Арматура АЭС

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

ФГАОУ ВО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Уральский энергетический институт

Кафедра атомных станций и возобновляемых источников энергии

ОТЧЕТ

Вид практики: Учебная практика

Арматура АЭС

Студент: Несмачная М.В.

Оценка работы_____________

Руководитель от УрФУ Климова В.А.

Специальность 14.05.02 Атомные станции: проектирование, эксплуатация и инжиниринг

Группа ЭН-390018

Екатеринбург, 2022

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. КЛАССИФИКАЦИЯ И НАЗНАЧЕНИЕ АРМАТУРЫ

2. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К АРМАТУРЕ АЭС

3. ЗАПОРНАЯ АРМАТУРА

4. РЕГУЛИРУЮЩАЯ АРМАТУРА

5. ЗАЩИТНАЯ АРМАТУРА

6. КОНДЕНСАТООТВОДЧИК

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

С помощью трубопроводной арматуры на АЭС осуществляется управление всеми тепловыми процессами, поэтому арматура является важным и ответственным элементом оборудования АЭС. Выход из строя арматуры может повлечь за собой необходимость прекращения работы АЭС или ее отдельных систем, в связи с этим надежность работы арматуры во многом определяет надёжность работы АЭС.

К особо важным требованиям к арматуре относятся: прочность, герметичность, безотказность и долговечность, поэтому выбор арматуры должен проводиться тщательно и обоснованно. Необходимо учитывать особенности различных конструкций, их эксплуатационные свойства, способ управления и уровень надёжности. На АЭС используется как серийно выпускаемая энергетическая и общепромышленная арматура, обслуживающая турбоустановки, системы химводоводготовки и прочие системы, так и специальная арматура, разработанная для работы в специфических условиях АЭС. В отчёте большое внимание обращено на специальную арматуру, предназначенную для ответственных линий установок большой мощности с реакторами ВВЭР и РБМК.

Приводятся данные для обоснованного выбора специальной арматуры, указаны области применения различных конструкций.

1. КЛАССИФИКАЦИЯ И НАЗНАЧЕНИЕ АРМАТУРЫ

Трубопроводной арматурой называется группа устройств, устанавливаемых в трубопроводах и ёмкостях для управления потоками рабочих сред. Арматура подразделяется на управляемую и действующую автоматически. Управление арматурой производится вручную или с помощью привода, действующего от постороннего источника энергии. Автоматически действующая арматура (обратные и предохранительные клапаны, конденсатоотводчики, регуляторы давления, отключающие устройства и др.) срабатывает под действием сил, создаваемых давлением самой рабочей среды. Арматура с ручным управлением может иметь редуктор (зубчатый или червячный) для уменьшения усилия на маховике.

По функциональному назначению арматура, применяемая на АЭС, делится на следующие основные виды.

1) Запорная арматура предназначена для полного перекрытия потока среды. Она имеет наиболее широкое применение и по сравнению с арматурой других классов составляет около 80% всего количества применяемых изделий. К запорной относят арматуру, используемую для проверки уровня жидкой среды в емкостях, отбора проб, выпуска воздуха из верхних полостей, дренажа и др.

2) Регулирующая арматура служит для регулирования параметров рабочей среды (температуры, давлении и др.) посредством изменения её расхода. В состав регулирующей арматуры входят: клапаны; регуляторы давления, расхода, уровня; регулирующие вентили, а также дроссельная (или дросселирующая) арматура для значительного снижения давления пара и воды, она работает в условиях больших перепадов давления. Регулирующие клапаны предназначены для пропорционального регулирования расхода среды и уравняются от постороннего источника энергии. Регулирующие вентили служат для регулирования расхода среды и управляются вручную.

3) Распределительная арматура предназначена для распределения потока рабочей среды по определенным направлениям.

4) Предохранительная арматура служит для предотвращения аварийного повышения давления в обслуживаемой системе путем автоматического выпуска избыточного количества среды. К предохранительной арматуре относятся предохранительные клапаны, импульсные предохранительные и мембранные разрывные устройства.

5) Защитная арматура предназначена для защиты оборудования от аварийных изменений параметра среды вне направления потока путем отключений обслуживаемой линии или участка. К защитной арматуре относятся быстродействующие отсечные клапаны, задвижки и краны, а также обратные клапаны и отключающие устройства. Обратный клапан автоматически предотвращает обратный поток среды. Обратные клапаны бывают подъемными и поворотными.

Различие между предохранительной и защитной арматурой заключается в том, что при возникновении аварийного значения параметра среды предохранительная арматура открывается для выпуска среды, а защитная закрывается, отекая защищаемый участок от остальной части трубопровода.

6) Фазоразделительная арматура служит для автоматического разделения различных фаз рабочей среды (воды и пара). На энергетических установках применяются конденсатоотводчики, предназначенные для автоматического вывода конденсата из си стемы, образующегося, например, при прогреве трубопровода.

Управление потоком среды в арматуре осуществляется с помощью рабочего - запорного или регулирующего органа, состоящего из затвора и седла. Затвор представляет собой деталь или конструктивно объединенную группу деталей, перемещающуюся или поворачивающуюся с помощью шпинделя или штока относительно седла корпуса. По способу перекрытия потока среды запорная арматура подразделяется на следующие типы.

1) Задвижка -- затвор (диск) перемещается возвратно-поступательно перпендикулярно направлению движения среды.

2) Клапан -- затвор (тарелка) перемещается возвратно-поступательно вдоль или параллельно направлению движения среды.

3) Кран -- затвор, имеющий форму тела вращения (конус, цилиндр, шар), поворачивается вокруг собственной оси.

4) Заслонка -- затвор, имеющий форму диска, поворачивается вокруг оси, лежащей в плоскости затвора или параллельной ей.

По конструктивному исполнению типы арматуры, применяющейся на АЭС, могут иметь следующие основные разновидности.

1. Задвижка клиновая -- имеет затвор, уплотнительные поверхности которого расположены под углом друг к другу.

2. Задвижка параллельная (шиберная однодисковая или двухдисковая) -- имеет затвор, уплотнительные поверхности которого расположены параллельно друг к другу.

3. Задвижка с выдвижным шпинделем или штоком -- имеет шпиндель или шток, совершающий поступательное или вращательно-поступательное движение.

4. Задвижка с невыдвижным шпинделем -- имеет шпиндель, совершающий только вращательное движение при возвратно-поступательном движении затвора.

В зависимости от способа присоединения к трубопроводу арматура АЭС подразделяется на фланцевую и с патрубками под приварку к трубопроводу. По способу герметизации подвижного соединения шпинделя с крышкой относительно внешней среды различают сальниковую, сильфонную и мембранную арматуру. Арматура с приводом, снабженным силовой пружиной, подразделяется на нормально открытую и нормально закрытую. В нормально открытой арматуре при прекращении подачи управляющей энергии в привод клапан открывается, в нормально закрытой -- закрывается.

По конструкции корпуса арматура подразделяется на проходную и угловую. В проходной арматуре среда не изменяет направление своего движения на выходе по сравнению с направлением на входе, в угловой направление изменяется обычно на 90°.

По материалу корпусных деталей арматура подразделяется на стальную, чугунную, из цветных металлов и из неметаллических материалов. Выделяют арматуру из чугуна с защитным коррозионностойким покрытием (пластмассой, эмалью). На основных линиях АЭС используется стальная арматура из углеродистой, легированной или коррозионностойкой стали.

Среда, движущаяся по трубопроводу, называется рабочей средой. Среда, используемая в гидро и пневмоприводах арматуры, называется управляющей средой, а внешняя атмосфера называется окружающей или внешней средой. Среда, используемая для подачи командных сигналов на привод арматуры, называется командной средой, а ее давление -- командным давлением.

Основные параметры арматуры можно разделить на эксплуатационные и конструкционно-монтажные. К эксплуатационным относятся энергетические параметры (давление, температура), пропускная способность, коррозионная стойкость, тип привода, необходимый крутящий момент для управления арматурой, время срабатывания и пр. К конструкционно-монтажным параметрам относятся: условный диаметр прохода, строительная длина, строительная высота, масса, тип присоединения к трубопроводу, число, диаметр и расположение отверстий на присоединительных фланцах, разделка под приварку к трубопроводу и т. п.

2. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К АРМАТУРЕ АЭС

При выборе арматуры в первую очередь должны применяться изделия, серийно выпускаемые промышленностью. Если отсутствуют требуемая конструкция, арматура изготовляется по проектам, которые разрабатываются с учетом определенных заранее установленных требований и назначения арматуры. К числу общих требований, предъявляемых к арматуре, можно отнести следующие.

1. Прочность и жесткость.

2. Долговечность.

3. Коррозионная стойкость по отношению к рабочей среде.

4. Герметичность.

5. Применение требуемого типа привода, вида энергии и управляющей среды.

6. Обеспечение заданной скорости срабатывания -- перекрытия прохода.

7. Возможность монтажа в требуемом положении.

8. Заданный способ присоединения к трубопроводу (сваркой, фланцами).

9. Простота и удобство управления.

10. Технологичность конструкций.

11. Ремонтопригодность.

12. Минимальная материалоёмкость и масса конструкции.

Дополнительно к этим основным требованиям и в уточнение некоторых из них к арматуре могут предъявляться дополнительные требования, которые имеют разное значение в зависимости от условий ее работы. Такие, как: вакуумная плотность; эрозионная стойкость материала деталей затвора и седла, а также проточной части корпуса; наличие дублирующего ручного привода; наличие местного указателя положения затвора у арматуры с ручным местным и дистанционным управлением; наличие сигнализаторов крайних положений затвора у арматуры, управляемой дистанционно; возможность регулировки продолжительности цикла закрывания или открывания; возможность установки затвора в любом промежуточном положении; отсутствие вибрации и минимальный уровень шума; возможность выпуска рабочей среды из полостей; отсутствие застойных зон и полостей труднодоступных для очистки и промывки; уровень чистоты внутренних полостей.

3. ЗАПОРНАЯ АРМАТУРА

Рис.1. Клиновая двухдисковая задвижка с выдвижным шпинделем.

трубопроводная арматура атомная электростанция

В задвижках, имеющих выдвижной шток, часть шпинделя с резьбой и ходовая гайка выдвинуты за границы корпусных деталей. Другим концом он жёстко соединён с затворяющей деталью.

Маховик, вращаясь через резьбовую гайку приводит в движение шток, который в свою очередь заставляет поступательно перемещаться затвор.

При этом шпиндель верхним концом выдвигается из корпуса на величину хода затворного органа. Благодаря такому принципу работы ходового узла транспортируемое вещество не оказывает негативного влияния на резьбовую пару, а также менее подвержен износу сальниковый уплотнитель.

4. РЕГУЛИРУЮЩАЯ АРМАТУРА

Приводом запускается управление затвором (плунжером). Сигнал от привода с помощью штока передается на затвор. Плунжер совершает возвратно-поступательные движения во втулке. За счет изменения проходного сечения при открытии/закрытии затвора происходит изменение и в гидравлическом сопротивлении.

Чаще всего используются электромагнитные приводы. Управляющий орган таких приводов - программируемый контроллер, который считывает параметры рабочей среды.

Во многих сферах промышленности используют клапаны с пневматическим приводом.

По типу затворов выделяют:

1) Односедельный и двухседельный. Основные элементы- плунжер и седло. Подвижным элементом является плунжер.

2) Мембранный затвор- в таком клапане так же имеется седло. Но вместо плунжера его перекрывает гибкая мембрана. С ее помощью регулируется давление рабочей среды. Так же она выступает защитой от загрязнения устройства агрессивной средой. Клапаны с мембранным затвором часто применяются в сетях, где требуется полная автоматическая регулировка потока.

3) Клеточный тип. В качестве направляющего устройства для подвижного элемента затвора такого типа используется клетка - седло с радиальными отверстиями для управления расходом рабочей среды.

4) Золотниковый тип. К нему применяют название регулирующий кран. Так как принцип работы похож на работу крана.

Рис.2. Двухседельный регулирующий клапан

5. ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ АРМАТУРА

Предохранительная арматура -- арматура, предназначенная для автоматической защиты оборудования и трубопроводов от недопустимого превышения давления посредством сброса избытка рабочей среды, так называемого массоотвода.

К предохранительной арматуре относятся: предохранительные клапаны; импульсно-предохранительные устройства; мембранные предохранительные устройства; перепускные клапаны.

Рис.3. Полноподъёмный предохранительный клапан.

Рабочая среда при открытии затвора проходит через корпус (1) угловой конструкции. Затвор состоит из седла (4) и узла золотника, образованного диском (5), который соединен со штоком (6) с помощью дискодержателя (8). Пружина (7) с опорами (11) размещается в крышке (2) и создает усилие, необходимое для обеспечения герметичности затвора. Винт регулировочный (12) обеспечивает поджатие пружины (7). В конструкции предусмотрена возможность принудительного срабатывания для предотвращения возможного прикипания диска (5) к седлу (4). Узел ручного подрыва состоит из рычага (10) и грибка (13) и закрыт колпаком (3). Герметичность затвора обеспечивается уплотнением «металл по металлу». При повышении давления рабочей среды перед клапаном выше допустимого значения происходит подъем диска (5) и сброс среды. Давление перед клапаном понижается до давления закрытия, диск (5) опускается на седло (4), сброс среды прекращается.

6. ЗАЩИТНАЯ АРМАТУРА

Защитная арматура -- вид трубопроводной арматуры, предназначенный для защиты технологических систем, оборудования, трубопроводов, насосов и сосудов под давлением от возникновения или последствий аварийных ситуаций.

Обратные клапаны пропускают среду в одном направлении и предотвращают её движение в противоположном, действуя при этом автоматически и являясь арматурой прямого действия, но существуют также конструкции, в которых совмещены функции обратной и запорной арматуры. Невозвратно-запорные -- это обратные клапаны и затворы, которые возможно принудительно закрыть при помощи ручного или механического устройства. В невозвратно-управляемых возможно не только принудительное закрытие, но и открытие затвора.

Рис.4. Подъёмный обратный клапан.

Обратные клапаны, как правило, устанавливаются на горизонтальных участках трубопроводов, а затворы -- как на горизонтальных, так и на вертикальных участках. По направлению потока рабочей среды клапаны обратные в основном выполняются проходными.

К защитной арматуре, срабатываемой автоматически, также относятся отключающие устройства, задача которых -- предотвратить течь или выброс рабочей среды из трубопровода в случае его разрыва. Такие клапаны применяются, как правило, на импульсных трубопроводах малых диаметров для рабочих сред, выброс которых в окружающую среду недопустим, например в энергетических установках, включая АЭС, и в некоторых других отраслях промышленности.

При нормальном режиме работы оборудования такой клапан открыт, пропуская через себя поток рабочей среды. В случае резкого увеличения скорости потока при разрушении трубопровода, клапан автоматически (под действием пружины) закрывается, прекращая выход среды из системы. Закрытие клапана обеспечивается прижатием пружиной золотника к седлу.

При нарушении нормального хода технологического процесса или возникновении аварийной ситуации в ряде случаев возникает необходимость быстрого отключения агрегата, трубопровода или его участка от общей системы, для этой цели служит отсечная арматура. В отличие от другой защитной арматуры, отсечная действует не непосредственно от среды, а с использованием внешних источников энергии по команде от специальных датчиков, а также может быть дистанционно открыта и закрыта персоналом.

Отсечная арматура представляет собой быстродействующие запорные устройства, клапаны или задвижки, снабженные пневматическими или электрическими приводами. Запорный орган этих устройств может быть в виде тарельчатого клапана, крана с конической или шаровой пробкой или в виде задвижки. Чаще всего применяются быстродействующие отсечные клапаны и задвижки с односторонним пневматическим поршневым приводом, так как этот тип привода способен создавать большие усилия закрытия, жёстко фиксировать положение рабочего органа в состоянии «закрыто» и отличается быстродействием -- приводы этого типа могут закрыть клапан или задвижку очень большого размера за несколько секунд.

7. КОНДЕНСАТООТВОДЧИК

Конденсатоотводчик -- это устройство для автоматического отвода конденсата из паропровода. При охлаждении пар переходит в жидкое состояние, качество теплопередачи ухудшается. В результате потерь на нагрев продукта внутри оборудования накапливается жидкость. Производительность паропровода падает, если своевременно не удалять излишки воды из нагревательной камеры. Установка клапанов снижает расход пара и защищает систему от гидравлических ударов.

Виды устройств для устранения конденсированной жидкости: термодинамические -- учитывают аэродинамический эффект; термостатические -- реагируют на перепады температур; поплавковые -- фиксируют плотность жидких и парообразных компонентов.

Принцип работы арматуры основан на отделении пара от неконденсируемых сред. Главная цель -- эффективное использование тепловой энергии. Механизм спуска избыточной влаги срабатывает при заполнении свободного объема внутри элемента. Конденсат проходит по отдельному каналу, затем стекает через пропускное отверстие. После этого затвор возвращается в исходное положение до следующего поступления остатков рабочей среды. В зависимости от типа конструкции отвод веществ протекает циклически либо непрерывно.

Рис.5. Схема термодинамического конденсатоотводчика

Принцип действия основан на энергии, которая возникает при закипании конденсата. В камере давления расположен подвижный диск, который открывает и запирает пропускные отверстия. Конденсированная жидкость поступает по входному каналу, приподнимает затвор и свободно покидает систему через выпускное устройство. По мере закипания воды в камере образуется пар, скорость истечения между седлом и диском увеличивается. Давление под запорным элементом падает, а накопленный сверху пар возвращает прижимную пластину в первоначальное состояние. Цикл возобновляется, когда давление на входе снова возрастает.

Рис.6. Схема поплавкового конденсатоотводчика.

Трубопроводная арматура с закрытым поплавком сочетает механический и термостатический принципы действия. Шарообразный поплавок реагирует на плотность жидкости. При повышении уровня воды рычаг поднимает шар и открывает выпускной клапан. После удаления конденсата поплавок опускается, прекращая сброс. Процесс идет без остановки, это необходимо в теплообменных аппаратах с высокой интенсивностью конденсации. Сбросом воздуха управляет термостатический элемент в верхней части камеры. При температуре горячего пара он закрыт. Как только температура над поверхностью конденсированного вещества снижается, деталь открывает затвор и высвобождает паровоздушную смесь.

Рис.7. Схема термостатического конденсатоотводчика.

Устройство мембрано-капсульного типа состоит из мембраны, сильфона, золотника. Запирающий механизм срабатывает при изменении температуры. В сильфонной капсуле находится жидкость, которая испаряется при температуре насыщения пара. Во время запуска системы клапан открыт, отводу воды и воздуха ничего не мешает. Но при попадании в конденсатоотводчик горячего пара, наполнитель в сильфоне начинает нагреваться. При его испарении повышается внутреннее давление. Упругая мембрана растягивается и прижимает золотник к седлу. Когда конденсат накопится в достаточном количестве, управляющий механизм сожмется и откроет выходной канал для слива.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Задвижки устанавливаются в качестве запорных устройств на горизонтальных и вертикальных трубопроводах воды и пара (газа).

Регулирующие клапаны - в качестве регулирующих устройств на горизонтальных участках трубопроводов воды и конденсата.

Запорно-дроссельные клапаны используются на установках БРУ, предназначенных дли быстрого включения и автоматического поддержания давления в магистрали питания деаэраторов, или в комплекте с дроссельными устройствами для сброса пара из основных трубопроводов РБМК в барботеры или конденсаторы турбины, когда потребление нара на турбину меньше производительности парогенератора.

Главные предохранительные клапаны в комплекте с импульсными предохранительными клапанами применяются в качестве автоматически действующих предохранительных устройств, предназначенных для сброса пара в атмосферу или в емкость низкого давления, в случае повышения давления клапана свыше допустимого.

Обратные клапаны (горизонтальный и вертикальные) служат в качестве защитного устройства для автоматического предотвращения обратного потока среды в трубопроводе. Вертикальные обратные клапаны помимо основного назначения предохраняют насос от запаривания, для чего в корпусе клапана имеется специальный патрубок, к которому присоединяется линия рециркуляции, обеспечивающая при р1аботающем насосе и закрытом клапане сбросе воды в деаэратор.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1) Д.Ф. Гуревич, В.В. Ширяев, И.Х. Пайкин. Арматура атомных станций: Энергоиздат, 1982.

2) Будов В. М., Фарафонов В. А. Конструирование основного оборудования АЭС: Учеб. пособие для вузов: Энергоатомиздат. 1985.

3) Ананьев Е. П. Атомные установки в энергетике: Атомиздат, 1978.

4) Арматура энергетическая. Каталог НИИЭИнформэнергомаш: 1977.

5) Благов Э. Е., Ивницкий Б. Я. Дроссельно-регулирующая арматура в энергетике: Энергия, 1974.

6) Гуревич Д. Ф., Трубопроводная арматура: Машиностроение, 1981.

Размещено на Allbest.ru