Обоснование теплогидравлических характеристик ВВЭР - Аварии с уменьшением отвода тепла вторым контуром РУ ВВЭР

3.5 АВАРИИ С УМЕНЬШЕНИЕМ ОТВОДА ТЕПЛА ВТОРЫМ КОНТУРОМ

3.5.1 Исходные события, приводящие к возникновению аварии

В подразделе 3.5 рассмотрена группа исходных событий, приводящих к уменьшению отвода тепла вторым контуром.
К исходным событиям этой группы режимов относятся:

1. нарушение или отказ регулятора давления пара, приводящее к уменьшению расхода пара;
2. потеря внешней электрической нагрузки;
3. отключение турбины;
4. непреднамеренное закрытие отсечного клапана на паропроводе;
5. потеря вакуума в конденсаторе и другие случаи, приводящие к останову турбины;
6. потеря электропитания собственных нужд АЭС;
7. потеря нормального расхода питательной воды;
8. разрыв трубопровода питательной воды.

3.5.2 Потенциально опасные физические воздействия режима на РУ

Исходные события данной группы режимов вызывают резкий рост давления пара во втором контуре реакторной установки, что приводит к ухудшению отвода тепла от теплоносителя первого контура и, как следствие, к росту его температуры и давления. Это, в свою очередь, может привести к возникновению кризиса теплоотдачи на поверхностях оболочек максимально напряженных твэлов и нежелательным динамическим нагрузкам на оборудование РУ вследствие резкого повышения давления теплоносителя первого и второго контуров.
Разгерметизация оболочек твэлов вследствие возникновения кризиса теплоотдачи приводит к выходу активных продуктов деления в теплоноситель первого контура, а срабатывание предохранительных клапанов компенсатора давления - к выбросу этих продуктов деления под защитную оболочку реактора.
Поэтому в условиях переходных режимов данной группы исходных событий вероятность повреждения оболочек твэлов в результате кризиса теплоотдачи должна быть ограничена различными мероприятиями до приемлемой величины. Это сведет к минимуму радиологические последствия и позволит возобновить эксплуатацию станции после восстановительных мер.
Для предотвращения или ограничения нежелательных последствий аварий предназначены специальные устройства и системы РУ.

3.5.3 Системы и оборудование для ограничения последствий аварии

Для защиты оборудования первого контура РУ от превышения давления предназначена система компенсации давления. В состав этой системы помимо другого оборудования входят устройство впрыска и импульсно-предохранительные устройства.
Устройство впрыска предназначено для компенсации повышения давления теплоносителя первого контура, связанного с возмущениями, возникающими в процессе эксплуатации реакторной установки.
Устройство впрыска состоит из трубопровода впрыска, клапанов впрыска и разбрызгивающего устройства, установленного в верхней части парового объема компенсатора.
Работа устройства основана на впрыске в паровой объем компенсатора давления теплоносителя из холодной нитки циркуляционной петли.
При повышении давления до определенной величины (уставки) разбрызгивающее устройство распыляет в паровом объеме КД капли подаваемого из холодной нитки теплоносителя, что приводит к конденсации на каплях пара и, соответственно, понижению давления в первом контуре РУ.
Если, несмотря на работу впрыска, рост давления продолжается, то при достижении соответствующих уставок открываются сначала контрольное, а затем и рабочие импульсно-предохранительные устройства КД.
На российских АЭС на КД устанавливаются (как правило) три импульсно-предохранительных устройства: одно контрольное и два рабочих. Импульсно-предохранительное устройство состоит из импульсного и главного клапанов, трубопроводов сброса и системы управления. Импульсный клапан предназначен для открытия главного клапана. 
Д ля защиты парогенераторов и паропроводов от превышения давления во втором контуре РУ предусмотрена специальная система, в состав которой входят:

1. быстродействующая редукционная установка сброса пара в конденсатор турбины (БРУ-К);
2. быстродействующая редукционная установка сброса пара в атмосферу (БРУ-А);
3. импульсно-предохранительные устройства парогенераторов.

БРУ-К предназначена для сброса в конденсатор турбины пара, генерируемого парогенераторами в режимах, когда потребление пара турбиной меньше паропроизводительности парогенераторов. На российских АЭС БРУ-К устанавливаются на главном паровом коллекторе, и их суммарная производительность составляет 60% от номинальной паропроизводительности парогенераторов.
БРУ-А предназначена для сброса пара в атмосферу в режимах, сопровождающихся отказом или запретом на работу БРУ-К (например, потеря электропитания собственных нужд блока), при закрытии отсечной арматуры на паропроводах парогенераторов и в условиях переходных и аварийных режимов, когда производительности БРУ-К недостаточно для поддержания давления пара на заданном уровне. Суммарная производительность БРУ-А также составляет 60% от номинальной паропроизводительности парогенераторов.
В проектах действующих российских АЭС БРУ-А устанавливаются на паропроводах парогенераторов (по одному на каждый паропровод), однако в некоторых проектах АЭС нового поколения предусмотрена установка БРУ-А на главном паровом коллекторе.
Для защиты парогенераторов и паропроводов второго контура от превышения давления в режимах, сопровождающихся ростом давления пара, несмотря на работу БРУ-К или БРУ-А (при потере электропитания собственных нужд блока), в проектах российских РУ предусмотрена установка на каждом парогенераторе нескольких (как правило, двух) импульсно-предохранительных устройств. Импульсно-предохранительное устройство состоит из импульсного и главного клапанов, трубопроводов обвязки и системы управления.
Импульсный клапан предназначен для открытия главного клапана. Сброс пара ИПУ ПГ производится в атмосферу.
Для обеспечения последовательного ввода в работу паросбросных устройств второго контура уставка на открытие БРУ-А выше уставки на открытие БРУ-К, в свою очередь уставки на открытие ИПУ ПГ выше уставки на открытие БРУ-А.
Таким образом, во втором контуре РУ обеспечивается трехступенчатая защита от повышения давления пара сверх установленных проектных пределов.
Основной системой, предотвращающей кризис теплоотдачи на поверхности оболочек твэлов, является система управления и защиты реактора. Аварийная защита реактора выполняет свои функции, воздействуя на процесс энерговыделения в активной зоне путем ввода в нее поглощающих стержней. Срабатывание аварийной защиты реактора приводит к резкому уменьшению теплового потока от топлива к оболочке твэла и, соответственно, уменьшению вероятности возникновения кризиса теплоотдачи.

3.5.4 Приемочные критерии

Расчетный анализ данной группы исходных событий проводится с целью обоснования способности РУ противостоять последствиям рассматриваемых аварийных ситуаций без превышения пределов безопасной эксплуатации, обеспечивающих сохранность системы физических барьеров на пути распространения ионизирующих излучений и радиоактивных веществ в окружающую среду.
Основными физическими барьерами, целостность и эффективность которых проверяется в процессе расчетного анализа данной группы исходных событий, являются оболочка твэла и граница давления теплоносителя первого и второго контуров.
Для возможности расчетного обоснования целостности и эффективности физических барьеров для каждого исходного события данной группы устанавливаются конкретные приемочные критерии. Эти критерии выражаются как численная граница для определенных расчетных параметров. Для подтверждения того, что безопасность РУ обеспечивается, результаты расчетного анализа сравниваются с приемочными критериями.
Основными приемочными критериями для данной группы исходных событий являются следующие:

1. отсутствие кризиса теплоотдачи на поверхности оболочки любого твэла;
2. непревышение допустимого проектного значения давления теплоносителя первого и второго контуров в течение всего переходного процесса.

Отсутствие кризиса теплоотдачи с поверхности твэла проверяется по величине отношения допустимого критического теплового потока к действительному с поверхности твэла. Указанное отношение далее называется коэффициентом запаса до кризиса теплоотдачи. Минимальный коэффициент запаса до кризиса теплоотдачи должен быть не менее 1 с доверительной вероятностью не менее 95%.
Давление в системе теплоносителя первого контура не должно превышать установленного в проекте предела с учетом динамики переходных процессов и времени срабатывания предохранительных устройств.
Давление во втором контуре не должно превышать установленного в проекте предела с учетом динамики переходных процессов и времени срабатывания предохранительных устройств.

3.5.5 Методология анализа

В проекте реакторной установки в соответствии с принципом единичного отказа должны быть предусмотрены технические средства и организационные меры, направленные на предотвращение проектных аварий и ограничение их последствий и обеспечивающие безопасность при любом из учитываемых проектом исходном событии с наложением одного независимого от исходного события отказа любого из следующих элементов систем безопасности: активного элемента или пассивного элемента, имеющего механические движущие части, или одной независимой от исходного события ошибки персонала.
Наиболее общепринятым единичным отказом является отказ канала системы безопасности или технических средств безопасности.
В анализе должны быть учтены все отказы, являющиеся следствием отказа, вызывающего аварию, или являющиеся следствием предполагаемого единичного отказа. Так, например, в результате отказа дизель-генератора неработоспособными оказываются и подключенные к нему каналы систем безопасности, т.е. насосы систем аварийного впрыска бора высокого и низкого давления, аварийные питательные электронасосы или система аварийного расхолаживания парогенераторов и т.д.
Если системы безопасности имеют резервирование 4x100%, то помимо единичного отказа одного канала должен учитываться также и вывод в ремонт другого канала этой системы.
Поскольку консервативный анализ должен подтвердить выполнение заранее определенного приемочного критерия, то, как следствие, различные сочетания консервативных допущений должны использоваться для проверки выполнения различных критериев. Для каждого анализируемого исходного события начальные (исходное состояние) и граничные (характеристики используемых систем, отказы и т.п.) условия должны быть выбраны консервативными с целью максимально возможного достижения «пороговых» величин исследуемого приемочного критерия.
При проведении анализов безопасности принимаются во внимание неопределенности по таким, например, начальным условиям, как: мощность реактора, температура теплоносителя на входе в активную зону, давление теплоносителя в первом контуре, расход теплоносителя через реактор, максимальная линейная нагрузка твэла, коэффициенты реактивности, эффективность ПС СУЗ, величина остаточного тепловыделения и т.д. Для рассматриваемой группы событий с уменьшением отвода тепла вторым контуром мощность реактора и температура теплоносителя на входе в активную зону принимаются, как правило, максимальными, расход теплоносителя - минимальным, давление теплоносителя в первом контуре - в зависимости от определяющего приемочного критерия (отсутствия кризиса теплоотдачи или максимального давления теплоносителя), остаточные тепловыделения - с учетом максимальной положительной погрешности.
В качестве граничных условий, которые должны быть использованы в анализе безопасности для данной группы исходных событий, рассматриваются:
• консервативные допущения в отношении аварийного останова реактора (максимальная задержка во времени, застревание наиболее эффективного регулирующего стержня). В проектах РУ нового поколения выдвигается требование, чтобы в анализах безопасности срабатывание аварийной защиты происходило по второму поступившему сигналу на быстрый останов реактора;

1. учет максимально возможной задержки на срабатывание систем безопасности, представляющей собой временную задержку с момента достижения соответствующих условий (значений уставок) до начала защитного действия. При этом должны быть использованы наиболее консервативные характеристики оборудования систем безопасности с точки зрения выполнения их защитных функций;
2. учет переноса тепла к компонентам первого контура;
3. консервативные допущения в отношении работы систем нормальной эксплуатации.

Работа систем нормальной эксплуатации (не предназначенных для аварийных ситуаций) может учитываться, если их функционирование может ухудшить протекание переходного процесса или задержать срабатывание защитных функций. Так, например, для рассматриваемой в данном подразделе группы событий с уменьшением отвода тепла вторым контуром работа впрыска в КД отодвинет время аварийного останова реактора по повышению давления в первом контуре, что будет консервативным с точки зрения обеспечения охлаждения активной зоны (проверки отсутствия кризиса теплоотдачи). Вместе с тем при проверке приемочного критерия по давлению теплоносителя первого контура работа этой системы учитываться не должна, поскольку впрыск в КД приводит к снижению давления в первом контуре. Работа предупредительных зашит учитывается только в том случае, если это приводит к более консервативным результатам.
Кроме единичного отказа исходные события должны быть проанализированы с учетом потери электропитания собственных нужд блока.
С позиции консервативного подхода часто допускается предположение, что потеря электропитания собственных нужд блока может произойти в любое неблагоприятное (с точки зрения выполнения приемочного критерия) время с момента возникновения исходного события.