close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

OTCHET 2 ETAP 1 UCEWP YUAES Vers2

код для вставкиСкачать

Академия технологических наук Украины
Украинский центр экологических и водных проектов
УТВЕРЖДАЮ
Генеральный директор ОП ЮУ АЭС _______________В.В. Ким "_____" ____________ 2008 г.СОГЛАСОВАНО Директор УЦЕВП АТН Украины _________________Л.Ф. Удовенко "_____" __________ 2008 г. ИНФОРМАЦИОННЫЙ ОТЧЕТ по договору № 2-Ю/07 от 30.11.2007 "Расчеты гидротермических и гидрохимических показателей режима Ташлыкского водоема охладителя методами трехмерного моделирования с учетом расширения ТГАЭС"
ЭТАП № 1: "Проведение методами моделирования прогностических расчетных оценок влияния проектных и других возможных технических решений на гидротермические и гидрохимические режимы ТВО в условиях работы энергоблоков №1,2,3 ЮУ АЭС"
От ЗАКАЗЧИКА ОТ ИСПОЛНИТЕЛЯ Начальник управления по новым проектам и инвестициям __________________О.Н. Кориков
Зам. директора УЦЭВП по научной работе _________________Железняк М.И Научный руководитель работ по договору, проф. ________________Мадерич В.С..
Киев - 2008
Список исполнителей
УЦЭВП
1. Железняк М.И. к.ф.м.н. Руководитель проекта.
2. Мадерич В.С. д.ф.-м.н, проф. Научный руководитель работ по проекту.
3. Кошебуцкий В.И. Руководитель группы, ответственный исполнитель по направлению моделирование гидротермодинамики водоема.
4. Беженар Р.В. научный сотрудник, ответственный исполнитель по направлению трехмерное моделирование качества воды водоема.
5. Бровченко И.А. к.ф.-м.н., старший научный сотрудник исполнитель по направлению трехмерное моделирование водоема.
6. Терлецкая Е. К. к.ф.-м.н., старший научный сотрудник исполнитель по направлению трехмерное моделирование водоема.
7. Зелинский С.А. научный сотрудник , исполнитель по направлению трехмерное моделирование качества воды водоема.
8. Дзюба Н.Н. старший научный сотрудник, ответственный исполнитель по направлению долгосрочное моделирование минерализации 9. Удовенко О.И. научный сотрудник, ответственный исполнитель по направлению ГИС обработка информации. ИГМ 1. Гаев Е.В. д.т..н., проф. научный руководитель по направлению
2. Савченко Ю.Н. д.т..н., чл-кор. НАНУ, ведущий научный сотрудник
3. Шквар Е.А. к.ф.-м.н., ведущий специалист
4. Козлова Т.В. к.ф.-м.н., инженер-программист
СОДЕРЖАНИЕ
1.ВВЕДЕНИЕ4
1. СЦЕНАРИИ ВХОДНЫХ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТНЫХ ОЦЕНОК ВЛИЯНИЯ ПРОЕКТНЫХ И ДРУГИХ ВОЗМОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ НА ГИДРОТЕРМИЧЕСКИЕ И ГИДРОХИМИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ ТВО6
1.1. ВВЕДЕНИЕ6
1.2. БАТИМЕТРИЯ ТВО, РАСХОДЫ И ПЕРЕПАД ТЕМПЕРАТУРЫ ВОДЫ В КОНДЕНСОРАХ.6
1.3 РЕЗЕРВУАР ГАЭС10
1. 4 МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ10
1.5 ПРИТОК ВЫДЫ ИЗ БАЛКИ ТАШЛЫК И ПОДПИТКА ИЗ ЮЖНОГО БУГА13
1.6 ПАРАМЕТРЫ КАЧЕСТВА ВОДЫ14
СПИСОК ЛИТЕРАТУРА К ГЛАВЕ 114
2.РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЕКТИРУЕМЫХ БРЫЗГАЛЬНЫХ БАССЕЙНОВ АЭС15
2.1. ВВЕДЕНИЕ15
2.2. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ ГЕНЕРАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВЩИКА, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ТРЕХМЕРНОМ МОДЕЛИРОВАНИИ15
2.3 МЕТОДИКА РАСЧЕТА ЭФФЕКТИВНОСТИ БРЫЗГАЛЬНЫХ БАССЕЙНОВ ИГМ НАНУ16
2.3.1 Введение16
2.3.2 История вопроса18
2.3.4 Учет потери охлаждающей способности БСО вдоль ветра.23
2.2.5 Исходные данные для расчета БСО ЮУ АЭС.26
2.2.6 Предложения по выбору эффективного разбрызгивающего сопла.27
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К ГЛАВЕ 228
ПРИЛОЖЕНИЯ К ГЛАВЕ 2.30
3. УТОЧНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТВО ПО ДАННЫМ СПУТНИКОВЫХ СНИМКОВ, ОБРАБОТАННЫХ УЦЗМР32
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ НА ДОЛГОСРОЧНУЮ ДИНАМИКУ МИНЕРАЛИЗАЦИИ В ТВО35
4.1МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ НА ДИНАМИКУ ВОДНОГО БАЛАНСА.35
4.2МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ НА ДОЛГОСРОЧНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ МИНЕРАЛИЗАЦИИ ТВО.36
ВЫВОДЫ40
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К ГЛАВЕ 441
5. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ ИЗМЕНЕНИЙ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ТВО И ДИНАМИКИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ВОДЫ ТВО ПОСЛЕ ПЕРЕНОСА ОТСЕКАЮЩЕЙ ДАМБЫ ТГАЭС И ВВОДА В ЭКСПЛУАТАЦИЮ БРЫЗГАЛЬНЫХ БАССЕЙНОВ.42
5.1 МОДЕЛИРОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ТВО ПОСЛЕ ПЕРЕНОСА ОТСЕКАЮЩЕЙ ДАМБЫ ТГАЭС.42
5.2 МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА И КАЧЕСТВА ВОДЫ В ТВО ПОСЛЕ ПЕРЕНОСА ОТСЕКАЮЩЕЙ ДАМБЫ ТГАЭС И ВВОДА В ЭКСПЛУАТАЦИЮ БРЫЗГАЛЬНЫХ БАССЕЙНОВ.50
ВЫВОДЫ63
1. Введение Ташлыкский водоем охладитель ЮУ АЭС работает в тяжелом термическом режиме. Его охлаждающей способности недостаточно для работы 3-х энергоблоков станции. Проектом достройки Ташлыкской ГАЭС для обеспечения работы гидроагрегатов №№ 3 - 6 предусмотрено увеличение верхового водоема ТГАЭС за счет отсечения части Ташлыкского водохранилища путем строительства глухой отсечной плотины. Уменьшение площади Ташлыкского водоема охладителя увеличит дефицит охлаждающей способности водохранилища. Нет детализированног прогноза изменения гидротермических и гидрохимических показателей ТВО.
В рамках работ, в соответствии с настоящим договором методами моделирования необходимо выполнить прогностические оценки влияния проектных и других возможных технических решений на гидротермические и гидрохимические режимы ТВО.
Работа выпоняется на основе следующих документов > Письмо Генерального директора ОП "Южно-Украинская АЭС" Кима В.В. № 84/79-99 от 27.06.2007 > Протокол совещания "Исследование Ташлыкского водохранилища в аспекте перспективного развития Южно-Украинского энергокомплекса", которое состоялось на площадке ОП ЮУ АЭС 06.06. 07 > Проектные решения по достройке ТГАЭС и реконструкции системы технического водоснабжения ЮУ АЭС. В рамках предшествующего договора № 1-Ю/07 от 20.08.2007 "Проведение комплексного анализа гидротермодинамического режима, переноса минеральных и загрязняющих веществ в Ташлыкском водоеме -охладителе (ТВО) на основе натурных исследований. Разработка трехмерной математической модели ТВО и ее тестирование" Украинский центр экологических и водных проектов АТН Украины, c привлечением субподрядчиков провел комплексный анализа существующего гидротермодинамического режима и переноса минеральных и загрязняющих веществ в Ташлыкском водоеме -охладите (ТВО) на основе натурных исследований и разработал трехмерные математические модели ТВО, тестированные ой на основе данных мониторинговых и дистанционных спутниковых измерений. В рамках настоящего договора эти модели применяются для анализа последствий проектных решений по реконтсрукии ТВО,
В соответствии с Договором отчетным материалом по первому этапу работ является Инормаионный отчет, а полный отчет по обеим этапам договора представляется по завершению договора.
Настоящий Информационный отчет включает следующих 6 разделов
В первом разделе расмотрены сценарии входных гидрометеорологических условий, используемые для расчетных оценок влияния проектных и других возможных технических решений на гидротермические и гидрохимические режимы ТВО Во втором разделе представлены предварительные результаты субподрядчика Института гидромеханики НАН Украины по предварительным результатам расчетной оценки эффективности проектируемых брызгальных бассейнов АЭС В третьем разденле представлены начальные результаты взаимодейтсия по тематике настоящего договора УЦЭВП с Украинским центром менеджмента земли и ресурсов, который недавно начал выполнение договора с ЮУ АЭС по обработке спутниковых снимков региона ЮУАЭС.
В четвертом разделе представлены результаты моделирование влияния проектных решений на долгосрочную динамику минерализации в ТВО
В пятом разделе рассматриваются результаты расчетов изменений теплового режима ТВО и динамики показателей качества воды ТВО с существующей перемычкой ТГАЭС и ввода в эксплуатацию брызгальных бассейнов. В заключитеьном шестом разделе Информационного отчета представлены результаты расчетов изменений теплового режима ТВО и динамики показателей качества воды ТВО после переноса отсекающей дамбы ТГАЭС и ввода в эксплуатацию брызгальных бассейнов. ( ВК, РБ)
Более детальное представление результатов этапа будет сделано в Заключительном отчете по договру в сравнении результатов для 3х и 4х работающих блоков АЭС
1. Сценарии входных гидрометеорологических условий, используемые для расчетных оценок влияния проектных и других возможных технических решений на гидротермические и гидрохимические режимы ТВО
1.1. Введение В соответствии с техническим заданием для принятия оптимального технического решения по водоснабжению ЮУ энергокомплекса в контексте задач по его расширению, расчеты выполняются на основе трехмерной математической модели.
1.1 Выполнение расчета изменений теплового режима ТВО и динамики показателей качества воды ТВО после переноса отсекающей дамбы ТГАЭС и ввода в эксплуатацию брызгальных бассейнов.
1.2 Выполнение расчета изменений теплового режима ТВО и динамики показателей качества воды ТВО с существующей перемычкой ТГАЭС и ввода в эксплуатацию брызгальных бассейнов.
1.3 Выполнение расчета изменений теплового режима ТВО и динамики показателей качества воды ТВО с существующей перемычкой ТГАЭС после ввода в эксплуатацию брызгальных бассейнов и сооружения обводного канала.
1.4 Выполнение расчета изменений теплового режима ТВО и динамики показателей качества воды ТВО в случае ликвидации существующей перемычки ТГАЭС с ТВО и вводом в эксплуатацию брызгальных бассейнов.
1.5 Выполнение расчета изменений гидродинамического режима ТВО в процессе строительства перегораживающей (отсечной) плотины общей длиной 610 м максимальной высотой около 44 м в Ташлыкском водохранилище. Плотина располагается за автодорожным мостом на расстоянии около 200 м от глубинного водозабора ЮУАЭС.
Расчеты проводились с использованием батиметрии ТВО по данным измерений глубин приведенных в отчете по Договору 1. Метеорологические параметры соответствали июлю среднего года согласно отчету [1]. 1.2. Батиметрия ТВО, расходы и перепад температуры воды в конденсорах.
Соответственно расчетным сценариям рассматриваются три батиметрии ТВО:
Существующая батиметрия (рис. 1.1)
Батиметрия с новой перемычкой для ГАЭС (Рис. 1.2)
Батиметрия без дамб ГАЭС (Рис.1.3)
Необходимо иметь в виду различия в парметрах ТВО, принятых в расчетах [1] и измерениях проведенных в сентябре 2007. Согласно измерениям площадь ТВО составляла 7.3 км2 , а площадь ТВО после создания перемычки сократится до 6.3 км2 . В то же время в [1] площадь составляла 8.3 км2, а расчеты проводились для ТВО площадью 7.1 км2 после строительства перемычки.
Перепад температуры в конденсоре . Расходы воды даны в таблице 1.1. Расход воды на брызгальные басейны равен 77.35 м3/с
Перепад температуры на брызгальных бассейнах выбирается соответственно данным расчетов бассейнов. В сценарии 4 температура и потоки воды в бассейнах и в конденсоре задавались по данным [1].
Табл. 1.1 Сценарии моделирования теплового режима ТВО при различных проектных решениях
Номер сценарияКоличество блоковБатиметрия Расход воды с блоковБрызгальные бассейныСценарий 13Батиметрия 1 155 м3/сНетСценарий 23Батиметрия 2155 м3/сНетСценарий 33Батиметрия 1 155 м3/сИГМ НАНУСценарий 43Батиметрия 2 155 м3/сЕстьСценарий 53Батиметрия 1 + Обводной канал155 м3/сИГМ НАНУСценарий 63Батиметрия 3 155 м3/сИГМ НАНУСценарий 73Батиметрия 2 155 м3/сИГМ НАНУ
Рис. 1.1 Существующее распределение глубин по данным съемки в сентябре 2007 года.
Рис. 1.2 Распределение глубин с новой перемычкой для ГАЭС
Рис. 1.3. Распределение глубин без перемычек ГАЭС
1.3 Резервуар ГАЭС Параметры существующего резервуара ГАЭС могут быть уточнены, если такие данные будут иметься в наличии. Сейчас используются такие параметры резервуара:
Обьем водохранилища ГАЭС - 2.3 млн. м3
Площадь - 350 тис. м2
Средняя глубина - 6.6м
1. 4 Метеорологические условия
Метеорологические условия приняты одинаковыми для всех сценариев. Для моделирования теплового режима ТВО при различных проектных решениях в кчестве характерного дня по температуре атмосферы и направлению ветра было выбрано 27 июля 2007 года. В расчетах этот модельный день, повторялся до тех пор, пока решение задачи не выйдет на периодическое решение. Данные по влажности, облачности, скорости ветра и атмосферному давлению были выбраны соответственно данным [1] . Средняя температура рассматриваемого дня равна 22.4 С, что соответствует средней температуре июня (22.4 С) которая использовалась [1]. Графики метеорологических параметров представлены на Рис. 1.4-1.9.
Рис. 1.4 Скорость ветра в направлении оси Ох
Рис. 1.5 Скорость ветра в направлении оси Оу
Рис. 1.6 Температура атмосферы
Рис. 1.7 Относительная влажность
Рис. 1.8 Облачность
Рис. 1.9 Атмосферное давление
1.5 Приток выды из балки Ташлык и подпитка из Южного Буга
Количество воды при продувке, подпитке и приток из балки Ташлык, а также температура воды в подпитке и Балке Ташлыка величины постоянные:
Расход балки Ташлык - 0.005 м3/с
Температура воды в балки Ташлык - 23 оС
Расход подпитки - 1.96 м3/с
Температура подпитки - 24оС
Расход продувки - 0.33 м3/с
1.6 Параметры качества воды Для расчета параметров качества воды в качестве начальных и граничных условий использовались средние по водоему концентрации биогенных веществ (станционная съемка за август 2007 года). Их значения представлены в табл. 1.2. Поля течений и температуры рассчитывались с помощью модели гидротермодинамики.
Таблица 1.2. Средние по водоему концентрации биогенных веществ на базе станционной съемки за август 2007 года
Хим. веществоNH4+NO3-PO43-фито-планктонБПКО2орг Nорг Pконцентра-ция, г/л0.000360.00050.000050.0030.007
Значение концентрации фитопланктона бралось равным 0.0003 г/л, органического азота - 0.001 г/л и органического фосфора - 0.0001 г/л. Эти значения основаны на предыдущих расчетах приведеных в отчете по предыдущему договору. Список литература к Главе 1
1. Уточняющие расчеты охлаждающей способности Ташлыкского водохранилища-охладителя при строительстве отсечной плотины с учетом компенсации этого снижения строительством брызгальных бассейнов. Том 1, ЮАТ-602-190-ВД.ПЗ, Харьков 2007.
2.Расчетная оценка эффективности проектируемых брызгальных бассейнов АЭС
2.1. Введение
Охлаждающей способности Ташлыкского водоема охладителя ЮУ АЭС недостаточно для работы 3-х энергоблоков атомной электростанции, особенно с учетом проектной достройки Ташлыкской ГАЭС. Существующим проектом этот дефицит предполагается компенсировать за счет сооружения дополнительного охладителя в виде брызгальной системы (БСО), аналогичной применяемым на других АЭС и ТЭС Украины. Строительство брызгальных бассейнов предполагает повышение охлаждающей способности Ташлыкского водохранилища и обеспечение оптимальных условий работы 3-х энергоблоков АЭС. Планируется сооружение 5 брызгальных бассейнов с подачей воды расходом 67,5 м3/с.
Известно, однако, что охлаждение воды большими БСО существующими расчетными методами определяется с большим разбросом и погрешностями. Как правило, эти методы не учитывают потерь охлаждающей способности ветрового потока при его продвижении вдоль БСО. Варианты БСО практически не поддаются физическому моделированию. Методы расчета, разработанные в ИГМ НАН Украины в процессе проектирования БСО Запорожской АЭС, ориентированы на преодоление именно этого недостатка. Институтом гидромеханики (ИГМ), в содружестве с другими организациями, было показано, что брызгальные охладители могут быть использованы в качестве основного охладителя циркуляционной воды АЭС и ТЭС. Поэтому в настоящем проекте расчеты БСО проведенные Генпроектировщиком ЮУ АЭС по обоснованию новых параметров Ташлыкского водоема-охладителя с помощью стандартных методик сопоставлены с расчетами по методам, разработанным в Институте гидромеханики НАНУ. Сопоставление результатов расчетов различными методами позволит получить более надежную оценку эффектвности планируемого сооружения брызгальных бассейнов.
2.2. Результаты расчетов генерального проектировщика, используемые в трехмерном моделировании
В Табл. 2.1 приведены параметры моделирования и результаты расчетов генерального проектровщика для июля среднего года, использованные при термогидродинамическом моделировании (см. Главу 1). В расчтатах моделировалось влияние Брызгальных систме на температурный режим ТВО после строительства перемычки и отделения части ТВО для работы ГАЭС при работе трех блоков АЭС. Выходными параметрами этих расчетов являются температура охлаждаюшей воды в конденсоре, средняя температура воды на поверхности ТВО, температура воды в БСО, и средняя температура воды в ТВО.
Табл. 2.1 Результаты расчета БСО для июля среднего года [1].
2.3 Методика расчета эффективности брызгальных бассейнов ИГМ НАНУ
2.3.1 Введение
Расчеты охлаждающей способности БСО ЮУ АЭС будут выполнены для принятия оптимального технического решения по водоснабжению ЮУ энергокомплекса в контексте задач по его расширению. Они выполняются на основе нескольких усложняющихся математических моделей. При этом результаты по одной модели служат отправной точкой для более сложной и подробной модели. С другой стороны, это обеспечивает получение наиболее достоверных физических результатов, "проигрыванию" роли различных метеорологических и конструктивных факторов, различных вариантов технического решения БСО и условий работы энергоблоков №1,2,3 ЮУ АЭС. Уточненные расчеты вариантов БСО ЮУ АЭС будут также использованы в рамках работ по моделированию гидротермических и гидрохимических режимов системы ТВО, а также при принятии окончательных решений относительно брызгальных бассейнов и их конструкции.
Полный отчет предполагает выполнение следующих этапов работы по данному первому этапу:
4.1. Расчеты по модели единичного факела разбрызгивания и экстраполяция результатов на БСО в целом, что дает оценку предельно возможного охлаждения воды БСО ЮУ АЭС.
4.1.1 Варьирование конструктивных параметров БСО - расхода охлаждающей воды, высоты факелов разбрызгивания, характерного размера капель воды и их дисперсного состава.
4.1.2 Варьирование метеорологических факторов работы БСО - скорости ветра, температуры и влажности окружающей атмосферы.
4.1.3 Раздельное рассмотрение летних и зимних условий, различающихся различным вкладом процессов испарения в общее охлаждение воды.
4.2. Расчеты охлаждающей способности БСО ЮУ АЭС по одномерной модели продвижения ветра вдоль БСО с учетом постепенного нагрева воздуха и насыщения влагой. При этом производится:
4.2.1 Варьирование конструктивных параметров БСО - расхода охлаждающей воды, высоты факелов разбрызгивания, размера капель воды, а также плотности орошения БСО (не могло быть учтено в модели одиночного факела).
4.2.2 Варьирование метеорологических факторов работы БСО - скорости ветра, его температуры и влажности, а также направления ветра (не могло быть учтено в модели одиночного факела). Оценка критических направлений ветра для БСО ЮУ АЭС.
4.2.3 Варьирование летних и зимних метеоусловий, проведение соответствующих расчетов.
4.3. Проведение по аналогичной схеме 4.3.1 - 4.3.3 расчетов по двумерной модели БСО, что позволит уточнить потери охлаждающей способности ветра вдоль брызгального охладителя, а также сложности и вариантов его планового решения в виде отдельных "брызгальных карт" с коридорами проветривания.
Данный аннотационный отчет содержит описание основных моментов выполнения работы. Главной трудностью при изучении, проектировании и применении БСО является невозможность их физического моделирования в некотором уменьшенном масштабе, поскольку ее функционирование связано с множеством разноплановых физических процессов. Поэтому, основной упор делался на их математическом описании и увязке в рамках одной модели. Приходится, поэтому, проводить математическое моделирование "по частям", описывая приближенным (модельным) способом лишь часть явлений, интересных производственнику. Здесь описываются сущность используемых и разрабатываемых математических моделей, приводятся результаты пробных расчетов. Конкретные и подробные результаты расчетов охлаждающей способности БСО ЮУ АЭС будут представлены в окончательном отчете. Мы не даем исчерпывающего описания разрабатываемых математических моделей, ограничиваемся лишь их кратким пояснением с соответствующими ссылками.
2.3.2 История вопроса
Брызгальные установки и бассейны используются в различных областях техники для охлаждения циркулирующей воды приблизительно с начала ХХ века. Они основываются на высокой энергетичности такого физического процесса, как испарение. Однако вплоть до 1970-х - 1980-х годов они использовались в технологических циклах относительно малых установок в виде малых брызгальных бассейнов размеров примерно 50 м * 50 м. Соответственно, в теплоэнергетике они использовались лишь на маломощных тепловых электростанциях. С середины 1930-х и до 1980-х годов непререкаемым авторитетом в этой области был проф. Л.Д. Берман (Москва), который описал физические основы работы этих тепловых установок, провел множество экспериментальных исследований, разработал номограммный метод расчета, был автором многих проектных решений, [1].
С ростом мощности тепловых электрических станций и с появлением атомных электростанций (АЭС) брызгальные охладители утратили свою распространенность; и для охлаждения циркуляционного расхода воды использовались преимущественно пруды охладители и дорогостоящие градирни. Однако в 1970-х годах американцы вернулись к этому забытому было техническому решению и предложили новые, [2 - 4]. Обзор и анализ таких проектов был дан проф. Берманом в [5], д.т.н. Гончаровым в [7]. Названные технические решения были проверены в СССР, [2 - 4], а также предложены новые решения [2 - 4]. Первым крупномасштабным брызгальным бассейном1 был БСО Ладыжинской ГРЭС (Винницкая обл). Позднее, впервые в мировой энергетической практике на Запорожской АЭС уникальный по размерам брызгальный охладитель был использован в качестве основного охладителя. Авторы данной работы были привлечены к обоснованию и разработке проекта БСО Запорожской АЭС. Ее результатом стало (1) создание методики теплового расчета крупномасштабной БСО, признанной как в бывшем СССР, так и за рубежом [8-12], и (2) создание принципиально новой, технологичной в изготовлении и эффективной в эксплуатации, конструкции щелевого разбрызгивающего сопла. Все указанные достижения использованы в данной работе для получения наиболее эффективного результата в интересах Южно-Украинской АЭС.
Работа, подобная данной, была выполнена в 1980 - 1982 гг для проекта БСО Запорожской АЭС (ЗаАЭС). Тем ни менее, работа не может быть сделана "автоматически". Это связано со следующими причинами: (1) многие важные практические аспекты не были тогда решены из-за недостатка времени и финансирования; (2) за прошедшие 26 лет многие положения забылись; (3) за этот период кардинально изменились требования и возможности вычислительной техники (ранее проектанты ориентировались преимущественно на аналитические и полуаналитические методы для программируемых микрокалькуляторов, в то время как теперь доступны численные методы любой сложности на высокопроизводительных компьютерах).
2.3. 3 Расчет по модели одиночного факела разбрызгивания.
Первый этап состоит в разработке модели единичного брызгального устройства (единичного факела разбрызгивания). Охлаждение воды, полученное таким образом, обобщается на каждую карту БСО и на систему в целом с учетом распределения капель по размерам. Эта модель позволяет учесть:
Влияние среднего размера капель из сопла,
Распределение капель по размерам "вокруг среднего";
Влияние напора воды перед соплом;
Возвышение сопла над водосборной поверхностью ;
Угол направления струек воды соплом;
Влияние силы ветра;
Влияние температуры воздуха;
Влияние на охлаждение влажности воздуха.
Модель принципиально не позволяет учесть трансформацию ветра и его охлаждающей способности вдоль БСО, в том числе - направление подхода ветра к БСО. Для учета названных явлений будут разработаны математические модели следующих этапов работы. Состояние окружающей среды, и особенно ее влажность являются кардинальными величинами для расчета испарительных охладителей. Потребовалось, поэтому, известные эмпирические зависимости влагосодержания от температуры воздуха и его влажности  [6] перевести на "язык формул". Полученные результаты приведены в Приложении вместе с иллюстрирующим рисунком.
Поток воды из разбрызгивающего сопла ведет себя сложным образом. Но доминирующим процессом является дробление потока на капли различных размеров. Спектр размеров зависит от типа применяемого сопла и, теоретически, может быть описан на основе экспериментального исследования. На практике, конечно, мало какая сопловая конструкция сопровождается такими паспортными данными. Можно упрощенно полагать, что сопло "стреляет" каплями сферической формы под определенным углом к горизонту (угол конусности сопла, таким образом, ) и различными углами по отношению к направлению ветра. Траектория капли и время ее "жизни" определяются трехмерными уравнениями движения материальной точки радиуса и массой . Охлаждение капли в процессе ее движения определяется процессами теплоотдачи и массоотдачи (испарения), интенсивность которых зависят от скорости капли относительно воздуха. Эти механизмы хорошо изучены и определяются тепловыми и диффузионными параметрами взаимодействующих сред - воздуха и воды. Принятые значения этих параметров приведены в таблице Приложения 2.
Алгоритм расчета выглядит следующим образом.
* Для набора "характерных радиусов" капель проводим серию названных выше траекторных и тепловых расчетов, что дает для каждого размера высоту полета капли , координаты ее падения на водную поверхность2 и и результирующую температуру . Охлаждение капель будет, таким образом, функцией размера и угла "выстрела" по отношению к ветру , где - температура воды, подаваемой на охлаждение.
* Названная выше серия состоит из набора углов по отношению к ветру, например .
* Для капель одного радиуса среднее охлаждение будет равно среднему арифметическому величин для всех указанных .
* Для определения охлаждения воды факелом разбрызгивания в целом, следует среднее арифметическое взять с весовыми коэффициентами, определяющими вероятность данных капель в спектре их размеров , т.е. с учетом дисперсности факела разбрызгивания, .
* Найденную величину можно считать оценкой охлаждения БСО в целом, если бы все факелы разбрызгивания находились в одинаковых аэротермических условиях.
Несмотря на оговорку, найденная оценка охлаждения имеет большое значение как "максимально достижимое" значение для сопел той или иной конструкции. Кроме того, найденное таким способом (или путем экспериментальных "продувок" сопла) максимальное возвышение капель над поверхностью водоема (высота факелов БСО ) является одной из входных величин следующего этапа расчета.
Важно отметить, что охлаждение капель тем сильнее, чем больше разность температур между каплей и окружающей средой , а также - чем больше разница концентрации паров непосредственно у поверхности капли и в окружающем ее воздухе . Последнее же определяется влажностью воздуха . Изложенный алгоритм не является принципиально новым. Кроме нас его применяли Литвинов и Воробьев, [15,16]. Пример расчета по настоящему алгоритму, реализованному в математической среде МАТЛАБ версии 7.3, представлен на рис. 2.1 и относящейся к нему таблице выдачи.
Пример расчета одиночного сопла.
ЮУ АЭС. Июнь многолетний.
РАСЧЕТ ОХЛАЖДЕНИЯ ФАКЕЛА РАЗБРЫЗГИВАНИЯ БСО
в характерных метеоусловиях
с учетом конструкции сопла ЦО-85 и дисперсности капельного потока. МЕТЕОПАРАМЕТРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Скорость ветра, м/сек, 4.20
Температура воздуха, град С, 22.40
Относительная влажность, доли единицы, 0.62
При такой погоде Т мокрого термометра, град С, 17.41
KОНСТРУКТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РАЗБРЫЗГИВАЮЩЕГО СОПЛА Возвышение сопла над водосбором, метры, 1.50 Напор перед соплом, м.вод.столба, 10.00 Конус факела разбрызгивания (угол к горизонту), град, 45.00 Дисперсный состав факела разбрызгивания принят в виде:
Представительные размеры капель факела разбрызгивания, мм, 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 Их вероятности по ЛогНормальному закону 0.0174 0.2563 0.4470 0.2260 0.0533 РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА =============================== Осредненная по струям температура капель указанных размеров 30.99 32.68 33.90 34.82 35.53 Осредненная по размеру капель температура охлажденной воды
33.58 град С
Среднее охлаждение воды факелом БСО -6.42 град С
К.П.Д. охлаждения в данных условиях 0.28
Высота факела разбрызгивания, метры, 5.40
Более подробная информация об охлаждении капель представлена на рисунке 1.
2.3.4 Учет потери охлаждающей способности БСО вдоль ветра.
Однако на самом деле, ветер проходит через первые (наветренные) ряды фонтанов, нагревается и насыщается от них влагой, в результате чего следующие ряды фонтанов оказываются в менее выгодных для охлаждения условиях. Наши наблюдения [8] подтверждаются измерениями других авторов. Так, В.В. Гончаров сообщает [7]: "температура охлажденной воды после четвертого ряда для варианта ... по отношению к первому ряду составила 64%, для разбрызгивателей типа ... - 41%. Для другого брызгального бассейна уровень охлаждения с подветренной стороны составил 10% его значения с наветренной".
Вот почему основные наши усилия в период разработки проекта БСО ЗаАЭС (1979 - 1982 гг.) были направлены именно на модель продвижения ветра вдоль БСО. Заметим, что наш расчетный метод, кратко излагаемый здесь, превосходит аналогичные зарубежные разработки. Вывод сделан на основании наших докладов [10,12].
Отметим и наличие еще одного важного задействованного физического процесса - торможения ветра слоем капель БСО. Все указанные явления учтены в нашей математической и расчетной модели, основные черты которой здесь и изложим.
1 В первую очередь необходимо рассчитать потерю кинетической энергии ветра при его прохождении слоя капель БСО. Имеем ориентировочную таблицу "плотности" слоя капель (1\м3) и среднее расстояние между ними в зависимости от их характерного радиуса:
0,5 мм
1 мм
2 мм
3 мм, 1\м3120 00015 0001 900600, см2 см4 см8 см12 смОчевидно, что такой слой оказывает сильное тормозящее действие на ветровой поток. Результаты расчета приведены на рис. 2.2.
Важно отметить, что эти результаты получаются для какого-либо гипотетического состояния стратификации атмосферы, характеризуемого числом Ричардсона . Позднее, пункт 6._ расчета, этот параметр подлежит уточнению итерациями. Данный этап алгоритма готов полностью.
2. Профили скорости ветра и капель кладем в основу тепло- и массообменного расчетов. Получаем распределение по вертикали температуры воздуха и капель внутри БСО, см. типический рисунок 3, вверху. Рис. 3, внизу дает аналогичные распределения влагосодержания. Этот этап алгоритма готов на 90%.
3 По рассчитанным аэротермическим профилям будем вычислять характеристику стратификации атмосферы над БСО, число , и соответственно меру ее турбулизации из-за свободной конвекции. Этот этап разрабатываемого алгоритма еще не готов.
4 В расчет по п. 6.1 закладываем вновь полученное число и повторяем весь расчет. Так делаем до тех пор (раз 10 - 20), пока расчет не установится.
5. Результирующие профили позволяют определить температуру капель у водосборной поверхности - это и есть окончательная температура охлаждения воды на "достаточно" удаленном от входа в БСО расстоянии.
По описанному алгоритму будут проведены расчеты для различных метеорологических условий, имеющих место в районе ЮУ АЭС.
2.2.5 Исходные данные для расчета БСО ЮУ АЭС.
Следующие данные, необходимые для расчета, были приняты во внимание на основании материалов проекта [17,18]. Рельеф района площадки - равнинный, [17, стр. 6]..
Перепад температур в конденсаторах турбин принят [17, стр. 16]. Средние показатели температуры оборотной воды за 2006 г., [17, с. 17].
Планируемая схема работы комплекса брызгальных бассейнов (БСО), [17, стр. 19]: общий расход отработанной воды от 3х блоков поступает в открытый сбросной канал, затем поступает в поверхностный слой теплой воды в водохранилище; проходит в водохранилище путь около 1,5 км, [18, стр.38], отбирается проектируемой насосной станцией и подается на 5 карт БСО на берегу Ташлыкского водохранилища. Охлажденная БСО вода сбрасывается в нижние слои водохранилища, смешивается с его водой, движется до водозабора АЭС и через глубинный водозабор подается на охлаждение конденсаторов 3х энергоблоков.
Общий расход оборотной воды от 3х энергоблоков 154,7 . Расход воды через 5 секций БСО принят 79,5 (15,9 м3\сек на один бассейн), [17, стр. 20]. Указывается, однако и величина 67,5, [18, стр. 26]. На стр. [18, стр. 27] оптимальным назван расход 65. Бассейны прямоугольной формы имеют размеры в плане 135,0 * 390,0 м.
Конструкция БСО: к подающим трубопроводам от насосных подключены разбрызгивающие модули, состоящие из 5ти распределительных трубопроводов переменного сечения Д=1 400 ... 600 мм; на каждом из них устанавливаются по 26 разбрызгивающих сопел ЦО-85 производительностью по 120 ... 130 м3\час (т.е. 3,33*10-2 м3\сек=33,3 ... 36,3 литров\сек) [18, стр. 26]. Трубопроводы от насосной станции к брызгальным бассейнам рассчитаны на пропуск воды 14 м3\сек, [18, стр. 42]. Один бассейн (брызгальная карта) состоит из трех модулей. Каждый модуль включает 5 распределительных трубопроводов переменного сечения Д=1 400 ... 600 мм. На каждом из них устанавливаются по 26 разбрызгивающих сопел ЦО-85 производительностью по 120 ... 130 м3\час (т.е. 3,33*10-2 м3\сек=33,3 ... 36,3 литров\сек) [18, стр. 26].
Итого, над площадью модуля (бассейна) 135,0 * 390,0 м (52 650 м2) расположены 390 сопел ЦО-85. Расход на бассейн =3,33*10-2 м3\сек * 390 =13 м3.сек.
От БСО охлажденная вода поступает в общий отводящий канал (длиной 1 640 м, [18, стр. 43]), проходящий вдоль БСО со стороны водохранилища. Далее через глубинный водовыпуск она поступает в нижние слои Ташлыкского водохранилища, смешивается с его водой, весь дальнейший оборот совершает вместе с нею и через глубинный водозабор подается в конденсаторы на охлаждение турбинного оборудования, [18].
В [18] представлен расчет БСО, выполненный по номограмме Р.Е. Гельфанд, [18, стр. 28]. Делается вывод, что реконструкция системы ТВО ЮУ АЭС путем строительства БСО обеспечит температуру охлаждающей воды до допустимых, в соответствии с правилами технологического проектирования, 33 оС.
БСО предполагается использовать в период года апрель - октябрь.
Капзатраты на строительство БСО предполагаются 218 038 млн. гр., [18, стр. 85].
2.2.6 Предложения по выбору эффективного разбрызгивающего сопла.
Как явствует из описанного алгоритма расчета, важнейшей частью "входной информации", определяющей эффективность охлаждения, является конструкция разбрызгивающего устройства, сопла. Немалую роль для практики играет также возможность технологичного и дешевого изготовления сопел, а также их поведение в процессе эксплуатации - засоряемость несомым сором, возможность очистки сопла от мусора и т.п.. Авторы Института гидромеханики НАНУ предложили такую конструкцию, всесторонне ее исследовали в лабораторных условиях, построили и внедрили их в БСО Запорожской АЭС, где они используются более 21 года. По отзывам эксплуатационщиков, наше сопло зарекомендовало себя лучшим среди других четырех конструкций.
На рис. 2. 4 приведено фото закручивающейся пленки из щелевого сопла нашей конструкции, затем распадающейся на капли. Конструкция защищена авторским свидетельством на изобретение [14].
Предлагаем ЮУ АЭС услуги по использованию такой сопловой конструкции.
Список литературы к Главе 2
Берман Л.Д. Испарительное охлаждение циркуляционной воды. - М.: Госэнергоиздат, 1957. - 320 с.
2. Rittenhouse R.S. The revolution in water managment. - Power Engineering, 1975, N 8.
3. Chen K.H. Trezek J.T. Spray energy release (SER) approach to analyzing spray system perfomance. - Proc. Amer. Power Conf., 1976, 38, pp. 1435-1448.
4. Чжень К., Тризек Дж. Модели тепловых режимов работы и метод расчета потерь воды из-за сноса капель для брызгальных систем охлаждения. - Тр. Амер.общества инж.-мех. Теплопередача. М.: Мир, 1977, 99С, N 2, с. 127-134.
5. Берман Л.Д. Брызгальные устройства для охлаждения циркуляционной воды ТЭС и АЭС. Теплоэнергетика, 1979, N 3, с. 71-75.
6. Инструкция по натурным испытаниям и исследованиям башенных градирен большой производительности (ВСН 25-80, ВНИИГ Минэнерго СССР). - Л.: 1982, 52 с.
7. Гончаров В.В. Брызгальные водоохладители ТЭС и АЭС. Л.: Энергоиздат, 1989. - 140 с.
8. Гаев Е.А., Цымбал В.С., Никитин И.К. Об особенностях взаимодействия приземного пограничного слоя атмосферы с крупномасш-табной брызгальной системой охлаждения тепловой электростанции. Труды УкрНИИ Госкомгидромета, 1986, вып.216, с.69-75.
9. Гаев Е.А. Аэротермический расчет крупномасштабных брызгальных систем охлаждения для мощных ТЭС и АЭС. Материалы конф. и совещ. по гидротехн. "Гидроаэротермические исслед. и проектирование охладителей тепловых и атом. электростанций". Л.: Энергоатомиздат, 1985, с.154-160.
10. Gayev Ye.A., Savchenko Y.N., Rubtsov M.L., MelenevskijV.V. The study of Physical Mechanisms of Water Cooling in Spray Systems/ Proc. 8th Cooling Tower and Spraying Pond Symposium, 1992, Karlsruhe, Germany
11. Гаев Е.А. Гидромеханика и теплофизика легкопроницаемой шероховатости. - Дисс. Д.т.н., Киев: ИГИ НАНУ, 2001.
12. Gayev Ye.A., Hunt J.C.R. Flow and Transport Processes with Complex Obstructions: Applications to Cities, Vegetative Canopies, and Industry. - NATO Science Series, Springer Publ., 2006, v. 236, 350 pp.
13. Гаев Е.А., Омельченко М.П. Зисман С.Л. Брызгальный охладитель для циркуляционной воды. Авторское свидетельство СССР N1268924. Бюлл. "Открытия, изобретения", 1986, N 41.
14. Савченко Ю.Н., Гаев Е.А., Черный И.М., Омельченко М.П., Шимчев С.А. Разбрызгиватель жидкости. Авторское свидетельство СССР N 1713328, Бюлл. "Открытия, изобретения", 1991.
15. Литвинов В.Ю., Коваль В.П. Теплообмен капли воды над открытым водоемом. Математические методы тепломассопереноса. -Днепропетровск: ДГУ, 1983, с. 81 - 87.
16. Воробьев 17. Отчет "Южно-Украинская АЭС. Уточняющие расчеты охлаждающей способности Ташлыкского водохранилища-охладителя ... Том 1. Пояснительная записка ЮАТ-602-190-ВД.ПЗ". ОАО "Энергопроект".
18. "Южно-Украинская АЭС. Реконструкция системы технического водоснабжения. ..." Том
1. Общая пояснительная записка. ЮАТ-602-168-ВД.ПЗ". ОАО "Энергопроект".
Приложения к главе 2. Приложение 1.
1.1. Уравнение насыщающего влагосодержания воздуха:
E = - 8.3333e-010*x.^4 + 7.3333e-007*x.^3 - 1.4917e-005*x.^2 + 0.00067667*x + 0.002
1.2. Уравнение влагосодержания воздуха при влажности =0,8:
E = 7.0833e-009*x.^4 - 1.9167e-007*x.^3 + 1.5292e-005*x.^2 + 0.00013917*x + 0.0035
1.3. Уравнение влагосодержания воздуха при влажности =0,6:
E = - 2.5e-009*x.^4 + 7.3333e-007*x.^3 - 2.375e-005*x.^2 + 0.00068667*x - 0.0007
1.4. Уравнение влагосодержания воздуха при влажности =0,4::
E = 5.4167e-009*x.^4-3.9167e-007*x.^3+2.1458e-005*x.^2-0.0001808*x+0.0033
1.5 Уравнение влагосодержания воздуха при влажности =0,2:
E =-4.1667e-009*x.^4+6e-007*x.^3-2.0583e-005*x.^2+0.00038*x-0.0005
Приложение 2.
Теплофизические константы
по различным источникам
ШлихтингВНИИГ,
ИнструкцияФизика,
Справочник.Теплоемкость воздуха Теплоемкость воды
Плотность воздуха
Плотность воды
Температуропроводность воздуха Теплопроводность Воздуха Кинематическая
вязкость воздуха (Лойц.)Число Прандтля
воздухаТеплота парообразования воды Коэффициент диффузии
водяного пара в воздухе Число Шмидта 3. Уточнение характеристик ТВО по данным спутниковых снимков, обработанных УЦЗМР
В соответствии с договором между ЮУ АЭС и " Украинским центром менеджмента земли и ресурсов" -УЦМР проводится обработка детальных спутниковых снимков региона АЭС в видимом диапазоне ( спутник QUICKBIRD) и обработка снимков инфракрасного диапазона с целью построения температурных полей ТВО по спутниковым данным ( данные спутника Landsat). В рамках настоящего договора УЦЕВП взаимодействует с УЦЗМР для решения трех задач
1) проверка по спутниковым данным точности съемки границ береговой линии ТВО по инструментальной съемке сентября 2007, выполненной субподрядчиками УЦЕВП в рамках договора № 1-Ю/07 от 20.08.2007 с ЮУ АЭС "Проведение комплексного анализа гидротермодинамического режима, переноса минеральных и загрязняющих веществ в Ташлыкском водоеме -охладителе (ТВО) на основе натурных исследований. Разработка трехмерной математической модели ТВО и ее тестирование" 2) Уточнение границ береговой линии водоема Ташлыкской ГАЭС, который будет моделироваться в варианте объединения его с ТВО в рамках настоящего договора 3) Получение от УЦЗМР на расчетной сетке трехмерной модели УЦЕВП результатов обработки температурных полей поверхности ТВО по спутниковым снимкам.
Представленный на Рис.3.1-Рис.3.2 результаты показывают, что все три указанные задачи успешно выполняются. Полученная в рамках договора карта глубин ТВО с высокой точностью вписывается в береговую линию ТВО на спутниковом снимке. Полученные координаты береговой линии водоема ГАЭС получены УЦЕВП от УЦМЗР и на их основе идет подготовка соответствующего варианта трехмерной модели. Получены обработки температур поверхности ТВО за 21 июля 2001 и начата подготовка к расчетам по сравнению моделируемых и измеренных со спутника температурных полей на эту дату.
Рис.3.1 Цифровая карта глубин ТВО ( съемка договора УЦЭВП сентябрь 2007), использовавшаяся при трехмерном моделировании, наложенная на снимок QUICKBIRD ( 6 июля 2006 ) ( Наложение и обработка спутникового снимка проведено УЦМЗР) . Рис.3.2 Температурное поле поверхности ТВО, рассчитанное по снимку Landsat 21 июля 2001 с наложенным снимок QUICKBIRD ( 6 июля 2006 ). ( Наложение и обработка спутниковых снимков проведено УЦМЗР) . 4. Моделирование влияния проектных решений на долгосрочную динамику минерализации в ТВО
Моделирование влияния проектных решений на динамику водного баланса.
Расчеты влияния сооружения отсечной плотины и ввода в эксплуатацию брызгальных бассейнов на уровень минерализации Ташлыкского водоема-охладителя были выполнены на основе прогноза температурного режима ТВО и водного баланса АЭС, связанных с этими изменениями, приведенных в [1]. Поскольку в [1] прогноз был сделан для метеоусловий среднего года и жаркого года 10% обеспеченности, расчет минерализации также основывался на этих 2-х метеорологических сценариях. Соответствующие данные приведены в Таблице 4.1 ([1], стр.22).
Таблица 4.1. Исходные метеорологические данные для расчета минерализации ТВО.
ГодЯнв.Февр.МартАпр.МайИюньИюльАвг.Сент.Окт.Нояб.Дек.Температура
Воздуха, оССредний-4.5-3.81.89.316.319.822.421.616.410.03.4-2.3жаркий-2.93.77.111.018.020.026.422.617.19.25.7-7.0Естественная
Температура воды ТВО, оССредний-2.9-2.02.29.917.520.421.820.015.17.93.1-0.6жаркий-3.92.35.210.319.021.624.823.017.29.75.3-4.0Скорость ветра, м/сСредний3.76.15.54.24.04.24.13.52.54.83.93.5жаркий3.44.25.14.23.23.64.23.83.94.23.74.2Относительная влажность, %Средний868481666262626166768787жаркий888268635768505970809187
Расчетная температура воды на водозаборе АЭС для 2-х метеорологических сценариев на усеченном водохранилище при работающих брызгальных бассейнах с суммарным расходом 79.5 м3/с в период с апреля по октябрь приведена в Таблице 4.2 ([1], стр.23).
Таблица 4.2. Расчетная температура воды на водозаборе АЭС.
ГодЯнв.Февр.МартАпр.МайИюньИюльАвг.Сент.Окт.Нояб.Дек.Средний23.018.322.921.225.227.328.828.526.721.225.824.8жаркий24.622.325.822.426.328.530.328.725.222.128.720.8
Водный баланс ТВО, который использовался при расчете минерализации в среднем и жарком годах на усеченном водохранилище при работающих брызгальных бассейнах с суммарным расходом 79.5 м3/с в период с апреля по октябрь без учета продувки приведен в Таблицах 4.3,4.4 ([1], стр.25,26).
Таблица 4.3. Водный баланс ТВО для среднего года без учета продувки.
МесяцыИспарениеРасходная часть, тыс. м3 Приходная часть, тыс. м3Естеств.Дополн.ОсадкиОСХБКПриток балки ТашлыкОСПЛКХимводоочистка (проект)Подпитка из р.Южный БугЯнварь -14862499206370921671441512Февраль -14222337219456251491441327Март197174529531844311481531571865Апрель496195656462483431481611354590Май84087952903613291121731764120Июнь9059015396432314521891784216Июль10299335711318259292051914701Август9939075649333284232061784614Сентябрь7237984980234299391901664037Октябрь445197657442412601031811804766Ноябрь17516842838262362891751701768Декабрь73158826722623311111561841614
Таблица 4.4. Водный баланс ТВО для жаркого года без учета продувки.
МесяцыИспарениеРасходная часть, тыс. м3 Приходная часть, тыс. м3Естеств.Дополн.ОсадкиОСХБКПриток балки ТашлыкОСПЛКХимводоочистка (проект)Подпитка из р.Южный БугЯнварь -14882501148370601671441604Февраль -159525101354561601491441449Март226193731741204311301531572168Апрель57020165836156343601611354960Май9719345534170329401731764627Июнь10511001564328314201891784899Июль119710766102248259102051915181Август1153102959531528402061785259Сентябрь840922524141829901901664153Октябрь5182054585699260201811805103Ноябрь20417782961276362401751701926Декабрь8015892680170331401561841785
Моделирование влияния проектных решений на долгосрочные изменения минерализации ТВО.
Диапазон концентраций минерализации в притоках ТВО, который использовался в прогнозных расчетах, приведен в Таблице 4.5. Эти данные получены в результате обработки соответствующих данных измерений за 2005- 2006 годы
Таблица 4.5. Диапазон значений концентраций минерализации для притоков ТВО (мг/л).
ПритокиминимальныемаксимальныесреднегодовыеЮжный Буг465703557Балка Ташлык218430682605ОСХБК102913481147
Расчет минерализации проводился с учетом данных из Таблиц 4.1-4.4, но расходная часть водного баланса в Таблицах 4.3 и 4.4 бралась без учета испарения, рассчитанного в [1]. Вместо этого на основе данных из Таблиц 4.1-4.2 по метеорологии и температуре ТВО вычислялось испарение по формуле Карпентера [2] вида:
,(4.1)
где
- высота испарившегося слоя воды в мм за сутки,
- среднесуточная скорость ветра на высоте 2 м над поверхностью водоема в м/с,
- максимальная упругость водяного пара, соответствующая температуре водоема в мб,
- среднесуточная упругость водяного пара на высоте 2 м над поверхностью водоема для естественных условий в мб,
- площадь пруда-охладителя в м2.
Для усеченного пруда м2.
Сравнение рассчитанного таким образом испарения для метеоусловий среднего и жаркого годов (сплошная линия) с суммой естественного и дополнительного испарения, рассчитанного в [1], (Таблицы 4.3-4.4) приведено на Рис. 4.1-4.2.
Рис.4.1. Сравнение расходов испарения для метеоусловий среднего года.
Рис.4.2. Сравнение расходов испарения для метеоусловий жаркого года.
На основе вычисленного по формуле (4.1) испарения был сделан долгосрочный прогноз минерализации для метеоусловий среднего и жаркого годов. Для расчета усредненной по объему минерализации ТВО, использовалась однокамерная модель, уравнения которой имеют вид [3] :
(4.2)
С начальными условиями:
,
где
- объем водоема-охладителя в момент времени ,
- количество вещества в водоеме-охладителе в момент времени ,
- осредненная по объему водоема-охладителя концентрация минерализации в момент времени ,
- расходы притоков в водоем-охладитель в момент времени , - количество притоков,
- концентрация минерализации в притоках в момент времени ,
- расходы оттоков воды из водоема-охладителя в момент времени , - общее количество оттоков,
- количество оттоков без учета испарения.
В качестве начальных условий использовались:
мг/л - среднегодовое значение минерализации ТВО за 2005-2006 годы,
м3 - объем усеченного пруда
Долгосрочный расчет минерализации был сделан для минимальных и максимальных значений ее концентрации в притоках (Таблица 4.5), что позволяет оценить диапазон ее изменения. Результаты расчета при минимальных (нижняя кривая) и максимальных значениях ее концентрации в притоках без учета продувки и с продувкой с расходом 3м3/с для метеоусловий среднего года приведены на Рис.4.3 и 4.4 соответственно.
Рис.4.3. Прогнозный расчет динамики минерализации ТВО для метеоусловий среднего года без учета продувки.
Рис.4.4. Прогнозный расчет динамики минерализации ТВО для метеоусловий среднего года с учетом продувки с расходом 3м3/с.
Результаты расчета минерализации при минимальных (нижняя кривая) и максимальных значениях ее концентрации в притоках без учета продувки и с продувкой с расходом 3м3/с для метеоусловий жаркого года приведены на Рис.4.5 и 4.6.
Рис.4.5. Прогнозный расчет динамики минерализации ТВО для метеоусловий жаркого года без учета продувки.
Рис.4.5. Прогнозный расчет динамики минерализации ТВО для метеоусловий жаркого года с учетом продувки с расходом 3м3/с.
Выводы
Как видно из приведенных графиков, продувка с расходом 3м3/с заметно уменьшает минерализацию ТВО, независимо от метеоусловий года, что совпадает с результатами, полученными в [1]. Более интенсивное испарение в жарком году, которое приводит к увеличению минерализации, компенсируется подкачкой воды из р. Южный Буг для сохранения водного баланса ТВО, средняя минерализация которой заметно ниже минерализации водоема-охладителя (Таблица 4.5). А продувка еще усиливает эффект разбавления. При этом среднегодовые значения концентрации находятся на уровне 750 мг/л, что также совпадает с выводами [1]. Список литературы к Главе 4
1. Уточняющие расчеты охлаждающей способности Ташлыкского водохранилища-охладителя при строительстве отсечной плотины с учетом компенсации этого снижения строительством брызгальных бассейнов. Том 1, ЮАТ-602-190-ВД.ПЗ, Харьков 2007.
2. Методические рекомендации к расчету водохранилищ-охладителей ТЭС. П-33-75.ВНИИГ-Л.:Энергия.-1976.-56 с.
3. Проведение комплексного анализа гидротермодинамического режима, переноса минеральных и загрязняющих веществ в Ташлыкском водоеме -охладителе (ТВО) на основе натурных исследований. Разработка трехмерной математической модели ТВО и ее тестирование" ЭТАП 2: "Обработка результатов детализированной инструментальной съемки параметров ТВО. Создание трехмерной модели качества воды ы ТВО и камерной модели минерализации ТВО. Тестирование разработанных моделей" Украинский центр экологических и водных проектов АТН Украины, Отчет по договору № 1-Ю/07 от 20.08.2007 с ЮУ АЭС, декабрь 2007. 5. Результаты расчетов изменений теплового режима ТВО и динамики показателей качества воды ТВО после переноса отсекающей дамбы ТГАЭС и ввода в эксплуатацию брызгальных бассейнов.
5.1 Моделирование изменений теплового режима ТВО после переноса отсекающей дамбы ТГАЭС.
Сравнительные расчеты изменений теплового режима ТВО после переноса отсекающей дамбы ТГАЭС проводились в рамках двух сценариев -сценария 1 и сценария 2, детально описанных в Главе 1. В обоих сценариях перепад температуры охлаждающей воды на конденсорах задавался равным 9 оС, расход охлаждающей воды принимался равным 155 м3с-1. Площадь зеркала ТВО уменьшалась при этом от 7.3 км2 до 6.24 км2, а объем от 0.073 км3 до 0.058 км3 . На рис. 5.1-5.2 приведены разности температуры воды на поверхности и на дне после уствновления режима работы ТВО. Как следует из этих рисунков в среднем температура в различных олбастях ТВО поднялась на 1.5-3 оС вследствие переноса отсекающей дамбы ТГАЭС. Простая оценка, основанная на осредненных по ТВО характеристиках также согласуется с результатами расчетов. Рассмотрим тепловой баланс ТВО в виде:
(5.1) где - осредненаая по ТВО поверхностная температура воды, - температура воздуха, - коэффициент теплоотдачи. Рассмотрим два случая: в первом случае площадь соотвествует сушествующему ТВО, во втором -площадь ТВО после строительства отсекающей дамбы. Разность температуры нетрудно оценить вычитая уравнения (5.1) записанные для первого и второго случаев. Находим, что:
(5.2)
Таким образом при уменьшении зеркала ТВО перепад температуры вода-воздух будет возрастать пропорционально . В данном случае этот приращение будет около 15%. Оценка (5.2) не зависит от сбрасываемой воды и коэффициента теплообмена, но предполагает его независмость от разности температур. Учет нелинейности увеличит оценку приращения.
На рис. 5.3-5.6 приведены рассчитанные поля поверхностных и придонных скоростей для сценария и сценрария 2. Расчеты показали, что в обоих случаях поверхностные течения направлены в верхнюю часть водохранилища, где вода охлаждаясь опускается в придонные слои, откуда уже охлажденная вода стекает к водозабору. Максимальные скорости у водозабора достигают 0.57 м с-1. Поверхностные и придонные течения в нижней глубокой части ТВО заметно слабее. Рис. 5.1 Разность поверхностных температур при переносе отсекающей дамбы Рис. 5.2 Разность придонных температур при переносе отсекающей дамбы Рис. 5.3 Поверхностные скорости (Сценарий 1) Рис. 5.4 Поверхностные скорости (Сценарий 2)
Рис. 5.5 Придонные скорости (Сценарий 1) Рис.5.6 Придонные скорости (Сценарий 2)
5.2 Моделирование теплового режима и качества воды в ТВО после переноса отсекающей дамбы ТГАЭС и ввода в эксплуатацию брызгальных бассейнов.
На рис. 5.7-5.16 приведены предварительные результаты моделирование теплового режима и качества воды в ТВО после переноса отсекающей дамбы ТГАЭС и ввода в эксплуатацию брызгальных бассейнов. Расчеты проводилсь в рамках сценария 4 при заданных в соответствии с расчетами генерального подрядчика расходах и температурой в консенсорах и на БСО. На рис. 5.7-5.8 приведены поля поверхностной и придонной температуры воды. Суточные вариации температуры в водозаборе показаны на рис. 5.18. Среднее значение температуры составляет 29.5 оС. Сравнительно со сценарием 2, соответствующему случаю после переноса отсекающей дамбы, но без БСО, средняя температура меньше примерно на 7 оС, что согласуется с результатми расчетов генерального заказчика приведенныыми в Таблице 2.1, если иметь в виду различия в площади и объеме ТВО. Поля поверхностных и придонных скоростей предствлены ни рис. 5.9-5.10. В целом, картина течений подобна сценарию 2 (см. рис. 5.4,5.6), с потоком поверхностных вод в вехнюю часть ТВО и возвратным придонным потоком охлажденных вод. Некоторые различия объясняются ослабленнем притока воды из сбростного канал и наличе стока и источника охлажденной в БСО воды.
На рис. 5.11-5.17 представлены основные характеристики качества воды -распределение концентрации растворенного кислорода, аммонийного азота, нитратного азота, органического азота, неорганического и органического фосфора, фитопланктона. Согласно расчетам состояние ТВО по качеству воды остается вполне удовлетворительным при использовании для охлаждения БСО. Рис. 5.7 Поверхностное поле температуры (Сценарий 4, 12:00) Рис. 5.8 Придонное поле температуры (Сценарий 4, 12:00) Рис. 5.9 Поверхностное поле течений (Сценарий 4, 19:00) Рис. 5.10 Придонное поле течений (Сценарий 4, 19:00) Рис. 5.11 Поверхностное поле растворенного кислорода (Сценарий 4, 12:00) Рис. 5.12 Поверхностное поле аммонийного азота (Сценарий 4, 12:00) Рис. 5.13 Поверхностное поле нитратного азота (Сценарий 4, 12:00) Рис. 5.14 Поверхностное поле органического азота (Сценарий 4, 12:00) Рис. 5.15 Поверхностное поле органического фосфора (Сценарий 4, 12:00) Рис. 5.16 Поверхностное поле фитопланктона (Сценарий 4, 12:00) Рис. 5.17 Поверхностное поле неорганического фосфора (Сценарий 4, 12:00) Рис. 5.18 Температура воды на водозаборе ЮУ АЭС
Выводы В настоящем Информационном отчете, подготовленном в соответсвии с ТЗ и Календларном плане работ по договору представлена инофрмация, иллюстрирующая выполнение запланированых работ по проведению прогностичеких расчетов с помощью трехмерной модели изменений теплового режима ТВО и динамики показателей качества воды ТВО с учетом расширения ТГАЭС и создания брызгальных бассейнов в варианте для трех блоков АЭС, а также информация о проведенных необходимых подготовительных и дополняющих работах детализированный анализ субподрядчиком ИГМ НАНУ эффективности брызгальных бассейнов, подготовки расчетных сценариев и обработки спутниковой информации во взаимодействии с УЦМЗР
Более детальное представление результатов этапа будет сделано в Заключительном отчете по договру в сравнении результатов для 3х и 4х работающих блоков АЭС
1 Вследствие крупномасштабности их стали называть брызгальной системой охлаждения, БСО.
2 Эти координаты полагаем направленными: вдоль ветра, горизонтально поперек ветра и вертикально вверх.
---------------
------------------------------------------------------------
---------------
------------------------------------------------------------
2
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
73
Размер файла
5 141 Кб
Теги
verse, ucewp, yuaes, etap, otchet
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа