SVAŘOVÁNÍ KOMPONENT JADERNÝCH ELEKTRÁREN I.

Transkript

1 SVAŘOVÁNÍ KOMPONENT JADERNÝCH ELEKTRÁREN I. doc. Ing. Ivo Hlavatý, Ph.D. Český svářečský ústav s.r.o., Areál VŠB TU Ostrava, 17. listopadu 2172/15, Ostrava Poruba, Česká republika Annotation: This article presents the welding processes in ČEZ Power Company. 1. Úvod Jaderná energetika zastupuje významné místo ve výrobě a distribuci elektrické energie v České republice s dominantním postavení Jaderné elektrárny Temelín se dvěmi bloky o výkonu 2 x MW. 2. Popis Jaderné elektrárny Temelín Technologické schéma (obr. 1) elektrárny odpovídá nejmodernějším světovým parametrům. Celý primární okruh bloku s jaderným reaktorem, čtyřmi parogenerátory, cirkulačními čerpadly atd. je umístěn v plnotlakém železobetonovém kontejnmentu - hermetické ochranné obálce. V sekundárním okruhu bloku je turbogenerátor o elektrickém výkonu 1000 MW. V aktivní zóně reaktoru je 163 palivových kazet (312 proutků v kazetě) a 61 regulačních tyčí. Každý parogenerátor vyrobí 1470 t páry za hodinu o tlaku 6,3 MPa a teplotě 278,5 C na výstupu. Turbína pracuje na 3000 otáčkách za minutu. Palivem našich jaderných elektráren s tlakovodními reaktory je oxid uraničitý UO 2 s průměrně 3,5 % obohacením uranu o štěpitelný izotop uran Palivo pro Jadernou elektrárnu Temelín dodává americká společnost Westinghouse, která je také dodavatelem nového systému kontroly a řízení. Tepelná energie uvolňovaná při řízeném štěpení jader uranu je z aktivní zóny reaktoru odváděna demineralizovanou vodou primárního okruhu do čtyř tepelných výměníků - parogenerátorů. Řídicími tyčemi a změnou koncentrace boru v chladivu je možné řídit produkci tepla v reaktoru. Cirkulaci chladicí vody, uzavřené pod tlakem v primárním reaktorovém okruhu, zajišťují čtyři potrubní smyčky s parogenerátory a čerpadly. V parogenerátorech předává voda uzavřeného primárního okruhu své teplo okruhu parní turbíny - okruhu sekundárnímu. Sekundární okruh je opět uzavřený okruh s demineralizovanou vodou. V parogenerátorech se voda sekundárního okruhu vaří a vznikající pára je vedena na turbínu. V elektrárně najdeme dvě turbíny, přičemž každá z nich je určena k pohonu jednoho 1000 MW alternátoru, který generuje elektrický proud při napětí 24 kv. Celé turbosoustrojí pro temelínskou elektrárnu vyrobila Škoda Plzeň. Za turbínou kondenzuje pára na chladném povrchu titanových trubek zpět na vodu ve třech kondenzátorech. Průtokem chladné vody terciálního (chladicího) okruhu kondenzátorovými trubkami je páře odebíráno kondenzační teplo. Okruh je pak vyveden do čtyř chladicích věží, ve kterých se voda terciálního okruhu opět ochlazuje odparem přirozeného tahu vzduchu. Do vzduchu tak stoupá jen čistá vodní pára. Důležitou součástí zajištění bezpečného provozu je vysoká profesionální úroveň personálu. Pro jejich přípravu byl v areálu Jaderné elektrárny Temelín vybudován plnorozsahový simulátor blokové dozorny. Je to přesný matematický model chování reaktoru i primárního a sekundárního okruhu vsazený do přesné kopie řídícího sálu reaktorového bloku.

2 Po roce 1990 došlo v projektu elektrárny Temelín k řadě úprav za účelem zvýšení spolehlivosti a bezpečnosti na úroveň západních elektráren. Od roku 1991 byla elektrárna podrobena již 21 prověrkám inspektorů Mezinárodní agentury pro atomovou energii a jejich doporučení ke zlepšení spolehlivosti a bezpečnosti elektrárny byla v průběhu výstavby a spouštění realizována. Zkušební provoz prvního bloku byl zahájen 10. června Na druhém bloku začal 18. dubna V roce 2003 vyrobila temelínská elektrárna 12,11 TWh elektřiny a v roce 2004 má vyrobit 13,4 TWh. Uvedením dvou temelínských bloků do zkušebního provozu se, spolu s Jadernou elektrárnou Dukovany, zvýšil podíl výroby jaderných zdrojů akciové společnosti ČEZ v roce 2003 na 42,5 %. Obr. 1: Schéma Jaderné elektrárny Temelín Tab. 1: Základní technické parametry Jaderné elektrárny Temelín Typ reaktoru Heterogenní, tlakovodní energetický reaktor VVER typ V 320 Nominální tepelný výkon 3000 MWt Technické parametry reaktoru Výška tlakové nádoby Vnitřní průměr tlakové nádob Vnější průměr tlakové nádoby Celková síla stěny válcové části nádoby Tloušťka výstelky z austenitické oceli Výška horního bloku Celková výška horního blok Celková hmotnost Tab. 1 - pokračování: Základní technické parametry Jaderné elektrárny Temelín 10,9 m 4,1 m 4,5 m 200 mm 7 mm 8,2 m 19,1 m cca 800 t

3 Aktivní zóna reaktoru Počet palivových kazet 163 Počet palivových proutků v kazetě 312 Počet řídicích a regulačních svazků 61 Počet absorpčních elementů jednoho svazku 18 Výška aktivní zóny 3,53 m Průměr aktivní zóny 3,16 m Obohacení paliva při první zavážce 1,3-3,8 % U 235 Hmotnost palivové kazety 766 kg Hmotnost paliva v jedné kazetě 563 kg Vsázka paliva 92 t Maximální vyhoření paliva 60 MWd/kg Systém chlazení reaktoru Počet chladicích smyček 4 Pracovní tlak 15,7 MPa Teplota chladiva na vstupu do aktivní zóny 290 C Teplota na výstupu z aktivní zóny 320 C Průtok chladiva reaktorem m 3 /h Vnitřní průměr hlavního cirkulačního potrubí 850 mm Vnější průměr hlavního cirkulačního potrubí 995 mm Parogenerátor Počet na blok 4 Vstupní/výstupní teplota na primární straně 320/290 C Vstupní/výstupní teplota na sekundární straně 220/278,5 C Tlak 6,3 MPa Množství vyrobené páry t/h Objem primární/sekundární strany 21/66 m 3 Průměr tělesa parogenerátoru 4,1 m Maximální délka tělesa parogenerátoru 14,8 m Hmotnost parogenerátoru cca 416 t Hlavní cirkulační čerpadlo Počet na blok 4 Příkon čerpadla 5,1 MW Provozní výkon m 3 /h Synchronní otáčky ot/min Hmotnost čerpadla 156 t Ochranná obálka (kontejnment) Půdorys obestavby 66x66 m Výška válcové části 38 m Vnitřní průměr válcové části 45 m Vnitřní světlá výška 41,7 m Tloušťka stěny válcové části 1,2 m Tloušťka stěny kopule 1,1 m Tloušťka základové desky 2,4 m Tloušťka ocelové výstelky uvnitř kontejnmentu 8 mm Hmotnost prstence 140 t Hmotnost vrchlíku 147 t Maximální přetlak uvnitř 0,49 MPa Maximální teplota uvnitř 150 C Průměr předepínacích lan 150 mm Napínací síla 10 MN Tab. 1 - pokračování: Základní technické parametry Jaderné elektrárny Temelín

4 Parní turbína MW Počet VT dílů 1 Počet NT dílů 3 Nominální otáčky Průtok páry při 100% výkonu v kondenzátním režimu Hmotnost VT dílu Hmotnost NT dílu ot/min 5 262,9 t/h 206 t 480 t Kondenzátor Počet trubek v jednom kondenzátoru Teplosměnná plocha m 2 Teplota chladicí vody max. 34 C Množství chladicí vody m 3 /h Průměr/síla stěny trubek 1. bloku Průměr/síla stěny trubek 2. bloku Délka trubek Materiál Celková hmotnost 20/0,7 mm 20,1/0,5, 0,7 mm 12 m Titan 540 t Alternátor Nominální zdánlivý výkon MVA Výkon na svorkách alternátoru 981 MW Dodávaný výkon do elektrické sítě 912 MV Vlastní spotřeba bloku 69 MW Účiník 0,9 Nominální sdružené napětí 24 kv Nominální fázový proud A Nominální frekvence 50 Hz Chlazení vodík - voda Hmotnost 564 t Chladicí věže Výška věže 154,8 m Patní průměr 130,7 m Průměr v koruně věže 82,6 m Tloušťka pláště tahového komína 0,9-0,18 m Celková plocha pláště m 2 Hmotnost pláště t Objem sběrné nádrže m 3 Výška nasávacího otvoru 10,7 m Počet šikmých stojek 112 Zastavěná plocha m 2 Obestavěný prostor (objem věže) m 3 Tepelný výkon jedné věže MW Průtok vody jednou věží 17,2 m 3 /s Odpar z jedné věže 413 l/s 3. Primární okruh JE Temelín V primárním okruhu se nacházejí základní části systému, to je reaktor a parogenerátor viz obr. 2, a 3. V reaktoru se ohřívá teplota vody z 290 C na 320 C při tlaku 15,7 MPa. Funkce parogenerátoru

5 spočívá v zajištění přenosu tepelné energie z chladiva primárního okruhu do vody sekundárního okruhu. Voda sekundárního okruhu. tzv. napájecí voda. v parogenerátoru vyplňuje prostor mezi teplosměnnými trubičkami. kterými protéká chladivo primárního okruhu. Obr. 2: Nádoba reaktoru při montáži Obr. 3: Parogenerátor Obr. 4: Zavážecí stroj palivových článků s bazénem vyhořelého paliva 4. Sekundární okruh JE Temelín Základní částí sekundárního okruhu elektrárny je turbína, ke které se sběrným potrubím z parogenerátoru přivání pára na první vysokotlaký a následně z přihřívákům pak na nízkotlaké díly viz obr. 5 a 6.

6 Obr. 5: Schéma soustrojí turbína generátor 1000 MW Obr. 6: Turbína Jaderné elektrárny Temelín 1000 MW 5. Technologie svařování na JE Temelín Proces svařování na jaderných elektrárnách tvoří nezastupitelnou technologii při výstavbě, provozu i opravách jednotlivých komponent. Technologie svařování dílů ať primární či sekundární části jaderné elektrárny přísně podléhají pravidlům stanoveným Státním úřadem pro jadernou bezpečnost, ze kterých vyplývá jednoznačný postup a schvalování svarových spojů dle evropských

7 norem (WPS a WPAR). Jednou z organizací zajišťující schvalování postupů svařování je Český svářečský ústav s.r.o. při VŠB Technické univerzitě Ostrava (obr. 7). Vlastní technologie svařování jsou navrhovány s ohledem na základní materiál, tepelná a tlaková namáhání svarových spojů a v neposlední řadě i na možnosti oprav na vlastním zařízení. Základní materiály, které se svařují lze rozdělit do několika skupin, a to: vysokolegované austenitické materiály a žáropevné materiály používané převážně v primární časti elektrárny, žáropevné materiály a konstrukční oceli používané v sekundární části elektrárny. Z hlediska svarových spojů se v obou částech vyskytují základní typy spojů, ale i speciální typy spojů, používané např. při opravách dílů nebo náhradách jednotlivých komponent v průběhu provozu. Na ukázku jsou na obr. 8 znázorněny přivařované nátrubky na primární straně vysokotlakého potrubí. Obr. 7: Inspekční certifikát se schváleným postupem svařování Obr. 8: Nátrubky vysokotlakého potrubí v primární časti elektrárny Pro zajištění oprav komponent jaderných elektráren byly vytvořeny speciální postupy svařování aplikovatelné na konkrétní typy vad. Jako příklad lze uvést zaslepování netěsných trubek vody teplosměnných výměníků primárního okruhu (obr. 9) nebo technologie provádění montážních svarů kapilár (tubičky o průměru 6,2 mm) pro snímání fyzikálních veličin v primárním okruhu elektrárny.

8 Obr. 9: Způsob zaslepení netěsných trubek teplosměnných výměníků primárního okruhu Obr. 10: Provádění montážích svarů kapilár (průměr trubek 6,2 mm) Svařování v jaderné energetice je široká oblast mající zásadní vliv na jadernou bezpečnost při provozu elektráren. Z tohoto důvodu bude na příštím semináři dále tato problematika rozebrána. Pokračování příště... Literatura: [1] Firemní literatura ČEZ a.s. Jaderná elektrárna Temelín, [2] Firemní literatura Českého svářečského ústavu s.r.o. Ostrava,