Стартовая >> Архив >> Генерация >> Физические основы эксплуатации ядерных паропроизводящих установок

Системы ЯППУ с водо-водяными реакторами - Физические основы эксплуатации ядерных паропроизводящих установок

Оглавление
Физические основы эксплуатации ядерных паропроизводящих установок
Классификация и основы устройства ЯППУ
Системы ЯППУ с водо-водяными реакторами
Механизмы и устройства, обеспечивающие работу ЯППУ
Устройство водо-водяных реакторов
Корпус и крышка водо-водяного реактора
Технологические каналы водо-водяного реактора
Органы управления и защиты водо-водяного реактора
Принципиальные схемы парогенераторов
Конструкционные схемы парогенераторов
Нейтронное поле в реакторе
Кинетика «холодного» реактора без учета запаздывающих нейтронов
Виды коррозии конструкционных материалов ЯППУ
Факторы, влияющие на скорость коррозии
Требования к воде контуров ЯППУ
Контроль за качеством воды
Технические средства обеспечения водного режима ЯЭУ
Физический пуск реактора
Экспериментальное определение характеристик реактора при физическом пуске
Теплотехнические проверки реактора
Эксплуатационные режимы ЯППУ
Эксплуатационный пуск реактора и разогрев ЯППУ
Работа ЯППУ в нормальных условиях эксплуатации
Выключение реактора и расхолаживание ЯППУ
Аварийные режимы, обусловленные высвобождением реактивности
Аварии со снижением циркуляции теплоносителя и рабочего тела
Средства обеспечения безопасной эксплуатации ЯППУ
Реактор ИР-100
Уран-водные экспериментальные сборки
Аппаратура для исследований
Нейтронно-физические характеристики подкритического реактора

Функциональная схема ЯППУ. Устройство основных систем ЯППУ рассмотрим, используя функциональную схему ЯППУ (рис. 1.2) с водо-водяным реактором под давлением, двумя камерами прямоточного ПГ (каждая из которых оснащена своим циркуляционным насосом) и газовой системой КО теплоносителя. Будем считать также, что рассматриваемая установка относится к классу судовых, вследствие чего ее функциональная схема содержит системы заборной воды [1, 2].
Как видно из рисунка, наряду с упоминавшимися выше двумя главными теплопередающими контурами (двухпетлевым первым контуром, обозначенным сплошной жирной линией, и частью второго контура, обозначенного штриховой жирной линией) в состав ЯППУ входят:
контур охлаждения оборудования ППУ, называемый обычно третьим контуром (обозначен заштрихованной линией);

схема ЯППУ с реактором типа ВВЭР
Рис. 1.2. Функциональная схема ЯППУ с реактором типа ВВЭР:
1  — реактор; 2 — ПГ; 3 — циркуляционный насос первого контура; 4 — теплообменник системы очистки теплоносителя; 5 — фильтр системы очистки; 6 — компенсатор объема; 7 — ресиверные баллоны; 8 — резервные баллоны; 9 — подпиточный насос; 10 — подпиточная цистерна; 11  — забортный теплообменник; 12 — теплообменник третьего-четвертого контуров; 13 — насос четвертого контура; 14 — фильтр забортной воды; 15 — расширительный бак; 16 — насос третьего контура; 17 — бак биологической защиты реактора                         

контур забортной воды, охлаждающей теплоноситель третьего контура, называемый обычно четвертым контуром; система очистки теплоносителя;
система компенсации изменений объема теплоносителя;
система подпитки первого контура;
система автономного расхолаживания реактора*.

*Перечисленные системы выделены на функциональной схеме штриховыми прямоугольниками.

Кроме того, ЯППУ содержит в своем составе не показанные на функциональной  схеме систему дренажа и  воздухоудаления из первого контура, систему вентиляции и вакуумирования помещений ЯППУ, а также ряд других систем.
В подписи к рис. 1.2 дана расшифровка элементов функциональной схемы. При рассмотрении расшифровки следует иметь в виду, что на схеме не показано резервирование оборудования, опущены некоторая арматура и второстепенные элементы. Это сделано для увеличения наглядности, а также для упрощения задачи пояснения назначения и устройства представленных на функциональной схеме контуров и систем.

Вспомогательные контуры.

 Вспомогательные теплопередающие контуры предназначены для охлаждения оборудования ППУ с целью обеспечения необходимых для нормальной работы систем и механизмов температурных -условий и отвода тепла от биологической защиты.
В настоящее время наибольшее распространение получила представленная на рис. 1.2. двухступенчатая схема охлаждения оборудования. Вначале тепло отдается циркулирующей в замкнутом третьем контуре воде высокой чистоты, а затем в теплообменнике третьего-четвертого контуров 12 — забортной воде четвертого контура. Введение третьего контура как промежуточной ступени охлаждения позволяет, повысить надежность ЯППУ, поскольку при этом удается избежать высокой наведенной активности охлаждающей воды при циркуляции ее в зоне интенсивного у- и нейтронного облучения и предотвратить солеотложение на теплоотдающих поверхностях охлаждаемого оборудования.
К числу механизмов и устройств ЯППУ, нуждающихся в охлаждении, относятся: теплообменник 4 системы очистки теплоносителя, электродвигатели циркуляционных насосов первого контура, приводы стержней регулирования и аварийной защиты реактора, корпус ионообменного фильтра системы очистки и некоторое другое оборудование. Кроме того, как было сказано, теплоноситель третьего контура используется для отвода тепла от биологической защиты реактора. В судовых ЯППУ, где биологическая защита реакторов выполняется обычно в виде чередующихся слоев металла и воды, размещенных в общем баке 17, теплосъем обеспечивается посредством прокачки воды третьего контура через бак, как показано на рис. 1,2.
Для предотвращения кавитации подогретой воды третьего контура в циркуляционном насосе 16 в системе поддерживается небольшое избыточное давление посредством подключения к третьему контуру цистерны с водой 75, расположенной на некотором возвышении над ним. Эта же цистерна служит для пополнения утечек и компенсации температурных изменений объема теплоносителя третьего контура, вследствие чего ее обычно называют расширительным баком.
Обычно в состав третьего контура, равно как и четвертого, входят два параллельно включенных насоса, один из которых находится в работе, а второй — в готовности к автоматическому пуску при остановке первого. Используются и другие способы резервирования.

Система очистки теплоносителя.

Эта система, предназначенная для удаления из воды первого контура взвешенных и растворенных примесей, во время эксплуатации ЯППУ, входит в состав подавляющего большинства установок. Несмотря на то что перед заполнением первого контура внутренние поверхности оборудования тщательно промываются, а заливаемый теплоноситель очищается по специальной технологии, при работе ЯППУ концентрация примесей в теплоносителе увеличивается. Основными причинами этого загрязнения являются процессы коррозии и эрозии материалов первого контура, а также возможные нарушения герметичности оболочек твэлов с попаданием в контур продуктов деления ядерного топлива. Опасность подобного загрязнения заключается  в том, что активирующиеся при прохождении через реактор примеси и радиоактивные продукты деления топлива увеличивают радиоактивность теплоносителя, в результате чего затрудняется доступ к оборудованию первого контура для его обслуживания. Кроме того, отложение примесей на оболочках твэлов может привести к возникновению локальных перегревов из-за ухудшения условий теплоотвода.
Примеси из теплоносителя удаляются посредством прокачки части теплоносителя через механические и ионообменные фильтры. В первых удаляются взвешенные, а во вторых растворенные примеси. Эти функции могут быть совмещены также в одном фильтре;.
Так как длительная работоспособность ионообменных смол сохраняется лишь при температуре не более 60 °С, обязательным элементом системы очистки является холодильник 4 в котором подаваемый на фильтр 5 теплоноситель охлаждается водой третьего контура.
Показанная на рис. 1.2 схема подключения системы очистки в параллель с реактором не является единственно возможной. В зависимости от соотношения между напором, создаваемым циркуляционными насосами первого контура (ЦНПК), и гидравлическими сопротивлениями системы очистки, реактора и ПГ, а также по иным соображениям могут быть реализованы и другие варианты подключения системы (в параллель с ПГ или ЦНПК). Кроме того, для прокачки теплоносителя в системе очистки может быть использован специальный насос, как это сделано в ЯППУ судна «Саванна».
Система очистки теплоносителя может включаться в работу периодически или действовать непрерывно. В последнем случае расход через фильтр составляет 0,3—0,8% массового расхода теплоносителя в первом контуре.

Система компенсации изменений объема теплоносителя.

Система предназначена для создания начального давления в первом контуре и поддержания его в заданных пределах во время работы ЯППУ посредством компенсации температурных изменений объема теплоносителя. Чрезмерное повышение давления в первом контуре представляет опасность в отношении прочности оборудования, а снижение давления ниже уровня насыщения при имеющейся температуре теплоносителя может привести к запариванию активной зоны, срыву циркуляции теплоносителя и пережогу твэлов.
В состав системы компенсации изменений объема теплоносителя входит один или несколько компенсаторов объема 6 и две группы газовых баллонов высокого давления 7 и 8. Компенсатор объема частично заполнен теплоносителем и соединен по принципу сифона с первым контуром. Верхняя часть компенсатора заполнена газом, выполняющим роль демпфера при изменениях уровня теплоносителя в КО*.

* При увеличении средней температуры теплоносителя в первом контуре вода выдавливается, в КО и уровень в нем растет. Уменьшение средней температуры дает обратный эффект.

Для ограничения отклонений давления в первом контуре при колебаниях средней температуры теплоносителя обычно возникает необходимость увеличения объема газовой подушки в КО посредством подключения к верхней части компенсатора группы газовых баллонов 7, называемых ресиверными баллонами. Вторая группа баллонов 8 предназначена для создания заданного начального давления в первом контуре и для восполнения потерь газа. Поэтому она называется резервной группой.
Большое значение для обеспечения надежной работы установки имеет контроль за уровнем   теплоносителя в КО. Чрезмерное снижение уровня опасно возможностью заброса газа в контур с последующим срывом циркуляции теплоносителя, а переполнение КО грозит опрессовкой первого контура. Поэтому компенсаторы всегда оснащаются надежными уровнемерами (часто это ультразвуковые уровнемеры, излучатель и приемник которых монтируется в трубе, расположенной по оси компенсатора).
Система подпитки первого контура. Система служит для восполнения потерь теплоносителя, обусловленных в период нормальной эксплуатации отбором проб воды для радиохимического анализа или частичным дренированием контура при выполнении некоторых технологических операций, а в аварийных ситуациях — утечкой теплоносителя через неплотности оборудования первого контура.
Система подпитки обычно состоит из двух плунжерных подпиТочных насосов 9, способных создавать давление, превышающее рабочее давление в первом контуре, подпиточной цистерны 10 с запасом воды высокой чистоты, трубопроводов и арматуры. Контроль за количеством воды в первом контуре при включении и в процессе работы системы подпитки ведется по показаниям уровнемеров в КО.
В случае необходимости надежного долговременного выключения ядерного реактора при выходе из строя его системы управления насосы системы подпитки могут быть использованы также для подачи в первый контур жидкого поглотителя нейтронов.

Система автономного расхолаживания реактора.

Система предназначена для отвода остаточного тепловыделения после остановки реактора в условиях, когда основное оборудование ЯППУ не используется. Известны разнообразные схемы построения систем автономного расхолаживания. Многие из них сконструированы по принципу создания принудительной циркуляции теплоносителя через активную зону и теплообменник расхолаживания с помощью специальных электронасосов, имеющих автономный источник питания. В других проектах использована естественная циркуляция сред, как, например, в представленной на рис. 1.2 одноконтурной системе автономного расхолаживания с забортным теплообменником 11, спроектированной для первой английской атомной подводной лодки.
Не вдаваясь в анализ достоинств и недостатков тех или иных конструкционных решений, отметим лишь, что безопасность эксплуатации ЯППУ может быть существенно увеличена, если в их составе наряду с основными системами расхолаживания иметь системы автономного охлаждения активной зоны, способные обеспечить теплоотвод в аварийных режимах, связанных с выходом из строя или обесточиванием циркуляционных насосов первого и второго контуров, повреждением оборудования и т, п.

Система дренажа и воздухоудаления из первого контура.

Система служит для сброса в специальные дренажные цистерны радиоактивной воды в процессе воздухоудаления из первого контура, при частичном дренировании контура и при сливе теплоносителя через пробоотборники перед взятием проб для радиохимического анализа.
Каждая паропроизводящая установка оборудуется также системой временного хранения и удаления радиоактивных вод. Радиоактивная вода первого контура, поступающая в какое-либо из помещений ЯППУ, откачивается в одну из дренажных цистерн с помощью дренажного насоса. При этом вода в зависимости от ее активности сливается в разные цистерны, имеющие соответствующую биологическую защиту.
Система вентиляции и вакуумирования помещений Я П ПУ. Система предназначена для удаления радиоактивных газов и аэрозолей, появляющихся в результате активации воздуха и взвешенных в нем мелких частиц или же   из теплоносителя в случае его утечки из первого контура, а также для создания разрежения в помещениях ЯППУ.
Для обеспечения радиационной безопасности при эксплуатации ЯППУ системы вентиляции и вакуумирования должны соответствовать определенным требованиям [3]. Согласно этим требованиям все помещения зоны строгого режима должны быть разделены на отдельные газоплотные отсеки, в каждом из которых поддерживается тем большее разрежение, чем выше возможная активность воздуха в помещении. В отсеках зоны ограниченного режима создается меньшее, разрежение, но оно все же, выше разрежения в помещениях других зон. В результате при возникновении неплотностей обеспечивается движение радиоактивного воздуха лишь в одном направлений — из обслуживаемых помещений в необслуживаемые, а там — из помещений с меньшей активностью в помещения с большей активностью.
Наряду с перечисленными в состав ЯППУ входят и другие вспомогательные системы, такие, например, как система дистанционного управления арматурой контуров, система продувки ПГ и т. д. Они в данном разделе не рассматриваются (как второстепенные).



 
« Федеральная программа США по ветроэнергетике   Экологические аспекты внедрения газотурбинных технологий в Башкирэнерго »
электрические сети