СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОВЕДЕНИЯ СЕПАРАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ ПГВ-1000(М)
, , .
«Центрэнерго», Москва, Россия
, ,
«Гидропресс», Подольск, Россия
На сегодняшний день развитие атомной энергетики характеризуется увеличением единичной мощности используемого парогенераторного оборудования. За 50 лет номинальная тепловая мощность парогенераторов на АЭС с реакторами типа ВВЭР увеличилась с 127 МВт (ПГВ-1) до 800 МВт (ПГВ-1200), то есть более чем 6 раз [1]. При этом одной из важных задач АЭС была и осталась организация процессов генерации пара, обеспечивающая надежную и бесперебойную работу основного оборудования АЭС в течение годового числа часов использования установленной мощности [2].
В связи с тем, что критерием качества генерируемого пара является сепарационная характеристика ПГ, для повышения эффективности эксплуатации парогенераторов АЭС с ВВЭР также необходимо совершенствование технологии проведения сепарационных испытаний (СИ).
Разработка новой технологии проведения сепарационных испытаний с использованием автоматических анализаторов натрия без ввода в объем ПГ соли-индикатора
До 2008г. при проведении сепарационных испытаний (СИ) использовалась методика с вводом в объем ПГ раствора соли-индикатора – азотнокислого натрия NaNO3, принцип которой состоит в сравнении концентраций соли-индикатора в паре и в водяном объеме ПГ. Для выполнения химических анализов проб использовались стационарные лабораторные приборы с низкой чувствительностью измерений, что требовало введения в объем ПГВ-1000 NaNO3 до достижения концентрации в «солевом» отсеке ПГ не менее 1000 мкг/дм3. Помимо этого при проведении СИ по солевой методике были отмечены следующие недостатки:
1) получение ограниченного количества данных с низкой точностью измерений, не позволяющих точно и безопасно прогнозировать дальнейший ход испытаний;
2) отсутствие контроля значения влажности пара в реальном времени (с учетом запаздывания проб – 10-15 мин.);
3) превышение верхнего диапазона допустимых значений нормируемого показателя (Na+) в продувочной воде ПГ из солевого отсека [3];
4) значительная длительность и трудоемкость проведения испытаний.
В соответствии с решением » [4] в 2007г. НИЦЭ «Центрэнерго» начал проработку возможности использования при проведении СИ ПГ энергоблока №1 Ростовской АЭС автоматических высокочувствительных анализаторов натрия. В июле 2008г. НИЦЭ «Центрэнерго» были проведены сепарационные испытания 1ПГ-4 Ростовской АЭС на уровне тепловой мощности РУ 100% номинальной с использованием анализаторов натрия фирмы SWAN. Результаты сепарационных испытаний 1ПГ-4 представлены на рис. 1 и 2.
Рис. 1 Результаты сепарационных испытаний 1ПГ-4.
Рис. 2 Сепарационная характеристика 1ПГ-4.
Использование автоматических анализаторов в процессе проведения сепарационных испытаний позволило:
- впервые построить зависимость уровня и влажности в ПГ от времени;
- непрерывно фиксировать в памяти анализаторов результаты анализов, контролировать изменение концентрации натрия в паре и пробах из колонки КУП в режиме реального времени;
- обеспечить надежность проведения СИ за счет увеличения объема полученных данных (на несколько порядков по сравнению с испытаниями без применения автоматических анализаторов) и высокую точность измерений;
- исключить превышение верхнего диапазона допустимых значений нормируемого показателя (Na+) в продувочной воде ПГ из солевого отсека [3];
- точно прогнозировать ход сепарационных испытаний;
- исключить в процессе выполняемых работ превышение предельных значений влажности пара в паропроводе и обеспечить безопасность работы оборудования РУ и турбоустановки;
- значительно уменьшить время проведения испытаний в сравнении с СИ по солевой методике;
- снизить трудоемкость проведения испытаний в связи с отсутствием необходимости в ручном отборе и анализе проб.
Проведение проверочных натурных сепарационных испытаний, подтверждающих легитимность применения новой технологии СИ для ПГВ-1000.
С целью подтверждения возможности применения новой технологии СИ для ПГВ-1000 был выполнен сравнительный анализ результатов сепарационных испытаний парогенератора 1ПГ-4 Ростовской АЭС с использованием методики ввода в объем ПГ соли-индикатора (2001г.) [5] с результатами СИ без ввода соли-индикатора и применением высокочувствительных анализаторов натрия (гг.) [6]. Результаты сравнения сепарационных испытаний парогенератора 1ПГ-4, выполненных в 2001, 2007, 2008 г. г., представлены на рисунке 3.
Анализ результатов показал высокую сходимость полученных результатов с данными ПНР и возможность повышения точности результатов СИ с ручным отбором проб парогенератора при номинальном уровне в ПГ за счет использования автоматических высокочувствительных анализаторов натрия. По результатам сравнительного анализа НИЦЭ «Центрэнерго» был разработан отчет [6], согласованный с «Гидропресс», в котором был сделан вывод о применимости новой технологии для определения сепарационных характеристик ПГВ-1000. Положительные результаты испытаний дали основание для корректировки существующего проекта ПГВ-1000, разработки и выпуска дополнительных технических требований к проведению СИ без ввода в объем ПГ соли-индикатора с применением высокочувствительных анализаторов натрия [7].
Рис. 3. Сравнительная сепарационная характеристика 1ПГ-4.
Проведение натурных исследований изменения концентрации натрия в ПГ при различных сепарационных схемах в процессе освоения тепловой мощности РУ 104% номинальной.
В соответствии с комплексной программой «Пуск энергоблока № 4 и повышение тепловой мощности РУ до 104 % номинальной мощности» проведены сепарационные испытания парогенераторов 4ПГ-1-4 Балаковской АЭС при освоении тепловой мощности РУ 104% номинальной (2009 г.). Сепарационные схемы парогенераторов 4ПГ-1-3 выполнены с использованием жалюзийного сепаратора, 4ПГ-4 - с применением потолочного пароприемного дырчатого листа (ППДЛ) с отбойным щитом на металлоконструкциях демонтированного жалюзийного сепаратора.
Высокая чувствительность анализаторов обеспечила контролируемый подъем уровня в ПГ на малые величины - вплоть до 1 см с безопасным выполнением сепарационных испытаний без превышения установленного предела значения массовой влажности пара.
На рис.4, 5 представлены ход проведения и результаты сепарационных испытаний парогенераторов с разными схемами сепарации. На рис. 6 дана обобщенная сепарационная характеристика 4ПГ-1-4 Балаковской АЭС.
Рис. 4 Результаты сепарационных испытаний парогенератора 4ПГ-1БалАЭС
с жалюзийным сепаратором.
Рис. 5 Сепарационная характеристика ПГ 4ПГ-4 БалАЭС с использованием ППДЛ
с отбойным листом на металлоконструкциях жалюзийного сепаратора.
Рис. 6 Обобщенная сепарационная характеристика парогенераторов 4ПГ-1-4 БалАЭС.
На рис. 6 видно, что для всех парогенераторов блока №4 Балаковской АЭС на уровне тепловой мощности РУ 104% Nном. при поддержании номинального уровня 240см, влажность пара не превышает проектного значения 0,2% и находится в диапазоне значений (0,056÷0,075) %.
При дальнейшем повышении уровня проявляются различия в СИ парогенераторов с установленными жалюзями (4ПГ-1,2,3) и ППДЛ (4ПГ-4). Для 4ПГ-1, при подъеме уровня с 245 см до 250 см, наблюдается резкое увеличение значений влажности пара с 0,1 % до значений (0,802÷0,943)%. Этот эффект связан с ухудшением работы жалюзийного сепаратора при увеличении количества отсепарированной влаги. Аналогичное повышение уровня зафиксировано и при проведении СИ на 4ПГ-2-3, однако их меньшая тепловая нагрузка (в сравнении с ПГ-1) привела к менее интенсивному изменению влажности пара. Данный факт подтвердил ограничения использования жалюзей в сепарационной схеме ПГ при повышенном уровне мощности РУ.
Принципиально сепарационные схемы на 4ПГ-4 Балаковской АЭС с использованием ППДЛ на металлоконструкциях жалюзийного сепаратора с отбойным листом и на 1ПГ-1 энергоблока №1 Ростовской АЭС с использованием ППДЛ идентичны. В обоих случаях используется принцип гравитационной сепарации, заключающийся в снижении скорости движения пароводяного потока под действием гравитационных сил. Вместе с тем сепарационные характеристики данных ПГ имеют существенные отличия. Так, номинальное значение влажности 0,2% на 4ПГ-4 Балаковской АЭС достигается при величине уровня в ПГ 250 см (рис. 6), а на 1ПГ-1 Ростовской АЭС – при 268 см (рис. 2). Различия в результатах СИ связаны с высотой, на которой закреплен ППДЛ (в сепарационной схеме, реализованной на 1ПГ-1 Ростовской АЭС ППДЛ установлен немного выше чем в варианте на 4ПГ-4 Балаковской АЭС). Увеличение расстояния между действительным уровнем воды в ПГ и ППДЛ приводит к повышению эффективности гравитационной сепарации.
Анализ изменения концентрации натрия в паре и колонке КУП в период СИ с использованием автоматических анализаторов.
Использование автоматических анализаторов в процессе проведения сепарационных испытаний позволило:
- непрерывно записывать в память анализаторов объем получаемой информации за все время проведения испытаний;
- контролировать изменения концентраций натрия в паре, из колонки КУП и расчетного значения влажности пара в режиме реального времени;
- определять значение влажности пара при изменении уровня в ПГ на величину менее 1 см;
- с точностью прогнозировать дальнейший ход сепарационных испытаний, что повышает безопасность выполняемых работ по подъему уровня в ПГ, снижает трудовые затраты и обеспечивает стабильность и точность получаемых результатов.
Благодаря новым возможностям, появившимся при использовании автоматических анализаторов в процессе проведения сепарационных испытаний, стало возможным более детальное изучение процессов, проходящих в объеме ПГ. При подготовке к СИ на энергоблоке № 2 Калининской АЭС во время работе системы продувки в штатном режиме было зафиксировано влияние изменения расхода непрерывной продувки из «солевого» отсека на концентрацию ионов натрия в паре, в КУП и на массовую влажность пара (рис. 7).
|
Рис. 7. Изменение концентраций ионов натрия в ПГ и паре при работе системы
продувки в штатном режиме (энергоблок №2 Калининской АЭС)
Поскольку концентрация ионов натрия в КУП напрямую связана с их концентрацией в «солевом» отсеке, штатное увеличение расхода непрерывной продувки из «солевого» отсека на 1 ч приводит к снижению концентрации Na+ в КУП (рис. 7). В свою очередь, учитывая, что расчет влажности пара производится по формуле:
(1)
где: 
- концентрация ионов натрия в пробе конденсата пара, мкг/дм3;
- концентрация ионов натрия в пробе воды ПГ из нижнего пробоотборника индикатора уровня ПГ (КУП), мкг/дм3,
уменьшение значения в знаменателе, а именно концентрации натрия в КУП, приводит к расчетному увеличению влажности пара. Данный эффект объясняет требования к организации проведения СИ - продувка ПГ должна быть полностью закрытой или открытой на небольшой неизменяемый расход.
В случае с СИ на Калининской АЭС видимое изменение значения влажности пара при воздействии продувки было возможно только при завышенном уровне в ПГ, когда значение концентрации в паре столь значительно, что ее изменение в отборе КУП (знаменатель) существенно влияет на расчетное значение влажности пара. При проведении же СИ на Ростовской и Балаковской АЭС из-за малых значений концентрации ионов натрия в пробе конденсата пара (на 1 или 2 порядка меньше, чем при СИ на Калининской АЭС) изменения в концентрациях Na+ в КУП не приводят к существенным изменениям расчетного значения влажности.
Стоит также отметить, что концентрация ионов натрия и паропроизводительность ПГ существенно изменяются как по длине так и по ширине ПГ. Тот факт, что изменение концентрации ионов натрия в паре совпадает по времени с изменением концентрации ионов натрия в КУП, говорит о том, что точка отбора пробы воды из объема ПГ выбрана верно, а концентрация ионов натрия в ней соответствует усредненному значению концентрации ионов натрия по всему объему ПГ.
|
|
Рис. 8. Изменение концентрации натрия в паре и колонке КУП в период испытаний
(энергоблок №4 Балаковской АЭС)
На рис. 8 представлены результаты сепарационных испытаний, проводимых в 2009г. на 4ПГ-4 Балаковской АЭС. Наблюдение за концентрацией натрия в пробе воды ПГ из нижнего пробоотборника индикатора уровня (Na_низ) во время сепарационных испытаний позволило подтвердить начало интенсивного уноса влаги с паром. Кроме того, было зафиксировано отсутствие ступенчатого изменения концентрации Na+ при затоплении ПДЛ, присущее другим ПГ. Данный факт позволил предположить о завышении уровня в ПГ, что было впоследствии подтверждено и выявило необходимость в проведении дополнительных работ по системе измерения уровня в ПГ.
Снижение концентрации натрия в пробе воды ПГ (Na_низ) при увеличении уровня в ПГ с 255 до 259 см обусловлено началом интенсивного уноса влаги с паром. Интенсивное увеличение влажности пара приводит к усиленному выводу из ПГ с паром ионов натрия, что, в свою очередь, приводит к уменьшению концентрации ионов натрия в пробе воды ПГ (Na_низ). Уменьшение же концентрации Na+ в КУП (знаменатель в формуле 1), как уже говорилось, приводит к увеличению расчетного значения влажности пара.
Эффекты изменения значения влажности генерируемого при прохождении уровня в ПГ через ПДЛ и резком усилении капельного уноса при повышенном значении уровня в ПГ были подтверждены при проведении СИ на энергоблоке №4 Балаковской АЭС (рис. 8).
Таким образом, использование автоматических анализаторов при проведения сепарационных испытаний позволяет детально изучить процессы, происходящие в объеме ПГ.
Выводы
1. Анализ результатов сепарационных испытаний с вводом соли-индикатора (2001г.) и без ввода (г.) проводился для каждого исследуемого уровня в ПГ и показал возможность повышения точности результатов СИ парогенератора за счет использования автоматических высокочувствительных анализаторов натрия.
2. Выполнение измерений в автоматическом режиме позволило:
- обеспечить высокую точность расчетов величин массовой влажности пара за счет увеличения объема полученных данных (на несколько порядков по сравнению с испытаниями без применения автоматических анализаторов), тем самым повысить эффективность и безопасность дальнейшей эксплуатации ПГ
- снизить трудоемкость проведения сепарационных испытаний.
3. Во время проведения СИ с использованием автоматических анализаторов натрия была подтверждена возможность независимого контроля:
- момента прохождения уровня воды через ПДЛ;
- интенсивного повышения уноса влаги с паром.
4. Применение автоматических анализаторов натрия позволило повысить безопасность проведения сепарационных испытаний ПГВ-1000.
Литература
1. , , Давиденко реакторных установок ВВЭР для атомных электростанций. – М.: ‹‹Академкнига››, 2004. – 391 с.: ил.
2. , , Миропольский генерации пара на электростанциях. М.: Энергия, 1969, с. 312.
3. Руководящий документ эксплуатирующей организации «Водно-химический режим второго контура атомных электростанций с реакторами ВВЭР-1000 с дозированием морфолина. Нормы качества рабочей среды и средства их обеспечения» №РД ЭО 1.1.2.11. – М., » 2007г.
4. Решение «О проверке применимости метода определения сепарационных характеристик ПГВ-1000 без ввода соли-индикатора при сверхмалых концентрациях натрия на парогенераторе YB40W01 и проведении сепарационных испытаний парогенераторов YB10,30W01 энергоблока №1 Ростовской АЭС» №РоАЭС1Р-20К(1.6)2007 – М., концерн «Росэнергоатом», 2007г.
5. Акт о проведении сепарационных испытаний парогенераторов энергоблока №1 Ростовской АЭС. Этап ПНР:ОПЭ. №01.РЦ/YB. КО. А-121– Волгодонск, Волгодонская АЭС, 2001г.
6. Отчет «Обоснование использования метода определения сепарационных характеристик ПГ без ввода соли-индикатора. Энергоблок №1 Ростовской АЭС» №YB. OT.10.2008.ЦЭ – М., НИЦЭ «Центрэнерго», 2008г.
7. «Парогенератор с опорами. Технические требования к сепарационным испытаниям парогенераторов АЭС ВВЭР-1000 без ввода соли-индикатора в объем парогенератора с использованием высокочувствительных анализаторов натрия» -910 – Подольск, «Гидропресс», 2008г.
8. Отчет «Результаты контроля системы измерения уровня в ПГ при наборе мощности энергоблока Энергоблок №2 Калининской АЭС» №YB. OT.09.2010 – М., НИЦЭ «Центрэнерго», 2010г.
