Корабельный блок отопителя

Изобретение относится к атомной энергетике, теплотехнике и может быть использовано для обогрева военных и гражданских объектов. Устройство содержит дроссельные устройства, секции рекуперативного теплообменника, насос или насос с винтом регулируемого шага, дистанционно управляемую арматуру, комплект датчиков и сигнализаторов, систему автоматического регулирования. Дроссельными устройствами, установленными на входе пара в секции теплообменника, и системой автоматического регулирования с предохранительными клапанами всегда обеспечивают давление пара ниже давления сетевой воды. Изобретение направлено на повышение эффективности использования ядерного топлива атомных подводных лодок и атомных ледоколов за счет сжигания ядерного топлива, оставшегося в конце активной кампании активной зоны и перед утилизацией атомной подводной лодки или корабля для отопления. 1 ил.

 

Изобретение относится к атомной энергетике, к теплотехнике с новым способом использования ядерной энергии атомной подводной лодки (АПЛ) в конце кампании и при утилизации. Может быть использовано при производстве тепловой энергии для отопления прибрежных объектов, военных баз, предприятий, аварийных поселков и других.

- В Швейцарии, на фирме "Бецнау", от реактора мощностью 350 МВт в течение 17 лет существует система отопления поселков (мощность 100 МВт обеспечивает теплом 20 тыс. жителей), реактор введен в 1971 году.

- "Зарубежные атомные электростанции", выпуск 24, стр. 53, Москва, 1988 г. (1), "Атомная техника за рубежом", №12, стр. 17, Москва, 1994 г.

- На ПО "Балтийский завод" изготавливается плавучая атомная станция (ПАС) для отопления и электроснабжения поселка, тепловая мощность реакторов 300-500 МВт -"Морской флот", №11, стр. 21-23, Москва, 1991 г. (2).

- Срок службы российских реакторов в Финляндии продлевается фирмами TVO, IVO до 45-60 лет. - "Атомная техника за рубежом" - №10, стр. 32, 1997. Такую же тепловую мощность имеют ППУ АПЛ и крейсеров - А.С.Павлов, "Военные корабли СССР и России 1945-1995 г.", справочник, стр. 20-26, Якутск, 1994 г. (3).

В качестве прототипа изобретения принимаем А.С. №1322883 "Способ эксплуатации атомной теплоэлектроцентрали", МПК G 21 D 3/08, в нем указывается, что для подогрева сетевой воды используется отборный пар из турбины, регенеративный подогреватель высокого давления, пиковый подогреватель. То есть авторы идут по обычному пути повышения КПД, способ сравнительно дорогой.

В предлагаемом способе намеренно незначительно теряем в КПД на дросселирование пара до давления ниже давления сетевой воды с целью получения безопасного и высокоэкологичного производства горячей воды в блоке отопителя на корабле.

Цель изобретения - повышение эффективности использования ядерного топлива корабельной паропроизводящей установки (ППУ) за счет дожигания его остатка (когда запуск реактора возможен специальными методами) в конце кампании активной зоны (АЗ) и при утилизации АПЛ для отопления гражданских и военных объектов, в стационарном режиме работы реактора. На кораблях всегда имеет место нестационарность процессов управления реактором, приводящая к отсутствию запаса реактивности в конце кампании АЗ при неизрасходованном примерно до трети ядерном топливе - наступает момент, когда остатка ядерного топлива недостаточно для выполнения служебных функций корабля, АПЛ.

На палубе АПЛ или в районе спецотсека в контейнере размещается изображенный на схеме блок отопителя, состоящий из гребенки дросселей поз.2, 3, 4, трех секций рекуперативного теплообменника поз.18, насоса или насоса с винтом регулируемого шага поз.12, фильтра поз.14, дистанционно управляемой арматуры поз.13, перепускных клапанов поз. 8, 9, 10, и комплекта датчиков (уровня АД-3Р-О поз. 15, температуры КМ-140-М-402-ОМЧ поз.16, давления пара 44СА12В-16-1,6 МПа - 0,8 МПа - 10 поз.5, 6, 7, давления воды 44СА32Н-14-1,6 МПа - 0,9 МПа - 10 поз.11, наведенной активности БДМГ поз.17) и быстросрабатывающих запорных клапанов поз.1.

Схема работает следующим образом.

В межтрубную полость секций теплообменника 18 подается сдросселированный до 0,2 МПа, 0,4 МПа, 0,8 МПа пар с тройника спецпомещения, а конденсат сбрасывается в главные конденсаторы (ГК), и/или конденсатным насосом направляется в систему питательной воды. При этом все системы ППУ работают в штатном режиме.

В целях обеспечения экологичности, то есть чтобы сделать невозможными протечки с АПЛ в систему отопления и для постоянного прижима трубок к трубным доскам, применена следящая система автоматического регулирования (CAP). В CAP входят сигнализаторы: на отопительной воде 44СА32Н-14-1,6 МПа - 0,9 МПа - 10 поз.11, открывающий предохранительные клапана поз.8, 9, 10 при давлении меньше 0,9 МПа, и на сдросселированом паре 44СА12В-16-1,6 МПа - 0,8 МПа - 10 поз.5, 6, 7, каждый из которых открывает соответственно предохранительный клапан поз.8, 9,10 при давлении больше 0,8 МПа.

На входе и выходе пара второго контура в блок отопителя устанавливаются быстросрабатывающие аварийные задвижки поз.1, которые срабатывают от сигнализатора отсутствия сетевой воды поз.15 и с пульта оператора.

Отладку системы и основных параметров произвести на стенде котельной высокого давления.

В отопительном контуре теплообменника за счет регулирования подачи насоса дросселированием исключить парообразование во избежание засоления. Схему запитать от корабельного турбогенератора. Показания датчиков вывести на пульт оператора энергетической установки.

В целях унификации оборудования для всех АПЛ рассчитывается самый мощный вариант для проекта 941 "Акула", тепловой мощностью 2·184 МВт - (3), стр. 20. Рекуперативный теплообменник состоит из трех секций, каждая из которых ГК. Корпус всех секций испытать давлением Рпр.=2,5/5,8 МПа, он является объектом Госгортехнадзора. Для поверхности теплообмена секции использованы трубки из ДКРМ 16·1.5 МНЖМц 30-1-1, ТУ48-21-723-81 в количестве 3259 штук, длиной 4995 мм (или мельхиоровые).

Расчет поверхности теплообмена блока отопителя и термодинамических параметров произведен на кафедре ССУ Северодвинского филиала Санкт-Петербургского Морского Технического Университета в соответствии с типовым расчетом из "Справочника энергетика промышленного предприятия", том 3, теплоэнергетика, под редакцией В.Н.Юренева, стр. 270-278, Москва, Энергия, 1965 г. Расчет показал, что расход сетевой воды составляет от 200 до 2138 т/час в зависимости от введенной мощности реакторов и характеристики сети, давление пара по секциям соответственно 0,2 МПа, 0,4 МПа, 0,8 МПа. Поверхность теплообмена обеспечивает необходимый 10% запас.

Производительность насоса отопительной воды поз.12 и соответственно количество секций теплообменника рассчитывается по характеристике сети для каждого объекта индивидуально.

Возможно применение других теплообменников.

Среды направлены в многократный перекрестный ток. Патрубки и трассировка трубопроводов обеспечивают сток конденсата в ГК и удаление паровых пузырей в отопительном контуре за счет уклона; секции теплообменника собрать в блок через проставыши диаметром, соответствующим цилиндрической части корпуса ГК.

Количество секций теплообменника является вопросом КПД, если трубки мельхиоровые, можно сократить с учетом характеристики сети.

Основные преимущества режима работы блока отопителя:

- выполняется экологически безопасным (вследствие постоянного превышения давления сетевой воды над давлением сдросселированного пара отсутствуют просачивание, микротечи в сетевую воду) способом отопление объектов за счет недожигаемого ранее остатка ядерного топлива АПЛ (корабля) - это сотни дней в отопительном режиме;

- стоимость изготовления блока отопителя ниже в сотни раз изготовления плавучей атомной станции (ПАС) за счет высокой унификации деталей с утилизируемых АПЛ, а функции по отоплению выполняет в том же объеме и экологичнее;

- режим работы на малых давлениях значительно более безопасен (что важно на корабле), а минимальный перепад давления на трубках секции теплообменника и неагрессивная среда продлевает их службу, предотвращает растрескивание.

Теплоэнергетическая безопасность обеспечивается низким давлением сдросселированного пара до 0.8 МПа и срабатыванием задвижек поз.1 от сигнализатора отсутствия сетевой воды поз.15 и оператором энергетической установки.

Ядерная безопасность - тем, что на АПЛ ничего не меняется, обеспечено функционирование всех корабельных систем в штатном режиме.

Экологическая безопасность - постоянным превышением давления сетевой воды над давлением сдросселированного пара в теплообменнике (отслеживается автоматикой). Активность по воде четвертого контура не превышает фоновых значений.

Блок отопителя размещается в контейнере с узлами погрузки и крепления, со съемной крышей. На бортовых стенках нанести метровым шрифтом название КОТ, координаты центра тяжести, дату следующего испытания и эмблему зеленой планеты.

При аварийной ситуации (замерзании) в жилом поселке 20 тыс. чел. у мыса Шмидта подавался пар напрямую с АПЛ на обогрев. Это чрезвычайно опасно, так как возможно загрязнение второго контура, и совсем опасно с точки зрения экологии. Корабельный блок отопителя цивилизованно решает эту задачу.

Предложенный способ выгоден при утилизации ППУ АПЛ, так как блок отопителя почти целиком может быть собран из утилизируемых частей.

Дожигание остатка ядерного топлива кораблей является альтернативным источником тепловой энергии при недостаточном объеме северного завоза. Имеются неиспользуемые остатки ядерного топлива в АЗ кораблей, пригодные для выработки тепловой энергии.

Потребительские свойства блока отопителя очень велики: АПЛ или корабль приходит в экологически чистый район, обеспечивает экологически чистым теплом и по окончании контракта уходит, увозя все радиоактивные отходы на базу для переработки.

Корабельный блок отопителя, перерабатывающий тепловую мощность судовой атомной установки в горячую сетевую воду, содержащий дроссельные устройства, секции рекуперативного теплообменника, насос или насос с винтом регулируемого шага, дистанционно управляемую арматуру, комплект датчиков и сигнализаторов, систему автоматического регулирования, причем дроссельными устройствами, установленными на входе пара в секции теплообменника, и системой автоматического регулирования с предохранительными клапанами всегда обеспечивают давление пара ниже давления сетевой воды.