BR112019028198A2

BR112019028198A2 - instalação de vapor de reator nuclear de dois circuitos com sistema de purga e de drenagem

Info

Publication number: BR112019028198A2
Application number: BR112019028198-3A
Authority: BR
Inventors: Konstantin Vladimirovich Dorokhin; Andrei Viktorovich Shestakov
Original assignee: Joint Stock Company ''atomenergoproekt''
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2017-12-29
Publication date: 2020-07-07
Also published as: US11536448B2; EA201992871A1; CN111033121A; KR102527023B1; EA037023B1; JOP20190300B1; CN111033121B; WO2019132704A1; JP6828195B2; ZA202000697B; EP3734150B1; EP3734150A1; JOP20190300A1; RU2742730C1; EP3734150A4; US20210156559A1; EP3734150C0; KR20200104215A; JP2020531799A; CA3068559A1

Abstract

A oferecida instalação de produção de vapor de reator nuclear de duplo circuito com sistema de purga e de drenagem é realizada por circuito fechado sem expansores clássicos de purga e calculada para pressão máxima do meio de trabalho em geradores de vapor (GV). A água purgada do GV é unida a uma linha, resfriada no permutador de calor regenerativo, depois no resfriador de purga e de drenagem é retirada por invólucro hermético. Pelos limites do invólucro hermético a água purgada do GV é fornecida para a limpeza ao sistema de tratamento especial da água purgada do GV. A limpeza é calculada na máxima pressão do meio de trabalho no GV. Depois da limpeza, a água purgada retorna ao invólucro hermético e através do permutador de calor regenerativo vai para os tubos de abastecimento de cada GV. O resultado técnico alcançável é o aumento na vazão da purga do GV, que leva à normalização acelerada do regime químico da água, mesmo com desvios significativos e, como resultado, ao aumento da vida útil de cada GV e da instalação de produção de vapor, como um todo, além de redução nas perdas de energia para o retorno da água de purga purificada para o segundo circuito, com autonomia simultânea do sistema devido à falta de comunicação com os equipamentos da sala de máquinas.

Description

INSTALAÇÃO DE VAPOR DE REATOR NUCLEAR DE DOIS CIRCUITOS

COM SISTEMA DE PURGA E DE DRENAGEM Campo técnico

[001] O dispositivo refere-se ao campo de energia, e pode ser usado em usinas energéticas de duplo circuito em usinas nucleares com reator com água sob pressão (VVER) e unidade geradora de vapor com geradores de vapor horizontais. Nível precedente da técnica

[002] Para o objetivo do entendimento da descrição deste dispositivo, os termos usados são os seguintes: - coletor “quente” – coletor de gerador de vapor, em que entra o refrigerante do primeiro circuito do reator; - coletor “frio” – coletor através do qual o refrigerante do primeiro circuito sai do gerador de vapor e entra na linha de sucção da bomba de circulação principal; - “suportes” de coletores - zonas estagnadas que se formam entre os coletores do primeiro circuito do reator e a superfície interna do fundo do gerador de vapor e que agravam a qualidade da purga; - fundo “quente” – fundo do gerador de vapor, a partir do lado “quente” do coletor; - fundo “frio”– fundo do gerador de vapor, a partir do lado “frio” do coletor; - compartimento “salino”- zona no volume interno do gerador de vapor com maior concentração de sais dissolvidos na água da caldeira, a partir do fundo “frio”; - tratamento especial da água – sistema de filtros projetados para a limpeza da água purgada de geradores de vapor de produtos corrosivos e impurezas na forma iônica.

[003] Em usinas nucleares (NPPs) com reatores de circuito duplo do tipo VVER (reatores com água sob pressão - PWR), para o funcionamento bem- sucedido do setor de reator é necessário um grande número de vários sistemas tecnológicos, um dos quais, tanto do primeiro quanto do segundo circuito, é uma unidade de produção de vapor, que, por um lado, devido ao calor recebido no reator, é gerado vapor que é usado como fluido de trabalho da turbina a vapor para produzir eletricidade e; por outro lado, é projetado para fornecer de forma confiável e contínua resfriamento da zona ativa do reator. Durante a operação da instalação de produção de vapor, através dela, os geradores de vapor bombeiam o refrigerante do primeiro circuito, o que impõe exigências especiais ao seu projeto e operação. Em particular, a instalação do produtor de vapor é colocada dentro do invólucro de proteção (contêiner), Diante disso, é para garantir a hermeticidade, o número de passagens pelo contêiner de várias linhas de processamento deve ser minimizado.

[004] A confiabilidade de trabalho das usinas nucleares, em particular, depende do nível de organização do regime químico da água (RQA) do segundo circuito. As violações do RQA podem levar a falhas prematuras dos geradores de vapor, que são a base da instalação de produção de vapor do reator, ou seja, podem reduzir significativamente sua confiabilidade e recursos operacionais. Para garantir uma operação confiável e segura do gerador de vapor, é necessário remover oportunamente da superfície de permutação de calor dos tubos e do volume do gerador de vapor os sedimentos, em que ocorre a concentração de impurezas corrosivas na água da caldeira. Ao mesmo tempo, uma alta concentração dessas impurezas em zonas individuais do gerador de vapor pode levar ao desenvolvimento de trincas por corrosão de juntas soldadas e tubos de permuta de calor do gerador de vapor. A remoção de impurezas indesejáveis do gerador de vapor é realizada por purga, tanto contínua, quanto periódica, além de combinar a purga contínua e periódica.

[005] A conhecida instalação de produção de vapor com o reator VVER- 1000, que contém quatro geradores de vapor idênticos, que são permutadores de calor horizontais de duplo circuito com uma superfície submersa de troca de calor. O gerador de vapor consiste em um corpo feito na forma de um tambor horizontal conectado a um coletor de vapor horizontal e a um coletor de água de abastecimento; no gerador de vapor há coletores de tubos verticais de entrada ("quente") e de saída ("frio") do refrigerante do primeiro circuito e um bico de purga. Para manter o regime salino normal no gerador de vapor, são fornecidas purgas contínuas e periódicas / Nigmatulin I.N., Nigmatulin B.I. Usinas nucleares: livro para universidades, M., Energoatomizdat, 1986, p.120-122 .

[006] A conhecida instalação geradora de vapor do reator nuclear de circuito duplo com sistema de purga e drenagem contém quatro geradores de vapor fechados em um volume hermético da instalação do reator, com corpo horizontal com corpo inferior de formação, coletores "quentes" e "frios" do refrigerante do primeiro circuito com os formados entre eles e a superfície do fundo do gerador de vapor com as bacias, compartimento salino, coletor de vapor e sistema de purga e de drenagem. O refrigerante do primeiro circuito entra no coletor "quente". Dá seu calor à água do gerador de vapor e, resfriando- se, sai através do coletor “frio” para a linha de sucção da bomba de circulação principal. No gerador de vapor fornecem a água abastecida. O vapor seco sai do coletor de vapor e, em seguida, os dutos de vapor são fornecidos para a turbina. O sistema de purga do gerador de vapor consiste em duas tubulações de purga individuais para cada gerador de vapor, projetadas para realizar purgas contínuas e periódicas independentemente uma da outra, enquanto o efeito de purgar geradores de vapor individuais um do outro é excluído. A seleção para a purga contínua é realizada do compartimento salino, e a periódica, das bacias dos coletores "quentes" e "frios" e das linhas de purga do corpo inferior de formação. Os coletores de purga contínua e periódica de cada gerador de vapor executam e separam por limitação do volume hermético até serem inseridos no tubo de conexão dos expansores de purga. Cada gerador de vapor também é equipado com um tubo de drenagem separado conectado ao tubo de drenagem; em seguida, os tubos de drenagem de todos os geradores de vapor são combinados em um único coletor de drenagem, fora do volume hermético, e enviados ao resfriador de drenagem / B.I. Lukasevich, N.B. Trunov e outros., “Geradores de vapor de reator VVER para usinas nucleares”, Moscou: Akademkniga Research and Development Center, 2004, pp. 83-86 .

[007] As desvantagens da conhecida instalação de produção de vapor são a necessidade de um expansor de purga, que garanta a redução na pressão dos parâmetros do desaerador, enquanto aumenta as perdas de energia para devolver o volume fornecido aos expansores ao circuito secundário; fluxo de água de purga inadequado, que aumenta o tempo de normalização da química da água e a saída separada pelos limites do volume hermético dos coletores de purga contínuos e periódicos e do coletor de drenagem, que reduz a confiabilidade operacional devido à diminuição complementar , e também a necessidade de conexões tecnológicas com a sala de máquinas e a dependência do sistema de equipamentos da sala de máquinas, uma vez que a descarga de vapor do expansor é realizada no coletor de vapor do desaerador e a água de purga purificada é devolvida ao desaerador ou expansor da drenagem da sala de máquinas.

[008] Também é conhecido o sistema de purga e drenagem de geradores de vapor, projetado para manter o regime químico da água e drená-la (Hyperlink “http://www.stroitelstvo-new.ru/nasosy/paroturbinnaya- ustanovka.shtml”http://www.stroitelstvo-new.ru/nasosy/paroturbinnaya- ustanovka.shtml).

[009] O sistema opera no regime purga contínua e em combinação de purga contínua e periódica, na qual o lodo e a matéria suspendida são removidos dos geradores de vapor.

[010] A água de purga dos geradores de vapor entra no expansor de purga e, em seguida, através do permutador de calor regenerativo de purga, do resfriador e do sistema de limpeza são bombeados para os aquecedores de baixa pressão da turbina. No regime de drenagem, a água dos geradores de vapor flui através das tubulações de drenagem para o tanque de drenagem e, em seguida, é bombeada periodicamente para limpeza, à medida que o nível aumenta no tanque.

[011] As desvantagens da solução técnica conhecida são a necessidade de reduzir a pressão nos até os parâmetros do desaerador por meio de um expansor de purga e, como resultado, maiores perdas de energia para retornar o volume de água de purga ao segundo circuito; conexões tecnológicas com a sala de máquinas e a dependência de trabalho do sistema dos equipamentos da sala, uma vez que o vapor emitido do expansor a purga é produzido para o coletor de vapor do desaerador, o retorno da água limpa de purga é feito para o desaerador ou expansor de drenagem da sala de máquinas, bem como fluxo insuficiente de água de purga, o que aumenta o tempo de normalização do RQA. Divulgação do dispositivo

[012] O problema técnico a ser resolvido pelo dispositivo solicitado e direcionado é a criação de uma instalação geradora de vapor de um reator nuclear de circuito duplo com alta confiabilidade e recursos operacionais.

[013] O resultado técnico consiste em reduzir o tempo de normalização do RQA do segundo circuito por conta do aumento da taxa de fluxo da água purgada na redução simultânea das perdas de energia elétrica para o retorno da água de purga purificada ao segundo circuito e na garantia da autonomia da unidade geradora de vapor.

[014] O problema técnico é resolvido e o resultado técnico é alcançado devido ao fato de a instalação de produção de vapor do reator nuclear de circuito duplo com sistema de purga e drenagem conter quatro geradores de vapor idênticos, fechados em um volume hermético de proteção com corpo horizontal, com corpo inferior de formação, os primeiros coletores quentes e frios e com suportes e compartimento salino. Cada gerador de vapor é conectado a um coletor de vapor, a um tubo de fornecimento de água, a tubos de purga do compartimento salino, a partir do corpo inferior de formação e das suportes de coletores dos primeiros circuitos, enquanto todos os dutos de purga de cada gerador de vapor são conectados em um único coletor de purga do gerador de vapor, seguido pela conexão em um coletor de purga comum dos geradores de vapor, que é conectado à entrada do permutador de calor regenerativo, cujo tubo de descarga é conectado ao resfriador de purga e drenagem com a água de purga resfriada retirada do volume hermético de proteção e conectada ao sistema especial de tratamento de água com o tubo de saída da água de purga purificada dos geradores de vapor e instalado nele por pelo menos uma bomba de água de purga purificada, cuja linha de pressão é inserida no volume hermético de proteção e conectada à entrada no espaço entre tubos do permutador de calor regenerativo, cuja saída é através do tubo comum de fornecimento de água de purga purificada de cada gerador de vapor, conectada à tubulações de fornecimento de água abastecida do gerador de vapor correspondente. Diante disso o tubo de resfriamento de água de purga, após retirada do volume de proteção, é equipado com um tubo de drenagem para a drenagem de geradores de vapor conectados ao tanque de drenagem de água.

[015] É preferível que três bombas sejam instaladas no tubo de saída da água de purga purificada dos geradores de vapor - operação, reserva e reparo.

[016] Pequena descrição da figura do desenho a. O dispositivo está ilustrado por um diagrama simplificado da instalação de produção de vapor de reator nuclear de circuito duplo com sistema de purga e de drenagem.

[017] A instalação de produção de vapor de reator nuclear de circuito duplo com um sistema de purga e de drenagem contém quatro geradores de vapor idênticos fechados em um volume hermético de proteção 1 (os três geradores de vapor restantes não são mostrados no diagrama) com corpo horizontal com corpo inferior de formação, com 2 coletores frios e 3 quentes do primeiro circuito com formadores entre eles e com superfície do gerador de vapor (não mostrado no diagrama) e com compartimento salino 4. Cada gerador de vapor é conectado a um coletor de vapor 5, tubo de fornecimento de água abastecida 6, 7, 8 e 9, de acordo com o primeiro, segundo, terceiro e quarto geradores de vapor , a tubos de purga do compartimento salino 10, do corpo inferior de formação 11 e bacias de coletores 2 e 3 do primeiro corpo 12. Todos os tubos de purga de cada gerador de vapor estão conectados ao um único coletor de purga do gerador de vapor 13, 14, 15 e 16, de acordo com conexão seguinte deles no coletor geral de purga 17 do gerador de vapor 1. O coletor geral de purga do gerador de vapor 17 está conectado à entrada do permutador de calor regenetativo 18, o tubo que desvia do qual 19 está conectado ao resfriador da purga e ao refrigerador da drenagem 20. O tubo que desvia da água de purga resfriada 21 do resfriador de purga e de resfriamento da drenagem 20 é retirado pelo limite do volume hermético de proteção 22 e ligado ao sistema de tratamento especial da água 23. No tubo que desvia da água de purga purificada dos geradores de vapor 24 do sistema de tratamento especial da água 23 estão instaladas as bombas de purga de purificação de água 25 – de operação, reserva e de reparo, a linha de pressão das bombas 26 é introduzida pelo limite do volume hermético de proteção 22 e conectada à entrada no espaço intertubular do permutador de calor regenerativo 18, a saída do qual através do tubo geral de fornecimento de água de purga purificada 27 e os tubos de fornecimento de água de purga purificada 28, 29, 30 e 31 de cada gerador de vapor correspondente conectado aos tubos de fornecimento de água abastecida 6, 7, 8, e 9 do gerador de vapor correspondente.

O tubo da água de purga resfriada 21 depois da retirada pelo limite do volume hermético de proteção 22, e é equipado com o tubo de desvio da drenagem de todos os quatro geradores de vapor 32. Ele está conectado ao tanque de drenagem da água 33, que está equipado com bomba 34 para descarga no tubo de descarga de água do gerador de vapor 35.

A implementação do dispositivo

[018] A instalação do produtor de vapor é feita da seguinte forma. O refrigerante do primeiro corpo entra no coletor “quente” 3 de cada gerador de vapor 1, fornece seu calor à água do gerador de vapor 1e, resfriando-se, sai através do coletor “frio”2 para a sucção da bomba circular principal (não é mostrado no diagrama). Em cada gerador de vapor 1 por tubos de fornecimento de água abastecida 6, 7, 8 e 9 no primeiro, segundo, terceiro e quarto geradores 1 respectivamente fornecem água abastecida. O vapor seco é removido do coletor de vapor 5 de cada gerador de vapor 1, e em seguida, os dutos são fornecidos à turbina (não é mostrado no esquema).

[019] A purga consiste na retirada contínua e periódica de parte da água da caldeira dos locais com maior acúmulo de produtos corrosivos, sais e lodo. Através dos tubos de purga 10 dos compartimentos salinos 4 de cada um dos geradores de vapor 1, dos tubos de purga 11 do corpo de inferior de formação e os tubos 12 das bacias dos coletores 2 e 3 são retiradas correntes de purgas ininterruptas e periódicas, depois que as correntes tanto ininterruptas, quanto as periódicas de purgas são combinadas em coletores únicos de purga 13, 14, 15 e 16 dos geradores de vapor 1, e depois no coletor geral 17 do gerador de vapor

1. O fluxo principal da purga contínua é organizado através de tubulações de purga 10 do compartimento salino 4, localizado no fundo “frio” do corpo. É feita a purga periódica dos geradores vapor tanto do compartimento salino 4, quanto pelos tubos de purga 11 do corpo inferior de formação e por tubos 12 das bacias de coletores 2 e 3. Em regime de uso normal ciclicamente é feita a purga periódica dos geradores de vapor por meio do aumento da retirada de um dos quatro geradores de vapor a qualquer momento. Pelo coletor geral 17 as correntes das purgas entram nos tubos do permutador de calor regenerativo 18, onde são resfriadas, e de onde pelo tubo de saída 19 do permutador de calor regenerativo 18 são fornecidas para resfriamento no resfriador de purga e de drenagem 20, de onde pelo tubo de saída da água purgada resfriada 21 entra no sistema de tratamento especial da água 23 – de limpeza da água purgada dos geradores de vapor dos produtos corrosivos e impurezas na forma iônica. Diante disso é feita a manutenção no regime químico da água do segundo circuito de produtos de corrosão e impurezas dissolvidas. A bomba de água de purga purificada 25, instalada no tubo de saída da água de purga purificada 24 dos geradores de vapor 1, pela linha de pressão 26 fornece a água purgada resfriada e purificada de impurezas indesejáveis para o espaço entre tubos do permutador de calor regenerativo 18, onde é aquecido por meio da água de purga, que entra nos tubos do permutador de calor regenerativo 18 através de um coletor comum 17 das purgas dos geradores de vapor 1. E os tubos de fornecimento de água de purga purificada 28, 29, 30 e 31 de cada gerador de vapor 1 correspondente na qualidade de água adicional fornecem água purificada, cuja saída através do tubo geral de fornecimento de água de purga purificada 27, nos tubos de fornecimento de água abastecida 6, 7, 8, e 9 do gerador de vapor correspondente, e depois por tubos de fornecimento de água abastecida 6, 7, 8 e 9 ao primeiro, segundo, terceiro e quarto geradores de vapor 1 respectivamente fornecem a água abastecida.

[020] A drenagem é realizada da seguinte forma: no gerador de vapor parado 1, o meio de trabalho do gerador de vapor 1 é desviado através dos tubos de purga 11 do corpo inferior de formação e por tubos 12 das bacias dos coletores 2 e 3, através de um único coletor de purga 13 e um coletor geral 17 de purgas dos geradores de vapor, é feita em trânsito através do permutador de calor regenerativo 18, e através do tubo de desvio 19 do permutador de calor regenerativo 18 é fornecida no resfriador de purga e de drenagem 20, onde é resfriado e através do tubo de saída para a purga resfriada de água 21 entra no tubo de drenagem 32 todos os quatro geradores de vapor, depois no tanque de drenagem de água dos geradores de vapor 33, de onde é bombeado pela bomba automática 34 através do tubo de descarga de água dos geradores de vapor 35 e enviado para o processamento ou utilização subsequente.

[021] A bomba da água de purga dos geradores de vapor 25 é destinada ao retorno da água de purga purificada depois do tratamento especial da água 23 nos geradores 1 por meio de sistema de tubos de fornecimento de água abastecida 6, 7, 8, e 9. Diante disso pode ser prevista a disponibilidade de bombas de reserva e de reparo.

[022] O permutador de calor de purga regenerativa 18 é projetado para o resfriamento inicial da água de purga fornecida ao tratamento especial da água 23 e do aquecimento subsequente da água de purga purificada após o tratamento especial da água 23 em vários modos de operação da unidade de energia - durante a inicialização, operação de energia e durante o resfriamento.

[023] O resfriador de purga e de drenagem 20 é projetado para o resfriamento da água de purga do gerador de vapor, que entra no tratamento especial da água 23 durante a operação da unidade de energia na potência, durante o amortecimento e o acionamento. Na unidade de energia parada o resfriador de purga e de drenagem 20 é projetado para o resfriamento dos drenados dos geradores de vapor dos meios. Aplicabilidade industrial

[024] Na solução técnica proposta o sistema de purga e de drenagem da instalação de produção de vapor é feito por circuito fechado, permite usar água de purga como adicional à água abastecida dos geradores de vapor, conservando alta pressão da água de purga em todo o ciclo de limpeza da água de purga, diminuindo as perdas mais energéticas no retorno da água de purga ao segundo circuito. Por conta do aumento da despesa da purga dos geradores de valor de até 140 t/h o tempo de normalização do RQA do segundo circuito é diminuído, e o aumentado RQA do segundo circuito permite aumentar a vida útil do gerador de vapor, e, consequentemente, toda a instalação produtora de vapor, e a diminuição da quantidade de passagens através do invólucro de diferentes linhas tecnológicas aumenta o grau de sua hermetização. Diante disso, a ausência de ligações tecnológicas com a sala de máquinas realiza a instalação de produção de vapor de forma autônoma.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Instalação do produtor de vapor do reator nuclear de circuito duplo com sistema de purga e drenagem caracterizada por conter quatro geradores de vapor idênticos, fechados em um volume hermético de proteção com corpo horizontal com corpo inferior de formação, coletores quentes e frios do primeiro circuito com bacias e compartimento salino. Cada gerador de vapor está conectado ao coletor de vapor, tubo de fornecimento de água abastecida, tubos de purga e de compartimento salino, do corpo de formação inferior e das bacias de coletores do primeiro circuito; diante disso, todos os tubos de purga de cada gerador de vapor é unido a um único coletor de purga do gerador de vapor à conexão seguinte no coletor geral de purga dos geradores de vapor , que é ligado à entrada do permutador de calor regenerativo, que desvia o tubo do qual está ligado ao resfriador de purga e ao resfriamento da drenagem ao tubo de desvio de resfriamento da água de purga, derivado do volume hermético de proteção e conectado ao sistema de tratamento especial da água com o tubo que desvia a água de purga purificada dos geradores de vapor e instalado nele, por pelo menos, uma bomba de água purga purificada, cuja linha de pressão é introduzida no volume hermético de proteção e ligada à entrada do espaço entre tubos do permutador de calor regenerativo, cuja saída através do tubo geral de fornecimento da água de purga purificada de cada gerador de vapor é ligada aos tubos de fornecimento de água abastecida do gerador de vapor correspondente.

2. Instalação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por um tubo de água de purga resfriada depois da retirada do volume hermético de proteção ser equipada com um tubo de drenagem para a drenagem de geradores de vapor conectados ao tanque de drenagem de água.

3. Instalação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por no tubo de desvio da água de purga purificada dos geradores de vapor; três bombas estarem instaladas: de operação, reserva e de reparo.