Пример несоответствия поставленного оборудования исходным техническим требованиям продемонстрирован рис.2 (слайд 7), на котором представлена характеристика насоса охлаждения топливного бассейна. Черным цветом указана необходимая по проекту рабочая характеристика насоса с минимально возможным расходом около 40 л/сек. Реально на площадку ТАЭС поступил насос с минимально возможным расходом около 60 л/сек.
Следующий пример показан на рис.3. Характеристика питательного насоса, который по проекту должен был иметь максимальный напор не более 1200 м.в.ст. Но на площадку был поставлен насос с напором, превышающим 1200 м.
Ещё одним примером несоответствия оборудования исходным техническим требованиям является несоответствие материалов, применяемых при изготовлении. На рис.4 показаны дефекты, возникающие при контакте с морской водой, в результате использования материалов, при изготовлении, несоответствующих проектным требованиям. Коррозия при контакте с морской водой: в крепежных местах, в местах сварки, фланцевых, шарнирных соединениях и т.д.
К недостаткам оборудования относятся также и ошибки при его разработке. Этот случай рассмотрим на примере регулирующего клапана в системе борного регулирования (рис.5).
Регулирующий клапан установлен на линии вывода теплоносителя из первого контура (система КВА). В исходных требованиях было заложено три контрольные точки, по которым разработчик должен был построить характеристику РК, при этом регулирующий клапан во всем диапазоне регулирования должен был работать без кавитации. Но на площадку был поставлен такой регулирующий клапан, который работает в безкавитационном режиме при перепадах давления от 0 до 2 МПа и от 6 до 10 МПа. Посередине этой характеристики (от 2 до 6 МПа) регулирующий клапан работает в зоне кавитации.
На рис.6 показан результат непродолжительной работы регулирующего клапана в зоне кавитации.
Сходная ситуация имела место с регулирующим клапаном, установленным в системе продувки парогенератора, система LCQ (рис.7).
На рис. 8 на примере регулятора уровня конденсата в ПНД-2 Ду700 показан результат применения оборудования с нереферентной конструкцией. Такая конструкция регулирующего клапана в этой системе применялась впервые. В конструкции не было учтено температурное расширение металла, что привело к задирам, заклиниваниям и поломке опорных конструкций и регулирующего органа. Заводу-изготовителю пришлось на месте дорабатывать конструкцию и устранять выявленные недостатки.
Результат применения нереферентного оборудования демонстрирует также использование обратного клапана ПНД-2, установленного внутри подогревателя низкого давления. Металл толщиной в 1 см буквально разорван на части (рис.9). Данная конструкция также применялась впервые.
Недостатки технологических схем
На рис.10 приведен пример недостатков при проектировании технологических систем. На примере разветвленной системы показаны варианты неудачного расположения потребителей теплообменника относительно дыхательных баков. Слишком низко расположены баки, или слишком высоко расположены потребители, что приводит к невозможности их полноценного заполнения самотёком. А при останове системы приводит к сливу трубопроводов и осушению теплообменного оборудования (или любого другого оборудования), установленного в системе. Это приводило к завоздушиванию систем и нарушениям в ее работе. Ошибочно выбранные диаметры трубопроводов становились причиной слишком высоких или низких скоростей в затворах арматуры и перед оборудованием, что приводило к выходу из строя этого оборудования.
Неверно выбранные размеры дроссельных устройств, неверно рассчитанные перепады на них также приводили к заниженным или чрезмерно большим расходам рабочих сред через оборудование. Неправильно выбранные напоры насосов и недостаточный подпор могли привести к работе насосов в зоне кавитации.
Недостатки при проектировании можно продемонстрировать на примере больших протечек обратных клапанов, начиная от Ду 150 (рис.11). При наличии источников давления в системе, наблюдались опорожнение или перетоки сред. Из-за отсутствия байпасов обратных клапанов проведение гидроиспытаний систем затруднялось. Приходилось на месте байпасировать клапаны.
К недостаткам проектирования относятся также ошибки во взаимном расположении оборудования, например, в пробоотборной системе традиционного контроля, осуществляющей отбор проб из различных веток системы, расположенных по отметкам зданий (самотечные отборы сред) (рис.12).
Если пробоотборная система располагается выше, чем система, из которой производится отбор, то пробы не могут самотёком поступать в пробоотборные шкафы. В результате системы пробоотбора данной ветки были неработоспособны.
В результате ошибок при проектировании технологических схем возникала связь баков, содержащих теплоносители или другие химически опасные и ядовитые вещества по воздуху (через линии заполнения гидрозатворов). На рис.13 показано, каким образом осуществлялась связь бака по воздуху с атмосферой помещения. Для того, чтобы исключить возможность такой связи, приходилось выполнять дополнительные гидрозатворы (показано пунктиром).
На рис.14 показана ошибка при проектировании системы питательной воды. После подогревателей высокого давления перед входом в парогенераторы производится врезка линии подачи от КГТН. При отсутствии смешивающих устройств температура подаваемой в парогенераторы питательной воды получалась различной. Всевозможные переврезки этих «пауков» не позволили сократить эту разницу меньше чем в 1 – 2
оС.
К недостаткам проектирования технологических схем относятся также неправильно выбранные места установки регулирующей арматуры (рис.15 ).
Для того чтобы определить, где устанавливать регулирующие клапаны - до или после теплообменного оборудования, необходимо провести оценку. Выбор оптимального варианта зависит от параметров сред, размера расходов и перепадов давления в системе. Недостатки проявляются при установке РК как до, так и после теплообменников. Например, при установке регулирующего клапана до ТО в промежуточном контуре системы охлаждения ответственных потребителей КАА, при постоянном расходе морской воды (~1700 т/ч, -2
о С) ограничивается расход по охлаждаемой стороне. Образуется застойная зона и происходит обледенение ТО. Борясь с этой проблемой, мы пытались ограничить расходы охлаждаемой среды, вводя ограничение на закрытие регулирующего клапана.
При установке р
егулирующей арматуры после ТО, регулирующие клапаны могут попадать в зону кавитации. Это связано с высокой температурой среды после ТО и пониженным давлением после ТО (из-за местного гидравлического сопротивления).
С нарушением рекомендаций по максимальному перепаду давления устанавливались дроссельные устройства. Установка одной или двух шайб по 5 и по 7 МПа на них соответственно (рис. 16,) привела к тому, что шайбы размывались и выходили из строя, кавитирование в них вносило нестабильность в работу системы.
В результате неправильно выбранных мощностей электроприводов арматуры (рис.17) в различных режимах, при которых перепад давления на арматуре составлял, к примеру, 9 МПа, вместо запроектированного в 6 МПа, мощности привода, чтобы дожать запорный орган до конца, не хватало. Это приводило к необходимости замены электроприводов для арматуры на более мощные и как следствие необходимости замены питающих кабелей и распредустройств.
К недостаткам проектирования технологических схем можно отнести также и возникновение гидравлических ударов (ГУ) в системе (рис.18), которые имели место в ходе испытаний при ПНР. В ряде случаев они происходили и непосредственно в процессе эксплуатации. Гидравлические удары возникают, например, при подсоединении системы с избыточным давлением к системам, которые избыточного давления не имеют. Также ГУ возможны, при соединении друг к другу систем, среды в которых находятся в разных фазовых состояниях, например, пар к воде или наоборот. При этом происходит расслоение потока, освободившийся от воды объем схлопывается и происходит местное повышение давления - гидравлический удар. ГУ также были вызваны и неправильно выбранным временем хода арматуры. Если ход арматуры слишком быстрый, происходит резкое изменение скорости среды, что сопровождается гидравлическим ударом.
Чем это объясняется? На правом графике рис.18 показан типичный график зависимости коэффициента гидравлического сопротивления арматуры от положения запорного органа. До 70% открытия или закрытия арматуры запорный орган не оказывает особого влияния на коэффициент сопротивления. Основное влияние приходится после 30% открытия или закрытия арматуры. Получается, что если полное время хода арматуры 20 сек., то ее закрытие практически не влияет на скорость потока в течении 14 сек, а резкое влияние на него происходит в течение оставшихся 6 секунд.
В случае несоответствия поставленного оборудования ИТТ: вышеописанный случай - насос системы охлаждения топливного бассейна FAK (рис.19) в системе для режима заполнения шахты реактора. Расход насоса по результатам испытаний составил 48 кг/сек. Реально же насос мог работать с расходом не менее 60 кг/сек, что привело к необходимости использования параллельной системы FAL, предназначенной для очистки топливного бассейна, в качестве дополнительной линии рециркуляции.
К чему привело несоответствие питательного насоса ИТТ?
Расчетное давление для питательного насоса и всего напорного тракта составляет 12 МПа. Под это давление была выбрана соответствующая толщина стенок оборудования и трубопроводов (рис.20). Но в результате оказалось, что Р
р составляет 12, 45 МПа, что превышает предусмотренное проектом. Это несоответствие потребовало длительных согласований обоснования прочности этих элементов. В итоге всё было согласовано, и тракт работает с повышенными параметрами.
Напор насоса выбирается исходя из суммы всех гидравлических сопротивлений тракта. Если по результатам поставки оборудования, гидравлическое сопротивление оборудования, устанавливаемое в прокачиваемом насосом тракте, окажется в 3 раза больше, то напора насоса просто не хватит, чтобы продавить через него нужный расход. Для того чтобы доказать, что оборудование (в данном случае, ГЦНА) сможет работать при низких расходах, заводу изготовителю пришлось выполнять дополнительные обосновывающие расчеты.
Несоответствие технологическим схемам выражалось также и в ряде компоновочных решений, например, несанкционированные места врезок (рис.21 ). Ошибки исправлялись по ходу ПНР.
Трассировка трубопроводов выше днища баков приводила к невозможности дренажа баков и завоздушиванию систем. Никто не мог объяснить, почему трубопровод, который по схеме должен уходить вниз, закомпонован петлей.
Пришлось столкнуться и с ситуацией несанкционированной замены материала трубопроводов в рабочих чертежах. В части тракта вместо записанной по заданию на рабочее проектирование нержавеющей стали, оказывалась углеродистая сталь.
Подавляющее большинство внесенных на площадке ТАЭС изменений были связаны с коллизиями трубопроводов и опор, кабельных лотков и других элементов, свойственных детальному проекту. Например, положение опоры не совпадало с закладной деталью для ее крепления или трубопровод натыкался на стену, пандус, другой неподвижный объект. Приходилось по месту сдвигать трубопровод. Трубопровод натыкался на трубопровод или на кабельный лоток. Были и случаи отсутствия опор у оборудования в принципе. На рис. 22 показано пространство вентильной камеры системы очистки теплоносителя, в помещение которой невозможно зайти и обслужить находящуюся там арматуру. Помещение абсолютно недоступно для обслуживания.
Недоступность оборудования для обслуживания, для открытия-закрытия арматуры, недоступность его на уровне вытянутой руки – распространенные проблема на станции при проведении ПНР (рис.23).
Система контроля управления
Недостатки СКУ на нижнем уровне можно продемонстрировать на примере расходомеров (рис.24 слайд 40). Сужающие устройства располагаются на расстоянии меньше 20 D от ближайшего гидравлического сопротивления, которые вносят возмущения в поток, приводящие к нестабильности в показаниях расходомеров. К нестабильности показаний приводил также неправильный выбор количества дроссельных устройств в трубопроводных системах, о чем описывалось ранее. Чем больше перепад давления на дроссельном устройстве, тем выше турбулизация потока после дроссельной шайбы, и тем выше погрешность измерения расхода.
Проектирование ЛАЭС-2
В проекте ЛАЭС-2 опыт проведения ПНР проекта ТАЭС учтен следующим образом:
В части оборудования ведется работа с поставщиками РФ и Европы на предмет обнаружения и устранения на ранних стадиях проектирования оборудования всевозможных «проблемных зон». Для ряда оборудования, условия работы смягчены на уровне технологии системы, в которой данное оборудование устанавливается. Исходные технические требования для оборудования полностью переработаны по сравнению с ТАЭС.
Технологические схемы
Оптимизировано взаимное расположение оборудования и систем относительно друг друга при осуществлении связей между ними. В напорных трубопроводах регламентирована скорость сред на уровне 2 ÷ 3 м/с. При гидравлических и тепловых расчетах систем применяются только верифицированные программные коды. Проектный запас по напору насосов устанавливаемых в разветвленных системах увеличен до уровня 8 ÷ 10 %. В состав технического проекта включена спецификация на оборудование и материалы, необходимые для проведения гидравлических испытаний систем. Учтены возможные эксплуатационные показатели арматуры (в том числе запорной, регулирующей, предохранительной и обратной). Увеличены или оптимизированы гидростатические перепады (пьезометрические напоры) в безнапорных системах. Оптимизированы схемные решения, которые улучшили не только эксплуатационные показатели, но и показатели безопасности. Оптимизированы схемы регулирования параметров. Улучшены конструкции гидрозатворного хозяйства, а также качественные показатели систем их заполнения. Регламентирован перепад давления на одном диске дроссельного устройства (не более 1 ÷ 2 МПа). Требование о возможности закрытия и открытия при полном перепаде давления предъявлено ко всей арматуре на АЭС. Возникновение гидравлических ударов (пульсаций) исключено за счет установки малых регулирующих клапанов в системах с разными параметрами (в том числе и с разными фазовыми состояниями сред) для плавного регулирования или выравнивания давления между ними. Быстродействие запорной арматуры выбрано с учетом условия по не превышению силы гидравлических пульсаций над расчетным давлением оборудования и трубопроводов систем. Расчетное давление трубопроводов выбрано с учетом возможных отклонений характеристик оборудования.
Компоновочные решения
Применение САПР на всех стадиях проектирования (от получения задания на проектирование, до выдачи рабочей документации и заказных спецификаций) позволило практически полностью исключить технические ошибки, оплошности, коллизии и т.д.. Компоновочные решения для тесных помещений полностью переработаны, оборудование АЭС равномерно распределено по помещениям. Проблемы, связанные с доступностью оборудования для обслуживания, также решаются на уровне САПР. Применяется усовершенствованная опорно-подвесная система.
Система контроля и управления
Расходомерные устройства размещаются на расстоянии не ближе чем 20 диаметров от близлежащих местных сопротивлений. Максимально использованы все возможности для снижения проявлений турбулентности или кавитации. Сформулированы более разумные требования к поставщику СКУ.
Опыт ПНР и ввода в эксплуатацию ТАЭС в максимальном объеме использован в проекте ЛАЭС-2, а также в проекте второй очереди ТАЭС.
Как показывает время, недостатки имеют место не только на сооружаемых или проектируемых АЭС, но и на действующих станциях. Накопленный энергетическими компаниями значительный опыт проектирования, сооружения, эксплуатации АЭС еще раз указывает на необходимость активизации международного сотрудничества в атомных отраслях различных государств.
