ПАРОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к ядерной энергетике, а более конкретно -к парогенераторам атомных электростанций.
Известен парогенератор с системой отбора пара через один отводящий патрубок, содержащий корпус, снабженный патрубком подачи питательной воды, подводящий и отводящий коллекторы теплоносителя, трубный теплообменный пучок, погруженный перфорированный лист и пароприемный щит, перфорация которого выполнена неравномерной, причем часть щита, размещенная под отводящим патрубком, выполнена неперфорированной, описанный в свидетельстве на полезную модель №10838 от 14.01.1999.
Парогенератор работает следующим образом. Питательная вода поступает в парогенератор через патрубок и распределяется с помощью раздающего коллектора над трубным теплообменным пучком. Греющий теплоноситель из подводящего коллектора поступает в трубный теплообменный пучок. В межтрубном пространстве теплообменного пучка генерируется пар, который поступает под погруженный перфорированный лист, где за счет перераспределения пара из более загруженных зон к менее загруженным происходит выравнивание паровой нагрузки зеркала испарения. Генерируемый пар проходит через отверстия погруженного перфорированного листа, барботирует через слой воды над погруженным перфорированным листом и поступает далее в паровой объем корпуса, в котором осуществляется гравитационная сепарация. Отсепарированная вода возвращается в водяной объем корпуса через зазоры между последним и погруженным перфорированным листом. Отсепарированный пар через отверстия перфорации пароприемного щита поступает в объем между корпусом и пароприемным щитом и далее отводится через отводящий патрубок. Объем между верхней частью корпуса и пароприемным щитом представляет собой собирающий коллектор с двумя плечами. Для обеспечения равномерного отбора пара из парового объема корпуса перфорация пароприемного щита выполнена неравномерной. Проходное сечение отверстий перфорации пароприемного шита по длине каждого его плеча изменяется в соответствии с профилем проходного сечения условной щели для прохода пара, учитывающим изменение статического давления по длине каждого плеча коллектора. Изменение статического давления обусловлено увеличением расхода и скорости пара при его движении от торцов парогенератора к отводящему патрубку в коллекторе, образованном объемом между верхней частью корпуса и пароприемным шитом. Выполненная таким образом неравномерная перфорация пароприемного щита обеспечивает равномерный отбор пара из парового объема корпуса, что крайне важно для гравитационной сепарации. Для исключения влияния изменения давления в отводящем патрубке на равномерность отбора пара, часть пароприемного щита выполнена неперфорированной.
Недостатком описанной конструкции является неоптимальная сепарационная способность парогенератора, ограничивающая возможность увеличения запаса воды в парогенераторе и недостаточная прочность пароприемного щита при протекании аварийных режимов, что снижает эксплуатационную надежность парогенератора.
Из-за того, что часть пароприемного щита, размещенная под отводящим патрубком, выполнена без перфорации, проходное сечение для движения пара через щит заужено. Это приводит к увеличению средней скорости движения пара под пароприемным щитом в паровом объеме парогенератора. Чем выше скорость движения пара, тем больше влаги он уносит с собой из парового объема при прочих равных условиях. Поэтому, за счет уменьшения средней скорости движения пара под пароприемным щитом, при выполнении всего пароприемного щита перфорированным, можно добиться улучшения сепарационной способности парогенератора.
При протекании аварийных режимов, связанных с разрывом паропровода или ложным открытием устройств сброса пара в атмосферу, в паропроводе резко снижается давление до атмосферного значения. Перепад давления между давлением в парогенераторе и атмосферным давлением на срезе паропровода или сбросного устройства компенсируется за счет потерь давления на элементах проточного участка от парогенератора до отверстия. Чем меньше площадь проходного сечения элемента, тем больше перепад давления на нем и динамическое усилие, действующее на него при аварии. Из-за того, что часть пароприемного щита, размещенная под отводящим патрубком, не перфорирована, это приводит к большим динамическим усилиям, действующим на него при аварии. Уменьшить динамические усилия, действующие на пароприемный щит при аварии возможно за счет увеличения площади его проходного сечения, при выполнении всего пароприемного шита перфорированным. С целью обеспечения прочности пароприемного щита необходимо его укрепление.
Задачей полезной модели является повышение эксплуатационной надежности парогенератора путем оптимизации конструкции пароприемного щита.
Техническим результатом полезной модели является уменьшение средней скорости движения пара в паровом объеме под пароприемным щитом, снижение динамических усилий, воздействующих на пароприемный щит при аварии и укрепление конструкции пароприемного щита.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в парогенераторе, содержащем корпус, снабженный патрубком подачи питательной воды с системой отбора пара, выполненной, по крайней мере, в виде одного отводящего парового патрубка, установленные в корпусе подводящий и отводящий коллекторы теплоносителя, подключенный к ним и установленный внутри корпуса трубный теплообменный пучок, погруженный перфорированный лист, установленный над трубным теплообменным пучком, и пароприемный щит с переменной перфорацией, установленный в верхней части корпуса предлагается весь пароприемный щит выполнить из листов различной степени перфорации, а отводящий паровой патрубок снабдить подпирающим устройством, например в виде крестовины. При этом относительную площадь живого сечения листов пароприемного щита предлагается принимать в диапазоне от 2,5% в зоне отводящего парового патрубка и под ним до 13% в противоположной зоне.
Также предлагается выполнять отверстия в перфорированных листах пароприемного щита с притупленными кромками со стороны набегающего потока пара.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг. 1 схематично изображен продольный разрез парогенератора,
на фиг. 2 - поперечный разрез парогенератора А-А,
на фиг. 3 - горизонтальный разрез Б-Б по пароприемному щиту с перфорированными листами различной перфорации,
на фиг. 4 - перфорированный лист с относительным живым сечением, например 2,5%;
на фиг. 5 - перфорированный лист с относительным живым сечением, например 13%;
на фиг. 6 - изометрический вид подпирающего устройства в виде крестовины в патрубке отвода пара,
на фиг. 7 - сечение перфорированного листа с притупленными кромками отверстий.
Парогенератор представляет собой однокорпусный теплообменный аппарат горизонтального типа с погруженной под уровень воды теплообменной поверхностью и содержит следующие составные части, показанных на прилагаемых фигурах: отводящего парового патрубка 1, корпуса 2, патрубка подачи питательной воды 3, подводящего коллектора 4 теплоносителя, отводящего коллектора 5 теплоносителя, трубного теплообменного пучка 6, погруженного перфорированного листа 7, пароприемного щита 8, имеющего торцевые закраины 9 и выгородки коллекторов теплоносителя 10. Пароприемный щит 8 набран из перфорированных листов 11 различной перфорации. В отводящем паровом патрубке 1 расположено подпирающее устройство 12.
В основе конструкции парогенератора лежит следующий принцип работы. Нагретый в реакторе теплоноситель (вода) подается в подводящий коллектор 4 теплоносителя. Из подводящего коллектора теплоносителя 4 теплоноситель поступает в трубный теплообменный пучок 6, движется в нем, отдавая свою теплоту котловой воде, и собирается в отводящем коллекторе 5 теплоносителя. Из отводящего коллектора 5 теплоносителя с помощью циркуляционного насоса (на чертеже не показано) теплоноситель вновь возвращается в реактор (на чертеже не показано). Корпус 2 парогенератора наполнен котловой водой до определенного уровня, который при эксплуатации поддерживается постоянным. Питательная вода подается в парогенератор через патрубок подачи питательной воды 3. Питательная вода, вытекая из него, смешивается с котловой водой и прогревается до температуры насыщения, конденсируя при этом избыточное количество пара, генерируемого парогенератором. Переданное от теплоносителя тепло расходуется на испарение котловой воды и образование пара в трубном теплообменном пучке 6. Образующийся пар поднимается наверх к погруженному перфорированному листу 7, проходит через его отверстия, барботируя при этом слой воды и поступает в паровой объем парогенератора, образованный пространством между погруженным перфорированным листом 7 и пароприемным щитом 8. Поступая в паровой объем парогенератора, пар выносит с собой определенную часть котловой воды в виде капель влаги различных размеров. В паровом объеме присутствует капельная взвесь, образованная каплями, выпадающими из потока пара под действием силы тяжести и каплями, уносимыми паром к пароприемному щиту 8. Пройдя паровой объем парогенератора, осушенный пар поступает в отверстия перфорированных листов 11 пароприемного щита 8. С целью исключения прорыва пара в обход пароприемного щита 8, в конструкции парогенератора предусмотрены торцевые закраины 9 и выгородки коллекторов теплоносителя 10. Из отверстий перфорированных листов 11 пар направляется в отводящий паровой патрубок 1, обтекает подпирающее устройство 12 и отводится из парогенератора. Вырабатываемый парогенератором пар используется в паросиловом технологическом цикле выработки электроэнергии.
Выполнение всего пароприемного щита 8 из листов переменной перфорации 11 позволяет увеличить площадь для прохода пара через него. Как следствие, скорость пара в паровом объеме парогенератора под пароприемным щитом снижается и это приводит к уменьшению количества капель, выносимых из капельной взвеси, присутствующей в паровом объеме парогенератора. При этом уменьшается влажность пара, выходящего из парогенератора, и появляется запас на повышение уровня котловой воды, повышающий эксплуатационную надежность парогенератора. Относительная площадь живого сечения перфорированных листов 11, принимаемая в диапазоне от 2,5% в зоне отводящего парового патрубка и под ним до 13% в противоположной зоне, позволяет создать равномерное гидравлическое сопротивление на пути движения парового потока в отводящий патрубок 1 с учетом коллекторного эффекта, проявляющего себя между пароприемным щитом 8 и корпусом 2. Выполнение перфорированных листов 11 с таким относительным живым сечением позволяет осуществить равномерный отбор пара из парового объема ПГ и повысить эксплуатационные характеристики парогенератора. На основе выполненных расчетов выявлено, что относительная площадь живого сечения перфорированных листов 11, принимаемая выше 13% не позволяет обеспечить равномерный отбор пара из парового объема парогенератора. Относительная площадь живого сечения менее 2,5% в значительной степени увеличивает потери давления вырабатываемого пара, что ухудшает технико-экономические показатели атомной станции. Таким образом, заявленный диапазон от 2,5% до 13% является оптимальным.
Подпирающее устройство 12, например в виде крестовины, размещенное в отводящем патрубке 1, обеспечивает прочность пароприемного щита 8 следующим образом. Во время аварии, связанной с резким снижением давления в паропроводе, на пароприемный щит 8 действуют большие динамические усилия, в результате которых перфорированные листы 11, закрепленные на пароприемном щите 8 выгибаются вверх. Подпирающее устройство 12, подпирает перфорированные листы 11, находящиеся под отводящим паровым патрубком 1, ограничивая их выгиб и излом. Выгнутые в начале аварии перфорированные листы 11 и упертые в подпирающее устройство 12 перекрывают отверстие в отводящем паровом патрубке 1 и уменьшают площадь истечения, способствуя уменьшению расхода течи пара из парогенератора и смягчая протекание аварийного режима, что повышает эксплуатационную надежность парогенератора.
Притупление кромок отверстий перфорированных листов 11 со стороны набегающего потока пара позволяет обеспечить более плавный вход пара в отверстия перфорированных листов 11, уменьшить удар паро-капельного потока о стенки отверстий и снизить повреждаемость перфорированных листов 11 за счет эрозионного износа, а значит повысить эксплуатационную надежность парогенератора.