CZ2006816A3

CZ2006816A3 - Zarízení pro stanovování a monitorování složení zahuštených roztoku a úsad v konstrukcních šterbinách s tepelným tokem, nacházejících se na trase napájecí vody parogenerátoru energetických zarízení, napríklad tepelných nebo jaderných elektráren

Info

Publication number: CZ2006816A3
Application number: CZ20060816A
Authority: CZ
Inventors: Kárník@Dalibor; Papp@Ludovít
Original assignee: Ústav jaderného výzkumu Rež, a.s.
Priority date: 2006-12-20
Filing date: 2006-12-20
Publication date: 2008-11-12
Also published as: CZ299757B6; UA89378C2; RU2347137C2; RU2007107652A; SK50362007A3

Abstract

Zarízení pro stanovování a monitorování složení zahuštených roztoku a úsad v konstrukcních šterbinách s tepelným tokem, nacházejících se na trase napájecí vody parogenerátoru energetických zarízení, napríklad tepelných nebo jaderných elektráren, sestává z primární tlakové nádoby (1) s topným médiem, v nemž je vlastní regulovaný zdroj (2) tepla, a ze sekundární tlakový nádoby (3), napojené svým vstupem a výstupem do trasy napájecí vody parogenerátoru. Mezi primární a sekundární tlakovou nádobu (1, 3) je tesne vložen výmenný clen (4), jehož telesem tesne prochází nejméne jedna teplosmenná trubka (5), kde po cásti její délky, na strane privrácené k sekundární tlakové nádobe (3), je mezi její vnejší stenou a telesem výmenného clenu (4) vytvorena modelová konstrukcní šterbina (6), a kde teplosmenná trubka (5) je propojena na jednom konci s vnitrním prostorem primární tlakové nádoby (1) a druhý protilehlý uzavrený konec teplosmenné trubky (5) zasahuje do vnitrního prostoru sekundární tlakové nádoby (3) tak, že pri funkci zarízení je tento druhý konec zaplaven napájecí vodou z parogenerátoru.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká uspořádáni zařízeni pro stanovování a monitorování složení zahuštěními! roztoku a úsad v konstrukčních štěrbinách s tepelným tokem, nacházejících se na trase napájecí vody parogenerátorů energetických zařízeni, například tepelných nebo jaderných elektráren.

Dosavadní stav techniky

Monitorováni korozních dějů a procesů degradace v sekundárním okruhu jaderné elektrárny je základem pro dlouhodobé sledování stavu komponent sekundárního okruhu a hodnocení průběhu jejich životnosti. Pro tyto účely se jíž monitorují chemické režimy parogenerátorů, průběhy teplot a tlaků, i údaje o deformačním stavu a podobně. Informace o průběhu chemického složení napájecí a odluhové vody jsou ukládány do databází a slouží k hodnocení okamžitého stavu parogenerátorů a následné analýze poškozeni trubek a jeho dalších částí.

Proces stárnutí parogenerátorů závisí na kvalitě chemického režimu a jeho dlouhodobé stabilitě, V případě částí parogenerátorů znamená stárnutí zejména výskyt různých korozních procesů. V procesu všeobecné koroze i korozního praskání, probíhajícího za současného působení vlivu materiálu, napětí a prostředí, je chemie prostředí jediným faktorem, který lze ovlivnit za provozu parogenerátorů. Dodržováním kvality sekundárního prostředí je možno zpomalit proces iniciace trhlin a lze i zabránit následnému rozvoji trhlin. Z hlediska procesu stárnutí parogenerátorů se vliv chemie sekundární vody projevuje zpočátku velmi pomalu.

Za provozu sekundárního okruhu je v prostorech vymezených konstrukčními štěrbinami (mezi trubkou a podpěrou, kolem trubky v trubkovnici, atd.) omezený látkový transport a může dojít k vytvoření takzvaného okludovaného, stínénéh<yoztoku. Kvalita prostředí v těchto objemech, které sestává z fázi pevné, kapalné i plynné, je určována zejména tepelným tokem a iontovými poměry v okolním prostředí, to je v sekundárním okruhu.

V podmínkách konstrukčních štěrbin parogenerátorů dochází ke vzniku okludovaného roztoku lokálním zahušťováním nečistot, přítomných původně ve velmi nízkých koncentracích v napájecí vodě, až na úroveň hmotnostních procent rozpuštěné složky.

Dochází k lokálnímu varu, odpařování kapalné fáze a vypadávání pevné složky. Při daném , t ι · <

_t l I_S c t ( t C t ·. < * konstrukčním a materiálovém řešeni je pro minimalizaci korozních problémů nutné dodržet optimální parametry vodního režimu parogenerátoru, jež jsou dány zejména složením vstupní napájecí vody, vyváženým iontovým poměrem a poměrem objemů kondenzátu a odkalovacf vody.

V 90, letech minulého století došlo k poškození vlče než dvaceti studených kolektorů parogenerátoru WER1000 po jednom až sedmi letech provozu. Příčina byla formulována jako korozní praskání, iniciované ze sekundární strany ve štěrbině mezi kolektorem a trubkou v trubkovnici. Dále se vyskytlo poškození studeného i horkého kolektoru parogenerátoru, iniciované uvnitř závitového hnízda pod svorníkem vlka. Příčinou bylo opět korozní praskání iniciované v konstrukční štěrbině.

K oblastem s největším rizikem korozního poškozování vestavby parních generátorů jaderné elektrárny WER patří štěrbiny tvořené zejména v konstrukčních uzlech;

• teplosměnná trubka - kolektory • teplosměnná trubka - distanční podpěray a • závitové hnízdo kolektoru.

Prostředí v konstrukčních štěrbinách za provozu parogenerátoru není přesně známo, lze jej pouze nepřímo odvodit termodynamickým výpočtem. V současné době se pro výpočet používá program MULTEQ a jako základní vstupní údaje:

• tepelný tok v místě štěrbiny (teplota stěny trubky)y • obsahy příměsi v odluhové vodě při odstavování parogenerátoru (měření Hide - Out Retům, dále jen HOR).

Vstupní údaje pro výpočtový model jsou zatíženy značnými nejistotami. Teplota v místě štěrbin nenf měřena, ale odvozována z teploty okolní vody, přičemž například nánosy působí jako překážky pro tepelnou výměnu a teplota trubky závisí na jejich tloušťce, která se nedá přesně změřit bez vyjmuti trubky. Obsahy příměsi v odluhové vodě se při odstavováni parogenerátoru (HOR) zvyšují o příměsi vymývané ze Štěrbin. Analytické výsledky obsahu příměsí v odluhové vodě pří odstavováni parogenerátoru však reprezentují vymýváni solí ze všech stíněných oblastí parogenerátoru. Z hlediska modelování a výpočtu parametrů média ve štěrbinách trubka - trubkovnice, resp. trubka - upínka, nemusí mit údaje o složení odluhové vody dostatečnou vypovídací schopnost o pH, složení a koncentraci nečistot ve štěrbinách.

« 4

Podstata vynálezu

Předmětem tohoto vynálezu je zařízeni umožňující stanovování a monitorování složení zahuštěného roztoku a úsad v konstrukčních štěrbinách s tepelným tokem, nacházejících se na trase napájecí vody parogenerátorů energetických zařízeni, například tepelných nebo jaderných elektráren. Přesné stanoveni podmínek ve štěrbinách je úloha velmi složitá a její řešení v reálném provozovaném parogenerátorů neexistuje. Pro studium chemického chování roztoků ve štěrbinách se jako nejschúdnější jeví elektrochemická a chemická měřeni přímo v modelové štěrbině, simulující reálný konstrukční uzel. Pro tyto účely bylo vyvinuto zařízení, které umožní simulaci fyzikálních podmínek, vyskytujících se v reálném parogenerátoru^a odběr kapalných vzorků přímo z prostředí modelových konstrukčních štěrbin.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že zařízeni sestává z primární tlakové nádoby s topným médiem, v němž je vlastni regulovaný zdroj tepla, a ze sekundární tlakové nádoby, napojené svým vstupem a výstupem do trasy napájecí vody parogenerátorů, kde mezi primární a sekundární tlakovou nádobu je těsněné vložen výměnný člen, jehož tělesem těsněné prochází nejméně jedna teplosménná trubka. Po části její délky, na straně přivrácené k sekundární tlakové nádobě, je mezi její vnější stěnou a tělesem výměnného čtenu vytvořena modelová konstrukční štěrbina. Teplosménná trubka je propojena na jednom konci s vnitřním prostorem primární tlakové nádoby^a druhý^protilehlý uzavřený konec teplosměnné trubky zasahuje do vnitřního prostoru sekundární tlakové nádoby tak, že při funkci zařízeni je tento druhý konec zaplaven napájecí vodou z parogenerátorů.

Sekundární tlaková nádoba může být uspořádána nad pnmární tlakovou nádobou, přičemž teplosménná trubka je na straně^měrem k primární tlakové nádobě otevřená^ je uzavřená na straně, zasahujíc! do sekundární tlakové nádoby.

Topné médium v primární tlakové nádobě může být tvořeno vodou nebo vodou s obsahem kyseliny borité v množství od 2 do 12 % hmotn.

Sekundární tlaková nádoba je opatřena hladinomérem pro řízeni přítoku napájecí vody, vodní prostor sekundární tlakové nádoby je opatřen výpusti k simulaci odluhováni sekundárního prostoru parogenerátorů a nad hladinou napájecí vody v sekundám! tlakové nádobě je parní prostor, který je opatřen výpustným regulačním ventilem pro nastaveni průtoku napájecí vody. V potrubí přítoku napájecí vody do sekundární tlakové nádoby může být člen pro předehřev této napájecí vody. Sekundární tlaková nádoba může být pro odvod páry ze svého parního prostoru opatřena zpětným chladičem s nuceným vzduchovým chlazením, zaústěným do chladiče kondenzátu.

Teplosměnná trubka může být do tělesa výměnného členu zalisována s nulovou tolerancí a ze strany primární tlakové nádoby po svém obvodu k uvedenému tělesu přivařena, přičemž modelová štěrbina, vytvořená v tomto tělese, má tloušťku 0,1 až 0,15 mm a je uzpůsobena pro přímý odběr vzorků zahuštěného roztoku a k provádění chemických a elektrochemických měření z prostředí štěrbiny.

Přehled obrázků

Vynález je blíže osvětlen na připojených obrázcích a podrobně popsán na příkladu jeho provedení. Na obr.1 a obr.2 je schematicky zobrazen příklad provedení zařízení podle tohoto vynálezu^ia obr.3 je detail výměnného členu tohoto zařízeni, ve kterém jsou vytvořeny modelové konstrukční štěrbiny.

Příklady provedení vynálezu

Do tlakového systému napájecí vody parogenerátoru energetického zařízení, například tepelné nebo jaderné elektrárny, je vložena tlaková nádoba, do které je zaústěn přívod napájecí vody o požadované teplotě, například 180 °C, z potrubí napájení parogenerátoru^ závislosti na konkrétních simulovaných provozních parametrech parogenerátoru^ Pro možnost regulace teploty napájecí vody na vstupu do tlakové nádoby může být do přívodního potrubí vložen předehřev této vody, například ve formě elektrického topného členu. Zařízení podle tohoto vynálezu obsahuje dvě tlakové nádoby. Obsahuje jednak primární tlakovou nádobu 1, která slouží pro simulování provozních podmínek primárního okruhu parogenerátoru, to je zdroje topné páry, a jednak sekundární tlakovou nádobu 3, která slouží pro simulováni provozních podmínek sekundární části parogenerátoru, to je zdroje páry pro turbinu. Primární tlaková nádoba i obsahuje vlastní regulovaný zdroj 2 tepla, například elektrické topné články, který zahřívá primární topné médium. Tímto primárním topným médiem může být voda, voda s obsahem kyseliny boríté v množství přibližné 2 až 12 % hmotn., obvykle 6 % hmot., a podobně. Konkrétní složení závisí v případě jaderné elektrárny na jejím typu^aBSJíŘi vyhoření paliva v reaktoru a je proměnné.

Do uzavřené primární tlakové nádoby 1 je zaústěn přívod a odvod topného médi^sou zde rovněž měřrcl a regulační prvky teploty a tlaku topného média. S vnitřním prostorem primární tlakové nádoby I jsouopojeny spodní otevřené konce teplosměnných trubek 5, například jedné až sedmi trube^nějšího průměru 16 mm a vnitřního průměru 13 mm. Teplosměnné trubky 5 těsněné procházejí válcovým výměnným členem 4 tloušťky 80 mm s

modelovými konstrukčními štěrbinami & a svými horními uzavřenými konci zasahuji do vnitřního prostoru uzavřené sekundární tlakové nádoby i do které ústi přívod napájecí vody. Uzavřené konce teptosménných trubek £ uvnitř sekundární tlakové nádoby Ijaou v pracovním režimu zařízeni vidy zaplaveny napájecí vodou. Kontrola tohoto stavu je prováděna pomoci hladinoméru 1 sekundární tlakové nádoby 1 Vodní prostor sekundární tlakové nádoby Itojpaftn výpuatf k simulaci oduhevánl sekundárního prostoru parogenerátor^jmfómém odtohovénl se rozumí kontinuální OŠtfcti vody v sekundárním proetoru perogenerátorub P«ml prostor nad hladtoau napáječi vody v sekundám! tlakové nádobě 2 je opatřen výpustným rogulačnlm ventlem & kterým sa nastavue průtok napájecí vody do sekundám! Sakové nádoby & Přítok napáječi vody > řízen v závletoeti ne výšce Meteny ve vnHfofm proetoru sekundární Katové nádoby 1 teto aby byte udritována v rozmezí požadovaných hodnotfiapflWed 1M ažSOO ml/hodf Praogynl objem napáječi vody v sekundární tlakové nádobí 3 Je pflbjižni 5ΟΘ ml, v závislosti na nestáváni hladinoméru 7.

Cílem předloženého vynálezu je modetovte Intenzito přístupu tepla v konstrukčních štěrbinách s tepelným tokem v porogenefétomeneigetlotoba zařízení. Pm účely modetovánf jsou mate jednotlivými teptosménným) kubkamt ft a tělesem výmádftlho členu 4 vytvořeny modelové konatrutónl štěrbiny & mteto diku přWžnš 40' mm a tloušťku asi 0,12 mm. Každá z taplosmámých trubek | je do Wesa výménného čtenu £ zaJtsoyéna s nulovou toleranci a ze ebeny primární tlahová nádoby 1 je těsná po evám obvodu k tomuto tělesu výměnného členu £ přlvařena. Výměnný člen £ s modelovými konstrukčními štěrbinami § je pod přítlakem těená sevřen mezi přírubami primární a sekundární tlakové nádoby X

Péra, ttert je generována ohřevem topného médto v primární tlakové nádobě 1 slouží jako zdroj tepla pro ohřev napájecí vody v sekundární tlakové nádobě X kde toto teplo je přenášeno prosttoctolctvlřn teploeminných trubek £, Regulace topného článku je založena na měření teptoty a tlaku v tomto .primárním* okruhu tak, že systém pracuje se sytou párou. Změnou nastavení teploty a tlaku sa mění tepelný výkon. Protože teplota napájecí vody v sekundární tlakové nádobě 2 je nižší než je teplota páry v teptosménných trubkách! z primární tlakové nádoby i dochází fca kondenzací této páry v teploeminných trubkách 5 a k Intenzivnímu přenosu tepla do napájecí vody v sekundární tlakové nádobě 3. Aby bylo možno simulovat provozní teplotu sekundám! části parogenerátoru v sekundární tlaková to sekundám! tlaková nádoba 3 opatřena zpětným chladičem 2

ventHátonjse provádí v závislosti na tlaku v sekundární tlakové nádobě 3, protože měřeni tohoto tlaku je přesnější než měřeni teploty napáječi vody v sekundám! tlakové nádobě 3 za

vmi pfl teplotách přtofižně 260 až 270 ’C. Obdobným způsobem se měří tlak v sekundárním prostoru parogenerátoru.

Základním předpokladem modelováni procesů v konstrukčních štěrbinách je dodrženi teplot v modelových konstrukčních štěrbinách £, jeUuft tepelný tok se mění v závislosti na charakteru úsed. Z možnosti, která sa nabízel pro vytápáni toptosměnných tiubek £ bylo zvoláno kondenzační vytápěními základe tepla, uvolněného v oblasti táto modelová konstrukční átérfatoý 5 z kondenzace topného mádla. Zda primární stranu tvoři primární tisková nádoba 1 s vodóu, kteřá Já provozována na topkJtááytosti. Ne primární střené teptoeměnných trubek§ dochfeíke korůanzapl páry^a t&ftrodávání lapte na sekundární stranu. Řalent nevyžaduje výkonná Čerpadla. kompenzáfeíobjemu Iumožňuje použit pffmá trubky. Výhodou X ža množství předávaného teda je pflssnšdeflnovárw a způsob ohřevu je stejnoměrný po celé toploamáriná pteáě a navíc zúéta nezávislý na úsadéch vznikajících postupné pfl provozu sekundárního prostoru parogenerátonyeap. v modelových konstrukčních štěrbinách 5 ve výměnném Členu 4 zartzehf. VBvem prává táchto úsad dochází ke změnám v přestupu topte vé Štěrbinách a tento jev je modelován? Úsady v konstrukčních štěrbinách sekundárního prostoru perogenarátoru mohou t korozního hlediska působit po určitě době vznfc prasklin toplosfflánnýčh trubek v sekundárním prostoru parogenerátoru. Proces modelováni uvedených změn v modelových konstrukčních štěrbinách £ podle tohoto vynálezu umožňuje detekovat, případná predlkovatjvznik uvedených poruch.

Zařízeni podle tohoto vynálezu je možno připojit ne tmu napájecí vody v reálné elektrárně paralelná ke stávajícím perogenerátorům. Jeho připojením do sekundám! okruhu se získají nové Informace o:

- složeni prostředí konstrukčních átárbln parogenerátoru, neboť bude možnost odebírat kapalné prostředí z modelových konstrukčních átárbln 6 v libovolném okamžiku. Tato informace je důležitá napffldbd i při riáhtém únfcu chemfcálle do sekundárního okruhu, anebo pfl netěsnosti kondenzátoru ze strany chladící vodyj úsadových vrstvách na trubkách parogenerátoru, neboť se předpokládá vyjímáni vzorků trubek po stanovené době provozu a provádění analýzy složení, morfologie, tloušťky a stupně napadeni povrchy

- Časovém průběhu tvorby úsad, neboť je možno vyjímat spoj obsahující modelové konstrukční štěrbiny £ a opticky pozorovat tvorbu úsad např. ve spoji trubka - trubkovnice.

• · · · · «

Ke sledování dějů spojených se skrýváním (HO) a vymýváním (HOR) soli nebo korozními podmínkami parogenerátoru je možno pomocí zařízení podle tohoto vynálezu použít a porovnat dva přístupy;

• sledování složení zahuštěného roztoku pomocí speciálních chemických analýza • přímé sledování agresivity zahuštěného roztoku,

První přístup umožní využít výsledků specializovaných chemických analýz ke sledování dějů spojených se skrýváním (HO) a vymýváním (HOR) solí a k nepřímému stanovení agresivity prostředí. Pro lokální vzorkováni^: okludovaných objemů^je nutné zvláštní uspořádání vzorkovacích míst (přístup trubkovnícovou deskou) nebo použití speciálních analytických technik in-sítu měření pomocí zvláštních senzorů. Agresivita prostředí o zjištěném chemickém složeni se vyhodnotí na základě dosud známých poznatků nebo v krajních případech dodatečně ověří v laboratorních podmínkách.

Pro přímé sledování agresivity roztokypopř. sledování napadení v konstrukčních štěrbinách^ jsou využitelné postupy, založené na klasických i pokročilých elektrochemických technikách. Tyto metody jsou založeny bud na přímém monitorování výskytu lokalizovaného korozního napaden^nebo na indikací vzniku kritického okludovaného roztoku,

Výsledky monitorování konstrukčních Štěrbin parogenerátoru jsou důležitými daty především pro péči o parogenerátor a jeho údržbu^

- podle prvních odběrů z modelové konstrukční štěrbiny 6 lze ověřit míru použitelnosti kódu MULTEQ a následně zpřesnit dosavadní a budoucí výsledky. Podle potřeby je možno upravit chemický režim sekundárního okruhu jaderné elektrárny tak, aby prostředí štěrbin dosahovalo nejmenší agresivity a tím se co nejvíce prodloužila inkubacní doba poškozovacích procesů|

- podle potřeby je možno provést HOR zařízení podle tohoto vynálezu nezávisle na provozu reaktoru, zjistit tak aktuální složeni a pružně reagovat na situaci přizpůsobením chemického režimu parogenerátoru^

- pravidelné odběry z modelové konstrukční štěrbiny 6 zařízení podle tohoto vynálezu lze ukládat do databáze a mohou sloužit jako další Informace o historii provozu parogenerátoru, ze kterých bude možno odhadovat jeho životnost.

Průmyslová využitelnost

Vynález je využitelný při stanovování a monitorování složeni zahuštěného roztoku a úsad v konstrukčních štěrbinách s tepelným tokem, nacházejících se na trase napájecí vody parogenerátorů energetických zařízeni, například tepelných nebo jaderných elektráren.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení pro stanovování a monitorování složení zahuštěných roztoků a úsad v konstrukčních štěrbinách s tepelným tokem, nacházejících se na trase napájecí vody parogenerátorů energetických zařízení, například tepelných nebo jaderných elektráren, vyznačující se tím, že sestává z primární tlakové nádoby (1) s topným médiem, v němž je vlastní regulovaný zdroj (2) tepla, a ze sekundární tlakové nádoby (3), napojené svým vstupem a výstupem do trasy napájecí vody parogenerátorů, kde mezi primární a sekundární tlakovou nádobu (1, 3) je těsněné vložen výměnný člen (4), jehož tělesem těsněné prochází nejméně jedna teplosménná trubka (5), kde po části její délky, na straně přivrácené k sekundární tlakové nádobě (3), je mezi jeji vnější stěnou a tělesem výměnného členu (4) vytvořena modelová konstrukční štěrbina (6), a kde teplosménná trubka (5) je propojena na jednom konci s vnitřním prostorem primární tlakové nádoby (1 druhý^protllehlý uzavřený konec teplosménná trubky (5) zasahuje do vnitřního prostoru sekundární tlakové nádoby (3) tak, že při funkci zařízení je tento druhý konec zaplaven napájecí vodou z parogenerátorů.
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že sekundární tlaková nádoba (3) je uspořádána nad primární tlakovou nádobou (1), přičemž teplosménná trubka (5) je na straně směrem k primární tlakové nádobě (1) otevřený je uzavřená na straně^zasahující do sekundární tlakové nádoby (3).
3. Zařízeni podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že topné médium v primární tlakové nádobě (1) je tvořeno vodou nebo vodou s obsahem kyseliny borité v množství od 2 do 12 % hmotn.
4. Zařízení podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tlm, že sekundární tlaková nádoba (3) je opatřena hladinomérem (7) pro řízení přítoku napájecí vody, vodní prostor sekundární tlakové nádoby (3) je opatřen výpustí k simulaci odluhování sekundárního prostoru parogenerátortya nad hladinou napájecí vody v sekundární tlakové nádobě (3) je parní prostor, který je opatřen výpustným regulačním ventilem (8) pro nastavení průtoku napájecí vody.
5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že v potrubí přítoku napájecí vody do sekundární tlakové nádoby (3) je člen pro předohřev této napájecí vody.

c 9 9 1 * · · » ( , « · » · > í a t * 4 » « · « c · » 4 t ι Μ M i ( i c t r * _t
6, Zařízeni podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že sekundární tlaková nádoba (3) je pro odvod páry ze svého parního prostoru opatřena zpětným chladičem (9) s nuceným vzduchovým chlazením, zaústěným do chladiče (10) kondenzátu.
7. Zařízení podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tlm, že teplosměnná trubka (5) je do tělesa výměnného členu (4) zalisována s nulovou tolerancí a ze strany primární tlakové nádoby (1) je po svém obvodu k uvedenému tělesu přivařena, přičemž modelová konstrukční štěrbina (6), vytvořená v tomto tělese, má tloušťku 0,1 až 0,15 mm a je uzpůsobena pro přímý odběr vzorků úsad a k provádění chemických a elektrochemických měřeni z prostředí této štěrbiny (6).