3.6 АВАРИИ С ПОТЕРЕЙ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ
3.6.1 Исходные события, приводящие к возникновению аварии
Исходными событиями, приводящими к потере теплоносителя первого контура, могут быть как повреждения первого контура, так и непреднамеренное срабатывание оборудования, соединенного с первым контуром. К первым относятся разрывы главного циркуляционного трубопровода и трубопроводов систем, соединенных с ним. Ко вторым относятся открытие клапанов компенсатора давления, открытие клапанов на линиях подпитки и продувки первого контура.
С точки зрения местоположения течи, возможности ее последующей локализации и тяжести последствий течи первого контура можно разделить на течи внутри защитной оболочки и течи вне защитной оболочки. В первом случае теплоноситель первого контура удерживается внутри защитной оболочки. Во втором случае он непосредственно попадает в окружающую среду, и тяжесть последствий таких аварий более серьезная.
Потенциально опасные физические воздействия режима на РУ
В процессе аварий с потерей теплоносителя может проявиться несколько видов воздействия на оборудование первого контура: механическое, тепловое, химическое. При разрывах крупных трубопроводов происходит быстрое снижение давления в первом контуре. Это приводит к возникновению больших перепадов давления на различных частях оборудования первого контура и механических нагрузок на них, что может привести к повреждению оборудования. При истечении теплоносителя возникают реактивные усилия и воздействие струй вытекающего теплоносителя на оборудование в местах разрыва.
Потеря теплоносителя первого контура связана с разрушением одного из барьеров безопасности на пути распространения радиоактивных продуктов. Одновременно создается угроза зависимого разрушения оставшихся барьеров безопасности: оболочек твэлов вследствие их перегрева, защитной оболочки вследствие избыточного давления пара, образующегося при истечении теплоносителя.
При перегреве оболочек твэлов, изготовленных из сплава циркония, выше 700 °C возникает пароциркониевая реакция, которая сопровождается окислением циркония, выделением тепла и образованием водорода. В результате оболочки теряют механическую прочность, что усложняет послеаварийную разборку активной зоны.
Важным аспектом безопасности в авариях с потерей теплоносителя первого контура является распространение радиоактивных продуктов деления.
3.6.3 Системы и оборудование для ограничения последствий аварии
Основными целями преодоления последствий аварий с разрывами трубопроводов первого контура являются снижение мощности тепловыделения активной зоны, восполнение потери теплоносителя и обеспечение охлаждения активной зоны.
Снижение мощности реактора от начальной величины до уровня остаточных энерговыделений осуществляется аварийной защитой, действием обратных связей, свойственных реакторам ВВЭР, и подачей раствора борной кислоты высокой концентрации.
Компенсация утечек теплоносителя из первого контура и охлаждение активной зоны в авариях с потерей теплоносителя осуществляются системой аварийного охлаждения активной зоны. Она состоит из пассивной подсистемы - емкостей, заполненных борным раствором и сжатым газом (азотом), и активной подсистемы - насосов высокого и низкого давления. Такой набор оборудования позволяет обеспечивать охлаждение активной зоны в широком спектре аварий с потерей теплоносителя, вплоть до максимальной проектной аварии.
Пассивная часть системы аварийного охлаждения активной зоны предназначена для быстрой подачи раствора борной кислоты в реактор для охлаждения активной зоны в авариях с потерей теплоносителя, когда давление в первом контуре падает ниже давления газа в емкостях. Система относится к защитным системам безопасности и выполнена четырехканальной. Два канала системы подсоединены к СКР, два других канала - к НКР.
Система аварийного и планового расхолаживания первого контура предназначена для отвода тепла от активной эоны реактора после его останова в тех режимах, когда отвод тепла через парогенераторы становится неэффективным (низкие параметры первого контура) или невозможным (потеря теплоносителя первого контура).
Система является составной частью общей системы отвода тепла от ядерного топлива к конечному поглотителю и выполняет функции во всех режимах работы блока, включая аварийные.
Система аварийного и планового расхолаживания первого контура включает в себя:
- подсистему аварийного впрыска бора высокого давления, в состав которой входят насосы аварийного ввода бора, трубопроводы, соединяющие насосы с баками борированной воды, соответствующая арматура;
- подсистему отвода остаточных тепловыделений низкого давления, в состав которой входят баки запаса борированной воды, насосы аварийного и планового расхолаживания первого контура и трубопроводы, соединяющие насосы с баками и приямком, соответствующая арматура.
Приемочные критерии
При потере теплоносителя первого контура в связи с разрывами трубопроводов приемочным критерием является непревышение максимального проектного предела повреждения твэлов по ПБЯ РУ АС-89:
- температура оболочек твэлов - не более 1200 °C;
- локальная глубина окисления оболочек твэлов - не более 18% от первоначальной толщины стенки;
- доля прореагировавшего циркония - не более 1 % его массы в оболочках твэлов.
Выбор параметров в качестве приемочных критериев обусловлен теми процессами, которые происходят в аварийных условиях с оболочками твэлов. В аварийных условиях происходит ухудшение отвода тепла от твэлов, начинается их разогрев. Повышение температуры оболочек приводит не только к снижению механических свойств оболочки, но и, что более важно, к повышенному окислению циркония в водяном паре. Пароциркониевая реакция сопровождается выделением тепла. Для ограничения процессов, приводящих к ухудшению состояния одного из барьеров на пути распространения продуктов деления, и приняты значения вышеуказанных параметров.
Ограничение температуры связано с недопущением перерастания пароциркониевой реакции в самоподдерживающуюся, т.е. ограничение качественного изменения процесса.
Ограничение локальной глубины окисления вытекает из необходимости сохранения приемлемых механических характеристик и геометрии топлива для охлаждения его в процессе аварии и при послеаварийной разборке активной зоны.
Поскольку в процессе пароциркониевой реакции образуется водород, скопление которого в реакторной установке или в защитной оболочке может привести к достижению местной взрывоопасной концентрации его, то ограничение доли прореагировавшего циркония снижает вероятность такого процесса.
3.6.5 Методология анализа
Целью анализа проектных аварий является подтверждение непревышения проектных пределов (критериев безопасности), установленных нормативными документами. В ходе анализа обосновываются эффективность глубоко эшелонированной зашиты, связанной с предотвращением развития предаварийных ситуаций в проектные аварии, проектных аварий в запроектные, а также эффективность физических барьеров безопасности в условиях проектных аварий.
При анализе аварий с потерей теплоносителя первого контура обычно рассматривается спектр разрывов трубопроводов, соединенных с главным циркуляционным контуром, или постулированных течей из него различных эквивалентных диаметров.
Основное внимание уделяется аварийным процессам в реакторной установке. Аварийные процессы в реакторе обусловлены, в конечном итоге, нарушением баланса между энерговыделением в ядерном топливе и отводом тепла от него. Последовательно рассматриваются возможные исходные события, инициирующие указанное нарушение баланса.
В соответствии с требованиями нормативной документации безопасность АЭС должна обеспечиваться 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 движущиеся части, или одной независимой от исходного события ошибки персонала. Дополнительно должны быть учтены необнаруживаемые отказы не контролируемых при эксплуатации элементов, влияющие на развитие аварии, а также все зависимые отказы, являющиеся следствием исходного события.
Как отмечено выше, основными целями преодоления последствий аварий с разрывами трубопроводов первого контура являются снижение мощности тепловыделения активной зоны, восполнение потери теплоносителя и обеспечение охлаждения активной зоны. Поэтому наиболее важными отказами, которые необходимо учитывать при анализе этих аварий, являются отказы в системах, обеспечивающих вышеуказанные функции.
Для обеспечения консервативности результатов при выполнении анализов аварий предполагаются отказы как в системах нормальной эксплуатации, так и в аварийных системах.
Снижение мощности активной зоны в авариях с потерей теплоносителя обеспечивается срабатыванием аварийной защиты, подачей раствора борной кислоты высокой концентрации, действием обратных связей, свойственных реакторам ВВЭР. При больших течах теплоносителя определяющими факторами в снижении мощности являются обратные связи и подача раствора борной кислоты. Действие аварийной защиты носит дублирующий характер в обеспечение подкритичности активной зоны после аварии. Поэтому учет отказов, приводящих к снижению эффективности аварийной защиты, носит условный характер и может быть оценен в предположении нулевой эффективности борной кислоты.
Компенсация потери теплоносителя и охлаждение активной зоны обеспечиваются системой аварийного охлаждения зоны (САОЗ). Она состоит из пассивной и активной частей. Отказы в пассивной части САОЗ приводят к уменьшению подачи раствора борной кислоты в начальный период аварии. Отказы в активной части САОЗ приводят к уменьшению подачи раствора борной кислоты в долговременный период охлаждения активной зоны в процессе аварии. Качественно оценить, какой из отказов хуже, довольно сложно. Одновременный отказ в пассивной и активной частях САОЗ, хотя и является отступлением от принципа единичного отказа, может быть рассмотрен как снижение эффективности САОЗ на протяжении всего периода аварии.
