КОНТУР ВОДЯНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ОБМОТКИ СТАТОРА ГЕНЕРАТОРА ТУРБИНЫ АТОМНОЙ СТАНЦИИ

Заявляемая полезная модель относится к области атомной энергетики, касается в частности системы водяного охлаждения обмотки статора генератора и может быть использована на атомных реакторах канального типа.
В течение последних лет на ряде энергоблоков РБМК-1000 отмечены повреждения обмоток статоров генераторов, связанные с термическими дефектами. Причиной термических дефектов являлось ухудшение протока дистиллята при длительной эксплуатации генератора. При анализе причин повреждений отмечено образование отложений продуктов коррозии на внутренних поверхностях проводников. К наиболее распространенным видам повреждений электрогенерирующего оборудования относится появление неплотностей и нарушение проходимости системы водяного охлаждения обмотки статора. Одной из причин повреждений электрогенерирующего оборудования является нарушение водно-химического режима системы водяного охлаждения обмотки статора в результате использования обессоленной воды. В настоящее время на АЭС с РБМК химически обессоленная вода, используемая для заполнения и подпитки системы охлаждения обмотки статора турбогенератора содержит растворенный кислород и углекислый газ воздуха, что создает окислительные и слабокислые условия среды, при которых интенсифицируется коррозия меди. При увеличении расхода продувки маскируется проблема за счет разбавления концентрации продуктов коррозии. За счет увеличения поступления кислорода и углекислоты с добавочной водой лишь усиливается коррозия и, тем самым, ускоряется рост отложений.
3
В уровне техники обнаружены публикации, относящиеся к вопросам эксплуатационной надежности системы водяного охлаждения статора турбогенератора. В статье «Радиационная безопасность и защита АЭС», сб. статей, под редакцией Ю.А.Егорова, вып.3, Москва, Атомиздат, 1977, с.12-13 и в статье Самородова Ю.Н. «Исследование внутренних повреждений полых проводников стержней обмоток статоров турбогенераторов», электронный журнал «Новое в Российской электроэнергетике», №10, октябрь 2002, проведен подробный анализ причин повреждения системы охлаждения турбогенератора. Наблюдаются отклонения от требований водно-химического режима, включая превышения концентрации меди (более 100 мкг/дм), нормируемый водородный показатель рН снижается до нижнего разрешенного предела и может достигать 6,7. Удельная электрическая проводимость соответствовала требованиям и не превышала значения 2 мкСм/см. Вместе с тем, при подпитке системы охлаждения генератора химически обессоленной водой есть вероятность попадания в контур охлаждения турбогенератора (ТГ) регенерационных растворов с химводоочистки (ХВО). Попадание регенерационных растворов в систему охлаждения генератора при ошибочном действии оперативного персонала атомной станции может привести к резкому увеличению удельной электрической проводимости с последующим остановом генератора. Установлено, что наибольшей способностью к растворению меди обладает вода с малой жесткостью и высоким содержанием кислорода. Увеличение скорости подвода кислорода создает условия для протекания катодного процесса. Возникает гальванический элемент, за счет которого идет электрохимическая коррозия внутренних поверхностей полых проводников. Отсюда следует, что любая частица, застрявшая в канале проводника и уменьшающая его живое сечение, провоцирует развитие язвенной коррозии и возникновение питтингов. Влияние ионов меди, как на процессы коррозии оборудования, так и на образование отложений на теплонапряженных поверхностях нагрева, определяется, в первую очередь, высоким положительным значением ее стандартного электродного потенциала, равного +0,337 В. Процесс коррозии можно рассматривать как электрохимический процесс, протекание которого зависит от наличия в рабочей среде окислителей или восстановителей, создающих тот или иной потенциал.
Ближайшим аналогом заявляемой полезной модели является устройство системы водяного охлаждения, приведенное в техническом описании «Турбогенератор с водородно-водяным охлаждением типа ТВВ-500-2», Санкт-Петербург, 2006. Охлаждения турбогенератора атомной станции обеспечивается контуром водяного охлаждения обмоток статора генератора путем подачи химически обессоленной воды в элементарные полые проводники статорной обмотки по замкнутому контуру, включающему циркуляционный бак, насос, теплообменник и фильтр, соединенные трубопроводами.
Недостатком ближайшего аналога является ограниченная возможность по обеспечению надежности работы контура водяного охлаждения турбогенератора из-за нарушения водно-химического режима при использовании в установке обессоленной воды для охлаждения статора генератора турбины. Другим недостатком аналога является то, что из-за нарушения водно-химического режима может возникнуть необходимость остановки турбины, что приведет к значительным экономическим потерям.
Задача, решаемая заявляемой полезной моделью заключается в повышении надежности системы водяного охлаждения турбины и исключение остановки турбогенератора из-за сбоев в водно-химических режимах.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что в контуре водяного охлаждения обмотки статора генератора турбины атомной станции, состоящий из циркуляционного бака, насоса, теплообменника и фильтра, соединенных трубопроводами, предложено, циркуляционный бак контура охлаждения соединить с выходом фильтров очистки конденсата турбины на входе конденсатора конденсатных аппаратов, верхнюю часть циркуляционного бака подключить к линиям подвода чистого азота и удаления смеси кислорода, водорода, азота.
3
3
Заявленное техническое решение позволит уменьшить концентрацию кислорода и углекислого газа в воде заполнения и подпитки при нейтральном значении водородного показателя рН. В этом случае процесс коррозии меди будет направлен из зоны активного растворения в зону иммунности системы. В очищенном турбинном конденсате по сравнению с химически обессоленной водой содержится достаточно низкая концентрация растворенного кислорода (не более 50 мкг/дм) и углекислого газа. Возможность использования турбинного конденсата для системы охлаждения статора была подтверждена исследованиями. В связи с тем, что контур охлаждения обмотки статора соединен с баком турбинного конденсата, снабженным устройством продувки азотом, удается за счет высокой чистоты турбинного конденсата добиться достаточно низкой конденсации растворенного кислорода. На фиг.1 (таблице 1, 2) представлены среднемесячные значения показателей конденсата после кондесатоочистки. Данные таблицы показывают, что турбинный конденсат по сравнению с обессоленной водой имеет достаточно низкую конденсацию растворенного кислорода. Значения показателей качества конденсата после конденсатоочистки, таких как удельная электрическая проводимость, массовая концентрация Cu, Cl, Fe, нефтепродуктов соответствовали требованиям стандарта предприятия, и находилось на уровне чувствительности применяемых методов. Средняя величина массовой концентрации растворенного кислорода составила 37 мкг/дм. Данное техническое решение полностью исключает возможность подачи регенерационных растворов ХВО в систему подпитки ТГ. Ухудшение качества конденсата при срабатывании емкости одного из фильтров конденсатоочистки не приведет к значительному ухудшению качества конденсата. Это объясняется тем, что полнопоточная очистка конденсата выполняется на пяти фильтрах конденсатоочистки и выводится на выносную регенерацию в фильтре регенераторе со свежей загрузкой. Проведены исследования по определению содержания радионуклидного состава обессоленного конденсата и выполнены количественные оценки:
1. Содержание радионуклидов в обессоленном конденсате находится на низком уровне и в основном определено изотопами с набольшим периодом полураспада, наличие которых не вызовет радиоактивного загрязнения внутренних поверхностей полых проводников.
60
2. Поступление с подпиточной водой следовых количеств долго-живущего радионуклида Со с периодом полураспада 5,3 лет не может вызвать удельную загрязненность обмотки статора более чем 90 Бк/кг в год.
Контур водяного охлаждения обмотки статора генератора турбины атомной станции (фиг.2) включает циркуляционный бак 1, предназначенный для забора воды после конденсатоочистки, к которому подключен насос 2, обеспечивающий подачу воды в полые обмотки статора генератора 5. Нагнетаемая насосом 2 вода охлаждается в теплообменнике 3 и отфильтровывается на сетчатых фильтрах 4. От турбогенератора 6 конденсат поступает в конденсатор низкого давления 7. Под действием насоса первого подъема 8 конденсат из конденсаторов турбины поступает в фильтры конденсатоочистки 9. Из конденсатоочистки вода поступает на охлаждение эжектора 10, а также в конденсатор конденсатных аппаратов 11. После охладителя эжекторов 10 и конденсаторов конденсатных аппаратов 11 насосом второго подъема 12 очищенный турбинный конденсат поступает в подогреватель низкого давления 13, а затем в деаэратор 14, после деаэратора 14 питательным электронасосом 15 в барабан-сепаратор 16. Ранее обмотка статора генератора охлаждалась химически обессоленной водой подаваемой по трубопроводу 17.
Работа контура заключается в следующем.
3
Вода из циркуляционного бака 1 забирается насосом 2 и по трубопроводам через теплообменник 3, сетчатый фильтр 4 поступает в полые обмотки статора генератора 5, где она нагревается, охлаждая обмотки и возвращается в циркуляционный бак 1. Теплообменник 3 предназначен для охлаждения воды данного контура и передачи тепла промежуточному контуру, а далее морской воде. Сетчатый фильтр 4 предназначен для очистки воды от взвешенных частиц. Для удаления из воды кислорода и водорода, свободное пространство циркуляционного бака 1 продувается чистым азотом (чистота азота составляет 98,999%), который затем вместе удаляемым кислородом и водородом сбрасывается в атмосферу, Водород в воду контура охлаждения обмоток статора генератора может поступать из корпуса генератора через неплотности, которые могут быть в полых проводниках и через различные соединения, которые есть в генераторе. Качество этой воды очень высокое удельная электрическая проводимость - не более 0,1 мкСм/см, концентрация кислорода не выше 50 мкг/дм, углекислота отсутствует.
В результате снижения коррозионной агрессивности воды, уменьшилась коррозия медных проводников, и концентрация меди в воде снизилась в 10-15 раз. Таким образом, была решена проблема надежного обеспечения водно-химического режима контура охлаждения обмоток статора генератора.