Глава 5
СИСТЕМЫ АВАРИЙНОЙ ЗАЩИТЫ
ПАРОГЕНЕРАТОРОВ НАТРИЙ-ВОДА
Система аварийной защиты и ее связь с конструкцией парогенератора
Для выяснения вопроса о взаимосвязи системы аварийной защиты (САЗ) с конструкцией парогенератора натрий-вода необходимо выделить некоторые характерные признаки конструкции, существенные в отношении обеспечения безопасности в аварийном режиме.
К таким признакам можно отнести следующие: конструкционно-технологическое решение; схему включения модулей;
конструкцию теплопередающей поверхности;
организацию движения теплоносителя и рабочего тела.
В гл. 1 были изложены основные принципы выбора конструкционных и схемных решений с учетом особенностей парогенератора натрий—вода, дано понятие о теплообменном модуле, секционной и интегральной схемах парогенератора, описаны одностенные и многостенные теплопередающие поверхности, основные особенности ’’обратного” парогенератора.
Безусловно, каждая из перечисленных выше характеристик требует учета при построении системы защиты. Тем не менее в зависимости от совокупных признаков конструкции можно наметить два принципиальных пути решения вопросов обеспечения безопасности парогенератора натрий—вода:
- при применении упрощенной конструкции парогенератора с одностенным разделением теплоносителей используется сложная САЗ, обеспечивающая необходимую безопасность и работоспособность парогенератора в предположении той или иной частоты аварийных ситуаций;
- сложная конструкция парогенератора, сводящая к минимуму возможность контакта натрия и воды (использование многостенных теплопередающих поверхностей), сочетается с упрощенной схемой САЗ.
Однако независимо от типа применяемой конструкции парогенератора его САЗ должна включать в себя следующие основные подсистемы той или иной сложности: индикации течи и формирования аварийного сигнала; защиты по натриевому контуру; защиты по пароводяному контуру.
В одностенных конструкциях (интегральных и секционных, прямых и обратных) формирование аварийного сигнала должно быть основано на регистрации признаков, характеризующих изменение параметров натриевого контура в режиме ’’истечение воды в натрий”.
Для большой течи — это эффекты изменения давления, расхода, температуры, уровня, акустические шумы. Для малой течи — изменение содержания примесей в газовых полостях, натрии, флуктуации расхода натрия, акустические (а возможно, и тепловые) шумы.
При использовании теплообменной поверхности из многослойных труб без индикаторной прослойки, безусловно, понижается вероятность контакта натрия с водой. Однако что касается подсистемы формирования аварийного сигнала, то возможности значительного ее упрощения по сравнению с одностеночным вариантом нет. В этом случае единственным фактором, указывающим на разгерметизацию стенки, является взаимодействие теплоносителей и, следовательно, должен быть использован достаточный набор средств индикации течи (в том числе и характерных для одностеночного варианта).
В парогенераторах, использующих многослойные трубки с индикатор ной полостью, возможна индикация разрушения одной из стенок до момента непосредственного контакта натрия и воды. Так, при разрушении стенки внутренней трубки и использовании в зазоре гелия разгерметизацию можно обнаружить по регистрации паров воды в атмосфере гелия, а при разрушении внешней трубки — по обнаружению гелия в газовой полости натриевого контура. Однако и в этом варианте конструкции требуется использование довольно сложных газоанализаторов.
При переходе от интегральной схемы к секционной независимо от конструкции теплопередающей поверхности (однослойной, многослойной трубки) и организации движения теплоносителей (’’прямые”, ’’обратные” конструкции) системами индикации должны быть оснащены все секции. Правда, в секционных парогенераторах с многослойными трубками (по сравнению с одностеночными) в силу медленного развития аварийного процесса, приводящего к контакту больших количеств воды и натрия, более обосновано применение обегающих устройств.
Таким образом, анализ показывает, что независимо от конструкции парогенератора его САЗ должна обладать во многом однотипной подсистемой формирования аварийного сигнала.
Существующая в настоящее время концепция решения вопросов безопасности парогенераторов натрий-вода требует, чтобы с момента обнаружения аварийного разрушения (с контактом теплоносителей или без него) в поврежденном элементе конструкции исключалось одновременное наличие теплоносителя и рабочего тела. Технологически более удобно быстрое осушение пароводяного объема. Тогда любая конструкция парогенератора должна обладать одинаковой подсистемой защиты по пароводяному контуру. Последняя обычно включает в себя быстродействующую арматуру на линиях питательной воды, перегретого пара, сбросных трубопроводах, а также расширители пароводяной смеси. Для секционных конструкций необходимы быстродействующие устройства, способные осушать пароводяной объем только аварийной секции. Несколько с иных позиций можно подойти к решению схемы подсистемы защиты по натриевому контуру для парогенераторов различных типов.
Парогенераторы интегрального типа, независимо от конструкции теплопередающей поверхности, должны иметь САЗ, включающую в себя демпфирующие газовые объемы, предохранительные мембраны, устройства сброса и сепарации продуктов реакции. В секционной конструкции в некоторых случаях появляется возможность существенного упрощения САЗ по натриевому контуру. Если исходить из концепции, что секционный парогенератор должен обеспечивать нормальное функционирование работоспособных элементов конструкции в аварийном режиме истечения воды в натрий в одной из секций, то парогенераторы с одностенными и многослойными (без индикаторной полости) трубками требуют быстродействующих устройств, позволяющих отключать аварийную секцию от основного натриевого контура и подключать ее к системе сброса и сепарации продуктов реакции.
Секционная конструкция с многослойными трубками и индикаторной прослойкой позволяет определять аварийную секцию до момента контакта теплоносителей. Поскольку аварийные эффекты в натриевой полости в этом случае отсутствуют, то нет необходимости быстро подключать к ней систему сброса и сепарации. Дальнейшее развитие аварийного процесса можно предотвратить осушением только пароводяного объема секции. Таким образом, секция выходит из режима генерации пара, а для исключения температурных перекосов в условиях циркуляции натрия (работают неповрежденные секции) достаточно установки простой заслонки на входе теплоносителя в аварийную секцию.
