RU2540207C1 - Steam generator - Google Patents
Steam generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2540207C1 RU2540207C1 RU2014102715/06A RU2014102715A RU2540207C1 RU 2540207 C1 RU2540207 C1 RU 2540207C1 RU 2014102715/06 A RU2014102715/06 A RU 2014102715/06A RU 2014102715 A RU2014102715 A RU 2014102715A RU 2540207 C1 RU2540207 C1 RU 2540207C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steam generator
- dielectric
- metal strips
- spacing device
- heat exchange
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Preventing Corrosion Or Incrustation Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области использования атомной энергетики, в частности к системе паровыделения в проектах серийной реакторной установки (РУ) ВВЭР-1000.The invention relates to the field of use of nuclear energy, in particular to a steam emission system in projects of a VVER-1000 serial reactor plant (RU).
Парогенераторы для АЭС с реакторами типа ВВЭР представляют собой рекуперативный теплообменный аппарат с погруженной поверхностью теплообмена, выполненной из горизонтально расположенных U-образных теплообменных змеевиков (Безопасность ядерных энергетических установок: Учебное пособие для вузов по специальности «Атомные электростанции и установки» / Самойлов О.Б., Усынин Г.Б., Бахметьев A.M. - Москва, Энергоатомиздат, 1989, всего 280 стр.). Змеевики своими концами закреплены в вертикальные цилиндрические коллекторы теплоносителя. Известно, что парогенератор является одним из основных оборудований современной реакторной установки (РУ) типа ВВЭР-1000, которая имеет четыре петли циркуляции теплоносителя первого контура. В каждой петле циркуляции теплоносителя установлен парогенератор, т.е. в реакторной установке расположены четыре парогенератора ПГВ-1000М. Основной функцией парогенератора является выработка сухого насыщенного пара за счет тепла, переносимого в парогенератор из активной зоны ядерного реактора теплоносителем первого контура. Теплоноситель первого контура температурой 322°C из ядерного реактора по горячему трубопроводу ДУ850 поступает в горячий коллектор парогенератора, из которого теплоноситель поступает в трубный пучок теплообменных трубок (ТОТ). Трубный пучок (трубчатка) ТОТ скомпонован из почти 11000 U-образных змеевиков и на выходе запрессован в холодный коллектор парогенератора, из которого с температурой 289°C по холодному трубопроводу ДУ850 теплоноситель откачивается главным циркуляционным насосом (ГЦН) обратно в ядерный реактор. Поступающая во внутренний объем парогенератора холодная вода второго контура нагревается горячими ТОТ до парообразования.Steam generators for nuclear power plants with WWER type reactors are a recuperative heat exchanger with a submerged heat exchange surface made of horizontally arranged U-shaped heat exchange coils (Safety of nuclear power plants: Textbook for universities with a degree in Nuclear Power Plants and Installations / Samoilov OB , Usynin GB, Bakhmetyev AM - Moscow, Energoatomizdat, 1989, 280 pages in total). The ends of the coils are fixed in the vertical cylindrical collectors of the coolant. It is known that a steam generator is one of the main equipment of a modern reactor plant (RU) of the VVER-1000 type, which has four loops of primary coolant circulation. A steam generator is installed in each loop of the coolant circulation, i.e. Four steam generators PGV-1000M are located in the reactor installation. The main function of the steam generator is to produce dry saturated steam due to the heat transferred to the steam generator from the core of the nuclear reactor by the primary coolant. The primary coolant with a temperature of 322 ° C from the nuclear reactor through a hot pipeline ДУ850 enters the hot collector of the steam generator, from which the coolant enters the tube bundle of heat exchange tubes (TOT). The TOT tube bundle (tube) is composed of almost 11,000 U-shaped coils and is pressed into the cold collector of the steam generator at the outlet, from which the coolant is pumped back to the nuclear reactor with a temperature of 289 ° C through the cold DU850 pipeline. The cold water of the second circuit entering the internal volume of the steam generator is heated by hot MOT until it is vaporized.
Процесс генерации пара сопровождается накоплением на теплообменной поверхности ТОТ отложений продуктов коррозии, поступающих с питательной водой, и концентрированием в них коррозионно-активных примесей. По мере роста толщины отложений концентрация хлоридов в них возрастает, достигая у поверхности ТОТ критических значений, при которых происходит разрушение защитной оксидной пленки на стали 08Х18Н10Т, которая является конструкционным материалом ТОТ. При этом могут возникнуть условия для развития локальных дефектов, таких как растравы и питтинги (явление выкрашивания частиц с поверхности металлической детали при циклических контактных нагрузках). Вершины питтингов, являясь эффективными концентраторами напряжений, могут служить исходными участками для коррозионного растрескивания материала ТОТ в процессе эксплуатации парогенератора (ПГ), что в конечном итоге приводит к выходу ТОТ из строя. Результаты расследования массовых коррозионных повреждений ТОТ показали, что агрессивному воздействию в парогенераторе подвергаются места укладки и механического контакта ТОТ с элементами дистанционирующих решеток, и в большей степени расположенных в нижних рядах между 2-4 дистанционирующими решетками от «горячего» коллектора в сторону холодного коллектора, в области наибольшей паровой нагрузки. С первого года эксплуатации отечественных парогенераторов их ТОТ преследует деградация, сопровождающаяся появлением на них солевых отложений и коррозионным растрескиванием трубного пучка.The process of steam generation is accompanied by the accumulation on the heat exchange surface of the SOT of deposits of corrosion products coming from feed water, and the concentration of corrosive impurities in them. As the thickness of the deposits increases, the concentration of chlorides in them increases, reaching critical values near the surface of the SOT at which the protective oxide film is destroyed on 08Kh18N10T steel, which is the structural material of the SOT. In this case, conditions may arise for the development of local defects, such as rasters and pitting (the phenomenon of spalling of particles from the surface of a metal part under cyclic contact loads). Peaks of pits, being effective stress concentrators, can serve as initial sites for corrosion cracking of the TOT material during operation of the steam generator (GH), which ultimately leads to the failure of the TOT. The results of the investigation of massive corrosion damage to the SOT showed that the places of laying and mechanical contact of the SOT with the elements of the spacer grids, and to a greater extent located in the lower rows between the 2-4 spacer grids from the "hot" collector towards the cold collector, are exposed to aggressive action in the steam generator areas of greatest steam load. From the first year of operation of domestic steam generators, their heat treatment has been pursued by degradation, accompanied by the appearance of salt deposits on them and corrosion cracking of the tube bundle.
В конструкцию трубного пучка ТОТ парогенератора было внесено всего одно изменение, которое касается металлических полос дистанционирующих решеток, в которых были проделаны отверстия (например, патент РФ на изобретение №2301373, МПК F22B 1/02, опубликован 20.06.2007). Эта процедура объясняется просто: чем меньше контактная площадь, тем меньше отложений (хлоридов). Дистанционирующие решетки представляют собой металлические полосы специального профиля, в которые укладываются ТОТ. В качестве конструкционного материала для изготовления теплообменных труб и дистанционирующих решеток парогенераторов на протяжении многих лет используются аустенитные стали марок 08Х18Н10Т, 08Х18Н12Т. Стали этих марок достаточно коррозионно-стойки, но при работе в сложных (агрессивных) средах, высокой температуре, механическом воздействии и т.п. могут быть подвержены различным видам коррозии. Что, собственно, и подтверждается многолетней практикой эксплуатации парогенераторов. Инструкция по эксплуатации парогенератора предписывает проводить периодические продувки, промывки внутренних полостей и трубные пучки парогенератора от отложений. Однако эти мероприятия не уменьшают вероятность коррозионного растрескивания трубчатки и уменьшения на них солевых отложений. Коррозионное растрескивание ТОТ происходит как с внешней стороны, так и с внутренней. Диагностика и борьба с коррозией внутренних поверхностей ТОТ трудна из-за того, что это замкнутое пространство связано с теплоносителем первого контура. В периоды ежегодного планово-предупредительного ремонта (ППР) проводится диагностика состояния ТОТ, промывка парогенератора от солевых отложений (хлоридов) ТОТ. Обнаруженные в процессе диагностики дефектные ТОТ подвергаются глушению.Only one change was made to the design of the TOT bundle of the steam generator, which relates to the metal strips of the spacer grids in which the holes were made (for example, RF patent for invention No. 2301373, IPC F22B 1/02, published on 06/20/2007). This procedure is explained simply: the smaller the contact area, the less deposits (chlorides). The distance gratings are metal strips of a special profile, in which TOTs are placed. For many years austenitic steel grades 08X18H10T, 08X18H12T have been used as a structural material for the manufacture of heat transfer tubes and spacing grids of steam generators. The steel of these grades is quite corrosion resistant, but when working in complex (aggressive) environments, high temperature, mechanical stress, etc. may be susceptible to various types of corrosion. Which, in fact, is confirmed by the long-term practice of operating steam generators. The instruction manual for the steam generator prescribes periodic purges, rinses of internal cavities and tube bundles of the steam generator from deposits. However, these measures do not reduce the likelihood of corrosion cracking of the tubular and reducing salt deposits on them. Corrosion cracking of SOF occurs both from the outside and from the inside. Diagnostics and the fight against corrosion of internal surfaces of TOT is difficult due to the fact that this confined space is connected with the primary coolant. During the periods of annual preventive maintenance (PPR) diagnostics of the condition of the thermal treatment, the washing of the steam generator from the salt deposits (chlorides) of the technical maintenance is carried out. Defective MOT detected during the diagnostic process are jammed.
Именно высокие требования к обеспечению межконтурной плотности элементами теплообмена делают проблему повышения надежности и ресурса трубного пучка ПГ в процессе эксплуатации весьма актуальной, особенно при увеличении срока службы как АЭС с ВВЭР нового поколения, так и находящихся в эксплуатации.It is the high requirements to ensure the inter-circuit density with heat transfer elements that make the problem of increasing the reliability and resource of the GHG tube bundle during operation very urgent, especially when increasing the service life of both new generation WWER nuclear power plants and those in operation.
Из уровня техники известен парогенератор (описанный в источнике - Альбом специализированного оборудования АЭС с серийными блоками ВВЭР-1000, Москва, 1989, МХО «Интератомэнерго», с.69-76), принятый за прототип изобретения. Парогенератор содержит горизонтальный корпус с коллекторами подвода и отвода теплоносителя и трубный пучок. Трубный пучок набран из горизонтально расположенных U-образных теплообменных трубок и снабжен устройством дистанционирования в виде профильных и плоских металлических полос. Теплообменные трубки уложены в профильные металлические полосы устройства дистанционирования и закреплены своими концами в коллекторах.A steam generator is known from the prior art (described in the source — Album of specialized equipment of nuclear power plants with VVER-1000 serial units, Moscow, 1989, Interatemenergo IChO, p.69-76), adopted as a prototype of the invention. The steam generator contains a horizontal housing with collectors for supply and removal of coolant and a tube bundle. The tube bundle is composed of horizontally arranged U-shaped heat exchange tubes and is equipped with a spacing device in the form of profile and flat metal strips. Heat transfer tubes are laid in the profile metal strips of the spacing device and fixed at their ends in the collectors.
Недостатки прототипа следующие: наличие солевых отложений на трубном пучке, элементах устройства дистанционирования и перфорационных зонах коллекторов, а также коррозионное растрескивание ТОТ. С каждым следующем годом работы парогенератора количество ТОТ, пригодных к глушению, увеличивается.The disadvantages of the prototype are as follows: the presence of salt deposits on the tube bundle, the elements of the spacing device and the perforated zones of the collectors, as well as corrosion cracking of the solid fuel. With each next year of operation of the steam generator, the amount of MOT suitable for jamming increases.
Эти недопустимые повреждения (до образования сквозных трещин), зафиксированные в теплообменных трубках, представляют собой серьезную причину, по которой возможен останов ядерного реактора. Недопустимые дефекты трубчатки приводят к весьма опасным последствиям, в виду того, что радиоактивная вода теплоносителя первого контура попадает в воду второго контура, которая в виде пара после турбины охлаждается и возвращается в открытый и доступный охладительный водоем.These unacceptable damage (before the formation of through cracks), recorded in the heat transfer tubes, are a serious reason why a nuclear reactor can be shut down. Unacceptable tubular defects lead to very dangerous consequences, since the radioactive water of the coolant of the first circuit enters the water of the second circuit, which is cooled in the form of steam after the turbine and returned to the open and accessible cooling pond.
Эти повреждения уменьшают ядерную безопасность, кроме того, останов реакторной установки из-за дефектов парогенератора приносит ощутимые материальные убытки.These damages reduce nuclear safety, in addition, shutting down the reactor installation due to defects in the steam generator causes tangible material losses.
Один из недостатков практически всех аустенитных сталей (особенно в механически напряженных системах) состоит в их склонности к коррозионному растрескиванию, особенно хлоридному и в щелочных растворах, т.е. к хрупкому разрушению в горячих растворах, зонах растягивающих напряжений, даже при напряжениях ниже предела текучести.One of the drawbacks of almost all austenitic steels (especially in mechanically stressed systems) is their tendency to corrosion cracking, especially chloride and alkaline solutions, i.e. brittle fracture in hot solutions, zones of tensile stresses, even at stresses below the yield strength.
Причины возникновения отложений на ТОТ и элементах устройства дистанционирования хорошо известны, это в первую очередь качество водно-химического режима (ВХР) второго контура, а затем электромеханические свойства материалов, используемые в парогенераторе. По качеству ВХР второго контура западные технологии в этой области ушли далеко (см. «Состояние, основные проблемы и направления совершенствования водно-химического режима АЭС», В.Ф. Тяпков (ВНИИАЭС), Р.Б. Шарафутдинов (НТЦ ЯРБ Госатомнадзора России) Вестник Госатомнадзора России, №4, 2003 г.).The causes of deposits on solid fuel cells and elements of the spacing device are well known, first of all, the quality of the water-chemical regime (VHR) of the secondary circuit, and then the electromechanical properties of the materials used in the steam generator. Western technologies in this area have gone far in the quality of the secondary circuit chemistry (see “Status, Main Problems and Directions for Improving the Water-Chemical Regime of NPPs”, V.F. Tyapkov (VNIIIAES), RB Sharafutdinov (STC YaRB Gosatomnadzor of Russia) Bulletin of Gosatomnadzor of Russia, No. 4, 2003).
В 1990-х и 2000-х годах АЭС с ВВЭР существенно продвинулись в этом направлении, однако достижимые показатели водно-химического режима по-прежнему значительно ниже мирового уровня, в основном из-за применения более дешевого и недостаточно коррозионно-стойкого основного оборудования и трубопроводов конденсатно-питательного тракта. Вероятность образования коррозионного растрескивания ТОТ зависит в большой степени от качества их изготовления, аккуратности сборки в трубный пучок ТОТ. В конечной процедуре изготовления ТОТ подвергаются электрополировке по всей своей длине. Полировка трубок не идеальная, и любая царапина либо дефект (шероховатость) и т.п. на поверхности трубки в дальнейшем может стать местом ее деградации. В процессе эксплуатации парогенераторов их теплообменные трубки и элементы дистанционирующих решеток преследует деградация, сопровождаемая появление на них солевых отложений и последующим коррозионным растрескиванием трубчатки.In the 1990s and 2000s, WWER nuclear power plants significantly advanced in this direction, however, the achievable indicators of the water-chemical regime are still significantly lower than the world level, mainly due to the use of cheaper and insufficiently corrosion-resistant main equipment and pipelines condensate-nutritional tract. The probability of the formation of corrosion cracking of the SOF depends to a large extent on the quality of their manufacture, the accuracy of assembly in the tube bundle of the SOF. In the final fabrication procedure, solid fusion substrates are electropolished along their entire length. The polishing of the tubes is not perfect, and any scratch or defect (roughness), etc. on the surface of the tube in the future may become a place of its degradation. During the operation of steam generators, their heat transfer tubes and elements of the spacer grids are subject to degradation, accompanied by the appearance of salt deposits on them and subsequent corrosion cracking of the tube.
Натурные испытания подтвердили, что наиболее интенсивное образование отложений происходит в местах непосредственного контакта трубного пучка с элементами дистанционирующих решеток и в конструктивных зазорах узлов дистанционирования.Field tests have confirmed that the most intense formation of deposits occurs at the places of direct contact of the tube bundle with the elements of the spacer grids and in the structural clearances of the spacing units.
Предлагаемым изобретением решается задача повышения безопасной эксплуатации РУ и увеличение рабочего ресурса парогенератора в целом путем устранения останова РУ по причине образования накоплений хлоридов, возникновения коррозионных трещин в ТОТ.The proposed invention solves the problem of increasing the safe operation of the switchgear and increasing the working life of the steam generator as a whole by eliminating the shutdown of the switchgear due to the formation of chloride accumulations, the occurrence of corrosion cracks in the solid fuel.
Для получения такого технического результата предлагается использование диэлектрических втулок и прокладок, позволяющих уменьшить в работающем парогенераторе солевые отложения (хлориды) на ТОТ и элементах устройства дистанционирования, а также уменьшить коррозионное растрескивание ТОТ.To obtain such a technical result, the use of dielectric bushings and gaskets is proposed, which makes it possible to reduce salt deposits (chlorides) in the operating steam generator on the solid-fuel cell and the elements of the spacing device, as well as to reduce the corrosion cracking of the thermal rubber.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что парогенератор содержит горизонтальный корпус с коллекторами подвода и отвода теплоносителя, трубный пучок, набранный из горизонтально расположенных U-образных теплообменных трубок и снабженный устройством дистанционирования в виде профильных и плоских металлических полос. Теплообменные трубки уложены в профильные металлические полосы устройства дистанционирования и закреплены своими концами в коллекторах. При этом теплообменные трубки в местах укладки на профильные металлические полосы устройства дистанционирования изолированы от них посредством использования диэлектрических втулок, а профильные и плоские металлические полосы устройства дистанционирования изолированы между собой через диэлектрические прокладки. Диэлектрические втулки могут быть выполнены длиной не менее 50 мм и толщиной стенки не менее 1,0 мм. Диэлектрические прокладки могут быть выполнены толщиной не менее 1,5 мм и шириной не менее 40 мм. Диэлектрические втулки могут быть выполнены из полимерных композиционных материалов - углепластиков, в частности из композиционных материалов на основе керамики или фторопласта. Диэлектрические прокладки могут быть выполнены из полимерных композиционных материалов - углепластиков, в частности из композиционных материалов на основе керамики или фторопласта.The essence of the invention lies in the fact that the steam generator comprises a horizontal housing with collectors for supplying and discharging heat carrier, a tube bundle drawn from horizontally arranged U-shaped heat exchange tubes and equipped with a spacing device in the form of profile and flat metal strips. Heat transfer tubes are laid in the profile metal strips of the spacing device and fixed at their ends in the collectors. At the same time, heat exchange tubes at the places of laying on the profile metal strips of the spacing device are isolated from them by using dielectric bushings, and the profile and flat metal strips of the spacing device are isolated from each other through dielectric spacers. Dielectric bushings can be made with a length of at least 50 mm and a wall thickness of at least 1.0 mm. Dielectric gaskets can be made with a thickness of at least 1.5 mm and a width of at least 40 mm. Dielectric bushings can be made of polymer composite materials - carbon plastics, in particular composite materials based on ceramics or fluoroplastic. Dielectric gaskets can be made of polymer composite materials - carbon plastics, in particular composite materials based on ceramics or fluoroplastic.
Таким образом, посредством изолирующих диэлектрических втулок устраняется непосредственный контакт ТОТ с профильными элементами устройства дистанционирования, а непосредственный контакт между элементами устройства дистанционирования устраняется за счет установки между ними плоской изолирующей диэлектрической прокладки. Материал изолирующих элементов должен иметь свойства диэлектрика и быть термостойким с Траб. >300°C.Thus, by means of insulating dielectric bushings, direct contact of the TOT with the profile elements of the distance device is eliminated, and direct contact between the elements of the distance device is eliminated by installing a flat insulating dielectric strip between them. The material of the insulating elements must have dielectric properties and be heat-resistant with Trab. > 300 ° C.
На срок службы парогенератора оказывают влияние физические свойства металлоконструкций, которые по возможности должны иметь наименьшие внутренние механические напряжения. К ним относятся и ТОТ, которые выгибают для придания им специальной геометрической формы, исходя из внутреннего объема парогенератора, для укладки на устройства дистанционирования (дистанционирующие решетки), имеющие ширину 30 мм. Поэтому для уменьшения механических напряжений в местах гибов ТОТ и уменьшения гидравлического сопротивления трубок потоку теплоносителя необходимо увеличить радиус гибов трубок с 60 мм до 100-120 мм.The life of the steam generator is influenced by the physical properties of the metal structures, which should, if possible, have the lowest internal mechanical stresses. They also include solid-fuel cells, which are bent to give them a special geometric shape, based on the internal volume of the steam generator, for laying on spacing devices (spacing grids) having a width of 30 mm. Therefore, in order to reduce mechanical stresses in the places of bending of the heat treatment unit and to reduce the hydraulic resistance of the tubes to the flow of coolant, it is necessary to increase the radius of the bends of the tubes from 60 mm to 100-120 mm.
Исследования механического воздействия (любая механическая обработка) на аустенитные (немагнитные) стали показали, что после такого воздействия металл становится магнетиком. Это происходит по причине образования ферритной фазы в местах механического воздействия на металл, близкого к мартенситной структуре. Таким же магнетиком становится и дистанционирующая решетка в местах штамповки ее элементов, и участки теплообменных трубок, подвергшихся механическому воздействию при изготовлении, транспортировке, и при формировании их в трубный пучок. Опытным путем обнаружено, что механическая штамповка дистанционирующих полос увеличивает магнитную фазу в них и ускоряет процесс отложений на них из воды второго контура.Studies of the mechanical action (any mechanical treatment) on austenitic (non-magnetic) steels showed that after such an effect the metal becomes a magnet. This is due to the formation of the ferrite phase in places of mechanical action on the metal, close to the martensitic structure. The spacer lattice in the places of stamping of its elements and the sections of heat transfer tubes subjected to mechanical stress during manufacture, transportation, and during their formation into a tube bundle become the same magnet. It was experimentally found that the mechanical stamping of spacing strips increases the magnetic phase in them and accelerates the process of deposits on them from the water of the secondary circuit.
При соприкосновении теплообменных трубок с профилированными элементами дистанционирующей решетки происходит дополнительное взаимное «подмагничивание». Локальные (постоянные) магнитные поля в металлоконструкциях парогенератора даже незначительной магнитной напряженностью притягивают ионы из водной суспензии, и могут явиться одной из первопричин начала деградации трубчатки или активным участником этого процесса. Эти механические и электромагнитные свойства металлов конструкторами и изготовителями парогенераторов упущены. Поэтому в период укладки ТОТ на дистанционирующие решетки в парогенераторе необходимо обезжирить ТОТ и элементы дистанционирующих решеток, а затем провести размагничивание ТОТ по всей длине петлей размагничивания не менее двух раз. И проводить эту процедуру необходимо от первого слоя (этажа) трубчатки до верхнего, соблюдая и сохраняя чистоту внутренних конструкций парогенератора.When the heat exchange tubes come in contact with the profiled elements of the spacer grid, an additional mutual “magnetization” occurs. Local (permanent) magnetic fields in the metal structures of a steam generator attract even ions from an aqueous suspension with even slight magnetic intensity, and may be one of the root causes of the beginning of tube degradation or an active participant in this process. These mechanical and electromagnetic properties of metals are lost by designers and manufacturers of steam generators. Therefore, during the installation of the solid-fuel cell on the spacer grids in the steam generator, it is necessary to degrease the solid-fuel cell and elements of the spacer grids, and then demagnetize the solid-fuel cell along the entire length of the demagnetization loop at least two times. And it is necessary to carry out this procedure from the first layer (floor) of the tubular to the upper, observing and maintaining the purity of the internal structures of the steam generator.
Выпариваемый теплоноситель представляет собой некую суспензию, состоящую из компонентов, например, таких как CuO, FeO и др. Ионы молекул различных солей могут нести как положительный, так и отрицательный заряды, которые, в свою очередь, вначале тормозятся, а затем осаждаются на подмагниченной поверхности трубчатки и элементах дистанционирующих решеток. Известно также, что если имеется магнитное поле и свободные электроны в кристаллических решетках металла, то появляются микротоки, которые в нашем случае усиливают электрохимические процессы коррозии. Кроме этого, одновременно с процессом выпаривания воды, происходит локальный процесс накопления хлоридов, т.е. осаждение на положительных и отрицательных полюсах материала трубчатки и элементах дистанционирующих решеток, разнополярных ионов из суспензии. Осаждение химически активной меди из воды оборудования второго контура на поверхности ТОТ инициирует образование на ней язв, которые, в свою очередь, являются местом зарождения трещин. Химические процессы окисления поверхности металлов провоцируют появление и убыстряют процесс внешней коррозии, а высокая температура рабочей среды способствует появлению внутренней коррозии трубок, в тех местах металла, где содержится какой-либо газ. Таким образом, как при работе парогенератора в штатном режиме, так и в период проведения ППР протекает необратимый процесс разрушения трубчатки, который не удается ни замедлить, ни устранить. Специальные химические растворы для промывки, предусмотренные регламентом, не справляются с этими отложениями. Таким образом, в местах контакта ТОТ с дистанционирующей решеткой происходит накопление отложений хлоридов, которые являются активными участниками и в коррозионном растрескивании трубок. И, естественно, рост этих отложений напрямую связан с количеством выпариваемой воды.The evaporated coolant is a kind of suspension consisting of components, for example, such as CuO, FeO, etc. Ions of molecules of various salts can carry both positive and negative charges, which, in turn, are first braked and then deposited on a magnetized surface tubular elements and spacers. It is also known that if there is a magnetic field and free electrons in the crystal lattices of the metal, microcurrents appear, which in our case enhance the electrochemical processes of corrosion. In addition, simultaneously with the process of water evaporation, a local process of chloride accumulation occurs, i.e. deposition on the positive and negative poles of the tubular material and the elements of the spacing grids, heteropolar ions from the suspension. The deposition of chemically active copper from the water of the secondary circuit equipment on the surface of the solid fuel cell initiates the formation of ulcers on it, which, in turn, are the origin of cracks. Chemical processes of oxidation of the metal surface provoke the appearance and accelerate the process of external corrosion, and the high temperature of the working medium contributes to the appearance of internal corrosion of the tubes in those places of the metal where any gas is contained. Thus, both during the operation of the steam generator in the normal mode, and during the period of the PPR, an irreversible process of destruction of the tube proceeds, which cannot be slowed down or eliminated. Special chemical solutions for washing, stipulated by the regulations, can not cope with these deposits. Thus, in the places where TOT contacts the spacer grid, chloride deposits accumulate, which are also active participants in the corrosion cracking of the tubes. And, of course, the growth of these deposits is directly related to the amount of evaporated water.
Следует напомнить, что в период проведения ППР (когда реактор остановлен) ТОТ со стороны горячего коллектора парогенератора диагностируются универсальной вихретоковой системой для эксплуатационного вихретокового контроля ТОТ. Этот метод пригоден для обнаружения таких дефектов как коррозия, износ, эрозия, питтинг, трещины, повреждения и утончение стенок. Круглосуточная работа по диагностике 11000 ТОТ связана с большими дозиметрическими агрузками для персонала. Выявленные дефектные ТОТ заглушаются металлическими вставками, отчего эффективность парогенератора снижается.It should be recalled that during the time of the overflow (when the reactor is stopped), the CT from the side of the hot collector of the steam generator are diagnosed by a universal eddy current system for operational eddy current monitoring of the CT. This method is suitable for the detection of defects such as corrosion, wear, erosion, pitting, cracks, damage and thinning of the walls. Around-the-clock diagnostic work for 11000 CT is associated with large dosimetric loads for personnel. Identified defective SOFs are drowned out by metal inserts, which is why the efficiency of the steam generator is reduced.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг.1 представлен парогенератор ПГВ-1000, где 1 - горячий коллектор, 2 - погружной дырчатый лист, 3 - ТОТ (трубный пучок, трубчатка), 4 - корпус парогенератора, 5 - ввод питательной воды, 6 - холодный коллектор, 7 - жалюзийный сепаратор осушки пара. На фиг.2 представлен трубный пучок парогенератора после несколько десятков тысяч часов работы. На фиг.3 представлен разрез фрагмента дистанционирующей решетки с ТОТ шахматного пучка парогенератора, где 3 - теплообменная трубка, 8 - профильная металлическая полоса дистанционирующей решетки, 9 - плоская металлическая полоса дистанционирующей решетки. На фиг.4 представлен разрез фрагмента дистанционирующей решетки с ТОТ шахматного пучка согласно изобретению, где 10 - диэлектрическая втулка и 11 - диэлектрическая прокладка.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows the PGV-1000 steam generator, where 1 is a hot collector, 2 is a submersible hole sheet, 3 is a TOT (tube bundle, tube), 4 is a steam generator housing, 5 is a feed water inlet, 6 is a cold collector, 7 is louver separator for drying steam. Figure 2 presents the tube bundle of the steam generator after several tens of thousands of hours of operation. Figure 3 presents a section of a fragment of the spacer grid with the CTF of the chess beam of the steam generator, where 3 is the heat transfer tube, 8 is the profile metal strip of the spacer grid, 9 is a flat metal strip of the spacer grid. Figure 4 presents a section of a fragment of a spacer grid with a CTF of a chess beam according to the invention, where 10 is a dielectric sleeve and 11 is a dielectric spacer.
В заявленном изобретении корпус парогенератора фиг.1 представляет собой сварной горизонтальный цилиндрический сосуд. Коллекторы (1, 6) прикреплены к корпусу парогенератора и представляют собой вертикальные сосуды. Горячий коллектор (1) предназначен для подвода теплоносителя в теплообменные трубки (3). Холодный коллектор (6) предназначен для отвода теплоносителя из теплообменных трубок (3). Теплообменные трубки (3) расположены горизонтально, выполнены U-образными и закреплены своими концами в коллекторах (1, 6). Трубный пучок, набранный из данных теплообменных трубок (3), снабжен устройством дистанционирования в виде профильных (8) и плоских (9) металлических полос, см. фиг.3. Теплообменные трубки (3) уложены в профильные (8) металлические полосы устройства дистанционирования, причем в местах укладки изолированы от них посредством использования диэлектрических втулок (10), а профильные (8) и плоские (9) металлические полосы устройства дистанционирования изолированы между собой через диэлектрические прокладки (11), см. фиг.4, 5.In the claimed invention, the housing of the steam generator of figure 1 is a welded horizontal cylindrical vessel. The collectors (1, 6) are attached to the body of the steam generator and are vertical vessels. The hot collector (1) is designed to supply coolant to the heat transfer tubes (3). The cold collector (6) is designed to remove the coolant from the heat transfer tubes (3). Heat exchange tubes (3) are arranged horizontally, made U-shaped and fixed at their ends in the collectors (1, 6). The tube bundle drawn from these heat exchange tubes (3) is equipped with a spacing device in the form of profile (8) and flat (9) metal strips, see Fig. 3. Heat exchange tubes (3) are laid in profile (8) metal strips of the spacing device, and at the places of installation they are isolated from them by using dielectric bushings (10), and profile (8) and flat (9) metal strips of the spacing device are isolated between each other through dielectric gaskets (11), see FIGS. 4, 5.
Парогенератор работает следующим образом.The steam generator operates as follows.
Теплоноситель температурой 322°C вытесняется из активной зоны реактора и по горячему циркуляционному трубопроводу поступает в горячий коллектор (1), где через его перфорированную зону заполняют ТОТ (3, трубный пучок). Питательная вода второго контура через ввод питательной воды (5) вводится в парогенератор (4) и заполняет его внутренний объем. Вода второго контура вскипает, вырабатываемый парогенератором пар поднимается вверх и через погружной дырчатый лист (2) и жалюзийный сепаратор (7) обсушивается и по паропроводам через патрубки поступает в коллектор пара, откуда поступает на турбину. Жалюзийный сепаратор (7) повышает степень осушки пара.A coolant with a temperature of 322 ° C is displaced from the reactor core and through a hot circulation pipe enters the hot collector (1), where the heat transfer agent is filled through its perforated zone (3, tube bundle). The feed water of the second circuit through the feed water inlet (5) is introduced into the steam generator (4) and fills its internal volume. The water of the second circuit boils, the steam generated by the steam generator rises up and through the submersible hole sheet (2) and the louvre separator (7) are dried and through the steam pipelines through the pipes enter the steam collector, from where it enters the turbine. The louvre separator (7) increases the degree of steam drying.
За счет применения диэлектрических втулок (10) устраняется непосредственный контакт ТОТ с профильной металлической полосой устройства дистанционирования (8). А за счет наличия диэлектрической прокладки (11) между профильной (8) и плоской (9) металлическими полосами устройства дистанционирования устраняется непосредственный контакт между этими элементами (металлическими полосами) устройства дистанционирования.Due to the use of dielectric bushings (10), direct contact of the TOT with the profile metal strip of the spacing device (8) is eliminated. And due to the presence of a dielectric strip (11) between the profile (8) and flat (9) metal strips of the spacing device, direct contact between these elements (metal strips) of the spacing device is eliminated.
В качестве материала для изготовления изолирующих диэлектрических втулок (10) и диэлектрических прокладок (11) (см. фиг.4, 5) можно использовать полимерные композиционные материалы (ПКМ) - углепластики. На основе углеродных волокон и углеродной матрицы создают композиционные углеграфитовые материалы - наиболее термостойкие композиционные материалы (углеуглепластики), способные долго выдерживать в инертных или восстановительных средах температуры до 3000°C, а также композиционные материалы на основе керамики, либо композиционные материалы на основе фторопласта, и другие подобные им композитные материалы. Такой способ защиты ТОТ и элементов дистанционирующих решеток с точки зрения материальных затрат не является обременительным. Диэлектрическая втулка может иметь длину не менее 50 мм и толщину стенки не менее 1,0 мм. Диэлектрические прокладки имеют толщину не менее 1,5 мм и ширину не менее 40 мм, при этом диэлектрические прокладки расположены по всей длине укладки теплообменных трубок.As a material for the manufacture of insulating dielectric bushings (10) and dielectric gaskets (11) (see Fig. 4, 5), you can use polymer composite materials (PCM) - carbon fiber. On the basis of carbon fibers and a carbon matrix, composite carbon-graphite materials are created - the most heat-resistant composite materials (carbon-fiber-reinforced plastics) that can withstand temperatures up to 3000 ° C for a long time in inert or reducing environments, as well as ceramic-based composite materials or fluoroplastic composite materials, and other similar composite materials. This method of protecting the solid-fuel cell and the elements of the spacer grids from the point of view of material costs is not burdensome. The dielectric sleeve may have a length of at least 50 mm and a wall thickness of at least 1.0 mm. Dielectric gaskets have a thickness of at least 1.5 mm and a width of at least 40 mm, while the dielectric gaskets are located along the entire length of the stacking of the heat transfer tubes.
Кроме этого, как было сказано выше, наибольшей деградации подвержены трубки в области наибольшей паровой нагрузки, расположенные в нижних рядах между 2-4 дистанционирующими решетками от горячего коллектора в сторону холодного коллектора. Уменьшение этого «тяжелого» локального участка трубчатки возможно за счет уменьшения ТОТ, проходящих через него.In addition, as mentioned above, tubes in the region of greatest vapor load, located in the lower rows between 2-4 spacing grids from the hot collector towards the cold collector, are subject to the greatest degradation. Reducing this "heavy" local section of the tube is possible by reducing the TOT passing through it.
Обеспечение увеличения ресурса ТОТ парогенераторов связано с решением задачи снижения коррозионной деградации трубного пучка в процессе его эксплуатации.Ensuring an increase in the service life of steam generators is associated with solving the problem of reducing the corrosion degradation of the tube bundle during its operation.
В результате практического применения предлагаемого изобретения величина отложений хлоридов значительно уменьшится в местах контактов элементов дистанционирующих решеток и ТОТ, благодаря чему процесс деградации трубчатки заметно замедлится, а коррозионное растрескивание ТОТ будет смещено на более позднее время, что в целом отодвинет замену парогенератора на 3 и более лет.As a result of the practical application of the present invention, the amount of chloride deposits will significantly decrease at the points of contact between the elements of the spacer grids and the HTF, due to which the tube degradation process will noticeably slow down, and the corrosion cracking of the HTT will be shifted to a later time, which will generally delay the replacement of the steam generator by 3 or more years .
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014102715/06A RU2540207C1 (en) | 2014-01-28 | 2014-01-28 | Steam generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014102715/06A RU2540207C1 (en) | 2014-01-28 | 2014-01-28 | Steam generator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2540207C1 true RU2540207C1 (en) | 2015-02-10 |
Family
ID=53286795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014102715/06A RU2540207C1 (en) | 2014-01-28 | 2014-01-28 | Steam generator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2540207C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109975394A (en) * | 2017-12-27 | 2019-07-05 | 核动力运行研究所 | Probe door stretching structure for the detection of horizontal steam generator heat-transfer pipe vortex |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3411795A1 (en) * | 1984-03-30 | 1985-10-03 | Borsig Gmbh, 1000 Berlin | METHOD FOR OPERATING TUBE BUNDLE HEAT EXCHANGERS FOR COOLING GASES |
| SU1728574A1 (en) * | 1990-03-11 | 1992-04-23 | Институт технической теплофизики АН УССР | Electric boiler |
| RU2140608C1 (en) * | 1998-04-13 | 1999-10-27 | Дмитриев Сергей Михайлович | Once-through vertical steam generator |
| RU2301373C1 (en) * | 2006-02-10 | 2007-06-20 | Фгуп Окб "Гидропресс" | Steam generator module |
| RU135440U1 (en) * | 2013-07-09 | 2013-12-10 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | DEVICE FOR SIMULATION OF THE MAXIMUM DESIGN ACCIDENT OF REACTORS OF VVER TYPE |
-
2014
- 2014-01-28 RU RU2014102715/06A patent/RU2540207C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3411795A1 (en) * | 1984-03-30 | 1985-10-03 | Borsig Gmbh, 1000 Berlin | METHOD FOR OPERATING TUBE BUNDLE HEAT EXCHANGERS FOR COOLING GASES |
| SU1728574A1 (en) * | 1990-03-11 | 1992-04-23 | Институт технической теплофизики АН УССР | Electric boiler |
| RU2140608C1 (en) * | 1998-04-13 | 1999-10-27 | Дмитриев Сергей Михайлович | Once-through vertical steam generator |
| RU2301373C1 (en) * | 2006-02-10 | 2007-06-20 | Фгуп Окб "Гидропресс" | Steam generator module |
| RU135440U1 (en) * | 2013-07-09 | 2013-12-10 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | DEVICE FOR SIMULATION OF THE MAXIMUM DESIGN ACCIDENT OF REACTORS OF VVER TYPE |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109975394A (en) * | 2017-12-27 | 2019-07-05 | 核动力运行研究所 | Probe door stretching structure for the detection of horizontal steam generator heat-transfer pipe vortex |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2424587C1 (en) | Liquid salt nuclear reactor (versions) | |
| Rodríguez | Corrosion control of nuclear steam generators under normal operation and plant-outage conditions: a review | |
| RU2540207C1 (en) | Steam generator | |
| KR20090107341A (en) | Method to prevent corrosion degradation using Ni-metal or Ni-alloy plating | |
| Tapping | Materials performance in CANDU reactors: The first 30 years and the prognosis for life extension and new designs | |
| Hwang et al. | SCC analysis of Alloy 600 tubes from a retired steam generator | |
| Trunov et al. | Horizontal steam generators: Problems and prospects | |
| Subhan et al. | The Study of Multiaxial Loading and Damage to the Structure and Materials in the PWR Steam Generator of Nuclear Reactor | |
| KR102309765B1 (en) | Method for inner-contour passivation of steel surfaces of nuclear reactor | |
| Fulger et al. | Corrosion mechanisms of tubes from the Candu high pressure feed water heaters | |
| Trunov et al. | Optimization of the tube-bundle arrangement in horizontal steam generators | |
| Feenstra et al. | Postulated degradation mechanisms of steam generator tubing in water-cooled small modular reactors | |
| Zhao et al. | The Research of Steam Generator Thermal Performance Degradation in Nuclear Power Plant | |
| Voyevodin et al. | Analysis of measuring data of heat exchanger pipes of wwer-1000 steam generators on SU NPP | |
| LUCAN et al. | Applying knowledge in the field of structural materials degradation from large pressurized reactors to small modular reactors | |
| Silalahi et al. | Impact of Chemical Cleaning on Furnace Exit Gas Temperature of Power Plant: Case Study Steam Power Plant Unit 1 | |
| Anandapadmanaban et al. | Life extension of the Fast Breeder Test Reactor | |
| Little et al. | Advanced Scale Conditioning Agent (ASCA) Applications: 2012 Experience Update | |
| Yurmanov et al. | Development of steam-water cycle chemistry for steam generator of research reactor MBIR | |
| Xu | Failure Analysis for Evaporator Fin-Tubes of HRSG in CCGT | |
| Freeman et al. | Review of a Refinery Boiler Tube Failure | |
| Smith | Steam generators | |
| Cadwallader | Reliability and Maintainability Data for Lead Lithium Cooling Systems | |
| Ishihara | Corrosion failure and its prevention in light water reactor power plants | |
| Woo et al. | Worldwide assessment of steam-generator problems in pressurized-water-reactor nuclear power plants |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160129 |