66034

Разработка и оптимизация конструкции регулирующего клапана (РК) DN125 для системы САОЗ ВД энергоблока АЭС с ВВЭР-1000 малой серии

Курсовая

Энергетика

Цель работы: обеспечение безопасности работы реакторных установок В-320 и В-338 при речах 1 контура, компенсируемых работой САОЗ ВД на основе подхода управляемого снижения давления 1 контура с регулированием расхода впрыска борного расхода...

Русский

2014-08-12

7.73 MB

16 чел.

УДК: 621.03

Разработка и оптимизация конструкции регулирующего клапана (РК) DN125 для системы САОЗ ВД энергоблока АЭС с ВВЭР-1000 малой серии

У. Курцифер Sempell, Д.В.Добрынин Sempell, О.Ю.Тхоржевский ГНИЦ СКАР,
П. Шаллер
 Sempell

Работа по разработке, оптимизации конструкции и изготовлению РК проводилась специалистами завода Sempell, Германия. Необходимость проведения работ определена программой модернизации системы аварийного охлаждения активной зоны реактора высокого давления на энергоблоках №1,2 ЮУАЭС, целью которой явилась установка на байпасных трубопроводах напорной части системы регулирующих устройств, удовлетворяющих перечню технических требований эксплуатирующей организации.

Основание для работы:

  1.  Концептуальное техническое решение №ТР.0.3801.1656 «О регулировании расхода впрыска в первый контур от насосов САОЗ ВД при компенсируемых течах теплоносителя первого контура на РУ типа В-302 и В-338 энергоблоков №1 и 2 Южно-Украинской АЭС».
  2.  Концептуальное техническое решение №ТР.1.3801.1980 «О разработке алгоритма по предотвращению переопрессовки и термоудара на корпус реактора энергоблоков №1, 2 с РУ типа В-302 и В-338».
  3.  Концептуальное техническое решение №ТР.1.3801.0670 «О реконструкции системы аварийного охлаждения активной зоны высокого давления на  энергоблоках  №1 и 2 Южно-Украинской АЭС».
  4.  Отчет о выполнении мероприятия «Установка дросселирующего устройства на напоре САОЗ ВД для обеспечения работы САОЗ ВД при Р1к менее 40 кгс/см2.
  5.  Тендерные технические требования «Поставка регулирующих клапанов для напорных трубопроводов насосов САОЗ ВД энергоблоков №1 и №2 Южно-Украинской АЭС.

Цель работы: обеспечение безопасности работы реакторных установок В-320 и В-338 при речах 1 контура, компенсируемых работой САОЗ ВД на основе подхода управляемого снижения давления 1 контура с регулированием расхода впрыска борного расхода через регулирующий клапан САОЗ ВД с расхолаживанием реакторной установки, без кипения теплоносителя.

При этом согласно технических требований эксплуатирующей организации конструкция РК должна выполнять следующие принципиальные условия для управляемого снижения давления:

- обеспечение управлением расходом в течь;

- устранение и/или смягчение условий термошока на корпус реактора;

- переход к расхолаживанию от системы САОЗ НД и/или системы подпики-продувки 1 контура;

- контроль за допустимым уровнем в компенсаторе давления при расхолаживании;

- обеспечение теплоотвода от 1 контура через систему 2 контура;

- обеспечение выполнения условий по запасу температуры теплоносителя на выходе из активной зоны и горячих ниток 1 контура до вскипания;

- обеспечение герметичности в закрытом положении РК САОЗ ВД при выводе канала в ремонт;

- обеспечение ручного и дистанционного (автоматического управления) регулятором клапана согласно алгоритмов, определенных проектной организацией;

- линейная характеристика регулирования с ограничением скорости регулируемой среды в минимальном сечении клапана и на его выходе скоростью потока не более 5 м/с во всех режимах регулирования и перепадах давления (кратковременно – не боле 7,5 м/с);


Основными функциональными требованиями к регулирующему клапану САОЗ ВД согласно ТТ определены:

- плавное регулирование расхода среды от насоса САОЗ ВД на 1 контур согласно проектного алгоритма;

- характеристика гидравлического сопротивления РК DN125 должна быть такой, чтобы в открытом положении РК в системе «напорный трубопровод САОЗ ВД- первый контур» обеспечивал давление на напоре насоса САОЗ ВД не менее 40 кгс/см2 вплоть до атмосферного давления 1 контура при условии обеспечения расхода не более 240 т/ч;

- время полного открытия-закрытия клапана – не более 20 сек.;

- протечка через запорный орган при максимальном перепаде- не более 0,5% Кv;

- обеспечение сейсмостойкости для оборудования I класса согласно ПНАЭ Г-5-006-87.

- безкавитационное регулирование расхода от насоса САОЗ ВД на 1 контур во всех режимах его работы при следующих граничных условиях, определенных эксплуатирующей организацией (давление приведены в абс.значении):

Режим 1:  

ΔP=dPmax САОЗ ВД=1,44 кгс/см2 для G max РК САОЗ ВД=235 т/ч при полностью открытом РК и давлении в системе первого контура Р1к=19,96 кгс/см2

P1=P напор перед клапаном=48,1 кгс/см2

Тmax среды САОЗ ВД=60 гр.С

Рнас. =0,203 кгс/см2

Режим 2:

ΔP=dPmax САОЗ ВД=21,5 кгс/см2 для G max РК САОЗ ВД=235 т/ч при промежуточном положении клапана и давлении в системе первого контура Р1к=1 кгс/см2

P1=P напор перед клапаном=48,1 кгс/см2

Тmax среды САОЗ ВД=60 гр.С

Рнас. =0,203 кгс/см2

Режим 3:

ΔP=dPmax САОЗ ВД=98,0 кгс/см2 при промежуточном положении клапана и давлении в системе первого контура Р1к=8 кгс/см2

P1=P напор перед клапаном=110 кгс/см2

G min РК САОЗ ВД=55 т/ч (максимальный расход от одного подпиточного насоса системы ТК, которым можно заменить работу САОЗ ВД на 1 контур)

Тmax среды САОЗ ВД=60 гр.С

Рнас. =0,203 кгс/см2

Режим 4:

ΔP=dPmax САОЗ ВД=80,6 кгс/см2 при промежуточном положении клапана и давлении в системе первого контура Р1к=1 кгс/см2

P1=P напор перед клапаном=96,2 кгс/см2

G min РК САОЗ ВД=165 т/ч (максимальный расход от САОЗ ВД, выше которого гарантированно обеспечивается устойчивая работа насоса САОЗ ВД на 1 контур при минимальном давлении в системе 1 контура Р1к=1 кгс/см2, а также обеспечиваются условия восстановления охлаждения после плавления активной зоны реактора без повреждения корпуса реактора).

Тmax среды САОЗ ВД=60 гр.С

Рнас. =0,203 кгс/см2

Таким образом, проектируемая конструкция должна обеспечивать безкавитационную работу во всех указанных режимах.


Расчетные данные для проектирования:

  1.  Рабочее давление          10,7 МПa,
    1.  Расчётное давление           14,3 MПa
    2.  Расчётный перепад давления          10,8 MПa
    3.  Расчётная температура          150 °C
    4.  Давление перед клапаном при макс. расходе 235 т/ч и открытом положении клапана  не менее чем                        3,9 MПa 

5.   Макс. протечка, т/ч           0,5% Kv

6.   Диапазон регулирования              3-100%

7.   Характеристика регулирования линейная

8.   Макс. конструктивная длина              710 мм

Цели оптимизации при разработке конструкции:

1. Подтверждение требуемой величины Kv - 235 м³/ч при условии соблюдения безопасного  уровня 5-10%,  а также улучшения проточной характеристики.

2. Отсутствие кавитации при условиях режимов 1 и 2 эксплуатации, оговоренных спецификацией, а также дополнительно в режимах эксплуатации, рассматриваемых как режим 3 и 4.

3. Подтверждение линейной характеристики регулирования в диапазоне 3-100 %.

4. Обеспечение полной функциональности клапана при максимальном значении перепада давления Delta-P – независимо от источника подачи давления (насос или первый контур) в размере 110 кгс/см³

5. Подтверждение выполнения условий спецификации в части допустимой скорости на выходе с арматуры.

6. Обеспечение максимально высокой плотности седла, наряду с упрощением обслуживания благодаря конструкции, предусматривающей возможность замены седла и золотника с сильфоном.

Улучшение проточных характеристик:

Цель:

Подтверждение требуемой величины Kv - 235 м³/ч при условии соблюдения требований безопасности.

Условия, заданные спецификацией:

Ограничение конструктивной длины арматуры до 710 мм при минимально возможном весе.

Результат:

Значительное улучшение геометрии проточной части благодаря конструкции, предусматривающей наклон седла на 45 ° и оптимизацию внутренней геометрии проточной части.

Предыдущий вариант конструкции: визуализация потока с помощью цветных нитей, окрашенных в зависимости от скорости потока.

Оптимизированный вариант конструкции:

  •  Поток после седла более равномерный
  •  Конструкция седла способствует улучшению проточной характеристики
  •  Величина Kv - 235 м3/ч выполняется с соблюдением требований безопасности >5%

 

Отсутствие кавитации во всех режимах эксплуатации:

Цель: для подтвержденного отсутствия кавитации в режимах работы 1 и 2, дополнительное исключение кавитационных явлений в режимах эксплуатации, рассматриваемых как режим 3 и 4.

Условия, заданные спецификацией:

а) линейная характеристика регулирования,

б) необходимость учета возможных загрязнений рабочей среды теплоизоляционным материалом. Учитывая данное требование предусмотрена параболическая форма золотника.

Результат: подтверждение отсутствия кавитационных явлений в эксплуатационных режимах 3 и 4 путем оптимизации конструкции параболического золотника

Таб. 1: Расчётные варианты нагрузки

Случай 1

Случай 2

Случай 3

Расход на входе [т/ч]

235

130

100

Давление на входе [кгс/cм²]

47

95,4

104,8

Давление на выходе [кгс/cм²]

45,56

94,96

104,53

Температура на входе [°C]

до 50

до 50

до 50

Подъем [мм]

30

30

30

Таб. 2: Расчётные варианты нагрузки

 

РВН Кав.1

РВН Кав.2

РВН Кав.3

РВН Кав.4

Расход на входе [т/ч]

235

235

55

165

Давление на входе [кгс/cм²]

48,1

48,1

110,0

96,2

Давление на выходе [кгс/cм²]

46,66

26,6

12,0

15,6

Температура на входе [°C]

60

60

60

60

Подъем [мм]

30,0

7,5

2,0

4,0

Предыдущий вариант конструкции: одноступенчатая конструкция, параболический золотник:

Оптимизированный вариант конструкции: одно-трехступенчатая конструкция арматуры, параболический золотник:

РВН „Кав.3“, предыдущая конструкция - „наихудший случай“

  •  Появление кавитации
  •  Отсутствие эрозии, вызываемой кавитацией
  •  Макс.скорость до 290 м/с в щелевой зоне
  •  Ограничение кавитационных явлений

Эпюра зон давления, 0,2 бар < p < 1 бар

РВНКав.3“, оптимизированная конструкция

  •  Избежание кавитации с помощью 3-ступенчатого седла
  •  Отсутствие эрозии, вызываемой кавитацией
  •  Макс.скорость < 150 м/с в щелевой зоне
  •  Оснащение седла наплавкой
  •  Избежание кавитационных явлений
  •  

Эпюра зон давления, 0,2 бар < p < 1 бар


Подтверждение линейной характеристики регулирования в диапазоне 3-100 %:

Цель: линейная характеристика регулирования

Условия, заданные спецификацией:

а) отсутствие кавитации

б) параболический золотник

Результат: с помощью улучшенной конструкции параболического золотника обеспечивается линейность характеристики регулирования.

Обеспечение полной функциональности клапана  при максимальном значении перепада давления Delta-P:

- обеспечение запорной функции от первого контура при 0-110 кгс/см³ и при 0 кгс/ см³ давления насоса,

- обеспечение регулирующей функции при этих условиях при давлении насоса до 110 кгс/ см³

Условия, заданные спецификацией:

- плотность седла;

- самотормозящий привод;

- ограничение ручного усилия до 200 N.

Результат: обеспечение требуемой функциональности.


Подтверждение выполнения условий спецификации в части допустимой скорости на выходе с арматуры:

Определение скорости с помощью гидродинамического анализа:

  •  При равномерном потоке внутри трубы диаметром 120 мм средняя скорость составит не более 5,0 м/с при 235 т/ч.
  •  Гидродинамический анализ: макс. скорость на выходе составляет не более 7,5 м/с.

Эпюра зон давления. Вид из входного патрубка в клапан.

Плотность седла и упрощение обслуживания благодаря конструкции, предусматривающей возможность замены седла и золотника с сильфоном.

Материал золотника/ направляющие части золотника с наплавкой из материала:

  •  1.4533 / SKWAM (HRC 45)

Материал сменного седла:

  •  1.4122 (закалённый материал) (HRC 43).

Рис. Седло/золотник в разрезе

Итогом данной работы после последовательных итераций расчетов различных вариантов предполагаемой конструкции при помощи вычислительной техники стала разработка оптимизированной конструкция регулирующего клапана с параболическим золотником сложной геометрии для системы САОЗ ВД с полным выполнением условий согласно технических требований заказчика – эксплуатирующей организации НАЭК «Энергоатом», Южно-Украинской АЭС и Ген.проектанта ЮУАЭС.


Список литературы:

  1.  Д.Ф. Гуревич, В.В. Ширяев, И.Х. Пайкин Арматура атомных станций. Справочное пособие.- М. – Энергоиздат, 1982г.
  2.  Благов Э.Е, Ивницкий Б.Я. Дроссельно-регулирующая арматура в энергетике.-М.: Энергия, 1974г.
  3.  Овчинников Ф.Я, Семенов В.В, Эксплуатационные режимы водо-водяных энергетических реакторов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1988г.
  4.  "Концепция повышения безопасности действующих энергоблоков атомных электростанций", одобренная распоряжением Кабинета Министров Украины №515-р от 13.12.2005г.
  5.  "Южно-Украинская АЭС. Энергоблок № 1. Теплогидравлический анализ обоснования безопасности технических решений по реконструктивным мероприятиям Плана-графика реализации мероприятий "Комплексной программы модернизации и повышения безопасности энергоблоков АЭС Украины" для площадки ЮУ АЭС (на период 2003-2006 г.г.). ГР.03808.97". Этап 9. Обоснование концептуальных мероприятий по п. 5.5.2 "Установка байпасного трубопровода с регулирующим устройством расхода на напорной арматуре насоса САОЗ ВД", п. 5.5.1 "Анализ безопасности по управлению давлением 1 контура от САОЗ ВД", п. 5.6.2 "Установка байпасного трубопровода с регулирующим устройством расхода на напорной арматуре насоса САОЗ НД" и п. 5.6.1 "Анализ безопасности по управлению давлением 1 контура от САОЗ НД"" 57-502.203.011.ОТ.00
  6.  ИЭ.1.0001.0027. Система аварийного охлаждения активной зоны высокого давления. Блок №1. Инструкция по эксплуатации.
  7.  "Регулирующий клапан VBS5 DN 125. Техническая спецификация. Sempell 80 2125 86".
  8.   РК.221.01-03 "Руководство по качеству при проектировании в соответствии с ИСО 9001:2000".
  9.  ГОСТ 23866-87 "Клапаны регулирующие односедельные, двухседельные и клеточные".
  10.  NS-G-2.3 IAEA Safety standarts. Modifications to nuclear power plants: safety guide. – Vienna. International Atomic Energy Agency, 2001.
  11.  NS-G-1.10 IAEA Safety standarts. Design of Reactor Containment Systems for Nuclear Power Plants: safety guide. – Vienna. International Atomic Energy Agency, 2004.
  12.  ASME QME-1. Qualification of active mechanical equipment used in nuclear power plants. – ASME, 2007.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

33641. Криптографические методы защиты информации, Контроль целостности программных и информационных ресурсов 37 KB
  Криптографические методы защиты информации Криптографические методы защиты основаны на возможности осуществления специальной операции преобразования информации которая может выполняться одним или несколькими пользователями АС обладающими некоторым секретом без знания которого с вероятностью близкой к единице за разумное время невозможно осуществить эту операцию. В классической криптографии используется только одна единица секретной информации ключ знание которого позволяет отправителю зашифровать информацию а получателю расшифровать...
33642. Защита периметра компьютерных сетей 48 KB
  В межсетевых экранах применяются специальные характерные только для данного вида средств методы защиты. Основные из них: трансляция адресов для сокрытия структуры и адресации внутренней сети; фильтрация проходящего трафика; управление списками доступа на маршрутизаторах; дополнительная идентификация и аутентификация пользователей стандартных служб на проходе; ревизия содержимого вложений информационных пакетов выявление и нейтрализация компьютерных вирусов; виртуальные частные сети для защиты потоков данных передаваемых по...
33643. Сетевые анализаторы и снифферы 63 KB
  Главный недостаток технологии Ethernet незащищенность передаваемой информации Метод доступа положенный в основу этой технологии требует от узлов подключенных к сети непрерывного прослушивания всего трафика. Узлы такой сети могут перехватывать информацию адресованную своим соседям. В общем смысле слово сниффер обозначает устройство подключенное к компьютерной сети и записывающее весь ее трафик подобно телефонным жучкам записывающим телефонные разговоры. В то же время сниффером программа запущенная на подключенном к сети узле и...
33644. Защита на канальном уровне 549.5 KB
  Технология создания защищенного виртуального канала по протоколу PPTP предусматривает как аутентификацию удаленного пользователя так и зашифрованную передачу данных. Программное обеспечение удаленного доступа реализующее PPTP может использовать любой стандарт криптографического закрытия передаваемых данных. Например сервер удаленного доступа Windows использует стандарт RC4 и в зависимости от версии 40 или 128разрядные сеансовые ключи которые генерируются на основе пароля пользователя. В протоколе PPTP определено три схемы его...
33645. ПРОТОКОЛЫ РАЗРЕШЕНИЯ АДРЕСОВ ARP 35.5 KB
  ПРОТОКОЛЫ РАЗРЕШЕНИЯ АДРЕСОВ RP. Для доставки дейтаграммы в локальной сети нужно определить физический адрес узла назначения. Именно для этого существует процедура автоматического определения физических адресов. Протокол разрешения адресов ddress Resolution Protocol RP обеспечивает метод динамической трансляции между IPадресом и соответствующим физическим адресом на основе широковещательных рассылок.
33646. Атаки на протокол ARP 38 KB
  Атаки на протокол RP Протокол разрешения адресов RP. Функционально протокол RP состоит из двух частей. Одна часть протокола определяет физические адреса другая отвечает на запросы при определении физических адресов. Протокол RP работает различным образом в зависимости от того какой протокол канального уровня работает в данной сети протокол локальной сети Ethernet Token Ring FDDI с возможностью широковещательного доступа одновременно ко всем узлам сети или же протокол глобальной сети Х.
33647. ПРОТОКОЛ ICMP. ФОРМАТЫ СООБЩЕНИЙ ICMP 35 KB
  Если маршрутизатор обнаруживает ошибку он уничтожает дейтаграмму но одновременно с помощью ICMP отсылает сообщение об ошибке отправителю для принятия мер по ее устранению. 8бит тип сообщение 8 бит поле кода конкретизирует назначение сообщения 16 бит контрольная сумма. Сообщение Получатель недостижим посылается маршрутизатором если он не может доставить IPдейтаграмму по назначению. В это сообщение включается IPзаголовок отвергнутой IPдейтаграммы и ее первые 64 бита.
33648. Атаки сетевого уровня на протокол IP и его защита 119 KB
  В качестве примера можно привести известную утилиту Nmp некоторые режимы которой позволяют задать поддельные адреса отправителя пакетов. Посылка специфических пакетов где определённым образом заполнены поля заголовка отвечающие за фрагментацию может приводить к зависанию или понижению производительности узла. Исправление этих ошибок это установка пакетов обновления программного обеспечения. Большое число одинаковых фрагментированных пакетов вызывают замораживание машины на время атаки.
33649. Атаки на протокол ICMP и его защита 27.5 KB
  Атаки на протокол ICMP и его защита Поскольку протокол ICMP служит для передачи различных управляющих служебных сообщений поэтому всегда был популярной мишенью для атаки. Атака Sping Jolt Атака состоит в посылке нескольких дефрагментированных пакетов ICMP IСМР_ЕСНО больших размеров по частям. Для устранения уязвимости необходимо применить патч icmpfix который зависит от версии Windows NT и установленного пакета обновления. Атака ICMP Request Атака заключается в посылке пакета ICMP Subnet Msk ddress Request по адресу сетевого интерфейса...