В настоящем параграфе мы рассмотрим (в основном применительно к реакторам ВВЭР) системы локализации наиболее тяжелых аварий, связанных с опасностью выброса активности. На АЭС существует несколько независимых барьеров, препятствующих выходу активности: 1) герметичная оболочка тепловыделяющих элементов, предотвращающая выход продуктов деления в теплоноситель; 2) герметичная система первого контура, предотвращающая попадание активного теплоносителя за пределы контура; 3) герметичный объем, включающий все элементы первого контура и предотвращающий выход активности в окружающую среду.
Эти барьеры выполняются таким образом, что повреждение каждого из них не должно приводить к разрушению следующего. Это обеспечивается как соответствующим выбором конструкции барьеров, так и применением мер локализации, т е пассивных и активных устройств, препятствующих разрушению следующего барьера.
Например, из-за остановки ГЦН при нарушении электроснабжения станции возникает опасность разрушения оболочки твэлов — первого барьера — вследствие ее перегрева остаточными тепловыделениями даже при сбросе аварийной защиты реактора. Задача систем локализации поддержать теплоотвод на допустимом уровне до тех пор, пока мощность не упадет настолько, что возможно будет охлаждать реактор естественной циркуляцией. Это достигается наличием как активных, так и пассивных устройств. Среди активных устройств укажем на генераторы собственного расхода (ГСР), которые предназначены для выработки электроэнергии на собственные нужды при авариях в энергосистеме и в основных генераторах Пассивными устройствами являются ГЦН с большими маховыми массами, которые вращаются некоторое время (до 60 с) и при полном обесточивании, обеспечивая принудительную циркуляцию Кроме того, к пассивным мерам следует отнести и питание ГЦН от различных источников (см гл 13), что делает их одновременное обесточивание крайне маловероятным Система электроснабжения ГЦН рассчитывается таким образом, что даже при совпадении нескольких аварийных ситуаций не должно происходить прекращение циркуляции Очевидно, что устройства управления, обеспечивающие переключения в системе электроснабжения, а также в технологической схеме, при обесточивании должны обладать очень высокой надежностью.
В случае, если совпадение особо неблагоприятных условий приведет к тому, что оболочки некоторых твэлов разрушатся, вышедшая из них радиоактивность будет локализована внутри контура (второй барьер).
При одновременном отключении нескольких ГЦН в случае обесточивания возможны резкие колебания давления первого контура, что может привести к разрушениям. Поэтому для локализации аварии необходимо стабилизировать давление контура. Этому служат пассивные (паровая подушка компенсатора объема) и активные (система регулирования давления в компенсаторе) средства. Так как эффективность рабочей системы регулирования давления (см §8 9) может оказаться недостаточной, в реакторах ВВЭР-440 предусмотрено дополнительное пассивное устройство: главный циркуляционный трубопровод соединен с паровой частью компенсатора объема трубопроводом с установленным на нем обратным клапаном. При быстром повышении давления в контуре давление в компенсаторе не успевает следовать за ним, на обратном клапане увеличивается перепад и происходит перепуск воды в паровую часть компенсатора, что снижает давление контура.
Более тяжелыми с точки зрения безопасности являются нарушения второго барьера: разгерметизация контура. Это влечет за собой, во-первых, выход активности за пределы контура, а во-вторых, при больших течах может нарушиться теплоотвод и вызвать одновременную разгерметизацию твэлов. Протекание такой аварии и допускаемые пределы безопасности существенно зависят от размеров течи.
Малые течи (разрывы импульсных трубок, различного рода неплотности и т. п.) компенсируются (т. е. масса воды в контурах сохраняется постоянной) нормальной системой регулирования уровня в компенсаторах объема в результате работы подпиточных насосов. При этом теплоотвод не ухудшается. Попадающая в помещения первого контура вода не увеличивает существенно давление и температуру в них, и опасности для конструкций (разрушения третьего барьера) не возникает. Однако даже малые течи являются нежелательными, так как они могут прогрессировать с постепенным увеличением расхода воды и, кроме того, происходит активация помещений и оборудования первого контура. Поэтому они должны быть локализованы, т. е. петля, в которой появилась течь, должна быть отключена. Если течь появилась в неотключаемой части контура, может быть принято решение об останове реактора.
Следует отметить, что малые течи могут оставаться незамеченными персоналом в течение длительного времени, так как будут проявляться только в некотором учащении включения подпиточных насосов. Поэтому представляет интерес автоматический контроль баланса воды в контуре с помощью УВМ, который позволяет достаточно быстро определить появление течи с очень малыми расходами.
Промежуточные течи, имеющие место при разрывах трубопроводов диаметром приблизительно до 100 мм, характеризуются расходами, которые не могут быть скомпенсированы подпиточными насосами. При этом происходит снижение уровня в компенсаторе объема, это вызывает срабатывание аварийной защиты и включение аварийных подпиточных насосов. Эти насосы подают из специальных баков в реактор раствор борной кислоты, что делает более быстрым и надежным гашение цепной реакции. Подпитка аварийными насосами в режимах промежуточной течи позволяет сохранить циркуляцию в реакторе необходимое время и обеспечить теплоотвод. Попадающие в помещение первого контура большие количества воды вызывают повышение температуры и давления и требуют срабатывания устройств герметизации и снижения давления в помещениях, описание которых дано ниже.
Наиболее тяжелой, максимальной проектной аварией является большая течь и связанная с этим частичная потеря теплоносителя из контура, что может временно значительно уменьшить теплоотвод. При этом по сигналу падения давления в реакторе срабатывает аварийная защита и включаются аварийные подпиточные насосы высокого давления. Для надежности срабатывание защиты осуществляется по двум параметрам: по скорости и по значению падения давления. По каждой из этих величин применяется схема «два из трех». В случае отказа аварийных подпиточных насосов, а также если их действие окажется недостаточным, в системе аварийного охлаждения активной зоны (САОЗ) также имеются гидроемкости и аварийные насосы низкого давления. В гидроемкостях содержится раствор борной кислоты, находящийся под давлением азотной подушки. На линиях, соединяющих гидроемкости с реактором, расположены клапаны, автоматически открывающиеся при уменьшении давления в реакторе в 2—3 раза по сравнению с номинальным. Аварийные насосы низкого давления включены параллельно насосам высокого давления и автоматически включаются (по схеме «два из трех») при снижении давления в контуре до 1,5 МПа. После опорожнения баков борированной воды насосы как низкого, так и высокого давления качают воду непосредственно из приямков помещений, куда она попадает из первого контура.
Попадание больших количеств горячей воды в герметичные помещения первого контура вызывает повышение в них давления и температуры. Для предотвращения разрушения третьего барьера и выхода активности эти помещения делаются герметичными и рассчитываются на избыточное давление. Например, железобетонная оболочка помещений реактора ВВЭР-1000 рассчитывается на избыточное давление 0,4 МПа и способна удержать весь теплоноситель, выходящий из реакторной установки в аварийных условиях. Все проходки через оболочку (кабели, трубные коммуникации) выполняются с герметичными уплотнениями. Трубные коммуникации, выходящие из герметичных помещений, снабжаются специальной отсечной арматурой, автоматически перекрывающейся по импульсу повышения давления в помещениях или по сигналам с БЩУ и РЩУ.
Снижение давления в герметичных помещениях после выброса теплоносителя осуществляется спринклерной системой, впрыскивающей в помещение холодную воду. Включение насосов спринклерной системы осуществляется автоматически по сигналу повышения давления. Ввиду особой важности систем обеспечения безопасности необходимо проектировать их таким образом, чтобы любая аварийная ситуация, которая могла бы вывести из строя одну из систем, никаким образом не отражалась на работоспособности остальных. Это особенно важно при больших течах так как истечение пароводяных струй, вылет осколков оборудования могут повлечь за собой механическое повреждение систем безопасности. Поэтому все механизмы, арматура, теплообменники, источники энерго- и водоснабжения, системы контроля, сигнализации и управления не должны иметь общих точек hit в технологической схеме, ни в электрических цепях. С этой же целью предусматривается размещение оборудования независимых систем в различных помещениях, а также прокладка трубопроводов, силовых и контрольных кабелей независимых систем по разным трассам. В качестве сигналов для включения независимых систем в работу по возможности должны выбираться различные физические величины. Оборудование систем, предназначенных для работы в аварийных ситуациях, в том числе аппаратура контроля и управления, должно быть рассчитано на работу в условиях повышенной температуры, давления и 100%-ной влажности, которые могут возникнуть в герметичных помещениях при больших течах.
На блоках с жидкометалическим теплоносителем принимаются дополнительные меры безопасности, так как при разрывах их контуров и выходе натрия в атмосферу неизбежно его возгорание, и предусматриваются различные меры пожаротушения и обеспечения сохранности устройств управления, расположенных в помещениях, в которые возможно попадание натрия.
