3.5.6 Пример анализа да конкретных РУ
Ниже приведены примеры расчетного анализа исходных событий данной группы, выполненные для проекта РУ В-412 (АЭС «Куданкулам», Индия).
Предварительный качественный анализ показывает, что из всей группы исходных событий с уменьшением отвода тепла вторым контуром можно выделить исходные события, приводящие к наиболее тяжелым последствиям с точки зрения упомянутых выше основных приемочных критериев.
Так режим с отключением турбины (или потерей вакуума в конденсаторе турбины) может привести к максимально возможному (для этой группы исходных событий) давлению теплоносителя первого контура.
В свою очередь, режим с непреднамеренным закрытием БЗОК на паропроводе одного ПГ является определяющим с точки зрения максимального давления второго контура.
В режиме с разрывом трубопровода питательной воды парогенератора достигается минимальное (для данной группы исходных событий) значение коэффициента запаса до кризиса теплоотдачи на поверхности оболочки наиболее теплонапряженного твэла активной зоны.
Отключение турбины
К останову турбины приводят потеря вакуума конденсатора, осевой сдвиг ротора, потеря давления в системе смазки и т.п. При этом происходит закрытие стопорных клапанов турбины. Турбогенератор отключается одновременно с закрытием стопорных клапанов.
Расчет проводится с точки зрения проверки непревышения допустимого значения давления теплоносителя первого контура в течение всего переходного процесса (определяющий критерий). Согласно этому критерию давление теплоносителя в первом контуре не должно превышать расчетное на 10% с учетом динамики переходных процессов и времени срабатывания предохранительных устройств, т.е. давление в первом контуре не должно превышать 19,4 МПа.
Одновременно с проверкой основного приемочного критерия проводилась проверка критериев по непревышению допустимого значения давления во втором контуре и отсутствию кризиса теплоотдачи в активной зоне.
При проведении расчетного анализа консервативно принимался отказ на работу систем нормальной эксплуатации (впрыска в КД, подпитки-продувки первого контура, предупредительной и ускоренной защит реактора, БРУ-К).
В качестве единичного отказа в расчете принимался отказ одного дизель-генератора, дополнительно учтен также вывод в ремонт другого дизель-генератора.
Для увеличения консерватизма принят отказ контрольного ИПУ КД, а также отказ одного БРУ-А.
В расчете принято, что срабатывание АЗ происходит по второму сигналу
При срабатывании АЗ учитывается застревание в крайнем верхнем положении поглощающего стержня с максимальной эффективностью.
Потеря электропитания собственных нужд блока принята за 1,9 с до момента начала движения органов СУЗ по второму сигналу на срабатывание АЗ, что приводит к более консервативным результатам с точки зрения выполнения приемочных критериев.
Исходное состояние реакторной установки выбиралось таким, чтобы обеспечить консервативность полученных результатов с точки зрения основного (для данного исходного события) приемочного критерия. Так, например, тепловая мощность реактора составляла 3120 МВт(104% Nном), температура теплоносителя на входе в активную зону — 293 °C (на 2 °C выше номинальной), а давление теплоносителя на выходе из активной зоны - 16,0 МПа (на 0,3 МПа выше номинального).
Величины уставок на срабатывание систем также были выбраны с учетом их неопределенности, обусловливающей негативное влияние на последствия аварии (также с точки зрения основного приемочного критерия).
Основные результаты расчета приведены на рис. 3.27—3.30.
В результате исходного события закрываются стопорные клапаны турбогенератора, что приводит к резкому повышению давления во втором контуре, вызывая сначала открытие БРУ-А, а затем и открытие контрольных ИПУ ПГ. По факту повышения давления в любом из парогенераторов до 7,84 МПа на 8,25 с переходного процесса формируется первый сигнал на срабатывание АЗ, однако согласно принятым допущениям срабатывание АЗ по первому сигналу в анализе не учитывается. Максимальное значение давления второго контура достигается на 12,6 с и составляет 8,30 МПа. За счет работы БРУ-А и ИПУ ПГ давление во втором контуре снижается и после закрытия ИПУ ПГ на 27,3 с поддерживается БРУ-А на уровне давления регулирования.
Ухудшение отвода тепла вторым контуром вызывает рост параметров теплоносителя первого контура. Увеличение давления на выходе из активной зоны до 17,7 МПа приводит к достижению на 8,6 с уставки на срабатывание АЗ (второй сигнал).
Рис. 3.27. Отключение турбины
1 - давление на входе в активную зону; 2 - давление на выходе из активной зоны;
3 - давление в компенсаторе давления
Рис. 3.28. Отключение турбины 1-4-давление в ПГ 1-4
Рис. 3.29. Отключение турбины
Минимальный коэффициент запасало кризиса теплоотдачи
Рис. 3.30. Отключение турбины
1 - температура теплоносителя в НКР; 2 - температура теплоносителя в СКР
В соответствии с алгоритмом расчета за 1,9 с до момента начала движения органов СУЗ по второму сигналу АЗ принята потеря электропитания собственных нужд блока. Это приводит к:
- отключению всех четырех ГЦН;
- отключению систем основной и вспомогательной питательной воды второго контура;
- отключению ТЭН КД.
По признаку обесточивания с задержкой 1,9 с происходят запуск дизель-генераторов и их ступенчатое нагружение.
В результате наложения отказа на срабатывание контрольного ИПУ КД давление в первом контуре продолжает расти, приводя на 11,1с переходного процесса к срабатыванию двух рабочих ИПУ КД. Максимальное значение давления в первом контуре достигается на 12,2 с и составляет 19,0 МПа.
После срабатывания АЗ мощность реактора снижается до уровня остаточных тепловыделений, давление в первом контуре также снижается и в дальнейшем стабилизируется на уровне около 14,8 МПа. Минимальный коэффициент запаса до кризиса теплоотдачи составляет 1,18 и достигается на 10,9 с переходного процесса.
После отключения ГЦН и окончания их выбега устанавливается естественная циркуляция теплоносителя первого контура.
Обоснование безопасности реакторной установки в аварии с отключением турбины проводится на основе анализа выполнения приемочных критериев для рассматриваемой аварии.
Как видно из результатов расчета, максимальное давление теплоносителя первого контура достигается на 12,2 с переходного процесса и составляет 19,0 МПа. Максимальное давление теплоносителя второго контура достигается на 12,6 с и составляет 8,3 МПа.
Таким образом, предельные значения давления теплоносителя первого и второго контуров не достигаются и основной приемочный критерий выполняется.
Минимальное значение коэффициента запаса до кризиса теплоотдачи составляет 1,18 и достигается на 10,9 с переходного процесса.
Таким образом, в рассматриваемом режиме коэффициент запаса до кризиса теплоотдачи не достигает предельного значения (1,0) и приемочный критерий выполняется.
Непреднамеренное закрытие отсечного клапана на паропроводе
Закрытие быстродействующего запорного отсечного клапана на паропроводе парогенератора может быть вызвано ошибочным действием оператора или появлением ложного сигнала на закрытие в цепях системы управления БЗОК.
Расчет проводится с точки зрения проверки непревышения допустимого давления теплоносителя второго контура в течение всего переходного процесса (определяющий критерий). Согласно этому критерию давление теплоносителя во втором контуре не должно превышать расчетное на 10% с учетом динамики переходных процессов и времени срабатывания предохранительных устройств, т.е. давление во втором контуре не должно превышать 8,62 МПа.
Одновременно с проверкой основного приемочного критерия проверялись критерии по непревышению допустимого значения давления в первом контуре и отсутствию кризиса теплоотдачи в активной зоне.
При проведении расчетного анализа консервативно принимался отказ на работу систем нормальной эксплуатации (впрыска в КД, подпитки-продувки первого контура, предупредительной и ускоренной защит реактора, АРМ).
В качестве единичного отказа в расчете принимался отказ одного дизель-генератора, дополнительно учтен также вывод в ремонт другого дизель-генератора.
Для увеличения консерватизма принят отказ контрольного ИПУ ПГ2 и одного БРУ-А, что приводит к максимальному росту давления во втором контуре РУ.
В расчете принято, что срабатывание АЗ происходит по второму сигналу.
При срабатывании АЗ учитывается застревание в верхнем положении одного ПС с максимальной эффективностью.
Потеря электропитания собственных нужд блока принята за 1,9 с до момента начала движения органов СУЗ по второму сигналу на отключение реактора системой АЗ, что приводит к более консервативным результатам сточки зрения выполнения приемочных критериев.
Исходное состояние реакторной установки выбиралось таким образом, чтобы обеспечить консервативность полученных результатов с точки зрения основного (для данного исходного события) приемочного критерия. Так, например, тепловая мощность реактора составляла 3120 МВт (104% от номинальной), температура теплоносителя на входе в активную зону - 293 °C (на 2 °C выше номинальной), а давление теплоносителя на выходе из активной зоны - 15,4 МПа (на 0,3 МПа ниже номинального).
Величины уставок на срабатывание систем также были выбраны с учетом их неопределенности, обусловливающей негативное влияние на последствия аварии (также с точки зрения основного приемочного критерия).
Основные результаты расчета рассматриваемого режима приведены на рис. 3.31-3.34.
В результате исходного события - непреднамеренного закрытия отсечного клапана на паропроводе — происходит резкое повышение давления в аварийном ПГ. На 9 с переходного процесса давление в ПГ 2 возрастает до уставки на срабатывание АЗ по высокому давлению (7,84 МПа), однако согласно принятым допущениям срабатывание АЗ по первому сигналу в анализе не учитывается.
По факту закрытия отсечного клапана на паропроводе отключается ГЦН соответствующей петли. После отключения ГЦН начинает изменяться уставка АЗ по допустимой плотности нейтронного потока (уставка линейно изменяется со 107 до 74% за 50 с). На 15,2 с переходного процесса текущее значение плотности нейтронного потока становится выше величины уставки, что приводит к формированию второго сигнала на срабатывание АЗ.
В соответствии с алгоритмом расчета за 1,9 с до момента начала движения органов СУЗ по второму сигналу АЗ происходит потеря электропитания собственных нужд блока. Это приводит к:
- закрытию стопорных клапанов турбогенератора;
- отключению трех оставшихся в работе ГЦН;
- отключению систем основной и вспомогательной питательной воды второго контура;
- отключению БРУ-К;
- отключению энергоснабжения ТЭН КД.
Рис. 3.31. Непреднамеренное закрытие отсечного клапана на паропроводе 1 - давление на входе в активную зону; 2 - давление на выходе из активной зоны;
3 - давление в компенсаторе давления
Рис. 3.32. Непреднамеренное закрытие отсечного клапана на паропроводе 1—4— давление в ПГ 1-4
Рис. 3.33. Непреднамеренное закрытие отсечного клапана на паропроводе
Минимальный коэффициент запаса до кризиса теплоотдачи
Рис. 3.34. Непреднамеренное закрытие отсечного клапана на паропроводе
1 - температура теплоносителя в НКР; 2 - температура теплоносителя в СКР
По признаку обесточивания с задержкой 1,9 с происходит запуск дизель-генераторов и их ступенчатое нагружение.
После закрытия стопорных клапанов ТГ давление во втором контуре возрастает на 15,4 с до уставки на открытие редукционных установок БРУ-А, которые затем вплоть до 118,0 с работают в режиме регулирования. Давление в аварийном ПГ продолжает расти, и на 20,1 с переходного процесса происходит открытие рабочего ИПУ ПГ Максимальное давление при этом составляет 8,49 МПа и достигается на 20,4 с. В дальнейшем на аварийном ПГ происходит периодическое срабатывание ИПУ, частота которого уменьшается со снижением мощности остаточных тепловыделений.
Ухудшение отвода тепла вторым контуром вызывает рост параметров теплоносителя первого контура. Максимальное значение давления теплоносителя в первом контуре достигается на 20,1 с и составляет 17,53 МПа.
После срабатывания АЗ мощность реактора снижается до уровня остаточных тепловыделений, давление в первом контуре также снижается и в дальнейшем стабилизируется на уровне около 15 МПа.
Минимальный коэффициент запаса до кризиса теплоотдачи составляет 1,17 и достигается на 16,8 с переходного процесса.
После отключения всех ГЦН и окончания их выбега устанавливается естественная циркуляция теплоносителя первого контура.
Обоснование безопасности реакторной установки в аварии с непреднамеренным закрытием отсечного клапана на паропроводе проводится на основе анализа выполнения приемочных критериев для рассматриваемой аварии.
Как видно из результатов расчета, максимальное давление теплоносителя первого контура достигается на 20,1 с переходного процесса и составляет 17,53 МПа. Максимальное давление теплоносителя второго контура достигается на 20,4 с и составляет 8,49 МПа.
Таким образом, предельные значения давления теплоносителя первого и второго контуров не достигаются и данные приемочные критерии выполняются.
Минимальное значение коэффициента запаса до кризиса теплоотдачи составляет 1,17 и достигается на 16,8 с переходного процесса.
Таким образом, в рассматриваемом режиме коэффициент запаса до кризиса теплоотдачи не достигает предельного значения (1,0) и приемочный критерий выполняется.
Разрыв трубопровода питательной воды парогенератора
Исходное событие — мгновенный разрыв трубопровода между аварийным парогенератором и обратным клапаном с истечением теплоносителя как из аварийного парогенератора, так и из коллектора питательной воды.
Режим разрыва трубопровода питательной воды рассмотрен с точки зрения проверки выполнения основного приемочного критерия - отсутствия кризиса теплоотдачи на поверхности оболочки любого твэла активной зоны.
Дополнительно, в период после срабатывания АЗ, проверяется непревышение допустимых значений давления теплоносителя первого и второго контуров.
В анализе учитывается штатная работа системы впрыска в КД с напора ГЦН и работа БРУ-К (до момента обесточивания). Работа остальных систем нормальной эксплуатации не учитывается.
В качестве единичного отказа в расчете принимался отказ одного дизель-генератора, учтен также вывод в ремонт другого дизель-генератора.
Дополнительно (с целью проверки непревышения допустимых значений давления первого и второго контуров) приняты следующие отказы:
- отказ БЗОК аварийного ПГ 2 на закрытие;
- отказ контрольных ИПУ КД и ИПУ ПГ 1.
В расчете принято, что срабатывание АЗ происходит по второму поступившему сигналу.
При срабатывании АЗ учитывается застревание в верхнем положении одного ПС с максимальной эффективностью.
Потеря электропитания собственных нужд блока принята за 1,9 с до момента начала движения органов СУЗ по второму сигналу на срабатывание АЗ, что приводит к более консервативным результатам с точки зрения выполнения приемочных критериев. Исходное состояние реакторной установки выбиралось таким образом, чтобы обеспечить консервативность полученных результатов с точки зрения основного приемочного критерия (т. е. коэффициент запаса до кризиса теплообмена должен иметь минимальное исходное значение).
Так, например, тепловая мощность реактора составляла 3120 МВт (104% от номинальной), температура теплоносителя на входе в активную зону - 293 °C (на 2 °C выше номинальной), а давление теплоносителя на выходе из активной зоны - 15,4 МПа (на 0,3 МПа ниже номинального).
Величины уставок на срабатывание систем выбраны с учетом их неопределенности, обусловливающей негативное влияние на последствия аварии (с точки зрения основного приемочного критерия).
Основные результаты расчета рассматриваемого режима приведены на рис. 3.35-3.38.
Рис. 3.35. Разрыв трубопровода питательной воды Минимальный коэффициент запаса до кризиса теплоотдачи
Рис. 3.36. Разрыв трубопровода питательной воды
1 - давление на входе в активную зону; 2 - давление на выходе из активной зоны;
3 - давление в компенсаторе давления
Рис. 3.37. Разрыв трубопровода питательной воды
1-температура теплоносителя в НКР; 2-температура теплоносителя в СКР; 3- температура насыщения при давлении выхода из реактора
Рис. 3.38. Разрыв трубопровода питательной воды 1—4— давление в ПГ 1-4
В результате разрыва питательного трубопровода начинается истечение теплоносителя как из аварийного парогенератора, так и из коллектора питательной воды. Падение уровня котловой воды в ПГ 2 приводит к отключению ГЦН аварийной петли по уставке снижения уровня в аварийном ПГ на 500 мм от номинального значения и к формированию первого сигнала на срабатывание АЗ по уставке снижения уровня в аварийном ПГ на 650 мм. Согласно принятым допущениям срабатывание АЗ по первому сигналу в анализе не учитывается.
В результате истечения теплоносителя второго контура происходит падение давления в аварийных ПГ и ГПК, что приводит к останову турбины (по признаку падения давления острого пара в ГПК менее 5,1 МПа). Последующий процесс сопровождается ростом параметров теплоносителя первого и второго контуров. Давление в ГПК достигает уставки на срабатывание БРУ-К. Рост давления теплоносителя первого контура приводит к последовательному открытию первого и второго клапанов впрыска в КД, а на 25,5 с переходного процесса достигается уставка на срабатывание АЗ по повышению давления теплоносителя первого контура до 17,7 МПа с учетом погрешности определения, равной 0,1 МПа (второй сигнал).
В момент достижения уставки на срабатывание АЗ по второму сигналу в соответствии с алгоритмом расчета за 1,9 с до момента начала движения органов СУЗ происходит потеря электропитания собственных нужд блока. Это приводит к:
- отключению оставшихся в работе ГЦН;
- отключению системы компенсации давления первого контура;
- отключению БРУ-К;
- отключению системы подпитки-продувки первого контура.
По сигналу обесточивания секций собственных нужд через 1,9 с запускаются дизель-генераторы с последующим ступенчатым нагружением.
После срабатывания АЗ мощность реактора снижается до уровня остаточных тепловыделений. Минимальный коэффициент запаса до кризиса теплоотдачи достигается на 28 с переходного процесса и составляет 1,06.
Отказ БЗОК аварийного парогенератора на закрытие привадит к расхолаживанию РУ и снижению давления во всех парогенераторах. В результате этого на паропроводах рабочих парогенераторов происходит закрытие БЗОК. С прекращением интенсивного отвода пара из аварийного парогенератора заканчивается расхолаживание РУ, вызванное течью в системе питательной воды.
После окончания выбега ГЦН (на 130 с аварийного процесса) в циркуляционном контуре устанавливается естественная циркуляция теплоносителя. Вызванное этим ухудшение отвода тепла приводит к росту параметров теплоносителя первого и второго контуров. На 600 с от начала аварии последовательно открываются предохранительные клапаны на первом и третьем парогенераторах, где не работают каналы системы аварийного расхолаживания. Канал системы аварийного расхолаживания работает на четвертом парогенераторе в режиме отвода остаточных тепловыделений от активной зоны. На 800 с срабатывают рабочие ИПУ КД.
Обоснование безопасности реакторной установки в аварии разрыва трубопровода питательной воды проводится на основе анализа выполнения приемочных критериев для рассматриваемой аварии.
Давление в первом контуре не должно превышать расчетное более чем на 10% (с учетом динамики переходных процессов и времени срабатывания предохранительных устройств), т.е. давление в первом контуре не должно превышать 19,4 МПа.
Давление во втором контуре не должно превышать расчетное более чем на 10% (с учетом динамики переходных процессов и времени срабатывания предохранительных устройств), т.е. давление во втором контуре не должно превышать 8,62 МПа.
Как видно из результатов расчета, максимальное давление теплоносителя первого контура достигается после 800 с переходного процесса и составляет 18,80 МПа. Максимальное давление теплоносителя второго контура достигается после 600 с и составляет 8,50 МПа.
Таким образом, предельные значения давления теплоносителя первого и второго контуров не достигаются и приемочные критерии выполняются.
Отсутствие кризиса теплоотдачи для всех топливных элементов с вероятностью 95% при уровне доверия 95% (что обеспечивается превышением значения коэффициента запаса до кризиса кипения сверх единицы, т. е. К > 1,0).
Минимальный коэффициент запаса до кризиса теплоотдачи достигается на 28 с переходного процесса и составляет 1,06.
Таким образом, в рассматриваемом режиме коэффициент запаса до кризиса теплоотдачи не достигает предельного значения (1,0) и приемочный критерий выполняется.
Анализ режима показал, что системы безопасности с учетом принципа единичного отказа в состоянии преодолеть последствия аварии.
Таким образом, в рассмотренных режимах с уменьшением отвода тепла вторым контуром выполняются назначенные для них приемочные критерии. Выполнение приемочных критериев является признаком отсутствия повреждений защитных барьеров на пути распространения ионизирующих излучений и радиоактивных веществ, и, следовательно, безопасность АЭС в рассмотренных режимах обеспечивается.
