Szekunder köri főberendezések

Szekunder köri főberendezések Atomerőművek Dr. Aszódi Attila, Boros Ildikó, BME NTI 2017

Tartalom • Primer köri főberendezések • Szekunder köri főberendezések – – – –

2015. 03. 03.

Főgőz rendszer Turbógenerátor Kondenzátor Tápvíz-rendszer

Aszódi A.: Atomerőművek

2

Szekunder köri főberendezések

2015. 03. 03.


3

Szekunder kör • Szekunder kör fő rendszerei: –Főgőzrendszer • Főgőzvezeték • Turbina (NNY, gőzszeparátor / újrahevítő, KNY) • Kondenzátor

–Kondenzátum / tápvíz rendszer • Kondenzátor • Víztisztító (különben a GFben rakódik le a szennyeződés) • Előmelegítők 2015. 03. 03.

Tipikus PWR szekunder kör Forrás: NRC


4

Szekunder kör • Szekunder kör további fontosabb rendszerei: – Üzemzavari tápvíz rendszer – Kiegészítő üzemzavari tápvíz rendszer – Lehűtő rendszer – Háziüzemi gőzrendszer – Sótalanvíz rendszer – Kondenzátor hűtővízrendszer

2015. 03. 03.


5

2015. 03. 03.

KNYT

NNYT

VVER-440 szekunder köri hőkörfolyamat


6

Szekunder köri főberendezések – VVER-440 123 bar 325 °C

1,7 bar, 240 °C, 0%

46 bar, 260 °C 450 t/h, 0,25%

TK Gőzfejlesztő

CSTH

297 °C 2 bar 135 °C 12%

267 °C 7000 t/h FKSZ

FET

230 MW Turbina KNY ház

Turbina NNY ház

Reaktor

Generátor 30 mbar

1375 MW

Turbina kondenzátor Fűtőgőz

Kondenzátor 25 °C zsomp

Fűtőgőz

Paks, VVER-440 Forrás: PA

Fűtőgőz

Főkondenzátum szivattyú

Táptartály 22 bar

164 °C, 6 bar 222 °C

148 °C

NNYE Csapadékelvezetés 2015. 03. 03.

12 °C Dunavíz 20 °C 44000 m3/h

Tápszivattyú 72 bar Aszódi A.: Atomerőművek

KNYE Csapadékelvezetés 7

Szekunder köri főberendezések Gőzfejlesztő

2015. 03. 03.


8

Gőzfejlesztő

Gőzfejlesztők lehetséges elvi kapcsolásai Forrás: Margulova - Atomerőművek

• Gőzfejlesztő feladata: – szekunder oldali víz forralása primer köri hűtőközeggel. – hermetikusan elválasztja a radioaktív primer kört a szekunder körtől, így azonos mértékben tartozik mindkét körhöz.

• Működési elve: – a.) különálló, hidegági primer hűtőközeggel fűtött előmelegítővel és túlhevítővel – b.) gyakorlati megvalósítás PWR-eknél (VVER-eknél); – c.) GF különálló előmelegítővel 2015. 03. 03.

b.) A belépő tápvíz összekeveredik a GF szekunder oldali gőz-víz keverékkel, és bizonyos mennyiségű gőz kondenzálásával felmelegszik a GF nyomásának megfelelő telítési hőmérsékletre. min értékre gazdasági optimum adódik: ∆TGF min ∆TGF ↑ ⇒ szükséges GF hőátadó felület ↓ ⇒ GF ára ↓, de min ∆TGF ↑ ⇒ pGF ↓ ⇒ a blokk hatásfoka ↓


9

Gőzfejlesztő • Követelmények – Határfelület a primer és szekunder oldal között! – Áramlási mező megtervezése • Ne legyenek pangó térrészek (szennyeződések felhalmozódása) • Ne legyen áramlás keltette rezgés

– – – – –

Hőátadó cső hozzáférhető legyen (vizsgálatokhoz, karbantartáshoz) Monitorozás (pH és oxigén-koncentráció, szennyeződések, vízüzem) Vízüzemi követelmények Megfelelő szivárgás-detektálás Kavitáció, rétegződés elkerülése

• PWR: álló gőzfejlesztők • VVER: fekvő GF 2015. 03. 03.


10

Forrás: NAÜ

PWR álló gőzfejlesztő • Babcock&Wilcox egyutas gőzfejlesztő túlhevítővel • Egyenes hőátadó csövek • Primer köri hűtőközeg belépés felül, kilépés alul • Két vastag vízszintes sík csőfal • Kialakítás miatt cső meghibásodás kevesebb

2015. 03. 03.


11/71

PWR álló gőzfejlesztő

Forrás: Dr. Ősz János: Gőzfejlesztők vízüzeme (előadás, 2011. Atomerőművek)

• • • • •

Tipikus PWR gőzfejlesztő U-csöves hőátadó felületű Primer közeg ki- és belépés alul nyomottvíz-telített gőz hőcserélők a víztükör felületen viszonylag egyenletes gőzkilépés, de nagyobb gőzsebességek, ezért nagyobb cseppelragadás, • kétfokozatú cseppleválasztó – Centrifugális nedvességszeparátor + kampós terelőlemezek

• 99,5% gőztartalom 2015. 03. 03.


12/71

PWR álló gőzfejlesztő

Forrás: Korea Atomic Energy Reseach Institute Nuclear Training Center http://www.kntc.re.kr/openlec/nuc/NPRT/

GF lemezes gőzszeparátor

GF centrifugális gőzszeparátor

2015. 03. 03.


13/71

Gőzfejlesztő – EPR • • •

24 m magas! 99,75%-os gőz Axiális tápvízelőmelegítő

• • • • •

Tömege 520 t Tápvíz hőmérséklet: 230°C Főgőz-áram 2,443 kg/s Főgőz-hőmérséklet: 293°C Főgőz telítési nyomás: 78 bar

2015. 03. 03.

Forrás: Areva


14

Gőzfejlesztő – VVER-440 Forrás: PA

2015. 03. 03.


15

Gőzfejlesztő – VVER-440 Forrás: PA

• GF jellemzői: – keverő tápvízelőmelegítő zóna, – alacsony a kilépő gőzsebesség a „víztükrön” keresztül (Paks: 0,1-0,5 m/s), – egyfokozatú, zsalus cseppleválasztó, – a csőköteg felett kicsi a vízszint – a gőzfejlesztő alján, ahova kiülepszik a korróziótermék iszap, nincs hőátadó cső, – a primer kollektorok felülről nyithatóak. 2015. 03. 03.


16

Gőzfejlesztő – VVER-440 • GF műszaki paraméterei (Paks): – – – – – – – – – –

2015. 03. 03.

L ≈ 12 m D≈3m Fűtőcsövek száma: 5536 db Fűtőcsövek mérete: ∅16 x 1,4 mm U acélcső Gőztermelés: 450 t/h Gőz nyomása: 46 bar Gőz hőmérséklete: 260 °C Gőz nedvesség tartalma: 0,25 % Gőztér térfogata: 30 m3 Víztér térfogata: 40 m3

Szekunder oldali vízfelszín Forrás: Kristóf G., Ősz J., Nukleon


17

Gőzfejlesztő


Fekvő és álló GF-k közötti eltérések • Álló GF:

• Fekvő GF:

– 600-1000 mm vastag csőfalba behengerelt, később berobbantott, és primerköri oldalról körbehegesztett, függőleges U-csöves konstrukció; – konvektív ellenáramú tápvízelőmelegítő zóna; – a kisebb víztükör • • • •

• • • •

egyenletesebb gőzkilépés, nagyobb gőzsebesség, nagyobb cseppelragadás, többfokozatú cseppleválasztás szükséges,

– magasabb átlagos hőátviteli tényező [6,7 – 8,5 kW/(m2⋅K)], – hőátadó csövek anyaga: króm-nikkel ötvözet, – a betöményedő szennyező anyagok kiülepedése döntő részben a csőfalon!!

2015. 03. 03.

– 70 (130)-200 mm vastag gyűrűbe, a kollektorcső falának teljes hosszán berobbantott, újabban behengerelt, és primerköri oldalról körbehegesztett, vízszintes U-csöves konstrukció, – keverő tápvízelőmelegítő zóna, – nagyobb víztükör egyenetlen gőzkilépés, kisebb gőzsebesség, kisebb cseppelragadás, egyfokozatú cseppleválasztás,

– VVER-440 GF: alacsonyabb átlagos hőátviteli tényező [4,7 kW/(m2⋅K)], – VVER-1000 GF-nél az átlagos hőátviteli tényező ∼6,1 kW/(m2⋅K), – hőátadó csövek anyaga: rozsdamentes ausztenites acél, – a betöményedő szennyező anyagok kiülepedése döntő részben a tartály fenekén.


18

GF tervezési követelmények


• A gőzfejlesztők megbízhatóságát – a konstrukció, – a szerkezeti anyag és – a vízkémia harmóniája biztosítja.

• Adott konstrukció és szerkezeti anyag mellett (üzemelő GF) meghatározó a vízkémia. • Követelmények: – Konstrukció: ne legyenek nagy feszültségű elemek, holt áramlási zónák, rendezetlen áramlások, egyenetlen eloszlások és nagy hőáram-sűrűségű felületek. – Szerkezeti anyag: átlagos korróziósebessége minél kisebb legyen, és ne legyen érzékeny a lokális korrózióra. – Vízkémia: a szennyezőanyagok koncentrációja minimális legyen, és az adagolt kondicionáló vegyszerek a választott szerkezeti anyagok minimális korrózióját eredményezzék 2015. 03. 03.


19/71

GF konstrukció: fő jellemzők


VVER-440

VVER-1000

PWR

Típus

Fekvő, kollektor-cső kapcsolat keverő TE

Fekvő, kollektor-cső kapcsolat keverő TE

Álló, csőfal-cső kapcsolat felületi TE

Hőátviteli tényező [kW/m2K]

4,7

6,1

6,7-8,5

Cirkulációs szám

4-6

1,5-1,9

3-6

Cirkulációs szám (k): a gőzfejlesztő szakaszba belépő víz és gőz keverék tömegáramának és az onnan kilépő gőz tömegáramának a hányadosa Természetes cirkulációnál k=4-30, kényszercirkulációnál k=1,5-10. A konstrukciós eltérések mellett további jelentős eltérést eredményez a hőátadó csövek szerkezeti anyaga: - PWR atomerőművek gőzfejlesztőinél króm-nikkel ötvözet, az alkalmazás sorrendjében: Inconel 600, Inconel 690, Incoloy 800; - VVER atomerőművek gőzfejlesztőinél kizárólagosan rozsdamentes ausztenites acél: 08H18N10T. Az egyéb elemek szerkezeti anyagaiban nem jelentősek az eltérések: - köpeny: szénacél, PWR gőzfejlesztőknél általában króm-nikkel ötvözettel, rozsdamentes acéllal, - VVER-nél esetenként rozsdamentes acéllal plattírozva; - csőtartó lemez: szénacél vagy rozsdamentes acél mindkét típusnál. 2015. 03. 03.


20/71

GF-k összehasonlítása


• A primer- és szekunderkör közti gát – PWR: 600-1000 mm csőfal, – VVER: 80-130 mm gyűrű, ezért a PWR megbízhatóbb, mint a VVER (VVER-1000 nagyszámú gátszakadásai alátámasztják). • A hőátvitel intenzitása 20-30 %-kal nagyobb a PWR-ben, mint a VVER-ben. • A VVER-1000 cirkulációja közelebb áll a kényszerátáramlásúhoz, míg a VVER-440 és PWR gőzfejlesztőké közel azonos, ezért a VVER-440 a folyamatok alapján közelebb áll a PWR-hez, mint a VVER-1000-hez. • A gőz szeparációja a VVER-ben egy, míg a PWR-ben kétfokozatú, ezért a kilépő gőz nedvesség-tartalma kisebb a PWR-ben, mint a VVER-ben.

2015. 03. 03.


21/71

Hő- és anyagátvitel


• A gőzfejlesztőkben kizárólag buborékos forrás nagy térfogatban (primerköri hűtővíz lehűl, szekunderköri munkaközeg elgőzölög). • A hőátadó cső polírozott („sima” felület), érzékeny a lerakódásra. – PA-ben qmax<230 kW/m2, mégis jelentős mértékű diszperz vas korróziótermék lerakódás volt.

• Tápvíz-előmelegítő zóna: – felületi (PWR), – keverő (VVER).

2015. 03. 03.


22/71

Konstrukciós hibák: PWR

2015. 03. 03.



23/71

Konstrukciós hibák: VVER


• A tápvíz-elosztó helye a melegoldali csőkötegben (mérsékelte a gőztermelés egyenlőtlenségét, de elősegítette a diszperz korróziótermékek lerakódását a keverő tápvízelőmelegítő zónában). • A tápvíz-elosztó Szt20 anyagminősége (acél) lehetővé tette eróziós-korróziós elhasználódásukat.

2015. 03. 03.


24/71

Konstrukciós hibák


• Tápvíz-elosztók cseréje (minden GF-ben): – ausztenites acélból, – csőköteg fölé (a régi bennmaradt), melynek következménye a cirkuláció megváltozása.

2015. 03. 03.


25/71

Konstrukciós hibák - VVER


• Nem hatékony a GF-k leiszapolása diszperz korróziótermékekre. Számos átalakítás, annak ellenére, hogy a felhalmozódási helyüket nem ismerjük (különösen az új tápvíz-elosztónál). • Eltérő leiszapolás szükséges (hely, tömegáram) az oldott ionokra és a diszperz korróziótermékekre! (felismerés megvan, honnan történjen az elvétel). • Leiszapolási stratégia módosítás és vezeték méret bővítések (VVER-1000-nél)

2015. 03. 03.


26/71


Konstrukciós rések - VVER 16

• Potenciális veszélyforrás a kialakuló lokális környezettel (holt áramlási zónák). • A VVER-440 GF-ben 7x2x5536=77.504 db rés Felismerése megtörtént, az újabb VVER-1000 GF-eknél kimetszett lemezek. • Réskorrózió: Ha a korróziótermékek a résekben lerakódnak, vagy iszap formájában felhalmozódnak, ezekben a résekben, pórusokban a feszültségkorróziós aktivátorok koncentrálódhatnak.

2015. 03. 03.


29,5

5

24

PA geometriai rés

VVER-1000 geometriai rés

3

27/71

Geometriai rések (új PWR GF)

2015. 03. 03.



28/71

2. Szerkezeti anyag


Anyagminőség

VVER

PWR

Hőátadó csövek

08H18N10T 08H18N12T (ausztenites acél)

Inconel-600, -690, (króm-nikkel ötvözet) Incolloy-800

Csőfal-kollektor

08H18N10T 10GN2MFA (gyengén ötvözött acél -1000)

gyengén ötvözött acél mindkét oldalról csőanyagminőséggel plattírozva

Feszültségkorróziós hajlam

transzkrisztallin

interkrisztallin (Inconel600) minimális (Incolloy-800)

Jellemző feszültségkorróziós helyek

csőmegfogások alatt kollektor-cső megfogás környezete (-1000)

csőfal-cső közti rés csőmegfogások környezete

Kristályszerkezeti korrózió megjelenési formái repedésszerű jelleget mutatnak. − Transzkrisztallin korrózió: a korróziós repedések az egyes szemcséken keresztül haladnak. − Interkrisztallin (kristályhatármenti) korrózió: a szemcsehatárok mentén hálószerűen kialakuló korróziós károsodás. 2015. 03. 03.


29/71

Gőzfejlesztő-cserék • • •

• •

PWR tervezési filozófia része a GF esetleges cseréje VVER-nél gazdaságilag nem életképes megoldás Jellemző PWR meghibásodási folyamatok: kristályközi stressz-korrózió (csőmeghibásodások 60-80%-a), súrlódási korrózió és lyukkorrózió (15-20%), többi mechanikai károsodás Hőátadó cső dugózásokkal csökken a megengedett hőteljesítmény Lehetséges megoldások: – – –

• • • •

GF-csere a TMI-1-ben (2009), forrás: WNN

Hőátadó csövek eltávolítása, újracsövezés – nagy dózisok, hosszú állásidő -> nem alkalmazzák GF alsó részének eltávolítása, újra cserélése – pl. Turkey Point (1981!) Teljes csere

Új, optimalizált típusok (több rögzítés a rezgések elkerülésére, anyagválasztás, áramlási viszonyok megváltoztatása a pangó áramlások elkerülésére) Mostanra a 69 amerikai PWR közül 57-ben volt GF-csere (és a többiben is lesz) GF csere gyorsasági rekordot a franciák tartják: 1996-ban 33 nap alatt cseréltek 3 GF-et a Gravelines 2-n. Összehasonlításként: az első amerikai GF-cserék majdnem egy évig tartottak. Franciák az összes GF-üket cserélik, az EDF 44 db-ot rendelt a következő 3-4 évre.

2015. 03. 03.


30

GF-csere a St. Lucie atomerőműben (USA) • USA, Florida • Ikerblokkos PWR (indult: 1976, 1983), 2x1000 MW Combustion Enginering típus • 2003-ban kapott engedélyt az üzemidőhosszabbításra (2036, 2042-ig) • Gőzfejlesztő-cserék: 1997, 2007

Forrás: Aszódi A., 2006

Az új GF-ek a 2. blokknál (Forrás: FPL) 2015. 03. 03.


31

GF-csere a San Onofre atomerőműben (USA) • San Onofre NPP • 1. blokk: 1968-1992 – Nagyrészt leszerelve (reaktortartály is)

• 2. blokk: 1983-tól (1170 MW) • 3. blokk: 1984-től (1170 MW) • Gőzfejlesztő-cserék – 2004-ben a Mitsubishi kapott megbízást az új GF-ekre (2 GF/blokk) – 2. blokki GF-et 2010 közepén telepítették, 3. blokkit 2011 elején.

2015. 03. 03.


32

GF-csere a San Onofre atomerőműben (USA) • • • • • •

•

2012. január: 2. blokk leállítás karbantartásra (egy kampány a GF csere óta) Az egyik GF-ben 2 csövön kopás a távtartó miatt. Másik GF-ben szintén 2 ilyen kopás + 2 a rezgéscsillapító rács miatt. Ezek mellett 94 ill. 98 csövet kellett ledugózni (egy GF-ben 9727 U-cső), kopási indikációk viszont több mint 1600 csövön 2012. január végén 3. blokkon primer-szekunder folyás (kisebb a korlátnál, de leállították a blokkot) GF vizsgálata egy csőnél igazolt szivárgást A 3. blokki GF-ek örvényáramos vizsgálata nem várt kopásokat mutatott (hasonló helyeken, mint a 2. blokknál), valamint cső-cső érintkezés miatti kopást is (56 ill. 73 csőnél), indikációk >1800 csövön A blokkok 2012 januárja óta állnak – –

2. blokk: tervezett újraindítás 70%-on 2013 közepén 3. blokk: 2012 augusztusban üzemanyag kirakva.

•

2013 június: bejelentették a 2. és 3. blokk végleges leállítását

•

Az eddigi vizsgálatok szerint a szállító MHI hibázott a számítógépes tervezés során (a valósnál kisebb számított termohidraulikai paraméterek) és a gyártás során is (rezgéscsökkentő rácsok nem elég hatékonyak). Emiatt jelentős rezgés lépett fel üzem közben.

2015. 03. 03.


33

GF-csere a San Onofre atomerőműben (USA)

Forrás: NRC

2015. 03. 03.


34

Szekunder köri főberendezések Főgőzrendszer

2015. 03. 03.


35

Főgőzrendszer – VVER-440 • Feladatai: –

–

–

–

GF-ek és turbinák közötti összeköttetés megteremtése, hő elvezetése szükség esetén biztosítja a háziüzemi gőzrendszerek megtáplálását, részt vesz a blokk lehűtésében és felfűtésében. Nyomáskorlátozás, hőelvezetés üzemzavari helyzetben

Főgőzrendszer 123 bar 325 °C

1,7 bar, 240 °C, 0%

46 bar, 260 °C 450 t/h, 0,25%

TK Gőzfejlesztő

CSTH

297 °C 2 bar 135 °C 12%

267 °C 7000 t/h FKSZ

FET


Turbina NNY ház

Reaktor

Generátor 30 mbar

1375 MW

Turbina kondenzátor

12 °C Dunavíz 20 °C 44000 m3/h

Fűtőgőz 25 °C Fűtőgőz

Fűtőgőz


Táptartály 22 bar

164 °C, 6 bar 222 °C

148 °C

NNYE Csapadékelvezetés

Tápszivattyú 72 bar

KNYE Csapadékelvezetés

VVER-440 főgőzrendszer 2015. 03. 03.


36

Főgőzrendszer – VVER-440 •

Részei: – –

–

–

–

– –

Főgőz vezeték a spec. 6. GF 5. GF 4. GF 3. GF 2. GF 1. GF HERMETIKUS TÉR falátvezetésekkel, GF-enként 2 db légvezérlésű biztonsági szelep, 6. gőzvezeték 4. gőzvezeték 2. gőzvezeték 5. gőzvezeték 3. gőzvezeték 1. gőzvezeték SZEKUNDERKÖR (gépház) Gőzfejlesztő a szétszakaszolható biztonsági szelepek főgőzkollektor a 5 bar-os 7 bar-os 7 bar-os 5 bar-os nyomás redukáló redukálók redukálók redukáló Atmoszférába kiegyenlítéshez, Gőzvezeték redukálók rockwell GF-t a Főgőz tolózár főgőzkollektorról Főgőz kollektor Főgőz kollektor leválasztó tolózárak TMK Szakaszoló tolózár rockwellek Tolózárak a turbinának a főgőzkollektorról való Lehűtő rendszer leválasztásához, Turbina gőz tolózár felé Kondenzátorba kondenzátorba Kondenzátorba redukálók redukálók redukáló (KR) Gőz a páratlan számú turbinára Gőz a páros számú turbinára atmoszférába redukáló (AR) – 5 bar-os redukáló (blokk indítás, tömszelence zárógőz, vákuum rendszer gőzsugár szivattyúi, fűtési rendszerek) háziüzemi gőzrendszer – 7 bar-os redukáló (táptartály fűtés) Forrás: PA

2015. 03. 03.


37

Főgőzrendszer – VVER-440

Forrás: PA tányérrugó

• Túlnyomásvédelmi rendszerek (pneumatikus pótterheléssel ellátott rugós biztonsági szelepek): – GF-enként 2 biztonsági szelep (Nyitás: 56,5 ill. 57,5 bar, max. 2*300 t/h)

diferenciál dugattyú

záró levegő emelő levegő

zárótest

• Feladat: a gőzfejlesztők köpenyterének védelme • egyes üzemzavari szituációkban lehetővé teszik a primerkörben keletkező hő elvonását

gőz belépés

– kondenzátorba redukáló (KR), 2 db/turbina (Nyitás: 48,6 bar, max. 400 t/h) • Feladat: a főgőzkollektor nyomásának korlátozása – turbina kieséskor, teherledobáskor, a primerköri hőelvonás biztosítása a blokkleállítás és blokkindítás egyes szakaszaiban – A gőzlefúvatás a turbina kondenzátorba történik.

záró levegő emelő levegő

– atmoszférába redukáló (AR), 1 db/turbina (Nyitás: 52,6 bar, max. 200 t/h) • Feladat: üzemzavari szituációban a főgőzkollektor túlzott mértékű nyomásemelkedésének megakadályozása a gőz szabadba történő lefúvatásával.

gőz kilépés

gőz belépés

– A gőzlefúvatás az atmoszférába történik.

• Egy atmoszférába redukálóval maximálisan lefúvatható gőzmennyiség 200 t/h. 2015. 03. 03.


GF biztonsági szelep működése

38

Főgőzrendszer – VVER-440 • Főgőzrendszer kapcsolata a NNY turbinával: – A gőzvezetékekbe gyorszárak és szabályzó szelepek vannak beépítve. – A gyorszárak a turbina fő gőzelzáró szerelvényei. Feladatuk a turbinába érkező gőz gyors (0,3 s alatti) elzárása. – A turbinába áramló gőz mennyiségének szabályozását a gyorszárak után beépített szabályzó szelepek végzik. A szelepek a gőzáram változtatásán keresztül üresjáraton a turbina fordulatszámát, szinkronüzemben a teljesítményét változtatják. – A két középső gyorszár és szabályzó szelep közül egy vezeték ágazik le a cseppleválasztó túlhevítő II. fokozat fűtésére. Forrás: PA

Turbia gőztolózárak

Fűtőgőz a CSTH II. fokozathoz Turbina kisnyomású ház felé

Gőz a főgőz rendszertől

Nagynyomású ház

Turbina gyorszárak 2015. 03. 03.


Turbina szabályzó szelepek

Turbina kisnyomású ház felé 39

Szekunder köri főberendezések Turbina

2015. 03. 03.


40

Turbina – VVER-440 Turbina + Generátor

• Feladatai: –

– –

GF-ben termelt gőz hő- és mozgási energiájának mechanikai forgómozgássá alakítása Turbina + Generátor = Turbogenerátor Egy blokkon 2 turbina

123 bar 325 °C

1,7 bar, 240 °C, 0%

46 bar, 260 °C 450 t/h, 0,25%

TK Gőzfejlesztő

CSTH

297 °C 2 bar 135 °C 12%

267 °C 7000 t/h FKSZ

FET


Turbina NNY ház

Reaktor

Generátor 30 mbar

1375 MW


12 °C Dunavíz 20 °C 44000 m3/h


Fűtőgőz


Táptartály 22 bar

164 °C, 6 bar 222 °C

148 °C


2015. 03. 03.




41

Turbina •

Nedvesgőz turbinák sajátosságai: – – – –

nagy egységteljesítmény, mérsékelt frissgőznyomás és -hőmérséklet, telített frissgőz, kis hőesés, nagy fajlagos gőzfogyasztás, nagy gépméret és géptömeg, általában alacsony (1500 fordulat/perc) fordulatszám. •

Nedvesség csökkentés módszerei: • turbinán belüli cseppleválasztás: tápvízelőmelegítő megcsapolások, KNY ház utolsó fokozat elszívás • turbinán kívüli cseppleválasztás: cseppleválasztó és túlhevítő, gőzvezetéken könyökszeparátor.

– Lapáterózió csökkentése: • álló- és a forgólapátok közötti axiális rés növelésével (a nagyobb cseppek szétaprózódnak), • Különleges lapátanyagok, korrózióálló acélok, titánötvözetek, nagykeménységű keményfém betétek felhegesztése, hőkezelés stb.

2015. 03. 03.


42

Turbina – VVER-440

"Frissgőz" belépés

Állólapát

Turbinaház (állórész)

Futólapát

• Felépítés: – Turbinaház → állórész • gőzbevezetés és az elvezetés (megcsapolás, és kiömlőcsonk) vezetékei • vízszintesen, a középvonal síkjánál osztott • alsó és felsőházra

Turbina tengely (forgórész)

– Turbina tengely → forgórész. – Az álló lapátok a gőz áramlási sebességét megnövelik, és megfelelő szögben a futólapátokra vezessék. – A futólapátok pedig a gőz mozgási energiáját mechanikai munkává alakítják át. – A turbinában az álló és a futólapát sorok felváltva követik egymást. Egy álló és egy futó lapátsort együttesen fokozatnak nevezünk.

Megcsapolások Munkátvégzett gőz kilépés Impulzuserő

Gőz belépés a fokozatba

Gőz kilépés a fokozatból

Állólapátok

2015. 03. 03.


Futólapátok

43

Turbina – VVER-440 •

Műszaki paraméterek: – – – –

2015. 03. 03.

Üzemi gőznyelés: 1350 t/h Üzemi fordulatszám: 3000 f/perc Üzemi teljesítmény: 230 MW Nedvesgőz turbina


44

Turbina – VVER-440 • NNY turbina: 6 fokozat • KNY turbina: 2*5 fokozat • Kapcsolódó berendezések: – CSTH – Megcsapolások – KVSZ (kényszerzárású visszacsapó szelepek) – Tengelyvég tömítések – Gyorszárak, szabályozó szelepek

A turbina nagynyomású forgórésze

A turbina kisnyomású forgórésze a megbontott turbinaházban 2015. 03. 03.


Forrás: PA

45

Turbina - EPR

Gross electrical output 1,720 MWe Net electrical output 1,600 MWe Main steam pressure (HP turbine) 75.5 bar Main steam temperature 290°C Steam flow 2,443 kg/s Rated speed 1,500 r.p.m. HP turbine 1 LP turbine 3 Length of turbine-generator rotor train 68 m Forrás: Areva 2015. 03. 03.


46

Alstom Arabelle turbina • Az üzemelő atomerőművek 30%ában Alstom turbina • Arabelle: gőzturbina 900-1900 MW teljesítménnyel (legnagyobb üzemelő: 1550 MW, legnagyobb épülő: 1750 MW) – Különböző lapát-átmérők az utolsó fokozatra (max. 1,75 m lapáthossz) – 50/60 Hz frekvencia – 2/3/4 kisnyomású házas kivitel – > 37% hatásfok

• Egyáramú közepes nyomású turbinaház (IP) a nedvességszeparátor-újrahevítő után Forrás: Alstom 2015. 03. 03.


47

Alstom Arabelle turbina • Turbinacsoport – hossza: 37,5 m – Tömege: 1880 t

• Üzemi nyomás: – 68 bar frissgőz nyomás – 10,43 bar HP kilépő nyomás – 3,4 bar IP kilépő nyomás

Forrás: Alstom

2015. 03. 03.


48

Alstom Arabelle turbina • Referencia-erőművek – 26 most épülő blokkon lesz Arabelle turbina – Kapcsolható EPR, ABWR, VVER, AP1000 blokkokhoz

• Balti atomerőmű (VVER-1200!) – Alstom-Atomenergomash közös vállalat – Teljes turbinasziget (MSR, kondenzátor, tápvíz-előmelegítők)

• Flamanville-3 – A legnagyobb teljesítmény turbógenerátor a világon

2015. 03. 03.


Turbinák szállítói az üzemelő atomerőművekben (balra) Referenciablokkok Alstom turbinákhoz (jobbra) Forrás: Alstom

49

Siemens SST5-9000 turbina

A turbina-gépcsoport térbeli elrendezése Forrás: Siemens

• • • •

Teljesítmény: 1000-1900 MW-ig Gőz hőmérséklet: 300 oC-ig Gőznyomás: 80 bar-ig 4- vagy 6-áramú kisnyomású rész (2/3 ikeráramú ház) • 4 pólusú, 1500 rpm fordulatú turbógenerátor • Függőleges MSR • Utolsó fokozat lapáthossz: 1,83 m Forrás: Siemens

2015. 03. 03.


50

Siemens SST5-9000 turbina

Tengelyre zsugorított rotor gyártás Forrás: Siemens

• Speciális LP rotor rögzítés: tengelyre zsugorítás – Feszültségkorrózió csökkentése

• Alkalmazható: CPR1000, VVER, AP1000, EPR • Referencia atomerőművek:

Forrás: Siemens

– Yangjiang CPR, Kína – Olkiluoto-3 EPR, Finnország

2015. 03. 03.


51

Szekunder köri főberendezések Cseppleválasztó túlhevítő

2015. 03. 03.


52

Szekunder köri főberendezések – CSTH 1. Cseppleválasztó túlhevítő

• Feladatai:

123 bar 325 °C

a turbina nagynyomású házból kilépő, és a kisnyomású ház felé áramló gőz nedvesség tartalmának leválasztása, majd két fokozatban történő újrahevítése.

• NNY turbinából kilépő gőz nedvességtartalma 12% • Felépítése: – –

2015. 03. 03.

Két párhuzamos átömlő vezeték Elő leválasztó berendezések (cső és könyök szeparátor)

1,7 bar, 240 °C, 0%

46 bar, 260 °C 450 t/h, 0,25%

TK Gőzfejlesztő

CSTH

297 °C 2 bar 135 °C 12%

267 °C 7000 t/h FKSZ

FET


Turbina NNY ház

Reaktor

Generátor 30 mbar

1375 MW


12 °C Dunavíz 20 °C 44000 m3/h


Fűtőgőz


Táptartály 22 bar

164 °C, 6 bar 222 °C

148 °C





53

Szekunder köri főberendezések – CSTH 2. Forrás: Csom-Aszódi:SSIM elméleti össszefoglaló

• Működése: – hengeres nyomástartó edény • cseppleválasztó szerkezet (felül) – mechanikus szeparáció • túlhevítő I: fokozat (alul a palást mentén) • túlhevítő II. fokozat (alul középen)

– túlhevítő egységek: hatszög alakú kazetták – ezekben hosszanti irányban bordázott hőátadó csövek – fűtőgőz a kazetták felső részén jut a hőátadó csövek belsejébe – lefelé áramolva hőjét átadja a csövek külső felületén áramló gőznek, közben lekondenzál

A NNY házból kilépő gőz nedvességtartalma A CSTH-ba belépő gőz hőmérséklete A CSTH-ból kilépő gőz nedvességtartalma A CSTH-ból kilépő gőz hőmérséklete 2015. 03. 03.

12 % 135 °C 0,0 % 240 °C Aszódi A.: Atomerőművek

54

CSTH - KSNP Forrás: KAERI

2015. 03. 03.


55

Szekunder köri főberendezések Főkondenzátum rendszer

2015. 03. 03.


56

Főkondenzátum rendszer • Feladatai: –

–

a turbina kisnyomású házból távozó gőz fogadása és lekondenzálása a kondenzátorban. A keletkezett csapadék előmelegítése és táptartályba juttatása a kisnyomású előmelegítőkön keresztül, a fenti fő feladatokon túlmenően, a rendszer működtető, munka, és hűtővizet szolgáltat különböző primer és szekunderköri berendezésekhez.

123 bar 325 °C TK

Gőzfejlesztő

CSTH

297 °C 2 bar 135 °C 12%

267 °C 7000 t/h FKSZ

FET


Turbina NNY ház

Reaktor

Generátor 30 mbar

1375 MW


12 °C Dunavíz 20 °C 44000 m3/h


Fűtőgőz


Táptartály 22 bar

164 °C, 6 bar 222 °C

148 °C


2015. 03. 03.

1,7 bar, 240 °C, 0%

46 bar, 260 °C 450 t/h, 0,25%


Főkondenzátum rendszer, VVER-440 Aszódi A.: Atomerőművek


57

Főkondenzátum rendszer – VVER-440 • Felépítése: – – –

•

•

–

–

Elektromágneses szűrő a korróziós termékek kiszűrésére, 2 db kevertágyas ioncserélő (ezek ma nem üzemelnek);

Háromútú kondenzátor szintszabályzó szelep; Kisnyomású előmelegítők •

2015. 03. 03.

Forrás: Csom-Aszódi:SSIM elméleti össszefoglaló

Kondenzátor; Főkondenzátum szivattyú; Teljesáramú kondenztisztító (TKT)

Fűtőgőz turbinamegcsapolásból


58

Kondenzátor – VVER-440

Forrás: PA Gőz a kisnyomású turbina házból

• Kondenzátor felépítése: – –

–

–

–

–

két félkondenzátor a kisnyomású turbinaházak alatt A félkondenzátorok gőztere egy átkötésen keresztül össze van kapcsolva, hűtővíz oldalon viszont két külön, független egység. Függőleges elosztású kétjáratú hőcserélő: a hűtővíz az egyik járaton belép, a kondenzátor végén a fordító kamrában megfordul, majd a másik járaton távozik. A hűtőközegnek használt Duna víz a hőátadó csövek belsejében áramlik, a gőz kondenzálása a csövek külső felületén megy végbe. A lekondenzálódott víz zsompban gyűlik össze, ahonnan a vizet a főkondenzátum szivattyú juttatja el a KNY előmelegítők felé. KNY előmelegítő: főkondenzátum felmelegítése ~146 °C hőmérsékletig. •

2015. 03. 03.

oldalnézet

Kondenzátor zsomp Kondenzátor hűtővíz

Hőátadó csövek

Hűtővíz fordítókamra

Be Hűtővíz Ki

felülnézet

felmelegítés a turbináról megcsapolt gőzzel


59

Kondenzátor – VVER-440

Forrás: PA Gőz a kisnyomású turbina házból

Zsompvízszint szabályozás: – túl magas: eléri a hőátadó csöveket ⇒ romlik a kondenzátor hőátadása – túl alacsony: csökken a főkond. sziv. hozzáfolyása ⇒ kavitációveszély

oldalnézet

Kondenzátornyomás 30 mbar Kondenzátum hőmérséklet 25 °C A rendszer nyomás a főkondenz szivattyúk után 22 bar A főkondenzátum mennyiség (a szivattyúk után) 1000 t/h Kondenzátum hőmérséklet a KNYE-k után 148 °C

Kondenzátor zsomp Kondenzátor hűtővíz

Hőátadó csövek

Hűtővíz fordítókamra

Be Hűtővíz Ki

2015. 03. 03.


felülnézet

60

Kondenzátor • Atomerőművi kondenzátorok sajátosságai: – Turbina: nagy fajlagos gőzfogyasztás -> nagy kondenzátorok (50-70%kal nagyobbak, mint a hőerőművekben) – Méretezés: nagy mennyiségű redukált gőz fogadására is alkalmasak legyenek. (pl. üzemzavari szituációkban) – Az atomerőmű általában alaperőmű -> folyamatos, üzemközbeni tisztítási eljárások. 2015. 03. 03.

Forrás: PA

Kondenzátor tisztítás, VVER-440


61

Kondenzátor - EPR

Condenser Cooling surface 110,000 m2 Cooling medium sea water Cooling water flow 53 m3/s Vacuum at full load 24.7 mbar abs. Sea water temperature rise 12°C Forrás: Areva 2015. 03. 03.


62

Szekunder köri főberendezések Tápvíz rendszer

2015. 03. 03.


63

Tápvíz rendszer – VVER-440 Forrás: PA

• Feladatai: –

–

–

a táptartályokban tárolt tápvíz gőzfejlesztőkbe juttatása; a tápvíz előmelegítése a nagynyomású előmelegítőkön, részvétel a primerkör lehűtésében és felfűtésében.

123 bar 325 °C

1,7 bar, 240 °C, 0%

46 bar, 260 °C 450 t/h, 0,25%

TK Gőzfejlesztő

CSTH

297 °C 2 bar 135 °C 12%

267 °C 7000 t/h FKSZ

FET


Turbina NNY ház

Reaktor

Generátor 30 mbar

1375 MW


12 °C Dunavíz 20 °C 44000 m3/h


Fűtőgőz


Táptartály 22 bar

164 °C, 6 bar 222 °C

148 °C




Tápvíz rendszer 2015. 03. 03.


64

Tápvíz rendszer – VVER-440 Forrás: Csom-Aszódi:SSIM elméleti össszefoglaló

• Felépítés: – – – – – –

Gáztalanítós táptartály (GTT); tápvízszivattyú, 3 db NNY előmelegítő, tápvízkollektor, GF szintszabályozó szelepek, Üzemzavari tápvízszivattyúk (Üzemzavari tápvízszivattyúk: a nyomó oldalon az üzemi tápszivattyúktól eltérően, a nagynyomású előmelegítők megkerülésével kapcsolódnak a tápvízkollektorra, közvetlenül a tápfejek elé. A kollektorból tápfejeken át jut a víz a megfelelő gőzfejlesztőbe. A tápfejek feladata, a gőzfejlesztők szintszabályozása a blokk üzeme, illetve indítása és leállítása során.)

2015. 03. 03.


65

Tápvíz rendszer – VVER-440 • GTT működése: – termikus gáztalanítás • a vizet apró cseppekre, illetve sugarakra bontjuk, majd forráspontig hevítjük, • a forrásban lévő víz gázoldó képessége kicsi, így az elnyelt gázok felszabadulnak.

– – – –

a kondenzvíz melegszik, ezért a GTT egyben keverő előmelegítő is. KNYE felől érkező kondenzvíz a gáztalanító felső részén lép be, és csepegtető tálcákon folyik lefelé A fűtőgőz alul áramlik be, és a lecsepegő kondenzvízzel szemben áramlik. A gőz részben a telítési hőmérsékletig melegíti a vizet, részben a kiváló gázokat magával ragadja. Forrás: Csom-Aszódi:SSIM elméleti össszefoglaló

2015. 03. 03.


66

Tápvíz rendszer – VVER-440 • NNY előmelegítők: – – – –

–

–

2015. 03. 03.

a tápszivattyúktól érkező 164 °C-os tápvizet a turbinánként három, sorba kapcsolt előmelegítővel 221 °C-ra melegítik. Függőleges elrendezésű, kettős vízjáratú, felületi hőcserélő, a fűtőfelület felső része maga az előmelegítő, az alsó rész pedig a csapadék utóhűtő. A fűtőgőz az előmelegítőbe az edény felső részén lép be, majd terelőlemezekkel irányítottan a spirális csőkígyók felületére áramlik. A csapadékvíz az előmelegítő alsó részébe folyik, közben lehűl. A csapadékvíz elvezetése Forrás: Csom-Aszódi:SSIM elméleti össszefoglaló kaszkád módon, szabályozottan, állandó szinttartás mellett történik. Üzemzavari szintnövekedés esetén gyors és normál megkerülő útvonalon lehetőség nyílik az előmelegítő tápvíz oldali megkerülésére.


Tápvíz hőmérséklet a táptartályban 164 °C Tápvíz hőmérséklet a NNYE után 222 °C Tápszivattyú szállított mennyiség 740 t/h Tápszivattyúk nyomóoldali nyomása 72 bar

67

Szekunder köri főberendezések Üzemzavari, kiegészítő üzemzavari tápvízrendszer

2015. 03. 03.


68

Üzemzavari tápvízrendszer – VVER-440 • Feladata: A gőzfejlesztők tápvíz ellátásának biztosítása: – Az üzemi tápvíz rendszer meghibásodása esetén. – A blokk indítás - leállítás fázisában.

• Egy blokkhoz egy üzemzavari tápvízrendszer • A rendszer két üzemzavari tápszivattyúból, a hozzá kapcsolódó armatúrákból és vezetékekből áll. • Táptartályból, NNYE megkerülésével táplálnak be a GFekbe • Leállított reaktor remanens hő eltávolítására alkalmasak (65 t/h szivattyúnként)

2015. 03. 03.


69

Kiegészítő üzemzavari tápvízrendszer – VVER-440 • Feladata: A gőzfejlesztők tápvíz ellátása ha sem az üzemi, sem az üzemzavari tápszivattyúk nem tudják biztosítani a GF vízutánpótlását. • Külön rendszer, sótalanvíz tartályokból táplál be a GF-be • Sótalanvíz tartályok ikerblokkra közösek • Udvartéri csatlakozás 2. GF

4. GF

6. GF

HERMETIKUS TÉR

1. GF

3. GF

5. GF

KÜTR tápfejek

UDVARTÉR

Sótalnvíz tartály 1000 m3

PRIMERKÖR

KÜTR kollektor

kollektor szakaszolók

KÜTR kollektor

Sótalnvíz tartály 3

1000 m

(65 t/h)

Sótalnvíz tartály

Csatlakozás az ikerblokk KÜTR kollektorához

Kiegészítő üzemzavari tápszivattyúk

1000 m3

30 °C

Forrás: PA 2015. 03. 03.

Udvartéri csatlakozás


Az iker blokk KÜTR szivattyúihoz

70

Szekunder köri főberendezések

Recommend Documents