RU119158U1

RU119158U1 - WATER COOLING CIRCUIT OF A WINDING OF A STATOR OF A TURBINE GENERATOR OF A NUCLEAR STATION

Info

Publication number: RU119158U1
Application number: RU2011141423/07U
Authority: RU
Inventors: Леонид Васильевич Шмаков; Валентин Леонтьевич Бусырев; Сергей Иванович Губин; Виктор Михайлович Тишков; Юрий Георгиевич Скок; Евгений Данилович Федорович; Владимир Викторович Казаков
Priority date: 2011-10-12
Filing date: 2011-10-12
Publication date: 2012-08-10

Abstract

Контур водяного охлаждения обмотки статора генератора турбины атомной станции, состоящий из циркуляционного бака, насоса, теплообменника и фильтра, соединенных трубопроводами, отличающийся тем, что циркуляционный бак контура охлаждения соединен с выходом фильтров очистки конденсата турбины на входе конденсатора конденсатных аппаратов, верхняя часть циркуляционного бака подключена к линиям подвода чистого азота и удаления смеси кислорода, водорода, азота. The water cooling circuit of the stator winding of the turbine generator of a nuclear power plant, consisting of a circulation tank, a pump, a heat exchanger and a filter connected by pipelines, characterized in that the circulation tank of the cooling circuit is connected to the outlet of the turbine condensate purification filters at the inlet of the condenser of condensate devices, the upper part of the circulation tank is connected to the lines for supplying pure nitrogen and removing a mixture of oxygen, hydrogen, nitrogen.

Description

Заявляемая полезная модель относится к области атомной энергетики, касается в частности системы водяного охлаждения обмотки статора генератора и может быть использована на атомных реакторах канального типа.The inventive utility model relates to the field of nuclear energy, in particular relates to a water cooling system for the stator winding of a generator and can be used on channel type nuclear reactors.

В течение последних лет на ряде энергоблоков РБМК-1000 отмечены повреждения обмоток статоров генераторов, связанные с термическими дефектами. Причиной термических дефектов являлось ухудшение протока дистиллята при длительной эксплуатации генератора. При анализе причин повреждений отмечено образование отложений продуктов коррозии на внутренних поверхностях проводников. К наиболее распространенным видам повреждений электрогенерирующего оборудования относится появление неплотностей и нарушение проходимости системы водяного охлаждения обмотки статора. Одной из причин повреждений электрогенерирующего оборудования является нарушение водно-химического режима системы водяного охлаждения обмотки статора в результате использования обессоленной воды. В настоящее время на АЭС с РБМК химически обессоленная вода, используемая для заполнения и подпитки системы охлаждения обмотки статора турбогенератора содержит растворенный кислород и углекислый газ воздуха, что создает окислительные и слабокислые условия среды, при которых интенсифицируется коррозия меди. При увеличении расхода продувки маскируется проблема за счет разбавления концентрации продуктов коррозии. За счет увеличения поступления кислорода и углекислоты с добавочной водой лишь усиливается коррозия и, тем самым, ускоряется рост отложений.Over the past few years, damage to the windings of stators of generators associated with thermal defects has been noted at a number of RBMK-1000 power units. The cause of thermal defects was the deterioration of the distillate duct during prolonged operation of the generator. In the analysis of the causes of damage, the formation of deposits of corrosion products on the inner surfaces of the conductors was noted. The most common types of damage to power generating equipment include leaks and a violation of the patency of the stator winding water cooling system. One of the causes of damage to power generating equipment is a violation of the water-chemical regime of the water cooling system of the stator winding as a result of the use of demineralized water. Currently, at RBMK nuclear power plants, chemically desalinated water used to fill and feed the cooling system of the stator winding of a turbogenerator contains dissolved oxygen and carbon dioxide, which creates oxidizing and slightly acidic environmental conditions under which copper corrosion is intensified. By increasing the purge flow, the problem is masked by diluting the concentration of corrosion products. By increasing the supply of oxygen and carbon dioxide with additional water, corrosion only intensifies and, thereby, the growth of deposits is accelerated.

В уровне техники обнаружены публикации, относящиеся к вопросам эксплуатационной надежности системы водяного охлаждения статора турбогенератора. В статье «Радиационная безопасность и защита АЭС», сб. статей, под редакцией Ю.А.Егорова, вып.3, Москва, Атомиздат, 1977, с.12-13 и в статье Самородова Ю.Н. «Исследование внутренних повреждений полых проводников стержней обмоток статоров турбогенераторов», электронный журнал «Новое в Российской электроэнергетике», №10, октябрь 2002, проведен подробный анализ причин повреждения системы охлаждения турбогенератора. Наблюдаются отклонения от требований водно-химического режима, включая превышения концентрации меди (более 100 мкг/дм³), нормируемый водородный показатель рН снижается до нижнего разрешенного предела и может достигать 6,7. Удельная электрическая проводимость соответствовала требованиям и не превышала значения 2 мкСм/см. Вместе с тем, при подпитке системы охлаждения генератора химически обессоленной водой есть вероятность попадания в контур охлаждения турбогенератора (ТГ) регенерационных растворов с химводоочистки (ХВО). Попадание регенерационных растворов в систему охлаждения генератора при ошибочном действии оперативного персонала атомной станции может привести к резкому увеличению удельной электрической проводимости с последующим остановом генератора. Установлено, что наибольшей способностью к растворению меди обладает вода с малой жесткостью и высоким содержанием кислорода. Увеличение скорости подвода кислорода создает условия для протекания катодного процесса. Возникает гальванический элемент, за счет которого идет электрохимическая коррозия внутренних поверхностей полых проводников. Отсюда следует, что любая частица, застрявшая в канале проводника и уменьшающая его живое сечение, провоцирует развитие язвенной коррозии и возникновение питтингов. Влияние ионов меди, как на процессы коррозии оборудования, так и на образование отложений на теплонапряженных поверхностях нагрева, определяется, в первую очередь, высоким положительным значением ее стандартного электродного потенциала, равного +0,337 В. Процесс коррозии можно рассматривать как электрохимический процесс, протекание которого зависит от наличия в рабочей среде окислителей или восстановителей, создающих тот или иной потенциал.In the prior art, publications have been found relating to the operational reliability of a turbogenerator stator water cooling system. In the article “Radiation safety and protection of nuclear power plants”, coll. articles edited by Yu.A. Egorov, issue 3, Moscow, Atomizdat, 1977, pp. 12-13 and in the article by Samorodov Yu.N. “The study of internal damage to the hollow conductors of the rods of the windings of stators of turbogenerators”, the electronic journal “New in the Russian Electric Power Industry”, No. 10, October 2002, a detailed analysis of the causes of damage to the cooling system of the turbogenerator is carried out. Deviations from the requirements of the water-chemical regime are observed, including excess copper concentrations (more than 100 μg / dm ³ ), the normalized hydrogen pH decreases to the lower permissible limit and can reach 6.7. The electrical conductivity met the requirements and did not exceed the value of 2 μS / cm. At the same time, when the generator cooling system is fed with chemically demineralized water, it is likely that regeneration solutions from chemical water treatment (HVO) get into the cooling circuit of the turbogenerator (TG). The ingress of regeneration solutions into the generator cooling system under the erroneous action of the operating personnel of a nuclear power plant can lead to a sharp increase in the electrical conductivity with subsequent stoppage of the generator. It is established that water with low hardness and high oxygen content has the greatest ability to dissolve copper. An increase in the oxygen supply rate creates conditions for the cathodic process to proceed. A galvanic cell arises, due to which there is electrochemical corrosion of the inner surfaces of the hollow conductors. It follows that any particle stuck in the conductor’s channel and reducing its living cross section provokes the development of ulcerative corrosion and the appearance of pitting. The influence of copper ions, both on equipment corrosion processes and on the formation of deposits on heat-stressed heating surfaces, is determined, first of all, by the high positive value of its standard electrode potential equal to +0.337 V. The corrosion process can be considered as an electrochemical process, the course of which depends from the presence in the working environment of oxidizing agents or reducing agents that create one or another potential.

Ближайшим аналогом заявляемой полезной модели является устройство системы водяного охлаждения, приведенное в техническом описании «Турбогенератор с водородно-водяным охлаждением типа ТВВ-500-2», Санкт-Петербург, 2006. Охлаждения турбогенератора атомной станции обеспечивается контуром водяного охлаждения обмоток статора генератора путем подачи химически обессоленной воды в элементарные полые проводники статорной обмотки по замкнутому контуру, включающему циркуляционный бак, насос, теплообменник и фильтр, соединенные трубопроводами.The closest analogue of the claimed utility model is a water cooling system device described in the technical description “TVB-500-2 type hydrogen-water-cooled turbogenerator”, St. Petersburg, 2006. Nuclear plant turbogenerator cooling is provided by a water cooling circuit of the generator stator windings by chemically feeding demineralized water into the elementary hollow conductors of the stator winding in a closed circuit, including a circulation tank, pump, heat exchanger and filter, connected by pipelines.

Недостатком ближайшего аналога является ограниченная возможность по обеспечению надежности работы контура водяного охлаждения турбогенератора из-за нарушения водно-химического режима при использовании в установке обессоленной воды для охлаждения статора генератора турбины. Другим недостатком аналога является то, что из-за нарушения водно-химического режима может возникнуть необходимость остановки турбины, что приведет к значительным экономическим потерям.The disadvantage of the closest analogue is the limited ability to ensure the reliability of the water cooling circuit of the turbogenerator due to the violation of the water-chemical regime when using demineralized water to cool the stator of the turbine generator. Another disadvantage of the analogue is that due to the violation of the water-chemical regime, it may be necessary to stop the turbine, which will lead to significant economic losses.

Задача, решаемая заявляемой полезной моделью заключается в повышении надежности системы водяного охлаждения турбины и исключение остановки турбогенератора из-за сбоев в водно-химических режимах.The problem solved by the claimed utility model is to increase the reliability of the water cooling system of the turbine and to prevent the turbogenerator from stopping due to failures in the water-chemical regimes.

Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что в контуре водяного охлаждения обмотки статора генератора турбины атомной станции, состоящий из циркуляционного бака, насоса, теплообменника и фильтра, соединенных трубопроводами, предложено, циркуляционный бак контура охлаждения соединить с выходом фильтров очистки конденсата турбины на входе конденсатора конденсатных аппаратов, верхнюю часть циркуляционного бака подключить к линиям подвода чистого азота и удаления смеси кислорода, водорода, азота.The essence of the claimed utility model lies in the fact that in the water cooling circuit of the stator winding of the turbine generator of a nuclear power plant, consisting of a circulation tank, pump, heat exchanger and filter connected by pipelines, it is proposed that the circulation tank of the cooling circuit be connected to the output of the turbine condensate purification filters at the condenser inlet condensate apparatus, connect the upper part of the circulation tank to the supply lines of pure nitrogen and remove the mixture of oxygen, hydrogen, nitrogen.

Заявленное техническое решение позволит уменьшить концентрацию кислорода и углекислого газа в воде заполнения и подпитки при нейтральном значении водородного показателя рН. В этом случае процесс коррозии меди будет направлен из зоны активного растворения в зону иммунности системы. В очищенном турбинном конденсате по сравнению с химически обессоленной водой содержится достаточно низкая концентрация растворенного кислорода (не более 50 мкг/дм³) и углекислого газа. Возможность использования турбинного конденсата для системы охлаждения статора была подтверждена исследованиями. В связи с тем, что контур охлаждения обмотки статора соединен с баком турбинного конденсата, снабженным устройством продувки азотом, удается за счет высокой чистоты турбинного конденсата добиться достаточно низкой конденсации растворенного кислорода. На фиг.1 (таблице 1, 2) представлены среднемесячные значения показателей конденсата после кондесатоочистки. Данные таблицы показывают, что турбинный конденсат по сравнению с обессоленной водой имеет достаточно низкую конденсацию растворенного кислорода. Значения показателей качества конденсата после конденсатоочистки, таких как удельная электрическая проводимость, массовая концентрация Cu, Cl, Fe, нефтепродуктов соответствовали требованиям стандарта предприятия, и находилось на уровне чувствительности применяемых методов. Средняя величина массовой концентрации растворенного кислорода составила 37 мкг/дм³. Данное техническое решение полностью исключает возможность подачи регенерационных растворов ХВО в систему подпитки ТГ. Ухудшение качества конденсата при срабатывании емкости одного из фильтров конденсатоочистки не приведет к значительному ухудшению качества конденсата. Это объясняется тем, что полнопоточная очистка конденсата выполняется на пяти фильтрах конденсатоочистки и выводится на выносную регенерацию в фильтре регенераторе со свежей загрузкой. Проведены исследования по определению содержания радионуклидного состава обессоленного конденсата и выполнены количественные оценки:The claimed technical solution will reduce the concentration of oxygen and carbon dioxide in the water of filling and make-up at a neutral pH value. In this case, the copper corrosion process will be directed from the active dissolution zone to the system immunity zone. Compared to chemically desalinated water, a purified turbine condensate contains a rather low concentration of dissolved oxygen (not more than 50 μg / dm ³ ) and carbon dioxide. The possibility of using turbine condensate for the stator cooling system has been confirmed by research. Due to the fact that the cooling circuit of the stator winding is connected to a turbine condensate tank equipped with a nitrogen purge device, it is possible, due to the high purity of the turbine condensate, to achieve a sufficiently low condensation of dissolved oxygen. Figure 1 (table 1, 2) presents the average monthly values of the indicators of condensate after condensate treatment. The data in the table show that turbine condensate, in comparison with demineralized water, has a rather low condensation of dissolved oxygen. The values of condensate quality indicators after condensate treatment, such as electrical conductivity, mass concentration of Cu, Cl, Fe, oil products met the requirements of the enterprise standard, and were at the level of sensitivity of the methods used. The average mass concentration of dissolved oxygen was 37 μg / DM ³ . This technical solution completely excludes the possibility of supplying HVO regeneration solutions to the TG feed system. Deterioration in the quality of the condensate when the capacitance of one of the condensate filters is activated does not lead to a significant deterioration in the quality of the condensate. This is explained by the fact that full-flow condensate purification is carried out on five condensate purification filters and is output to remote regeneration in the regenerator filter with a fresh charge. Studies were carried out to determine the content of the radionuclide composition of desalted condensate and quantitative estimates were made:

1. Содержание радионуклидов в обессоленном конденсате находится на низком уровне и в основном определено изотопами с набольшим периодом полураспада, наличие которых не вызовет радиоактивного загрязнения внутренних поверхностей полых проводников.1. The content of radionuclides in desalted condensate is low and is mainly determined by isotopes with a long half-life, the presence of which will not cause radioactive contamination of the inner surfaces of hollow conductors.

2. Поступление с подпиточной водой следовых количеств долго-живущего радионуклида ⁶⁰Со с периодом полураспада 5,3 лет не может вызвать удельную загрязненность обмотки статора более чем 90 Бк/кг в год.2. The addition of trace amounts of a long-lived ⁶⁰ C radionuclide with a half-life of 5.3 years with make-up water cannot cause specific pollution of the stator winding of more than 90 Bq / kg per year.

Контур водяного охлаждения обмотки статора генератора турбины атомной станции (фиг.2) включает циркуляционный бак 1, предназначенный для забора воды после конденсатоочистки, к которому подключен насос 2, обеспечивающий подачу воды в полые обмотки статора генератора 5. Нагнетаемая насосом 2 вода охлаждается в теплообменнике 3 и отфильтровывается на сетчатых фильтрах 4. От турбогенератора 6 конденсат поступает в конденсатор низкого давления 7. Под действием насоса первого подъема 8 конденсат из конденсаторов турбины поступает в фильтры конденсатоочистки 9. Из конденсатоочистки вода поступает на охлаждение эжектора 10, а также в конденсатор конденсатных аппаратов 11. После охладителя эжекторов 10 и конденсаторов конденсатных аппаратов 11 насосом второго подъема 12 очищенный турбинный конденсат поступает в подогреватель низкого давления 13, а затем в деаэратор 14, после деаэратора 14 питательным электронасосом 15 в барабан-сепаратор 16. Ранее обмотка статора генератора охлаждалась химически обессоленной водой подаваемой по трубопроводу 17.The water cooling circuit of the stator winding of the generator of a turbine of a nuclear power plant (Fig. 2) includes a circulation tank 1 for collecting water after condensate treatment, to which a pump 2 is connected, which supplies water to the hollow windings of the stator of generator 5. The water pumped by pump 2 is cooled in the heat exchanger 3 and is filtered off on strainers 4. From the turbogenerator 6, the condensate enters the low-pressure condenser 7. Under the action of the pump of the first rise 8, the condensate from the turbine condensers enters the filters nato purification 9. From the condensate purification, water is supplied to cool the ejector 10, as well as to the condenser of the condensate apparatus 11. After the cooler of the ejectors 10 and condensers of the condensate apparatus 11 by the second lift pump 12, the cleaned turbine condensate enters the low pressure heater 13, and then to the deaerator 14, after deaerator 14 by a feed pump 15 into a drum separator 16. Previously, the stator winding of the generator was cooled by chemically desalinated water supplied through a pipe 17.

Работа контура заключается в следующем.The operation of the circuit is as follows.

Вода из циркуляционного бака 1 забирается насосом 2 и по трубопроводам через теплообменник 3, сетчатый фильтр 4 поступает в полые обмотки статора генератора 5, где она нагревается, охлаждая обмотки и возвращается в циркуляционный бак 1. Теплообменник 3 предназначен для охлаждения воды данного контура и передачи тепла промежуточному контуру, а далее морской воде. Сетчатый фильтр 4 предназначен для очистки воды от взвешенных частиц. Для удаления из воды кислорода и водорода, свободное пространство циркуляционного бака 1 продувается чистым азотом (чистота азота составляет 98,999%), который затем вместе удаляемым кислородом и водородом сбрасывается в атмосферу, Водород в воду контура охлаждения обмоток статора генератора может поступать из корпуса генератора через неплотности, которые могут быть в полых проводниках и через различные соединения, которые есть в генераторе. Качество этой воды очень высокое удельная электрическая проводимость - не более 0,1 мкСм/см, концентрация кислорода не выше 50 мкг/дм³, углекислота отсутствует.Water from the circulation tank 1 is taken by the pump 2 and through pipelines through the heat exchanger 3, the strainer 4 enters the hollow windings of the stator of the generator 5, where it is heated, cooling the windings and returned to the circulation tank 1. The heat exchanger 3 is designed to cool the water of this circuit and transfer heat intermediate circuit, and then sea water. The mesh filter 4 is designed to purify water from suspended particles. To remove oxygen and hydrogen from the water, the free space of the circulation tank 1 is purged with pure nitrogen (nitrogen purity is 98.999%), which is then discharged into the atmosphere together with the removed oxygen and hydrogen. Hydrogen can enter the generator stator winding cooling circuit from the generator housing through leaks , which can be in hollow conductors and through various connections that are in the generator. The quality of this water is very high electrical conductivity - not more than 0.1 μS / cm, oxygen concentration not higher than 50 μg / dm ³ , no carbon dioxide.

В результате снижения коррозионной агрессивности воды, уменьшилась коррозия медных проводников, и концентрация меди в воде снизилась в 10-15 раз. Таким образом, была решена проблема надежного обеспечения водно-химического режима контура охлаждения обмоток статора генератора.As a result of the reduction of the corrosiveness of water, the corrosion of copper conductors decreased, and the concentration of copper in water decreased by 10-15 times. Thus, the problem of reliable provision of the water-chemical regime of the cooling circuit of the stator windings of the generator was solved.

Claims

The water cooling circuit of the stator winding of the turbine generator of a nuclear power plant, consisting of a circulation tank, pump, heat exchanger and filter, connected by pipelines, characterized in that the circulation tank of the cooling circuit is connected to the output of the condensate purification filters of the turbine at the condenser apparatus condenser inlet, the upper part of the circulation tank is connected to the lines of supply of pure nitrogen and removal of a mixture of oxygen, hydrogen, nitrogen.