Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ существующих технологических схем энергоблоков 9
1.1 Конденсатный тракт и регенерация низкого давления 10
1.2 Питательный тракт и регенерация высокого давления 15
1.3 Главные паропроводы и пуско-сбросные устройства 22
1.4 Пароснабжение собственных нужд 25
1.5 Анализ существующих схем и постановка задачи 28
2. Разработка математической модели для расчета переходных процессов паросиловой части энергоблоков .
2.1 Описание общих подходов к моделированию элементов 37
2.2 Описание математических моделей отдельных подсистем 43
2.3 Структурная схема и математическое описание моделей 84 элементов регуляторов
2.4 Обоснование достоверности принципов, заложенных в модели
3. Расчетный анализ переходных процессов в существующих технологических схемах энергоблоков с помощью математической модели .
3.1 Система основного конденсата и регенерации низкого давления.
3.2 Система питательной воды и регенерации высокого давления
3.3 Главные паропроводы и пуско-сбросные устройства 116
4. Предложения по совершенствованию технологических схем, компоновок, режимов работы и систем автоматического управления энергоблоков .
4.1 Система основного конденсата и регенерации низкого давления
4.2 Система питательной воды и регенерации высокого давления
4.3 Разгружение блока при отключении турбины с потерей вакуума
5. Расчетный анализ предложений по совершенствованию технологических схем, компоновок, режимов работы и систем автоматического управления энергоблоков .
5.1 Система основного конденсата и регенерации низкого давления
5.2 Система питательной воды и регенерации высокого давления
5.3 Режим отключения турбины с потерей вакуума 159
Заключение 160
Список использованных источников 162
- Питательный тракт и регенерация высокого давления
- Описание математических моделей отдельных подсистем
- Система питательной воды и регенерации высокого давления
- Система питательной воды и регенерации высокого давления
Введение к работе
В настоящее время ведется проектирование и строительство новых блоков в России и за рубежом. Для этих блоков разрабатывается новое оборудование, технологические схемы, новые работы и системы автоматического управления. Новые технологические решения по оборудованию и схемам связаны не только с необходимостью совершенствования оборудования, но и с повышением требований к участию блоков в работе энергосистем при нормальной эксплуатации и в аварийных режимах в энергосистеме. Требования со стороны энергосистем, предъявляемые к маневренным характеристикам ТЭС и АЭС, сформулированы в [1,2]. Усложнение конструкции оборудования, схемных решений и режимов работы предъявляют повышенные требования к качеству работы блоков для обеспечения их надежной работы.
Новые технологические решения и требования по повышению надежности выдвинули для современных отечественных и зарубежных объектов новые требования по системам управления, что привело к кардинальному изменению блочного щита управления. Привычная полная мнемосхема пароводяного тракта блока с обилием индивидуальных приборов и ключей управления была заменена на операторские станции с выводом всей информации на дисплеи в виде видеограмм и управлением через окна с виртуальными блочками, ограниченное количество которых можно вызвать одновременно на дисплей операторской станции.
Такой современный способ управления дешевле большого количества пультов и панелей с полной мнемосхемой, но предъявляет дополнительные требования к степени автоматизации переходных процессов из-за ограничения в объеме одновременно получаемой информации и в доступе к — средствам управления:- Необходим-комплексный подхода управлению-всем оборудованием блока, позволяющий разгрузить оператора от
многочисленных локальных переключений и сохранения за ним функции контроля и управления наиболее важными процессами.
Разработка технологических схем, режимов работы и комплексных систем управления всем блоком невозможна без серьезного анализа переходных режимов работы оборудования блока и работы систем управления. Таким образом, анализ переходных режимов работы оборудования и автоматических систем управления технологическими процессами энергоблоков является важнейшим аспектом разработки тепловых схем, выбора типа и конструкции оборудования, систем управления и эксплуатации.
Исследованию переменных режимов работы основного оборудования посвящено значительное количество как отечественных [3,4,5,6,7], так и зарубежных работ. Вспомогательным системам уделено значительно меньше внимания. Вместе с тем надежность блока в переходных режимах, особенно при пусках и остановах, во многом зависит от систем, обеспечивающих работу основного оборудования. Если собственно оборудование этих систем (насосы, теплообменники) достаточно обстоятельно исследовались [8,9], то схемным вопросам, а таюке вопросам взаимодействия основного и вспомогательного оборудования и систем управления посвящалось значительно меньше работ.
Анализ переходных режимов частично может быть выполнен по расчету статических состояний для нескольких моментов по времени процесса, однако такой метод может быть с достаточной степенью достоверности использован только для медленных процессов. Для анализа отдельных систем используются локальные модели, однако на блоке все процессы взаимосвязаны и такой метод может иметь ограниченное применение.
—ОсіюІшьТм-йсточнйком~информации о статических и динамических характеристиках основного и вспомогательного оборудования, режимах работы, функционировании автоматических систем управления,
правильности принятия технологической схемы электростанций был эксперимент на действующем оборудовании. Метод экспериментального исследования переходных процессов на блоке выполняется при пусковых операциях и в процессе эксплуатации, но он непригоден при разработке нового проекта до пуска блока.
Актуальность темы диссертации обусловлена отсутствием подхода к анализу и совершенствованию технологических схем, режимов работы оборудования и функционирования систем управления на основе расчетных методов, охватывающих блок в целом. Исследование с помощью расчетной модели, созданной с учетом конструктивных характеристик оборудования и объектов управления, характеризующих его динамические свойства, позволит провести качественный и количественный анализ переходных режимов работы блока электростанции на стадии его разработки.
Целью работы является разработка комплексного подхода к анализу переходных режимов работы блока на основе разработанной математической модели расчета технологических параметров блока. Проведение исследований переходных режимов работы оборудования энергоблоков с учетом систем управления. Проведение анализа результатов исследования, разработка на их основе технических предложений по оптимизации технологических схем и систем автоматического управления. Выполнение расчетного обоснования предлагаемых окончательных технических решений.
Паросиловая часть энергоблоков включает в себя набор разнородных элементов. Переходные процессы в большинстве из этих элементов описываются дифференциальными уравнениями в частных производных. Система уравнений дополняется замыкающими соотношениями, полученными из эксперимента (теплоотдача, гидравлическое сопротивление и др.). Решение такой системы одним, каким либо из стандартных методов не представляется возможным.
Основной путь, принятый при разработке модели, - это упрощение исходной системы и поиск рациональных путей решения. При пошаговом
методе счета это может быть достигнуто путем разрыва слабых связей на шаге счета. Математически это соответствует разделению системы на ряд подсистем.
Построенная на данных принципах математическая модель позволяет произвести качественный расчетный анализ переходных режимов работы действующих и вновь проектируемых энергоблоков.
Результаты расчетного анализа позволяют:
проверить правильность принятых решений по тепловой схеме и конструкции установки;
изучить свойства турбоустановки как объекта управления;
отработать оптимальные алгоритмы управления в нормальных и аварийных режимах.
оптимизировать структурные схемы и настройки регуляторов.
Таким образом, представленная работа содержит новый подход к, анализу переходных режимов работы блока на основе комплексного математического моделирования технологических систем и автоматических систем управления всем оборудованием. Работа содержит новую комплексную математическую модель расчета технологических параметров по оборудованию и системам управления в переходных режимах. На основе расчетного анализа разработан подход к выбору характеристик оборудования, схемных и компоновочных решений. Работа содержит подход к разработке структурных схем автоматического управления оборудованием, совмещающий анализ разгонных характеристик оборудования и окончательных структурных схем по комплексной математической модели и предварительную отработку структурных схем и настроек по разгонным характеристикам на линейной модели.
При проведении данной работы получены следующие новые научные результаты:
разработана комплексная математическая модель расчета технологических параметров оборудования паросиловой части энергоблоков
в переходных режимах с учетом автоматических систем управления и упрощенной модели реакторной установки;
- проведены исследования переходных режимов работы с помощью
разработанной математической модели и на основании анализа их
результатов разработаны технические предложения по оптимизации
технологической схемы, режимов работы оборудования и автоматических
систем управления паросиловой части энегоблоков.
Практическая ценность полученных результатов. Для обеспечения высокого качества переходных режимов работы блока, включая работу при отказах оборудования вплоть до отключения турбины с потерей вакуума, представленный метод на стадии разработки проекта позволяет:
оптимизировать схемы конденсатного и питательного трактов с регулирующими устройствами, схемы слива конденсата греющего пара из ПНД и ПВД с учетом компоновок, оптимизировать структурные схемы и настройки регуляторов расхода основного конденсата и уровня в подогревателях;
выполнить анализ режима работы деаэратора при скользящем давлении в нем, оптимизировать компоновку деаэрационно-питательнои установки и работу регуляторов подачи греющего пара в деаэратор для обеспечения надежной работы питательных насосов;
оптимизировать характеристики и управление системы питания парогенераторов;
- оптимизировать схему главных паропроводов, характеристики и
управление пуско-сбросных устройств;
- уточнить режимы работы реакторной установки.
Все эти решения нашли отражение в проектах строящихся энергоблоков.
Питательный тракт и регенерация высокого давления
Питательный тракт включает в себя деаэрационно - питательную установку, систему регенеративных подогревателей высокого давления и узел питания парогенераторов.
В типовых схемах современных блоков АЭС деаэрационная установка состоит из двух аккумуляторных баков емкостью 185 м3 каждый с двумя вертикальными деаэрационными колонками на каждом баке. Деаэрационные колонки и баки соединены без арматуры паровыми и водяными уравнительными трубопроводами и представляют собой единую деаэрационную установку.
В схеме с турбинами ХТГЗ и ЛМЗ деаэрационная установка работает с постоянным давлением пара в ней 0,685 МПа (7 кгс/см ) при всех нагрузках блока. Греющий пар поступает к деаэраторам только от коллектора собственных нужд блока (КСН), который при нагрузках выше 70% номинальной питается паром от третьего отбора турбины с давлением 1,2 МПа (12,3 кгс/см), а при более низких нагрузках - от главных паропроводов, через быстродействующие редукционные установки собственных нужд (БРУ-СН).
Предусмотрены две основные линии подвода греющего пара к деаэраторам 0500 мм, из которых одна подключается только при сбросе нагрузки блока. На каждой линии установлен регулирующий клапан. Расход пара, потребляемый в период прогрева блока до выхода его на мощность, при горячем резерве блока и в ряде других режимов значительно меньше, чем при работе блока в эксплуатационном диапазоне нагрузок и при сбросе нагрузкйГблока."С учетом этого предусмотрена пускбвая линия"02ОО мм, оснащенная регулирующим клапаном. Тепловая и гидравлическая нагрузка деаэрационных колонок определяется условием удержания номинального давления в деаэраторе при сбросе нагрузки турбины до холостого хода. С целью уменьшения отравления реактора при работе на низкой нагрузке и облегчения восстановления номинальной мощности блока после ликвидации причины аварийной ситуации мощность реактора при сбросе нагрузки на турбине вплоть до холостого хода снижается до уровня не ниже 40-50% номинальной. При этом давление в деаэраторе должно сохраниться на номинальном уровне. Задача сохранения давления в деаэраторе на номинальном, или близком к нему уровне при всех режимах работы связано с требованием не допускать снижения температуры питательной воды ниже 164 С по условию предельно допустимых напряжений в патрубках парогенераторов. При этом ПВД могут быть отключены. Исходя из этого режима выбрано сечение основных клапанов греющего пара деаэрационной установки.
Питательную группу составляют два питательных турбонасоса (ПТН), каждый из которых состоит из основного и предвключенного питательных насосов, вращаемых одним турбоприводом и вспомогательных электронасосов (ВПЭН). На некоторых новых блоках для увеличения надежности питания парогенераторов используют с двумя ПТН два ПЭН. Производительность ПТН составляет 3750 т/ч при напоре 1000 м. в. ст., ВПЭН - 150 т/ч при напоре 950 м. в. ст.
Питательные трубопроводы на всех отечественных блоках АЭС подводятся к бустерному насосу ПТН снизу. Такое решение является историческим, когда насосы имели горизонтальный разъем и приводит к некоторым существенным недостаткам. Так не только существенно увеличивается длина всасывающих трубопроводов и снижается кавитационный запас перед насосом из-за роста сопротивления и запаздывания изменения температуры перед насосом при снижении давления -в-деаэраторе,-но-и-усложняется-отвод.параиз насоса,.находящетюся_в резерве при снижении давления и вскипании воды в насосе. На блоках с турбинами с постоянным давлением в деаэраторе 0,7 МПа независимо от нагрузки турбины такой подход к проектированию насосов и всасывающих трубопроводов еще приемлем. На современных блоках используются схемы с новыми деаэраторами с переменным давлением. Это вызывает значительные трудности в переходных режимах. В то же время необходимости подвода воды именно снизу нет, т.к. на всех современных насосах проточная часть насоса вынимается вдоль оси насоса, горизонтальный разъем корпуса отсутствует и подключение трубопровода сверху не мешает ремонту.
На существующих блоках АЭС с турбинами ЛМЗ расчетное давление пара перед ПТН ниже, чем давление пара в коллекторе собственных нужд станции (КСН). Это приводит к необходимости установки на линии от КСН к ПТН регулирующих клапанов, которые поддерживают перед ПТН допустимое давление в случае переключения питания паром с СПП на КСН. Последовательное включение клапанов от КСН с регулирующими клапанами ПТН на одной линии подачи пара к ПТН приводит к неустойчивому регулированию в переходных режимах и снижению надежности блока. Из-за этого отключение линии подачи пара на ПТН от КСН выполняется только запорными задвижками, но для обеспечения плавного изменения температуры пара перед ПТН при плановом переходе питания на КСН и обратно на байпасе задвижек устанавливается пусковой регулирующий клапан.
Кроме двух ПТН предусмотрено два вспомогательных пуско-остановочных электронасоса (ВПЭН) производительностью по 150 т/ч. Производительность ВПЭН выбрана исходя из обеспечения отвода остаточного тепла реактора при поддержании блока в состоянии горячего резерва и в процессе расхолаживания. С их помощью также обеспечиваются предпускавая деаэрация — питательной воды, заполнение парогенераторов, водой и „их питание при пуске. На существующих блоках вспомогательные питательные насосы кроме режимов пуска и останова блока в штатных режимах обеспечивают питание парогенераторов (ПГ) во всех режимах, связанных с отказом основных питательных насосов, а также в режимах с обесточением, включая расхолаживание блока. При этом в ПГ через основные патрубки подается питательная вода из деаэратора с температурой, допустимой для ПГ при номинальном давлении в нем. Для обеспечения этих режимов устанавливаются два насоса производительностью достаточной для обеспечения всех режимов при работе одного насоса, т.е. один насос является резервным. При этом ВПЭН не несут функции безопасности и для питания ПГ в аварийных режимах предусматривается многоканальная система с аварийными питательными насосами и баками, которая обеспечивает питание ПГ холодной водой через специальные патрубки. Т.к. количество циклов с включением аварийных питательных насосов и подачей холодной воды в ПГ ограничено, то основной задачей ВПЭН в режимах с различными отказами является снижение частоты включения аварийных насосов, что и обусловило необходимость резервирования ВПЭН.
Рециркуляция ПТН заведена в аккумуляторные баки деаэраторов, рециркуляция ВПЭН - в головки деаэраторов. Таким образом, прогрев воды, находящейся в аккумуляторных баках, может осуществляться с помощью ВПЭН, путем подачи этой воды через линии рециркуляции ВПЭН в головку деаэратора и подвода в нее пара из КСН.
Описание математических моделей отдельных подсистем
В зависимости от схемы в модуле емкости может определяться расход пара через предохранительные клапаны. В модуле емкости низкого давления определяется расход сепарата с учетом задаваемого к.п.д. сепаратора, и определяется расход осушенного пара в СПП. Остальные расходы пара в емкость и из емкости определяются в других модулях.
В качестве первой ступени принята регулирующая ступень. Известно, что способ парораспределения оказывает влияние на динамику изменения параметров в турбине [17]. Однако нелинейной динамической модели, учитывающей реальное парораспределение, к настоящему времени не создано. Такая модель с разделением потока пара на два подпотока, из которых один с дросселированием в клапанах, а другой - поступающий непосредственно в сопла, разработана только для малых возмущений [18], [19]. В настоящее время принята модель с "идеальным сопловым парораспределением", в которой регулирующая ступень вместе с регулирующими клапанами высокого давления представляется как сопло с изменяющимся сечением. Как показали расчеты, применение такой модели дает достаточно точные результаты.
В качестве первой ступени принята регулирующая ступень. В настоящей работе принята модель с "идеальным сопловым парораспределением", в которой регулирующая ступень вместе с регулирующими клапанами высокого давления представляется как сопло с изменяющимся сечением. Как показали расчеты, применение такой модели дает достаточно точные результаты. В основу описания процессов течения пара через отсек положено уравнение Стодола - Флюгеля [20], справедливое для группы ступеней где D = D/DHOM - относительный расход пара; Evx = Pvx/PvxO - относительное давление на входе в отсек; E = Pvix/Pvx - текущее отношение давления выхода из отсека к давлению входа в отсек; ЕО = PvixO/PvxO - отношение давления выхода из отсека к давлению входа в отсек в номинальном режиме; Tvx - текущая абсолютная температура пара на входе в отсек, К; TvxO - абсолютная температура на входе в отсек в номинальном режиме, К. 1-Е2 В уравнении (2.2.2.1) член J учитывает обратную связь по давлению, его влияние тем сильнее, чем меньше перепад. тт TvxO Член J учитывает влияние входных параметров. V Tvx Уравнение (2.2.2.1) использовалось для всех групп ступеней, за исключением регулирующей ступени. В последнем случае в него вводилось относительное сечение сопла S , связанного с положением регулирующих клапанов, т.е. После введения для удобства расчета коэффициента Кр, где Kp = KpO- -j- и (2.2.2.3) -Й (22-2-4) расход свежего пара в регулирующую ступень и остальные отсеки определится из уравнений Dper = S -DHOM-PVX-KP/PVXHOM, (2.2.2.5) D= DHOM-PVX-KP/PVXHOM, (2.2.2.6)
Для каждой группы ступеней задается зависимость значения внутреннего относительного к.п.д. г) от относительного расхода пара через ступень. За основу принимаются данные тепловых расчетов турбоустановки. По входному давлению Pvx и энтальпии Hvx находится значение энтропии на входе s = S_PI(Pvx,Hvx), а затем по давлению на выходе и этому значению энтропии находят теоретическую энтальпию среды на выходе Htvix = I_PS(Pvix,s) и далее проводится расчет выходной энтальпии Hvix = Hvx - ( Hvx - Htvix ) -г, (2.2.2.7) Механическая мощность отсека определяется по формуле Nmx = 0.00116 (Hvx-Hvix) D, МВт, (2.2.2.8) где Hvx, Hvix - энтальпия входа и выхода в отсек, ккал/кг; D - расход пара, т/ч. Формулы (2.2.2.1) - (2.2.2.8) описывают процессы в отсеке, за которым следует емкость. Учитывая незначительное время прохода среды через емкость между отсеками турбины, расчет емкости выполняется исходя из уравнения баланса масс. Уравнение баланса массы для емкости можно записать в виде drED = V-dp , (2.2.2.9) где ED - сумма расходов пара, входящих и выходящих из объема V - геометрический объем емкости dp - изменение плотности пара за интервал времени йт. Плотность зависит от давления и температуры (энтальпии) dp = (dp/dP) -dP + (dp/dT) -dT (2.2.2.10) На основании опыта расчетов динамических процессов вторым членом в этом уравнении можно пренебречь, т.к. его влияние незначительно, и уравнение (2.2.2.10) можно записать в виде ED = V-(dp/dP) (dP/ dx) После ввода номинального расхода DHOM И номинального давления Рном и перехода в этом уравнении к относительным величинам получим (dPoT/ dT)-V-PHOM-(dp/dP)/DHOM = ID/DHOM, (2.2.2.11) где dPoT = dP/Рном. Используя уравнение состояния, получим, что (dp/dP) = рном/Рном (2.2.2.12.) Интегрирование уравнения (2.2.2.11) с учетом (2.2.2.12) дает изменение давления в емкости за время Ах Р(т+Дт)=Р(т) + ED-Дт/Коб, (2.2.2.13) где Дт - шаг счета по времени, Коб = V/(VHOM-PHOM), кг-см /кгс - константа объема емкости, которая характеризует инерционность системы. 2.2.3. МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ПРОМПЕРЕГРЕВА (СПП).
Модель теплообменной поверхности учитывает распределение параметров в пространстве. Используется метод конечных элементов, на которые разделяется теплообменная поверхность. Каждый элемент рассматривается как объект с сосредоточенными параметрами по обеим средам при условии идеального перемешивания в объеме элемента. Учет тепловой инерционности металла в соответствии с [21, 22] производится с использованием уравнения теплового баланса вместо уравнения теплопроводности. В качестве основного параметра теплообмена принята энтальпия.
Сравнение результатов расчета методом конечных элементов при разделении теплопередающей трубки на различное количество расчетных элементов с результатами точного аналитического решения показывает, что достаточную точность расчета дает разделение каждой поверхности на 10 расчетных участков [23].
По стороне греющей среды ввиду малого перепада давлений температура среды во всех элементах принимается одинаковой и равной температуре насыщения ts, определяемой по давлению в подогревателе на каждом шаге счета. Расчет коэффициента теплоотдачи конденсацией для каждого элемента проводится согласно [16].
Система питательной воды и регенерации высокого давления
В связи с появлением нового типа деаэраторов появилась возможность использовать повышенное давление в питательно-деаэрационной установке, что позволило исключить дросселирование греющего пара из отбора турбины при изменении нагрузки в диапазоне приблизительно от 60 до 100 % номинального значения и повысить экономичность турбоустановки. Соответственно, это привело к скользящему давлению пара в деаэраторе и перед насосом, что в переходных режимах усложнило работу питательной установки.
Для проведения расчетного анализа системы основной питательной воды была использована описанная ранее математическая модель, в которой смоделирован деаэратор работающий на номинальном давлении 11.2 кгс/см и соответствующей системой регулирования давления. Также в модель были включены два питательных турбонасоса, две нитки с двумя ПВД в каждой и узел питания ПГ. Сброс конденсата греющего пара реализован каскадный, а из первого ПВД по ходу питательной воды сброс КГП либо в деаэратор, либо в конденсатор.
Обеспечение надежной работы питательных насосов является одной из основных задач при проектировании схем, компоновок и режимов работы питательного узла электростанций. Одним из важных факторов, влияющих на стабильное функционирование насоса, является обеспечение запаса по давлению на всасе до давления насыщения для предотвращения кавитации или обеспечения минимального времени работы насоса при кавитации. С этой целью насосы и деаэраторные баки располагаются на соответствующих отметках для обеспечения требуемого подпора, а к конструкции насосов предъявляются требования о снижении необходимого подпора для упрощения компоновок.
При этом регулятору БРУ-Д было дано задание поддержания давления в деаэраторе на уровне 7 кгс/см2 (рис.3.2.1) и он вступил в работу, когда давление в деаэраторе снизилось ниже уставки (рис 3.2.2). Однако данный процесс не обеспечивает надежной работы питательных насосов.
Для обеспечения надежной работы питательных насосов необходимо усовершенствовать компоновку всасывающих трубопроводов насосов и оптимизировать режим работы деаэратора. Из результатов расчетов видно, что при сбросе нагрузки неизбежно снижение уровня в ПГ (рис.3.2.4), причем снижение уровня при работе двух ПТН происходит более, чем на 0,25 м. Причина, по которой происходит падение уровня в ПГ при сбросах нагрузки на паровой турбины, описаны в разделе 3.1. В целом снижение уровня не представляет опасности и режим сброса нагрузки в отношении регулирования питания ПГ проходит удовлетворительно.
Как видно из результатов расчетов, температура питательной воды перед ПГ при работе двух ПТН и сбросе нагрузки кратковременно повышается от номинального значения 223 С до 280 С, затем снижается до 185 С, после чего восстанавливается до номинального значения и начинает снижаться до 165 С в соответствии с расхолаживанием питательного тракта (см. рис. 3.2.5.). Кратковременные, но резкие изменения температуры объясняются колебаниями расхода питательной воды при сбросе нагрузки и переключении питания ПТН на пар от КСН и пульсациями расхода КГП СПП в тракт питательной воды при колебаниях давления питательной воды.
Принимая, что характеристики БРУ-А такие же, как и на отечественных блоках, то есть быстродействие 15 си пропускная способность каждого клапана 900 т/ч, была выполнена проверка переходного режима с отключением турбины при потере вакуума и с запретом на работу БРУ-К.
Из результатов расчета, приведенных на рис. 3.3.1. - 3.3.3 видно, что при разгрузке реактора до 40 % с помощью системы ускоренной разгрузки блока (УРБ) система сброса пара в атмосферу предотвращает рост давления пара выше 73 кгс/см2. В расчете принималось, что регулятор БРУ-А имеет задание 71 кгс/см2 и в регуляторе использовался сигнал по скорости роста давления пара.
Таким образом, результаты расчетов совпадают с результатами испытаний действующих блоков. Однако, кроме положительных результатов в части удержания давления свежего пара расчетный анализ по комплексной модели выявил серьезные недостатки в прохождении этого режима. При разгружении реактора только до 40 % потеря теплоносителя второго контура со сбросом пара через БРУ-А в атмосферу не может быть скомпенсирована подпиткой блока. Из результатов расчета, приведенных на рисунке 3.3.4 видно, небаланс между подпиткой блока и сбросом пара в атмосферу приводит к последовательному падению уровня в конденсаторе, ПНД-2, деаэраторе и парогенераторах. В результате при сохранении мощности реактора 40 % через 10 минут отключаются ГЦН по сигналу низкого уровня в ПГ и по отключению ГЦН отключается аварийной защитой реактор в крайне тяжелой ситуации, когда не осталось никаких запасов воды в емкостях конденсатно-питательного тракта.
С целью проверки работы системы автоматического регулирования БРУ-К в переходных режимах были выполнены также расчеты сброса нагрузки до холостого хода. В математической модели блока были включены 4 БРУ-К пропускной способностью 900 т/ч каждая и быстродействием 15 секунд. Из результатов расчета, приведенных на рис. 3.3.5. - 3.3.6, видно, зто__давление_во_втором_контуре_повышается-выше—69-кгс/см2.-В-этом-расчете принималось, что регулятор БРУ-К имеет задание 66 кгс/см2 и в регуляторе использовался сигнал по скорости роста давления пара.
Таким образом, расчеты переходных режимов работы блока показали, что принятые БРУ-А и БРУ-К и их системы управления справляются с работой в данных режимах и не требуют каких либо изменений. В то же время сохранение мощности реактора на уровне 40 % при отключении турбины с потерей вакуума приводит к достаточно быстрой потере воды во втором контуре и требует принятия дополнительных мероприятий по разгрузке реактора.
Система питательной воды и регенерации высокого давления
Одним из важных факторов, влияющих на стабильное функционирование насоса, является обеспечение запаса по давлению на всасе до давления насыщения. Для решения данной задачи в первую очередь принимаются схемные и компоновочные решения. Также обеспечение надежной работы насосов может быть обеспечено с помощью оптимизации автоматической системы управления.
С этой целью насосы и деаэраторные баки располагаются на соответствующих отметках для обеспечения требуемого подпора, а к конструкции насосов предъявляются требования о снижении необходимого подпора для упрощения компоновок.
Однако в переменных режимах этих мероприятий недостаточно и в нормативных материалах [36] предъявляются требования по проведению анализа с целью обеспечения требуемого запаса по давлению во всех режимах работы блока. Были разработаны первые методики расчетного анализа переходных режимов с целью определения реальных запасов до кавитации в переходных режимах [12], [37].
К настоящему времени существенно изменились схемные решения питательных установок АЭС и режимы их работы, что потребовало совершенствования методов расчетного анализа и других компоновочных решений. С одной стороны это связано с тем, что для повышения экономичности турбоустановки начали применяться деаэраторы с более высоким давлением без дросселирования греющего пара из отбора турбины при изменении нагрузки в диапазоне приблизительно от 60 до 100 % номинального значения. Соответственно, это привело к скользящему давлению пара в деаэраторе и перед насосом, что в переходных режимах усложнило работу питательной установки.
Кроме того, для обеспечения более надежной подачи питательной воды в ПГ на некоторых блоках стали использовать питательные электронасосы вместе с ПТН. Это решение с одной стороны облегчает процесс регулирования уровня в ПГ при отказах части насосов, с другой стороны увеличивается количество различных режимов работы питательной установки, что требует дополнительных расчетных анализов переходных режимов.
Для предотвращения работы насосов при кавитации возможны схемные решения, такие как: выполнения всасывающих трубопроводов ПЭН с увеличенными углами наклона участков для температурной компенсации. выполнением верхнего подвода воды из деаэратора в предвключенный насос ПТН, что позволит существенно сократить длину трубопровода, а уменьшение сопротивления возможно позволит выполнить трубопровод из труб меньшего диаметра, например, 600 мм. При этом максимальная скорость воды в трубопроводе и запаздывание изменения температуры получатся такие же, как и у ПЭН. Такая конструкция насоса, но с электроприводом применена фирмой Сименс дляПЭНАЭС"Бушер". подвод питательной воды к каждому насосу должен быть выполнен отдельным трубопроводом сверху. По опыту зарубежных разработчиков для облегчения выхода пара из всасывающих трубопроводов в деаэратор не только при падении давления в деаэраторе и неработающем насосе, но и при некотором динамическом вскипании воды во всасывающем трубопроводе в момент включения насоса, особенно с электрическим приводом, всасывающие трубопроводы должны иметь наклон не менее 30 градусов к горизонту.
Кроме компоновочных решений, возможны и режимные. Так как процесс вскипания питательной воды перед насосом при резких сбросах нагрузки обусловлен резким падением давления в деаэраторе и более низкой скоростью падения температуры воды во всасывающем трубопроводе, то для предотвращения кавитации необходимо не допустить резкого падения давления в деаэраторе. Это возможно осуществить за счет подачи пара в него через БРУ-Д.
Для этого по описанной выше схеме был создан регулятор давления в деаэраторе воздействующий на клапаны БРУ-Д.
Основные регуляторы давления в деаэраторе поддерживают давление в соответствии с заданием РАЗД. Эти регуляторы давления выполнены с синхронизацией положения их РК. Для этого на регуляторы с противоположными знаками подается синхронизирующий сигнал по разности положений их РК. При отключении или неисправности одного из двух основных регуляторов синхронизирующий сигнал отключается.
При работе энергоблока на высокой нагрузке, когда пар в деаэратор поступает из отбора турбины, Рд Pft3A и оба БРУ-Д закрыты. На случай сброса нагрузки в схеме предусмотрено плавное снижение задания от уровня Рд до уровня Рд д. С этой целью при сбросе нагрузки больше 15% переключатель Пері подключает сигнал разности (Рд - Рдзд) на вход устройства сложного дифференциатора, с двумя каналами. Через один канал сигнал передается без изменений, а в другом преобразуется в звене чистого запаздывания с передаточной функцией e"TS и в следящей системе с заданной скоростью слежения vcc. Разность сигналов этих двух каналов добавляется к постоянному заданию по давлению РЛЗД на входе регуляторов давления.
Таким образом, задание регуляторам давления БРУ-Д в начале сброса нагрузки скачком возрастает до фактического значения Рд в момент сброса и остается на этом уровне в течение времени т, а затем линейно снижается до РЛЗД со скоростью vcc, установленной в следящей системе. Для всех трех регуляторов давления в деаэраторе предусмотрен ПИД-закон регулирования и динамическая балансировка.
Структурная схема описанного регулятора представлена на рис.4.2.1. Для оптимизации регулирования давления необходимо провести на нелинейной модели расчетный анализ при различных значениях настроек регулятора.
Таким образом, реализовав предложенные компоновочные решения и реализовав регулятор давления, должна будет обеспечена надежная работа питательных насосов, что проверено в следующей главе.
Все перечисленные выше схемные и режимные решения нацелены на обеспечения надежной работы питательно-деаэрационной установки, что необходимо проверить с помощью расчетного анализа.
