ČESKOSLOVENSKA SOCIALISTICKÁ R E P U B L I K A
POPIS
VYNALEZU
152547
K AUTORSKÉMU OSVĚDČENÍ ' Ä l f ?
[s/%
MPT
F 22 b 3/02
PT
13 g 2/02
MDT
697.33
P ř i h l á š e n o 06. VIII. 1969 (PV 5441-69)
Zveřejněno 15. VI. 1973 ÚŘAD PRO VYNÁLEZY A OBJEVY
Autor vynálezu
Vydáno 15. III. 1974
Ing. FRANTIŠEK DUBŠEK, C-Sc., BRNO, ing. JAROSLAV KOŘÍNEK, LIPNÍK n a d Bečvou a ing. JOSEF ŠROTEK, ZNOJMO
P a r o g e n e r á t o r s oběhem t e p l o n o s n é h o média, zvláště t e k u t é h o
P ř e d m ě t e m vynálezu je .parogenerátor s o b ě h e m teplonosného m é d i a , zvláště tekutého kovu. S r ů s t e m -výkonů j a d e r n ý c h elekt r á r e n s rychlými r e a k t o r y chlazenými t e k u tými kovy při s o u č a s n é m úsilí z a c h o v a t min i m á l n í počet c i r k u l a č n í c h chladicích okruh ů r e a k t o r u s e p a r o g e n e r á t o r y t ě c h t o jadern ý c h e l e k t r á r e n s t á v a j í unikátními velkoprostorovými a g r e g á t y . Nehledě na možnosti dosažení vysokých t e p e l n ý c h zatížení převyš u j í rozměry p a r o g e n e r á t o r u velikost vlastního r e a k t o r u , což m á podstatný vliv n a celk o v o u cenu e l e k t r á r n y . Volba v ý h o d n é h o typu p a r o g e n e r á t o r u se zvláště u e l e k t r á r e n v e l k ý c h výkonů v ý r a z n ě u p l a t ň u j e v investičních n á k l a d e c h v l a s t n í h o technologického zařízení, n a nichž s e p a r o g e n e r á t o r y podílejí 30—35 %. . Použitá koncepce, s p r á v n á f u n k c e , dosahované parametry a charakteristiky parogen e r á t o r ů , jejich technologie a montáž podm i ň u j í s p r á v n o u f u n k c i a iparametry jadern é e l e k t r á r n y . Podceňování této s k u t e č n o s t i by m ě l o dopad n a t e c h n i c k o u -i ekonomickou ú r o v e ň celé e l e k t r á r n y . Proto se v ě n u j e velká péče optimalisaci k o n c e p c e a typu parogenerátoru, výzkumnému, projekčnímu a z k u š e b n í m u ověření p ř e d vlastní realisací a z a p o j e n í m do o k r u h u e l e k t r á r n y . Z ú v a h a rozborů vyplynulo, že v e l e k t r á r 152547
5
10
i5
20
25 . -.' , 30
kovu
n á c h s r e a k t o r y chlazenými t e k u t ý m i , kovy velkých výkonů :je n e j h o s p o d á r n ě j š í p o u ž í t jako chladiva a l k a l i c k é h o t e k u t é h o kovu a p r ů t o č n ý c h p a r o g e n e r á t o r ů , tj. n u c e n é cirkulace jak na s t r a n ě vody a páry, t a k n a s t r a n ě alkalického t e k u t é h o kovu. V pods t a t ě jsou dále p r o t o sledovány dvě základní k o n c e p c e řešení p a r o g e n e r á t o r u p r ů t o č n é ho typu, a to k o n c e p c e tělesová a článková, u k t e r ý c h je nutno věnovat p o z o r n o s t , p ř i jejich p r o j e k t u n á s l e d u j í c í m s k u t e č n o s t e m . V obou k o n c e p c í c h o d d ě l u j e t e p l o s m ě n n á plocha od sebe dvě m é d i a — alkalický kov a vodu — vzájemně chemicky velmi aktivní, takže jakákoliv i velmi m a l á n e t ě s n o s t tepl o s m ě n n é plochy .způsobuje vážné provozně t e c h n i c k é potíže a může být z d r o j e m velkých a těžkých havárií. S ohledem n a konstrukci .reaktoru ,a s oh l e d e m na ekonomičnost e l e k t r á r n y je n u t n é d o s á h n o u t co n e j m e n š í h o rozdílu teplot mezi výstupem a vstupem^ sodíku z .reaktoru a vysokých p a r a m e t r ů páry. Teploty t e k u t é h o a l k a l i c k é h o kovu n a vstupu do p a r o g e n e r á t o r u se p r o t o pohybují od 500—600 °C a n a výstupu z iparogenerátor.u o d 350—450 °C. Vzhledem k vysokým součinitelům p ř e s t u p u tepla n a s t r a n ě alkalického t e k u t é h o kovu a vroucí vody .a vzhledem k neobvyklým vysokým J teplotním s p á d ů m se d o s a h u j e žvláš-
1 5
2 5 4 7
3
tě ve výparníku tepelných zatížení výhřevn é plochy ř á d u 1 000 000 keal/m 2 h o d °C. V těchto p ř í p a d e c h se p a k objevují jevy (nap ř í k l a d p u l s a c e teplot n a stěně, teplotní s p á d n a s t ě n ě trubky ř á d u 100 °C atd.J, 'které jsou jinak p ř i m e n š í c h tepelných tocích a teplot- 5 n i c h s p á d e c h p o t l a č e n y a :které m a j í zásadní vliv n a provozní spolehlivost a bezpečnost p a r o g e n e r á t o r u h l a v n ě v jeho odpařovací části. K výše uvedeným s k u t e č n o s t e m p ř i s t u p u j í 111 ještě jevy korosní, jako je oduhličování fer i t i c k ý c h a p e r l i t i c k ý c h ocelí p ř i t e p l o t á c h a l k a l i c k é h o kovu cca n a d 400 °C a 'korosní p r a s k á n í za n a p ě t í v prostředí o b s a h u j í c í m chloridy nebo hydroxidy, k t e r é m u p o d l é h a j í h l a v n ě a u s t e n i t i c k é n e r e z a v ě j í c í oceli. Dosavadní 'konstrukční provedení .průtočných parogenerátoru jaderných elektráren s r y c h l ý m i r e a k t o r y vycházejí ze z á k l a d n í h o s c h é m a t u z a p o j e n í výhřevných ploch, ohřív á k u , v ý p a r n í k u a p ř e h ř í v á k u za sebou tak, že t l a k o v é m é d i u m — voda — je uvnitř trubek, a beztlakové m é d i u m — alkalický kov — v m e z i t r u b k o v é m prostoru, p ř i č e m ž alka- o. lický kov p r o t é k á p o s t u p n ě p r e h ř í v á k e m , výp a r n í k em a d o h r í v á k e m parogenerátoru zpravidla v p r o t i p r o u d u vodě a .páře. Taikto p r o v á d ě n é zapojení t e p l o s m ě n n ý c h p l o c h 'však při zvyšující se vstupní a výstupní tep- so lotě a l k a l i c k é h o kovu a při zachování minim á l n í h o jejich rozdílu a dává vznik výše u v e d e n ý m potížím. N ě k t e r é vyráběné p a r o g e n e r á t o r y m a j í svou t e p l o s m ě n n o u p l o c h u vyrobenou buď 35 celou z austenitické oceli, nebo celou z feritické chromové oceli, nebo v ý p a r n í k z feritické c h r o m o v é oceli a p ř e h ř í v á k z n e r e zavějící austenitické oceli. Při zvyšující se v s t u p n í a výstupní t e p l o t ě a l k a l i c k é h o 'kovu 40 v p a r o g e n e r á t o r u , při zachování m i n i m á l n í h o jejich rozdílu podléhá f e r i t i c k á chromová ocel, použitá p r o výparnou část p a r o g e n e r á t o r u , ikorosi ze s t r a n y sodíku, jak je uvedeno výše. Při použití p r o v ý p a r n o u č á s t a u s t e n i t i c k é nerezavějící oceli vznikají zde rovněž zmíněné potíže vlivem c h l o r i d ů a hydroxidů obsažených v .napájecí vodě. Výhodnými se u k a z u j í p a r o g e n e r á t o r y s j e d n o d u c h o u stěnou t e p l o s m ě n n é plochy. Při so zvyšující se vstupní a výstupní teplotě alkalického kovu a při zachování m i n i m á l n í h o jejich rozdílu v p a r o g e n e r á t o r u jsou však u v e d e n é jevy v oblasti 'konce v ý p a r n í k u z d r o j e m potíží. S3 Výše u v e d e n é skutečnosti jsou příčinou toho, že p a r o g e n e r á t o r p ř e d s t a v u j e z hledisk a s o u č a s n ý c h znalostí z h r u b a ekvivalentní p r o b l é m jako r e a k t o r . Uvedené n e d o s t a t k y o d s t r a ň u j e p a r o g e n e - í0 r á t o r s oběhem t e p l o n o s n é h o média, zvláště t e k u t é h o .kovu podle vynálezu, jehož pods t a t a záleží v tom, že do oběhu je vložen rek u p e r a č n í výměník, propojený do výparník u a d o h ř í v á k u . Tekutý -kov p r o t é k a j í c í r e k u p e r a č n í m výměníkem, vloženým do oběhu t e k u t é h o ikovu p a r o g e n e r á t o r u , je tedy
4
po ochlazení vodou n e b o p a r o u p a r o g e n e r á toru v r á c e n zpět do r e k u p e r a č n í h o výměníku vloženého do o b ě h u t e k u t é h o kovu par o g e n e r á t o r u , kde se ohřívá. R e k u p e r a č n í výměník j e o p a t ř e n obtokem, k t e r ý slouží pro r e g u l a c i teploty t e k u t é h o kovu, vycházejícího z vloženého r e k u p e r a č n í h o výměníku. R e k u p e r a č n í výměník m ů ž e být vložen do o b ě h u t e k u t é h o kovu p a r o g e n e r á t o r u v jeho libovolném místě, aby bylo dosaženo vyhovujících teplotních s p á d ů n a t e p l o s m ě n n ý c h p l o c h á c h p a r o g e n e r á t o r u , z j e d n o d u š e n výběr v h o d n é oceli t e p l o s m ě n n ý c h ploch přeh ř í v á k u , v ý p a r n í k u a d o h ř í v á k u , a tak zam e z e n o h a v á r i í m t e p l o s m ě n n é p l o c h y v důs l e d k u t e p e l n ý c h .namáhání, pulsací a korosí ze s t r a n y vody a sodíku. Příklad .provedení vynálezu je z n á z o r n ě n na p ř i p o j e n ý c h v ý k r e s e c h . Na obr. 1, 2, 3 jsou z á k l a d n í s c h é m a t a z a p o j e n í p a r o g e n e r á toru podle vynálezu s t ř e m i možnými provedeními, podle o b r . 1, 2 a 3 vloženého rek u p e r a č n í h o v ý m ě n í k u do oběhu t e k u t é h o 'kovu č l á n k o v é h o p a r o g e n e r á t o r u , n a obr. 4 je s c h é m a p a r o g e n e r á t o r u s vloženým r e k u p e r a č n í m výměníkem podle vynálezu. Jak z n á z o r n ě n o n a obr. 1, je přívod tekutého kovu 1 zaveden do rozváděči komory 2, o d t u d p o t r u b í m 4 t e k u t ý kov 1 .proudí do č l á n k u p ř e h ř í v á k u 3, o d t u d p o t r u b í m 4 .přechází do č l á n k u v l o ž e n é h o r e k u p e r a č n í h o výměníku 5, .kde se o c h l a z u j e . Potrubím 4 je tekutý 'kov 1 v e d e n do č l á n k u v ý p a r n í k u 6 a č l á n k u o h ř í v á k u 7 ,a zpět do č l á n k u vloženého r e k u p e r a č n í h o výměníku, kde se ohřívá. Odtud je v e d e n p o t r u b í m 4 do sběrací komory 8 a p o t r u b í m 9 o d v á d ě n z parogen e r á t o r u . Potrubím 10 je č l á n e k d o h ř í v á k u n a p á j e n vodou 18, p ř e h ř á t á p á r a 17 opouští p ř e h ř í v á k 3 p o t r u b í m 11. U p r o v e d e n í p o d l e obr. 2 je tekutý kov 1 převáděn z článku výparníku B potrubím 4 do č l á n k u vloženého r e k u p e r a č n í h o výměníku 5, k d e se ohřívá. Odtud p o t r u b í m 4 je veden do č l á n k u d o h ř í v á k u 7 a p o t r u b í m 4 je o d v á d ě n do s b ě r a c í '.komory 8. U p r o v e d e n í podle obr. 3 je tekutý kov 1 v e d e n z č l á n k u vloženého r e k u p e r a č n í h o vým ě n í k u 5, k d e se o c h l a z o v a l p o t r u b í m 4 do č l á n k u d o h ř í v á k u 7 a o d t u d p o t r u b í m 4 zpět do č l á n k u vloženého r e k u p e r a č n í h o výměníku 5, 'kde s e ohřívá, a odtud p o t r u b í m 4 do článk.u v ý p a r n í k u 6 a p o t r u b í m 4 do sběrací k o m o r y 8. U všech t ř í p r o v e d e n í je p r o v e d e n a regulace teploty t e k u t é h o kovu 1, vycházejícího z č l á n k u vloženého r e k u p e r a č n í h o výměníku p o m o c í obtoku 12, ve k t e r é m je umístěna r e g u l a č n í a r m a t u r a .13. N a o b r . 4 je .konstrukční s c h é m a článkového p r ů t l a č n é h o p a r o g e n e r á t o r u sodíkového typu p r o v e d e n é h o p o d l e vynálezu. Parog e n e r á t o r je v e r t i k á l n ě r o z d ě l e n n a . d v ě soum ě r n é č á s t i - ( m o n t á ž n í b l o k y ) . V k a ž d é části j e . vedle sebe_ z a ř a z e n o pět- větví, z n i c h ž k a ž d á s e s k l á d á ze čtyř č l á n k ů t v a r u U a
1 5 2 5 4 7 B
propojovacího potrubí n a straně sodíku, vody a páry. Tekutý kov (sodík) j e p ř e v á d ě n do rozváděči ikomory 2. Potrubím 4 p r o u d í do článku přehříváku 3 a odtud p o t r u b í m 4 do č l á n k u vloženého r e k u p e r a č n í h o výměníku a dále potrubím 4 do článku výparníku B a dohříváku 7. Potrubím 4 je sodík veden zpět do článku vloženého r e k u p e r a č n í h o vým ě n í k u 5. Odtud je p o t r u b í m 4 veden do s b ě r n é komory 8 a odváděn z parogenerátoPŘEDMĚT
1. P a r o g e n e r á t o r s oběhem teplonosného média, zvláště tekutého kovu, vyznačený tím, že do oběhu je vložen r e k u p e r a č n í výměník (5), propojený do výparníku (6) a dohříváku (17).
r u potrubím 9. V nejnižší části p a r o g e n e r á toru je proveden odvod 15 sodíku. Voda 16 je přiváděna do p a r o g e n e r á t o r u potrubím 10 a p ř e h ř á t á p á r a 17 je odváděna z parogen e r á t o r u potrubím 11. Články p ř e h ř í v á k u 3, vloženého do r e k u p e r a č n í h o výměníku 5, výp a r n í k u 6, dohříváku 7, jsou typu t r u b k a v trubce, vnitřní svazek tvoří 19 t r u b e k . Montážní bloky jsou uloženy n a n o s n é k o n s t r u k ci p a r o g e n e r á t o r u 14. VYNÁLEZU
2. P a r o g e n e r á t o r podle bodu 1 vyznačený tím, že r e k u p e r a č n í výměník (5) je o p a t ř e n obtokem (12).
2 listy výkresů
sovarogrsfia, n. p., pravouvna 32, Mou
15 2 3 4 7
"H
H
°r r ' ~T
4
\.J u Ä
JO o
T Ri
1
Z
1
204B2
/ 2 j
r ^ r s lo,. 4
5
/
10 A :i>
z WT z _T
S
7T
Obr. 4
14
