ОЦЕНКА ПРИМИНЕНИЯ ПИТАТЕЛЬНЫХ НАСОСОВ С ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ И ТУРБОПРИВОДОМ НА АТОМНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТРАНЦИЯХ

EVALUATION OF THE APPLICATION OF ELECTRIC AND TURBO DRIVE FEEDING PUMPS ON NUCLEAR ELECTRIC STATION

Natalia Pokrovskaya

student, branch of National Research University MPEI in Smolensk,

Russia, Smolensk

Irina Kabanova

scientific adviser, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, branch of the National Research University MPEI in Smolensk,

Russia, Smolensk

АННОТАЦИЯ

В статье выполнено сравнение вариантов использования питательных насосов с электроприводом и турбоприводом на атомной электрической станции. Приведены достоинства и недостатки обоих вариантов, выполнен расчет, определяющий выгоду от использования. Определен наиболее оптимальный вариант.

ABSTRACT

The article compares the options for using feed pumps with electric drive and turbo drive at a nuclear power plant. The advantages and disadvantages of both options are given, a calculation is made that determines the benefits of use. The most optimal option has been determined.

Ключевые слова: турбопривод, электропривод, насос, атомная электрическая станция.

Keywords: turbo drive, electric drive, pump, nuclear power plant.

Питательный насосный агрегат предназначен для подачи питательной воды из деаэратора через систему регенерации высокого давления в парогенераторы во время работы блока на мощности [1].

В 3-ем поколении атомных станций с электрической мощностью более 500 МВт использовались питательные насосы с турбоприводом, в поколении 3+ в проекте предусмотрены питательные насосы с электроприводом. В данном разделе мы проведем сравнительный анализ использования тепловой схемы с двумя различными типами питательных насосов.

Недостатки применения схемы с турбопитательным насосом:

Турбопривод представляет собой турбину, работающую на параметрах, идентичных параметрам ЦНД основной турбины, вследствие чего возникают эксплуатационные особенности в управлении этим агрегатом как при развороте ТПН, так и в регулировании на мощности.

Регулирование турбины является электрогидравлическим, вследствие чего появляется целая система регулирования, рабочим телом которой является огнестойкое масло марки «Furquel». Смазка подшипников агрегата также осуществляется огнестойким маслом.

Так как рабочим телом привода является пар, отбираемый из цикла, то согласно расчетам тепловой схемы уменьшается КПД брутто, по расчетам КПД нетто почти равно с тепловой схемой с электропитательным насосом. Вероятность отказа, а особенно при наборе мощности превышает вероятность отказа электропривода.

В практике рассматривается выделение должности из числа оперативного персонала, осуществляющая контроль за работой ТПНа, что приводит к дополнительным затратам.

Достоинства системы питательных насосов с электроприводом:

Для работы энергоблока на номинальной мощности в работе участвуют четыре питательных насоса, а пятый находиться в резерве, что позволяет производить ремонт одного из насосов, не снижая нагрузки энергоблока.

Электродвигатель проще, чем турбопривод в эксплуатации, в результате чего отсутствует необходимость в дополнительном рабочем месте.

Смазка подшипников электродвигателя осуществляется тем же маслом и системой что и насоса, т е огнестойким маслом «ОМТИ», что удешевляет и упрощает систему смазки [3].

Итоговая стоимость комплектующих на 1 энергоблок мощностью 1200 МВт электрической мощности на 2021г для схемы с ТПН составляет 80 980 888,70 млн рублей [2; 4].

Итоговая стоимость комплектующих на 1 энергоблок мощностью 1200 МВт электрической мощности на 2021г для схемы с ПЭН составляет 83 096 848,60 млн рублей [2; 4].

Для подачи питательной воды от деаэратора в парогенератор используется система питательных наосов. В данном разделе мы рассмотрели две системы питательных насосов. В системе с турбопитательным насосом резервные единицы отсутствуют, что приводит вследствие отказа одного из насосов к снижению мощности турбоустановки до 60%. В случае использования системы с электропитательными насосами появляется резервная единица, разворачивание которой составляет секунды, вследствие чего снижение мощности энергоблока не требуется. Оценим надежность обоих систем, принимая время ремонта равным трое суток.

Годовая энерговыроботка оценивается, как :

                       (1)

где     

Недовыработка равняется:

                        (2)

Ущерб от недовыработки оценим, как:

                                                     (3)

где сумма электроэнергии:

Вероятность отказа:

                                                            (4)

где t – время работы привода, λ – интенсивность отказов ч ^-1.

Таблица 1.

Интенсивность отказов ч ^-1.

Рассчитаем ущерб от недовыработки схемы с турбопитательным насосом с учетом того, что за время службы станции будет работать в течение 60 лет, что равно 518 400 часов:

                  (5)

                                            (6)

Рассчитывать ущерб от недовыработки со схемой с электропитательным насосом не имеет смысла, так как в этой системе имеется резервирование и вероятность отказа ниже [5].

Срок окупаемости оценим следующим образом:

     (7)

Система подачи питательной воды в парогенератор является системой важной для безопасности и влияет на реактивность за счет температурного эффекта реактивности. Вследствие этого к системе предъявляются повышенные требования по надежности. В случаях рассмотрения тепловой схемы с применением в качестве привода к питательному насосу турбины поставить в резерв дополнительный насос становиться проблематично из-за высокой цены. В случае применения в тепловой схеме в качестве привода электродвигатель возникает возможность выполнить резервирование, в результате чего система становиться надежнее. К реакторам поколения 3+ предъявляются повышенные требования к бесперебойной и неизменяющейся по различным параметрам питательной воде.

Расчет тепловых схем показал, что КПД турбоустановки с учетом собственных нужд для питательного насоса с электроприводом на 0,24% меньше, чем для турбопитательного насоса, к тому же изначальные затраты на систему с ПЭН будут на 2 млн. 115 тыс. больше, однако расчет надежности показал, что срок окупаемости составит всего 3 года 1 месяц. Проектный срок службы составляет 60 лет.

Список литературы:

1. Андрианов, С.Г. Расчет тепловых схем атомных электрических станций: учебное пособие/ С.Г. Андрианов, А.Г. Ильченко, В.С. Каекин; ФГБОУВО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». – Иваново, 2016. –96с.
2. Васильченко Е.Г. Арматура энергетическая для АЭС и ТЭС: каталог-справочник/Е.Г. Васильченко, А.П. Майорова, И.П. Зубкова – научно-исследовательский институт экономики в энергетическом машиностроении, 1986. – 247 с., ил.
3. Пак П.Н. Насосы АЭС: Справочное пособие, Белоусов А.Я., Тимшин А.И. и др. Энергоатомиздат. 1989.— 328 с.
4. Территориальные единичные расценки на монтаж оборудования ТЕРм-2001 часть 12.
5. Токов, А.Ю. Вероятностный анализ безопасности атомных станций: учебное пособие/ А.Ю. Токов, В.С. Каекин; ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В. И. Ленина». – Иваново, 1991. – 48с.