Обоснование теплогидравлических характеристик ВВЭР - Краткие сведения об эксплуатации кассет реакторов типа ВВЭР-440

2.7 КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ КАССЕТ РЕАКТОРОВ ТИПА ВВЭР-440

2.7.1 Опыт эксплуатации активной зоны реакторов

Первым реактором, пущенным в эксплуатацию из серии В-230, был 1-й блок Кольской АЭС, который вышел на номинальную мощность в 1973 г.

До 1982 г. были введены в эксплуатацию два блока АЭС «Норд», 2-й блок Кольской АЭС и четыре блока АЭС «Козлодуй».
Отличительной особенностью этой серии был более высокий расход теплоносителя через реактор, который был минимальным на блоках Кольской АЭС, равным 43000 м³/ч и доходил до 46000 м³/ч на остальных блоках этой серии.
В период эксплуатации 2-го блока АЭС «Норд» и 1-го блока АЭС «Козлодуй» анализ температур теплоносителя на выходе из рабочих кассет показал аномалию температурного поля из-за расцепления кассет АРК с надставкой.
Впоследствии, после разборки реактора, были обнаружены разрывы чехлов кассет АРК, причиной чему были переход с толщины чехла 2,0 на 1,5 мм и повышенные расходы через кассеты АРК (более 130 м³/ч).
В дальнейшем на всех блоках серии В-230, для уменьшения расхода теплоносителя через кассеты АРК, был завальцован один ряд входных отверстий демпферных труб, что позволило снизить расход теплоносителя через кассеты АРК до 120 м³/ч.
Для продления срока службы корпуса реактора, с целью уменьшения потока нейтронов на корпус, периферийные рабочие кассеты были заменены на кассеты-экраны, не содержащие тепловыделяющих элементов.
Установка 36 кассет-экранов, имеющих большое гидравлическое сопротивление, привела к снижению общего расхода теплоносителя через реактор на величину -2000 м³/ч и увеличению расхода теплоносителя через ТВС на величину -10-12 м³/ч.
В период эксплуатации этих блоков был осуществлен переход на комплектацию активных зон реакторов рабочими кассетами с размером чехла «под ключ» 143,0 мм, что привело к увеличению протечек теплоносителя мимо твэлов активной зоны до 11%.
Увеличение протечек теплоносителя привело к ухудшению технических характеристик эксплуатируемых блоков (увеличились подогревы теплоносителя в рабочих кассетах), а также появились сложности при выборе топливных загрузок из-за ограничений по допустимой температуре на выходе из рабочих кассет и допустимому подогреву теплоносителя в них.
Для уменьшения протечек теплоносителя мимо твэлов активной зоны осуществляется переход на комплектацию активных зон реакторов рабочими кассетами с размером чехла «под ключ» 145,0 мм.
На некоторых эксплуатируемых блоках (2-й блок АЭС «Козлодуй» и 2-й блок Кольской АЭС) из-за технологических ошибок эксплуатационного персонала был осуществлен заброс смол из фильтров СВО в теплоноситель первого контура, в результате чего они покрыли поверхность твэлов (в основном на первых двух дистанционирующих решетках), что явилось причиной увеличения коэффициента гидравлического сопротивления кассет, а соответственно, уменьшения расхода теплоносителя через них и повышения температуры оболочек твэлов. Вследствие увеличения термического сопротивления оболочек твэлов также ухудшился температурный режим работы твэлов.
Послереакторные исследования таких кассет показали наличие разрушения оболочки под отложениями органических соединений и материалов коррозии на ее поверхности.

2.7.2 Опыт эксплуатации активной зоны реакторов В-213

Начиная с 1976 г. с вводом в эксплуатацию 1-го блока Армянской АЭС (В-270, прототип В-213) до настоящего времени введены в эксплуатацию следующие энергоблоки с реактором В-213:

1. 1-й, 2-й блоки Армянской АЭС;
2. 1-й, 2-й блоки Ровенской АЭС;
3. 1-й, 2-й блоки Финской АЭС;
4. 3-й, 4-й блоки Кольской АЭС;
5. 1-й, 2-й, 3-й, 4-й блоки АЭС «Дукованы»;
6. 3-й, 4-й блоки АЭС «Богунице В-2»;
7. 1-й, 2-й блоки АЭС «Моховце».

Реакторы данной серии имеют более низкий расход теплоносителя через реактор - от 39400 м³/ч (2-й блок АЭС «Пакш») до 42500 м³/ч (3-й, 4-й блоки АЭС «Богунице В-2»).
Расходы теплоносителя через рабочие кассеты находятся в интервале от 100 м³/ч (2-й блок АЭС «Пакш») до 112 м³/ч (3-й, 4-й блоки АЭС «Богунице В-2»), а расходы теплоносителя через кассеты АРК не превышают величины 122 м³/ч.
Коэффициент протечек теплоносителя мимо твэлов активной зоны составлял ~7% от общего расхода теплоносителя через реактор (комплектация активных зон реакторов рабочими кассетами с размером чехла «под ключ» 144 мм) и возрос до 11% при переходе на комплектацию активных зон реакторов рабочими кассетами с размером чехла «под ключ» 143 мм. Для уменьшения коэффициента протечек теплоносителя осуществляется переход на комплектацию активных зон реакторов рабочими кассетами с размером чехла «под ключ» 145 мм, что позволит снизить коэффициент протечек теплоносителя до ~3% от общего расхода теплоносителя через реактор.
Анализ поля температур теплоносителя на выходе из рабочих кассет указал на увеличение подогрева теплоносителя в рабочих кассетах (2-й блок АЭС «Пакш»), вызванного уменьшением расхода теплоносителя через рабочие кассеты, причиной чего явилось увеличение гидравлического сопротивления кассет.
Как показал осмотр этих кассет, гидравлическое сопротивление кассет возросло из-за наличия загрязнения поверхности твэлов продуктами коррозии.
В дальнейшем были выполнены работы по отмывке продуктов коррозии.

2.7.3 Усовершенствование конструкции кассет с целью повышения экономической эффективности, повышения надежности и безопасной эксплуатации кассет

Для повышения технико-экономических показателей энергоблоков и безопасной эксплуатации активной зоны проводятся постоянный поиск улучшения конструкции кассет и модернизация топливных циклов.
Улучшение конструкции кассет осуществляется с целью улучшения их прочностных характеристик, позволяющих увеличить продолжительность их эксплуатации.
Переход на ТВС с профилированным обогащением по сечению ТВС, на модернизированный соединительный узел кассеты АРК с надставкой, на уран-гадолиниевое топливо позволяет увеличить глубину выгорания топлива, длительность кампании, а также энергонапряженность активной зоны, что, в свою очередь, позволит в дальнейшем увеличить мощность энергоблоков.