Анализ АСУ ТП

ВВЕДЕНИЕ 
 
 

       Степень научно-технического развития страны принято судить по годовой выработке электроэнергии и по установленной мощности в расчете на душу населения. В настоящее время электроэнергия вырабатывается на электростанциях трех типов: тепловых электростанциях, сжигающих органическое топливо (ТЭС); гидравлических электростанциях, использующих энергию воды (ГЭС) и тепловых электространциях, использующих внутриядерную энергию (АЭС). Последняя явилась результатом использования фундаментальных открытий текущего столетия. Несмотря на относительно недлительное производство электроэнергии на АЭС, они уже дают значительный вклад в ее развитие, позволяя значительно экономить ресурсы органического топлива. Вклад АЭС в производство электроэнергии практически равен вкладу гидроэнергетики, хотя мощность ГЭС существенно превышает мощность АЭС.

Компенсатор – специальное инженерное устройство для возмещения или уравновешивания влияния различных факторов на работу системы, машины или механизма. Трубопроводные системы с постоянной

рабочей средой, как правило, подвергаются воздействию  температурных расширений и давления,различного рода вибрациям, а также оседанию фундамента. Для устранения подобных негативных воздействий необходима установка гибких элементов, которые будут способствовать компенсации

вибраций и  предотвращению повреждений трубопроводных систем.Компенсаторы являются оптимальным решением в случаях, когда система трубопроводных линий не способна естественным образом компенсировать воздействие различного рода вибраций и температурных расширений. В этих

случаях компенсатор берет на себя функцию  гибкого звена в трубопроводной системе, снимая негативное воздействие вибраций и температурного расширения в трубопроводах во время эксплуатации. 
 

                                       1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ. 
 

1. Классификация АЭС.

 
 

       Наиболее важной классификацией для АЭС является их классификация по числу контуров. Различают АЭС одноконтурные, двухконтурные и трехконтурные. В любом случае на современных АЭС в качестве двигателя применяют паровые турбины.

         В системе АЭС различают теплоноситель  и рабочее тело. Рабочим телом,  то есть средой, совершающей работу, с преобразованием тепловой энергии  в механическую, является водяной  пар. Требования к чистоте пара, поступающего на турбину, настолько  высоки, что могут быть удовлетворены  с экономически приемлемыми показателями  только при конденсации всего  пара и возврате конденсата  в цикл. Поэтому контур рабочего  тела для АЭС, как и для  любой современной тепловой электростанции, всегда замкнут и добавочная  вода поступает в него лишь  в небольших количествах для  восполнения утечек и некоторых  других потерь конденсата.

         Назначение теплоносителя на  АЭС — отводить теплоту, выделяющуюся  в реакторе. Для предотвращения  отложений на тепловыделяющих  элементах необходима высокая  чистота теплоносителя. Поэтому  для него также необходим замкнутый  контур и в особенности потому, что теплоноситель реактора всегда  радиоактивен.

         Если контуры теплоносителя и  рабочего тела не разделены,  АЭС называют одноконтурной (рис. 2.2а). В реакторе происходит парообразование,  пар направляется в турбину,  где производит работу, превращаемую  в генераторе в электроэнергию.

где:

а — одноконтурная; б — двухконтурная; в — трехконтурная;

1 — реактор; 2 —  паровая турбина; 3 — электрический  генератор; 4 — конденсатор; 5 — питательный  насос; 6 — циркуляционный  насос; 7 — компенсатор  объема; 8 — парогенератор; 9 — промежуточный  теплообменник.

Рисунок - 1. Классификация  АЭС в зависимости  от числа контуров. 

         После конденсации всего пара  в конденсаторе конденсат насосом  подается снова в реактор. Такие  реакторы работают с принудительной  циркуляцией теплоносителя, для  чего устанавливают главный циркуляционный  насос. 

         В одноконтурной схеме все  оборудование работает в радиационных  условиях, что осложняет его эксплуатацию. Большое преимущество таких схем  — простота и большая экономичность.  Параметры пара перед турбиной  и в реакторе отличаются лишь  на значение потерь в паропроводах. По одноконтурной схеме работают  Ленинградская, Курская и Смоленская  АЭС. 

         Если контуры теплоносителя и  рабочего тела разделены, то  АЭС называют двухконтурной (рис. 1 б). Соответственно контур теплоносителя называют первым, а контур рабочего тела — вторым. В такой схеме реактор охлаждается теплоносителем, прокачиваемым через него и парогенератор главным циркуляционным насосом. Образованный таким образом контур теплоносителя является радиоактивным, он включает в себя не все оборудование станции, а лишь его часть. В систему первого контура входит компенсатор объема, так как объем теплоносителя изменяется в зависимости от температуры.

         Пар из парогенератора двухконтурной  АЭС поступает в турбину, затем  в конденсатор, а конденсат  из него насосом возвращается  в парогенератор. Образованный  таким образом второй контур  включает в себя оборудование, работающее в отсутствие радиации; это упрощает эксплуатацию станции.  На двухконтурной АЭС обязателен  парогенератор — устройство, разделяющее  оба контура, поэтому оно в  равной степени принадлежит как  первому, так и второму. Передача  теплоты через поверхность нагрева  требует перепада температур  между теплоносителем и кипящей  водой в парогенераторе. Для водного  теплоносителя это означает поддержание  в первом контуре более высокого  давления, чем давление пара, подаваемого  на турбину. Стремление избежать  закипания теплоносителя в активной  зоне реактора приводит к необходимости  иметь в первом контуре давление, существенно превышающее давление  во втором контуре. По двухконтурной  схеме работают Нововоронежская,  Кольская, Балаковская и Калининская  АЭС. 

         В качестве теплоносителя в  схеме АЭС, показанной на (рис. 1б), могут быть использованы также и газы. Газовый теплоноситель прокачивается через реактор и парогенератор газодувкой, играющей ту же роль, что и главный циркуляционный насос, но в отличие от водного для газового теплоносителя давление в первом контуре может быть не только выше, но и ниже, чем во втором.

         Каждый из описанных двух типов  АЭС с водным теплоносителем  имеет свои преимущества и  недостатки, поэтому развиваются  АЭС обоих типов. У них имеется  ряд общих черт, к их числу  относится работа турбин на  насыщенном паре средних давлений. Одноконтурные и двухконтурные  АЭС с водным теплоносителем  наиболее распространены, причем  в мире в основном предпочтение  отдается двухконтурным АЭС. 

         В процессе эксплуатации возможно  возникновение неплотностей на  отдельных участках парогенератора, особенно в местах соединения  парогенераторных трубок с коллектором  или за счет коррозионных повреждений  самих трубок. Если давление в  первом контуре выше, чем во  втором, то может возникнуть перетечка  теплоносителя, приводящая к радиоактивному  загрязнению второго контура.  В определенных пределах такая  перетечка не нарушает нормальной  эксплуатации АЭС, но существуют  теплоносители, интенсивно взаимодействующие  с паром и водой. Это может  создать опасность выброса радиоактивных  веществ в обслуживаемые помещения.  Таким теплоносителем является, например, жидкий натрий. Поэтому  создают дополнительный, промежуточный  контур для того, чтобы даже  в аварийных ситуациях можно  было избежать контакта радиоактивного  натрия с водой или водяным  паром. Такую АЭС называют трехконтурной  (рис. 1в).

         Радиоактивный жидкометаллический  теплоноситель насосом прокачивается  через реактор и промежуточный  теплообменник, в котором отдает  теплоту нерадиоактивному жидкометаллическому  теплоносителю. Последний прокачивается  через парогенератор по системе,  образующей промежуточный контур. Давление в промежуточном контуре  поддерживается более высоким,  чем в первом. Поэтому перетечка  радиоактивного натрия из первого  контура в промежуточный невозможна. В связи с этим при возникновении  неплотности между промежуточным  и вторым контурами контакт  воды или пара будет только  с нерадиоактивным натрием. Система  второго контура для трехконтурной  схемы аналогична двухконтурной  схеме. Трехконтурные АЭС наиболее  дорогие из-за большого количества  оборудования.

         По трехконтурной схеме работают  Шевченковская АЭС и третий  блок Белоярской АЭС. 

         Кроме классификации атомных  электростанций по числу контуров  можно выделить отдельные типы  АЭС в зависимости от:

         — типа реактора — на тепловых  или быстрых нейтронах; 

         — параметров и типа паровых  турбин, например, АЭС с турбинами  на насыщенном или перегретом  паре;

         — параметров и типа теплоносителя  — с газовым теплоносителем, теплоносителем "вода под давлением", жидкометаллическим  и др.;

         — конструктивных особенностей  реактора, например, с реакторами  канального или корпусного типа, кипящим с естественной или  принудительной циркуляцией и  др.;

         — типа замедлителя реактора, например, графитовым или тяжеловодным  замедлителем, и др.

         Наиболее полная характеристика  АЭС объединяет все классификации,  например,

       Нововоронежская двухконтурная атомная электростанция с реактором корпусного типа на тепловых нейтронах с теплоносителем "вода под давлением" и турбинами  на насыщенном паре;

       Ленинградская одноконтурная атомная электростанция с реактором канального типа на тепловых нейтронах с графитовым замедлителем и турбинами на насыщенном паре;

       Шевченковская трехконтурная атомная электростанция с реактором на быстрых нейтронах  с натриевым теплоносителем и  турбинами па перегретом паре. 
 

2. Система компенсации давления, общие понятия.

 

       Система компенсации давления теплоносителя  — автономная система ядерного реактора, подключаемая к контуру теплоносителя  с целью выравнивания колебаний  давления в контуре во время работы реактора, возникающих за счет теплового  расширения.

         

          Система компенсации давления в установках с реакторами ВВЭР включает:

       - паровой компенсатор давления;

       - барбатер;

       - импульсно-предохранительные устройства;

       - трубопроводы и арматуру.

            Давление в компенсаторе создается  паровой "подушкой" за счет  кипения теплоносителя, нагреваемого  электронагревателями, размещенными  под свободным уровнем. В переходных  режимах при колебаниях средней  температуры теплоносителя, связанных  с изменением нагрузки или  нарушениями в работе оборудования  реакторной установки, в первом  контуре меняется давление. При  этом часть теплоносителя перетекает  в контур или из контура  в компенсатор давления по  соединительным трубопроводам.

             Ограничение отклонения давления  от номинального значения достигается  сжатием или расширением паровой  "подушки" в верхней части  компенсатора. При значительном  росте давления открывают регулирующий  клапан и подают воду по  трубопроводу из "холодной" части  контура в сопла, расположенные  в верхней части компенсатора. В зависимости от параметров  переходного процесса (величины  и скорости изменения давления) регулирующий клапан увеличивает  подачу "холодной" воды, прекращая  или замедляя рост давления  в первом контуре. При дальнейшем  росте давления (из-за отказа системы  или ее недостаточной эффективности)  защита реактора от превышения  давления обеспечивается срабатыванием  импульсно-предохранительных устройств,  из которых пар отводится в  бак-барботер и конденсируется.