ПАРОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к ядерной энергетике, а именно, к одному из основных элементов реакторной установки типа ВВЭР-1000 - парогенератору, предназначенному для генерирования сухого пара на атомных электростанциях.
Из уровня техники известен парогенератор ПГВ-1000М (Лукасевич Б.И., Трунов Н.Б., Драгунов Ю.Г., Давиденко С.Е. «Парогенераторы реакторных установок ВВЭР для атомных электростанций». - М.: ИКЦ «Академкнига», 2004, стр.70-83), содержащий горизонтальный корпус, два коллектора теплоносителя, теплообменные трубы и сепарационное устройство, расположенные в корпусе. Над корпусом расположен коллектор пара, состоящий из трубы и патрубков для отвода пара. Патрубки для отвода пара выполнены в виде десяти пароотводящих труб, десяти патрубков для присоединения пароотводящих труб к патрубкам трубы коллектора пара и десяти конических переходников для присоединения пароотводящих труб к патрубкам корпуса парогенератора. Таким образом, патрубки для отвода пара приварены нижними концами к боковой поверхности корпуса, а верхними концами к боковой поверхности трубы коллектора пара под углом 90° к трубе коллектора пара. На фиг.1 представлена схема приварки патрубков для отвода пара к трубе коллектора пара (вид сверху), где 1 - корпус парогенератора, 2 - патрубки для отвода пара, 3 - труба коллектора пара. Стрелками показано направление пара. Как видно из фиг.1, патрубки для отвода пара приваривают с двух сторон боковой поверхности корпуса парогенератора, по пять штук с каждой стороны. Восемь из десяти патрубков для отвода пара расположены через трубу коллектора пара навстречу друг к другу.
Недостатками такой конструкции и приварки патрубков являются снижение эффективности выработки пара и надежности работы парогенератора, возникающие в связи со следующим.
Во-первых, выходящие под давлением потоки пара из патрубков для отвода пара парогенератора направлены изначально не по направлению к турбине через трубу коллектора пара, а навстречу к выходящему потоку пара из противоположно вваренных патрубков для отвода пара. Такое конструктивное расположение патрубков относительно друг друга приводит к образованию области с беспорядочным распределением паровой смеси и избыточным внутренним давлением в этом месте трубы коллектора пара, и, следовательно, к оказанию определенного сопротивления на выходящий пар со стороны парогенератора. В результате такого эффекта уже в патрубках для отвода пара создается режим избыточного давления, который в свою очередь замедляет технологический процесс вывода пара из парогенератора. В верхней части парогенератора также создается избыток пара, что приводит к «запариванию» парогенератора.
Во-вторых, разное давление, оказываемое выходящим паром из патрубков для отвода пара на трубу коллектора пара, совместно с подкачиваемыми насосами теплоносителя двух коллекторов большого диаметра дополнительно участвуют в раскачивании (вибрации) корпуса парогенератора. Вызванные дополнительные механические нагрузки на сварные соединения в трубопроводах совместно с температурной неравномерностью при раскачивании всего парогенератора могут создавать напряженные состояния металлов в этих соединениях, что с большой вероятностью может привести к образованию трещин и тому подобным опасным дефектам, которые могут привести к остановке реакторной установки.
В-третьих, между корпусом 1 парогенератора (см. фиг.2) и турбиной 4 располагается главный паропровод 5, в сечении которого расположены быстродействующий запорно-отсечный клапан 6, главная паровая задвижка 7 и стопорный регулирующий кран 8. Если давление паровой смеси на выходе парогенератора (участок 9) составляет 6,2 МПа, а давление паровой смеси на входе турбины (участок 10) принимает значение в 5,8 МПа, то общие потери по давлению пара от парогенератора до турбины составляют не менее 7%. При этом не учитываются потери давления пара на участке между парогенератором до быстродействующего запорно-отсечного клапана 6.
Полезная модель направлена на повышение надежности, эффективности работы парогенератора и эффективности используемого пара, а также на повышение безопасности реакторной установки.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в парогенераторе, содержащем горизонтальный корпус, два коллектора теплоносителя, теплообменные трубы и сепарационное устройство, расположенные в корпусе, трубу коллектора пара, расположенную над корпусом, и патрубки для отвода пара, приваренные нижними концами к боковой поверхности корпуса, а верхними концами к боковой поверхности трубы коллектора пара, согласно полезной модели патрубки для отвода пара приварены к трубе коллектора пара под углом от 120° до 160° к направлению выходящего потока пара в трубе коллекторе пара. Предпочтительно, чтобы патрубки для отвода пара были приварены к трубе коллектора пара под углом 135° к направлению выходящего потока пара в трубе коллекторе пара.
На фиг.3 представлена схема приварки патрубков для отвода пара к трубе коллектора пара согласно полезной модели (вид сверху).
Парогенератор содержит горизонтальный корпус 1, представляющий собой сварной цилиндрический сосуд, состоящий из кованых механически обработанных обечаек, патрубков, люков, штуцеров и штампованных эллиптических днищ. Корпус 1 воспринимает давление второго контура. Общая длина корпуса 14500 мм, максимальный внутренний диаметр - 4000 мм.
В корпусе 1 расположены два коллектора теплоносителя, теплообменные трубы и сепарационное устройство (на фиг. не показаны). Два коллектора теплоносителя, являющиеся коллекторами первого контура, представляют собой толстостенные сварные сосуды сложной формы. Первый коллектор теплоносителя, в который входит теплоноситель от реактора, называется «горячим» (входным), а второй коллектор теплоносителя, через который теплоноситель выходит из парогенератора и поступает в главный циркуляционный насосный агрегат, называется «холодным» (выходным). Верхняя часть коллекторов теплоносителя снабжена люком с плоской крышкой, к которой приварен вытеснитель. В средней, цилиндрической части коллекторов теплоносителя, перфорированной отверстиями, закреплены змеевики. Нижние части коллекторов теплоносителя соединены с внутренней поверхностью корпуса 1 парогенератора и с главным циркуляционным трубопроводом. Теплообменные трубы в виде U-образных змеевиков скомпонованы в трубный пучок, в котором имеются три вертикальных коридора для обеспечения организованной циркуляции воды в парогенераторе. Сепарационное устройство состоит из пакетов жалюзи волнистой формы, сепарат из жалюзи стекает в короба каркаса и оттуда по опускным трубам поступает в водяной объем парогенератора. Кроме того, в корпусе 1 парогенератора расположены устройство раздачи питательной воды, устройство раздачи аварийной питательной воды, погружной дырчатый лист и устройство для отвода воды в продувку.
Над корпусом 1 расположен коллектор пара, служащий для приема генерируемого в парогенераторе пара и подачи его в главный паропровод 5 (см. фиг.2). Коллектор пара выполнен в виде трубы коллектора пара 3 (см. фиг.3), днища и патрубков 2 для отвода пара. Патрубки 2 для отвода пара выполнены в виде десяти пароотводящих труб, десяти патрубков для присоединения пароотводящих труб к патрубкам трубы коллектора пара 3 и десяти конических переходников для присоединения пароотводящих труб к патрубкам корпуса 7 парогенератора. Таким образом, патрубки 2 для отвода пара приварены нижними концами к двум сторонам боковой поверхности корпуса 1, а верхними концами к двум сторонам боковой поверхности трубы коллектора пара 3. При этом патрубки 2 для отвода пара приварены к трубе коллектора пара 3 под углом от 120° до 160° к направлению выходящего потока пара в трубе коллектора пара 3. Предпочтительно, чтобы патрубки 2 для отвода пара были приварены к трубе коллектора пара 3 под углом 135° к направлению выходящего потока пара в трубе коллектора пара 3.
Парогенератор работает следующим образом.
В корпусе 1 парогенератора теплоноситель поступает по трубопроводу в «горячий» коллектор, откуда распределяется по теплообменным трубам, выполненным в виде змеевиков. Проходя внутри змеевиков, теплоноситель отдает свое тепло воде парогенератора и, охлаждаясь, выходит в «холодный» коллектор, а далее поступает в главный циркуляционный насосный агрегат (ГЦН). Питательная вода подается в устройство раздачи питательной воды и распределяется в пространстве между трубным пучком и погруженным дырчатым листом, образующими сепарационное устройство. Пар, выходя с зеркала испарения, осушается в паровом объеме за счет гравитационных сил, поступает на пароприемный дырчатый лист и затем через патрубки 2 для отвода пара входит в коллектор пара 3. Приваривание патрубков 2 для отвода пара к трубе коллектора пара 3 под углом от 120° до 160° (в частности, под углом 135°) к направлению потока пара в трубе коллектора пара 3 приводит к незначительному удлинению патрубков для присоединения пароотводящих труб к патрубкам трубы коллектора пара. При этом заметно увеличивается выходное сечение патрубков 2 для отвода пара (в части пароотводящих труб). В результате этого во встречно расположенных патрубках 2 для отвода пара устраняются взаимные давления столбов пара друг на друга, и упорядочивается движение столба пара в направление к турбине. Получается рациональное формирование столба паровой смеси в трубе коллектора пара 3, когда образовавшийся столб пара от двух патрубков для отвода пара W1′ подхватывается предыдущим столбом пара W2′ и т.д. до последнего общего столба W6′.
Выполнение парогенератора вышеуказанным образом улучшает технологический процесс вывода пара из парогенератора. Уменьшается запаривание парогенератора. Уменьшение вибраций всего парогенератора снижает вероятность образования трещин и дефектов в сварных соединениях и трубопроводах парогенератора за счет уменьшения напряженных состояний в металле. Кроме этого, повышается КПД парогенератора и улучшается эффективность использования вырабатываемого пара.