ГЛАВА 11
ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО БЛОКА С ВВЭР-1000
РЕАКТОРНАЯ УСТАНОВКА
Реакторная установка ВВЭР-1000 V блока НВАЭС (рис. 11.1) содержит по сравнению с ВВЭР-440 ряд конструкционных, компоновочных и технологических изменений, отражающих современный уровень развития реакторов типа ВВЭР*. Эти изменения существенно повышают надежность и безопасность эксплуатации, а также улучшают технико-экономические показатели энергетического блока в целом. Вместе с тем имеет место преемственность по конструктивным и технологическим решениям, которые показали высокую эффективность [163,164].
Создание высокопроизводительного оборудования, прежде всего главных циркуляционных насосов ГЦН-195 и парогенераторов ПГВ-1000, позволило при значительном увеличении тепловой мощности реактора перейти к схеме реакторной установки на четырех петлях.
* Излагаемый далее материал базируется на разработках ОКБ «Гидропресс».
Рис. 11.1. Принципиальная схема реакторной установки ВВЭР-1000 V блока НВАЭС:
I — линия подвода азота; II — линия впрыска «холодного» теплоносителя в КО; III — отвод газовых сдувок; IV — подача и отвод охлаждающей воды промконтура; V — линия подачи чистого конденсата; VI — на установку очистки продувочной воды 1-го контура; VII — к теплообменнику организованных протечек; VIII, IX, XI — от ΑΡΗ; X, XIII, XIV — от ABH; XII — к теплообменникам аварийного расхолаживания; XV — линия подачи уплотняющей воды на ГЦН и Г33, а также заполнения петель 1-го контура; 1 — предохранительные клапаны аварийной гидроемкости; 2 — аварийная гидроемкость; 3 — запорная арматура; 4 — компенсатор объема; 5 — предохранительные клапаны КО; 6 — барботажный бак; 7 — парогенератор; 8 — главный циркуляционный насос; 9 — главная запорная задвижка; 10 — обратный клапан; 11 — реактор
ГЦН-195 представляет собой вертикальный насос центробежного типа с уплотнением вала и выносным асинхронным электродвигателем, снабженным маховыми массами. Основные характеристики ГЦН-195 следующие:
Производительность, м3/ч................................................................................. 20 000
Перепад давления при номинальных параметрах (160 кгс/см2, 290 °С), кгс/см2 6,75 ±0,25
Потребляемая мощность, кВт
при номинальных параметрах ................................................................. 5300
на холодной воде (20 — 60 °С)..................................................................... 7000
Число оборотов (синхронное), об/мин............................................................. 1000
Момент инерции ротора двигателя с маховиком,т-м2................................. 7,25
КПД насоса с электродвигателем, %............................................................. . . 74
Масса комплекта (насос+электродвигатель), т 156
Давление в 1-м контуре, при котором допускается включение ГЦН по условиям предотвращения кавитационного износа рабочих лопаток, растет с повышением температуры и составляет 15 — 20 кгс/см2 при температуре 150 °С. При температуре 250 °С указанная минимально допустимая величина давления возрастает до 50 кгс/см2.
Наличие маховика существенно повышает момент инерции ротора, что обеспечивает требуемое охлаждение активной зоны реактора в переходных режимах без принятия специальных мер по повышению надежности электропитания. Так, производительность ГЦН-195 в ' режиме обесточивания снижается в 2,7 раза за 30 с, в то время как эффективная производительность малоинерционного ГЦН-310, применяемого в реакторных установках ВВЭР-440, уже через 3 с снижается практически до нуля.
Наличие ГЦН с маховыми массами увеличивает допустимую мощность реактора по сравнению с ВВЭР-440 при работе на неполном числе петель, которая составляет для ВВЭР-1000 75% номинального значения при работе на трех петлях и 50% при работе на двух петлях. Для предотвращения утечки радиоактивного теплоносителя 1 -го контура через сальниковое уплотнение вала ГЦН предусмотрена подача запирающей воды в камеру сальникового уплотнения. Расход протечки запирающей воды после основных ступеней и концевого уплотнения, отводимой системой организованных протечек, составляет не более 3,5 м3/ч. Протечки запирающей воды в первый контур составляют не более 0,6 м3/ч.
Парогенератор ПГВ-1000 представляет собой горизонтальный однокорпусной теплообменник с погруженным трубным пучком. Основные характеристики ПГВ-1000 следующие (см. также введение):
Тепловая мощность, МВт.................................................................................... ·. 750
Коэффициент теплопередачи средний (без учета отложений), кВт/(м2оС) .... 6,03
Средний температурный напор, °С.......................... ........................................ . 24,7
Количество теплообменных трубок, шт.................. ................................... 11 000
Длина труб 16 х 1,5 мм теплообменного пучка (средняя конструкционная), м . 11,1
Запас по площади поверхности теплообмена относительно расчетной, % . . . .21,4 Гидравлическое сопротивление по тракту теплоносителя 1-го контура, кгс/см2 1,3 Плотность теплового потока, кВт/м.
средняя............................................................................................................. 148,9
максимальная............................................................................................... 226,8
Влажность пара на выходе из ПГ, %................................................................... 0,2
Масса сухого парогенератора (без............................................................ опор), т 321,2
На главных циркуляционных трубопроводах ВВЭР-1000 V блока НВАЭС, так же как на ВВЭР-440, предусмотрена установка главных запорных задвижек (ГЗЗ), позволяющих проводить отключение петель с неисправным оборудованием и осуществлять работу реактора на промежуточных уровнях мощности. ГЗЗ ВВЭР-1000 в отличие от ГЗЗ ВВЭР-440 имеет плоскопараллельный затвор. Основные· характеристики ГЗЗ ВВЭР-1000 при номинальных параметрах теплоносителя следующие:
Нормальный перепад давления на затвор при открытии и закрытии задвижки,
кгс/см2.................................................................................................................... 18
Гидравлические потери на полностью открытой задвижке, кгс/см2:
на холодной нитке . .................................................................................... 0,16
на горячей нитке....................................................................................... 0,18
Мощность электродвигателя, кВт.................................................................... 22
Частота вращения выходного вала электропривода, об/мин................. 20
Время закрытия задвижки электроприводом, с...................................... . .90
Диаметр суженного сечения в седлах, мм.................................................... 630
Протечки через затвор при закрытом положении задвижки, см3/мин... 5,2
Протечки через сальник по штоку, см3/мин:
при нижнем положении затвора................................................................ 11
при верхнем положении затвора............................................................... 3
При закрытом положении задвижки в целях предотвращения протечек радиоактивного теплоносителя в отключенную часть петли предусмотрена подача уплотняющей воды в межтарельчатое пространство. Протечки уплотняющей воды через сальник по штоку электропривода отводятся системой организованных протечек.
На ВВЭР-1000 установлен компенсатор объема (КО) парового типа, являющийся эффективным органом стабилизации и регулирования давления в 1-м контуре на установках предыдущего поколения (ВВЭР-365 и ВВЭР-440). Основные характеристики КО ВВЭР-1000 следующие:
Объем, м3:
общий................................................................................................................ 79
пара в номинальном режиме..................................................................... 24
соответствующий перемещению уровня на 10 см до высоте...... 0,707
Давление, кгс/см2................................................................................................. 160
Температура, °С................................................................................................... 346
Давление срабатывания предохранительных клапанов, кгс/см2:
первого........................................................................................................ 185,0
второго и третьего.................................................................................. 190,0
Мощность электронагревателей, кВт........................................................ 2520
Количество блоков электронагревателей, шт.............................................. 28
Внутренний диаметр цилиндрической части корпуса, м . . . ........................... 3,0
Высота (без опоры), м ...................................................................... . . ..................... 13,66
Масса (без воды), т.............................................................................................. 212
КО ВВЭР-1000 трубопроводом Ду-350 соединен с неотключаемой частью горячей нитки одной из петель 1-го контура. В верхней части КО имеется штуцер Ду-175, соединенный с холодной ниткой одной из петель 1-го контура, который служит для впрыска холодного теплоносителя при необходимости снижения давления в КО. Имеется также штуцер Ду-175 сброса избытка пара через импульсные предохранительные устройства в барботажный бак (ББ).
Существенным отличием реакторной установки ВВЭР-1000 V блока НВАЭС от установок предыдущего поколения является наличие систем безопасности, обеспечивающих аварийное охлаждение активной зоны реактора при разгерметизации главного циркуляционного контура (вплоть до аварии с мгновенным разрывом главного циркуляционного трубопровода Ду-850) и локализацию последствий аварии в пределах железобетонной защитной оболочки реактора [164].
Система аварийного охлаждения активной зоны реактора (САОЗ) включает в себя пассивный узел (гидроемкости) и насосы аварийного расхолаживания (АРН). Кроме тогр, подача охлаждающей воды в петли реактора может осуществляться насосами аварийного впрыска (АВН), основное назначение которых — обеспечение подкритичности активной зоны, а также подпитанными насосами (ПН) через линию возврата продувки.
Пассивный узел САОЗ представляет собой четыре емкости, заполненные борированной водой с концентрацией борной кислоты 16 г/кг Н20. Гидроемкости попарно соединены трубопроводами Ду-300 с верхней и нижней камерами смешения реактора. В трубопроводах смонтированы обратные клапаны, отделяющие емкости САОЗ от реактора при нормальной эксплуатации. На емкостях установлены предохранительные клапаны, защищающие емкости от избыточного роста давления при потере герметичности обратных клапанов. На трубопроводах, соединяющих емкости с реактором, установлены также быстрозапорные задвижки, отсекающие емкости от реактора при срабатывании клапанов после снижения уровня борированной воды в емкостях до минимального уровня, что предотвращает попадание азота в 1-й контур и ухудшение теплообмена в активной зоне реактора. Основные характеристики гидроемкости следующие:
Объем общий, м3........................................................................................... 60
Объем воды, м3 . . ......................................................................................... 50
Давление, кгс/см2............................................................................................ 60
Температура, °С...................................................................................... 40 — 60
Давление в 1-м контуре, при котором вода из гидроемкости
поступает в реактор, кгс/см2...................................................................... 60
Давление срабатывания предохранительных клапанов, кгс/см2:
первого.................................................................................................. 68
второго.................................................................................................. 70
Диаметр корпуса внутренний, м........................................................................ 3,2
Высота емкости (со штуцерами), м.................................................................... 8,7
Масса емкости (без воды), т........................................................................... 62,8
Насосы аварийного расхолаживания служат для подачи охлаждающей воды в корпус реактора, а также в одну из петель 1-го контура после отработки гидроемкостей в аварийных режимах с разгерметизацией 1-го контура, а также для планового расхолаживания 1-го контура до температур ниже 150°С. Основные характеристики АРН ВВЭР-1000 следующие:
Количество насосов на блок, шт......................................................................... 3
Производительность одного насоса, м3/ч........................................................... 750
Давление в 1-м контуре, при котором производится
включение АРН, кгс/см2........................................................................... 15
Температура перекачиваемой жидкости, °С.................................................. 40 — 60
Масса одного агрегата, т................................................................................ 8,74
В аварийных режимах АРН забирают борированную воду с концентрацией борной кислоты 16 г/кг Н2О из трех баков аварийного запаса раствора бора полезным объемом 582 м3 каждый. После опорожнения этих баков АРН переходят на работу по схеме приямок реакторного зала—теплообменники аварийного расхолаживания — реактор. При использовании АРН в режиме планового расхолаживания теплоноситель 1-го контура забирают из горячей нитки одной из петель и подают на теплообменники аварийного расхолаживания. После охлаждения теплоноситель возвращается насосами АРН в нижнюю камеру смешения реактора через трубопроводы аварийного расхолаживания или в холодную нитку одной из петель 1-го контура.
Насосы аварийного впрыска осуществляют подачу раствора борной кислоты с концентрацией 30 г/кг Н2О из бака с концентрированным раствором борной кислоты объемом 150 м3 в «холодные» нитки трех петель 1-го контура. Включение АВН происходит в режимах с аварийным расхолаживанием 1-го контура и обеспечивает поддержание активной зоны реактора в подкритичном состоянии. Основные характеристики АВН следующие:
Количество насосов на блок, шт....................................................................... .3
Производительность одного насоса, м3/ч.......................................................... 150
Температура перекачиваемой жидкости, °С . . . .......................................... 20 — 60
Давление в напорном патрубке, кгс/см2........................................................... 104
Масса одного агрегата, т............................................................................... 7,75
Подпиточные насосы (ПН) обеспечивают штатное регулирование водно-химического режима 1-го контура. ПН обеспечивают подачу в линию возврата продувочной воды с необходимыми добавками химических реагентов, в частности борной кислоты, из деаэраторов подпитки 1-го контура. Основные характеристики ПН следующие:
Количество насосов на блок, шт................................................................. . .3
Производительность, м3/ч.......................................................................... 10 — 60
Максимальное давление на выходе, кгс/см2 . ................................................... 200
Температура перекачиваемой жидкости, °С......................................................... 70
Масса одного агрегата, т................................................................................ 12,3
В компоновке оборудования реакторного зала ВВЭР-1000 V блока НВАЭС в значительно большей степени, чем в предыдущих проектах, учтена потребность в ревизии и ремонте радиоактивного оборудования во время планово-предупредительных и капитальных ремонтов и перегрузки активной зоны реактора. В частности, предусмотрены шахты ревизии верхнего блока корпуса реактора, блока защитных труб, устройств и конструкций реактора с необходимым защитным, ремонтным и крановым оборудованием.
Рис. 11.2. Серийный реактор ВВЭР-1000:
1 — корпус сварной; 2 — выгородка; 3 — кольцо опорное; 4 — шахта; 5 — кольцо упорное; 6 — блок защитных труб; 7 — верхний блок; 8 — чехол канала нейтронных измерений; 9 — привод шаговый электромагнитный
Значительно повышает надежность и безопасность эксплуатации реакторной установки штатная система тензометрирования оборудования 1-го контура (корпуса и крышки реактора, шпилек, задвижек, парогенераторов), имеющая в общей сложности 349 тензорезисторов, а также система наружного осмотра и неразрушающего ультразвукового контроля корпуса реактора.
В целом реакторная установка ВВЭР-1000 V блока НВАЭС отвечает современным требованиям к техническим характеристикам, условиям эксплуатации и обеспечению безопасности, предъявляемым к реакторным установкам типа ВВЭР.
Ускоренный ввод энергетических мощностей АЭС, рассчитанный на ближайшие десятилетия и предусмотренный Энергетической программой СССР, обеспечивается унификацией основного оборудования реакторных установок ВВЭР-1000. Будет продолжено сооружение серийных блоков с ВВЭР-1000, основное оборудование реакторного отделения которых (рис. 11.2, 11.3) практически аналогично оборудованию V блока НВАЭС. Различия обусловливаются изменениями конструкции активной зоны, внутрикорпусных устройств, отсутствием ГЗЗ на главных циркуляционных трубопроводах, дальнейшим совершенствованием СУЗ и др.
Рис. 11.3. Компоновка оборудования главного циркуляционного контура реакторной установки с ВВЭР-1000:
1 — главный циркуляционный насос; 2 — главный циркуляционный трубопровод; 3 — реактор; 4 — парогенератор; 5 — компенсатор давления
Рис. 11.4. Принципиальная тепловая схема энергоблока АЭС с серийным реактором ВВЭР-1000 (схема в части 2-го контура условно показана применительно к турбине К-1000-60/1500):
1 — реактор; 2 — емкость САОЗ; 3 — насос аварийного впрыска бора; 4 — бак концентрированного раствора бора; 5 — компенсатор давления; 6 — главный циркуляционный насос; 7 — высокотемпературный фильтр; 8 — деаэратор борного регулирования; 9 — охладитель выпара; 10 — барботер; 11 — теплообменник промконтура; 12 — насос промконтура; 13 — деаэратор продувки — подпитки; 14 — система сжигания водорода; 15 — парогенератор; 16 — ионообменная установка; 17 — цилиндр высокого давления; 18 — сепаратор-пароперегреватель; 19 — цилиндр низкого давления; 20 — генератор; 21 — конденсатор; 22 — подогреватель высокого давления; 23 — подогреватель низкого давления; 24 — конденсатный насос; 25 — деаэратор; 26 — сливной насос ПНД; 27 — технологический конденсатор; 28 — насос расхолаживания; 29 — питательный турбоагрегат; 30 — конденсатор; 31 — конденсатный насос; 32 — основной и пиковый бойлеры теплосети; 33 — насос теплосети; 34 — потребители; 35 — бак запаса обессоленной воды; 36 — насос обессоленной воды; 37 - расширитель дренажей; 38 — дренажный бак; 39 — дренажный насос машинного зала; 40 — расширитель продувки; 41 — регенеративный теплообменник продувки парогенераторов; 42 — доохладитель продувки парогенераторов; 43 — бак продувочной воды; 44 — спецводоочистка; 45 — насос возврата продувочной воды; 46 — аварийный питательный насос; 47 — охладитель подпиточной воды; 48 — насос организованных протечек; 49 — бак борсодержащей воды; 50 — насос борсодержащей воды; 51 — приямок организованных протечек; 52 — установка регенерации бора; 53 — бак запаса обессоленной воды; 54 — аварийный питательный насос; 55 — охладитель дистиллята; 56 — бак дистиллята; 57 — насос дистиллята; 58 — подпиточный насос; 59 — доохладитель продувки; 60 — регенеративный теплообменник продувки; 61 — теплообменник системы вентиляции; 62 — насос аварийного впрыска бора; 63 — самоочищающийся фильтр; 64 — бак раствора реагентов; 65 — электрокалориферы: 66 — циалитовые фильтры; 67 — адсорбционные фильтры; 68 — теплообменник системы вентиляции; 69 — газодувка; 70 — насос аварийного расхолаживания; 71 — спринклерный насос; 72 — водоструйный насос; 73 — теплообменник аварийного расхолаживания; 74 — вентиляционная труба; 75 — бак аварийного запаса бора; 76 — насос расхолаживания бассейна выдержки; 77 — теплообменник расхолаживания бассейна выдержки; 78 — бассейн выдержки
Некоторые технологические схемы серийной установки ВВЭР-1000 представлены на рис. 11.4, 11.5. В последующем планируется использование модернизированных серийных реакторных установок с парогенераторами вертикального типа и новыми ГЦН [164].
