ČESKOSLOVENSKA SOCIALISTICKÁ R E P U B L I K A POPIS VYNALEZU K AUTORSKÉMU OSVĚDČENÍ 15257 'Älf? [s/% Přihlášeno 06. VIII. 1969 (PV 51-69) Zveřejněno 15. VI. 1973 MPT F 22 b 3/02 PT 13 g 2/02 ÚŘAD PRO VYNÁLEZY A OBJEVY Vydáno 15. III. 197 MDT 697.33 Autor vynálezu Ing. FRANTIŠEK DUBŠEK, C-Sc., BRNO, ing. JAROSLAV KOŘÍNEK, LIPNÍK nad Bečvou a ing. JOSEF ŠROTEK, ZNOJMO Parogenerátor s oběhem teplonosného média, zvláště tekutého kovu Předmětem vynálezu je.parogenerátor s oběhem teplonosného média, zvláště tekutého kovu. S růstem -výkonů jaderných elektráren s rychlými reaktory chlazenými tekutými kovy při současném úsilí zachovat minimální počet cirkulačních chladicích okruhů reaktoru se parogenerátory těchto jaderných elektráren stávají unikátními velkoprostorovými agregáty. Nehledě na možnosti dosažení vysokých tepelných zatížení převyšují rozměry parogenerátoru velikost vlastního reaktoru, což má podstatný vliv na celkovou cenu elektrárny. Volba výhodného typu parogenerátoru se zvláště u elektráren velkých výkonů výrazně uplatňuje v investičních nákladech vlastního technologického zařízení, na nichž se parogenerátory podílejí 30 35 %.. Použitá koncepce, správná funkce, dosahované parametry a charakteristiky parogenerátorů, jejich technologie a montáž podmiňují správnou funkci a iparametry jaderné elektrárny. Podceňování této skutečnosti by mělo dopad na technickou -i ekonomickou úroveň celé elektrárny. Proto se věnuje velká péče optimalisaci koncepce a typu parogenerátoru, výzkumnému, projekčnímu a zkušebnímu ověření před vlastní realisací a zapojením do okruhu elektrárny. Z úvah a rozborů vyplynulo, že v elektrár- 15257 nách s reaktory chlazenými tekutými, kovy velkých výkonů :je nejhospodárnější použít jako chladiva alkalického tekutého kovu a průtočných parogenerátorů, tj. nucené cir- 5 kulace jak na straně vody a páry, tak na straně alkalického tekutého kovu. V podstatě jsou dále proto sledovány dvě základní koncepce řešení parogenerátoru průtočného typu, a to koncepce tělesová a článková, 10 u kterých je nutno věnovat pozornost,při jejich projektu následujícím skutečnostem. V obou koncepcích odděluje teplosměnná plocha od sebe dvě média alkalický kov a vodu vzájemně chemicky velmi aktivní, i5 takže jakákoliv i velmi malá netěsnost teplosměnné plochy.způsobuje vážné provozně technické potíže a může být zdrojem velkých a těžkých havárií. S ohledem na konstrukci.reaktoru,a s o- 20 hledem na ekonomičnost elektrárny je nutné dosáhnout co nejmenšího rozdílu teplot mezi výstupem a vstupem^ sodíku z.reaktoru a vysokých parametrů páry. Teploty tekutého alkalického kovu na vstupu do parogenerá- 25 toru se proto pohybují od 500 600 C a na výstupu z iparogenerátor.u od 350 50 C.. Vzhledem k vysokým součinitelům přestupu -.' tepla na straně alkalického tekutého kovu, a vroucí vody.a vzhledem k neobvyklým vy- 30 sokým J teplotním spádům se dosahuje žvláš-
3 15 2 5 7 tě ve výparníku tepelných zatížení výhřevné plochy řádu 1 000 000 keal/m 2 hod C. V těchto případech se pak objevují jevy (například pulsace teplot na stěně, teplotní spád na stěně trubky řádu 100 C atd.j, 'které jsou 5 jinak při menších tepelných tocích a teplotnich spádech potlačeny a :které mají zásadní vliv na provozní spolehlivost a bezpečnost parogenerátoru hlavně v jeho odpařovací části. 111 K výše uvedeným skutečnostem přistupují ještě jevy korosní, jako je oduhličování feritických a perlitických ocelí při teplotách alkalického kovu cca nad 00 C a 'korosní praskání za napětí v prostředí obsahujícím chloridy nebo hydroxidy, kterému podléhají hlavně austenitické nerezavějící oceli. Dosavadní 'konstrukční provedení.průtočných parogenerátoru jaderných elektráren s rychlými reaktory vycházejí ze základního schématu zapojení výhřevných ploch, ohříváku, výparníku a přehříváku za sebou tak, že tlakové médium voda je uvnitř trubek, a beztlakové médium alkalický kov v mezitrubkovém prostoru, přičemž alka- o. lický kov protéká postupně prehřívákem, výparník em a dohrívákem parogenerátoru zpravidla v protiproudu vodě a.páře. Taikto prováděné zapojení teplosměnných ploch 'však při zvyšující se vstupní a výstupní tep- so lotě alkalického kovu a při zachování minimálního jejich rozdílu a dává vznik výše uvedeným potížím. Některé vyráběné parogenerátory mají svou teplosměnnou plochu vyrobenou buď 35 celou z austenitické oceli, nebo celou z feritické chromové oceli, nebo výparník z feritické chromové oceli a přehřívák z nerezavějící austenitické oceli. Při zvyšující se vstupní a výstupní teplotě alkalického 'kovu 0 v parogenerátoru, při zachování minimálního jejich rozdílu podléhá feritická chromová ocel, použitá pro výparnou část parogenerátoru, ikorosi ze strany sodíku, jak je u- vedeno výše. Při použití pro výparnou část austenitické nerezavějící oceli vznikají zde rovněž zmíněné potíže vlivem chloridů a hydroxidů obsažených v.napájecí vodě. Výhodnými se ukazují parogenerátory s jednoduchou stěnou teplosměnné plochy. Při so zvyšující se vstupní a výstupní teplotě alkalického kovu a při zachování minimálního jejich rozdílu v parogenerátoru jsou však uvedené jevy v oblasti 'konce výparníku zdrojem potíží. S3 Výše uvedené skutečnosti jsou příčinou toho, že parogenerátor představuje z hlediska současných znalostí zhruba ekvivalentní problém jako reaktor. Uvedené nedostatky odstraňuje parogene- í0 rátor s oběhem teplonosného média, zvláště tekutého.kovu podle vynálezu, jehož podstata záleží v tom, že do oběhu je vložen rekuperační výměník, propojený do výparníku a dohříváku. Tekutý -kov protékající rekuperačním výměníkem, vloženým do oběhu tekutého ikovu parogenerátoru, je tedy po ochlazení vodou nebo parou parogenerátoru vrácen zpět do rekuperačního výměníku vloženého do oběhu tekutého kovu parogenerátoru, kde se ohřívá. Rekuperační výměník je opatřen obtokem, který slouží pro regulaci teploty tekutého kovu, vycházejícího z vloženého rekuperačního výměníku. Rekuperační výměník může být vložen do oběhu tekutého kovu parogenerátoru v jeho libovolném místě, aby bylo dosaženo vyhovujících teplotních spádů na teplosměnných plochách parogenerátoru, zjednodušen výběr vhodné oceli teplosměnných ploch přehříváku, výparníku a dohříváku, a tak zamezeno haváriím teplosměnné plochy v důsledku tepelných.namáhání, pulsací a korosí ze strany vody a sodíku. Příklad.provedení vynálezu je znázorněn na připojených výkresech. Na obr. 1, 2, 3 jsou základní schémata zapojení parogenerátoru podle vynálezu s třemi možnými provedeními, podle obr. 1, 2 a 3 vloženého rekuperačního výměníku do oběhu tekutého 'kovu článkového parogenerátoru, na obr. je schéma parogenerátoru s vloženým rekuperačním výměníkem podle vynálezu. Jak znázorněno na obr. 1, je přívod tekutého kovu 1 zaveden do rozváděči komory 2, odtud potrubím tekutý kov 1.proudí do článku přehříváku 3, odtud potrubím.přechází do článku vloženého rekuperačního výměníku 5,.kde se ochlazuje. Potrubím je tekutý 'kov 1 veden do článku výparníku 6 a článku ohříváku 7,a zpět do článku vloženého rekuperačního výměníku, kde se ohřívá. Odtud je veden potrubím do sběrací komory 8 a potrubím 9 odváděn z parogenerátoru. Potrubím 10 je článek dohříváku napájen vodou 18, přehřátá pára 17 opouští přehřívák 3 potrubím 11. U provedení podle obr. 2 je tekutý kov 1 převáděn z článku výparníku B potrubím do článku vloženého rekuperačního výměníku 5, kde se ohřívá. Odtud potrubím je veden do článku dohříváku 7 a potrubím je odváděn do sběrací '.komory 8. U provedení podle obr. 3 je tekutý kov 1 veden z článku vloženého rekuperačního výměníku 5, kde se ochlazoval potrubím do článku dohříváku 7 a odtud potrubím zpět do článku vloženého rekuperačního výměníku 5, 'kde se ohřívá, a odtud potrubím do článk.u výparníku 6 a potrubím do sběrací komory 8. U všech tří provedení je provedena regulace teploty tekutého kovu 1, vycházejícího z článku vloženého rekuperačního výměníku pomocí obtoku 12, ve kterém je umístěna regulační armatura.13. Na obr. je.konstrukční schéma článkového průtlačného parogenerátoru sodíkového typu provedeného podle vynálezu. Parogenerátor je vertikálně rozdělen na.dvě souměrné části-(montážní bloky). V každé části je. vedle sebe_ zařazeno pět- větví, z nichž každá se skládá ze čtyř článků tvaru U a
15257 B propojovacího potrubí na straně sodíku, vody a páry. Tekutý kov (sodík) je převáděn do rozváděči ikomory 2. Potrubím proudí do článku přehříváku 3 a odtud potrubím do článku vloženého rekuperačního výměníku a dále potrubím do článku výparníku B a dohříváku 7. Potrubím je sodík veden zpět do článku vloženého rekuperačního výměníku 5. Odtud je potrubím veden do sběrné komory 8 a odváděn z parogenerátoru potrubím 9. V nejnižší části parogenerátoru je proveden odvod 15 sodíku. Voda 16 je přiváděna do parogenerátoru potrubím 10 a přehřátá pára 17 je odváděna z parogenerátoru potrubím 11. Články přehříváku 3, vloženého do rekuperačního výměníku 5, výparníku 6, dohříváku 7, jsou typu trubka v trubce, vnitřní svazek tvoří 19 trubek. Montážní bloky jsou uloženy na nosné konstrukci parogenerátoru 1. PŘEDMĚT 1. Parogenerátor s oběhem teplonosného média, zvláště tekutého kovu, vyznačený tím, že do oběhu je vložen rekuperační výměník (5), propojený do výparníku (6) a dohříváku (17). VYNÁLEZU 2. Parogenerátor podle bodu 1 vyznačený tím, že rekuperační výměník (5) je opatřen obtokem (12). 2 listy výkresů sovarogrsfia, n. p., pravouvna 32, Mou
15 2 3 7 r "H r' H \.J u Ä ~T 1 T Ri Z JO o
1 2 0 B 2 1 / j r ^ r s lo,. 2 5 / 10 A :i> WT z S _ T z Obr. 7T