Szekunder köri főberendezések

Átírás

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

2 Tartalom Primer köri főberendezések Szekunder köri főberendezések Főgőz rendszer Turbógenerátor Kondenzátor Tápvíz-rendszer 2

3 Szekunder köri főberendezések 3

4 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 Tipikus PWR szekunder kör Forrás: NRC 4

5 Szekunder kör Szekunder kör további fontosabb rendszerei: Üzemzavari tápvíz rendszer Kiegészítő üzemzavari tápvíz rendszer Lehűtő rendszer Háziüzemi gőzrendszer Sótalanvíz rendszer Kondenzátor hűtővízrendszer 5

6 VVER-440 szekunder köri hőkörfolyamat NNYT KNYT 6

7 Szekunder köri főberendezések VVER-440 TK 123 bar 325 C 46 bar, 260 C 450 t/h, 0,25% Gőzfejlesztő 1,7 bar, 240 C, 0% CSTH FET 297 C 267 C 7000 t/h FKSZ 2 bar 135 C 12% Turbina KNY ház 230 MW Reaktor 1375 MW Paks, VVER-440 Forrás: PA Fűtőgőz Fűtőgőz Turbina NNY ház Táptartály Fűtőgőz Kondenzátor zsomp 30 mbar Turbina kondenzátor 25 C Főkondenzátum szivattyú Generátor 12 C Dunavíz 20 C m 3 /h 222 C 164 C, 6 bar 148 C 22 bar NNYE Tápszivattyú KNYE Csapadékelvezetés 72 bar Csapadékelvezetés 7

8 Szekunder köri főberendezések Gőzfejlesztő 8

9 Gőzfejlesztő 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 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 T GF min T GF min T GF értékre gazdasági optimum adódik: szükséges GF hőátadó felület GF ára, de Gőzfejlesztők lehetséges elvi kapcsolásai Forrás: Margulova - Atomerőművek pgf a blokk hatásfoka 9

10 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 10

11 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 11/71

12 PWR álló gőzfejlesztő Forrás: Dr. Ősz János: Gőzfejlesztők vízüzeme (előadás, 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 12/71

13 PWR álló gőzfejlesztő Forrás: Korea Atomic Energy Reseach Institute Nuclear Training Center GF lemezes gőzszeparátor GF centrifugális gőzszeparátor 13/71

14 Gőzfejlesztő EPR Forrás: Areva 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 Aszódi A.: Atomerőművek 14

15 Gőzfejlesztő VVER-440 Forrás: PA 15

16 Gőzfejlesztő VVER-440 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. Forrás: PA 16

17 Gőzfejlesztő VVER-440 GF műszaki paraméterei (Paks): L 12 m D 3 m 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 m 3 Víztér térfogata: 40 m 3 Szekunder oldali vízfelszín Forrás: Kristóf G., Ősz J., Nukleon 17

18 Gőzfejlesztő Fekvő és álló GF-k közötti eltérések Álló GF: 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/(m 2 K)], hőátadó csövek anyaga: króm-nikkel ötvözet, a betöményedő szennyező anyagok kiülepedése döntő részben a csőfalon!! Forrás: Dr. Ősz János: Gőzfejlesztők vízüzeme (előadás, Atomerőművek) Fekvő GF: 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/(m 2 K)], VVER-1000 GF-nél az átlagos hőátviteli tényező 6,1 kw/(m 2 K), hőátadó csövek anyaga: rozsdamentes ausztenites acél, a betöményedő szennyező anyagok kiülepedése döntő részben a tartály fenekén. 18

19 GF tervezési követelmények Forrás: Dr. Ősz János: Gőzfejlesztők vízüzeme (előadás, Atomerőművek) 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 19/71

20 GF konstrukció: fő jellemzők Forrás: Dr. Ősz János: Gőzfejlesztők vízüzeme (előadás, Atomerőművek) VVER-440 VVER-1000 PWR Típus Hőátviteli tényező [kw/m 2 K] Cirkulációs szám Fekvő, kollektor-cső kapcsolat keverő TE Fekvő, kollektor-cső kapcsolat keverő TE Álló, csőfal-cső kapcsolat felületi TE 4,7 6,1 6,7-8, ,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. 20/71

21 GF-k összehasonlítása Forrás: Dr. Ősz János: Gőzfejlesztők vízüzeme (előadás, Atomerőművek) A primer- és szekunderkör közti gát PWR: mm csőfal, VVER: mm gyűrű, ezért a PWR megbízhatóbb, mint a VVER (VVER-1000 nagyszámú gátszakadásai alátámasztják). A hőátvitel intenzitása %-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. 21/71

22 Hő- és anyagátvitel Forrás: Dr. Ősz János: Gőzfejlesztők vízüzeme (előadás, Atomerőművek) A gőzfejlesztőkben kizárólag buborékos forrás nagy térfogatban (primerköri hűtővíz lehűl, szekunderköri munkaközeg elgőzölög). A hőátadó cső polírozott ( sima felület), érzékeny a lerakódásra. PA-ben q max <230 kw/m 2, mégis jelentős mértékű diszperz vas korróziótermék lerakódás volt. Tápvíz-előmelegítő zóna: felületi (PWR), keverő (VVER). 22/71

23 Konstrukciós hibák: PWR Forrás: Dr. Ősz János: Gőzfejlesztők vízüzeme (előadás, Atomerőművek) 23/71

24 Konstrukciós hibák: VVER Forrás: Dr. Ősz János: Gőzfejlesztők vízüzeme (előadás, Atomerőművek) 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. 24/71

25 Konstrukciós hibák Forrás: Dr. Ősz János: Gőzfejlesztők vízüzeme (előadás, Atomerőművek) Tápvíz-elosztók cseréje (minden GF-ben): ausztenites acélból, csőköteg fölé (a régi bennmaradt), melynek következménye a cirkuláció megváltozása. 25/71

26 Konstrukciós hibák - VVER Forrás: Dr. Ősz János: Gőzfejlesztők vízüzeme (előadás, Atomerőművek) 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) 26/71

27 Konstrukciós rések - VVER 16 Forrás: Dr. Ősz János: Gőzfejlesztők vízüzeme (előadás, Atomerőművek) 29,5 Potenciális veszélyforrás a kialakuló lokális környezettel (holt áramlási zónák). A VVER-440 GF-ben 7x2x5536= 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. PA geometriai rés VVER-1000 geometriai rés 27/71

28 Geometriai rések (új PWR GF) Forrás: Dr. Ősz János: Gőzfejlesztők vízüzeme (előadás, Atomerőművek) 28/71

29 2. Szerkezeti anyag Forrás: Dr. Ősz János: Gőzfejlesztők vízüzeme (előadás, Atomerőművek) Anyagminőség VVER PWR Hőátadó csövek Csőfal-kollektor Feszültségkorróziós hajlam Jellemző feszültségkorróziós helyek 08H18N10T 08H18N12T (ausztenites acél) 08H18N10T 10GN2MFA (gyengén ötvözött acél -1000) transzkrisztallin csőmegfogások alatt kollektor-cső megfogás környezete (-1000) Inconel-600, -690, (króm-nikkel ötvözet) Incolloy-800 gyengén ötvözött acél mindkét oldalról csőanyagminőséggel plattírozva interkrisztallin (Inconel- 600) minimális (Incolloy-800) 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. 29/71

30 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: 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 a TMI-1-ben (2009), forrás: WNN 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. 30

31 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) 31

32 GF-csere a San Onofre atomerőműben (USA) San Onofre NPP 1. blokk: 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. 32

33 GF-csere a San Onofre atomerőműben (USA) 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 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 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. 33

34 GF-csere a San Onofre atomerőműben (USA) Forrás: NRC 34

35 Szekunder köri főberendezések Főgőzrendszer 35

36 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 Reaktor 1375 MW TK 123 bar 325 C FET Csapadékelvezetés 297 C 267 C 222 C NNYE Gőzfejlesztő 7000 t/h FKSZ 46 bar, 260 C 450 t/h, 0,25% Fűtőgőz VVER-440 főgőzrendszer Fűtőgőz 72 bar Turbina NNY ház Táptartály 164 C, 6 bar Főgőzrendszer Tápszivattyú 2 bar 135 C 12% 148 C 1,7 bar, 240 C, 0% Fűtőgőz CSTH Turbina KNY ház 30 mbar Turbina kondenzátor KNYE 25 C Főkondenzátum szivattyú 22 bar Csapadékelvezetés 230 MW Generátor 12 C Dunavíz 20 C m 3 /h 36

37 Főgőzrendszer VVER-440 Részei: Főgőz vezeték a spec. falátvezetésekkel, GF-enként 2 db légvezérlésű biztonsági szelep, a szétszakaszolható főgőzkollektor a nyomás kiegyenlítéshez, GF-t a főgőzkollektorról leválasztó tolózárak Tolózárak a turbinának a főgőzkollektorról való leválasztásához, kondenzátorba redukáló (KR) atmoszférába redukáló (AR) 6. GF 5. GF 4. GF 3. GF 2. GF 1. GF HERMETIKUS TÉR SZEKUNDERKÖR (gépház) 5 bar-os redukáló 7 bar-os redukálók Kondenzátorba redukálók 6. gőzvezeték 4. gőzvezeték 2. gőzvezeték 5. gőzvezeték 3. gőzvezeték 1. gőzvezeték Gőzvezeték rockwell Főgőz tolózár TMK tolózár Turbina gőz tolózár Főgőz kollektor Gőz a páratlan számú turbinára Gőzfejlesztő biztonsági szelepek Atmoszférába redukálók Szakaszoló rockwellek Lehűtő rendszer felé Főgőz kollektor Gőz a páros számú turbinára 5 bar-os redukáló (blokk indítás, tömszelence zárógőz, vákuum rendszer gőzsugár szivattyúi, fűtési rendszerek) 7 bar-os redukáló (táptartály fűtés) Forrás: PA 7 bar-os redukálók 5 bar-os redukáló Kondenzátorba redukálók háziüzemi gőzrendszer 37

38 Főgőzrendszer VVER-440 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) Feladat: a gőzfejlesztők köpenyterének védelme egyes üzemzavari szituációkban lehetővé teszik a primerkörben keletkező hő elvonását 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. 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. A gőzlefúvatás az atmoszférába történik. Egy atmoszférába redukálóval maximálisan lefúvatható gőzmennyiség 200 t/h. Forrás: PA tányérrugó záró levegő diferenciál dugattyú emelő levegő zárótest gőz belépés záró levegő emelő levegő gőz kilépés gőz belépés GF biztonsági szelep működése 38

39 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 Turbina szabályzó szelepek Turbina kisnyomású ház felé 39

40 Szekunder köri főberendezések Turbina 40

41 Turbina VVER-440 Feladatai: GF-ben termelt gőz hő- és mozgási energiájának mechanikai forgómozgássá alakítása Turbina + Generátor = Turbogenerátor Egy blokkon 2 turbina Reaktor 1375 MW TK 123 bar 325 C FET Csapadékelvezetés 297 C 267 C 222 C NNYE Gőzfejlesztő 7000 t/h FKSZ 46 bar, 260 C 450 t/h, 0,25% Fűtőgőz Fűtőgőz 72 bar Turbina NNY ház Táptartály 164 C, 6 bar Tápszivattyú Turbina + Generátor 2 bar 135 C 12% 148 C 1,7 bar, 240 C, 0% Fűtőgőz CSTH Turbina KNY ház 30 mbar Turbina kondenzátor KNYE 25 C Főkondenzátum szivattyú 22 bar Csapadékelvezetés 230 MW Generátor 12 C Dunavíz 20 C m 3 /h 41

42 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. 42

43 Turbina VVER-440 "Frissgőz" belépés Állólapát Futólapát Turbinaház (állórész) Felépítés: Turbinaház állórész gőzbevezetés és az elvezetés (megcsapolás, és kiömlőcsonk) vezetékei vízszintesen, a középvonal síkjánál osztott alsó és felsőházra 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. Turbina tengely (forgórész) Gőz belépés a fokozatba Megcsapolások Impulzuserő Gőz kilépés a fokozatból Munkátvégzett gőz kilépés Állólapátok Futólapátok 43

44 Turbina VVER-440 Műszaki paraméterek: Üzemi gőznyelés: 1350 t/h Üzemi fordulatszám: 3000 f/perc Üzemi teljesítmény: 230 MW Nedvesgőz turbina 44

45 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 45 Forrás: PA

46 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 46

47 Alstom Arabelle turbina Az üzemelő atomerőművek 30%- ában Alstom turbina Arabelle: gőzturbina 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 47

48 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 48

49 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 Turbinák szállítói az üzemelő atomerőművekben (balra) Referenciablokkok Alstom turbinákhoz (jobbra) Forrás: Alstom 49

50 Siemens SST turbina Teljesítmény: MW-ig Gőz hőmérséklet: 300 o C-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 A turbina-gépcsoport térbeli elrendezése Forrás: Siemens Forrás: Siemens 50

51 Siemens SST turbina Speciális LP rotor rögzítés: tengelyre zsugorítás Feszültségkorrózió csökkentése Alkalmazható: CPR1000, VVER, AP1000, EPR Referencia atomerőművek: Yangjiang CPR, Kína Olkiluoto-3 EPR, Finnország Tengelyre zsugorított rotor gyártás Forrás: Siemens Forrás: Siemens 51

52 Szekunder köri főberendezések Cseppleválasztó túlhevítő 52

53 Szekunder köri főberendezések CSTH 1. Feladatai: 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: Két párhuzamos átömlő vezeték Elő leválasztó berendezések (cső és könyök szeparátor) Reaktor 1375 MW TK 123 bar 325 C FET Csapadékelvezetés 297 C 267 C 222 C NNYE Gőzfejlesztő 7000 t/h FKSZ 46 bar, 260 C 450 t/h, 0,25% Fűtőgőz Fűtőgőz 72 bar Turbina NNY ház Táptartály 164 C, 6 bar Tápszivattyú 2 bar 135 C 12% 148 C Cseppleválasztó túlhevítő 1,7 bar, 240 C, 0% Fűtőgőz CSTH Turbina KNY ház 30 mbar Turbina kondenzátor KNYE 25 C Főkondenzátum szivattyú 22 bar Csapadékelvezetés 230 MW Generátor 12 C Dunavíz 20 C m 3 /h 53

54 Szekunder köri főberendezések CSTH 2. 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 Forrás: Csom-Aszódi:SSIM elméleti össszefoglaló A NNY házból kilépő gőz nedvességtartalma 12 % A CSTH-ba belépő gőz hőmérséklete 135 C A CSTH-ból kilépő gőz nedvességtartalma 0,0 % A CSTH-ból kilépő gőz hőmérséklete 240 C 54

55 CSTH - KSNP Forrás: KAERI 55

56 Szekunder köri főberendezések Főkondenzátum rendszer 56

57 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. Reaktor 1375 MW TK 123 bar 325 C FET Csapadékelvezetés 297 C 267 C 222 C NNYE Gőzfejlesztő 7000 t/h FKSZ 46 bar, 260 C 450 t/h, 0,25% Fűtőgőz Fűtőgőz 72 bar Turbina NNY ház Táptartály 164 C, 6 bar Tápszivattyú 2 bar 135 C 12% 148 C 1,7 bar, 240 C, 0% Fűtőgőz CSTH Turbina KNY ház 30 mbar Turbina kondenzátor KNYE 25 C Főkondenzátum szivattyú 22 bar Csapadékelvezetés 230 MW Generátor 12 C Dunavíz 20 C m 3 /h Főkondenzátum rendszer, VVER

58 Főkondenzátum rendszer VVER-440 Felépítése: Kondenzátor; Főkondenzátum szivattyú; Teljesáramú kondenztisztító (TKT) Elektromágneses szűrő a korróziós termékek kiszűrésére, 2 db kevertágyas ioncserélő (ezek ma nem üzemelnek); Háromútú kondenzátor szintszabályzó szelep; Kisnyomású előmelegítők Fűtőgőz turbinamegcsapolásból Forrás: Csom-Aszódi:SSIM elméleti össszefoglaló 58

59 Kondenzátor VVER-440 Forrás: PA 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. felmelegítés a turbináról megcsapolt gőzzel Be Hűtővíz Ki Kondenzátor hűtővíz Gőz a kisnyomású turbina házból Hőátadó csövek Kondenzátor zsomp oldalnézet Hűtővíz fordítókamra felülnézet 59

60 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 hűtővíz Hőátadó csövek Kondenzátor zsomp Hűtővíz fordítókamra Be Hűtővíz Ki felülnézet 60

61 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. Forrás: PA Kondenzátor tisztítás, VVER

62 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 62

63 Szekunder köri főberendezések Tápvíz rendszer 63

64 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. Reaktor 1375 MW TK 123 bar 325 C FET Csapadékelvezetés 297 C 267 C 222 C NNYE Gőzfejlesztő 7000 t/h FKSZ 46 bar, 260 C 450 t/h, 0,25% Fűtőgőz Fűtőgőz 72 bar Turbina NNY ház Táptartály 164 C, 6 bar Tápszivattyú 2 bar 135 C 12% 148 C 1,7 bar, 240 C, 0% Fűtőgőz CSTH Turbina KNY ház 30 mbar Turbina kondenzátor KNYE 25 C Főkondenzátum szivattyú 22 bar Csapadékelvezetés 230 MW Generátor 12 C Dunavíz 20 C m 3 /h Tápvíz rendszer 64

65 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.) 65

66 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 Aszódi A.: Atomerőművek 66

67 Tápvíz rendszer VVER-440 NNY előmelegítők: 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 kaszkád módon, szabályozottan, állandó szinttartás mellett történik. Üzemzavari szintnövekedés esetén gyors és normál megkerülő útvonalon lehetőség nyílik az előmelegítő tápvíz oldali megkerülésére. Forrás: Csom-Aszódi:SSIM elméleti össszefoglaló 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

68 Szekunder köri főberendezések Üzemzavari, kiegészítő üzemzavari tápvízrendszer 68

69 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) 69

70 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 UDVARTÉR Sótalnvíz tartály 1000 m 3 Sótalnvíz tartály 1000 m 3 2. GF 4. GF 6. GF HERMETIKUS 1. GF 3. GF 5. GF TÉR PRIMERKÖR KÜTR kollektor kollektor szakaszolók (65 t/h) KÜTR tápfejek KÜTR kollektor Csatlakozás az ikerblokk KÜTR kollektorához Udvartéri csatlakozás Sótalnvíz tartály 1000 m 3 Kiegészítő üzemzavari tápszivattyúk Forrás: PA 30 C Az iker blokk KÜTR szivattyúihoz 70