Приготовление и очистка воды

В процессе эксплуатации атомного судна и его энергетической установки возникает значительная потребность в пресной воде различного назначения и, следовательно, различного качества.

Система приготовления воды должна обеспечивать получение: питьевой и мытьевой воды до 200—300 кг/сут на одного члена экипажа, качество которой должно отвечать санитарным нормам; питательной воды, необходимой для промывок, заполнения контуров и восполнения утечек в паротурбинной установке, качество которой регламентируется соответствующими нормами на воду второго контура (например, на атомных ледоколах типа „Арктика " требуется 20—30 т/сут воды для восполнения утечек из ПТУ); воды высокой чистоты (ВВЧ), которая требуется для промывок, заполнения, подпитки первого и третьего контуров, проведения гидроперезарядок их фильтров, постановки на „мокрое" хранение ПГ и т. д.

Требования к качеству воды для первого и третьего контуров при выполнении перечисленных эксплуатационных задач различны и устанавливаются соответствующими нормами, зависящими от типа установки, используемых материалов и типа водного режима.

Система приготовления воды. На рис. 6.1 представлена структурная схема приготовления питательной воды и воды высокой чистоты. Для приготовления питательной воды на атомных судах, как и на обычных, используются водоопреснительные испарительные установки. Учитывая большие потребности в пресной воде и высокие требования к ее чистоте, в ЯЭУ обычно используются бесповерхностные вакуумные адиабатные многоступенчатые испарители, работающие по принципу самоиспарения. Такие испарители обеспечивают получение дистиллята с общим солесодержанием менее 0,5 мг/кг и хлор-ионов менее 0,1 мг/кг.

Забортная вода, проходя конденсаторы, охладитель эжектора и паровой подогреватель, куда подается греющий пар с давлением до 0,25 МПа, подогревается до 70—80 °С. Затем вода поступает в камеры испарения, в каждой из которых поддерживается с помощью эжектора давление примерно от 15 КПа (в первой камере) до 5 кПа (в четвертой). При последовательном прохождении камер около 5 % воды испаряется, а рассол удаляется за борт.

Сконденсировавшийся пар в виде дистиллята откачивается дистиллятным насосом в цистерну запаса питательной воды. Во избежание засоления запаса воды в случае повышения солесодержания дистиллята выше 1 мг/кг сброс дистиллята автоматически переводится на цистерну мытьевой воды или в трюм.

Конденсат греющего пара отводится в конденсаторы главной турбины, или ВТГ, поэтому при нарушении плотности трубной системы подогревателя возможно поступление соли в конденсатно-питательную систему. В этом случае по сигналу солемера испарительная установка переключается на резервный подогреватель или вводится в работу резервный испаритель. В зависимости от температуры забортной воды расход греющего пара в таких испарителях составляет 0.6 - 1 кг на 1 кг дистиллята.

На атомных ледоколах типа „Арктика" установлены два четырехкамерных испарителя такого типа марки М4С производительностью по 120 т/сут. Опыт их эксплуатации показывает, что при хорошей отладке

эти испарители стабильно выдают воду весьма высокого качества (солесодержанис ≤0,5мг/кг, ≤0,05мг/кг), которая практически полностью отвечает всем требованиям к воде, используемой во втором контуре.

Однако, вода, полученная в испарителе, не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к ВВЧ, тем более, что в цистерне запаса пресной воды она насыщается из воздуха кислородом (до 10-14 мг/кг), азотом (до 5-7 мг/кг) и углекислотой (до 15-20 мг/кг). В связи с этим водоочистительная установка для приготовления ВВЧ должна обеспечивать очистку воды как от солей, так и от кислорода, а также хранение воды в условиях, исключающих ее вторичное насыщение кислородом.

Растворенные в воде соли присутствуют в ней в виде электрически заряженных ионов, а растворенные газы в молекулярном виде, т. е. в электрически нейтральной форме. Поэтому в состав водоочистительной установки включаются (см. рис. 6.2) ионообменный и электроноионообменный фильтры.

Приготовление ВВЧ осуществляется следующим образом: питательная вода из цистерны запаса или непосредственно из конденсатно-питательной магистрали подается в обескислороживающий электроноионообменный фильтр, затем на ионообменный обессоливающий фильтр и через механический фильтр поступает в цистерну ВВЧ. После полного заполнения ЦВВЧ воздушный клапан закрывается и в цистерне создается азотная подушка с избыточным давлением около 40 кПа; при этом путем слива излишков воды в цистерне устанавливается необходимый уровень.

Контроль качества ВВЧ осуществляется за механическим фильтром с помощью солемера (пределы измерения 0,05—3 мг/кг), кислородомера (пределы измерения 0-0,02 мг/кг) и хлоридомера (пределы измерения 0-0,15мг/кг). Если качество ВВЧ не удовлетворяет нормам, то дополнительная очистка производится путем организации циркуляции, по контуру: ЦВВЧ - циркуляционный насос - фильтры - ЦВВЧ.

На атомном ледоколе типа „Арктика" используется водоочистительная установка производительностью 6т/ч. В обескислороживающем фильтре в качестве наполнителя применяют электроноионообменные смолы (редокситы) типов ЭИ5 или ЭИ21, основу которых составляет катионит КУ-2, а восстановителем является металлическая медь, осажденная на поверхности катионита. Фильтр обеспечивает снижение кислородосодержания с 10 до 0,02 мг/кг.

Рис. 6.1 Структурная схема получения питательной воды и

воды высокой чистоты на атомном судне

1- трубопровод от ЭКН главного конденсатора; 2 - насос перекачки питательной воды; 3 - цистерна запаса питательной воды; 4 - трубопровод для сброса дистиллята в цистерну мытьевой воды при солесодержании более 1мг/кг; 5 - трёхходовой магнитный клапан; 6 - насос забортной воды; 7 - рассольный насос; 8 - бесповерхностный вакуумный испаритель; 9 - трубопровод отвода конденсата греющего пара с датчиком солесодержания; 10 - подогреватель; 11 - эжектор; 12 - трубопровод подвода греющего пара; 13 - дистиллятный насос; 14 - механический фильтр с сеткой саржевого плетения; 15 - трубопровод к цистерне „мокрого" хранения ПГ; 16 - бачок для приготовления растворов химических реагентов; 17 - трубопровод слива излишков воды; 18 - воронка для загрузки химических реагентов; 19 - редукционные клапаны; 20 – баллон с азотом; 21 - уровнемер; 22 - трубопровод взятия проб; 23 -трубопровод в систему гидроперегрузки фильтров первого и третьего контуров; 24 - трубопровод на заполнение монжусов; 25 - расширительная цистерна третьего контура; 26 - трубопровод на подпитку, заполнение и проливку первого контура; 27 - трубопровод на опрессовку первого контура; 28 - трубопровод на опрессовку ПГ и трубопровода свежего пара второго контура; 29 - циркуляционный насос системы приготовления воды высокой чистоты; 30 - подпиточные насосы первого контура; 31 - опрессовочный насос; 32 - трубопровод от турбопитательного насоса на проливку активной зоны; 33 - трубопровод из системы приготовления дезактивирующих растворов; 34 - ионообменный обессоливающий фильтр; 35 - электроноионообменный обескислороживающий фильтр; 36 - ионообменный фильтр второго контура на конденсатной магистрали; 37, 38, 39 - датчики солесодержания, концентрации и соответственно.

Емкость по кислороду электроионообменных смол ограничена и составляет для ЭИ21 50кг/м. В связи с этим целесообразно использовать в водоочистительной установке конденсат из главных конденсаторов после его прохождения фильтра второго контура, в котором содержание кислорода не превышает обычно 0,1мг/кг, что существенно повышает срок службы фильтра. Обессоливающий фильтр загружается механической смесью (в объемном соотношении 1:1) катионита КУ-2-8ч и анионитом АВ-17-8чс и обеспечивает снижение содержания ионов хлора с 0,1 до менее 0,025мг/кг.

ВВЧ используется для приготовления растворов гидразин-гидрата, аммиака и других химических реагентов, которые вводятся в первый контур для удаления кислорода или корректировки водного режима. Необходимые растворы приготовляются в специальном бачке и вводятся в контур с помощью подпиточных насосов.

Очистка воды от примесей. В состав систем очистки воды от примесей в первом, втором и третьем контурах входят фильтры, в которых в качестве фильтрующих материалов используются ионообменные материалы.

В связи с высокой радиоактивностью воды первого контура и еще большей активностью отработавшей смолы, а также размещением фильтров в биологической защите загрузка сорбентов в фильтры обычно осуществляется гидравлическим или пневмогидравлическим способом.

Схема системы гидравлической загрузки и выгрузки сорбентов из фильтров первого и третьего контуров, типичная для судовых ЯППУ, приведена на рис. 6.2. Приготовленные на береговой базе порции свежих сорбентов, отвечающих по своему составу и форме водному режиму, принятому в первом и третьем контуре, загружаются в соответствующие емкости для хранения сорбентов, предварительно заполненные водой высокой чистоты.

Загрузка может осуществляться из транспортной тары вручную, через воронки загрузочных емкостей с подачей воды в воронки из ЦВВЧ и контролем через смотровое стекло. Возможна также загрузка свежих сорбентов с емкости 8 и 16 гидравлическим путем.

Рис. 6.2. Схема системы гидравлической загрузки и выгрузки сорбентов ил фильтров первого и третьего контуров.

1 - монжусы; 2 - влагоотделяющие устройства на выбросе воздуха из монжусов; 3 - трубопроводы в дренажную систему; 4 - трубопроводы входа и выхода воды первого контура; 5 - ионообменный фильтр первого контура; 6 - трубопроводы в систему воздухоудаления высокого давления; 7 - датчики радиометра; 8 - емкость для хранения смеси катионита и анионита, загружаемых в фильтр первого контура; 9 - насос для гидравлической загрузки фильтров; 10 - цистерна воды высокой чистоты; 11 - загрузочные емкости; 12 - трубопровод гидравлической загрузки сорбентов с базы; 13 - трубопровод возврата воды на базу; 14 - смотровое стекло; 15 - трубопровод слива в шпигаты; 16 - емкость для хранения ионитов, загружаемых в фильтр третьего корпуса; 17 - съемные калачи; 18 - трубопроводы входа и выхода третьего контура; 19 - ионообменный фильтр третьего контура; 20 - перегрузочная емкость для хранения отработавших сорбентов; 21 - трубопровод подачи сжатого воздуха.

Перед загрузкой фильтров берутся пробы воды из ЦВВЧ и емкостей хранения сорбентов. Если вода не отвечает нормам, то сорбенты отмываются водой из ЦВВЧ путем организации циркуляции насосом 9, а вода высокой чистоты проходит дополнительную очистку в водоочистной установке.

Перегрузка фильтров проводится, как правило, не чаще одного раза в навигацию, поэтому надежнее и проще соединять емкости для хранения сорбентов с фильтрами не постоянными трубопроводами с арматурой, а съемными трубопроводами (калачами), которые временно монтируются на период проведения какой-либо операции, соединяя стационарные трубопроводы (проходки) 1', 2', 3', 4', 5', 6', 7', 8', 9', выходящие из бака ЖВЗ, с патрубком загрузки 10' и монжусами К-1 и К-2.

Загрузка свежих сорбентов в пустые фильтры первого и третьего контуров производится с помощью насоса гидроперезарядки 9. Для загрузки фильтра первого контура устанавливаются калачи 1'-2' и 3'-10'. Вода из ЦВВЧ насосом гидроперезарядки подается снизу и сбоку в емкость 8, образующаяся пульпа поступает через проходку 3' в пространство между трубными досками фильтра. Вода проходит через подложку и щелевые фильтры в калач 1'-2' и далее через клапан А в монжус К-1, а смола оседает на подложке фильтра. Фильтр третьего контура можно загружать аналогичным образом, установив калачи 8'-10' и 9'-7'. Однако на практике целесообразнее установить в проходку 3' воронку, через которую из транспортной емкости подавать смолу, смывая ее небольшим количеством воды из ЦВВЧ с помощью гибкого шланга. Это позволяет заметно уменьшить количество радиоактивной воды в монжусах.

Дата добавления: 2015-07-20