CC BY
90
= ЭКСПЛУАТАЦИЯ АЭС -
УДК 621.039.76
РОБОТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УДАЛЕНИЯ ШЛАМА С ДНИЩА ПАРОГЕНЕРАТОРОВ
© 2013 г. О.В. Кучеренко, В.А. Шваров
Нововоронежская А ЭС,
Открытое акционерное общество «Российский концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях» (филиал «Нововоронежской атомной станции»), Нововоронеж. промышленная зона, Южная, 1, г. Нововоронеж, Воронежская область, Россия 396072
Поступила в редакцию 28.05.2013 г.
Надёжность парогенераторов, кроме основных технических показателей и правильности ведения эксплуатационного режима, зависит от чистоты теплообменной поверхности и наличия выпавшего на днище шлама. Для обеспечения чистоты везде используются химические методы очистки теплообменных поверхностей. В статье рассмотрен вопрос выведения из объёма парогенератора именно упавших на днище отложений. Показано количество данных отложений и примерное распределение по корпусу парогенератора. Также рассмотрены возможные механические методы выведения отложений. В результате рассмотрения опробованных на действующих парогенераторах вариантов, показана эффективность и применимость разработанной установки для удаления шлама из парогенераторов.
В статье, так же в кратком изложении, даны основные принципы построения системы удаления шлама с днища парогенераторов и конструктивные особенности установки, позволяющие реализовать в полном объёме поставленные задачи по удалению шлама с днища парогенератора.
Ключевые слова: парогенератор, система удаления шлама, роботизированная система, отложения, теплопередающая способность, надёжность, эксплуатация.
Одной из основных проблем обеспечения надёжности эксплуатации парогенераторов и поддержания их теплопередающей способности на достаточно высоком уровне является образование отложений на теплопередающей поверхности трубчатки, забивание ими межтрубного пространства и скопления осыпавшихся отложений на днище парогенератора. Всё это влияет на целостность трубчатки - за счет возникновения подшламовой коррозии метала и ведёт к ухудшению теплопередачи между теплоносителем первого и второго контура. Для снижения количества отложений на трубчатке и, следовательно, поддержания эффективности работы парогенераторов существует достаточно большое количество способов. Это водоподготовка, проведение очистки котловой воды за счёт продувки, поддержание водо-химического режима, химические отмывки, как на ходу, так и в период проведения ремонтов и т.д. Но, несмотря на существование такого количества методов поддержания трубчатки в чистом состоянии, в процессе эксплуатации на ней образуются отложения, которые накапливаются на теплопередающей поверхности и далее часть их отваливается и падает на днище парогенератора.
Т.к. тепловая нагрузка теплообменника определяется чистотой теплопередающей поверхности, то для её поддержания установлены критерии загрязнения трубчатки в контрольных точках, при превышении которой рекомендуется проводить химическую отмывку. Но при этом не принимается во внимание отваливающийся с трубчатки и осыпающийся на днище шлам.
©Издательство Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», 2013
Заинтересованность в выполнении очистки парогенератора от осыпавшегося шлама появилась после появления достаточно большого количества дефектов теплообменных труб, получения информации о месте и причинах происхождения дефектов теплообменных труб методом вихретокового контроля и выявления критических зон повреждаемости трубчатки парогенераторов. В результате анализа было чётко видно, что наибольшее скопление дефектов теплообменных труб приходится на нижние ряды со стороны «горячего» коллектора и на места в районах дистанционирующих решёток, ближе к «горячему» коллектору. Визуальный осмотр парогенераторов показал большое количество отложений на днище парогенератора и их неравномерность. В районе «горячего» коллектора, в первых ячейках между дистанционирующими решётками, в некоторых местах отложения были выше нижних рядов теплообменных труб. На фото 1 показан шлам в межтрубном коридоре парогенератора за первой, от «горячего» коллектора, дистанционирующей решёткой, перекрывающий два нижних ряда теплообменных труб.
Рис. 1. Шлам в межтрубном коридоре парогенератора за первой, от «горячего» коллектора,
дистанционирующей решёткой
Наибольшее образование отложений на трубчатке и днище находятся со стороны «горячего» коллектора парогенератора, что полностью стыкуется теорией, так как тепловая нагрузка по парогенератору распределена не равномерно, а наибольшие отложения образуются именно в местах с большей тепловой напряжённостью. Примерное распределение отложений по длине и поперечному сечению, в районе «горячего» коллектора парогенератора, показано на рисунке 1.
—
и—
Р ис 1. Распределение отложений по днищу корпуса парогенератора в поперечном разрезе в районе «горячего» коллектора и в продольном разрезе.
Таким образом, подтверждалось увеличенное образование дефектов теплообменных труб за счёт подшламовой коррозии в местах скопления отложений.
Конструкция парогенератора ВВЭР-440 и системы продувки такова, что не позволяет эффективно выводить осыпающиеся твёрдые частицы отложений с продувочной водой.
Для обеспечения жесткости крепления трубчатки, на днище корпуса парогенератора по его длине, установлен ряд перегородок для крепления дистанционирующих решёток трубного пучка. Сверху, на перегородках, по длине парогенератора расположены три продувочных коллектора перфорированные с двух сторон для обеспечения равномерности продувки. Но из-за малых скоростей и высокого расположения продувочных коллекторов, данная конструкция системы продувки обеспечивает равномерность продувки по длине парогенератора, но абсолютно не обеспечивает вывод с днища корпуса парогенератора осыпающихся с трубчатки отложений. Отложения, образуясь по всей ширине трубного пучка, в результате термических нагрузок и в процессе переходных режимов отслаиваются и за счёт достаточно высокой массы (состоят из окислов железа и меди) падают вертикально вниз по трубным коридорам трубного пучка на днище парогенератора, где и происходит их концентрация. Вторым местом скопления шламовых отложений является кольцевой технологический зазор между коллектором первого контура и корпусом парогенератора («карман»). При этом именно «карман» «горячего» коллектора является концентратором осыпающихся отложений. Существующая продувка карманов не обеспечивает в полной мере вывод данных отложений, т.к. организована с двух диаметрально противоположных сторон коллектора и возле них образуются воронки, а дальше, по периметру «кармана», идёт накопление отложений. Что также может негативно сказаться на эксплуатации №23 шва на парогенераторах ВВЭР-440.
Существующие методы химической очистки трубчатки парогенераторов направлены на снятие отложений с теплопередающей поверхности и имеют недостатки в части вывода скопившихся на днище шламов:
- химические реагенты работают на поверхности отложений;
- химическая очистка не происходит в местах, где нет проходимости химических растворов;
- процесс достаточно длительный;
- отложения на днище парогенераторов отбирают часть химических реагентов, тем самым снижая эффективность очистки трубчатки;
- достаточно дорогостоящий процесс;
- увеличивает количество жидких отходов в реакторном отделении.
Исходя из вышесказанного, следует вывод, что наиболее оптимально выводить отложения с днища парогенераторов, из «карманов» и районов дистанционирующих решёток механическими методами, а очистку трубчатки от твёрдых отложений производить уже химическими методами. Таким образом, будет достигнута оптимальная эффективность использования химических компонентов, снижено время проведения очистки, уменьшено количество жидких отходов, поступающих в спецканализацию.
Если вопрос химической очистки уже достаточно хорошо изучен и имеет широкое применение, как в традиционной, так и в атомной энергетике, то вопросами механической очистки особо не занимались.
Таким образом, для решения проблем целостности трубчатки, швов №23, увеличения эффективности и снижения продолжительности химической отмывки необходимо было решить проблему быстрого и эффективного механического удаления
шлама с днища парогенератора и из «карманов».
Для решения данной задачи на Нововоронежской АЭС последовательно был проделан комплекс работ по отработке методов очистки парогенераторов от отложений.
Исходно было предложено два метода очистки от отложений:
- извлечение при помощи вакуума;
- смыв отложений водой через дренажный лючок.
С целью опробования первого метода очистки парогенератора, к штатной вакуумной системе блока, была присоединена ёмкость для отделения шлама, которую установили ниже уровня парогенератора и подключили вакуумный шланг для ручного удаления шлама. После останова блока на ППР выбран парогенератор и после его опорожнения и вскрытия опробована система удаления отложений с днища вакуумным методом. Опробование выполнялось как с опорожнённым парогенератором, так и с частично заполненным водой и подачей сжатого воздуха по линиям продувки для поднятия шлама. Данная технология себя не оправдала из-за достаточно большого веса и плотности отложений.
После неудачного опробования системы удаления мокрых отложений, выполнена осушка парогенератора с подачей сжатого воздуха в систему продувки. После 150 часов осушки опробована вновь схема удаления отложений с помощью вакуумного насоса. На этот раз удаление шлама пошло достаточно эффективно, но данный метод имел существенный недостаток - шлам удалялся исключительно из коридора в межтрубном пространстве, а из-под трубчатки его извлечь было очень проблематично, из-за невозможности доставить туда шланг вакуумного насоса как вверх, так и вниз по образующей. Таким образом, данный способ при достоинствах по достаточно эффективному извлечению отложений из корпуса парогенератора, имел ряд недостатков: необходимость длительной сушки, не весь шлам удаляется (остаётся под трубным пучком).
Результаты вакуумного удаления шлама представлены на рисунке 2.
Рис. 2. Результаты очистки днища парогенератора от шлама вакуумным методом на сухую
Для опробования второго метода была изготовлена насадка на шланг для смыва шлама с трубного пучка, и других приспособлений не потребовалось. Персоналом
выполнена промывка трубного пучка и днища парогенератора от отложений со смывом через дренажный лючок. Промывка проводилась от штатной системы дезактивации водой с давлением от 5 до 7 кгс/см2 из шланга, и при помощи насадки с распылением воды в сторону. Полученный результат показал возможность и эффективность смыва отложений снаружи трубного пучка и возможность достаточно эффективного перемещения отложений по днищу парогенератора и возможность смыва отложений из-под трубчатки вдоль образующей корпуса парогенератора. Но при этом перегородки на днище парогенератора не позволяют удалить отложения через имеющийся дренажный лючок.
На основании выполненных работ было принято решение по разработке специальной установки, позволяющей эффективно выполнять размыв и удаление из корпуса парогенератора отложений с их последующей откачкой из каждого отсека, возможность проникновения системы откачки в труднодоступные места днища парогенератора. При этом система должна позволять выполнять основную работу дистанционно, с использованием телекамер и дополнительного освещения места выполнения работ, что позволит существенно снизить дозовые нагрузки на персонал и снизить количество персонала на выполнение работ по очистке днища.
В соответствии с техническим заданием разработана и опробована «роботизированная система по удалению шлама с нижних образующих парогенераторов» (РСУШ).
Принципиальная схема РСУШ представлена на рисунке 1.
Робот-монипулятор
Уровень воды
Уровень шлама ,
Насос 1
Мешки-фильтры
Вода из внешнего источника
Насос 3
Рис. 1. Принципиальная схема РСУШ
С целью обеспечения минимальных дозозатрат, снижения времени на монтаж и удобства использования предложена схема установки состоящей из нескольких блоков. Робот-манипулятор обеспечивает выполнение работ внутри парогенератора. Для обеспечения его работы снаружи установлены блоки насосов, фильтрации, соединённые между собой трубопроводами, системы управления и выполнено подключение всей установки к станционной электрической сети и к источнику водоснабжения.
Работа установки построена по следующему принципу. После расхолаживания и вскрытия парогенератора по второму контуру выполняется монтаж установки РСУШ с установкой робота-манипулятора над одной выбранной ячейкой парогенератора, образованной двумя перегородками.
После монтажа парогенератор и установка заполняется водой из внешнего источника водоснабжения для обеспечения работоспособности установки и полного покрытия отложения водой для обеспечения возможности их перевода во взвешенное состояние с целью последующей откачки. Заполнение производится с помощью насоса 3.
Далее установка РСУШ вводится в работу. Штанга с трубопроводами опускается в район скопления шлама, и включаются в работу насос 1 и насос 2.
Насос 2 предназначен для подачи под давлением воды на размывающую форсунку, с помощью которой обеспечивается перевод слежавшегося шлама во взвешенное состояние.
Насос 1 предназначен для откачки из зоны размыва пульпы, состоящей из воды и переведённого во взвешенное состояние шлама.
Далее пульпа по трубопроводам подаётся в один из двух мешков-фильтров, установленных в специальном баке. В мешке-фильтре происходит отделение шлама от воды, которая собирается в баке и далее насосами 2 и 3 опять по своим линиям подаётся в парогенератор. После заполнения одного из мешков подача от насоса 1 переводится в другой мешок, а заполненный мешок извлекается для утилизации шлама, на его место ставится новый мешок-фильтр. Таким образом, получаем замкнутый цикл очистки парогенератора от шлама.
После очистки одной ячейки, установка останавливается, робот-манипулятор устанавливается на другую ячейку и цикл повторяется.
Для реализации данного алгоритма работы ЗАО «Диаконт» разработана и изготовлена «Роботизированная система по удалению шлама с нижних образующих парогенераторов ПГВ-4М РСУШ».
РСУШ состоит из следующего основного оборудования:
- штанги (телевизионная и для размещения трубопроводов) с системой перемещения - робот-манипулятор;
- мостки;
- направляющие;
- шкаф электропитания и управления;
- пульт управления;
- технологическое оборудование;
- комплект видеонаблюдения;
- осветительное оборудование.
Эскиз размещения оборудования приведен на рисунке 2.
Рис. 2. Эскиз размещения оборудования РСУШ
Для обеспечения удобства выполнения работ в парогенераторе внутри парогенератора монтируются мостки, опирающиеся на трубные решетки, с которых ведётся монтаж и обслуживание внутреннего оборудования РСУШ.
Внутри парогенератора монтируется система перемещения робота-манипулятора со штангами:
- телевизионной со светильниками и камерой наблюдения;
- штангой с трубопроводами;
- а также трубопровод подачи воды низкого давления от насоса 3.
Снаружи монтируется технологическое оборудование, состоящее из:
- рамы;
- насосов 1, 2, 3;
- бака с мешками-фильтрами;
- трубопроводов и арматуры.
Отдельно монтируется пульт управления с системой видеонаблюдения.
После подключения внешних источников электро- и водо- снабжения РСУШ готова к работе.
Штанга с трубопроводами крепится на направляющей, фиксируемой на двух соседних трубных решетках, что показано на рисунке 3.
Рис. 3. Штанга с трубопроводами на направляющей
Телевизионная штанга устанавливается рядом с трубной решеткой, обеспечивая освещение и видеоконтроль за процессом очистки секции парогенератора.
Штанга с трубопроводами (рисунок 4) выполнена в виде специальной конструкции. В ней установлена размывающая форсунка, в которую подаётся вода от насоса 2 под давлением 1,7 мПа, что позволяет размыть и перевести во взвешенное состояние отложения, и в этой же штанге установлен всасывающий трубопровод насоса 1 для откачки взвеси с расходом порядка 15 м3/час. Такая конструкция штанги позволяет вести откачку шламовой взвеси в месте, где концентрация шлама максимальна, что повышает эффективность системы. Для обеспечения простоты монтажа и удобства очистки штанга с трубопроводами выполнена складывающейся.
Направляющая оборудована приводом для перемещения штанги вдоль межтрубного коридора. Штанга оборудована приводом вертикального перемещения размывающей и откачивающей форсунками. Такая конструкция штанги позволяет обеспечить подачу размывающей и откачивающей форсунок под трубный пучок, вплоть до продувочного коллектора парогенератора, что обеспечивает удаление шлама
из всей секции ПГ.
Для обеспечения наилучшего перемещения форсунок вдоль нижней образующей в нижней части штанги, на насадке с форсунками, сделано дополнительное отверстие от высоконапорного насоса, использующее реактивное действие струи для продвижения форсунок вдоль днища парогенератора.
Рис. 4. Штанга с трубопроводами и насадка с размывающей и всасывающей форсунками
Таким образом, обеспечивается удаление шлама из межтрубного коридора и с образующей парогенератора под трубчаткой ниже трубного коридора. Для обеспечения отмывки образующей парогенератора под трубчаткой выше трубного коридора шланг от низконапорного насоса 3 располагается вдоль образующей парогенератора в этой же ячейки. Вода смывает шлам с корпуса парогенератора в зону откачки.
Отмывка днища парогенератора начинается с межтрубного коридора. Далее, с помощью приводов насадка с размывающей и откачивающей форсунками постепенно перемещается вдоль межтрубного коридора. По мере отмывки к перемещению вдоль межтрубного коридора добавляется перемещение насадки в вертикальном направлении.
Контроль выполнения отмывки ведётся посредством видеонаблюдения за процессом, а так же путем контроля содержания шлама в пульпе, подаваемой в мешки-фильтры. После заполнения мешка-фильтра откачка переводится в другой мешок-фильтр, а заполненный извлекается, утилизируется. На его место устанавливается новый мешок.
После окончания очистки одной секции парогенератора установка перемещается на другую секцию и цикл очистки повторяется.
После полной очистки парогенератора его дренирование осуществляется по штатным линиям.
На фотографиях (рис. 3, рис 4) представлены снимки до и после очистки секции парогенератора ПГВ-4М Нововоронежской АЭС.
Рис. 3. Парогенератор перед очисткой
Рис. 4. Парогенератор после очистки
Учитывая небольшие габариты установки и достаточно удобный процесс монтажа и управления, получили, что полный цикл очистки парогенератора может обеспечить два человека.
Таким образом, внедрение установки РСУШ позволяет решить поставленные выше проблемы очистки парогенераторов от шлама, при этом позволяя избежать недостатков методов размыва и вакуумного удаления шлама. А возможность эксплуатации установки двумя людьми, при большей части времени нахождения их вне парогенератора, позволяет существенно снизить дозозатраты персонала при выполнении данной работы.
The robotized system of slime removal from the bottom of steam generators
O. V. Kucherenko, V.A. Shvarov
Subsidiary (branch) of joint-stock company of open type «Concern Rosenergoatom» «Novovoronezh nuclear
power plant (NNPP) », Novovoronezh Industrial zone, Juzhnaya, 1, Novovoronezh, Voronezh region, Russia 396072 e-mail: ShvarovVA@nvnpp1.rosenergoatom.ru
Abstract - The reliability of steam generators, except the main technical indicators and correctness of maintaining an operational mode, depends on purity of a heat-exchange surface and presence of laid-down slime on the steam generator bottom. Chemical methods of cleaning heatexchange surfaces are used for ensuring purity everywhere. The article touches upon the question of the removal of fallen deposits out of the steam generator. The amount of these deposits and approximate distribution in the steam generator frame is shown. Possible mechanical methods of the removal of deposits are also considered.
As a result of consideration of the options tested in operating steam generators, efficiency and applicability of the developed installation for slime removal out of steam generators are shown. The article presents the basic principles of creation of a system of slime removal from the bottom of steam generators and design features of the installation, allowing to realize the objectives of slime removal from the steam generator bottom.
Keywords: steam generator, system of slime removal, robotized system, deposits, heat-transmitting ability, reliability, operation.
