СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПАРОГЕНЕРАТОРОВ С РУ ТИПА ВВЭР/PWR

Проведены расчеты основных технических характеристик горизонтальных и вертикальных моделей парогенераторов. На основе расчетов, составлена сводная таблица 1.

Таблица 1.

Основные технические показатели парогенераторов

Горизонтальные парогенераторы (ПГВ-440, ПГВ-1000, ПГВ-1000 МКО) характеризуются меньшими значениями теплового потока (229–828 МВт) и удельного теплового потока (88,86–124,33 кВт/м²) по сравнению с вертикальными (AP-1000 – 1700 МВт, SNP-140 – 2020 МВт; удельный тепловой поток 145,06–137,73 кВт/м²). Китайский вертикальный парогенератор SNP-140 превосходит отечественный ПГВ-1000 в 2,7 раза, а современный ПГВ-1000 МКО в 2,4 раза по показателям теплового потока. По значению удельного теплового потока вертикальные модели опережают горизонтальные в среднем в 1,2 раза. Это свидетельствует о более высоком уровне интенсификации теплообмена и возможностях вертикальных конструкций реализовывать большие мощности в единичном аппарате, что важно для крупных энергоблоков. Вертикальные парогенераторы имеют существенно большую массу самих парогенераторов и теплообменных элементов. Например, массы AP-1000 и SNP-140 (305 и 700 т) значительно превышает аналогичные показатели у горизонтальных ПГВ (163–355 т).Также из-за высокой мощности, китайский парогенератор имеет наибольшее значение массы теплообменного элемента, а именно 107,37 т. Наименьшую массу имеет ПГВ-440, а именно 28 т.

Сравнивая удельные массы, можно точно сказать, что преимущество остается за вертикальными вариантами.

Объём теплообменных элементов у вертикальных моделей также выше (251,32–317,93 м³ против 14,26–30,64 м³ у горизонтальных), что указывает на увеличение поверхностей теплообмена и, как следствие, на рост материалоёмкости и габаритов оборудования.

С точки зрения коэффициента удержания теплоты для всех парогенераторов значение εq находится в узком диапазоне 0,9297–0,935. При этом парогенераторы западного и китайского типа (AP-1000, SNP-140) существенно превосходят российские ПГВ по тепловой мощности, как по Q₁ (номинальная), так и по Q₂ (полезная). Разница между Q₁ и Q₂ отражает тепловые потери в парогенераторе. У всех моделей потери составляют порядка 6,5–7% от подведённой мощности, что соответствует современным требованиям к эффективности.

Эксергетический КПД, для вертикальных парогенераторов получился больше, чем для горизонтальных. Пиковое значение имеет китайский ПГ (95,3), а наименьшее российский ПГВ-1000 (91,5).

Горизонтальные модели имеют огромное преимущество перед вертикальными моделями в показателях энергетической эффективности. Наибольшее значение имеет ПГВ-1000 (380), а наименьший западный парогенераторов АР-1000 (249).

Если сравнивать критерий Кирпичева, который является аналогом показателя энергетической эффективности, то значения это показателя для парогенераторов лежат в интервале значений (0,035-0,054). Однако горизонтальные модели имеют достаточное преимущество перед вертикальными парогенераторами.

Коэффициент теплопередачи у вертикальных ПГ (AP-1000 — 8141 Вт/(м²·К), SNP-140 — 8608 Вт/(м²·К)) значительно превышает аналогичный показатель у горизонтальных моделей (4039–4973 Вт/(м²·К)). Это отражает более эффективную организацию теплообмена, что достигается за счёт оптимизации конструкции трубных пучков и использования современных материалов.

Анализ коэффициента использования массы (km) показывает, что вертикальные парогенераторы более рационально используют конструкционные материалы. Для AP-1000 и SNP-140 коэффициенты km составляют 134,92 и 156,44 Вт/(кг·К) соответственно, что почти в три раза выше, чем у ПГВ-440 (63,86 Вт/(кг·К)).

Также были получены значения коэффициентов компактности для каждого ПГ. Горизонтальные модели имеют показатели от 13,5 до 32,49 против 29 – 31,14 для вертикальных ПГ. KFV показывает насколько массогабаритным получается ПГ, западные и китайские модели получаются несколько больше, чем отечественные ПГВ.

Для более эффективной и наглядной оценки парогенераторов по техническим показателям было разработано приложение, которое написано на языке высокого уровня программирования Python.

В данном приложении, пользователю предлагается вводить технические показателя его парогенератора, после ввода показателей, выводится сводная таблица, в которой представлены всех показатели его ПГ и баллы, начисленные по каждому показателю. У каждого значения есть свой весовой коэффициент, программа умножает полученные баллы на соответствующие весовые коэффициенты, тем самым появляется объективная оценки. Далее баллы за каждый показатель суммируются и выводится итоговая оценка ПГ. Максимально число баллов, которое может получить парогенератор – 100.

Определение весовых коэффициентов было реализовано при помощи метода линейного ранжирования по формуле Фишберна. Этот метод прост и хорошо подходит, для упорядоченного ряда критериев по важности.

Ранги технических показателей с обоснованиями, представлены в таблице 2.:

Таблица 2.

Распределение рангов

С учетом рангов показателей, проведем расчет весов. При n = 14 (Так как имеем два показателя приведенной мощности и два показателя критерия Глазера) сумма показателей важности:

Тогда вес для критерия с рангом i будет равен:

В итоге получаем весовые показатели для каждого технического параметра. Например, эксергетический КПД – 0,133 (самое большое значение), а критерий Глазера для 2 контура – 0,010 (самое маленькое значение).

Далее программа выдает балл показателя, а затем умножает на вес этого показателя, тем самым получается объективная оценка каждого значения.

С помощью программы рассчитаны баллы для каждого парогенератора и запишем результаты в таблицу 3.:

Таблица 3.

Распределение баллов между парогенераторами

По таблице 3. видно, что первое место занимает вертикальный парогенератор SNP-140, а на последнем месте ПГВ-440.

Однако если рассматривать только технические показатели, можно получить не совсем точный сравнительный анализ для парогенераторов. Поэтому, c практической точки зрения, как отмечают специалисты, при эксплуатации вертикальных ПГ выявляется ряд проблем, связанных с габаритами и логистикой.

Список литературы:

1. Гумилева М.Г. Конструкторский и поверочный расчет парогенераторов АЭС: учебное пособие / М.Г. Гумилева – Москва, 1984. – 52 c.
2. П.И. Бажан Справочник по теплообменным аппаратам: учебное пособие / П.И. Бажан, Г.Е. Каневец, В.М. Селиверстов – Москва, 2016. – 59 с.
3. А.М. Петросяьянц Атомная наука и техника СССР: книга / А.М. Петросяьянц – Москва, 1987. – 312 с.
4. Н.Г. Рассохин Парогенераторные установки атомных электростанций: учебник для вузов / Н.Г. Рассохин – Москва, 1987. – 384 с.
5. АЭМ-ТЕХНОЛОГИИ РОСАТОМ: официальный сайт. – Москва. –URL:https://www.aemtech.ru/production/atomic_industry/steam_gen/?ysclid=mau5dpex8n29475549
6. Парогенераторы АЭС, Конструкция ПГВ: сайт / Лекция 8. – URL: https://ppt-online.org/181917?ysclid=m9iur5dphd352785514
7. В.В. Сорокин Парогенераторы атомных электрических станций: методические указания / В.В. Сорокин, Н.Б. Карницкий – Минск, 2020. – 239 с.
8. Б.И. Лукасевич Парогенераторы реакторных установок ВВЭР для атомных станций: книга / Б.И. Лукасевич, Н.Б. Трунов, Ю.Г. Драгунов, С.Е. Давиденко, 2004. – 391 c.
9. Спиридонов С.Б., Булатова И.Г., Постников В.М. Анализ подходов к выбору весовых коэффициентов критериев методом парного сравнения критериев // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 9, №6 (2017). – URL: https://naukovedenie.ru/PDF/16TVN617.pdf
10. W.E. Cummins Westinghouse AP1000 Advanced Passive Plant: статья / W.E. Cummins, M.M. Corletti, T.L. Schulz, 2003. – 10 с.
11. New construction milestones for AP1000 units: статья. – URL: https://www.powermag.com/new-construction-milestones-ap1000-units/
12. Китайский конкурент Корейского конкурента: статья. – URL: https://tnenergy.livejournal.com/27563.html?ysclid=m7oqhsioaj128880707