Основная функция канала для теплоносителя или системы трубопроводов заключается в удалении (и утилизации) тепла, генерируемого в активной зоне ядерного (исследовательского или энергетического) реактора. В ядерных реакторах используются системы или контуры с теплоносителем трех типов.
Рис. 14.10. Каналы для теплоносителя между вертикальными пластинчатыми твэлами:
1 — ширина канала для теплоносителя; 2 — длина твэла; 3 — ширина твэла
Рис. 14.11. Каналы для теплоносителя, образованные вертикально расположенными цилиндрическими твэлами. Вертикальный поток в каналах для теплоносителя (а) и эквивалентные каналы для теплоносителя квадратной и шестигранной формы (б)
Одноконтурная система охлаждения. В этой простейшей прямоточной системе теплоноситель однократно проходит через охлаждающие каналы в активной зоне реактора, а затем сбрасывается. Такая система применяется в уран-графитовых реакторах, предназначенных для производства плутония.
Двухконтурная система охлаждения. В этой системе имеются первый контур с теплоносителем и второй охлаждающий контур, причем первый замкнутый контур с теплоносителем термически связан со вторым открытым охлаждающим контуром. В качестве примера можно привести исследовательский реактор ETR и ядерные энергетические демонстрационные реакторы типа CANDU, в которых тяжелая вода, циркулирующая по первому замкнутому контуру, служит теплоносителем и замедлителем, тогда как легкая вода во втором открытом контуре служит для отвода тепла от каналов для теплоносителя через систему трубопроводов.
Трехконтурная система охлаждения. В этой системе первый замкнутый контур с теплоносителем, второй замкнутый контур с теплоносителем и третий отдельный охлаждающий контур термически взаимосвязаны. Теплообменники первого и второго контуров предназначены для генерирования пара в атомных электростанциях с реакторами PWR и LMFBR. Отработанный в турбинах пар конденсируется в третьем контуре. Короче говоря, весь теплоноситель первого контура проходит через охлаждающие каналы и систему трубопроводов для удаления или удаления и утилизации тепла, генерируемого в активной зоне реактора.
На рис. 14.10 показаны каналы для теплоносителя, расположенные между вертикальными пластинчатыми твэлами и составляющими часть первого контура (см. также рис. 14.2, а). На рис. 14.11 показаны аналогичные каналы для теплоносителя в пространстве между вертикальными цилиндрическими твэлами, расположенными в активной зоне по квадратной или треугольной решеткам (см. также рис. 14.5 и 14.6). В легководных энергетических реакторах теплоноситель (вода) циркулирует через охлаждающие каналы в активной зоне и систему трубопроводов для удаления и эффективного использования ядерного тепла.
МАТЕРИАЛЫ КАНАЛОВ ДЛЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ И СИСТЕМЫ ТРУБОПРОВОДОВ
Материалы, используемые в каналах для теплоносителя в активных зонах реакторов, определяются материалами оболочек и конструкционными материалами, выбранными для изготовления твэлов. Например, материалами оболочек и конструкционными материалами пластинчатых твэлов тепловых исследовательских реакторов с тяжеловодным замедлителем и легководным теплоносителем являются чистый алюминий и алюминиевые сплавы. Каналы для теплоносителя включают эти же материалы. В табл. 14.2 приведены материалы каналов для теплоносителя и конструкционные материалы, используемые в ядерных энергетических реакторах различных типов.
Таблица 14.2. Материалы каналов для теплоносителя, трубопроводов и конструкционные материалы, применяемые в различных ядерных энергетических реакторах
Реактор | Материалы каналов, трубопроводов и конструкционные материалы |
GCR типа Саlder Hall | Магниевые сплавы, особенно магнокс А-12 ит.п. |
BWR | Циркониевые сплавы, циркалой-2, нержавеющие стали |
PWR | Циркониевые сплавы, циркалой-4, нержавеющие стали |
HWR | Циркониевые сплавы, циркалой-2, сплав Zr- 2,5% Nb |
LMFBR | Нержавеющие стали 304L, 308, 316, никелевые сплавы |
В качестве материалов систем трубопроводов, теплообменников и т. д. в большинстве случаев используются нержавеющие и легированные стали.
