Материал: Автоматизація процесу регулювання рівня в деаераторі підживлення в системі продування-підживлення 1-го контуру

Автоматизація процесу регулювання рівня в деаераторі підживлення в системі продування-підживлення 1-го контуру

Вступ

В наш час дуже стрімко розвивається автоматизація технологічних процесів, відбувається освоєння провідних технологій. Все більше увагу приділяють автоматизації на мікропроцесорних і мікроконтролерних засобах автоматизації.

Метою даної роботи є автоматизація процесу регулювання рівня в деаераторі підживлення в системі продування-підживлення 1-го контуру. Для ефективного вирішення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

1)      Дослідити технологічний процес регулювання рівня в деаераторі підживлення системи продування-підживлення 1-го контуру;

2)      Визначити оптимальні значення параметрів контролю, сигналізації, блокування, регулювання необхідні для автоматизації даного технологічного процесу і розробити функціональну схему автоматизації;

)        Дослідити математичну модель системи автоматичного регулювання (САР) для одного із контурів регулювання рівня в деаераторі підживлення даного технологічного процесу;

)        Запроектувати САР рівня води в деаераторі підживлення системи продування-підживлення 1-го контуру з використанням сучасних засобів автоматики;

)        Перевірити економічну доцільність запроектованих заходів з автоматизації дослідженого технологічного процесу шляхом проведення техніко-економічних розрахунків.

1. Технологічна схема процесу деаерації

1.1 Коротка характеристика підприємства

деаератор підживлення продування

Рівненська АЕС була побудована однією з перших на Україні. Будівництво було почате в 1973 році. Розширення її передбачається енергоблоками типу ВВЕР. Два перші енергоблоки АЕС сумарною потужністю 880 МВт введені в експлуатацію в 1980-1981 роках, третій енергоблок потужністю 1000 МВт - в 1986 році, а четвертий енергоблок потужністю 1000 МВт в 2004 році.

На всіх енергоблоках Рівненської АЕС встановлені водо-водяні реактори, в яких звичайна хімічно знесолена вода служить одночасно і сповільнювачем нейтронів і теплоносієм, що відводить тепло, яке виділяється при діленні ядер урану в працюючому реакторі.

Заміна вигорілих тепловиділяючих збірок проводиться на зупиненому і ущільненому реакторі. Графіком перевантаження передбачається почергова зупинка реакторів, причому зазвичай перевантаження виконується у весінньо - літній період, коли навантаження енергосистеми мінімальне.

Електроенергія першого і другого блоків видається споживачам по лініях, напругою 110 і 330 кВ. Генератори третього і четвертого блоку підключені до шин відкритого розподільчого пристрою ВРП 330-750 кВ.

Система технічного водопостачання забезпечує охолоджування конденсаторів турбін, допоміжного обладнання турбогенераторів, теплообмінного обладнання реакторної установки і обладнання інших допоміжних систем, заповнення втрат води.

Майданчик Рівненської АЕС розташований в північно-західній частині Володимирецького району Рівненської області на правому березі річки Стир з абсолютною відміткою 188,5 м і піднімається над прилеглою територією на 18 - 25 м. Район Рівненської АЕС знаходиться в зоні помірного клімату, що характеризується м'якою і вологою зимою, відносно прохолодним і дощовим літом, сирою осінню і нестійкою погодою в перехідні сезони року.

1.2 Опис технологічної та машинно-апаратурної схеми технологічного процесу, алгоритм його функціонування

Об’єктом контролю вибраний деаератор підживлення (ДП) системи продування-підживлення 1-го контуру двоконтурної схеми АЕС. За прототип прийнятий третій енергоблок Рівненської АЕС.

Технологічна схема реакторного відділення (перший контур) включає в себе реактор типу ВВЕР-1000 (водо-водяний енергетичний реактор), головні циркуляційні петлі та ряд зв’язаних між собою систем. В кожну із петель (яких чотири) входить: головний циркуляційний трубопровід 990х70 (ГЦТ), головний циркуляційний насос ГЦН-195М, парогенератор ПГВ-1000.

Реактор типу ВВЕР-1000 корпусного типу, на теплових нейтронах з паливом з двоокису урану (UO₂) малого збагачення, активна зона якого, з внутрішньокорпусними пристроями, розміщена в товстостінному металевому корпусі. Разом з механічною системою регулювання використовується борне рідинне регулювання і вигоряючі поглиначі. При здійснені цепної реакції ділення урану в об’ємі паливних таблеток ТВЕЛ (тепло виділяючого елемента) рівномірно виділяється тепло, яке передається воді першого контуру.

ГЦН-195М - вертикальний, центробіжний, одноступінчатий насос з блоком торцевого ущільнення вала, консольним робочим колесом, осьовим підведенням теплоносія, що перекачується та виносним електродвигуном. ГЦН забезпечує циркуляцію теплоносія через реактор.

Парогенератор типу ПГВ-1000 - горизонтальний, однокорпусний, з зануреною в воду другого контуру трубчатою поверхнею теплообміну і встроєними паросепараційними пристроями. Парогератор здійснює передачу тепла від теплоносія першого контуру воді другого контуру.

ГЦТ забезпечує з’єднання основного обладнання першого контуру з реактором і здійснює циркуляцію теплоносія від реактора до парогенератора й через ГЦН знову до реактора.

До однієї з циркуляційних петель першого контуру приєднаний компенсатор тиску, для створення і підтримки в першому контурі тиску води в даному інтервалі (при температурному розширенні), а також для обмеження відхилень тиску в аварійних і перехідних режимах.

Крім перерахованого головного обладнання до системи нормальної експлуатації входить ряд допоміжних систем, серед яких, при нормальній роботі РУ (реакторної установки), перше місце займає система продування-підживлення (яка згідно проектних даних має латинську абревіатуру ТК).

Призначення системи продування-підживлення 1-го контуру

Робота реакторної установки неможлива без відновлення дуже незначних, але неминучих втрат теплоносія першого контуру. Головні циркуляційні насоси ГЦН-195М з торцевим ущільненням обертового вала, що застосовуються в уніфікованих проектах ВВЭР-1000, вимагають організації подачі замикаючої води для охолодження й змащення ущільнення, а також надійного запобігання протікань води першого контуру з насоса. Крім того при роботі РУ завжди є необхідність здійснювати коректування ВХР (водо-хімічного режиму) теплоносія 1 контуру й введення в перший контур різних технологічних середовищ і хімічних реагентів. Для виконання зазначених вище завдань на блоці АЕС із ВВЭР-1000 є система продування-підживлення.

Використовуючи дану систему можна:

·      підвищити концентрацію борної кислоти в активній зоні реактора до концентрації, яка забезпечує зупинку реактора і підтримку реактора в підкритичному стані;

·        зменшити концентрацію борної кислоти в активній зоні реактора при проведені водообміну 1 контуру на етапі виходу на МКУ (мінімально контрольований рівень) і при зміні потужності РУ.

Завдання безпеки.

Система виконує наступні завдання безпеки:

·      введення хімічного поглинача нейтронів (розчину борної кислоти H₃BO₃) після спрацьовування аварійних захистів реактора, або при аварійних ситуаціях, що не викликають спрацьовування цих захистів, але потребують зупинки реактора й доведення концентрації H₃BO₃ в теплоносії 1 контуру до стояночної,

·        компенсацію малих протікань при аваріях з розщільненням, яке не досягає меж спрацьовування систем безпеки й компенсується роботою насосів підживлення,

·        підтримку підкритичності реактора в «холодному» й «гарячому» станах,

·        забезпечення працездатності обладнання, важливого для безпеки (ГЦН, КТ),

·        перевірку на щільність і міцність ГЦТ й обладнання 1 контуру,

·        подача підживлюючої води в автономний контур ГЦН в аварійних режимах.

Завдання нормальної експлуатації.

Система виконує наступні завдання нормальної експлуатації:

·  заповнення або дозаповнення 1-го контуру розчином борної кислоти,

·        підтримку матеріального балансу теплоносія 1-го контуру,

·        компенсацію повільних змін реактивності, викликаних вигорянням і отруєнням палива,

·        дегазацію й повернення організованих протікань теплоносія в перший контур,

·        корегування показників водно-хімічного режиму відповідно до норм,

·        проведення гідравлічних випробувань 1-го контуру на тиск до 200 кгс/см²,

·        подачу замикаючої води на ущільнення ГЦН,

·        розхолоджування компенсатора тиску при непрацюючих ГЦН,

·        початкове заповнення гідроємкостей САОЗ (система аварійного охолодження зони).

Система продування-підживлення 1-го контуру забезпечує наступну швидкість зміни концентрації борної кислоти H₃BO₃ у теплоносії 1-го контуру:

·  при зниженні концентрації - не менше 20% за годину від поточної,

·        при збільшенні концентрації - не менше 3 г H₃BO₃ на кг H₂O при поточній концентрації 8 г H₃BO₃ на кг H₂O.

Система продування-підживлення по призначеню відноситься до систем нормальної експлуатації.

У границях герметичної оболонки по лінії продування й від зворотного клапана на загальній лінії підживлення до ГЦТ система є системою важливої для безпеки (відмова в цій частині може викликати вихідну подію аварії).

Склад системи

Система ТК складається з наступних функціональних груп:

·      дегазації й деаерації теплоносія ТК10,

·        підживлюючих агрегатів ТК20,

·        трубопроводів підживлення ТК30 і ТК40,

·        трубопроводів подачі замикаючої води ГЦН ТК50,

·        зворотних ліній замикаючої води ГЦН ТК60,

·        деаерації й подачі «чистого» конденсату ТК70,

·        виводу теплоносія з 1-го контуру ТК80,

·        маслосистеми підживлюючих агрегатів ТК90.

Оскільки в даній роботі буде розглядатися регулювання рівня в ДП (деаераторі підживлення) ТК10В01 то розглянемо групу ТК10, та групу ТК70 для розгляду всіх режимів роботи в яких задіяний ДП.

Група дегазації й деаерації теплоносія TK10.

Група дегазації й деаерації теплоносія TK10 призначена для дегазації теплоносія I контуру й організованих протікань, що надходять із бака оргпротікань (організованих протікань), і подачі робочого середовища у всмоктуючий колектор підживлюючих агрегатів.

Група містить в собі:

·      деаератор підживлення TK10B01;

·        регенеративний теплообмінник TK11W01;

·        доохолоджувач підживлюючої води TK12W01;

·        регулятори тиску в деаераторі підживлення TKC10,12 з регулювальними клапанами TK10S05, TK70S05;

·        регулятори рівня в деаераторі підживлення TKC13,14,20 з регулювальними клапанами TK13,14S02; TK20S04 відповідно;

·        запірні арматури;

·        трубопроводи.

Група деаерації й подачі «чистого» конденсату TK70.

Група TK70 призначена для дегазації «чистого» конденсату, який надходить від насосів TN21 (22, 23) D01, що подається на всмоктування підживлюючих агрегатів.

Група містить у собі:

·   деаератор борного регулювання TK70B01;

·        охолоджувач випару деаератора борного регулювання TK70W01;

·        охолоджувачі «чистого» конденсату TK71W01, TK70W02;

·        регулятор тиску в деаераторі борного регулювання TKC70 з регулювальним клапаном TK70S05;

·        регулятор рівня в деаераторі борного регулювання TKC71 з регулювальним клапаном TK70S02;

·        запірні арматури;

·        трубопроводи.

Процес деаерації

Деаерація рідини - це процес видалення (десорбція) з рідини розчинених в ній газів - використовується в енергетиці для видалення з живильної (живлення основного контуру) розчинених в ній корозійно-активних газів (оксигену О₂ і вуглекислого газу СО₂). Це один з основних методів боротьби з корозією в трубах пароводяного тракту і технологічному обладнані електростанцій.

Норма вмісту оксигену і вуглекислого газу у воді залежить від параметрів установки - тиску і температури. При підвищенні тиску і температури корозійна активність О₂ і СО₂ зростає, тому норма допустимої залишкової концентрації газів у воді при підвищенні параметрів блокового устаткування посилюється.

Принцип деаерації.

Відомо декілька способів деаерації води:

·         хімічна деаерація;

·        десорбційне знекиснення;

·        термічна деаерація.

У промислових і перш за все в енергетичних установках найбільш поширений спосіб термічної деаерації води.

- вміст оксигену у воді;

- парціальний тиск водяної пари;

- парціальний тиск оксигену;

- парціальний тиск повітря.

Рис. 1.1. Залежність парціального тиску повітря, оксигену і водяної пари та розчинності оксигену від температури води при атмосферному тиску

Суть процесу заключається в наступному. Оскільки парціальний тиск пари рідини над поверхнею розчину при температурі насичення досягає тиску в системі, а парціальний тиск розчинених газів над поверхнею розчину рівний нулю, то і зрівноважена концентрація газу на межі розділу фаз в рідині також виявляється рівна нулю. При цьому різниця концентрацій компоненту в рідині і на межі розділу фаз виявляється максимальною, що забезпечує максимальну рушійну силу дифузії газу з рідкої фази в газоподібну (парову). На цій властивості нагрітих розчинів заснований і принцип термічної деаерації.

При підігріві рідини до температури насичення парціальний тиск розчиненого в рідині газу над поверхнею розчину знижується до нуля.

Згідно закону Генрі, також знижується і зрівноважена концентрація на межі розподілу фаз. Виділення газу з рідкого середовища в парове відбувається унаслідок різниці фактичної і зрівноваженої концентрацій компоненту.

У енергетиці для термічної деаерації води застосовуються деаератори.

Призначення деаератора підживлення

Деаератор підживлення ТК10В01 дегазує теплоносій першого контуру, що надходить із ліній продування й організованих протікань 1-го контуру.

Деаератор підживлення ТК10В01 також дегазує «чистий» конденсат і боровану воду, що надходять у деаератор до подачі в перший контур. Крім того, він виконує функцію демпферної ємкості у всмоктуючий патрубок підживлюючих насосів.

У деаераторі здійснюється виділення оксигену й гідрогену з теплоносія 1-го контуру, а також розведення гідрогену водяною парою або азотом до вибухобезпечної концентрації.

Поряд із глибоким виділенням оксигену й гідрогену, апарат дозволяє виділити з контурної води розчинені в ній РІГ (радіоактивні інертні гази): криптон, ксенон і інші (попадають у теплоносій 1-го контуру з тепловиділяючих елементів касет, що мають газову нещільність).

З «чистого» конденсату й борованої води, що подаються на підживлення деаератора в основному здійснюється виділення оксигену, вуглекислого газу й інших газів.

Деаератор борного регулювання ТК70В01 дегазує «чистий» конденсат, що надходить від насосів дистиляту.

Деаератор TK10В01 призначений для дегазації (при роботі системи з термічною деаерацією з подачею пари від системи паропроводів власних потреб RQ (2-й контур)):

) теплоносія, виведеного з 1-го контуру, з витратою від 6 до 60 м³/год.;

) організованих протікань з бака-приямка ТY20В01 з витратою від 6 до 60 м³/год.;

) замикаючої води, що зливається з ущільнень ГЦН із витратою до 5 м³/год.;

) чистого конденсату, що подається від TN21 (22, 23) D01;