Рабочая программа дисциплины С3.В.«Атомные электростанции» (стр. 1 )

УТВЕРЖДАЮ Проректор-директор ЭНИН ______________ "__"__________2011 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

С3.В.1.1 «Атомные электростанции»

НАПРАВЛЕНИЕ ООП: 141403 «АТОМНЫЕ СТАНЦИИ: ПРОЕКТИРОВАНИЕ, ЭКСПЛУАТАЦИЯ И ИНЖИНИРИНГ»

СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ: Проектирование и эксплуатация атомных станций

КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) специалист

БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА 2011 г.

КУРС 4, 5 СЕМЕСТР 8, 9, 10

КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ – _

ПРЕРЕКВИЗИТЫ: дисциплины С2.Б.1.2 «Механика жидкости и газа», С2.Б.1.2 «Термодинамика», С2.В1 «Тепломассообмен в энергетическом оборудовании», С2.В2 «Термодинамические циклы АЭС», С3.Б.1.1 «Турбомашины АЭС», С3.Б.1.2 «Парогенераторы АЭС», С3.В.1.2 «Нагнетатели АЭС», С3.Б8 «Математические методы моделирования физических процессов», С2.Б10 «Информатика», С3.В2 «Основы проектирования и САПР», С3.Б7 «Ядерные энергетические реакторы».

КОРЕКВИЗИТЫ: дисциплины С3.В3 «Обработка воды на АЭС», С3.В.1.3 «Эксплуатация АЭС», С3.В.1.3 «Природоохранные технологии на АЭС».

ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:

	Лекции	72	часа (ауд.)
	Лабораторные занятия	63	часа (ауд.)
	Практические занятия	27	часов (ауд.)
	Курсовой проект в 10 семестре
	Всего аудиторных занятий	162	часа
	Самостоятельная (внеаудиторная) работа	279	часов
ИТОГО	441	час
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ – очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ – Экзамен в 8 семестре
		Зачет в 9 семестре
		Дифзачет в 10 семестре

ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ_кафедра АТЭС

ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ_____________

РУКОВОДИТЕЛЬ ООП _______________

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ______________

2011 г.

1. Цели освоения дисциплины

В настоящее время более 10 % потребляемой в стране электрической энергии производится на атомных электрических станциях (АЭС) - предприятиях, предназначенных для преобразования энергии ядерного горючего в электрическую и тепловую энергию. Это обусловливает большую значимость подготовки высококвалифицированных инженеров по специальности 140404 «Атомные электрические станции и установки». Одной из основных профилирующих дисциплин этой специальности является курс «Атомные электростанции». Дисциплина знакомит студентов с теоретическими и практическими вопросами, лежащими в основе функционирования современных атомных электростанций, алгоритмами инженерных расчетов и оборудованием АЭС.

Целями преподавания дисциплины «Атомные электростанции» являются:

§  подготовка выпускника к расчетно-проектной и проектно-конструкторской деятельности в области разработки структуры и оборудования для теплоэнергетических систем АЭС с использованием современных технологий;

§  подготовка выпускника к производственно-технологической деятельности в области эксплуатации современного высокоэффективного оборудования АЭС;

§  подготовка выпускника к научно-исследовательской деятельности связанной с выбором, оптимизацией и разработкой высокоэффективной структуры и оборудования теплоэнергетических установок АЭС;

§  подготовка выпускника к обслуживанию и испытаниям теплоэнергетического оборудования АЭС;

§  подготовка выпускника к самостоятельному обучению и освоению новых профессиональных знаний и умений.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина С3.В.1.1 «Атомные электростанции» относится к циклу специальных дисциплин ООП. Пререквизитами дисциплины «Атомные электростанции» являются дисциплины С2.Б.1.2 «Механика жидкости и газа», С2.Б.1.2 «Термодинамика», С2.В1 «Тепломассообмен в энергетическом оборудовании», С2.В2 «Термодинамические циклы АЭС», С3.Б.1.1 «Турбомашины АЭС», С3.Б.1.2 «Парогенераторы АЭС», С3.В.1.2 «Нагнетатели АЭС», С3.Б8 «Математические методы моделирования физических процессов», С2.Б10 «Информатика», С3.В2 «Основы проектирования и САПР», С3.Б7 «Ядерные энергетические реакторы».

Кореквизиты дисциплины С3.В3 «Обработка воды на АЭС», С3.В.1.3 «Эксплуатация АЭС», С3.В.1.3 «Природоохранные технологии на АЭС».

Перечень требований к входным знаниям, умениям, навыкам по дисциплине «Атомные электростанции».

Для освоения дисциплины студент должен обладать следующими «входными» знаниями, умениями, навыками.

Иметь знания:

§  о термодинамических системах и параметрах, практическом использовании основных законов термодинамики, основах термодинамических процессов в энергетических установках и аппаратах;

§  о законах теплофизических процессов; о методах их исследования;

§  о методах расчета теплопередачи при вынужденном движении теплоносителя, естественной конвекции, изменении агрегатного состояния, радиационном теплообмене;

§  о применении теории подобия к процессам тепломассообмена.

Уметь использовать:

§  первый и второй законы термодинамики;

§  понятия термодинамических циклов и метод расчета их КПД;

§  общие свойства реальных газов и жидкостей, критические параметры, уравнений Клапейрона-Клаузиуса и Ван-дер-Ваальса;

§  принципы фазовых переходов;

§  циклы энергетических установок и аппаратов, паросиловые, газовые и комбинированные циклы;

§  основные уравнения термодинамики потока, истечение из сопел;

§  способы распространения теплоты;

§  понятие коэффициента теплопроводности, закон Фурье, передача тепла через стенку;

§  способы интенсификации теплопередачи;

§  основы теории подобия и моделирования;

§  методы решения задач конвективного теплообмена в однофазной среде;

§  закономерности теплообмена при фазовых превращениях;

§  основы теплообмена излучением;

§  методику расчета теплообмена в аппаратах теплоэнергетических установок.

Иметь опыт:

§  постановки и планирования физического эксперимента;

§  практических расчетов и проведения простейших исследований по определению термодинамических свойств веществ и теплопереносу;

§  выполнения расчетов характеристик циклов паровых установок;

§  выбора оптимальных параметров и режимов теплообменных устройств.

3. Результаты освоения дисциплины

В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции, в соответствии с ФГОС.

1.Универсальные (общекультурные)

способность/готовность создавать и редактировать тексты профессионального назначения (ОК-4);

владением культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, ОК-6);

умением самостоятельно применять методы и средства познания, обучения и самоконтроля для приобретения новых знаний и умений (ОК-7).

2. Профессиональные

способность/готовность составлять тепловые схемы и математические модели процессов и аппаратов преобразования ядерной энергии топлива в тепловую и электрическую энергию (ПСК-1.1);

готовность использовать математические модели и программные комплексы для численного анализа всей совокупности процессов в ядерно-энергетическом и тепломеханическом оборудовании АЭС (ПСК-1.3);

готовность к разработке проектов элементов и систем АЭС с целью их модернизации и улучшения технико-экономических показателей с использованием современных средств проектирования (ПСК-1.5);

готовность к проведению предварительного технико-экономического анализа разработок текущих и перспективных АЭС (ПСК-1.6);

готовность подготовить исходные данные для расчета тепловых схем различных типов АЭС (ПСК-1.7);

готовность формулировать исходные данные, выбирать и обосновывать научно-технические решения в области проектирования элементов и систем АЭС (ПСК-1.10).

Составляющие результатов обучения, получены в результате декомпозиции результатов обучения. В результате освоения дисциплины студент должен:

знать

– требования, предъявляемые к АЭС, и пути их выполнения (З 1.1);

– процессы, протекающие в оборудовании, и их взаимосвязь в работе атомной электростанции как целого (З 2.1);

– методы повышения тепловой экономичности АЭС (З 3.1);

– методы расчета оборудования, показателей тепловой и общей экономичности электростанции (З 4.1);

– все основные системы и оборудование, определяющие работу электростанции (З 5.1);

– принципы, требования и методы проектирования станции (З 6.1);

уметь

– выбирать и оптимизировать структуру АЭС (У 1.1);

– выбирать и рассчитывать оборудование станции (У 2.1);

– определять количественные показатели работы отдельного оборудования и атомной электростанции в целом (У 3.1);

– проводить техническое обоснование принимаемых решений и их оптимизацию по тепловой экономичности (У 4.1);

– идентифицировать схемы и оборудование систем АЭС;

владеть навыками:

– работы с технической документацией и литературой, научно-техническими отчетами, справочниками и другими информационными источниками (В 1.1);

– составления тепловых и технологических схем и математических моделей процессов и оборудования паротурбинных установок АЭС (В 2.1);

– выбора основного и вспомогательного оборудования АЭС (В 3.1);

– проектирования элементов вспомогательного оборудования атомных электростанций (В 4.1);

– выбора метода анализа эффективности АЭС (В 5.1).

4. Структура и содержание дисциплины

4.1.1. ВВЕДЕНИЕ (2 часа)

Содержание и построение курса. Познавательная карта курса. Рекомендуемая литература. Атомная энергетика и ее роль в энергетике России и мира. Перспективы развития атомной энергетики в регионе.

4.1.2. Типы и классификация атомных электростанций (2 часа). Принципиальные технологические схемы основных типов АЭС: с реакторами водо-водяного типа (ВВЭР), быстрыми реакторами (БН), с канальными водографитовыми реакторами. Принципиальные технологические схемы атомной теплоэлектроцентрали (АТЭЦ) и атомной станции теплоснабжения (АСТ).

Основные требования, предъявляемые к АЭС: экономичность, надежность, экологичность. Пути их реализации.

4.1.3. Показатели тепловой и общей экономичности АЭС (3 часа).

Термодинамические циклы атомных электростанций. Основные параметры идеального и реального цикла. Термический и внутренний коэффициенты полезного действия (КПД) термодинамического цикла.

Показатели тепловой экономичности конденсационной АЭС: КПД, удельный расход теплоты и пара, удельный и годовой расход ядерного топлива. Тепловой баланс АЭС.

Особенности определения показателей тепловой экономичности по выработке электроэнергии на атомной теплоэлектроцентрали. Разделение расходов теплоты и топлива на производство отдельных видов энергии. Показатели тепловой экономичности по выработке электроэнергии и производству теплоты на АТЭЦ: КПД, удельные расходы теплоты и пара, удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении.

Расход пара на паротурбинную установку (ПТУ) с теплофикационными отборами пара. Коэффициенты недовыработки мощности. Тепловой баланс теплоэлектроцентрали.

Сравнение тепловой экономичности конденсационной, комбинированной и раздельной установок.

Показатели общей экономичности атомных электростанций. Приведенные расчетные затраты. Капиталовложения в строительство АЭС. Зависимость общей экономичности от показателей тепловой экономичности ПТУ.

4.1.4. Параметры пара на атомных электростанциях (5 часов).

Выбор и обоснование начальных параметров пара на АЭС. Влияние начальных параметров пара на тепловую экономичность АЭС (на термический и внутренний КПД) на капитальные затраты.

Сопряженные параметры. Основные схемы внешней сепарации пара и промежуточного перегрева на атомных электростанциях. Расход пара и экономичность паротурбинных установок с сепарацией и промежуточным перегревом. Оптимальные давления и температура промежуточного перегрева. Двухступенчатый промперегрев.

Особенности выбора начальных параметров и применения промперегрева на АТЭЦ. Выбор и обоснование конечных параметров пара на атомных электростанциях. Факторы, определяющие выбор конечного давления.

4.1.5. Регенеративный подогрев питательной воды (РППВ) (6 часов).

Сущность РППВ. Расход пара и тепловая экономичность паротурбинной установки с РППВ. Типы регенеративных подогревателей, их сравнительные достоинства и недостатки. Расчет регенеративных подогревателей. Влияние температуры питательной воды на эффективность РППВ при одно - и многоступенчатом подогреве. Распределение подогрева по ступеням. Влияние РППВ на экономичность установки с промежуточным перегревом. Экономически наивыгоднейшая температура питательной воды.

Схемы включения поверхностных регенеративных подогревателей. Каскадный слив дренажа. Применение охладителей дренажа. Применение пароохладителей (схемы Виолена и Рикара).

Схемы включения смешивающих подогревателей. Структурные схемы тракта высокого и низкого давления АЭС. Конструкции регенеративных подогревателей: поверхностных ПВД и ПНД, смешивающих.

4.1.6. Балансы пара и воды, способы восполнения потерь (2 часа).

Балансы пара и воды на АЭС. Добавочная вода и требования к ней. Термическая подготовка добавочной воды.

Назначение и функции, выполняемые испарителем на АЭС. Одноступенчатые и двухступенчатые испарительные установки. Расчет испарителя. Конденсатор испарителя. Схемы включения испарителей в схему АЭС.

Конструкция испарителей и конденсаторов испарителей.

Продувка парогенераторов и ее использование. Расширитель продувки: назначение, расчет и конструкция.

4.1.7. Отпуск теплоты от АЭС внешним потребителям (2 часа).

Системы теплоснабжения от электростанций. Отопительные нагрузки. Зависимость расхода теплоты от температуры наружного воздуха. Способы регулирования количества отпускаемой теплоты (качественное и количественное регулирование). Коэффициент теплофикации. Температурный график тепловой сети.

Отпуск теплоты из нерегулируемых отборов конденсационных ПТУ. Включение сетевых подогревателей в схемы ПТУ с нерегулируемыми и регулируемыми отборами пара. Теплофикационные установки атомных станций. Атомные теплоэлектроцентрали (АТЭЦ). Атомные станции теплоснабжения (АСТ). Способы отпуска пиковой теплоты. Пиковые бойлеры. Расчет и конструкция сетевых подогревателей.

4.1.8. Деаэрационные и питательные установки (4 часа).

Пути поступления газов в тракты АЭС. Способы дегазации питательной воды (химическая и термическая деаэрация). Физические основы термической деаэрации и факторы, определяющие её эффективность. Классификация термических деаэраторов (по назначению, по способу нагрева, по давлению, по принципу действия и др.).

Состав деаэрационной установки питательной воды (ДПВ). Выбор параметров ДПВ и его расчет. Включение термических деаэраторов питательной воды в тепловую схему АЭС. Конструктивное выполнение ДПВ. Размещение деаэраторов питательной воды в здании АЭС. Аккумуляторный бак ДПВ: назначение, выбор его ёмкости.

Питательные насосные установки. Включение питательных насосов. (одно - и двухподъемная схема). Бустерные насосы. Типы привода питательных насосов. Методика выбора типа приводов питательных насосов. Схемы включения приводных турбин и их расчёт.

4.1.9. Составление и методика расчета принципиальной тепловой схемы (ПТС) паротурбинной электростанции (4 часа).

Содержание ПТС. ПТС серийных энергоблоков АЭС. Основы составления ПТС энергоблока АЭС. Методика и задачи расчета ПТС. Основные этапы расчета, расчет тепловых и материальных балансов элементов схемы, определение показателей экономичности. Погрешность расчета ПТС. Применение ЭВМ в расчетах ПТС.

Расчет ПТС методом коэффициентов изменения мощности (КИМ). Понятие КИМ и коэффициента ценности тепла (КЦТ). Узловые и каскадные ступени. Определение КИМ узловых и каскадных ступеней в схемах без промперегрева, с промперегревом, с сепарацией и промперегревом. Определение КПД схемы и коэффициентов ценности тепла. Методология решения типовых задач с помощью КИМ. Границы применимости метода.

Расчет принципиальной тепловой схемы энергоблока и показателей тепловой экономичности в условиях эксплуатации.

4.1.10. Выбор оборудования АЭС (2 часа).

Установленная, располагаемая, рабочая и резервная мощности электростанций. Виды резерва. Надежность работы оборудования. Коэффициент готовности. Основы выбора числа, типа, мощности турбин и парогенераторов, блоков.

Выбор теплообменников и насосов турбинного отделения. Поверочный тепловой и гидравлический расчеты теплообменного оборудования турбинного отделения.

4.1.11. Полная тепловая схема АЭС. Трубопроводы АЭС (4 часа).

Содержание развернутой (полной) тепловой схемы атомной электростанции (РТС).

Технологические структуры АЭС и их сравнение. Схемы главных паропроводов и трубопроводов питательной воды. Элементы полных тепловых схем: схемы подсоединения оборудования, обводные и разгрузочные линии, дренажные трубопроводы. Примеры полных тепловых схем энергоблоков АЭС.

Классификация станционных трубопроводов. Материалы трубопроводов АЭС. Методика гидравлического и механического расчета. Выбор диаметра и числа линий главных паропроводов. Компенсация термических удлинений. Методика расчета на самокомпенсацию. Крепление трубопроводов. Тепловая изоляция трубопроводов. Вопросы эксплуатации трубопроводов.

Арматура. Классификация арматуры по типам и параметрам. Конструкции запорной, регулирующей и предохранительной арматуры.

Назначение, конструкция и схемы включения редукционно-охладительных установок (РОУ, БРОУ). Методика теплового расчета РОУ.

4.1.12. Конденсационные установки АЭС (4 часа).

Факторы, определяющие вакуум в конденсаторе (температура охлаждающей воды, вакуум в конденсаторе и др.). Пути попадания неконденсирующихся газов в конденсатор и способы удаления паровоздушной смеси.

Эжекторные установки: назначение, состав и схемы включение пускового и основных эжекторов. Конструкция и расчет эжекторов.

Организация деаэрации рабочего тела в конденсаторе.

4.1.13. Техническое водоснабжение АЭС (4 часа).

Потребности технической воды на АЭС. Источники водоснабжения. Системы технического водоснабжения: прямоточная и оборотная: сравнительные достоинства и недостатки.

Сооружения и устройства систем технического водоснабжения: насосные станции, насосы, водоводы, градирни, брызгальные бассейны, пруды охладители. Потери теплоносителя. Воздушное охлаждение.

Выбор системы технического водоснабжения.

4.1.14. Компоновка главного корпуса. Генплан электростанции (2 часа).

Требования к компоновке главного здания. Типы компоновок АЭС. Общие принципы компоновок главного здания. Компоновка оборудования реакторного отделения, машзала, деаэраторного отделений.

Выбор площади АЭС. Требования к площадкам. Генплан АЭС.

Технико-экономические показатели компоновок и генплана АЭС.

4.1.15. Главный реакторный контур и его вспомогательные системы (6 часов).

Реакторные установки. Система компенсации давления первого контура АЭС с реактором ВВЭР. Назначение компенсаторов давления (КД), их типы, принцип действия и работа.

Системы продувки, подпитки и борного регулирования первого контура АЭС с реакторами ВВЭР. Системы охлаждения потребителей реакторного отделения. Системы аварийного охлаждения активной зоны.

Системы реакторного отделения АЭС с РБМК и РБН.

4.1.16. Регулирование энергоблоков АЭС (4 часа).

4.2. Структура дисциплины по разделам и видам учебной деятельности приведена в табл.1.

Таблица 1.

Структура дисциплины

по разделам и формам организации обучения

Название раздела	Аудиторная работа (час)	СРС (час)	Контрольная работа	Итого
Лекции	Лабораторные занятия	Практические занятия
Введение	2	-	-	2		4
Типы и классификация атомных электростанций	2	-	-	2		4
Показатели тепловой и общей экономичности АЭС	4	4	2	6	№1	16
Параметры пара на атомных электростанциях	6	4	3	10		23
Регенеративный подогрев питательной воды	6	4	4	10		24
Балансы пара и воды, способы восполнения потерь	2	-	2	6		10
Отпуск теплоты от АЭС внешним потребителям	2	2	2	4	№2	10
Деаэрационные и питательные установки	4	-	-	4		8
Составление и расчет ПТС АЭС	4	-	6	60		70
Выбор оборудования АЭС	2	-	2	14		18
Полная тепловая схема АЭС. Трубопроводы АЭС	4	6	-	6	№3	16
Конденсационные установки АЭС	4	4	2	6		16
Техническое водоснабжение АЭС	2	-	-	4	№1	6
Компоновка главного корпуса. Генплан электростанции	2	-	-	6		8
Главный реакторный контур и его вспомогательные системы	6	-	-	10	№2	16
Регулирование энергоблоков АЭС	4	-	2	10		16
Итого	56	24	32	176		288

4.3. Распределение компетенций по разделам дисциплины