Szekunder köri főberendezések

Szekunder köri főberendezések Atomerőművek Prof. Dr. Aszódi Attila, BME NTI 2019. február 21. Tartalom Primer köri főberendezések Szekunder köri főberendezések Főgőz rendszer Turbógenerátor Kondenzátor Tápvíz-rendszer 2

Szekunder köri főberendezések 3 Szekunder kör Szekunder kör fő rendszerei: Főgőzrendszer Főgőzvezeték (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

Szekunder kör Szekunder kör további fontosabb rendszerei: Üzemzavari tápvíz rendszer Kiegészítő üzemzavari tápvíz rendszer Lehűtő rendszer Háziüzemi gőzrendszer Sótalanvíz rendszer Kondenzátor hűtővízrendszer 5 Rankine-körfolyamat 6

VVER-440 szekunder köri hőkörfolyamat NNYT KNYT 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% KNY ház 230 MW Reaktor 1375 MW Paks, VVER-440 Forrás: PA 222 C NNYE Fűtőgőz Fűtőgőz NNY ház Táptartály 164 C, 6 bar Tápszivattyú Csapadékelvezetés 72 bar 148 C Fűtőgőz Kondenzátor zsomp 30 mbar kondenzátor KNYE 25 C Főkondenzátum szivattyú 22 bar Csapadékelvezetés Generátor 12 C Dunavíz 20 C 44000 m 3 /h 8

EPR turbinacsarnok látványterv Forrás: Areva 9 Szekunder köri főberendezések Gőzfejlesztő 10

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 11 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 12

PWR álló gőzfejlesztő Forrás: NAÜ 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 13/71 PWR álló gőzfejlesztő 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 14/71

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 15/71 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 2019.02.21. 16

Gőzfejlesztő VVER-440 Forrás: PA 17 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 18

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 19 Gőzfejlesztő Fekvő és álló GF-k közötti eltérések Álló 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/(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, 2011. 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. 20

GF tervezési követelmények Forrás: Dr. Ősz János: Gőzfejlesztők vízüzeme (előadás, 2011. 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 21 GF konstrukció: fő jellemzők Forrás: Dr. Ősz János: Gőzfejlesztők vízüzeme (előadás, 2011. 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 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. 22

GF-k összehasonlítása Forrás: Dr. Ősz János: Gőzfejlesztők vízüzeme (előadás, 2011. Atomerőművek) A primer- és szekunderkör közti gát PWR: 600-1000 mm csőfal, VVER: 80-130 mm gyűrű, ezért a PWR robosztusabb ebből a szempontból, mint a VVER. 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 kicsit kisebb a PWR-ben, mint a VVER-ben. 23 Hő- és anyagátvitel Forrás: Dr. Ősz János: Gőzfejlesztők vízüzeme (előadás, 2011. 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). 24

Konstrukciós hibák: PWR Forrás: Dr. Ősz János: Gőzfejlesztők vízüzeme (előadás, 2011. Atomerőművek) 25 Konstrukciós hibák: VVER Forrás: Dr. Ősz János: Gőzfejlesztők vízüzeme (előadás, 2011. Atomerőművek) A tápvíz-elosztó helye a melegoldali csőkötegben (mérsékelte a gőztermelés egyenlőtlenségét, de elősegítette a diszperz korróziótermékek lerakódását a keverő tápvíz-előmelegítő zónában). A tápvíz-elosztó Szt20 anyagminősége (acél) lehetővé tette eróziós-korróziós elhasználódásukat. 26

A tápvíz-elosztó eróziós-korróziója Forrás: Dr. Ősz János: Gőzfejlesztők vízüzeme (előadás, 2011. Atomerőművek) 27 Konstrukciós hibák Forrás: Dr. Ősz János: Gőzfejlesztők vízüzeme (előadás, 2011. Atomerőművek) Tápvíz-elosztók cseréje (minden GF-ben): ausztenites acélból, csőköteg fölé (a régi bennmaradt), melynek következménye a cirkuláció megváltozása. 28

Konstrukciós hibák - VVER Forrás: Dr. Ősz János: Gőzfejlesztők vízüzeme (előadás, 2011. 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! Leiszapolási stratégia módosítás és vezeték méret bővítések (VVER-1000-nél és VVER-1200-nál is) 29 Konstrukciós rések - VVER 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. 16 Forrás: Dr. Ősz János: Gőzfejlesztők vízüzeme (előadás, 2011. Atomerőművek) 29,5 PA geometriai rés 5 24 3 VVER-1000 geometriai rés 30

Geometriai rések (új PWR GF) Forrás: Dr. Ősz János: Gőzfejlesztők vízüzeme (előadás, 2011. Atomerőművek) 31 VVER-1200 gőzfejlesztő PGV-1000MKP típus 60 év tervezett élettartam Új leiszapolási technológia Magasabb primerköri paraméterek azonos hőátadó felület Belső átmérő 200 mm-rel nőtt Gidropressz kísérleti berendezés hőátadás és üzem közbeni feszültségkorrózió vizsgálatára módosított csőelrendezés GF szállítás a Novovoronyezs-2 2. blokkra A VVER-1000/1200 primer köri elrendezése 32

VVER-1200 gőzfejlesztő PGV-1000MKP típus hideg- és melegági kollektorok anyaga a ház anyagával egyezik, 10GN2MFA perlites acél, 8 mm vastag 08H18N10T acél plattírozással tápvíz elosztócsövek szénacél helyett rozsdamentes acélból A gőzfejlesztő behúzása a konténmentbe GF behelyezése a fedélzetre 2019.02.21. GF beemelése 33 VVER-1200 gőzfejlesztő Balra a PGV-1000M, jobbra a PGV-1000MKP gőzfejlesztő [58] 34

2. Szerkezeti anyagok Forrás: Dr. Ősz János: Gőzfejlesztők vízüzeme (előadás, 2011. 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. 35/71 Gőzfejlesztő-cserék PWR tervezési filozófia része a GF esetleges cseréje VVER-440-nél sem gazdaságilag, sem műszakilag 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 GF-csere a TMI-1-ben megengedett hőteljesítmény (2009), forrás: WNN 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 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. Nyugati PWR-eknél azzal számolnak, hogy a 40 éves üzemidő alatt minimum egyszer a GF-csere nagyon valószínű. Ha a hőátadó csövek kb. 15%-a dugózásra kerül, a hőátadás jellemzői annyira leromlanak, hogy a csere szükséges a névleges teljesítmény fenntartásához. Mai gyakorlattal 35-60 nap alatt tudnak GF-et cserélni, kb. 100 millió USD költség mellett. 36

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) 37 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. 38

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. 39 GF-csere a San Onofre atomerőműben (USA) Forrás: NRC 40

Szekunder köri főberendezések Főgőzrendszer 41 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 NNY ház Táptartály 164 C, 6 bar Főgőzrendszer Tápszivattyú 2 bar 135 C 12% 148 C 1,7 bar, 240 C, 0% Fűtőgőz CSTH KNY ház 30 mbar kondenzátor KNYE 25 C Főkondenzátum szivattyú 22 bar Csapadékelvezetés 230 MW Generátor 12 C Dunavíz 20 C 44000 m 3 /h 42

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) Kondenzátorba redukálók 6. GF 5. GF 4. GF 3. GF 2. GF 1. GF HERMETIKUS TÉR SZEKUNDERKÖR (gépház) 5 bar-os redukáló 7 bar-os redukálók 6. gőzvezeték 4. gőzvezeték 2. gőzvezeték 5. gőzvezeték 3. gőzvezeték 1. gőzvezeték Gőzvezeték rockwell Főgőz tolózár TMK tolózár gőz tolózár Főgőz kollektor Gőzfejlesztő biztonsági szelepek Atmoszférába redukálók Szakaszoló rockwellek Lehűtő rendszer felé Főgőz kollektor 7 bar-os redukálók 5 bar-os redukáló Kondenzátorba redukálók Gőz a páratlan számú turbinára 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) háziüzemi gőzrendszer Forrás: PA 43 Főgőzrendszer VVER-440 Túlnyomásvédelmi rendszerek: 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 44

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 kisnyomású ház felé Gőz a főgőz rendszertől Nagynyomású ház gyorszárak szabályzó szelepek kisnyomású ház felé 45 Szekunder köri főberendezések 46

VVER-440 Feladatai: GF-ben termelt gőz hő- és mozgási energiájának mechanikai forgómozgássá alakítása + 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 NNY ház Táptartály 164 C, 6 bar Tápszivattyú + Generátor 2 bar 135 C 12% 148 C 1,7 bar, 240 C, 0% Fűtőgőz CSTH KNY ház 30 mbar kondenzátor KNYE 25 C Főkondenzátum szivattyú 22 bar Csapadékelvezetés 230 MW Generátor 12 C Dunavíz 20 C 44000 m 3 /h 47 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. 48

VVER-440 Felépítés: ház állórész gőzbevezetés és az elvezetés (megcsapolás, és kiömlőcsonk) vezetékei vízszintesen, a középvonal síkjánál osztott alsó és felsőházra tengely forgórész. Az álló lapátok a gőz áramlási sebességét megnövelik, és megfelelő szögben a futólapátokra vezetik. 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. "Frissgőz" belépés tengely (forgórész) Gőz belépés a fokozatba Állólapát Megcsapolások Futólapát Impulzuserő Gőz kilépés a fokozatból ház (állórész) Munkátvégzett gőz kilépés Állólapátok Futólapátok 49 VVER-440 Műszaki paraméterek: Üzemi gőznyelés: 1350 t/h Üzemi fordulatszám: 3000 f/perc Üzemi teljesítmény: 230 MW Nedvesgőz turbina 50

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 Forrás: PA 51 - 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 52

Paks2 tenderek: Turbógenerátor Mindenképpen 1500 rpm turbina (egyéb követelmények mellett) Turbógenerátor gépcsoport tender: Ajánlattételi határidő: 2017. augusztus 7. Pályázatok: GE Hungary Kft. és az Alstom Power Systems konzorcium Szilovije Masini (Силовых машин) 2018. január 21.: A GE Hungary Kft., az amerikai General Electric magyar leányvállalata nyerte meg a paksi nukleáris erőmű új blokkjai turbináinak gyártására és szállítására kiírt, csaknem 793 millió eurós nyílt tendert A Szilovije Masini egy turbinája (balra) és a GE-Alstom Arabelle turbinája (jobbra) 53 Paks 2 turbógenerátor Nyertes GE Hungary Kft. és az Alstom Power Systems konzorcium Forrás: alstom, Philippe Anglaret előadás, poweralstom.com; 2019.02.21. Piterest Dr. Aszódi A.: Atomerőművek 54

Alstom Arabelle turbina Az üzemelő atomerőművek 30%-ában Alstom turbina Arabelle: gőzturbina 700-1900 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 nedvességszeparátorújrahevítő után Forrás: Alstom 55 Alstom Arabelle turbina csoport 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 56

Alstom Arabelle turbina Referencia-erőművek 26 most épülő blokkon lesz Arabelle turbina Kapcsolható EPR, ABWR, VVER, AP1000 blokkokhoz Hanhikivi (VVER-1200 / V491) Franciaországban készül 2500 tonna össztömeg (HP és IP ~450 tonna, LP 3*500-600 t) Flamanville-3 A legnagyobb teljesítményű turbógenerátor a világon Turbinák szállítói az üzemelő atomerőművekben Referenciablokkok Alstom turbinákhoz Forrás: Alstom 57 Alstom Arabelle turbina Gigatop 4 pólusú generátor Alstom fejlesztette 90 blokkon üzemel, 40 évnyi tapasztalat A legnagyobb épülő generátor Gigatop 4 pólusú generátor Forrás: GE Steam Power 58

Leningrad-II/2: Szilovije Masini turbina Elrendezés Forrás: Cserháti András http://www.nuklearis.hu/sites/default/files/nukleon/10_2_207_cserhati.pdf 59 Forrás: AA fotók Leningrad-II/2: Szilovije Masini turbina 60 Forrás: AA fotók

Leningrad-II/2 61 Forrás: AA fotók Leningrad-II/2: Szilovije Masini turbina 62 Forrás: AA fotók

Leningrad-II/2: Szilovije Masini turbina 63 Forrás: AA fotók Leningrad-II/2: Szilovije Masini turbina 64 Forrás: AA fotók

Leningrad-II/2: Szilovije Masini turbina 65 Forrás: AA fotók Leningrad-II/2: Szilovije Masini turbina 66 Forrás: AA fotók

Leningrad-II/2 67 Forrás: AA fotók Siemens SST5-9000 turbina Teljesítmény: 1000-1900 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 68

Siemens SST5-9000 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 69 Szekunder köri főberendezések Cseppleválasztó túlhevítő 70

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 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 KNY ház 30 mbar kondenzátor KNYE 25 C Főkondenzátum szivattyú 22 bar Csapadékelvezetés 230 MW Generátor 12 C Dunavíz 20 C 44000 m 3 /h 71 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 összefoglaló 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 72

CSTH - KSNP Forrás: KAERI 73 Szekunder köri főberendezések Főkondenzátum rendszer 74

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 NNY ház Táptartály 164 C, 6 bar Tápszivattyú 2 bar 135 C 12% 148 C 1,7 bar, 240 C, 0% Fűtőgőz CSTH KNY ház 30 mbar kondenzátor KNYE 25 C Főkondenzátum szivattyú 22 bar Csapadékelvezetés 230 MW Generátor 12 C Dunavíz 20 C 44000 m 3 /h Főkondenzátum rendszer, VVER-440 75 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 összefoglaló 76

Kondenzátor VVER-440 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 Forrás: PA 77 Kondenzátor VVER-440 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 Forrás: PA 78

Kondenzátor Atomerőművi kondenzátorok sajátosságai: : 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. Kondenzátor tisztítás, VVER-440 Forrás: PA 79 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 2019.02.21. Forrás: Areva 80

Szekunder köri főberendezések Tápvíz rendszer 81 Tápvíz rendszer VVER-440 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 NNY ház Táptartály 164 C, 6 bar Tápszivattyú 2 bar 135 C 12% 148 C 1,7 bar, 240 C, 0% Fűtőgőz CSTH KNY ház 30 mbar kondenzátor KNYE 25 C Főkondenzátum szivattyú 22 bar Csapadékelvezetés 230 MW Generátor 12 C Dunavíz 20 C 44000 m 3 /h Tápvíz rendszer Forrás: PA 82

Tápvíz rendszer VVER-440 Forrás: Csom-Aszódi:SSIM elméleti összefoglaló 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.) 83 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 összefoglaló 2019.02.21. Dr. Aszódi A.: Atomerőművek 84

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 összefoglaló Tápvíz hőmérséklet a táptartályban 164 C Tápvíz hőmérséklet a NNYE után 222 C Tápszivattyú szállított mennyiség 740 t/h Tápszivattyúk nyomóoldali nyomása 72 bar 85 Szekunder köri főberendezések Üzemzavari, kiegészítő üzemzavari tápvízrendszer 86

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 GF-ekbe Leállított reaktor remanens hő eltávolítására alkalmasak (65 t/h szivattyúnként) 87 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 kollektor szakaszolók KÜTR kollektor KÜTR kollektor (65 t/h) KÜTR tápfejek Csatlakozás az ikerblokk KÜTR kollektorához Udvartéri csatlakozás Sótalnvíz tartály 1000 m 3 Kiegészítő üzemzavari tápszivattyúk Forrás: PA 30 C Az iker blokk KÜTR szivattyúihoz 88

Lehűtő rendszer Feladata: Tervezett, illetve üzemzavari leállításkor a primerkör megfelelő sebességgel történő lehűtése a szekunder körön keresztül. Az üzemen kívüli reaktorban termelődő remanens hő elvezetése. Blokk indításakor a primer kör felfűtésének segítése. Főgőz kollektor Lehűtő rdukálók Lehűtő kondenzátorok Hűtővíz a biztonsági hűtővíz rendszerről Táptartály gáztalanítódómba Táptartály gáztalanítódómba Tápszivattyúk szívó kollektorától (táptartály) Tápszivattyúk szívó kollektorától (táptartály) Lehűtő szivattyúk Forrás: PA Tápszivattyúk nyomó kollektorába (gőzfejlesztőkbe) Tápszivattyúk nyomó kollektorába (gőzfejlesztőkbe) 89 Forrás: Areva 90

Felhasznált források NAÜ safety guide-ok NAÜ Basic Professional Training Course on Nuclear Safety Paksi és BME NTI-s oktatási anyagok US EPR dokumentáció (NRC) KAERI Nuclear Power Reactor Technology 91