Article

5.5. Питательная установка

Питательная установка — один из важнейших элементов тепловой схемы станции, обеспечивающий надежность работы и бесперебойность отпуска электроэнергии. Ее задача состоит в непрерывном восполнении убыли воды в парообразующей установке, связанной прежде всего с расходом пара на турбину, а также с расходом пара прочими потребителями" утечками и т. д. Особенно большое значение имеет питательная установка для одноконтурной АЭС, в которой она подает воду непосредственно в реактор.

Конечное давление за питательной установкой должно превышать давление в парообразующей установке на значейие сопротивления всего питательного тракта от деаэратора до нее. При этом для АЭС возможны две схемы включения питательной установки — одноподъемНая и двухподъемная.

При одноподъемной схеме (рис. 5.6а) питательный насос создает полное давление, необходимое для подачи воды в парообразующую установку. Под этим давлением находится трубная система всех ПВД. При двухподъемной схеме (рис. 5.6б) устанавливают два питательных насоса с последовательным их включением. Первый из них 4 должен создавать давление, обеспечивающее невскипание питательной воды во всех ПВД, в том числе и в питаемом греющим паром первого отбора турбины. Поэтому давление воды после

Рис. 5.6. Схемы включения питательных насосов:
Рис. 5.6. Схемы включения питательных насосов:

а — одноподъемная; б — двухподьемная; в — одноподъемная с бустерным насосом;
1 — ПВД; 2 — деаэраторный бак; 3 — одноподъемный питательный насос; 4, 5 — питательные насосы первого и второго подъемов; 6 — бустерный насос

насоса первого подъема должно быть выше давления в первом отборе при любом режиме работы турбины. Далее вода поступает в питательный насос второго подъема 5, создающий полное давление питательной воды.

Преимущество двухподъемной схемы — работа всех ПВД под меньшим давлением. Поэтому они дешевле, а работа их надежнее. Однако при равных преодолеваемых суммарных сопротивлениях и равных массовых расходах питательной воды расход электроэнергии на работу питательной установки в одноподъемной схеме меньше; насос работает на относительно холодной воде, в то время как основной питательный насос в двухподъемной схеме перекачивает воду более высокой температуры. Таким образом, установка одного насоса дешевле, чем двух последовательных, а работа насоса на холодной воде надежнее. Поэтому двухподъемная схема включения питательных насосов на АЭС распространения не получила.

Надежность работы питательных насосов требует прежде всего предотвращения вскипания воды в насосе. Вода в деаэраторных баках находится при температуре кипения, поэтому при уменьшении давления в питательном насосе за счет входного сопротивления она могла бы вскипеть, нарушив работу насоса. Для предотвращения этого явления деаэраторный бак поднимают над отметкой установки питательного насоса на 9 — 12 — 20 м (в зависимости от давления в деаэраторе 0,35 — 0,7 — 1,2 МПа), а сопротивление линий, подающих воду к питательному насосу, не должно превышать 0,01 МПа. Тем самым создается самоторможение испарения при входе в питательный насос и кавитация становится невозможной.

Установка деаэраторов на большой высоте над питательным насосом повышает стоимость строительных конструкций и представляет определенные неудобства. Для существенного уменьшения высоты подъема деаэратора применяют питательные установки с бустерным насосом (рис. 5.6в). Вероятность кавитации в насосе всегда выше для быстроходных насосов. Бустерный насос 6 выбирается тихоходным, и поэтому требуемая высота расположения деаэратора резко уменьшается. Основной напор создается быстроходным насосом 3, подпор для которого создает бустерный насос, исключая тем самым возможность кавитации. Такая схема широко используется на установках сверхкритических параметров ТЭС на органических топливах. Ее начинают применять и на АЭС, но в отличие от ТЭС стремятся оба насоса скомпоновать как единый агрегат, создавая бустерную тихоходную ступень перед основной быстроходной частью питательного насоса. Возможны также варианты совершенствования входных устройств быстроходных насосов, при которых осуществление схемы по рис. 5.6а не требует столь значительных высот расположения деаэратора, как было указано выше.

В качестве питательных насосов обычно используют центробежные многоступенчатые насосы с сальниковым, а на одноконтурной АЭС — с механическим уплотнением вала. Питательная вода даже одноконтурной АЭС не требует дорогих и неэкономичных герметичных бессальниковых насосов, так как ее радиоактивность невелика и доступность насоса для эксплуатационного персонала в процессе работы определяется отнюдь не протечками, но радиоактивностью питательной воды по 13N, а в случае нарушения герметичности твэлов — газообразными продуктами деления, прежде всего ксенона и криптона. Протечки питательных насосов отводятся в дренажные баки, откуда вода после очистки возвращается в цикл. Число и производительность питательных насосов принимают с учетом необходимости бесперебойной работы питательной установки. Питательные центробежные многоступенчатые насосы выбирают на полный расход питательной воды для обслуживаемой ими установки — парогенератора или реактора. Все насосы должны быть однотипными. Если предусмотрен резервный насос, то число работающих насосов и производительность резервного выбирают так, чтобы при выключении одного из работающих насосов и включении резервного производительность питательной установки сохранялась на уровне 100%, то есть если полную производительность обеспечивают два работающих насоса, то резервный выбирается исходя из 50%-ной нагрузки всей установки. Для парогенераторов АЭС с ВВЭР-440 предусматривали на каждый блок один резервный и четыре основных насоса, работающих на питательную магистраль, общую для всех парогенераторов блока, то есть производительность каждого насоса составляла 25% общего расхода питательной воды.

Аналогично был решен этот вопрос и для АЭС с РБМК. Из рис. 5.7 видно, что от каждого из деаэраторных баков имеется по два забора воды на высоте 100 — 150 мм от дна бака, выполняемых вблизи его торцов; это позволяет избежать застойных зон в баке. Все отводящие линии объединяются в питательный коллектор, от которого идут подводы к пяти насосам; на напорной стороне насосов кроме запорного органа установлен еще и обратный клапан. Тем самым предотвращается опорожнение парообразующей системы в случае сброса

Рис. 5.7. Подключение питательных насосов реактора одноконтурной АЭС мощностью 1000 МВТ к деаэраторным бакам:
Рис. 5.7. Подключение питательных насосов реактора одноконтурной АЭС мощностью 1000 МВТ к деаэраторным бакам:

1 — деаэраторный бак; 2 — общий питательный коллектор перед питательными насосами; 3 — питательный насос; 4 — общий напорный питательный коллектор

давления в питательном насосе. В нормальной эксплуатации находятся четыре питательных насоса на правую и левую половины реактора; один насос резервный. Из всасывающего питательного коллектора вода подается и на испаритель, производящий нерадиоактивный пар для уплотнения турбины.

Совместное рассмотрение рис. 5.5 и 5.7 подтверждает высокую стоимость деаэраторной установки и связанных с ней конструкций. Использование бездеаэраторной схемы (см. рис. 5.1б) позволило бы получить существенный экономический эффект.

При наличии резервных насосов вся питательная установка снабжается системой автоматического запуска — при выключении одного из работающих насосов и связанного с этим снижения давления в напорной магистрали автоматически запускается резервный насос.

Для блоков ВВЭР-1000 резервирование питательных насосов не предусмотрено. При выходе из строя одного из двух установленных насосов соответственно снижается мощность блока. Отсутствие резервирования объясняется выбором для этих насосов турбопривода. Выбор типа привода для питательного насоса — электропривод или турбопривод с установкой специальной приводной турбины — имеет большое значение. Электропривод питательного насоса наиболее распространен благодаря своей простоте, быстроте включения и высокому КПД. Для электропривода используют асинхронные электродвигатели. По условиям конструирования таких двигателей верхний предел их единичной мощности ограничивается. Синхронные электродвигатели не ставят таких ограничений, но они менее удобны при пуске и в эксплуатации. Поэтому, когда мощность питательной установки велика, целесообразно использовать специальную приводную турбину, тем более что при этом КПД станции повышается.

В связи с общим направлением развития теплоэнергетики — повышением единичной мощности парообразующей установки и ее питательных насосов — турбопривод становится основным. Так, для АЭС на 1000 МВт и более мощность питательной установки достигает (в зависимости от параметров и типа реактора) 20 — 25 МВт. Для АЭС турбопривод имеет еще и то преимущество, что в случае аварийного обесточивания питание реактора может продолжаться до полного его расхолаживания за счет снабжения приводной турбины редуцированным паром. Положительными качествами Турбопривода являются также экономичное регулирование производительности насосов изменением числа оборотов, непосредственный привод насоса без редуктора и неограниченная единичная мощность.

При установке для мощного блока двух рабочих питательных насосов по 10 — 12,5 МВт каждый приводная

Рис. 5.8. Схема подключения питательных насосов АЭС с ВВЭР-1000 с турбоприводом:
Рис. 5.8. Схема подключения питательных насосов АЭС с ВВЭР-1000 с турбоприводом:

1 — питательный насос; 2 — приводная паровая турбина; 3 — деаэратор

турбина должна быть многоступенчатой. Такие турбины требуют прогрева перед пуском и не могут поэтому использоваться как резервные. Оба питательных насоса работают на общий питательный коллектор (рис. 5.8).

Для мощности, при которой возможно выполнение как турбо-, так и электропривода, решение должно быть принято на основе технико-экономического расчета. При этом необходимо иметь в виду, что чем больше мощность питательной установки, тем выше КПД турбопривода, который при определенной мощности становится равным полному КПД электростанции и превышает его при дальнейшем увеличении мощности. Между тем для крупной АЭС мощность питательной установки становится столь большой, что ее экономичность может уже заметно влиять на общий КПД станции.

Для АЭС с ВВЭР-1000 предусмотрен турбопривод с конденсационной приводной турбиной с собственным конденсатором и подачей конденсата из него в основной конденсатор. Турбина питается паром, отбираемым после промежуточного пароперегревателя основной турбины (260 ℃; 1,44 МПа), по предусмотрена также подача редуцированного свежего пара через коллектор пара собственных нужд. Кроме того, устанавливают еще два пусковых питательных насоса с подачей по 150 м3/ч, выполняемых с электроприводом.

Для одноконтурной АЭС турбопривод пока не применялся, несмотря на мощность питательной установки не меньшую, чем для ВВЭР-1000. Одна из причин — необходимость биологической защиты водяной емкости конденсатора приводной турбины. В связи с этим рассматривается вопрос об использовании пара после приводной турбины в системе регенерации, то есть без установки отдельного конденсатора.

Переход от реактора РБМК-1000 к реактору РБМК-1500 побудил вновь рассмотреть и решить положительно вопрос об использовании турбопривода. Для АЭС с РБМК-1500 установлены два центробежных насоса на полную подачу с турбоприводом, расположенным за биологической защитой. Кроме того, предусмотрены два резервных питательных насоса с электроприводом с суммарной подачей 60% полной подачи. Подача питательной установки в эксплуатации должна изменяться в соответствии с нагрузкой обслуживаемого сю блока. Так как регулирование подачи питательных насосов методом дросселирования связано с энергетическими

потерями, при турбоприводе предпочтение должно быть отдано регулированию частоты вращения за счет изменения частоты вращения приводной турбины; при электроприводе последовательно выключают из работы по одному из параллельно включенных насосов. По новым правилам Госгортехнадзора при электроприводе допускается, как и при турбоприводе, отказ от установки резервного питательного насоса, а при установке двух турбин их деаэраторно-питательные системы не объединяют.

Для обеспечения питания парогенераторов АЭС с ВВЭР в условиях полного обесточивания предусмотрена система аварийного питания. Для ВВЭР-1000 она состоит из трех баков обессоленной воды вместимостью по 1000 м3, расположенных вне главного здания (но с утеплением), и трех аварийных электронасосов с подачей по 150 м3/ч, подсоединенных к системе надежного электропитания. Насосы забирают воду каждый из своего бака. Два из них могут подавать воду каждый на "свои" два парогенератора. Третий насос со своим баком по существу резервирует первые два и может подавать воду в любой из парогенераторов. Для приема воды от аварийных насосов на парогенераторах предусмотрены специальные штуцера. Забор воды из баков возможен только аварийными насосами, поэтому эти баки всегда заполнены, а после аварийного израсходования заполняются вновь. Аналогичное решение применимо и для аварийного питания на одноконтурной АЭС.