Вышла в свет книга Б.И.Нигматулина и В.А.Пивоварова «Реакторы с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. История трагедии и фарса». Подробнее 

В.П.Муравьев, ветеран атомной энергетики и промышленности

При эксплуатации АЭС в системе охлаждения конденсаторов турбины может потребоваться установка дополнительного охладителя с целью повышения эффективности ее работы. Принимая во внимание, что дополнительный охладитель будет иметь характеристики, отличающиеся от характеристики основного охладителя, расчетное обоснование схемы охлаждения и определение оптимального режима эксплуатации, приобретает характер сложного и трудоемкого процесса. 

В данной статье рассмотрен вариант установки дополнительного охладителя – вентиляторной градирни (ВГ) на энергоблоке мощностью 1000 МВт, содержащим в системе охлаждения башенную испарительную градирню (БИГ) площадью орошения 10300 м², которая в летние месяцы не обеспечивает требуемое охлаждения воды. Параметры системы охлаждения и метеорологические условия площадки размещения АЭС приняты по аналогии с действующим энергоблоком. Схема двухступенчатая, на градирни и конденсатор охлаждающая вода подается отдельными насосами. Параметры элементов системы, принятые в данной статье, могут незначительно отличаться от действующего аналога. 

Расчетное обоснование схемы охлаждения с двумя охладителями, имеющими  разные параметры, характеризуется высокой сложностью из-за необходимости определения оптимального расхода охлаждающей воды в условиях его деления на два потока и выполнения расчета температурного режима замкнутой системы, состоящей из двух потоков, имеющих разные параметры. Для решения такой задачи с получением достоверного результата, необходимо выполнить не менее 3000 вычислений. Очевидно, что такой объем исключает возможность выполнить расчеты известными методами вручную, т.к. потребуется затратить на это не менее года. В связи с этим в данной статье показана целесообразность и эффективность использования цифровой технологии, которая обеспечит автоматизированное выполнение расчетов в течение не более 2 часов при затрате времени на разработку математической модели 10-15 часов.

Исходное состояние системы охлаждения с действующей БИГ показано в таблице 1. Она составлена с использованием цифровой технологии, описанной в предыдущей статье для простой схемы охлаждения, состоящей из одного типа охладителя. 

Таблица 1. Показатели системы охлаждения с БИГ площадью орошения 10300 м²

Данные, представленные в таблице, показывают, что охлаждающей способности БИГ недостаточно для поддержания уровня охлаждения воды на входе в конденсатор, не превышающий 33ºС. Это обстоятельство показывает на необходимость установки второго охладителя. Цифровая технология для решения такого случая представляется математической моделью в структуре электронной таблицы 2, ячейки которой содержат цифровые выражения всех элементов системы охлаждения, включая дополнительный охладитель, связанные между собой по заданному алгоритму.

 Параметры системы охлаждения, определяются по среднемесячным метеорологическим данным среднего года. Из ряда дискретно заданных значений расхода охлаждающей воды на энергоблок, определяется оптимальный, обеспечивающий максимальную мощность энергоблока. Это выполняется по каждому месяцу при заданном количестве секций ВГ, с числом расчетных режимов, равным числу принятых значений плотности орошения ВГ. Результаты формируются в таблице 3, где выявляется оптимальный режим, соответствующий максимальному значению мощности энергоблока. Таким образом по каждому месяцу определяется оптимальный расход охлаждающей воды на энергоблок и оптимальное распределение потока воды на два охладителя со всеми показателями работы системы.  Результат по каждому месяцу сводится в таблицу 4.

Охладители БИГ и ВГ имеют разные тепло гидравлические характеристики и температурные перепады охлаждающей воды, отличающиеся от температурного перепада в конденсаторе турбины, поэтому в каждом расчетном режиме температурные перепады (Δt) на БИГ и ВГ определяются итерационным методом при изменяющемся значении Δt до величины, при которой следующее выражение будет иметь вид: t _вых + Δt ­– t _вх  = 0. Это соответствует прямоточной схеме работы охладителя.

 

Таблица 2. Электронная таблица математической модели системы охлаждения (июль)

Таблица 3. Таблица результатов расчетов (июль)

Результаты расчёта оптимальных параметров системы охлаждения по каждому месяцу, полученные аналогично расчетам, представленным в таблицах 2 и 3, с заданной производительностью ВГ из 10, 12, 14 и 16 секций, представлены в таблице 4.

Таблица 4. Сводная таблица параметров системы охлаждения

Результаты расчетов, представленные в таблице 4, показывают, что для достижения требуемого уровня охлаждения воды в системе охлаждения, достаточно дополнительно установить ВГ из 10 секций 16х16 метров. Несмотря на то, что такая ВГ должна быть установлена исходя из требований температурного режима, она может оцениваться и по экономическим соображениям, как обеспечивающая дополнительную выработку электроэнергии относительно исходного состояния 138 593 МВт.ч/год.

Параметры системы охлаждения с установкой дополнительной ВГ более высокой производительности из 12, 14 и 16 секций, представлены в таблице 4 в качестве примера определения дополнительной выработки электроэнергии, которая в данном случае показана  относительно исходного состояния системы, и равна соответственно 156957 МВт.ч/год, 173041 МВт.ч/год и 187170 МВт.ч/год. Целесообразность установки таких или еще более производительных ВГ должна определятся на конкретном объекте технико-экономическим обоснованием по приведенной цене с учетом дополнительной выработки электроэнергии.

 

Выводы.

1.     Оптимальные параметры системы охлаждения, содержащей более одного типа охладителя, определяются сложной, трудоемкой процедурой с выполнением более 3000 вычислений. Известными методами вручную для этого потребуется не менее года, что фактически делает ее реализацию нереальной.

2.     Цифровая технология позволит определить оптимальные параметры системы охлаждения в автоматическом режиме менее чем за 2 часа при затрате времени на разработку математической модели 10-15 часов.