Водоподготовка и водно-химические режимы ТЭС и АЭС: курсовое проектирование

Минск
«Адукацыя i выхаванне»
Допущено
Министерством образования Республики Беларусь 
в качестве учебного пособия для студентов учреждений 
высшего образования по специальностям непрерывной 
образовательной программы высшего образования 
«Теплоэнергетика и теплотехника»,
«Проектирование и эксплуатация атомных
электрических станций»

УДК 378.147.091.313:621.182.12(075.8)
ББК 74.58
	
П16
Р е ц е н з е н т ы: кафедра энергосбережения, гидравлики и теплотехники УО «Белорусский государственный технологический университет» (заведующий кафедрой – кандидат технических наук, доцент А. С. Дмитриченко, рецензент – профессор 
кафедры доктор технических наук В. И. Володин); начальник отдела гидротехники 
и водоподготовки РУП «Белнипиэнергопром» П. В. Чайко
Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или любой ее части не может быть осуществлено без разрешения издательства.
ISBN 978-985-34-0214-8	
©  Пантелей Н. В., Романко В. А., 2025
	
©  Оформление. Республиканское унитарное 
предприятие «Издательство “Адукацыя  
і выхаванне”», 2025

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
АЭС – атомная электрическая станция
БДВ – бак декарбонизированной воды
БОсвВ – бак осветленной воды
БОУ – блочная обессоливающая установка
ВПУ – водоподготовительная установка
ВХР – водно-химический режим
ГДВ – грубодисперсные вещества
КМПЦ – контур многократной принудительной циркуляции
ОФ – осветлительный фильтр
ОХА – оксихлорид алюминия
ПАА – полиакриламид
ПТЭ – правила технической эксплуатации
СВО АЭС – спецводоочистки атомных электрических станций
СТП – стандарт предприятия
ТЭС – тепловая электрическая станция
ФИПа – фильтр ионитный параллельноточный
ФИПр – фильтр ионитный противоточный
ФИСДВР – фильтр смешанного действия с внутренней регенерацией
ФИСДНР – фильтр смешанного действия с выносной регенерацией
ФОВ – фильтр осветлительный вертикальный
ФСД – фильтр смешанного действия

ПРЕДИСЛОВИЕ
Исходная вода, получаемая из источников водоснабжения, используется на тепловых и атомных электростанциях для производства рабочего тела, для конденсации отработавшего пара в конденсаторах паровых турбин и других теплообменных аппаратах, для охлаждения элементов турбоустановки, а также в качестве рабочего 
теплоносителя в системе теплофикационных отопительных сетях 
и сетях горячего водоснабжения.
Водяной пар, получаемый в котлоагрегатах, а затем отработавший 
в паровых турбинах, подвергается конденсации либо в виде пара пониженных параметров используется на производственных и коммунальных предприятиях для осуществления технологических процессов отопления и вентиляции.
В рабочем цикле паротурбинной электростанции и вне ее всегда 
имеют место утечки пара и конденсата, которые необходимо восполнять. Наряду с утечками пара и конденсата в пароводяном цикле 
электростанции имеют место присосы воздуха и попадание в конденсат охлаждающей воды конденсаторов паровых турбин и воды, 
циркулирующей в теплосетях, вследствие неплотностей в конденсаторах и сетевых подогревателях.
Недостающее количество воды для питания котлоагрегатов на 
ТЭС и парогенераторов на АЭС восполняют добавочной питательной 
водой, которую специально подготавливают из природной воды, содержащей большое количество разнообразных примесей. Примеси, 
поступающие в циклы ТЭС и АЭС с добавочной водой, образуют отложения на поверхностях нагрева, вызывают коррозионные повреждения металла теплоэнергетического оборудования, что не только 
негативно сказывается на работе всего пароводяного тракта, но и приводит к аварийным остановам оборудования, ограничению выработки электрической энергии и теплоты. Поэтому обеспечение высокого качества водного теплоносителя является важнейшей задачей.
В то же время использование водного теплоносителя высокого 
качества упрощает получение чистого пара, снижает скорость коррозии конструкционных материалов основного и вспомогательного 
оборудования конденсатно-питательного тракта.
Для удовлетворения разнообразных требований к качеству воды, 
потребляемой при выработке электрической и тепловой энергии, 
возникает необходимость специальной физико-химической обработки воды. Современная водоподготовка – это сложная химическая 
технология, в которой для обработки воды используются различные 

реагенты, материалы, физические воздействия и множество различных устройств. От характера взаимодействия примесей воды с используемыми веществами зависит эффективность подготовки воды 
различного назначения и возможность ее использования для производства электроэнергии на современных ТЭС и АЭС.
Вопросы организации рационального водного режима также имеют важное значение в обеспечении надежной и экономичной эксплуатации тепловых и атомных электростанций. Плохо организованный водно-химический режим на ТЭС ведет к образованию отложений в водяном экономайзере котлоагрегата, что в свою очередь 
приводит к повышению температуры уходящих газов и снижению 
КПД котла; отложения в турбине уменьшают ее экономичность и т. д. 
Еще более существенное влияние водный режим оказывает на надежность работы оборудования. Нарушения водного режима могут 
привести к аварийному или преждевременному останову оборудования, к его неполному использованию. В этом случае уменьшается 
один из основных экономических показателей электростанции – 
число часов использования установленной мощности.
Особенно значительно влияние водного режима на надежность 
работы ядерных энергетических реакторов, единичные мощности 
которых в целом существенно выше, чем мощности котлоагрегатов, 
и для которых тепловые нагрузки превышают нагрузки топочных 
экранов.
С учетом учебного назначения пособия в нем уделено внимание 
разъяснению сущности различных методов и описанию технологий 
обработки природных вод, рассмотрены конструкции оборудования 
и типовые схемы водоподготовительных установок, методы удаления 
из воды агрессивных газов, приводящих к коррозионным повреждениям оборудования.
При подготовке данного учебного пособия авторы стремились 
использовать лучшие наработки в области проектирования водоподготовительных установок. Большие наработки таких методик сделаны Чиж В. А., Нерезько А. В., Карницким Н.Б. («Водоподготовка 
и водно-химические режимы ТЭС и АЭС. Учебно-методическое пособие по курсовому и дипломному проектированию»), Карелиным В. А. («Водоподготовка для АЭС. Проектирование и расчет водоподготовительной установки»), Реут О. П., Хаютиной Е. С., Куличенковым В. П. («Водоподготовка для предприятий энергетики»).
Авторы надеются, что материалы, изложенные в учебном пособии, будут полезны не только для обучающихся, но и для работников 
тепловых и атомных электростанций, преподавателей.
Авторы

ВВЕДЕНИЕ
Дисциплины «Водоподготовка и  водно-химические режимы 
ТЭС» и «Водоподготовка и водно-химические режимы АЭС» включены в учебные планы при подготовке специалистов по специальностям 7-07-0712-02 «Теплоэнергетика и теплотехника», 7-07-071203 «Проектирование и эксплуатация атомных электрических станций». Для более полного усвоения обучающимися базового объема 
знаний по данным дисциплинам предусматривается выполнение 
курсового проекта.
Целью выполнения курсового проекта является формирование 
у будущих инженеров-энергетиков необходимых знаний о современных физических и химических методах обработки воды, используемой в теплоэнергетике, четких представлений о значении 
водоподготовки для обеспечения надежной и экономичной работы 
теплоэнергетического оборудования, а также ознакомление с оборудованием и схемами водоподготовительных установок (ВПУ), 
мерами по экономному расходованию реагентов и минимизации 
вредных стоков от ВПУ.
Основной задачей выполнения курсового проекта является подготовка студентов к дипломному проектированию, а также к будущей 
практической деятельности.
В результате выполнения курсового проекта студент должен:
знать:
y
y принципы проектирования ВПУ;
y
y современные методы коррекции и принципы нормирования 
качества теплоносителя ТЭС;
y
y физические и химические законы для изучения процессов подготовки и использования воды на атомных электрических станциях;
y
y организацию водно-химических режимов парогенераторов и реакторов типа РБМК, ВВЭР;
уметь:
y
y выбирать и обосновывать схему подготовки питательной и подпиточной воды для ТЭС и тепловых сетей;
y
y обосновывать и рассчитывать систему технического водоснабжения ТЭС;
y
y организовывать рациональное ведение ВХР ТЭС и АЭС без снижения экономичности и надежности работы основного и вспомогательного оборудования;
y правильно организовывать очистку всех потоков конденсатов 
на ТЭС и АЭС;

y производить проектирование водоподготовительной установки 
атомных электрических станций, установок по очистке радиоактивных вод;
y выбирать и обосновывать оптимальные водно-химические режимы работы котлоагрегатов и реакторов типа РБМК, ВВЭР;
y
y владеть:
y
y принципами проектирования водоподготовительных установок;
y
y навыками проектирования основных узлов подготовки добавочной воды для ТЭС и тепловых сетей;
y
y методикой выбора схемы водоподготовительной установки;
y
y методикой ведения водно-химического режима применительно 
к конкретному типу реактора атомной электрической станции;
y
y методикой расчета отдельных водоподготовительных блоков 
водоподготовительной установки.
Настоящее пособие состоит из двух частей. Первая часть посвящена вопросам теории водоподготовки, водно-химическим режимам 
ТЭС и АЭС, физико-химическим основам процессов очистки воды. 
Вторая часть посвящена проектированию водоподготовительных 
установок, выбору водно-химических режимов, выбору и расчету системы технического водоснабжения.
Пособие дополнено приложениями, в которых приведена информация, позволяющая повысить знания студентов при выполнении 
курсового проекта.

Часть I
ВОДОПОДГОТОВКА. 
ВОДНО-ХИМИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ ТЭС И АЭС. 
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ 
ОЧИСТКИ ВОДЫ
Глава 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА 
ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОД
Надежная безопасная эксплуатация современных ядерных реакторов, парогенераторов ТЭС, турбин, являющихся основой тепловых 
и атомных электрических станций, в значительной мере зависит от 
качества теплоносителя. Рабочей средой таких электростанций является вода, которая широко используется в качестве удобного теплоносителя основных контуров ТЭС и АЭС, а также применяется 
для создания вакуума в конденсаторах турбин. В качестве охладителя 
она циркулирует в системах охлаждения электрогенераторов, питательных электронасосов, маслоохладителей. Также вода применяется для восполнения потерь в пароводяном цикле станции и системе 
теплоснабжения и для хозяйственно-питьевых и противопожарных 
нужд. На АЭС применение воды, кроме того, связано с решением 
проблем подавления радиолиза воды, переработки жидких радиоактивных отходов.
Требования к качеству воды в каждом конкретном случае различны. Если в системах охлаждения она практически не обрабатывается, то для использования в основных циклах ТЭС и АЭС проходит 
полную тщательную очистку от всех категорий примесей.
1.1. Выбор и характеристика источников водоснабжения
При проектировании ТЭС и АЭС характеристика источника водоснабжения является одним из основных факторов, определяющих 
выбор площадки для строительства электростанции. При наличии 

нескольких возможных водоисточников конкретное решение принимается на основании технико-экономических расчетов с учетом 
всех специфических условий путем сравнения стоимости обработанной воды и возможности обеспечения необходимого ее расхода. При 
этом учитывают нужды не только химводоподготовки, но и водопотребления ТЭС и АЭС в целом.
Возможными источниками водоснабжения ТЭС и АЭС являются:
y
y воды поверхностных источников (реки, озера, водохранилища);
y
y подземные источники (воды артезианских скважин не питьевого качества).
Значительная часть выпадающей дождевой воды, а также талая вода просачиваются в почву. Там вода растворяет содержащиеся в почвенном слое органические вещества и насыщается кислородом. В глубинных слоях почвы находятся песчаные, глинистые известняковые 
соли. В них органические вещества по большей части отфильтровываются, но вода начинает насыщаться солями и микроэлементами.
В наиболее значительных количествах в грунтовых водах содержатся, как правило, катионы кальций, магний, натрий, калий, железо и в меньшей степени марганец. Вместе с распространенными 
в воде анионами – карбонатами, гидрокарбонатами, сульфатами 
и хлоридами – они образуют соли. Концентрация солей зависит от 
глубины залегания. В наиболее «старых» глубоких водах концентрация солей настолько велика, что они обладают явственно солоноватым вкусом. К этому типу относятся большинство известных минеральных вод. Наиболее качественную воду получают из известняковых слоев, но глубина их залегания может быть достаточно большой. 
Грунтовые воды характеризуются довольно высокой минерализацией, жесткостью, низким содержанием органики и практически полным отсутствием микроорганизмов. Поэтому при использовании 
в качестве источника водоснабжения артезианской воды отпадает 
необходимость в предварительной ее очистке перед ионообменной 
обработкой. Кроме того, важным преимуществом этой воды перед 
поверхностной является стабильный состав истинно растворенных 
примесей в течение года, что в значительной степени облегчает эксплуатацию водоподготовительной установки. Однако следует учитывать, что подземные воды обычно содержат большое количество 
ионов двухвалентного железа, которые при поступлении на поверхность вступают в реакцию с кислородом воздуха и переходят в труднорастворимые соединения трехвалентного железа, которые необходимо удалять перед последующими ступенями обработки воды.
При использовании поверхностного источника необходимо учитывать, что количественный и качественный состав примесей в воде 
зависит от метеоусловий и подвержен сезонным колебаниям. Так, 

весной (паводок) после вскрытия льда воды содержат минимальное 
количество растворенных солей, зато максимальное количество взвешенных веществ, увлекаемых с поверхности почвы талыми водами. 
В зимний период в результате питания рек и озер подземными водами их солесодержание достигает максимума. В летнее время состав 
поверхностных вод определяется соотношением долей поверхностного и подземного стоков. Такое непостоянство количественного 
и качественного состава примесей в воде существенно усложняет 
эксплуатацию водоподготовительных установок, которые в данном 
случае состоят из двух стадий очистки воды от примесей – предварительной и основной.
1.2. Характеристика примесей природных и технических вод
Многообразие примесей в водах не позволяет создать их классификацию по какому-либо единому признаку, поэтому существуют 
классификации по нескольким признакам, которые дают более объективную их характеристику.
Самая простая классификация природных вод основывается на 
величине их солесодержания, согласно которой они делятся на три 
класса:
y
y пресные воды – солесодержание до 1 г/кг;
y
y солоноватые воды – солесодержание 1 – 25 г/кг;
y
y соленые воды – солесодержание более 25 г/кг.
По характеру преобладающего в природной воде аниона выделены три больших класса вод:
y
y гидрокарбонатные воды (преобладает анион HCO3
− или сумма 
анионов HCO3
− и CO3
2−);
y
y сульфатные воды (преобладает анион SO4
2−);
y
y хлоридные воды (преобладает анион Cl−).
По степени дисперсности (крупности) твердых веществ, находящихся в воде, их принято делить на грубодисперсные, коллоидные 
и истинно растворенные. Средний размер частиц таких примесей 
находится в пределах:
y
y грубодисперсные – более 100 нм;
y
y коллоидные – от 1 до 100 нм;
y
y истинно растворенные – менее 1 нм.
Грубодисперсные примеси образуют с водой гетерогенную систему. Удаляются путем фильтрования и отстаивания.
Коллоидные вещества также образуют с водой гетерогенную систему, равномерно распределены по объему воды, и их дисперсный 
состав в течение длительного времени не изменяется. Частицы не