ГЛАВА 2
ПЕРВЫЙ КОНТУР
§ 2.1. КОМПОНОВКА
Все действующие и почти все сооружаемые и проектируемые реакторы HTR являются двухконтурными установками. Газовый теплоноситель большую часть полученной в активной зоне реактора тепловой энергии отдает воде второго контура в парогенераторе. Имеется четкое разделение активного первого контура от неактивного второго. Электрический ток производится во втором контуре с помощью паровых турбин, как на обычных тепловых электростанциях.
Существенная особенность компоновки первого контура реактора HTR — интегральное размещение оборудования. Главные его компоненты: активная зона, аварийная и регулирующая системы, газодувки, парогенераторы и биологическая защита — расположены в общем корпусе. Для такой компоновки имеются экономические критерии и оговорены требования по безопасности.
С интегральным размещением оборудования тесно связан и критерий выбора материала корпуса. Применяемый для большинства исследовательских реакторов стальной корпус нетехнологичен для реакторов большой мощности, для которых дешевле и практичнее корпус из предварительно напряженного бетона.
Активная зона реактора HTR состоит из стержневых или призматических твэлов, расположенных в виде регулярной решетки или в виде нерегулярной засыпки шаровых твэлов. Обе концепции твэлов рассмотрены в гл. 4.
В качестве примера на рис. 2.1 показано расположение внутрибетонного корпуса основных узлов первого контура реактора THTR-300 [1]. В центре расположена активная зона (засыпка из твэлов) диаметром 5,6 м при средней высоте около 5 м.
Рис. 2.1. Расположение основного оборудования первого контура реактора THTR-300 в бетонном корпусе [1]:
1 — стержни аварийной защиты; 2 — бетонный корпус; 3 — тепловая защита крышки; 4 — труба для загрузки твэлов; 5 — парогенератор; 6 — активная зона; 7 — тепловая защита днища; 8 — труба для выгрузки твэлов; 9 — кольцевые силовые тросы; 10 — графитовый отражатель; 11 — боковая тепловая защита; 12 — оболочка; 13 — газодувка.
Зона окружена графитовым отражателем, состоящим из отдельных блоков, объединенных в общую сборку с помощью клиньев и штифтов. За отражателем имеется тепловая защита из серого чугуна, причем между отражателем и защитой предусмотрен зазор. Боковой отражатель закреплен на тепловой защите с помощью анкерных болтов. Верхние отражатель и защита смонтированы на бетонной крышке также с помощью болтов. Все графитовые и стальные элементы покоятся на стальных опорах, которые одновременно служат и нижней тепловой защитой. Стержни регулирования входят сверху непосредственно в засыпку твэлов. Их приводы смонтированы в защитных трубах бетонного корпуса.
Рис. 2.2. Схема движения теплоносителя в реакторе THTR-300.
Рис. 2.3. Компоновка оборудования первого контура реактора «Форт-Сент-Врейн» [1]:
1 — верхний отражатель; 2 — оболочка; 3 — регулирующий стержень; 4 — нижний отражатель; 5 — опорная решетка; 6 — привод регулирующего стержня; 7 — бетонный корпус; 8 — боковой отражатель; 9 — активная зона; 10 — парогенератор; 11 — газодувка.
Шесть парогенераторов расположены сбоку от активной зоны и защищены от нейтронного излучения тепловой защитой. Каждый парогенератор соединен с индивидуальной газодувкой, расположенной в цилиндрической полости бетонного корпуса. Газодувки нагнетают теплоноситель в кольцевое пространство между боковой тепловой защитой и внутренней стенкой бетонного корпуса (рис. 2.2). Газ движется снаружи парогенератора сверху вниз, поступает через пазы в кольцевую полость между боковым отражателем и экраном и возвращается наверх, охлаждая элементы конструкции. Затем из коллектора между верхним отражателем и верхней защитой газ сверху вниз проходит через активную зону, нагреваясь при этом до 750° С. Потеря давления в зоне составляет около 0,5 ат. Через отверстия в нижнем отражателе гелий поступает в коллектор и по направляющим каналам подается к парогенераторам, где охлаждается до 250° С. Часть нагнетаемого газодувками гелия используется для охлаждения труб выгрузки твэлов, проходит непосредственно через эти трубы вверх и вблизи нижней горловины активной зоны смешивается с поступающим сверху главным потоком теплоносителя. Тем самым достигается лучший теплоотвод к газу в наиболее горячей области активной зоны.
Компоновка оборудования первого контура реактора «Форт-Сент-Врейн», несколько отличная от компоновки THTR-300, показана на рис. 2.3. В верхней части корпуса размещается установленная на опорную конструкцию активная зона диаметром около 6,5 м и высотой 5,2 м, состоящая примерно из 1500 призматических твэлов. Оба парогенератора и четыре газодувки размещены в нижней части бетонного корпуса. Газовый поток последовательно проходит сверху вниз сначала активную зону, а затем парогенераторы. Охлажденный гелий отсасывается газодувками, расположенными под парогенераторами, и нагнетается наверх в коллектор над активной зоной. Гелий используется также для охлаждения несущих конструкций и наружной стороны активной зоны.
В днище бетонного корпуса реактора «Форт-Сент- Врейн» имеются большие отверстия для установки парогенераторов и газодувок и одно центральное отверстие для доступа внутрь корпуса. В крышке предусмотрены отверстия для приводов стержней регулирования и перегрузки твэлов. Несколько отверстий предназначено для системы очистки газа и размещения источника нейтронов.
