Деаерационни и захранващи инсталации - Атомни електроцентрали и тяхното оборудване
Глава пета ОБЕЗВЪЗДУШНИ И ЗАХРАНВАЩИ ИНСТАЛАЦИИ
Предназначение на обезвъздушителната инсталация
Във водата на тракта за подаване на кондензат могат да присъстват различни примеси: газообразни (кислород, въглероден диоксид, азот, амоняк и радиолитични и благородни газове се добавят в едноконтурни атомни електроцентрали), твърди (продукти от корозия на структурни материали), естествени (хлориди, силициеви киселини и други.) Помислете за начините, по които примесите влизат в цикъла. Газообразните примеси идват главно поради засмукване на въздух в кондензатора и в първия HDPE, работещ при налягане под атмосферното. В едноконтурни атомни електроцентрали радиолитичните газове (продукти от радиолиза на вода) и благородни газове (газови фрагменти от делене на ядрено гориво) влизат заедно с пара в регенеративни нагреватели и в кондензатор. Продуктите от корозията навлизат във водата в резултат на взаимодействието на конструктивните материали с водната среда, образуването на метални оксиди и преминаването им във вода. Потокът от естествени примеси възниква главно в кондензатора поради засмукване на охлаждаща вода в течовете на топлообменната повърхност. Налягането на охлаждащата вода винаги е по-високо от налягането на кондензиращата пара в кондензатора и при наличие на течове охлаждащата вода се влива в кондензата. На практика винаги има засмуквания на охлаждаща вода, дори ако кондензаторът е доставен достатъчно стегнат от фабриката. По време на работа, в резултат на корозия, ерозия и други процеси, плътността се нарушава и се увеличава засмукването на охлаждаща вода. Охлаждащата вода се изразходва в големи количества (виж гл. 3) и не се подлага на никаква предварителна обработка (по тази причина се нарича техническа, виж гл. 7). Следователно, дори леко засмукване на охлаждаща вода носизначителни количества примеси. Наличието на примеси във водата причинява редица физични и химични процеси и, на първо място, тяхното взаимодействие със структурни материали и увеличаване на хода на корозионните процеси с отстраняването на корозионните продукти във водата. Продуктите от корозия, както и някои естествени примеси (например твърдост - калций и магнезий) се утаяват в отлагания върху топлопреносните повърхности, което води до намаляване на коефициента на топлопреминаване и появата на локални, най-опасни видове корозионни увреждания под отлаганията. Това намалява ефективността, надеждността и безопасността на експлоатацията на АЕЦ. От газовите примеси най-опасни са кислородът и въглеродният диоксид. Приемът на въглероден диоксид при засмукване на въздух е незначителен. Образува се в канала за подаване на кондензат поради термичното разлагане на бикарбонати, идващи с изсмукване на промишлена вода 2NaHCO3 Na2CO3 + H20 + CO2 (5.1) и последваща хидролиза на карбонати Na2CO3 + H20 -> 2NaOH + CO2. (5.2) Кислородът и въглеродният диоксид са корозивни агенти. Въздухът и другите газове се отстраняват от кондензатора с помощта на ежектори (виж гл. 6), някои от тях, заедно с кондензата, влизат в пътя на кондензата. Част от примесите могат да идват с подхранваща вода. В съвременните атомни електроцентрали обаче подхранващата вода се приготвя на принципа на пълно химическо или термично обезсоляване. Подхранващата вода обикновено отива в кондензатора. За намаляване на корозионните процеси, както вече беше споменато в § 4.4, HDPE нагревателните повърхности са изработени от устойчиви на корозия материали - месингови сплави, аустенитни неръждаеми стомани и сплави с високо съдържание на никел. За да може да се направи HDPE от по-евтини въглеродни стомани, е необходимо да се премахне корозията-агресивни газове и на първо място кислород и въглероден диоксид. За тези цели се използва деаерираща инсталация, разделяща целия път от кондензатора до парогенераторната инсталация на кондензатни и захранващи пътища. Частично кислородът се отстранява при обезвъздушаване на кондензата в кондензатора (виж глава 6).
Методи за обезвъздушаване на вода и устройство на обезвъздушители
Ориз. 5 2. Общ изглед на деаерационната колона:
За да се изпълни условие (5.6), е необходимо постоянно да се отстраняват отделяните от водата газове. Паро-газовата смес, изпускана от деаератора, се нарича изпарение. Колкото повече пари, толкова по-ефективно ще работи деаераторът. За да се върне към цикъла парата, напускаща парата, на линията за изпускане на пара е монтиран пароохладител (виж Фиг. 5.3, позиция 3). Кондензацията на пара в охладителя на изпарителя възниква поради преминаването на вода 1, която отива за обезвъздушаване. Парният кондензат се връща в деаератора, а некондензираните газове се изхвърлят по линия 2 или в атмосферата (при двуконтурни АЕЦ), или в кондензатора (при едноконтурни АЕЦ). Използването на мигновена пара е значително опростено, ако се използва като работна течност за турбинни ежектори. Деаераторите могат да бъдат смесителни, повърхностни и прегрята вода. Най-широко използваните смесителни деаератори. Повърхностни деаератори се използват, ако нагряващата пара променя материалния баланс на инсталацията. Така например на захранващата линия на първи контур на АЕЦ с ВВЕР-1000 са монтирани повърхностни деаератори. В деаераторите с прегрята вода водата, подадена за деаерация, се нагрява в топлообменник до температура, надвишаваща температурата на насищане в деаератора. Излишната топлина на тази водаизползвани за генериране на пара. Недостатъкът на деаератора с прегрята вода е трудността на едновременното обезвъздушаване на водни потоци с различни енталпии, така че те не са получили практическо приложение. По налягане деаераторите се делят на вакуумни, атмосферни, високо налягане. На подаването на отоплителната система са монтирани вакуумни обезвъздушители, на линията за захранване са монтирани атмосферни обезвъздушители, а на главния поток на кондензат - обезвъздушители с високо налягане. Самото устройство за обезвъздушаване представлява обезвъздушителна колона, в която нагрятата вода тече надолу отгоре, а отдолу към нея се подава нагряваща пара. Обезвъздушителната колона е монтирана на резервоара - акумулатора на захранващата вода, където тече деаерираната вода. В зависимост от мощността на турбината се монтират една, две, по-рядко три обезвъздушителни колони на обезвъздушителен резервоар. По време на работа деаераторът се разбира като комбинация от деаерационни колони и деаерационен резервоар. За да се подобри процеса на обезвъздушаване в смесителни обезвъздушители, е необходимо да се осигури голяма контактна повърхност на нагрятата среда с пара. Следователно дизайните на термичните деаератори се разделят на първо място според метода на раздробяване на водата. Има деаератори: дюза, с дюзи, филм, струя и барботиране. В деаераторите с дюзи водата се пръска с помощта на дюзи. Дюза, с дюзи и филмови деаератори не се използват широко, тъй като дюзовите деаератори са неефективни, а с дюзи (монтиране на голям брой метални дюзи) и филмови деаератори (водата тече под формата на филм по концентрични стоманени пръстени) дават допълнително количество корозионни продукти във водата. В атомните електроцентрали масово се използват струйни деаератори. На фиг. 5.2 показва деаерационната колонаструен обезвъздушител. Отгоре, по линия 1, кондензат след LPH се подава към устройства 5, наречени "плочи". През дупките в долната част на "плочите" водата се стича на струи надолу към следващия етаж на "плочите". Отдолу парата от извличането на турбината се подава към парната камера през тръбопровод 4. Парата, движеща се отдолу нагоре, пресича водните струи и ги загрява до температура на насищане. Когато парата се издига, количеството й намалява поради кондензация. Парите се изпускат през тръбопровод 3. Поради раздробяването на водата в струи се образува голяма повърхност на контакт между вода и пара.
Таблица 5.1. Основни характеристики на смесителните деаераторни колони