В период 1997-2000гг. институтами «Атомэнергопроект» (г. Москва и С.-Петербург) — генеральными проектировщиками, ОКБ «Гидропресс» — главным конструктором реакторной установки, РНЦ «Курчатовский институт» — научным руководителем проектов АЭС и РУ проведены работы по определению возможности создания энергоблока АЭС мощностью 1500 МВт (эл) с реакторной установкой ВВЭР. Работы проводились с учетом «Технических требований на энергоблок большой мощности для широкомасштабного внедрения в период после 2010 года», разработанных в 1996 году ведущими организациями Министерства РФ по атомной энергии.
На основе этих работ в 2000г. была завершена разработка «Концептуального проекта реакторной установки ВВЭР-1500».
Основные положения концепции РУ ВВЭР-1500
Цель разработки — создание реакторной установки ВВЭР для энергоблока АЭС установленной мощностью 1500 МВт (э), показатели уровня безопасности, эксплуатационной надежности и экономичности которого должны превосходить характеристики ВВЭР-1000 и обеспечивать конкурентоспособность проекта на мировом рынке.
Цель достигается за счет:
- показателей реакторной установки (тепловая мощность активной зоны 4250 МВт, средняя глубина выгорания 46000-60000, число часов использования установленной мощности в течение года 7600-8100, назначенный срок службы оборудования РУ — 50 лет, корпуса реактора — 60 лет и т.д.);
- максимального использования результатов НИОКР в обоснование проектов РУ ВВЭР с учетом опыта эксплуатации РУ ВВЭР на АЭС;
- эволюционного развития и совершенствования оборудования и систем действующих РУ ВВЭР-1000 с исключением предпосылок для имевших место при эксплуатации отказов и нарушений;
- определения предельного состояния оборудования эксплуатационными методами, средствами и сравнения этих результатов с критериями, указанными в конструкторской документации;
- ориентации на имеющуюся промышленную базу России при создании оборудования РУ и связанных с ней систем, основное и вспомогательное оборудование, приборы, системы и материалы должны быть российской поставки;
- минимальных и реалистичных вложений для модернизации имеющихся производственных технологий и экспериментальной базы;
- развития свойств внутренней самозащищенности реактора;
- совершенствования системы защитных барьеров;
- обеспечения устойчивости к ошибкам персонала, внешним и внутренним воздействиям при упрощении систем, важных для безопасности;
- удовлетворения требований современной нормативно-технической документации РФ с учетом ее развития, учета рекомендаций и норм безопасности МАГАТЭ, требований EUR, публикаций 1NSAG.
Результаты разработки концептуального проекта реакторной установки ВВЭР-1500 с точки зрения выполнения положений «Концепции ...»
Реактор ВВЭР-1500
Определяющее значение на результаты разработки концептуального проекта РУ ВВЭР-1500 имело подтверждение Ижорского завода возможности изготовления корпуса реактора с внутренним диаметром центральной обечайки 4960мм, что позволило разместить активную зону из 241 ТВС, обеспечить получение тепловой мощности 4250 МВт при низкой энергонапряженности активной зоны.
Установлен максимальный внутренний диаметр корпуса реактора в районе активной зоны 4960 мм, при этом конструкция реактора должна обеспечить величину флюенса нейтронов с энергией более I МэВ на стенку корпуса менее 1.1019 н/см2 за 60 лет эксплуатации.
В конструкции реактора реализованы решения, подтвержденные положительными результатами эксплуатации на АЭС реакторных установок ВВЭР-1000.
Сохранены принципиальные решения, ставшие традиционными для ВВЭР:
- двухрядное расположение патрубков для присоединения главных циркуляционных трубопроводов;
- опорой реактора является цилиндрический бурт на нижней обечайке зоны патрубков;
- днище корпуса имеет эллиптическую форму;
- нижняя часть корпуса (от входных патрубков Ду 850 и ниже) «гладкая», без каких-либо врезок;
- система внутриреакторного контроля (температурного и энерговыделения) компонуется на съемном верхнем блоке (крышке) реактора;
- применение днища шахты в виде эллипсоида, перфорированного большим количеством отверстий малого диаметра, обеспечивает, в сочетании с профилированным зазором между днищем шахты и днищем корпуса, равномерное распределение теплоносителя на входе в активную зону, исключение существенных динамических воздействий во входном гидравлическом тракте реактора.
Рис. 9.19 Реактор В-448:
1 — верхний блок, 2 - шахта, 3 — БЗТ, 4 — выгородка, 5 — корпус, 6 — активная зона, 7 — днище шахты
Рис. 9.20 Реактор В-448 (поперечные разрезы)
Наряду с использованием проверенных в эксплуатации традиционных решений ВВЭР, в реакторе ВВЭР-1500 разработан ряд усовершенствований, которые должны повысить уровень работоспособности и надежности, в том числе:
- изменены внутрикорпусные устройства, принцип закрепления активной зоны в системе внутрикорпусных устройств, который обеспечивает четкую, определенную геометрическую базу фиксации ТВС по высоте: хвостовик на опорной плите шахты, головка — поджимается нижней плитой блока защитных труб, жестко опирающейся на выгородку;
- изменена конструкция концевых узлов ТВС (хвостовика и головки) с учетом опыта эксплуатации ВВЭР-1000.
Конструкция реактора ВВЭР-1500 представлена на рис. 9.19 и 9.20.
Основные характеристики реактора
Парогенераторы ПГВ-1500
Определяющим преимуществом применения в проекте горизонтального парогенератора является длительный опыт эксплуатации более 284 парогенераторов ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 на 54 энергоблоках АЭС в России и за рубежом. Работоспособность и надежность горизонтальных парогенераторов исследована как на этапах разработки, так и, главным образом, в процессе эксплуатации непосредственно на АЭС. Результаты исследований и опыт эксплуатации дают богатейший материал для разработки и создания горизонтального парогенератора для РУ ВВЭР-1500 при минимальном объеме расчетного и экспериментального обоснования.
Разработанный на основе ПГВ-1000М горизонтальный парогенератор ПГВ-1500 обеспечивает получение заданных теплотехнических и геометрических характеристик на основе проверенных конструктивных решений.
Анализ сравнительных характеристик парогенераторов ПГВ-440, ПГВ-1000, ПГВ-1500 свидетельствует о том, что удельная нагрузка ПГВ-1500 близка к удельной нагрузке ПГВ-1000М.
Конструкция ПГВ-1500 принципиально позволяет обеспечить следующие преимущества по сравнению ПГВ-1000М:
- повышение надежности работы трубчатки за счет улучшения естественной циркуляции;
- повышение эффективности отмывки и шламоудаления из межтрубного пространства и с нижней образующей корпуса;
- повышение удобства контроля и осмотра трубчатки и ВКУ со стороны второго контура;
- повышение достоверности и удобства контроля металла трубчатки автоматизированными средствами за счет увеличения радиуса гиба, как минимум, вдвое;
- упрощение монтажа и демонтажа ПГ за счет отсутствия парового коллектора, а также упрощение компоновки паропроводов.
Использование проверенных конструктивных решений позволяет свести к минимуму объем экспериментального обоснования.
Наряду с этим, проработана возможность применения новых конструктивных решений, к которым относятся:
- сепарационная схема с безбарботажными насадками;
- один пароотводящий патрубок и пароприемный дырчатый лист с переменной перфорацией.
Полученные характеристики горизонтального парогенератора ПГВ-1500 и отмеченные его преимущества по сравнению с ПГВ-1000М подтверждают целесообразность применения в проекте четырехпетлевой РУ ВВЭР-1500 горизонтальных парогенераторов.
Конструкция и основные характеристики, включая сравнительные, горизонтальных парогенераторов представлены в таблице и на рис. 9.21.
Главный циркуляционный насосный агрегат
В реакторной установке ВВЭР-1500 применен ГЦНА по типу ГЦНА-1391. Большинство узлов насоса (блок уплотнения, подшипники, муфта и т. д.) разработаны с использованием технических решений, примененных на агрегатах ГЦН-195М и ГЦНА-1391 для РУ ВВЭР-1000.
Рис. 9.21 Парогенератор ΠГВ-1500
1 — корпус, 2 — коллектор теплоносителя, 3 — трубным пучок с опорными узлами, 4 — устройство подвода и раздачи питательном воды, 5 — устройство для аварийного расхолаживания ПГ, 6 — устройство раздачи химреагентов, 7 — лист пароприемный дырчатый, 8 — лист погруженный дырчатый
Сравнительная характеристика горизонтальных парогенераторов
Основные характеристики:
подача, м3/час 27000
напор, МПа 0,73
потребляемая мощность (гор./хол.), кВт 7400/11000 частота вращения, об/мин. 750/1500
Конструкция главного циркуляционного насосного агрегата для реакторной установки ВВЭР-1500 с горизонтальными парогенераторами представлена на рис.9.22.
Компоновочные решения РУ ВВЭР-1500 с горизонтальными парогенераторами
Применение ГЦН типа ГЦНА-1391 приводит к традиционной для ВВЭР компоновке петель с U-образными участками («утками»).
Рис. 9.22 Главный циркуляционный насосный агрегат РУ В-448:
При разработке компоновочных решений реакторной установки ВВЭР-1500 с горизонтальными парогенераторами и главными циркуляционными насосами типа ГЦНА-1391 ставилась главная задача — вписаться в защитную оболочку реакторного отделения с минимальным внутренним диаметром. Применение разработанных горизонтальных парогенераторов на параметры: температура теплоносителя на входе в парогенератор 330,0вС, расход теплоносителя 27000 м3/час, давление по II контуру 7,34 МПа обеспечивает условия вписывания РУ в защитную оболочку Двн=47 м.
Компоновка РУ ВВЭР-1500 с горизонтальными парогенераторами представлена на рис. 9.23 и 9.24.
Основные характеристики реакторной установки ВВЭР-1500
Мощность тепловая, МВт | 4250 |
Количество петель, шт. | 4 |
Номинальное давление, МПа: первого контура второго контура | 15,7 |
Паропроизводительность, т/час | 8268 |
Температура теплоносителя в реакторе, °C: на входе на выходе | 297,6 |
Расход теплоносителя через реактор, м3/час | 108000 |
АСУ ТП
Разработка АСУ ТП проводится на основе технических средств, используемых при разработке АСУ ТП проектируемых и вводимых АЭС с ВВЭР-1000, с широким использованием микропроцессорной техники для реализации всех функций контроля и управления, включая функции безопасности.
Основные принципы, используемые при проектировании АСУ ТП:
- высокий уровень автоматизации технологических процессов;
- разработка человеко-машинного интерфейса с учетом опыта эксплуатации существующих систем и последних достижений в мировой практике создания щитов управления;
- развитие системы поддержки оператора;
- высокая функциональная надежность системы;
- система контроля и управления создается в виде распределенной иерархической структуры с высоким уровнем интеллекта;
- развитая самодиагностика программно-технических средств.
Рис. 9.23 Компоновка РУ В-448 (продольный разрез):
1 — реактор, 2 - ГЦНА, 3 — парогенератор, 4 — гидроемкость САОЗ,
5 — компенсатор давления, 6 — барботер
Рис. 9.24 Компоновка РУ В-448 (поперечный разрез):
1 — бассейн выдержки, 2 - емкость САОЗ, 3 — главный циркуляционный насос, 4 — компенсатор давления, 5 — паропровод, 6 — парогенератор, 7 — емкость системы быстрого ввода бора, 8 — шахта верхнего блока, 9 — ВКУ
Структурно АСУ ТП состоит из двух систем:
- системы управления и защиты;
- системы контроля, управления и диагностики.
К традиционно выполняемым функциям СУЗ и СКУД добавляются новые, основными из которых являются:
- автоматическое регулирование поля энерговыделении в активной зоне реактора, включая управление в маневренных режимах;
- расширение возможностей по контролю положения ОР СУЗ;
- новые возможности по диагностике состояния привода ШЭМ-3;
- создание многофункциональной системы контроля, управления и диагностики РУ (СКУД), включающей СВРК и системы оперативной диагностики оборудования РУ, позволяющей реализовать комплексный анализ состояния активной зоны и оборудования РУ и информационную поддержку оперативного персонала, включая формирование советов по стратегии управления активной зоной реактора.
Системы безопасности для охлаждения активной зоны
Технические решения по системам безопасности, в первую очередь, направлены на существенное повышение уровня безопасности РУ за счет использования активных и пассивных систем безопасности, при этом пассивные системы выполняют критические функции безопасности при отказе активных систем и устойчивы к отказам по обшей причине и ошибкам оператора.
Системы безопасности для охлаждения активной зоны:
- система аварийного ввода бора;
- система аварийного и планового расхолаживания первого контура и охлаждения БВ (комбинированная с использованием струйных и центробежных насосов);
- система пассивного залива активной зоны (ГЕ САОЗ первой ступени);
- дополнительная система пассивного залива активной зоны (ГЕ САОЗ второй ступени);
- система быстрого ввода бора;
- система отвода остаточных тепловыделений;
- система аварийного расхолаживания ПГ;
- система аварийного газоудаления;
- система аварийного электропитания.
Характеристики реакторной установки ВВЭР-1500 сравнимы с современными и перспективными PWR:
Наименование параметра | ВВЭР-1500 | EPR | N4 |
Тепловая мощность реактора, МВт | 4250 | 4250 | 4270 |
Номинальное давление 1 кожура, МПа | 15,7 | 15,5 | 15,5 |
Расчетное давление 1 контура, МПа | 17,64 | 17,6 | 17,2 |
Температура теплоносителя. °C на входе на выходе | 297,6 | 291,8 | 292,2 |
Расход теплоносителя через реактор, м3/ч | 108000 | 102000 | 98000 |
Удельная энергонапряженность а.з., кВт/л | 87,0 | 89,3 | 105,0 |
Высота активной зоны, мм | 4200 | 4200 | 4267 |
Максимальная линейная нагрузка на твэл, Вт/см | 340 | 390 | 420 |
Тип парогенератора | горизонтальный | вертикальный | вертикальный |
Паропроизводительность, т/ч | 2067 | 2147 | 2160 |
Давление пара на выходе из ПГ, МПа | 7,34 | 7,25 | 7,23 |
Температура питательной воды, °C | 230 | 230 | 229,5 |
Расчетное давление по 2 контуру, МПа | 9,5 | 9,7 |
|
