Установка сжигания гремучей смеси (УСГС)

 

Установка сжигания гремучей смеси является составной частью технологической схемы станции и предназначена для удаления газообразного водорода из выхлопа эжекторов турбины путем каталитического сжигания.

УСГС состоит из двух одинаковых ниток: одна - рабочая, другая - резервная. В каждую нитку входит следующее оборудование: электронагреватель; контактный аппарат; сепарационная колонка (влагоотделитель); конденсатор контактного аппарата (теплообменник).

 

Принцип работы установки

 

Смесь водорода и кислорода (два объема водорода и одного объема кислорода) образуется в технологических каналах реактора в результате радиолиза воды. С потоком пара после прохождения цилиндров турбины она попадает в конденсаторы турбин.

Сюда также поступают газообразные радиоактивные продукты деления топлива (радиоактивные благородные газы, йод и т.д.), которые проникают в теплоноситель через неплотности оболочек ТВЭЛов.

В конденсаторах пар конденсируется, а неконденсирующиеся газы (водород, кислород, радиоактивные примеси и воздух, подсасывающийся в конденсаторы через неплотности) удаляются эжекторами.

Количество гремучей смеси, поступающей в УСГС зависит от мощности, с которой в данный момент работает турбина, и может быть рассчитано по следующей формуле, полученной опытным путем по анализу содержания водорода в паре сепараторов.

GН2 = 0.03 Nт нм³/час,

где GН2 - количество гремучей смеси;

Nт - тепловая мощность блока, МВт;

Nт = 3.2 Wэл;

где Wэл - электрическая мощность турбины, МВт.

 

Наличие в выхлопе эжекторов радиоактивных примесей требует очистки их перед выбросом в атмосферу путем выдержки в камере выдержки или переработкой на УПАК. Для обеспечения условий взрывобезопасности подводящих коммуникаций и системы очистки необходимо предварительно снизить концентрацию водорода в выхлопе до безопасной величины. Нижний предел взрывобезопасной концентрации водорода в воздухе равен 4.1 процента (по объему). Учитывая большие объемы систем очистки камеры выдержки, необходимо снизить концентрацию водорода в выхлопе ниже 0.4 процента. Это можно сделать, разбавляя выхлоп добавочным паром, воздухом или сжигая водород в КА на катализаторе. Первый путь связан со значительным (до 8-10 раз) увеличением объема камеры выдержки. Второй путь гораздо экономичнее, однако он потребовал создания специальной каталитической установки сжигания гремучей смеси. Катализатором служит платиновая чернь марки ШПК-2 или ОПК-2. При сжигании водорода выделяется значительное количество тепла. Сгорание одного процента водорода в парогазовой смеси увеличивает ее температуру приблизительно на 70 ⁰С, таким образом, о концентрации водорода в ПГС можно с достаточной степенью точности судить по разности температуры до и после КА. Образующееся при сжигании водорода тепло отводится от ПГС в сепарационной колонке и конденсаторе КА.

Парогазовая смесь после третьей ступени основных эжекторов турбины поступает с температурой 39-50⁰С в электронагреватель, где нагревается до температуры 140-160 ⁰С и направляется в КА. Поддержание концентрации водорода на входе в КА два процента (объемных) производится путем подачи пара на разбавление с паровой уравнительной линии деаэраторов в трубопровод до электронагревателя. Пар на разбавление из деаэратора дросселируется вентилем с давления 6.6 кгс/см² до 0.2 кгс/см² смешивается с парогазовой смесью после ОЭ и нагревается до температуры 140-145 ⁰С в электронагревателе. При необходимости можно менять расход пара из деаэраторов на разбавление в пределах 500-800 кг/час (максимум определяется производительностью ККА). Температура ПГС за КА в требуемых пределах поддерживается регулировкой расхода пара на разбавление. Максимальная допустимая температура ПГС на выходе из КА составляет 450 ⁰С. После КА перегретая газовая смесь направляется в сепарационную колонку, где происходит влагоотделение и снижение температуры ПГС до 100-110⁰С (до температуры насыщения при данном давлении). Конденсат колонки сливается в бак оргпротечек. Насыщенная парогазовая смесь направляется из колонки в конденсатор контактного аппарата, где происходит окончательная конденсация пара и снижение температуры до 35-45⁰С. ПГС охлаждается технической водой, конденсат направляется в сепарационную колонку. Неконденсирующиеся газы УСГС после конденсатора КА с каждой турбины отдельными трубопроводами направляются в трубный коридор. На отм.+15.6 в осях 38-39 ряд В трубопроводы УСГС ТГ-1 и ТГ-2 (ТГ-3 и ТГ-4) объединяются и двумя трубопроводами Ду 200мм направляются по эстакаде в сторону помещения химического цеха (здание №54) в камеру выдержки и далее в венттрубу. Трубопроводы УСГС за зданием главного корпуса обслуживает персонал химического цеха.

 

Электронагреватель каждой нитки состоит из двух частей: нерегулируемой и регулируемой. Нерегулируемая часть находится постоянно в работе. Регулируемая часть электронагревателя включается автоматически при снижении температуры ПГС до 140°С на входе КА и отключается при достижении температуры 160°С.

Ключи управления электронагревателем находятся на МЩТ. Ключ управления нерегулируемой частью ЭП(п)-а имеет два положения:

- "Отключено";

- "Включено" (ручное дистанционное управление).

Ключ управления регулируемой частью ЭП(п)-б имеет три положения:

- "Отключено";

- "Включено на автоматическое управление";

- "Включено на ручное дистанционное управление".

Электронагреватель выполнен из нихромовой проволоки, заключенной в кордеоритовые бусы. Схема соединения - звезда. Мощность нерегулируемой части - 21 кВт, регулируемой части - 21 кВт.

На рисунке 1.1 изображён контактный аппарат, который состоит из следующих элементов: корпус 1, корзины 2 и катализатора 3. Корпус представляет собой сварной вертикальный цилиндрический сосуд с приварным эллиптическим днищем с толщиной стенки 14мм. и съёмной эллиптической крышкой, во фланцевом соединении которой крепится корзина. Дно корзины выполнено в виде колосниковой решётки, на которую уложены последовательно перфорированный лист и два слоя сетки. В корзину засыпается катализатор марки ШПК-2 или ОПК-2 высотою слоя 600мм. Катализатор представляет собой платиновую чернь, нанесённую на шарик из окиси алюминия диаметром 3.5-7 мм. Объем, занимаемый катализатором - 0.4 м³.

 

 

Рис.1.1. Контактный аппарат

 

Производительность аппарата по гремучей смеси - 50 нм³/час. На крышке предусмотрен штуцер диаметром 219´10 для подвода ПГС и отбойник, предназначенный для равномерного распределения потока по сечению аппарата. Штуцер для отвода ПГС расположен на днище и снабжён перфорированным колпаком, который предотвращает попадание катализатора в трубопровод в случае разрушения дна корзины. На цилиндрической части корпуса имеются цифры для транспортировки и монтажа, а на днище установлены опорные лапы. ПГС поступает в аппарат через верхний штуцер и попадает в корзину, где на катализаторе водород сгорает, соединяясь со свободным кислородом. При этом выделяется значительное количество тепла. При работе контактного аппарата, между внешним корпусом его и внутренним (корзиной), образуется газо-воздушная рубашка, позволяющая снизить температуру на наружной стенке аппарата.

Сепарационная колонка (рисунок 1.2) представляет собой цилиндрический сосуд диаметром 600 мм. В верхней части колонки размещены кольца Рашига.

 

 

1 - вход паро-газовой смеси

2 - выход паро-газовой смеси

3 - вход конденсата из ККА

4 - слив конденсата

 

 

Рис.1.2. Сепарационная колонка.

 

Производительность по ПГС - 1777 кг/час. В верхней трети колонки расположены два дырчатых листа с отверстиями диаметром 8мм. Над верхним дырчатым листом установлен круговой раздающий коллектор охлаждающего конденсата. Для организации струек конденсата при переливе, буртики коллектора, выполненные в виде двух концентрических оболочек, имеют пилообразный вид выступами к верху. Конденсат в раздающий коллектор поступает из теплообменника (конденсатора контактного аппарата «ККА») через штуцер 56´3, врезанный в верхнее эллиптическое днище колонки. Для установки уровнемера, в нижней части колонки имеются два штуцера диаметром 14´2. Колонка устанавливается на трёх опорных лапах сварной конструкции, приваренных к нижнему днищу аппарата. Холодный конденсат из теплообменника (ККА), попадая в раздаточный кольцевой коллектор колонки, переливается через пилообразные буртики отдельными струйками, попадает на дырчатый верхний лист, где происходит ещё более мелкое дробление струек конденсата. Этот поток конденсата встречается с поднимающейся перегретой ПГС, поступающей из КА, перемешивается с ним и снижает его температуру до температуры 105^оС. Насыщенный пар выходит из колонки через центральное отверстие в верхнем днище колонке, а конденсат через патрубок на днище колонки и гидрозатвор Н = 5м направляется в БОП. Гидрозатвор предназначен для предотвращения попадания радиоактивных газов в БОП при увеличении давления в нитке.

 

Конденсатор контактного аппарата

Поверхность охлаждения 80 м² выполнена из 445 прямых труб диаметром 25х2.5 мм.Производительность по пару - 1100 кг/час (не более). Расчетная температура в межтрубном пространстве до 450 ⁰С.

Теплообменник (ККА) (рисунок 1.3) - цилиндрический теплообменник вертикального типа, состоит из корпуса, трубного пучка – греющей секции, верхней и нижней водяных камер.

1 - вход тех.воды

2 - выход тех.воды

3 - выход газовой смеси

4 - штуцера приборов КИП

5 - опорожнение

6 - выход конденсата

7 - вход паро-газовой смеси

 

Рис.1.3. Конденсатор контактного аппарата

 

Корпус - обечайка внутренним диаметром 800мм из стали 0Х18Н10Т, с толщиной стенки 8мм. В верхней части корпус имеет два фланцевых компенсатора. К корпусу приварены патрубки:

- диаметром 219 ´12 - вход ПГС (пар, воздух и др.газы);

- диаметром 89 ´ 5 - выход воздуха (вверху);

- диаметром 89´ 5 - выход воздуха (внизу).

Для измерения уровня конденсата в корпусе имеются два штуцера, между которыми на высоте расположен штуцер для подсоединения первичного датчика автоматики. Для снижения концентрации напряжений в сварном соединении подводящего паровоздушного патрубка с корпусом при резких колебаниях температуры рабочей среды, патрубок выполнен с «паровой рубашкой», для стабилизации потока внутри этого патрубка имеются четыре приварных направляющих лопатки.

Поверхность теплообменника S=60 м². образована трубной системой состоящей из 445 шт. трубок диаметром 25´2, вваренных в верхнюю и нижнюю трубные доски. Для направления потока паро-воздушной смеси (ПВС) и дополнительного крепления трубного пучка последний имеет две перегородки. Верхняя водяная камера состоит из эллиптического днища с толщиной стенки 16 мм. с приваренными к нему фланцем из стали ст.20 и перегородкой, разделяющей камеру на две полости. Для подвода и отвода охлаждающей воды водяная камера имеет два патрубка Ду100мм. Нижняя водяная камера - без перегородки со штуцером диаметром 28´1.8 для возможности опорожнения теплообменника от охлаждающей воды. Соединение водяных камер с греющей секцией – на паронитовых прокладках посредством 68 шпилек, выполненных из стали ст.85. Для установки теплообменника в средней части его имеются четыре приварные подведенные лапы с отверстиями диаметром 19мм под шпильки.

Расход выхлопа основных эжекторов в зависимости от плотности конденсаторов турбин и сбросов в конденсаторы меняется в пределах 600 -1100 кг/час.