АЭУ АЭС с ВВЭР. Влияние эксплуатационных факторов на работу конденсатора

6.2 Расчет показателей надежности

6.2.1 Надёжность АЭС в Украине.

В связи с  тем, что качество и себестоимость  электроэнергии, производимой на АЭС  Украины, обеспечивает высокую конкурентоспособность  и приоритет использования АЭС  для экономического и социального блага населения, возникает вопрос обеспечения надежности и безопасности при эксплуатации АЭС. 

Несмотря на существенные достоинства, АЭС является потенциально опасным объектом, что  связано, в первую очередь, с наличием мощного радиоактивного излучения в процессе выработки электроэнергии, с накоплением продуктов деления и отработавшего топлива в а.з. ЯР, а также с проблемами очистки, переработки и захоронения всех видов РАО. Кроме того, на практике происходило немало случаев возникновения аварий и РАО, что представляет серьёзную опасность для персонала, населения и ОС.

Поэтому при  проектировании, создании и использовании  АЭУ одним из главных и ответственных  требований для проектанта-конструктора, технолога, а также для эксплуатационного  персонала является обеспечение высокого качества, надёжности и безопасности при эксплуатации оборудования АЭС с целью минимизации аварийных последствий.

Анализ надёжности и безопасности выполняется с  использованием перечней ИСА, составленных с учётом опыта эксплуатации, особенностей и типа ЭБ АЭС с ВВЭР–1000. По результатам таких анализов разрабатываются и совершенствуются конструктивно-технологические, организационно-технические и эксплуатационные мероприятия, направленные на повышение надёжности и безопасности оборудования АЭС.

Энергетической  стратегией на период до 2030 года, одобренной правительством Украины в 2006 году, предлагается обеспечить доминирующую роль атомной  энергетики в энергообеспечении  страны. Производство атомной электроэнергии должно возрасти до 219 млрд.кВт∙ч., а установленные мощности атомных электростанций за этот период запланировано увеличить более чем в 2 раза – 29,5 ГВт. Эта задача совершенно реальная, так как для этого имеется целый ряд предпосылок. Во-первых, Украина занимает 6-е место в мире по объёму разведанных запасов урана. Установлено, что все разведанные месторождения являются экономически целесообразными для разработки. При наличии соответствующих мощностей для переработки урановой руды эти запасы смогут полностью обеспечить потребности Украины в ядерном топливе в течение более чем 40 лет. В настоящий же момент добыча урана в государстве осуществляется в объёме 30% от потребностей АЭС. Согласно отраслевой программы, разработанной в 2006 году, начиная с 2013 года, запланирован переход на полное самообеспечение ураном действующих АЭС. Для решения проблемы роста энергетических мощностей также большое значение имеет значительная сырьевая база для производства циркониевых сплавов. Разработанная в 2007 году Минтопэнерго отраслевая программа предусматривает до 2012 года полностью освоить производство циркониевого сплава. Запланировано также освоение собственного производства ядерного топлива для отечественных АЭС.

В данном разделе  производится расчёт надёжности системы  ЭБ АЭС с целью количественной оценки её пригодности для эксплуатации, что определяется вероятностью её безотказной работы в течение кампании ЯР. Данные расчёта позволят сделать определённые выводы по пригодности данной системы к эксплуатации, а также позволят сделать рекомендации для принятия мер с целью повышению её рабочих характеристик.

6.2.2 Выбор и описание принципиальной схемы линии системы циркуляционной охлаждающей воды.

      В данной работе будет произведен  расчет линии системы охлаждающей  циркуляционной воды, схема которой представлена на рисунке 6.12

Система циркуляционного и технического водоснабжения "VC"(Рисунок 6.12) предназначена  для обеспечения охлаждающей  водой теплообменного оборудования и потребителей машинного зала.

 

Состав  системы:

1) Подъемные  насосы VC21,22D11 технического водоснабжения

2) Фильтры  VC21,22,23N01 механической очистки воды

3) Фильтры  VC31,32,33N01

4) Фильтр VC31N02

5) Фильтры  VC53N01,N02

6) Фильтры  системы предочистки VC11,12,13N01,02

7) Фильтры  предочистки VC51,52N11,21

8) Фильтр VC51N31 грязеулавитель

9) VB50S01- задвижка подачи техводы

10) задвижка на линии промывки от системы “ ST ” в систему “VC”

11)  VB50S02 - задвижка подвода технической  воды

12)  VC34S11,21,31 - арматура подвода технической  воды к м/о маслостанции  КН -2 ст

13)  VC33S01,02,(S03,04) - задвижки подвода (отвода) охлаждающей воды в систему ST

14) VC11,12,13S01,02 - арматура промывки фильтров предочистки основной турбины “Тапрогге”

15) VC51,52S13,23 - арматура промывки фильтров предочистки ТПН “Тапрогге”

16) VC62,63S11 – арматура подвода охлаждающей воды к охладителям токопроводов;

17) Циркуляционные насосы VC10D01,02,03

18) Конденсаторы SD11,12,13

19) Конденсаторы  ТПН SD51,52

20) SМ11,12,13,21,22,23,31,32,33W01 - маслоохладители трансформаторов  блока

21) SD11,12,13S11,12 – электроприводные клапана отвода охлаждающей воды с конденсаторов.

 

      По классификации из эта система  не влияющая на безопасность.

 

      Охлаждение конденсаторов турбины  происходит следующим образом:

Циркуляционные  насосы VC10D01,02,03 подают охлаждающую  воду на конденсаторы SD11,12,13, причём насос VC10D01подаёт охлаждающую воду на конденсаторы SD12,13, насос VC10D02 – на конденсаторы SD11,13, а VC10D03 –на SD11,12. Такая схема подачи охлаждающей воды сделана для того, чтобы в случае останова одного из 3-х насосов обеспечить постоянную подачу на конденсаторы SD11,12,13 воду для охлаждения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6.12 Система циркуляционного и технического водоснабжения

 

 

 

       6.2.3 Выбор критических элементов и составление упрощенной принципиальной и структурной схем.

Упрощенная  принципиальная схема (Рисунок.6.13) строится на основании принципиальной схемы  системы циркуляционной охлаждающей  воды (Рисунок.2.1), и включает критические элементы, т.е. такие, выход из строя которых приведет к отказу функционирования всей системы либо снижению её характеристик. Причем выбранные элементы в конструктивном плане представлены самостоятельными единицами, выполняющими определенные функциональные действия.

 

 

    

         

      

    

 

 

 

Рисунокунок 6.13  Принципиальная схема (упрощённая) циркуляционной охлаждающей воды.

 

Состав узла подпитки системы циркуляционной охлаждающей  воды:

     1- VC10D01 – насос циркуляционный;

2- VC12N01 – фильтр системы предочистки;

- VC13N02 - фильтр системы предочистки ;

3- SD12- главный конденсатор;

 – SD13- главный конденсатор;

4 – SD12S11 – электроприводной клапан ;

- SD13S12– электроприводной клапан;

    5 –  трубопровод.

 

Структурная схема системы циркуляционной охлаждающей воды,  составленная на основании упрощенной принципиальной схемы, представлена на (Рисунок.6.14).

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6.14 Структурная схема  системы циркуляционной охлаждающей  воды

 

  6.2.4 Выбор закона распределения отказов, показателей надёжности и расчетных формул.

Расчет показателей  надежности следует производить  для режима нормальной эксплуатации блока, когда интенсивность отказов  будет определяться только появлением внезапных отказов, используемых в системе элементов. В этот период величина интенсивности отказов имеет минимальное значение, и уровень ее в течение всего этого периода будет оставаться постоянным

При рассмотрении внезапных отказов  в тех случаях, когда явления  износа и старения выражены настолько слабо, что ими можно пренебречь, а также при расчете потока отказов восстанавливаемых изделий наиболее корректное значение имеет экспоненциальный закон распределения отказов. В работе рассматриваются единичные показатели такого свойства надежности, как безотказность, так как именно безотказность характеризует способность системы (элемента) не иметь отказов на протяжении требуемого времени при эксплуатации в заданных условиях.

Общепринятыми и достаточными для  оценочных расчетов надежности являются такие показатели безотказности, как P(t) - вероятность безотказной работы, Т - наработка на отказ и λ - интенсивность отказов.

Учитывая, что для оценки надежности системы недостаточно определение  мгновенных значений вероятности ее безотказной работы, следует задаться временем, в течение которого эти  характеРисуноктики могут сохраняться  или иметь допустимые значения в  процессе эксплуатации.

В расчете принимаем  экспоненциальный закон распределения  отказов. Он широко используется применительно  к отказам, возникающим внезапно и вызванным случайными внешними воздействиями: ростом тепловых, механических, электрических нагрузок или ошибками проектирования, изготовления и эксплуатации. Часто экспоненциальный закон используют в начале эксплуатации. Он характеризуется относительной простотой и приемлемой точностью получаемых результатов. Экспоненциальное распределение является однопараметрическим распределением с параметром λ, представляющим постоянную интенсивность отказов. Для него  вероятность безотказной работы определяется из выражения:

                                                                                                      (6.1)

Для безотказной работы системы в течение рассматриваемого времени необходимо, чтобы каждый элемент работал безотказно на протяжении этого времени. Если обозначить вероятность  безотказной работы системы и  i-гo элемента соответственно P_c(t)  и P_i(t),  то  для системы из  последовательно соединенных элементов вероятность безотказной работы определяется как произведение значений вероятности безотказной работы всех входящих в систему элементов, выражение (6.2)

                                                                                        (6.2)                            

 

Если система представляет собой параллельно соединенные  элементы, то отказ системы наступает  только при отказе всех входящих в  нее элементов. Для такой системы:

 

                                                                                (6.3)                                

 

Для расчёта  надёжности системы VC и последующего построения характеристики изменения вероятностей безотказной работы выбираем значения наработок оборудования. Поскольку система VC находится в работе весь календарный период эксплуатации блока, т.е. ~ 300 эффективных суток, что соответствует~7000 часам, то задаёмся следующими значениями наработки:

t₁=2000 ч ;   t₂=4000 ч ;   t₃=7000 ч .

Это позволит построить характеристику изменения вероятности безотказной  работы основной линии и безотказной  работы системы в рассматриваемом  временном интервале (в течение  календарного периода). Это позволяет  сделать вывод об эффективности резервирования.

 

               6.2.5 Выполнение расчётных исследований надежности системы

Расчет вероятности  безотказной работы P(t) осуществляется по формулам [4.2] [4.3] для следующих этапов:

1. В работе основная линия без резервирования (элементы 1…5) ;
2. В работе основная линия с резервированием элементов (элементы 2,3,4)

 

Таблица 6.4 - Значения интенсивности отказов элементов

№	Наименование  элемента	Обозначение	Интенсивн. отказов  ,10-6 1/ч
1	насос циркуляционный	VC10D01	0,2
2	фильтр системы  предочистки	VC12N01	14
	фильтр системы  предочистки	VC13N02	14
3	главный конденсатор	SD12	1
	главный конденсатор	SD13	1
4	электроприводной  клапан	SD12S11	0,5
	электроприводной  клапан	SD13S12	0,5
5	трубопровод	-	1,1

 

      6.2.6 Расчёт вероятности безотказной работы основной линии системы циркуляционной охлаждающей воды.

 Расчет производится для основной линии, включающей последовательно соединенные элементы (1...5), представленные на (Рисунок.6.14).

Вероятность безотказной работы для i-ого элемента:

  .

Для t=2000 часов:

 

                     

 

 

           Для t=4000 часов:

 

 

 

 

 

 

 

Для t=7000 часов:

 

 

 

 

 

 

Вероятности безотказной работы основной линии системы без резервирования Р_ол:

  

 

 

    

   Результаты  расчётов представлены в табулированном  виде.

Расчет надежности элементов и основной линии  насосного узла подпитки представлен в табл. 6.5

 

 

 

Таблица 6.5 Вероятность  безотказной работы основной линии  системы циркуляционной охлаждающей  воды