5-я Международная научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР» 29 мая - 01 июня 2007 г. г.Подольск, ФГУП ОКБ “ГИДРОПРЕСС” Усовершенствованная сепарационная система ПГВ-1500 Авторы: Н.Б. Трунов, В.В. Сотсков, А.Г. Агеев, Р.В. Васильева, Ю.Д. Левченко 2007 Разрабатываемые проекты парогенераторов В плане реализации стратегии развития атомной энергетики России на период 2020-2025 годов в ОКБ "Гидропресс" разрабатываются проекты усовершенствованных РУ типа ВВЭР-1000 для серийных блоков АЭС (АС-2006, АС-2009), а также для АЭС с ВВЭР-1500 (1600), как продолжение ряда РУ ВВЭР, с учетом эволюционного принципа и унификации конструкторских решений, достигнутых к настоящему времени. 2 Элементы сепарационной схемы ПГ ППДЛ ПДЛ 3 Особенности парогенератора ПГВ-1500 9 6 9 Отбор пара из ПГ производится через 2 патрубка поз.9 (вместо 10 патрубков у ПГВ-1000М). 4 Направления совершенствования сепарационной системы ПГВ-1500 Применение ПДЛ с переменной перфорацией для снижения остаточной неравномерности паровой нагрузки зеркала испарения. Оптимизация опорных конструкций ПДЛ для обеспечения свободного перетока пароводяной смеси под ПДЛ. Применение ППДЛ с переменной перфорацией для уменьшения неравномерности отвода пара из ПГ. 5 Сравнение неравномерности паровой нагрузки парогенераторов Скорость пара, генерируемого ПГВ-1000 ПГВ-1000МКП ПГВ-1500 теплообменным пучком, м/с В районе «горячего» коллектора 0,76 0,84 1,2 В районе «холодного» коллектора 0,12 0,11 0,07 6 Гидродинамика двухфазного потока между горизонтальной пластиной ПДЛ и трубным пучком в связи со значительной неравномерностью тепловыделений по его длине отличается значительной сложностью и не может быть рассчитана с помощью известных кодов. Поэтому для обеспечения выравнивания нагрузки зеркала испарения предложена приближенная методика расчета переменной перфорации ПДЛ горизонтального парогенератора. 7 Алгоритм расчета переменной перфорации ПДЛ Разделение ПДЛ на расчетные зоны Расчет параметров для зоны с наибольшой нагрузкой зеркала испарения Расчет параметров для остальных зон Расход пара, перетекающий в остальные зоны Площадь листов ПДЛ Степень перфорации остальных зон и КГС Общий расход пара Перепад статического давления для каждой зоны Средняя скорость пара Заданный расход пара Гидравлическое сопротивление отверстий для каждой зоны Излишек пара Разность статического давления между зоной с наибольшей нагрузкой зеркала испарения и остальными зонами КГС Степень перфорации ПДЛ Площадь отверстий ПДЛ Скорость пара в отверстиях Гидравлическое сопротивление отверстий Гидравлическое сопротивление под ПДЛ Сравнение разности статического давления и гидравлического сопротивления под ПДЛ При разности менее 25% - расчет окончен При разности более 25% повторение расчета при новых значениях степени перфорации 8 Основные результаты расчета переменной перфорации ПДЛ ПГВ-1500 Зона №3 (степень перфорации = 9%) Зона №1 (степень перфорации = 5%) Номер типоразмера пластины ПДЛ Зона №4 (степень перфорации = 6,5%) Зона с наибольшей нагрузкой зеркала испарения ГК ХК Зона №2 (степень перфорации = 7%) 9 Основные результаты расчетного обоснования системы отвода пара из парогенератора ПГВ-1500 двумя патрубками ,м 0,4 1 0,3 2 0,2 0,1 0 0 1 2 3 4 5 6 Профили расчетной щели по длине пароприемного дырчатого листа ПГВ-1500, рассчитанные по инженерным методикам 1 – расчет по методике Майзеля 2 – расчет по методике расчета коллекторных систем промышленных аппаратов 10 Экспериментальное исследование пароприемного дырчатого листа ПГВ-1500 Экспериментальные исследования проводились в ГНЦ РФ - ФЭИ на аэродинамической модели, имеющей линейный масштаб М1:5. 11 Этапы экспериментального исследования Исследования проводились в два этапа: при неравномерной паровой нагрузке зеркала испарения, которая имеет место в существующих парогенераторах с ПДЛ, имеющих равномерную перфорацию; при равномерной паровой нагрузке зеркала испарения, которая является предельным случаем выравнивания нагрузки за счет использования ПДЛ с переменной перфорацией. 12 Результаты исследования при неравномерной паровой нагрузке зеркала испарения 0,09 9 8 0,08 ППДЛ, % 9 8 7 7 0,07 6 6 0,06 3 0,03 4 "горячая" сторона ПГВ 3 2 2 0,02 1 0,01 5 оси выходных патрубков 5 0,05 4 0,04 ППДЛ, % перфорация ППДЛ 5 10 15 ni 1 "холодная" сторона ПГВ 20 участок ППДЛ Номер участка ППДЛ Опытный профиль перфорации по длине ППДЛ при неравномерной паровой нагрузке зеркала испарения 0 25 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Номер участка ППДЛ Гистограмма перфорации, постоянной на площади отдельных листов натурного ППДЛ для случая неравномерной паровой нагрузке зеркала испарения 13 Результаты исследования при равномерной паровой нагрузке зеркала испарения 7 ППДЛ, % 7 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 0 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 Номер участка ППДЛ Опытный профиль перфорации по длине ППДЛ при равномерной паровой нагрузке зеркала испарения ППДЛ, % 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Номер участка ППДЛ Гистограмма перфорации, постоянной на площади отдельных листов натурного ППДЛ для случая равномерной паровой нагрузке зеркала испарения 14 Сравнение гистограмм перфорации натурного ППДЛ Оси пароотводящих патрубков ППДЛ,% 15 Гистограммы перфорации натурного ППДЛ, полученные расчетным и экспериментальным способами. 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Номер участка ППДЛ – – – – расчет по методике [7]; расчет по методике [2]; эксперимент при неравномерной паровой нагрузке; эксперимент при равномерной паровой нагрузке. 15 Результаты сравнения расчетных и экспериментальных данных Максимальные и средние значения перфорации ППДЛ, полученные расчетным путем, а также их отношение, выше, чем аналогичные значения перфорации ПДЛ, полученные в результате эксперимента: - 7,9% - расчетная средняя степень перфорации; - 5,3% - экспериментальная средняя степень перфорации. Величина гидравлического сопротивления парового тракта, полученная расчетным способом – 0,012 МПа, несколько меньше аналогичной экспериментально полученной величины – 0,016 МПа, что объясняется более высокой расчетной средней степенью перфорации ППДЛ. Для сепарационной системы ПГВ-1500 целесообразно использовать ППДЛ с оптимальным профилем перфорации, полученным экспериментальным путем, с одновременным обеспечением равномерной паровой нагрузки зеркала испарения с помощью ПДЛ с переменной перфорацией. С целью уменьшения гидравлического сопротивления ППДЛ парогенератора целесообразно выполнить перфорацию вертикальной стенки его сепарационного устройства. 16 Заключение Предложено решение по выравниванию паровой нагрузки на зеркале испарения путем применения переменной перфорации ПДЛ, рассчитываемой с помощью разработанной приближенной методики расчета. Для подтверждения результатов расчетов необходимо проведение испытаний на стенде. Проведены расчетные и экспериментальные исследования по оптимизации перфорации ППДЛ, позволяющие улучшить сепарационные характеристики ПГ и снизить гидравлическое сопротивление ПГ по второму контуру. Окончательную проверку эффективности усовершенствованной сепарационной системы ПГВ-1500 по обеспечению проектной величины влажности пара при разных режимах работы необходимо выполнить при сепарационных испытаниях натурного парогенератора. 17