сливается в нижнюю часть сепаратора и смешивается с упаренным раствором.

ВА состоит из 2 частей:

·         греющей камеры;

·         сепаратора.

Контроль работы ВА производится по уровню конденсата, расходу флегмы, солесодержанию дистиллята, давлению вторичного пара в греющей камере и сепараторе, температуре кипения концентрата.

По температурной депрессии определяют солесодержание концентрата.

Температурная депрессия – увеличение температуры кипения раствора при повышении концентрации.

При образовании в греющей камере значительного количества накипи проводится химическая промывка.

Факторы, влияющие на эффективность работы ВА.

Основными характеристиками ВА являются:

·         производительность по выпариваемой воде;

·         объем кубового остатка на захоронение;

·         коэффицент очистки.

Производительность выпарного аппарата в конечном счете, определяется количеством тепла, передаваемого выпариваемой воде, а это в свою очередь, зависит от состояния поверхности нагрева с точки зрения загрязнения её отложения.

Причиной загрязнения поверхности нагрева является образование кальциевой накипи, состоящей из смеси СаSО₄, CaSiO₃ и CaCO₃ c примесью продуктов коррозии. Для уменьшения накипеобразования применяют следующие методы:

·         Снижение жёсткости исходной воды путём предварительной обработки методом фосфатной коагуляции.

·         Уменьшение концентрации SO₄ достигается использованием для регенерации HNO₂ вместо H₂SO₄.

·         Химическая промывка ВА производится 5 %-ным раствором НNO₃ .

Производительность ВА зависти так же от доли дистиллята, возвращаемого в аппарат в виде флегмы.

Поэтому при эксплуатации ВА количество флегмы должно быть уменьшено до величины, обеспечивающей необходимую чистоту пара. Кубовый остаток в доупаривателе концентрируется до солесодержания 300–350 г/л. Дальнейшее повышение солесодержания кубового остатка приводит к увеличению «уноса» примесей вместе с паром. Для устранения указанного противоречия применяется ступенчатое упаривание, которое заключается в последующем перетоке упаренного раствора из одного аппарата в другой при постепенном увеличении солесодержания кубового остатка.

Чтобы уменьшить унос примесей применяют два приёма:

·         Снижение в последующих ступенях давления пара.

·         Снижение производительности по упариваемой воде.

Коэффициент очистки является основной характеристикой работы ВА, в особенности при переработке высокоактивных вод. Можно выделить следующие факторы, влияющие на коэфицент очистки:

·         давление вторичного пара и паровая нагрузка;

·         кратность циркуляции;

·         сепарация пара;

·         расход флегмы и эффективность работы промывочного устройства;

·         количество и состав загрязнений в упариваемой воде;

·         пенообразование.

Влияние давления вторичного пара на коэфицент очистки обусловлено уменьшением размера капель с ростом давления, а это в свою очередь, увеличивает унос капель потоком пара.

С другой стороны при повышении Р пара и температуры кипения воды увеличивается унос органических примесей, например, масла.

Поэтому при переработке вод, загрязнённых в значительной степени  органическими примесями, давление в ВА устанавливается близким к атмосферному (0,02 Мпа).

С ростом паровой нагрузки и скорости пара унос примесей увеличивается вследствие увеличения диаметра транспортируемых капель, а также увеличивается количество более мелких капель при разрыве паровых пузырей.

Существует некоторая критическая нагрузка, выше которой резко возрастает величина уноса. Эксплуатационная нагрузка ВА должна быть ниже критической.

При большой кратности циркуляции пароводяная смесь поступает из греющей камеры в сепаратор со скоростью 5–10 м/сек, при этом не происходит полного разрушения паровых пузырей и в сепараторе остаётся пена, уровень которой постоянно растёт.

Для увеличения скорости пароводяной смеси примерно до 50 м/сек при которой происходит интенсивное разрушение пены и снижение кратности циркуляции во фланцевые соединения циркуляционной трубы 19 и паропропускного патрубка 6 устанавливаются дроссельные шайбы.

Диаметры шайб подбираются в процессе наладки. При постоянной паровой нагрузке и давлении на унос влаги с паром влияет высота парового пространства сепаратора.

С увеличением высоты всё большая часть капель не успевает  достигнуть промывочного устройства, что даёт возможность  обрабатывать воду с большим солесодержанием.

Для того, чтобы устранить отрицательное влияние капельного уноса на чистоту пара, приходится применять дополнительные сепарационные устройства для гашения кинетической энергии пароводяной смеси и равномерного распределения пара по сечению сепаратора, в ВА, предназначенных для переработки радиоактивных вод, чаще всего устанавливаются жалюзийные сепараторы, принцип работы которых основан н многократном изменении направления пара, при этом капельки влаги прилипают к поверхности жалюзей и в виде плёнки жидкости стекают вниз. Жалюзийные сепараторы удовлетворительно работают лишь при  малых скоростях пара, при больших скоростях происходит повторное увлажнение пара за счёт уноса влаги, стекающей с жалюзей.

Поэтому в ВА для переработки радиоактивных вод приняты малые скорости пара (£ 0,5 м/с), для чего (в отличии от испарителей для неактивной воды) аппараты имеют выносную греющую камеру и большой диаметр сепараторов.

Противоточная промывка сокового пара флегмой является наиболее эффективным способом увеличивания коэффициента очистки.

Флегма, очищенный конденсат сокового пара, подается в верхнюю часть сепаратора. Флегма попадает на верхнюю сетчато-клапанную тарелку. Слой флегмы удерживается за счет перегородки. С верхней тарелки флегма перетекает на нижнюю по переливной трубе.

Всего в АВ пять тарелок. С нижней 5-ой тарелки отработанная флегма по переливной трубе попадает в нижнюю часть сепаратора под рабочий уровень упариваемого раствора.

Соковый пар последовательно проходит через пять сетчато-клапанных тарелок, пробулькивая через слой флегмы. При соприкосновении сокового пара с флегмой (конденсатом) происходит его очистка за счет того, что растворимость «уносимых» солей в соковом паре существенно меньше, чем в воде (конденсате). Для увеличения эффекта очистки сокового пара перед каждой сетчато-клапанной тарелкой установлены жалюзийные отбойники.

Влияние концентрации примесей в упариваемой воде на коэффициент очистки связано с увеличением капельного уноса за счёт увеличения вязкости воды.

При увеличении солесодержания концентрата до некоторой величины, называемой критической, солесодержание пара растёт пропорционально, а коэффициент уноса остаётся постоянным.

При достижении критического солесодержания наблюдается резкий скачок солесодержания пара и коэффициента уноса.

Величина критического солесодержания зависит от состава растворённых и взвешенных веществ, в частности от солесодержания Fe(OH)₃.  Критическое солесодержание уменьшается с ростом давления и неодинаково для различных веществ; наименьшая для NaOH и наибольшая для NaCl.

Поэтому вода перед подачей в ВА должна очищаться от взвешенных веществ, величина рН не должна превышать 10. Наибольшее загрязнение пара вызывает вспенивание промывочной воды на барботажной тарелке. Причиной вспенивания является набухание уровня из-за увеличения вязкости воды, что затрудняет выход пузырей пара, препятствуя их слиянию в более крупные и увеличивает паросодержание воды.

На увеличение вязкости воды большое влияние оказывает содержание в воде примесей, и особенно повышение активных веществ. Гашение пены достигается с одной стороны снижением концентрации загрязнений в промывочной воде, увеличением расхода флегмы, с другой – подачей на барботажную тарелку пеногасителей – веществ, интенсивно разрушающих пену за счёт снижения напряжения паровых пузырьков.

Удовлетворительным пеногасителем является суспензия – бектолитовая глина в растворе эмульгатора (кремнийорганическая жидкости).

Основными путями увеличения эффективности работы ВА является:

·         борьба с накипеобразованием за счёт улучшения водо-химического режима АЭС;

·         снижение коэфицента упаривания за счёт дополнительной переработки концентрата в отдельных аппаратах (доупаривателях);

·         снижение концентрации пенообразующих веществ, например, за счёт отделения вод спецпрачечной и спецдушевоых и переработки их на отдельных выпарных аппаратах.

Устройство и работа намывного механического фильтра

Намывные фильтры в зависимости от применяемого фильтрующего материала могут быть как механическими (сорбционными) так и ионообменными. Коэффициент очистки для НФ по механическим примесям (продуктам коррозии) составляет от 2 до 20 по коллоидным от 2,5 до 3,0 , по ионным не менее 10.

В отличие от насыпного фильтра в намывном вода фильтруется через тонкий слой перлита.

Намывной фильтр состоит из корпуса с коническим приварным днищем и съемной сферической крышкой. Между корпусом и крышкой установлена трубная доска с закреплёнными на ней фильтрующими элементами, которые представляют собой дырчатую трубу, обвитую проволокой. Зазор между витками должен быть равен 0,1 мм. Фильтр устанавливается на фундамент  с помощью трёх опор, фильтр снабжён патрубками для подвода и отвода воды, сжатого воздуха и пульпы фильтрующего материала. Все элементы фильтра изготавливаются из нержавеющей стали.

Работа фильтра начинается с налива фильтрующего слоя, для чего через фильтр снизу вверх пропускается пульпа фильтрующего материала »2,5 г/л. Намыв  происходит до полного осветления воды.

Не прекращая намыва, в нижнюю часть фильтра  подают обрабатываемую воду. При нагрузке не менее 50% от номинальной, намыв отключается, фильтр работает по осветлению воды. Расход фильтуемой воды на фильтре поддерживается постоянно во избежание «сползания» фильтроперлита.

При увеличении перепада давления фильтр отключается, производится «шоковая»  регенерация, отработанный фильтроперлит удаляется на временное хранение.

Фильтр отключают и через патрубок него подают сжатый воздух, который вытесняет воду из нижней части фильтра через фильтрующие элементы в верхнюю часть, откуда она сливается через патрубок (подопорожнение) на 100 мм ниже трубчатой доски. Образуется между трубной  доской и уровнем воды воздушная подушка, над доской слой воды. При резком сбросе давления в фильтре  (при открытии быстродействующего клапана)  находящиеся над трубной доской вода  и воздух устремляются через фильтрующие элементы, происходит гидравлический удар (шок). При этом фильтрующий слой малым количеством воды удаляется со всей поверхности фильтрующих элементов и вместе с водой через патрубок направляется на временное хранение.

Периодически проводят химическую промывку (регенерацию) намывного фильтра, целью которой является растворение прочно сцепленных с фильтрующими элементами продуктов коррозии и остатков фильтрующих материалов. Критерий химической регенерации – перепад давление на чистом фильтре > 0,5 кг/см². Химическая регенерация заключается в поочередной обработке фильтрующих элементов горячими растворами щёлочи с перманганатом калия и раствором щавелевой кислоты.

При дезактивации фильтр полностью заполняется дезактивирующим раствором.

Преимущество: объем жидких радиоактивных растворов в 3 раза меньше объема отходов от насыпных фильтров той же производительности.

К недостаткам намывного фильтра относятся более сложная, по сравнению с насыпным фильтром конструкция и необходимость предварительного намыва и периодического удаления фильтрующего слоя, так же более низкая надёжность.

Но благодаря меньшим габаритам, высокому коэффициенту очистки, работе при высокой температуре воды намывные фильтры находят широкое применение в схемах обработки воды.

Устройство и работа битуматора РБ-1000-10

Битуматор РБ-1000-10 входит в состав установки битумирования концентрированных жидких  радиоактивных отходов в здании 150 (КПЖО). Битуматор состоит из корпуса, ротора, верхнего и нижнего подшипниковых узлов, механизма выгрузки.

Корпус битуматора цилиндрической формы состоит из сепаратора, двух царг и днища. Царги и днища имеют рубашки для обогрева, что позволяет поддерживать оптимальный технологический температурный режим процесса.

Царги битуматора обогреваются паром Р=7 кг/см², днище – паром Р=2кг/см². Сепаратор битуматора предназначен для улавливания брызг раствора, уносимых вместе с соковым  паром оснащён распределительным кольцом, которое обеспечивает равномерное распределение раствора кубового остатка по стенке битуматора.

Ротор битуматора состоит из вала, на котором закреплены диски. Между дисками установлены шарнирно закреплённые лопасти (скребки). В зоне днища на вылу закреплена мешалка якорного типа для создания однородной массы компаунда.

В днище битуматора имеется окно, соединяющее рабочий объем битуматора со шнековым механизмом  выгрузки (двухвинтовой экструдер) Регулировка производительности экструдера осуществляется числом оборотов вала двигателя постоянного тока автоматически в зависимости от уровня компаунда в битуматоре.

Верхний подшипниковый узел собран из двух упорных сферических роликоподшипников. Нижний подшипник сферический, радиальный. Посадка подшипника на шлицевой втулке позволяет валу ротора перемещаться при термическом удлинении. Оба подшипниковых узла выполнены быстросъемными, уплотнение их от рабочей среды осуществляется гидрозатворами. Битуматор КПЖО работает в непрерывном режиме. Кубовой остаток подается в битуматор на верхнее распределительное кольцо погружным насосом. Затем скребками ротора распределяется (размазывается) в виде плёнки на поверхность нагрева царг битуматора.

Нагретый до 120–125°С битум насосом подается в нижнюю часть битуматора через нижний подшипниковый узел ротора. Расход битума зависит от солесодержания и расхода кубового остатка. Требуемое наполнение составляет 40% по солям.

Упаренные в тонком слое соли скребками перемещаются в битумную подушку вниз битуматора, где происходит окончательная допарка до влажности £ 2%.

Смесь солей и битума (компаунд) поступает в корпус экструдера и перекачивается по обогревательному трубопроводу в бетонные отсеки хранилища компаунда сооружения 158. Внутри отсеки облицованы нержавеющей сталью.

Производительность битуматора по выпарной влаге 500 кг/час. Расчётная поверхность теплообмена – 10 м². Мощность электродвигателя ротора – 18,5 кВт. Частота вращения ротора 49 об/мин. Производительность механизма выгрузки – 400 кг/час.