авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Совершенствование регламента проведения продувки в режимах останова блока с рбмк на основе динамики распределения примесей

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

иванов сергей васильевич

совершенствование регламента проведения продувки в режимах останова блока с рбмк на основе динамики распределения примесей

Специальность 05.14.03 — Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва

2010

Работа выполнена на кафедре Атомных электрических станций Московского энергетического института (Технического университета)

Научный руководитель: д.т.н., проф. Горбуров Вячеслав Иванович.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, Кукушкин Александр Николаевич,

кандидат технических наук, Хлебников Александр Александрович.

Ведущая организация:

филиал ОАО «Концерн Росэнергоатом» «Смоленская атомная станция».

Защита диссертации состоится « 26 » мая 2010 г. в МАЗ МЭИ (ТУ)

в 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного Совета Московского энергетического института (Технического университета) по адресу: 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., д. 17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ).

Отзыв на реферат, в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по адресу: 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Ученый Совет МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан "23" апреля 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета Д 212.157.07,

к.т.н. Ильина И.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации

Совершенствование технологических процессов на электрических станциях посредством внесения необходимых изменений в регламент работы оборудования, в технологические и конструктивные схемы элементов оборудования является важной задачей, требующей постоянного внимания эксплуатирующих и проектирующих организаций. Это позволяет обеспечивать более эффективное и долговременное функционирование оборудования, основываясь на понимании протекающих физических в нем процессов и не прибегая к дорогостоящей замене элементов оборудования. В настоящее время эта задача приобретает особое значение.

Изношенность технологического оборудования становится серьезной проблемой энергетики страны. Одной из основных причин отказов является разрушение поверхностей теплообмена, вследствие коррозии и образования отложений.

Особенностью АЭС с РБМК является радиоактивность оборудования, обусловленная образованием отложений радионуклидов на внутренних поверхностях. Это приводит к повышенной численности обслуживаемого персонала и увеличению его дозовых нагрузок. Проблема дозовых нагрузок персонала АЭС в настоящее время рассматривается не только с медицинской точки зрения, но и с технической, экономической и социальной. Снижение дозовых нагрузок персонала АЭС прямо приводит к снижению эксплуатационных затрат и повышению коэффициента использования установленной мощности АЭС.

Радикальный путь устранения перечисленных нежелательных явлений – создание такого водного режима, при котором в воде не появлялось бы продуктов коррозии. Если же это условие не обеспечивается в полной мере, то задача состоит в разработке новых технологий, направленных на повышение уровня эксплуатации и надежности парогенерирующих установок. К этим разработкам относятся и совершенствование регламента ведения продувки в переходных режимах работы парогенерирующего оборудования, опирающееся в своем теоретическом плане на закономерности распределения примесей.



Научная новизна

  1. Впервые исследованы явления прятания и выброса примесей в переходных режимах работы блока с РБМК. Распределения примесей, рассчитанные по диффузионно-гидравлической модели, качественно хорошо описывают реально происходящие процессы.
  2. Показано, что основные идеи, заложенные в теории распределения примесей в переходных процессах, применимы для парогенераторов различного типа (реактор типа ВК, парогенератор ПГВ для ВВЭР, барабанных котлов, реактор типа РБМК), в широком диапазоне скоростей, геометрических и теплофизических параметров, и в динамике распределения примесей после снижения мощности нет принципиальных отличий.
  3. Проведены расчетные и экспериментальные обоснования увеличения эффективности продувки. Предложены пути совершенствования регламента проведения продувки в режимах останова блока, позволяющие увеличить эффективность вывода примесей из КМПЦ РБМК.

Практическая ценность

Исследование закономерностей поведения примесей и продуктов коррозии в динамических режимах позволило разработать пути совершенствования регламента проведения продувки. Новый регламент проведения продувки был реализован на энергоблоках с РБМК Смоленской АЭС. Результаты проведенных испытаний полностью подтвердили эффективность заложенных схемных решений.

Закономерности распределения примесей в объеме кипящего рабочего тела могут быть использованы для разработки регламента проведения продувки парогенерирующих установок различного типа, с учетом их особенностей (параметров работы, гидравлических связей между элементами, химического и дисперсного состава примесей, типа водно-химического режима и др.), а также при проектировании новых парогенерирующих установок.

Публикации

В ходе работы над диссертацией опубликованы 3 статьи, тезисы докладов на международных научно-технических конференциях.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы, 155 страницы основного текста, 39 рисунков, 7 таблиц и приложений.

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируется цель и основная особенность работы.

В первой главе проведен анализ проблемы, представлен обзор научно-технической литературы по проблеме, приведены сведения, необходимые для решения задачи по совершенствованию регламента проведения продувки.

Основными источниками поступления примесей являются: добавочная вода, вводимая в цикл для восполнения потерь; присосы охлаждающей воды в конденсаторах; продукты взаимодействия теплоносителя с конструкционными материалами оборудования (продукты коррозии); продукты радиолиза водного теплоносителя; продукты деструкции ионообменных смол; продукты деления ядерного топлива. Вклад каждого из перечисленных источников в суммарное загрязнение теплоносителя может значительно колебаться.

Для контура многократной принудительной циркуляции (КМПЦ) наиболее характерными являются отложения: железные, состоящие из окислов железа и шпинелей сложного состава; сложные силикатные; медные. Отложения, связанные со щелочеземельными элементамиСа2+, Mg2+, играют незначительную роль, так как эти примеси, практически полностью удаляются в системах водоподготовки. Отложения состоят из нескольких слоев не имеющих четких границ. Первый – внутренний – плотный слой, вне активной зоны реактора этот слой практически не участвует в массопереносе. Второй – внешний – слой оксидов продуктов коррозии металлов представляет собой рыхлые отложения, слабосвязанные с поверхностью. Этот слой формируется как в активной зоне, так и вне ее и является основным источником массопереноса радионуклидов, продуктов коррозии и циркония. В рыхлых отложениях железо в основном находится в виде оксидов -Fe2O3 (магемит) и Fe3O4 (магнетит). На поверхности циркониевой оболочки твэла отложения на 90% состоят из железооксидных соединений. Продукты коррозии железа являются носителями соединений радиоактивных изотопов, образовавшихся из легирующих компонентов сталей. Активность продуктов коррозии на 80% обусловлена изотопами Сr51, Mn54, Со58, Fe59,Co60. Основной вклад в дозовую нагрузку на персонал во время ремонтных работ дает -излучение от активированных продуктов коррозии на основе железооксидных соединений.

Величина потока осаждения примеси зависит от теплового потока, концентрации примеси в пристенном слое, свойств суспензии, от электрокинетических характеристик, которые в свою очередь зависят от состава суспензии (заряда частиц, величины pH, содержания различных веществ), а также от гидродинамических характеристик контура.

Переходные режимы работы энергоблока вызывают увеличение активности теплоносителя и, как следствие, увеличение активности отложений вне активной зоны в 45 раз по сравнению со стационарным режимом работы.

Анализируются существующие гипотезы объяснения процессов выброса и прятания. Недостаточность гипотез, объясняющих процессы выброса и прятания химическими процессами, следует из невозможности единого описания поведения различных примесей. В то же время, в некоторых случаях химические процессы могут оказывать большое влияние на процессы выброса и прятания примесей. Непригодность для объяснения процесса выброса примесей на ядерных реакторах только предположения о выходе примесей из-под оболочек твэлов вытекает из схожести процесса выброса на реакторе с процессами выброса на котлах ТЭС. Тем не менее, выход осколков деления из-под оболочек твэлов в ряде случаев может дать дополнительный, а иногда и определяющий вклад в выброс примесей. Сущность предложенной в настоящей работе модели состоит в описании на основе дифференциальном уравнении конвекции-диффузии процесса концентрирования примесей в пограничном слое на поверхности теплообмена.

Ставятся основные задачи: исследование закономерностей распределения примесей и продуктов коррозии в переходных режимах в КМПЦ РБМК; определение факторов, влияющих на динамику распределения примесей в объеме рабочей среды; проведение расчетных и экспериментальных обоснований увеличения эффективности продувки; разработка путей совершенствования регламента проведения продувки в переходных режимах работы блока с РБМК с учетом закономерностей поведения примесей и гидродинамических связей между элементами КМПЦ.

Во второй главе представлены теоретические основы концентрирования примесей в объеме кипящего рабочего тела. Описываются модели процессов выброса и прятания примесей в переходных режимах.

Из всех механизмов переноса вещества в процессе концентрирования примесей в пограничном слое существенную роль играют лишь конвекция, диффузия и унос с паром.

Рассматривается гидродинамическая модель, основанная на постулировании зависимости профиля распределения истинного объемного паросодержания для диабатного потока в парогенерирующем канале с цилиндрической геометрией в виде:

,

где r и R - текущий и внутренний радиусы канала, а индексы “о” и “ст” относятся к оси и стенке канала.

Дополнительно постулируются законы распределения по сечению канала истинной скорости воды и концентрации примесей: ,

.

В целом характер принятых распределений не противоречит физическим представлениям, а форма степенных зависимостей выбрана таковой отчасти и потому, что позволяет провести простые аналитические оценки. Данный подход, давая реальные значения относительного выброса, требует достаточно высоких значений «k», что свидетельствует о высоких концентрациях примесей (порядка 102 104), но в узкой пристенной области. Таким образом, гидродинамический подход не противоречит физическим представлениям, и дальнейшее развитие его не лишено смысла. Неопределенным является задание и обоснование величин перекосов концентраций, связанных с массообменными процессами между ядром потока и пристенным слоем, обусловленными переносом примесей за счет конвекции, турбулентности и диффузии.

Рассматривается диффузионно-гидравлическая модель процессов выброса и прятания примесей, основанная на уравнении конвекции-диффузии в тонком пристенном слое :

, (1)

где D - коэффициент диффузии (м2/с); Sст и Sо – концентрация примеси в пристенном слое и остальной части потока; Kр - коэффициент распределения примеси между водяной фазой и паром; wr'=q/r'- скорость подтока жидкости; wr''=q/r''- скорость уноса примеси с паром; q - удельная тепловая нагрузка (Вт/м2); r - скрытая теплота парообразования (Дж/кг); ' и '' - плотности жидкой и паровой фаз на линии насыщения (кг/м3).





Выразим из (1) величину :

и проведем ее анализ.

  1. Если <<1, то кратность концентраций Kk между пристенной областью и ядром потока может достигать весьма больших величин (103 104), из-за малости величины D. Процесс концентрирования будет определяться только диффузией: .
  2. Если >>1, то вынос примесей с паром значительно превосходит диффузионный процесс, и кратность концентраций будет приближаться к величине, обратной Kp: .
  3. Если порядка единицы, оба процесса вносят свой вклад к скорости оттока примесей от стенки.

Из выражения (1) может быть получен коэффициент выброса при изменении тепловой нагрузки. В цилиндрической геометрии это выглядит так:

,

где q - изменение тепловой нагрузки (Вт/м2).

Характерное время изменения концентрации при снижении мощности равно: = / wD = 2/D и варьируется от нескольких секунд до нескольких часов (в зависимости от размера частицы примеси и изменения параметров работы парогенератора, например, давления и температуры).

Для предсказания на практике возможных численных значений величин выброса при разгрузке необходимо определить величину . Расчетное значение как толщины ламинарного подслоя весьма мало (10мкм) и не могло бы объяснить наблюдаемые величины выбросов. Следует принять, что - это, как минимум, величина шероховатости, которая изменяется в процессе эксплуатации и зависит от величины отложений: с ростом отложений - растет шероховатость - увеличивается величина кратности выброса. Толщину слоя можно оценить из механизма кипения. Теплота от стенки идет на перегрев жидкости над температурой насыщения. Толщина слоя перегретой жидкости совпадает с толщиной вязкого подслоя жидкости, в котором теплота передается за счет теплопроводности. Тогда коэффициент теплоотдачи при кипении есть ни что иное, как термическое сопротивление вязкого подслоя : кип = / ,

где: кип - коэффициент теплоотдачи при кипении (Вт/м2К); - теплопроводность жидкой фазы (Вт/мК).

Так как кип является функцией давления и удельного теплового потока, то и толщина тоже определяется этими же параметрами, а также зависит от шероховатости поверхности и по расчетам составляет величину порядка 10100 мкм.

Поведение различных примесей существенно различается, поэтому примеси, вносимые в объем кипящего рабочего тела, следует разделить на три класса: а) примеси хорошо растворимые в воде и нерастворимые в паре; б) примеси хорошо растворимые как в воде, так и в паре; в) примеси, нерастворимые ни в воде, ни в паре.

Количество железа в объеме парогенерирующего устройства, рассчитанное как произведение средней концентрации в воде (по результатам химического анализа проб, взятых из пробоотборников) на массу воды, в несколько раз (в некоторых случаях на порядок) меньше реального количества железа в объеме парогенерирующего устройства (полученного в период отмывки). Этот факт свидетельствует о том, что большая часть железа находится не в общем объеме, а концентрируется в вязком пограничном слое (в котором измерить концентрацию технически невозможно из-за малой его толщины), либо отлагается на поверхности.

Что касается микрораспределения примесей нерастворимых ни в воде, ни в паре (железооксидный шлам), то следует разделять его на мелкодисперсный и крупнодисперсный. Поведение мелкодисперсного шлама (эквивалентный диаметр меньше 0,5-2 мкм) аналогично поведению растворенных в воде примесей и нерастворимых в паре – он концентрируется у теплопередающей стенки. Поведение же крупнодисперсного шлама существенно отличается. В вязком подслое имеется большой градиент скорости от нуля до 0,9wя и любая частица в этом слое испытывает выталкивающую силу (сила Магнуса), направленную от парогенерирующей поверхности. Получаем скорость вывода частицы из вязкого подслоя: wm = d2 wсл2 / 48,

где - кинематическая вязкость, (м/с); d – диаметр частицы, (м); wсл – корость рабочего тела в пристенном слое.

Это уравнение получено в предположении о сферичности частицы, что позволяет использовать для расчета сопротивления выражение Стокса. Из этого же предположения можно рассчитать и скорости осаждения частицы шлама, приравняв силу сопротивления силе тяжести: wос = (gd2 / 18) (d/'), где d – плотность шлама, (кг/м3).

Проведенные расчеты свидетельствуют о том, что для параметров работы КМПЦ РБМК частицы шлама с характерным размером больше 0,1-0,5 мкм не могут достичь теплопередающей поверхности, и, в отличие от растворимых в воде примесей, накапливается на границе вязкого подслоя с турбулентным ядром. Также расчеты показали, что крупные частицы (диаметр больше 5 мкм) осядут уже через 0,5-2 часа после того, как скорость циркуляции станет меньше скорости осаждения частицы (в большинстве элементов КМПЦ), тогда как время осаждения мелкодисперсных и коллоидных частиц исчисляется сутками. Это следует учитывать при определении момента включения периодических продувок из дренажей и нижних образующих оборудования.

В третьей главе представлено описание схемы КМПЦ РБМК, режимов работы КМПЦ, описание возможных, представляющих интерес, схем включения элементов КМПЦ.

КМПЦ, в силу его разветвленности и протяженности, состоит из элементов с различными теплогидравлическими характеристиками и параметрами работы. На основании этих данных проведен расчет запаздывания изменения концентрации после выброса примесей из пристенного слоя в основной объем, который показал, что максимальное время запаздывания приходится собственно на пробоотборную линию, а не на КМПЦ, и составляет 15-30 мин. Также из-за несопоставимости расхода в КМПЦ и объема барабана-сепаратора (БС) задержка фронта изменения концентрации и его размыв в БС незначительны.

В четвертой главе представлены результаты экспериментов исследованию процессов выброса примесей во время остановов блоков с РБМК №№1,2,3 Смоленской АЭС, проведен анализ полученных экспериментальных данных, предлагаются пути совершенствования регламента проведения продувки в переходных режимах работы блока с РБМК.

Эксперименты представляли собой ведение контроля за химическими и радиохимическими показателями рабочей среды, за параметрами работы КМПЦ после снижения мощности реактора на 50% (давление и температура КМПЦ остаются неизменными), а затем и после полного снижения мощности реактора (давление и температура КМПЦ постепенно снижаются). Отбор проб на химический и радиохимический анализ проводился с входа установки специальной водоочистки (СВО-1).



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.