Влияние уровня воды в парогенераторе на вибрации главных паропроводов АЭС с ВВЭР–1000

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Эксплуатационные вибрации паропроводов на АЭС с ВВЭР-1000 типа В-320 наблюдались с самого начала эксплуатации данных блоков. Впервые она возникла на этапах освоения мощности 70-100% Nном энергоблока № 1 Запорожской АЭС и остается актуальной для всех последующих блоков данной серии (Хмельницкая АЭС, Балаковская АЭС, АЭС «Тимелин», Волгодонская АЭС).

Зафиксированные повышенные вибрации системы паропроводов свежего пара приводили к различным повреждениям (появлению свищей, обрыву вспомогательных трубопроводов обвязки арматуры и т.п.), а также обусловливали многократное снижение циклической прочности главных паропроводов и повышение вероятности их усталостного разрушения [1].

В эксплуатационных режимах вибрации возникают в ответвлениях к БРУ-А и провоцируют эксплуатационный износ арматуры БРУ-А. Анализ данных по вибросостоянию всех четырех паропроводов острого пара помещения А"820 (TX 50, 60, 70, 80) позволил сделать вывод о том, что наибольшим уровнем вибрации характеризуются вертикальные участки трубопроводов, подходящие к предохранительным клапанам ПГ. Доминирующей измеренной частотой вибрации является величина 46 Гц Данные, полученные экспериментальным путем на Волгодонской АЭС, хорошо коррелируют с данными, полученными расчетными методами на основе обследований трубопроводов АЭС «Темелин» [2].

Повышенный уровень вибраций, в указанных системах, является существенным недостатком вводимых в эксплуатацию АЭС, в том числе и поставляемых за рубеж. Ввиду этого, прогнозирование возникновения акустических резонансов и снижение уровней вибраций в главном паропроводе АЭС с ВВЭР-1000 является актуальной задачей.

Указанные динамические эффекты происходят в оборудовании, разрабатываемом различными организациями, т.к. парогенераторы проектирует ОАО «ОКБ Гидропресс», а главные паропроводы проектирует ОАО «Атомэнергопроет» и в силу этого выявление причин возникновения акустических резонансов в системе генерации и транспортировки пара и разработка методов их предотвращения не находит должного отражения в проектно-конструкторской документации.

Целью приведенного в данной статье анализа результатов измерений является выявление закономерностей при формировании спектральных характеристик измеряемых сигналов, а также выявление и исследование процессов, не предусмотренных проектной документацией, но влияющих на работоспособность и надежность оборудования системы главных паропроводов.

В подводящих трубопроводах (рис. 1) создаются волны давления, которые распространяются со скоростью звука. Это было подтверждено прямым измерением пульсаций давления в отдельных «ногах» на TX80 АЭС «Темелин» [2]. Результаты измеренных пульсаций в «ногах» на паропроводе TX80 указаны на рис. 2. На энергоблоке №4 Балаковской АЭС были измерены доминирующие частоты [3] эксплуатационных вибраций на 4ТХ50,70,60,80, которые составили величины: 65,5 Гц; 38,5 Гц; 39,5Гц;- 58,0Гц; 38,5 Гц соответственно.

Методы определения собственных частот колебаний давления в оборудовании АЭС [4] позволяют идентифицировать и объяснить возникновение в системе транспортировки пара периодических колебаний давления, влияющих на динамические процессы. В работе [5] выявлены источники доминирующих частот в паропроводе для систем TX50 и TX80. В таблице 1 и таблице 2 приведены результаты расчетов собственных частот колебаний давления пара в системах TX50 и TX80.

Рис. 1. Места измерения пульсаций давления на TX50 (АЭС «Темелин»)

Рис. 2. Результаты измерений давления внутри паропровода в «ногах» во времени

Таблица 1. Расчетные величины собственных частот колебаний давления пара в TX50

Таблица 2. Расчетные величины собственных частот колебаний давления пара в TX80

Идентификация акустических резонансов в арматуре.

Параметрический резонанс выявлен [5] при анализе результатов измерений в системе транспортировки пара на АЭС с ВВЭР-1000. На рис. 3 показан узел, включающий ИПУ и ПК и соединяющий их канал. Акустическая система, заполненная паром выделена черным цветом.

Рис. 3. Узел, включающий ИПУ и ПК и соединяющий их канал

Расположение этого узла на участке ГПП с кольцевыми отводами показано на рисунке и обозначено как БРУ-А. Расчетом показано, что резонансная частота колебаний давления в его акустической системе этого узла равна 45 Гц. Рассчитанная резонансная частота колебаний в акустическом элементе - «нога» равна 90,6 Гц. Сделан вывод, что причиной максимального зафиксированного уровня вибраций БРУ-А на частоте 45 Гц является параметрический резонанс, при котором, как известно, увеличение амплитуды колебаний в акустическом элементе происходит при наличии в колебательном контуре, так называемого «генератора накачки», частота которого в два раза превышает частоту колебаний рассматриваемого акустического элемента. Таким образом, для предотвращения роста пульсаций давления и обусловленного ими роста уровня вибраций системы ИПУ - ПК, необходимо провести рассогласование частоты возбуждения колебаний с собственной частотой колебаний давления пара в соединительном канале ИПУ - ПК. Обеспечить такое рассогласование можно путем изменения длины канала соединяющего ИПУ с ПК и/или длины «ноги».

Идентификация акустических резонансов в 4ТХ50,70,60,80.

В ходе трехмерного моделирования двухфазных течений в корпусе горизонтального парогенератора ПГВ-1000 [7] подробно исследована картина стационарного течения теплоносителя в корпусе парогенератора (ПГ) при номинальной мощности реактора 3000 МВт. Поскольку полный циркуляционный контур включает в себя 4 ПГ, мощность тепловыделения, приходящаяся на каждый из них, составляет 750 МВт, что соответствует расходу отводимого пара 408 кг/с. Полученные в расчете значения очень близки к экспериментальным: мощность 755 МВт и расход пара 409 кг/с.

Расчет предсказывает наличие значительного количества воды над дырчатым листом (рис. 4.). Вынос воды происходит, главным образом, за счет захвата капель воды интенсивным восходящим потоком пара. Характерные величины скорости теплоносителя через отверстия дырчатого листа составляют около 7 м/с.

Между трубным пучком и дырчатым листом, образуется паровая подушка. Толщина подушки больше с «горячей» стороны пучка, локальный максимум паросодержания (около 90 %) под дырчатым листом наблюдается с «холодной» стороны, подача питательной воды, эффективно уменьшающая паросодержание, осуществляется над «горячей» частью трубного пучка.

В работе [7] проведено сравнение расчетных и экспериментальных значений объемного паросодержания и объемной скорости смеси для стационарного состояния ПГ и при номинальном уровне мощности. Показано, что расчет достаточно хорошо описывает распределение паросодержания и скоростей в объеме ПГ. Во всех точках объема ПГ, где проводились измерения, отмечается монотонное снижение паросодержания при уменьшении мощности.

По результатам расчетного распределения локального объемного паросодержания в вертикальных поперечных сечениях, расположенных на расстоянии L от днища ПГ. На основе распределения локального объемного паросодержания в вертикальных поперечных сечениях для L= 6,8 м (а) и L = 4 м (б), представленных на рис.4., выполнена приближенная оценка размеров объема парогенератора заполненного двухфазной средой и средней по этому объему величины паросодержания.

Рис. 4. Расчетные распределения локального объемного паросодержания в вертикальных поперечных сечениях ПГ для L = 6,8 м (а) и L = 4 м (б)

Величина паросодержания и объем парогенератора занятый двухфазной средой определяется в соответствии с цветовой шкалой, приведенной слева от оси z. Среднее объемное паросодержание (ц = 0,635) рассчитано по значениям, полученным для каждого сечения (см. рис.4). Этому значению объемного паросодержания соответствует сухость пара х = 0,07.

Из рис. 5., приведенного в работе [8], видно, что при значении сухости пара близком к х = 0,1 , скорость звука в двухфазной среде меняется в широком диапазоне величин. В зависимости от соотношения скоростей фаз в звуковой волне, отношение скорости звука в двухфазной среде к скорости звука в паре меняется от 0,2 до 0,7.

Х

Рис. 5. Зависимость относительной скорости звука от степени сухости пара и соотношения скоростей фаз в звуковой волне (Св - скорость воды, Сп - скорость пара)

Согласно методике расчета частоты собственных колебаний объемов двухфазной среды [4] в номинальном режиме работы величине объема парогенератора заполненного двухфазной средой со средней сухостью x = 0,07, соответствует диапазон частот колебаний давления от 16 до 54 Гц. Из рис. 6. , приведенного в работе [9], следует, что при уменьшении уровня воды в парогенераторе относительно номинального значения на 100 мм, сухость пара в различных точках отбора проб увеличивается в среднем примерно в 6 раз и достигает в объеме ПГ, заполненном паром и пароводяной смесью, средних значений x = 0,4.

Рис. 6. Влажность пара в паровом объёме ПГВ-1000: а -- изменение влажности пара в паровом объёме; б-- расстановка пробоотборников; о, х, ?, ?, ¦ -- соответственно в точках №1-5

Из рассмотрения данных, приведенных на рис. 5., следует, что скорость звука в двухфазной среде при х = 0,4 может достичь величины порядка 470 м/с, при которой собственная частота колебаний давления объема двухфазной среды станет равной 70 Гц.

Проведенные расчетные оценки позволяют идентифицировать источники акустических колебаний, измеренных в главном паропроводе 4-го блока Балаковской АЭС, имеющих значения частот 38, 58 , 46 и 65,5 Гц. Расчеты показывают, что частота акустических колебаний объема ПГ содержащего пар и пароводяную смесь зависит от давления и сухости (влажности) рабочей среды в этом объеме и может регулироваться путем изменения рабочего уровня воды в ПГ.

В исследованном диапазоне изменения средней по паровому объему ПГ влажности пара (0,93 - 0,6), расчетная частота акустических колебаний, генерируемых в объеме ПГ содержащем паровую фазу, соответствует диапазону 16 - 70 Гц. Для предотвращения резонанса частот колебаний объемов, содержащих пар и пароводяную смесь в нескольких параллельно включенных парогенераторах, необходимо поддерживать в них различные уровни воды.

Разработанные методы и алгоритмы расчета акустических колебаний в системе генерации и транспортировки пара предназначены для идентификации, прогнозирования и предотвращения возникновения акустических резонансов и уменьшения уровня вибраций в оборудовании.

Список литературы

парогенератор резонанс реактор

1. Юнек Л., Валента М. Измерение пульсаций давления и эксплуатационных вибраций на 1 блоке: Отчет/ЪАМ Брно, октябрь 2006 (на чешском языке). - 51 с.

2. И.Н. Веселова, М.В. Окулова. Исследование вибраций главных паропроводов свежего пара первого энергоблока Волгодонской АЭС.

3. Ю.Ф. Кутдюсов. Методика оценки вибросостояния главных паропроводов системы ТХ50,60,70,80 энергоблоков АЭС с ВВЭР-1000 // Технологический филиал ОАО «Концерн Росэнергоатом» совместно с ООО НИЦЭ «Центрэнерго» 2009. № 1.2.3.03.999. 44 С.

4. К.Н. Проскуряков. Использование виброакустических шумов для диагностики технологических процессов в АЭС. - М.: Изд-во МЭИ, 1999 - 68с.

5. К.Н. Проскуряков, С.О. Беликов, А.К. Адаменков, А.В. Костин Способы снижения уровня вибрации главных паропроводов АЭС с ВВЭР-1000/Труды Второй Всероссийской научно-практической конференции Энерго 2012, 4-6 июня 2012г. Москва, НИУ МЭИ, стр. 252-255

6. Беликов С.О. Разработка методов идентификации акустических резонансов и снижения уровней вибраций в главном паропроводе АЭС с ВВЭР-1000. Автореферат кандидатской диссертации. - 2012.

7. Исследование динамики течений двухфазных смесей в циркуляционных контурах АЭС с помощью трехмерного теплогидродинамического кода БАГИРА. Калиниченко С.Д., Крошилин А.Е., Крошилин В.Е., Смирнов А.В. в сборнике Труды 5-й международной научно-технической конференции «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР», с. 18

8. Дейч М.Е., Филиппов Г.А. Газодинамика двухфазных сред. 2-е изд. М. Энергоиздат, 1981. -- 472 с.

9. Н.Б. Трунов, С.А. Логвинов, Ю.Г. Драгунов. Гидродинамические и теплохимические процессы в парогенераторах АЭС с ВВЭР. - М: Энергоатомиздат, 2001.

Размещено на Allbest.ru