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

37483. Философия: Энциклопедический словарь 3.92 MB
  В Словаре включающем более 1500 статей рассматриваются понятия и проблемы современной философии ее главные направления и основные разделы. Большое число статей посвящено истории философии и философам оказавшим существенное влияние на развитие философии и всей общественной мысли. Особое место занимают материалы об отечественной философии и ее наиболее видных представителях. Введены также статьи показывающие взаимосвязь философии с такими науками как социология политология история лингвистика экономическая наука.
37484. Философы XX века 1.64 MB
  В разряд таких фактов прерывающих сплошную причинноследственную зависи мость попадают прежде всего явления самопроизволь ности о которых Бергсон и говорит как о специфичес ком признаке живого в целом и человека в особеннос ти. есть изобретение или оно ничто ^ Определяя время как ткань реальности Бергсон имеет в виду прежде всего внутренний субъективный опыт человека. У Бергсо на речь идет еще о бытийной основе и мира в целом и человека. Но в отличие от научной гипотезы яв ляющейся по мысли Бергсона определенной мыслитель...
37485. ФИЛОСОФИЯ. Учебник для вузов 4.35 MB
  Учебник написан авторами, которые известны и как крупные ученые, и как педагоги, обладающие большим опытом преподавания в вузах. Фундаментальные вопросы философии рассматриваются в нем с позиций плюрализма, многообразия их интерпретации и обоснования. Структура учебника максимально приближена к курсу философии, читаемому в большинстве вузов
37486. Философия А.Г. Спиркин 1.73 MB
  Для человека как разумного существа бесконечно важнее любой специальной научной теории представляется решение вопросов о Том что же такое наш мир в целом какова его основа имеет ли он какойлибо смысл и разумную цель имеют ли какуюлибо цену наша жизнь и наши деяния какова природа добра и зла и т. Она не занимается простым сложением всех научных знаний это была бы никому не нужная затея а интегрирует эти знания беря их в самом общем виде и опираясь на этот интеграл строит систему знания о мире как целом об отношении человека...
37487. Философия Фихте и Шеллинга 42.5 KB
  Наукоучение мыслится Фихте как дедуктивная система базирующаяся на одной основной и двух вспомогательных самоочевидных аксиомах или основоположениях. Эта новаторская особенность методологии Фихте позволяет видеть в его философии некий круг главным предметом истолкования в котором оказывается Я причем как человеческое так и божественное. Фихте как бы пытается допустить возможность совмещения существования абсолютного Я с человеческим самосознанием.
37488. Мераб МАМАРДАШВИЛИ: Прежде - жить, философствовать - потом 111.5 KB
  Потому что они резонируют в нас по уже проложенным колеям воображения и мысли укладываясь во вполне определенное соприсутствие это а не иное соответствующих слов терминов сюжетов тем Следовательно пока нас не спрашивают мы знаем что такое философия. Я предлагаю тем самым ориентироваться на такую сторону нашей обычной жизни характеристика которой как раз и позволяла бы нам продвигаться в понимании и усвоении того что такое философия. Мудрость первая философия теология у Аристотеля выступают наименованием 1ауки о...
37489. Философия. Ответы на экзаменационные вопросы 736 KB
  Таким образом зарождение философии исторически обусловлено: накоплением в практической деятельности людей значительного опыта что формировало у них понимание определенной упорядоченности окружающего мира источником которой как они думали являются имеющиеся в природе некие независимых от человека силы; открытием в различных сферах человеческой деятельности зачатков научных знаний эмпирическое знание которые можно было проверить и которые как люди предполагали были связаны с этими глубинными силами; появлением в классовом...
37490. ФИЛОСОФИЯ И ЕЕ РОЛЬ В ОБЩЕСТВЕ 347 KB
  Основной вопрос философии – это соотношение человека и мира мышления и природы. Неосновные законы: взаимосвязь общего особенного и единичного взаимосвязь сущности и явления взаимосвязь формы и содержания взаимосвязь причины и следствия взаимосвязь необходимости и случайности взаимосвязь возможности и действительности Структура философии: онтология теория бытия гносеология теория познания теория развития социальная философия философия общества философская антропология философия человека методология теория...
37491. Философия: Учебник. 4.63 MB
  ru Рецензенты: кафедра социальной философии Российского университета Дружбы народов им. редактора журнала Вопросы философии доктор филос. Учебник содержит изложение истории философии и рассмотрение ее основных областей. При этом многие вопросы входящие в вузовский курс философии освещены достаточно подробно что позволит студентам и преподавателям специализированных вузов углубленно изучить философские проблемы применительно к своей специальности.