CC BY
35
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОСУШИТЕЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ГАЗОВ НА АЭС
В.Б. ГРУЗДЕВ, Н.Д. ЧИЧИРОВА
Казанский государственный энергетический университет
В настоящей статье представлены экспериментальные данные исследования работы установки понижения активности технологических газов (УПАК) до и после установки термоэлектрического осушителя газов (ТЭОГ), выполненные на Ленинградской АЭС.
Основным назначением системы технологической специальной вентиляции на АЭС является проветривание помещений и удаление радиоактивных технологических газовых сдувок с дальнейшей их дезактивацией и выбросом в станционную вентиляционную трубу. Поэтому требования к остаточной активности удаляемых в атмосферу газов высоки, особенно после Чернобыльских событий. На крупных АЭС для дезактивации радиоактивных газов применяется совмещенный метод очистки газов, включающий в себя простую выдержку газов в газгольдерах выдержки и очистку газов в адсорбционных установках. Газгольдеры выдержки задерживают основные изотопы инертных радиоактивных газов (ИРГ) и, где время выдержки определяется по распаду Хе-133. Вновь образованные радионуклиды, часто в виде аэрозолей, но с меньшей активностью и с большим периодом распада, задерживаются в аэрозольных фильтрах, в состав которых входит ткань Петрянова, работающая на эффекте статического электричества. Высокая влажность очищаемого газа резко снижает фильтрующие возможности ткани, что приводит к частой замене дорогостоящего активного материала аэрозольного фильтра. Влажные радиоактивные газы в основном поступают из баков «грязного» конденсата, бассейнов выдержки отработанных тепловыделяющих сборок, технологических барботеров, куда поступают паровые протечки предохранительных клапанов, а также сбросы радиоактивного пара при пуске или останове энергоблока, из трапных каналов, куда поступает радиоактивная вода при дезактивации оборудования, помещений, полов полуобслуживаемых и необслуживаемых помещений АЭС и т.п. Поэтому при нормальной эксплуатации АЭС непрерывная очистка газов происходит в адсорберах, а для более эффективной работы сорбента необходима глубокая осушка и низкая температура газа. В связи с этим в 2000 г. на установке понижения активности (УПАК-4) четвертого энергоблока Ленинградской АЭС (ЛАЭС) (рис. 1) были проведены исследовательские работы по выявлению технической возможности дальнейшего снижения активности газовых выбросов в окружающую АЭС среду.
В результате экспериментальных исследований было установлено, что:
1. Расход технологического газа через УПАК-4 - 500-800 м3/час.
2. Температура газа на входе в УПАК-4 - 25-600С.
3. Температура газа на выходе из УПАК-4 - 15-300С.
4. Аэродинамическое сопротивление тракта УПАК-4 - 38-40 мм.вод.ст.
© В.Б. Груздев, Н.Д. Чичирова
Проблемы энергетики, 2008, № 1-2
5. Температура охлаждающей морской воды, поступающей на теплообменники УПАК-4, - 7-25°С.
6. Относительная влажность газа на входе в УПАК-4 - 6°-9°%.
7. Относительная влажность газа на выходе из УПАК-4 - 3°-5°%.
8. Время выдержки ИРГ на угольных адсорберах УПАК-4:
- по изотопам Кг - 27 часов;
- по изотопам Хе - 38 суток.
9. Активность выбросов на выходе из УПАК-4 - 5-1° Ки/сутки.
Технологические газы
Рис. 1. Схема установки понижения активности (УПАК) радиоактивных технологических газов на АЭС: 1 - теплообменник со встроенным влагоотделителем, первая ступень осушки; 2 - фильтр аэрозольный; 3 - фильтры цеолитовые; 4 - теплообменник основной, со встроенным влагоотделителем, вторая ступень осушки; 5 - фильтр-адсорбер; 6 - газодувка; 7 - вентиляционная труба АЭС
Для снижения относительной влажности технологического газа в 2001 г. на четвертом энергоблоке в составе УПАК-4 вместо основного теплообменника со встроенным влагоотделителем (поз. 4, рис. 1) была смонтирована
полномасштабная модель термоэлектрического осушителя газа (ТЭОГ) с 40 блоками питания и блоком управления. В основу экспериментального осушителя был положен принцип охлаждения технологического газа и конденсация из него влажного пара на холодной поверхности ТЭОГ [1].
В течение десяти месяцев проводился контроль физических параметров газа при изменении температуры охлаждающей поверхности осушительной камеры ТЭОГ. В результате экспериментальных испытаний установки ТЭОГ были получены следующие данные:
1. Расход технологического газа через УПАК-4 - 220-330 м3/час.
2. Температура газа на входе в УПАК-4 - 28-380С.
3. Температура газа на выходе из УПАК-4 - минус 17-210С.
4. Аэродинамическое сопротивление газового тракта УПАК-4- 6,0
мм.вод.ст.
5. Относительная влажность газа на входе в УПАК-4 - 50-80%.
6. Относительная влажность газа на выходе из УПАК-4 - 5-10%
7. Время выдержки ИРГ на угольных адсорберах УПАК-4:
- по изотопам Кг - 16 часов.
- по изотопам Хе - 14 суток.
8. Активность выбросов на выходе из УПАК-4 - 2,0 Ки/сутки.
По результатам экспериментальных измерений на рис. 2, 3 приведены сравнительные диаграммы значений влажности технологического газа и его расхода на УПАК-4 ЛАЭС до и после применения установки ТЭОГ, выполненные в 2001 году.
□ Влажность газа без ТЭОГ
□ Влажность газа с ТЭОГ
Рис. 2 Изменение влажности технологического газа после УПАК-4 без ТЭОГ и с его
применением
□ Расход газа без ТЭОГ
□ Расход газа с ТЭОГ
Рис. 3 Изменение расхода технологического газа после УПАК-4 без ТЭОГ и с его применением
Через три-четыре месяца круглосуточной работы установки ТЭОГ было обнаружено, что температура холодной поверхности осушительной камеры постепенно повысилась с минус 21°С до минус 5°С. После отключения установки ТЭОГ и ее внешнего осмотра были обнаружены слои оксидной пленки толщиной около трех мм, покрывшей медную поверхность горячих спаев термических модулей, которые охлаждались водой Финского залива Балтийского моря. После очистки горячей поверхности и подвода химически обессоленной воды (ХОВ) вместо морской воды, температура холодильной поверхности ТЭОГ нормализовалась и выше минус 21°С не наблюдалась.
Также для определения степени надежной работы установки ТЭОГ при полной потере собственных электрических нужд четвертого энергоблока ЛАЭС была прекращена подача ХОВ на охлаждение термических модулей ТЭОГ. В результате эксперимента было установлено, что в течение 13° минут температура холодной поверхности осушительной камеры почти не изменялась и выше минус 17°С не поднималась.
Выводы
В результате анализа полученных экспериментальных данных можно сделать следующие выводы:
1. ТЭОГ имеет возможность охлаждения технологических радиоактивных газов с высокой относительной влажностью до температуры минус 21°С.
2. Применение ТЭОГ дало возможность:
2.1. снизить расход радиоактивного влажного газа - в 2,3-2,4 раза;
2.2. снизить аэродинамическое сопротивление газового тракта - в 6,3 - 6,7 раза;
2.3. снизить относительную влажность газа на выходе - в 5-6 раз;
2.4. снизить активность выбросов - в 2,5 -5,0 раз.
3. При кратковременном (более 2-х часов) прекращении охлаждения термических модулей ТЭОГ работа осушителя была устойчивой, что особенно важно для радиационной безопасности АЭС при потере электроснабжения собственных нужд;
4. Применение химически-агрессивной морской воды для охлаждения ТЭОГ отрицательно сказывается на его работе. Необходима нейтральная охлаждающая среда, например, химически очищенная вода, получаемая на АЭС.
Summary
In persisting article are presented experimental study data of the functioning the installation of reduction to activities technological gas (UPAK) before installation and after installing of thermoelectrical condenser of gas (TEOG), to run for Leningrad AES.
Литература
1. Патент №39282 Российская Федерация. Термоэлектрический осушитель газов Груздева. - Опубл. 07.07.04, Бюл. № 21.
Поступила 24.09.2007
