Трубопроводы АЭС

Соединение между собой отдельных агрегатов АЭС для транспортировки теплоносителя требует большого числа трубопроводов. Кроме главных существует большое количество вспомогательных трубопроводов различных диаметров и назначений. Все трубопроводы и устанавливаемую на них арматуру, различают по назначению и основным показателям, например, трубопроводы главного циркуляционного контура, вспомогательные реакторного контура, активной пульпы, питательные и конденсатные, острого и отборного пара, дренажные и др. Различают также трубопроводы по параметрам (давление, температура), степени радиоактивности, движущейся в них среде (вода, пар, пароводяная смесь, воздух и др.), периодичности работы (непрерывная работа, периодическое включение). Наиболее важны главные трубопроводы, непосредственно связанные с технологическим процессом на станции. По этим трубопроводам проходит радиоактивная среда с наибольшими параметрами и расходами. Проектированию трубопроводов атомной станции должно уделяться большое внимание, так как стоимость их достигает 10% от общей стоимости оборудования станции, а от надежности их эксплуатации во многом зависит надежность работы всей станции в целом. На электростанциях в основном используют бесшовные трубы (холоднотянутые и горячекатаные) и лишь для циркуляционных водоводов и некоторых вспомогательных трубопроводов - сварные. Марки сталей для труб, по которым транспортируют коррозионно-неагрессивные среды, зависят от температуры среды. При температурах до 450 °С используют углеродистые стали 10 и 20. В интервале температур 450 – 570 °С - стали перлитного класса, легированные хромом 0,5 - 2%, молибденом 0,3 - 1% и ванадием 0,2 - 0,4%; наиболее распространены стали 12Х1МФ и 15Х1М1Ф. Такие же стали можно использовать и для температур ниже 450 °С, если диаметр трубопроводов значителен и целесообразно уменьшать толщину стенок (например, паропроводы насыщенного пара, подводимые к турбинам). Для более высоких температур (до 620 °С) можно применять нержавеющие мартенситно-ферритные стали с высоким содержанием хрома, например ЭИ-756 (11% Сг, 2% W, 0,7% Мо, 0,2%V). Наиболее жаропрочны и жаростойки стали аустенитного класса; больше всего в атомной энергетике распространена сталь типа ОХ18Н10Т. Однако в эксплуатационных условиях при высоких температурах она оказалась недостаточно надежной из-за процесса старения. Аустенитные стали обладают наиболее высокой общей коррозионной стойкостью, что важно при транспортировке коррозионно-агрессивных сред, например в системах дезактивации. Стали различных классов существенно отличаются по стоимости. Отношения стоимостей углеродистых, перлитных легированных и аустенитных сталей составляют примерно 1:2,5:10(15), поэтому повышение температуры, вызывающее изменение класса сталей, приводит к значительному удорожанию трубопроводов. Для трубопроводов АЭС, за исключением главного циркуляционного контура реактора, применяют стали перлитного класса - легированные для участков насыщенного и перегретого пара и углеродистые для остальных участков. Для трубопроводов главного циркуляционного контура используют в основном нержавеющие аустенитные стали, что существенно удорожает оборудование AЭC, поэтому для трубопроводов очень больших диаметров применяют перлитные стали с плакировкой изнутри нержавеющей аустенитной сталью. Основное назначение плакировки - защита перлитной стали от эрозии, которая может иметь место в связи со значительными скоростями воды. Стали и сортамент труб для некоторых трубопроводов АЭС приведены в табл. 1.

Все трубопроводы, температура среды в которых выше 45 °С, имеют тепловую изоляцию с температурой на ее поверхности 45 – 48 °С. На швах и в местах сварки теплоизоляция должна допускать ее быстрый съем и восстановление. Наиболее важные трубопроводы имеют металлическую обшивку (листовым алюминием или оцинкованной сталью). Размеры трубопроводов указываются в миллиметрах и обычно обозначаются дробью (или произведением): в числителе - наружный диаметр, в знаменателе - толщина стенки. Так, размеры трубопроводов главного циркуляционного контура для первой очереди Нововоронежской атомной станции - 550/25 (550х25), а для третьей очереди той же станции - 560/30 (560х30). Внутренний диаметр труб принимают в зависимости от расхода и скорости среды, а необходимую толщину стенки и наружный диаметр трубопровода - исходя из расчета на прочность.

Таблица 1

Реактор	Наименование трубопровода	Наружный диаметр и толщина стенки труб , мм	Марка стали
ВВЭР-1000	Главный циркуляционный трубопровод Ду 850 мм	930 50	10ГН2МФА
Трубопроводы САОЗ Ду 350 мм Ду 300 мм	426 40 351 36	10ГН2МФА
Трубопроводы системы компенсации	426 20 219 19, 219 16	08Х18Н10Т
Паровой коллектор трубопровода второго контура	630 25
ВВЭР-440	Главный циркуляционный трубопровод Ду 500 мм	550 25, 562 32	08Х18Н10Т
Трубопровод Ду 200 мм системы компенсации	245 18
Трубопровод впрыска и сброса	108 9, 159 12
РБМК-1000	Главный трубопровод Ду 800 мм контура многократной принудительной циркуляции (КМПЦ)	848 48, 836 42, 858 53	22К или другая подобная сталь
Коллекторы Ду 800 мм трубопровода КМПЦ	900 60, 900 70
Коллекторы Ду 900 мм трубопровода КМПЦ	1040 70
Опускные трубопроводы Ду 300 мм контура КМПЦ	325 15	08Х18Н10Т
Трубопровод Ду 70 мм пароводяной коммуникации (ПВК)	76 4
	Трубопровод Ду 50 мм нижней водяной коммуникации (НВК)	56 3,5
Паропровод	426 22
БН-600	Натриевые трубопроводы	876 13, 820 13, 636 13, 630 13, 245 11, 219 10	08Х19Н9
Главный паропровод	325 30, 219 25	12Х1МФ

Полный сортамент труб для трубопроводов АЭС приведен в табл. 2.

Таблица 2

Параметры рабочей среды: рном, кгс/см^2, t, ^0C	Условный проход Ду, мм	Наружный диаметр и толщина стенки труб, , мм	Масса 1м трубы	Марка стали	ГОСТ, ТУ на сталь	ГОСТ, ОСТ, ТУ на сортамент труб
Бесшовные трубы
р=120; t=250 и р=86; t=300		16 2 28 3 32 3 38 3 57 3,5 89 6 108 6 133 8 159 9 219 13 273 16 325 19 426 24 530 28 630 25	0,69 1,85 2,15 2,59 4,72 12,56 15,45 26,38 35,63 70.66 108,5 153,41 254,62 354,63 375,00		ТУ 14-3-460-75	ОСТ 24.320.22-74
р=60; t=275		76 3,5 89 4 108 4,5 133 5 159 4 219 9 273 10 325 13 377 13 426 14 465 16	6,41 8,58 11,76 16,92 28,11 49,94 69,52 107,19 126,5 154,22 192,06		ТУ 14-3-460-75	ОСТ 24.320.22-74

Продолжение таблицы 2

р=180; t=360		14 2 18 2,5 25 3 32 3,5 38 3,5 57 5,5 76 7 89 8 108 10 133 12 159 15 219 20 273 25 377 36 426 40	0,6 0,96 1,64 2,47 2,97 7,02 11,98 16,07 24,3 36,0 53,6 98,7 153,8 304,5 383,0	08Х18Н10Т	ГОСТ 5632-72	ОСТ 24.320.23-74
р=140; t=350		108 10 133 12 159 15 219 20 273 25 377 36 426 40	19,85 30,5 43,75 101,36 125,52 179,2 242,4	08Х18Н10Т	ГОСТ 5632-72	ОСТ 24.320.23-74
р=93; t=290		57 4 76 4,5 89 5 108 6 133 7 159 8 219 11 242 12 273 14 325 16	5,26 7,98 10,42 15,2 21,9 30,0 56,75 69,35 89,94 122,64	08Х18Н10Т	ГОСТ 5632-72	ОСТ 24.320.23-74
p=40; t=200		108 5 159 6 273 8 325 9 377 12 426 13 530 16	12,77 22,77 52,6 70,55 108,65 133,2 204,0	08Х18Н10Т	ГОСТ 5632-72	ОСТ 24.320.23-74

Продолжение таблицы 2

р 22; t 300		14 2 18 2,5 25 3 32 2,5 38 3 57 3 76 4,5 89 5 108 5 133 6 159 6 220 7 219 11 273 11 325 12	0,6 0,94 1,64 1,83 2,6 4,02 7,98 10,42 12,78 18,9 22,78 37,0 56,79 71,5 90,2	08Х18Н10Т	ГОСТ 5632-72	ОСТ 24.320.23-74
Электросварные трубы
р 22; t 300		377 6 426 8 530 8 630 8 630 12 720 10 820 10 920 10 1020 10 1220 10	55,25 83,0 103,65 123,5 184,06 176,2 201,0 225,9 250,7 300,3	08Х18Н10Т	ГОСТ 5632-72	ОСТ 34.42.416-78 ТУ 95-349-75
р 22; t 300		530 8 630 8 720 8 820 9 920 10 1020 10 1220 11 1420 14 1620 14	104,5 124,5 142,6 182,7 227,9 252,8 332,9 492,7 564,0		ГОСТ 1050-74	ТУ 14-3-266-74

Трубопроводы работают в условиях переменных температур, как при нормальной эксплуатации, так и еще в большей мере при процессах остановки и расхолаживания, а также при разогреве и пуске после остановки. В результате изменения температуры среды меняется температура металла, а поэтому и длина трубопроводов. Если не обеспечить возможность свободного удлинения трубопроводов, то в их металле могут возникнуть дополнительные напряжения, величина которых зависит от температуры среды. Это в ряде случаев может привести к разрушению труб. Опоры распределяют по длине трубопроводов с обеспечением удлинения от неподвижных опор в сторону к подвижным опорам. Все стали перлитного класса имеют существенно меньший коэффициент линейного расширения, чем стали аустенитного класса (смотри таблицу). Поэтому для реакторных контуров предпочтительнее стали перлитного класса, тем более что чем больше диаметр трубопровода, тем труднее его трассировка с обеспечением самокомпенсации. У труб малого диаметра, например у змеевиков поверхности нагрева, легко обеспечить компенсацию удлинений, но так как коэффициент теплопроводности углеродистых сталей выше, то их применение целесообразно и для змеевиков. Длина труб, выпускаемых промышленностью, обычно 8 - 12м; длина трубопроводов всегда больше. Места соединений участков трубопроводов между собой, с арматурой и отдельными агрегатами в реакторных контурах требуют особого внимания. Все соединения сварные; фланцевые применяются в виде исключения. Ремонт трубопроводов первого контура чрезвычайно затруднителен, поэтому качеству сварки уделяется особое внимание, так как от этого во многом зависит срок службы трубопроводов. Необходимо также иметь в виду, что сварные соединения более подвержены коррозии, чем основной материал. Из этого следует, что необходимо точное соблюдение технологии сварки с последующей проверкой качества сварки современными методами контроля. Остаточные напряжения в сварных соединениях трубопроводов и технологического оборудования сокращают срок их эксплуатации. Трубопроводы контура многократной принудительной циркуляции соединяют с главным циркуляционным насосом и главной задвижкой также сваркой . На эти трубопроводы приходятся наибольшие весовые расходы. Количество воды, циркулирующей по контуру реактора, в 5-6 раз больше его паропроизводительности, отвечающей расходам в паропроводах и питательных трубопроводах. Так как контур многократной принудительной циркуляции имеет высокую радиоактивность, то необходимо проектировать его с максимальной простотой, минимальной протяженностью и высокой надежностью. При этом должна быть обеспечена возможность естественной циркуляции в режимах как плавного, так и аварийного расхолаживания. Трассировка внереакторных трубопроводов одноконтурных АЭС и трубопроводов второго контура двухконтурных, также должна быть максимально простой. Главные трубопроводы одноконтурных станций сооружают без застойных зон и участков резкого снижения скоростей, в которых могли бы образовываться отложения.

Дата добавления: 2015-08-20