Обоснование теплогидравлических характеристик ВВЭР - Ввод в эксплуатацию РУ ВВЭР-1000 (В-187)

Подробности
Категория: Генерация

Содержание материала

Страница 13 из 43

2.6.5 Ввод в эксплуатацию РУ ВВЭР-1000 (В-187) головной АЭС (5-й блок Нововоронежской АЭС)

Подготовка документации

В составе проектной документации для организации ПНР и пусковых испытаний блока был разработан комплекс программ и методик испытаний, в том числе «Программа и методика теплогидравлических испытаний», 187.00.00.00.000 ПМ1, в соответствии с которой разрабатывались рабочие программы на отдельные виды испытаний и измерений:

  1. измерения тепловых и гидравлических характеристик первого контура;
  2. испытания режимов разогрева и расхолаживания реакторной установки;
  3. испытания режима естественной циркуляции в первом контуре;
  4. теплогидравлические испытания оборудования шахтного объема и верхнего блока;
  5. снятие теплового баланса по параметрам первого и второго контура;
  6. исследования перемешивания петлевых потоков теплоносителя в реакторе.

Разработка системы пусконаладочных испытаний (СПИМ)

 На этапе циркуляционной промывки первого контура вместо ВКУ и активной зоны в реактор было установлено дроссельное устройство в виде верхней части шахты, которая имитировала гидравлическое сопротивление ВКУ и активной зоны. В холодных нитках петель были установлены блоки скоростемеров (в виде крестовин с датчиками типа трубок Пито-Прандтля, размещенными по сечению ГЦТ) для непосредственного измерения расходов теплоносителя в петлях и проверки паспортных характеристик ГЦН, а также для тарировки ГЗЗ с целью последующего контрольного определения расходов по петлям по перепадам давления на ГЗЗ.
На этапе горячей обкатки вместо штатных кассет в реактор устанавливались имитаторы кассет, которые по геометрическим и гидравлическим характеристикам полностью соответствовали штатным кассетам. В качестве наполнителя твэлов в имитаторах кассет использовался свинец. В хвостовиках имитаторов кассет были установлены трубки Пито-Прандтля для измерения распределения расходов теплоносителя по кассетам.
В составе СПНИ использовалась гидравлическая панель для проведения независимых измерений гидравлических сопротивлений первого контура в целом и отдельных элементов тракта циркуляции (перепадов давлений на ГЦН, ПГ, ГЗЗ, на реакторе, ВКУ, имитаторах кассет). Организация независимых гидравлических измерений оказалась оправданной, поскольку в ходе ПНР на этапах циркпромывки и обкатки оборудования первого контура была выявлена ненадежная работа датчиков и вторичных приборов штатной системы контроля теплотехнических параметров. Отладка штатной системы КИП (ВРК, ИВС, БЩУ) проходила в процессе этапов горячей обкатки, физического и энергетического пуска.

Основные испытания оборудования РУ на этапах (в части теплогидравлических испытаний)

Измерения гидравлических характеристик тракта первого контура в наиболее полном объеме были выполнены на этапах циркуляционной промывки и обкатки оборудования с использованием системы пусконаладочных измерений. На этапах энергопуска и освоения проектной мощности измерения гидравлических характеристик производились в объеме проектной системы КИП в целях проверки и подтверждения данных, полученных при обкатке.
Измерение теплогидравлических характеристик РУ проведены в период освоения проектной мощности и эксплуатации РУ в течение первых двух лет после энергетического пуска в режимах работы с различным количеством петель и на разных уровнях мощности 20-100% Νном.
Измерения параметров первого и второго контуров для расчета тепловой мощности и сведения теплового баланса по первому и второму контурам были выполнены на этапах освоения 50, 75, 100% Νном. Одновременно проводилась наладка алгоритмов расчета тепловой мощности РУ различными способами на ЭВМ (М-7000).
Испытания режимов естественной циркуляции теплоносителя по первому контуру проводились на этапе энергопуска на уровнях мощности 3-12% Νном.
Режимы планового разогрева и расхолаживания РУ были испытаны многократно в период обкатки оборудования и освоения мощности блока. Были проведены испытания режимов разогрева РУ с помощью ГЦН без тепловыделений в активной зоне и при наличии остаточных тепловыделений в активной зоне. Режимы расхолаживания РУ проведены с работающими ГЦН и на ЕЦ по первому контуру.
Теплогидравлические испытания оборудования шахтного объема проводились в периоды горячей обкатки и при работе РУ на уровнях мощности 50-100% Νном. Во время обкатки были проконтролированы расходы воздуха по каналам охлаждения оборудования шахтного объема и с помощью шиберов приведены в соответствие с проектными величинами. При работе на мощности проведены измерения температурного состояния элементов оборудования шахтного объема для различных вариантов работы системы воздушного охлаждения: в стационарном режиме, с перерывом подачи воздуха, с отключением охлаждающей воды на теплообменник системы воздушного охлаждения.
Испытания интенсивности перемешивания петлевых потоков теплоносителя во внутрикорпусном тракте реактора первоначально были проведены на этапе обкатки (на имитационной зоне - при наиболее безопасных условиях), а затем в период энергопуска.

Основные результаты ПНР и пусковых испытаний (теплогидравлические испытания)

Результаты измерений гидравлических характеристик первого контура в период циркуляционной промывки и обкатки оборудования РУ

На этапах циркуляционной промывки и обкатки оборудования РУ с использованием СПНИ был выполнен основной объем измерений гидравлических характеристик первого контура при температурах t1 = 100-130 °C и t1 = 260-280 °C, в том числе:

  1. проведено измерение перепадов давления (гидравлических потерь) на всех участках тракта первого контура и реактора;
  2. замерены расходы теплоносителя по петлям с помощью блоков скоростемеров, установленных во входных патрубках реактора, при работе различного количества петель;
  3. получены контрольные напорные характеристики ГЦН по замеренным расходам в петлях;
  4. отпарированы перепады давления на ГЗЗ холодных и горячих ниток петель по замеренным расходам в петлях;
  5. определены расходы теплоносителя через реактор и активную зону, а также распределение расходов на входе в кассеты (имитаторы кассет), протечки теплоносителя мимо активной зоны;
  6. на основе измеренных перепадов давления и расходов теплоносителя определены КГС первого контура в целом, реактора, активной зоны, парогенераторов, холодных и горячих ниток петель и отдельных участков внутрикорпусного тракта реактора.

Полученные на основе замеров расходов по петлям контрольные характеристики ГЦН подтвердили паспортные характеристики ГЦН с точностью ±1,5% (по расходу). Отличие суммарного расхода теплоносителя через реактор по контрольным и паспортным характеристикам ГЦН не превышало 1%.
При работе четырех петель получены следующие значения расходов теплоносителя с доверительной вероятностью 0,95:

  1. расход по петле      (22000±700) м3/ч;
  2. расход через реактор    (88000± 1400) м3/ч;
  3. расход через имитационную зону    (84100± 1400) м3/ч;
  4. средний расход через кассету

(имитатор ТВС)   (557±28) м3/ч.
Неравномерность расходов теплоносителя на входе в кассеты была проконтролирована двумя способами: по скоростному напору в хвостовиках имитаторов кассет с помощью трубок Пито-Прандтля и по перепаду давления на перфорации опорных труб днища шахты. По результатам данных замеров отклонения расходов на входе в кассеты от среднего значения расхода через кассету находились в пределах минус 12% - плюс 15%, что соизмеримо с погрешностью использованных методов измерений (2σ = 15%). По результатам контроля перепада давления на восьми имитаторах кассет неравномерность средних по высоте расходов в кассетах составляет не более ±3,5%, что меньше учитываемой в расчетном обосновании неравномерности расходов по кассетам 5%.
Полученные на основе измеренных перепадов давлений значения КГС первого контура, реактора, активной зоны, парогенератора, ГЦТ удовлетворительно согласуются с проектными данными.
В целом полученные в период циркпромывки и обкатки оборудования гидравлические характеристики циркуляционного контура находились в допустимых проектом пределах и подтвердили возможность проведения дальнейшего этапа - энергетического пуска и освоения мощности.

Результаты измерений теплогидравлических характеристик РУ

Измерения теплогидравлических характеристик РУ были проведены многократно на этапе энергопуска и освоения мощности, в различные периоды работы первой и второй загрузки активной зоны на уровнях мощности 20-100% Nном. На основе замеров штатной системой КИП определялись следующие характеристики:

  1. расходы теплоносителя в петлях (производительность ГЦН) и расходы теплоносителя через реактор;
  2. температуры и подогревы теплоносителя в петлях;
  3. мощности петель и реактора в целом;
  4. перепады давления на оборудовании первого контура: на реакторе, парогенераторах;
  5. напор ГЦН.

На основе результатов измерений сделаны следующие выводы и рекомендации:

  1. гидравлические характеристики оборудования первого контура при различных уровнях мощности вплоть до проектной при загрузке штатными кассетами согласуются с аналогичными данными, полученными в период обкатки оборудования с имитационной зоной;
  2. фактические теплогидравлические характеристики оборудования РУ близки к проектным значениям. В соответствии с полученными фактическими характеристиками откорректированы параметры РУ в эксплуатационной документации и, в частности, в Таблице допустимых режимов эксплуатации.

Основные теплогидравлические характеристики РУ по результатам измерений в сравнении с проектными данными представлены в табл. 2.8.
На основе результатов проведенных испытаний и обработки теплогидравлических характеристик отмечены следующие закономерности и предложены рекомендации, которые следует учитывать при эксплуатации 5-го блока НВАЭС, а также при проектировании и эксплуатации других блоков с ВВЭР-1000:

  1. Параметр приведен для имитационной эоны.
  2. обратный поток "холодного" теплоносителя в петле с неработающим ГЦН подмешивается в камере выходных патрубков реактора к потоку теплоносителя ближайшей соседней работающей петли, снижая температуру потока теплоносителя и соответственно мощность этой петли. Чтобы не превышать проектную нагрузку других работающих петель, необходимо снижать допустимое значение общей мощности реактора. На основе результатов испытаний в Таблице допустимых режимов эксплуатации установлены в качестве допустимых значений мощности реактора: 67% N при работе трех ГЦН, 40% Nном при работе двух смежных ГЦН и 50% Nном при работе двух противоположных ГЦН;
  3. распределение энерговыделения по высоте активной зоны и объемная неравномерность энерговыделения изменяются в течение кампании как по величине максимума, так и по форме эпюры распределения по высоте активной зоны, что также должно учитываться при установлении пределов безопасной эксплуатации в проектной и эксплуатационной документации;
  4. на основе результатов тарировочных измерений на ГЗЗ рекомендовано в РУ «малой» серии ввести дополнительный способ определения расходов в петлях по замерам перепадов давления на ГЗЗ холодных ниток петель и на основе этого расхода определение мощности петель. Этот способ дает наиболее стабильные результаты замеров;
  5. для измерения перепадов давления на ГЦН рекомендовано использовать приборы со шкалой 0,78-0,98 МПа вместо 1,96 МПа (8—10 кгс/см2 вместо 20 кгс/см2) с целью повышения точности замеров.

Измерения тепловой мощности реакторной установки

Тепловая мощность РУ измерялась многократно на уровнях мощности 20,50,75,100% Nном различными способами по параметрам первого и второго контуров с использованием блочной ЭВМ М-7000. В процессе этапов освоения мощности были проведены наладка и тарировка необходимого КИП и алгоритмов расчета тепловой мощности по следующим способам:

  1. по расходам питательной воды на каждый ПП;
  2. по расходам питательной воды после ТПН;
  3. по расходам и подогревам теплоносителя в петлях (с использованием напорных характеристик ГЦН).

В качестве дополнительного использовался метод определения тепловой мощности по расходам теплоносителя в петлях, измеряемым по перепадам давления на ГЗЗ холодных ниток (расчет по данному способу производился отдельно на мини-ЭВМ).

Исследование режимов естественной циркуляции теплоносителя в первом контуре

На этапе энергопуска и освоения мощности были проведены испытания режимов работы РУ на естественной циркуляции по первому контуру при параметрах, близких к номинальным.
Результаты проведенных испытаний показали, что фактическая интенсивность естественной циркуляции в первом контуре выше по сравнению с проектной, и подтвердили, что проектные величины энерговыделений активной зоны могут быть отведены естественной циркуляцией.
На основе опыта испытаний режимов ЕЦ даны рекомендации: в целях снижения воздействия теплового удара на оборудование горячей нитки петли при переходе с ЕЦ на принудительную циркуляцию предварительно (до включения ГЦН) необходимо снизить мощность в режиме ЕЦ таким образом, чтобы подогрев на реакторе был не более 30 °C, с выдержкой на пониженной мощности для обеспечения выравнивания температуры в объеме под крышкой реактора с температурой на выходе из реактора.

Исследования перемешивания петлевых потоков теплоносителя в реакторе

Степень перемешивания петлевых потоков теплоносителя на входном участке и на всем внутрикорпусном тракте реактора, а также картина распределения температур на входе и на выходе из кассет определялись на основе результатов измерений температур в холодных и горячих нитках петель и на выходе из кассет при уровнях мощности реактора - 20% Nном и неравномерном отводе пара от парогенераторов (отсекался по пару ПГ 1 или 4).
По результатам проведенных исследований коэффициент перемешивания (массообмена в виде доли от петлевого потока) с соседними петлевыми потоками на всем внутрикорпусном тракте реактора составляет:

  1. в направлении по часовой стрелке     К1= 0,1;
  2. в направлении против часовой стрелки   К2 = 0,2.

Различия коэффициентов перемешивания по часовой стрелке и против часовой стрелки и сравнение картин распределения температур теплоносителя по кассетам и по петлям приводят к выводу о том, что петлевые потоки на входном опускном участке реактора имеют азимутальное смещение (поворот) против часовой стрелки на -20°.
Результаты исследований перемешивания петлевых потоков в реакторе могут быть использованы в теплогидравлических расчетах для определения уточненных распределений температур теплоносителя в петлях и в кассетах, особенно в режимах работы с несимметричной нагрузкой или несимметричными характеристиками петель, для расчета изменения концентрации бора в активной зоне при несимметричной подаче его в первый контур.

Результаты испытаний режимов планового разогрева и расхолаживания реакторной установки

Проведение испытаний режимов разогрева РУ от холодного состояния до горячего состояния и расхолаживания от горячего состояния до холодного состояния по проектной технологии было затруднено в условиях ПНР, когда оборудование, КИП и вспомогательные системы проходят стадию отладки и работают ненадежно.
Поэтому испытания проводились многократно в разные периоды ПНР. В процессе испытаний проводился контроль работы оборудования РУ с помощью штатной системы КИП и СПНИ (в части напряженно-деформированного состояния оборудования РУ).
В результате испытаний проверены и откорректированы проектные регламенты проведения режимов разогрева и расхолаживания РУ, которые обеспечивают характеристики работы оборудования РУ и вспомогательных систем, удовлетворяющие проектным требованиям и ограничениям по скоростям изменения температур и распределениям температур в определяющих элементах и узлах оборудования РУ.
Основные изменения и уточнения проектных регламентов по результатам испытаний внесены в инструкции по эксплуатации.

Результаты темогидравлических испытаний оборудования шахтного объема и верхнего блока

При теплогидравлических испытаниях оборудования шахтного объема проводилось измерение температур элементов бетонной шахты и верхнего блока, а также расходов (и температур воздуха) через верхний блок и по каналам охлаждения шахтного объема в следующих режимах работы:

  1. нормальный режим работы РУ и системы вентиляции шахтного объема при мощности реактора от 50 до 100% Νном;
  2. режим с прекращением подачи воздуха на охлаждение бетонной шахты (перерыв электропитания системы вентиляции);
  3. режим с подачей воздуха в бетонную шахту без предварительного охлаждения в промежуточном теплообменнике.

В период ПНР проведена регулировка расходов воздуха с помощью шиберов по каналам охлаждения шахтного объема до значений, близких к проектным.
Расходы воздуха по различным каналам измерялись с помощью специального скоростемера турбинного типа, разработанного и изготовленного в ОКБ «Гидропресс».
Измерения температур производились с помощью штатной и пусконаладочной системы термометрирования.
Результаты замеров на мощности 100% показали, что температуры исследованных элементов шахтного объема (сухой защиты, строительного бетона за и под сухой защитой, металлоконструкции опоры реактора, кабелей И К, кабельных разъемов систем контроля энерговыделения и термоконтроля на выходе кассет, а также элементов верхнего блока) находятся в допустимых пределах. Температура воздуха, поступающего на охлаждение шахтного объема и верхнего блока, находилась в проектных пределах (по проекту 15-45 °C - на входе в шахтный объем, не более 60 °C - на входе в верхний блок).
При отключении вентиляторов на время до 1 ч (имитация обесточивания привода вентиляторов) температура шахтного объема находилась в допустимых пределах.
Суммарный теплоотвод охлаждающим воздухом от верхнего блока и шахтного объема составил 0,74±0,10 МВт при работе реактора на номинальной мощности и температуре охлаждающего воздуха на входе в шахту 21 °C.

Заключение

Полученные по результатам ПНР и пусковых испытаний фактические теплогидравлические характеристики РУ 5-го блока НВАЭС в целом соответствуют проектным данным и подтвердили возможность эксплуатации РУ на проектной мощности. На основе результатов испытаний откорректированы допустимые пределы на отдельные теплогидравлические параметры в эксплуатационной документации с целью приведения в соответствие их с фактическими результатами измерений.

Еще по теме: