автореферат диссертации по энергетике, 05.14.03, диссертация на тему:Расчетно-экспериментальное обоснование параметров и конструкции СПП для перспективных блоков АЭС с ВВЭР

на правах рукописи

ДЕНИСОВ Константин Николаевич

РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И КОНСТРУКЦИИ СИП ДЛЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ БЛОКОВ АЭС С ВВЭР

Специальность: 05.14.03 «Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

19 ДЕК 2013

Санкт - Петербург 2013 г.

||

005544017

Работа выполнена в ОАО «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И.И. Ползунова» (ОАО «НПО ЦКТИ»).

Научный руководитель -доктор технических наук

Кругликов Петр Александрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор кафедры гидроаэродинамики СПбГПУ

Федорович Евгений Данилович

кандидат технических наук, доцент кафедры теплотехники

и теплоэнергетики НМСУ Кравцов Александр Григорьевич

Ведущая организация - ОАО «Силовые машины», филиал

«Ленинградский Металлический завод», г. Санкт-Петербург.

Защита диссертации состоится «27» декабря 2013 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 520.023.01 при ОАО «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И.И. Ползунова» (ОАО «НПО ЦКТИ») по адресу: 191167, Санкт - Петербург, Атаманская ул., 3/6, ОАО «НПО ЦКТИ».

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ОАО «НПО ЦКТИ».

Отзыв на автореферат, заверенный печатью организации, просьба направлять по адресу: 191167, Санкт — Петербург, Атаманская ул., 3/6, ОАО «НПО ЦКТИ», ученому секретарю. Факс: (812)717-43-00 E-mail: general@ckti.ru Автореферат разослан «25»ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного сове' кандидат технических наук

В.М. Ляпунов

4. На основании выполненных расчетно-экспериментальных работ и проектного исследования показано, что возможно создание более надежной и компактной конструкции СПП для АЭС - 2006 по сравнению с аппаратами, изготовленными из типовых конструктивных элементов, примененных в существующих СПП (220-1; 1000; 1000-1). Показана возможность снижения металлоемкости ПП в 2-3 раза при применении труб с низким поперечным оребрением. Проведена технико-экономическая оптимизация конструкции и выявлена целесообразность повышения параметров СПП за счет увеличения поверхности теплообмена, что позволяет увеличить электрическую мощность турбоустановки на 5.5 - 6 МВт.

Теоретическая н практическая значимость работы. Выполнено уточнение методик тепловых и гидравлических расчетов, которые могут быть использованы при конструировании как самих СПП и их обвязки, так и другого энергетического оборудования. На основании результатов проведенных исследований разработана и обоснована конструкция СПП для турбоустановки К-1200-6,8/50 с существенно более высокими технико-экономическими показателями, чем при использовании конструкции, аналогичной существующим аппаратам. Имеется патентный приоритет (патент № 88774) на конструкцию СПП с использованием в ПП кассет с концевыми камерами в виде прямоугольных параллелепипедов и использованием в поверхности теплообмена поперечно-оребренных труб. Разработанные методики расчетов безнапорных течений жидкости применены при выполнении рабочего проекта модернизации сепарационной части СПП-500-1. Указанная модернизация была успешно произведена на ЛАЭС, СмАЭС и КуАЭС. Полученные результаты по оптимальным значениям температур перегрева пара за ступенями ПП использованы ОАО «Силовые машины» в технических требованиях на теплообменное оборудование регенеративного тракта, комплектующее турбоустановки, как уже изготавливаемые (для АЭС с ВВЭР-2006), так и перспективные (для АЭС с ВВЭР ТОЙ).

Методология н методы исследования. Методология работы в части совершенствования расчетных методик основана на исследовании имеющихся

литературных источников, с анализом возможности их применения для решения рассмотренных в работе проблем, с привлечением экспериментальных и эксплуатационных данных, а также с использованием некоторых математических выкладок, выполненных автором. Конструкторские проработки основывались на анализе достоинств, недостатков и опыте эксплуатации теплообменного оборудования на действующих АЭС.

Положения выноснмые на защиту.

1. Методический подход при:

• Определении теплоотдачи к низкоребристым оребренным трубам при поперечном их обтекании паром;

• Расчете безнапорного течения жидкости в элементах систем отвода сепарата и конденсата греющего пара СПП;

• Гидравлическом расчете коллекторов в случае переменного сечения раздающего коллектора и различной степени перфорации по длине коллектора, дырчатого листа, устанавливаемого на входе в сепаратор и ПП;

• Расчете шайбования труб подвода греющего пара к кассетам СПП для компенсации их геометрической нетождественности;

• Расчете порядного шайбования поперечно обтекаемых труб в кассетах СПП для компенсации возникающей тепловой нетождественности (по рядам труб);

• Определении основных геометрических характеристик пленочного сепаратора;

2. Экспериментальное подтверждение примененного подхода к расчету безнапорных течений в случае течения жидкости неполным сечением в горизонтальной трубе;

3. Результаты расчета неравномерности поля температур за 1-ой ступенью ПП СПП - 500-1, вызванного разностью длин труб подвода греющего пара и отвода конденсата греющего пара к модулям ПП. Подтверждение полученных расчетов результатами измерений, проведенных сотрудниками ОАО «НПО ЦКТИ».

б

на АЭС (особенно 220-1; 500-1 и 1000) был выявлен ряд серьезных недостатков. Из-за ограничения размеров СПП по длине и диаметру их конструкция выполнена чрезмерно компактной. Входная камера СПП не обеспечивает равномерной раздачи влажного пара по сепарационным блокам. Мероприятия по предсепарации пара во входной камере СПП не предусмотрены. Отдельные сепарационные блоки испытывают существенные перегрузки по расходам, как влаги, так и пара, что приводит к проносу влаги через жалюзи и попаданию ее на элементы ПП. Дополнительным фактором, способствующим попаданию влаги в ПП, является расположение сепаратора над трубным пучком. В настоящее время влажность пара за сепарационными блоками на работающих аппаратах превышает допустимую величину (1 %), что приводит к снижению температуры пара на выходе из ступеней ПП, повышенному расходу греющего пара и разрушению элементов ПП. Основным недостатком в исполнении ПП является конструкция труб подвода греющего пара к кассетам и отвода конденсата греющего пара от них, приводящая к гидравлической разверке между отдельными кассетами, из-за разной длины этих труб. Так же к недостаткам ПП можно отнести необходимость установки фигурной перегородки между корпусом СПП и первой ступенью ПП, и между первой и второй ступенями ПП, что приводит к появлению зазоров по периферии кассет, через которые перетекает значительное количество пара практически без теплообмена. Большинство недостатков в сепарационной части СПП характерных для СПП-220-1; 500-1 и 1000 были устранены в конструкции СПП-1000-1. Однако при этом пришлось перейти на применение одноступенчатого ПП (из-за нижнего расположения сепаратора), что привело к снижению экономичности турбоустановки.

В зарубежных СПП используются трубные пучки с более эффективным поперечным обтеканием труб паром. Применялись как гладкие, так и оребренные трубы с поперечным оребрением. Необходимо отметить, что металлоемкость ПП из кассет с продольно оребренными трубами в 2-2,5 раза превышает металлоемкость зарубежных аппаратов из поперечно оребренных труб. Все конструкции СПП выполнены только с нижним или боковым по

таким образом, что ширина щели в нижней части ПС равняется 60 мм, а в верхней 30 мм. Таким образом, удастся собрать влагу из пристенного слоя шириной 8/11=0.16, что, позволяет рассчитывать на эффективность ПС около 50-60 %. Расчетный расход транспортного пара, эжектируемого обратно в основной поток, составил 10 % от расхода сухого насыщенного пара на входе в ПС. Скорость подъемного движения транспортного пара в пространстве между корпусом ПС и его внутренней обечайкой составила всего 2 м/с, что обеспечивает отсутствие интенсивного вторичного уноса влаги из ПС. Коэффициент сопротивления ПС, приведенный к диаметру и расходу на входе, составит приблизительно 0.53, а расчетные потери давления около 1100 Па.

яю

ц

Рисунок 3 Пленочный сепаратор для турбоустановки К-1200-6,8/50

В процессе разработки конструкции СПП были рассмотрены различные варианты компоновки внутрикорпусных устройств. Сделан вывод о преимуществе компоновки «стена» (расположение сепаратора сбоку от трубного пучка) над компоновкой с нижним расположением сепаратора, т.к. при одинаковых температурах перегрева и гидравлическом сопротивлении удается выполнить аппарат существенно меньшей высоты.

Разработанная конструкция СПП - 1200, см. рис. 4, выполнена в виде однокорпусного аппарата, включающего сепаратор пара и ПП с двумя ступенями нагрева пара. Аппарат отличается от существующих двухступенчатых СПП (СПП-220-1 и СПП-1000) тем, что вход влажного пара производится в нижней части корпуса СГ1П, а сепаратор находится сбоку от трубного пучка. При этом пароперегреватель выполнен из труб с поперечным оребрением и движение пара в трубном пучке осуществляется не вдоль, а поперек труб.

Влажный пар поступает во входную камеру через патрубок Ду 1800 в нижней части корпуса. Во входной камере устанавливается фигурная перегородка, благодаря которой пар перед входом в раздающий коллектор поворачивает на угол около 140°. Влага, выпавшая из потока при повороте, отводится через патрубок в днище корпуса. Пройдя раздающий коллектор, пар поступает в сепаратор.

Сепаратор состоит из 12 сепарационных блоков, установленных в 3 ряда и 4 яруса. В сепарационных блоках предполагается использование жалюзи «Ро\уегуапе» поставки фирмы «Балке-Дюрр». Жалюзи оптимизированной формы имеют восемь карманов для захвата влаги. Подобная конструкция позволяет более чем в 2,5 раза повысить скорость набегания по сравнению с гладкими жалюзи, используемыми в отечественных СПП. При этом влажность пара на выходе составляет менее 0,2%.

Отсепарированная в сепарационных блоках влага собирается в корытах сепарационных блоков. Отвод сепарата из корыт осуществляется сбоку, в вертикальные стояки. Вертикальные стояки соединяются с коллектором отвода сепарата. Отвод сепарата из коллектора осуществляется двумя трубами Ду 250.

Согласно требованиям нормативных документов, максимально допускаемая разверка давления между параллельно работающими СПП равняется 5 кПа. Таким образом, система слива сепарата из 4-х СПП в единый сепаратосборник должна быть рассчитана на компенсацию указанной разницы давлений во избежание перетечек пара между параллельно работающими аппаратами. Также необходимо при объединении потоков сепарата,

ОАО «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И.И. Ползунова»

(ОАО «НПО ЦКТИ»)

на правах рукописи

04201455200

ДЕНИСОВ КОНСТАНТИН НИКОЛАЕВИЧ

РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И КОНСТРУКЦИИ СПП ДЛЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ

БЛОКОВ АЭС С ВВЭР

Специальность: 05.14.03 Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - доктор технических наук Кругликов П.А.

Санкт — Петербург 2013 г.

Содержание

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 5

1. ВВЕДЕНИЕ 6

1.1. Актуальность темы исследования 6

1.2. Степень разработанности темы исследования 10

1.3. Цель и задачи работы 11

1.4. Научная новизна 11

1.5. Теоретическая и практическая значимость работы 12

1.6. Методология и методы исследования 13

1.7. Положения выносимые на защиту 13

1.8. Степень достоверности и апробация результатов работы 14

1.9. Личный вклад автора 15

2. СЕПАРАТОРЫ ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛИ АЭС, ОБЗОР РАЗВИТИЯ 16

2.1. Конструкции зарубежных СПП 16

2.2. Конструкции отечественных СПП 22

2.3. Предсспарацнонные устройства в системе ПСПП АЭС. 31

2.3.1. Центробежные предсепараторы в ресиверах турбоустановок АЭС 32

2.3.2. Пленочные предсепараторы в ресиверах турбоустановок АЭС. 36

3. ОПИСАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕННЫХ МЕТОДИК ТЕПЛОВОГО, ГИДРАВЛИЧЕСКОГО И ЭКОНОМИЧЕСКОГО РАСЧЕТОВ 42

3.1. Принципы совершенствования конструкций СПП 42

3.2. Определение коэффициента теплоотдачи к пучкам низкорсбрнстых поперечно оребренных труб 44

3.2.1. Основные обобщенные зависимости для расчета коэффициента теплоотдачи при поперечном обтекании пучков оребренных труб 46

3.2.2. Определение приведенного коэффициента теплоотдачи и коэффициента эффективности оребрения 48

3.2.3. Определение коэффициента теплоотдачи к низкоребристым

трубам 50 3.2.3.1. Теплоотдача в пучках из низкоребристых труб с поперечными

перегородками 50 3.2.3.1.1. Теплоотдача в пучках низкоребристых труб при чисто

поперечном обтекании 51

3.3. Расчет безнапорных течений в элементах СПП 55

3.3.1. Вывод уравнений высоты уровня жидкости по длине канала при безнапорном течении 56

3.3.2. Определение коэффициента сопротивления трения и учет

местных сопротивлений 63

3.3.3. Определение граничных условий 64

3.3.4. Гидравлический прыжок 65

3.3.5. Истечение жидкости через сливные отверстия 68

3.3.6. Установка гидрозатворов на трубопроводах отвода сепарант и конденсата от СПП к сепарато и конденсатосборникам 69

3.4. Гидравлический расчет коллекторов 70

3.4.1. Общие выражения для расчета гидравлических характеристик 71

3.4.2. Определение перепадов статического давления в раздающем и собирающем коллекторах 75

3.5. Шанбоваиие кассет по тракту греющего пара 78

3.6. Выбор типа и основных геометрических характеристик ПС для АЭС нового поколения, на основании существующих экспериментальных и теоретических данных 84

3.6.1. Структура влажно-парового потока в ресиверах системы ПСПП 84

3.6.2. Выбор пиша предсенарационного устройства в системе ПСПП для АЭС-2006 90

3.6.3. Описание методики оценочного расчета ПС 93

3.7. Методика технико-экономического анализа конструкции СПП 99 4. ОПИСАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ СПП 104

4.1. Технические требования к СПП для АЭС 2006 106

4.2. Описание конструкции СПП и основные результаты расчетов 107

4.2.1. Пленочный сепаратор 107

4.2.2. Определение конструктивных характеристик СПП,

обеспечивающих максимальную величину годового экономического эффекта 109

4.2.3. Описание конструкции СПП, разработанной на оптимальные параметры 115

4.2.3.1. Сенарационная часть СПП 116

4.2.3.2. Пароперегревательпая часть СПП 124

4.2.3.3. Результаты теплового и гидравлического расчета СПП-1200 132

4.2.3.4. Компоновка СПП в машзале 134

5. СРАВНЕНИЕ РАЗРАБОТАННОЙ КОНСТРУКЦИИ СИП ДЛЯ ТУРБОУСТАНОВКИ К-1200/6,8/50 С КОНСТРУКЦИЕЙ ИЗ ТРУБ ПРОДОЛЬНЫМ ОРЕБРЕНИЕМ 136

5.1. Описание конструкции СПП из труб с продольным оребрением для АЭС-2006 136

5.2. Сравнение вариантов конструкции 141

6. ВЫВОДЫ 144 Список использованных источников 149

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АЭС - атомная электрическая станция

ВВЭР - водо-водяной энергетический реактор

ЗиО - завод им. Орджоникидзе

КПД - коэффициент полезного действия

КПС - коленно-пленочный сепаратор

КС - конденсатосборник

ЛМЗ - Ленинградский металлический завод

ПГ - парогенератор

ПВС - пароводяная смесь

ПНД - подогреватель низкого давления

ПП - пароперегреватель

ПС - пленочный сепаратор

ПСПП — промежуточная сепарация и перегрев пара

РБМК - реактор большой мощности канальный

РУ - реакторная установка

СПП - сепаратор пароперегреватель

СС - сепаратосборник

ХТЗ - Харьковский турбинный завод

ЦВД - цилиндр высокого давления

ЦНД - цилиндр низкого давления

ЦС - центробежный сепаратор

1. ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время принята программа [1] строительства новых энергоблоков проекта АЭС 2006, с водо-водяными энергетическими реакторами электрической мощностью около 1200 МВт. Первые блоки будут введены в строй на площадках ЛАЭС-2 и НВАЭС-2. Предполагается комплектация блоков турбоустановками К-1200-6,8/50 поставки ОАО «Силовые Машины». В связи с этим актуальной задачей становится комплектация новых блоков АЭС оборудованием, обеспечивающим при понижении капитальных затрат, повышение отпускаемой электрической мощности (КПД цикла ЯЭУ).

Особенностью работы турбоустановок АЭС с реакторами типа ВВЭР является применение в качестве рабочего тела сухого насыщенного пара. При этом процесс расширения пара в турбине происходит в области влажного пара.

Сепаратор - пароперегреватель предназначен для осуществления сепарации влажного пара, поступающего из ЦВД турбины, и последующего перегрева пара перед входом в ЦНД, с целью предотвращения повышенного эрозионного износа проточных частей ЦНД и повышения КПД цикла турбоустановки.

1.1. Актуальность темы исследования

В настоящее время на АЭС с ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 с турбоустановками К-220-44/3000 и К-1000-60/1500 поставки ХТЗ установлены СПП-220-1, СПП-1000 соответственно. Они представляют собой аппараты с верхним расположением сепаратора и двухступенчатым пароперегревателем, выполненным из труб с продольным оребрением. На энергоблоках с ВВЭР-1000, укомплектованных быстроходными турбинами К-1000-60/3000 поставки ЛМЗ, установлены С1И1-1000-1 с нижним расположением сепаратора и одноступенчатым пароперегревателем, выполненным также из продольно-оребренных труб. На АЭС с РБМК - 1000 установлены СПП 500 - 1,

конструкция которых принципиально аналогична конструкции Clll1-220-1 и СШ1-1 ООО, однако в пароперегревателе применены теплообменные модули с гладкими трубами из нержавеющей стали. На АЭС с РБМК-1500 были установлены СПП-750 с пароперегревателем из продольно обтекаемых гладких труб и боковым расположением сепаратора.

Данные аппараты создавались на ЗиО при участии других проектных институтов [2] в 70х годах в отсутствие достаточного опыта эксплуатации CI 111. При этом факторами, в значительной степени определившими конструкцию СПП, были допустимые габариты СПП, соответствующие требованиям компоновки в машзале и транспортировки СПП в сборе. Вследствие ограничения размеров СПП по длине и диаметру конструкция была выполнена чрезмерно компактной. Это не позволило выполнить входные камеры достаточного объема, обеспечить симметричное распределение потоков пара в сепарационные блоки, установить в камерах устройства предварительной сепарации влаги.

Зарубежные конструкции СПП имеют существенно большие размеры, что видно из сравнения отношения габаритных объемов СПП к их тепловой мощности, так в СПП - 1000 - 1 эта величина составляет около 2.5 м3/МВт, а в

о

ряде зарубежных СПП около 5 м /МВт.

Выбор для турбоустановки двухступенчатой системы перегрева определил в конструкции СПП необходимость компоновки с верхним расположением сепаратора и нижним - трубного пучка.

Это было обусловлено продольным движением пара в трубном пучке с поворотом из 1 ступени во 2 ступень. Выполнение конструкции пароперегревателя из продольно - оребренных труб в имевшихся условиях было единственно возможным, т.к. применение трубного пучка из поперечно -обтекаемых гладких труб не позволяло выполнить СПП требуемых габаритов при заданном количестве корпусов СПП, а стальные трубы с поперечным оребрением требуемых параметров в те годы отсутствовали. Вследствие этого

ЗиО применил для турбоустановок АЭС с ВВЭР трубные пучки из продольно -оребренных труб собственного производства.

В ходе эксплуатации СПП на АЭС (особенно СПП-220-1, СПП-500-1 и СПП-1000) был выявлен ряд серьезных недостатков в конструкции, влияющих на надежность и экономичность турбоустановки [3],[4],[5], [6].

Входная камера аппаратов не обеспечивает равномерной раздачи влажного пара по сепарационным блокам. Мероприятия по предсепарации пара во входной камере СПП не предусмотрены. Отдельные сепарационные блоки испытывают существенные перегрузки по расходам, как влаги, так и пара, что приводит к проносу влаги через отдельные жалюзийные пакеты и попаданию ее на элементы пароперегревателя. Дополнительным фактором, способствующим попаданию влаги в пароперегреватель, является расположение сепаратора над трубным пучком. В настоящее время влажность пара за сепарационными блоками на большинстве работающих аппаратах превышает допустимую величину (менее 1 %), что приводит к снижению температуры перегретого пара на выходе из ступеней СПП1.

Большие значения влажности пара за сепаратором приводят к увеличению расхода греющего пара в пароперегревателях, что снижает экономичность турбоустановки [7], [8].

Также установлено, что при влажности пара за сепаратором более 2% могут иметь место значительные пульсации температур стенок труб разводки и кассет пароперегревателя, что приводит к их повреждению [9]. Это требует проведения дополнительных мероприятий по защите труб разводки с использованием защитных чехлов и пр. [4].

Основным недостатком в исполнении пароперегревателя является конструкция труб подвода греющего пара к кассетам пароперегревателя и отвода конденсата греющего пара от них. Из-за разницы длин труб подвода

1 После внедрения в СПП отечественных АЭС жалюзийных пакетов на АЭС с РБМК и центробежных предсепараторов на АЭС с ВВЭР немецкой фирмы «Бакке-Дюрр» в период с 2008 по 2010 г.г. ситуацию с повышенной влажностью удалось нормализовать

греющего пара к отдельным кассетам пароперегревателя имеется разница давлений пара на входе в кассеты. Ввиду малого диаметра труб отвода конденсата греющего пара его слив из кассет происходит полным сечением. Таким образом, указанная разница давлений ведет к подтоплению кассет пароперегревателя с более длинными трубами подвода греющего пара, что ведет к выключению части теплообменной поверхности и снижению сред неинтегральной температуры перегрева пара [10; 11]. Причем, как показано в [12], уровень конденсата в трубах пароперегревателя может колебаться, что приводит к появлению термоусталостных напряжений, разрушению сварных и вальцовочных соединений. Также к недостаткам пароперегревателя можно отнести необходимость установки фигурной перегородки между корпусом СПП и первой ступенью пароперегревателя, а также между первой и второй ступенями 1111, таким образом, имеются существенные зазоры по периферии кассет, через которые осуществляется перетечка значительных (около 10 %) количеств пара практически без теплообмена [5]. Необходимо отметить, что металлоемкость ПП из кассет с продольно - оребренными трубами в 2-2,5 раза превышает металлоемкость зарубежных аппаратов из поперечно оребренных труб.

Существенные проблемы в работе СПП вызывает несимметричная обвязка параллельно работающих аппаратов, что приводит к разверке давлений нагреваемой и греющей сред на входе в СПП [4], [13].

Необходимо отметить, что большинство недостатков в сепарационной части СПП, характерных для СПП-220-1 СПП-500-1 и СПП-1000 были устранены в конструкции СПП - 1000-1. Также были приняты меры по выравниванию давлений нагреваемого пара на входе в СПП путем установки на ресиверах турбоустановок К-1000-60/3000 Ду 1400 уравнительных трубопроводов Ду 1200.

В настоящее время снижение электрической мощности турбоустановок из-за несоответствия параметров СПП (влажности пара за сепаратором и

температуры пара за ступенями 1111) нормируемым величинам составляет для СПП-500-1 - 4-5 МВт; для СПП-220 - 1 МВт; для СПП-1000 - 4 МВт на турбоустановку [ 14].

В зарубежных СПП используются трубные пучки с более эффективным с точки зрения теплоотдачи поперечным обтеканием труб паром, при этом применялись как гладкие, так и оребренные трубы с поперечным оребрением. Все конструкции СПП, как вертикального, так и горизонтального типов, выполнены только с нижним или боковым по отношению к трубному пучку расположением сепаратора. Верхнее расположение сепаратора не применяется.

В настоящее время имеется возможность применения в теплообменных аппаратах труб с поперечным оребрением российского производства (из углеродистой стали) и зарубежного (из углеродистой и нержавеющей сталей).

Также имеется возможность использовать в составе сепаратора жалюзи более совершенной конструкции, допускающие существенное увеличение скорости набегания пара при очень низких величинах влажности за сепарационными блоками (менее 0.2 %).

Для повышения надежности работы основного жалюзийного сепаратора в ресиверах ЦВД-СПП применяются предсепарационные устройства пленочного или центробежного типа. Это позволяет уловить от 30 до 90 % влаги поступающей из ЦВД, предотвращая возможность перегрузки по влаге отдельных сепарационных блоков, и оставляя за жалюзийным сепаратором фактически только функцию «тонкой» осушки пара.

Таким образом, представляется весьма актуальным исследование научных проблем, связанных с разработкой конструкции СПП для турбоустановки К-1200-6,8/50, обладающей высокой надёжностью и эффективностью работы.

1.2. Степень разработанности темы исследования

Основным документом, регламентирующим тепловые и гидравлические расчеты СПП, является РТМ 108.020.107-84, [15].Этот документ ориентирован

на расчет уже существующих конструкций СШ1-220-1, 500-1, 1000 и не содержит полной методической информации необходимой для проектирования новых СПП для перспективных энергоблоков.

1.3. Цель и задачи работы

Целью работы является оптимизация характеристик и обоснование конструкции СПП повышенной экономичности и надежности для АЭС с ВВЭР большой мощности. Для этого рассмотрен и решен ряд задач в области методик проведения тепловых и гидравлических расчетов и выполнено расчетно-экспериментальное обоснование СПП.

1.4. Научная новизна

1. Разработаны технические решения для создания СПП повышенной экономичности и надежности для проекта АЭС-2006 с ВВЭР-1200. Также предложена и обоснована оригинальная конструкция пленочного предсепаратора (ПС).

2. Разработаны новые методические подходы, необходимые для расчета современных СПП, в частности:

• Предложено наиболее подходящее критериальное уравнение для расчета коэффициента теплоотдачи при обтекании однофазным потоком шахматных пучков низкоребристых поперечно оребренных труб;

• Обобщена и расширена методика безнапорного течения жидкости в элементах оборудования системы ПСПП, с экспериментальным подтверждением примененного подхода;

• Выработаны рекомендации по гидравлическому расчету СПП, пароперегреватель и сепаратор которых представляет собой конструкцию с коллекторами, включенными по Z - схеме, при профилированном раздающем коллекторе, и переменной по высоте степени перфорации входного дырчатого листа сепарационных блоков;

• Обоснованы мероприятия, направленные на повышение надежности работы ГШ, выполненного из параллельно работающих кассет, находящихся в условиях тепловой и гидравлической неравномерности;

• Предложена расчетная методика для определения основных геометрических характеристик предсепарационных устройств пленочного типа;

3. Проведено математическое моделирование работы модулей ПП СПП -500-1 в условиях имеющейся геометрической нетождественности труб подвода греющего пара, с последующим сопоставлением с замерами, проведенными при эксплуатации аппаратов. Подтверждено предположение о существенном подтоплении части модулей ПП конденсатом греющего пара. На основании выполненных расчетно-экспериментальных работ и проектного исследования показано, что возможно создание более надежной и компактной конструкции СПП для АЭС - 2006 по сравнению с аппаратами, изготовленными из типовых конструктивных элементов, примененных в существующих СПП (220-1; 1000; 1000-1). Показана возможность снижения металлоемкости ПП в 23 раза при применении труб с низким поперечным оребрением. Проведена технико-экономическая оптимизация конструкции и выявлена целесообразность п�