3.6.6 Пример анализа для конкретных РУ
Анализ аварии содержит описание события, работы систем, участвующих в преодолении аварии. Для каждой аварии принимаются начальные условия и допущения о действии защитных и аварийных систем с учетом принципа единичного отказа, приемочные критерии.
Максимальной проектной аварией для ВВЭР принят мгновенный поперечный разрыв главного циркуляционного трубопровода. Это исходное событие является проектной основой для выбора характеристик аварийных систем охлаждения активной зоны и проверки конструкции реакторной установки и оборудования защитной оболочки. Для анализа протекания подобной аварии в ОКБ «Гидропресс» используется расчетная программа ТЕЧЬ-М, входящая в программный комплекс ТРАП и позволяющая рассчитывать изменения параметров теплоносителя первого и второго контуров, активной зоны, аварийных и защитных систем.
В серийных реакторных установках ВВЭР-1000 система аварийного охлаждения активной зоны имеет четыре емкости и три независимых активных канала, в каждом из которых установлено по одному насосу высокого и низкого давления. Две емкости подключены к напорной камере, две - к сборной камере реактора, причем каждая емкость соединена с реактором самостоятельным трубопроводом. Насосы высокого давления подсоединены к холодным ниткам циркуляционных петель. Насосы низкого давления подсоединены к трубопроводам емкостей САОЗ и к одной из циркуляционных петель. От каждого насоса низкого давления подача осуществляется одновременно или в трубопроводы двух емкостей САОЗ, соединенных с напорной и сборной камерой реактора, или в холодную и горячую нитки циркуляционной петли. Каждый активный канал получает электропитание от самостоятельного дизель-генератора и от основной сети станции. Этим обеспечивается независимость каналов.
Давление газа в емкостях выбрано равным 6 МПа. При снижении давления в процессе аварии в первом контуре ниже давления газа в емкостях открываются обратные клапаны на трубопроводах и начинается подача борного раствора. Максимальный напор насосов высокого давления равен 10,5 МПа. Максимальный напор насосов низкого давления равен 2,5 МПа. Такой выбор характеристик оборудования САОЗ позволяет обеспечивать подачу борного раствора в первый контур как при малых течах, характеризующихся относительно высоким давлением в первом контуре, так и при больших течах, характеризующихся большими расходами и низким давлением. В каждой конкретной ситуации будет работать преимущественно та или иная часть оборудования САОЗ. Но в любом случае обеспечивается непрерывность подачи борного раствора для охлаждения активной зоны. Так, при больших течах в течение первых десятков секунд аварии подача борного раствора происходит преимущественно из емкостей САОЗ. После их опорожнения подача осуществляется низконапорными насосами; насосы высокого давления также подают борный раствор, но производительность их существенно ниже насосов низкого давления. При малых течах основная подача борного раствора происходит насосами высокого давления.
Аварии с потерей теплоносителя обычно рассматриваются с потерей электропитания собственных нужд (обесточивание блока) одновременно с началом аварии. Такое допущение создает более тяжелые
условия для охлаждения активной зоны. В результате обесточивания блока теряют электропитание ГЦН, основные питательные насосы второго контура, нагреватели компенсатора давления и другое оборудование нормальной эксплуатации. Насосы высокого и низкого давления САОЗ могут подать борный раствор только после запуска дизель-генераторов. Поэтому при обесточивании блока с фиксированной задержкой по времени осуществляется запуск дизель-генераторов и программы набора ими нагрузки.
При задании эффективности аварийной защиты учитывают зависание в верхнем положении наиболее эффективного органа СУЗ, что приводит к уменьшению ее значения.
Из четырех имеющихся на блоке емкостей рассматривается срабатывание трех емкостей или двух емкостей, если анализируется разрыв трубопровода САОЗ. Из трех активных каналов учитываются отказ одного из них и подача от второго в петлю с течью (зависимый отказ).
Ниже представлен пример анализа аварии разрыва главного циркуляционного трубопровода Ду 850 на входе в реактор. В этой аварии активная зона подвергается наибольшим аварийным температурным и силовым нагрузкам. Начальные параметры реакторной установки ВВЭР-1000 принимаются с учетом отклонений при поддержании и измерении параметра и представлены в табл. 3.5.
Таблица 3.5. Начальные параметры реакторной установки
Наименование параметра | Значение | |
номинальное состояние | с учетом отклонений | |
Тепловая мощность реактора, МВт | 3000 | 3120 |
Расход теплоносителя через реактор, м3/ч | 84800 | 80000 |
Давление теплоносителя на выходе из активной зоны, МПа | 15,7 | 16,0 |
Температура теплоносителя на входе в реактор, °C | 291 | 293 |
Давление пара в паровом коллекторе парогенератора, МПа | 6,27 | 6,27 |
Рис. 3.39. Разрыв ГЦТ Ду 850 Расход теплоносителя из течи
Рис. 3.40. Разрыв ГЦТ Ду 850
Давление на выходе из активной зоны
В результате разрыва трубопровода и начала истечения воды (рис. 3.39) происходит резкое снижение давления в реакторе до давления (рис. 3.40), определяемого температурой насыщения воды в сборной камере. Истечение теплоносителя из напорной камеры приводит к резкому снижению давления в ней и к движению потока теплоносителя через активную зону в обратном направлении (рис. 3.41). При снижении давления в сборной камере ниже уставки вырабатывается сигнал аварийной защиты. С задержкой, определяемой инерционностью приборов, формирующих сигнал, начинается движение органов СУЗ для прекращения цепной реакции деления в активной зоне. Однако снижение мощности (рис. 3.42) начинается раньше в связи с введением отрицательной реактивности из-за вскипания теплоносителя в активной зоне (рис. 3.43).
Снижение давления, срыв циркуляции теплоносителя в активной зоне приводят к ухудшению теплоотвода от нее (рис. 3.44), возникает кризис теплообмена на поверхности твэлов и начинается рост температуры их оболочек (рис. 3.45). При снижении давления в реакторе ниже давления в емкостях САОЗ начинается подача из них борного раствора (рис. 3.46), что вызывает некоторое снижение температур оболочек твэлов.
Сигнал на включение насосов высокого и низкого давления формируется практически одновременно с сигналом АЗ. Подача борного раствора этими насосами в первый контур с учетом транспортного запаздывания начинается до окончания работы емкостей САОЗ. Поступление борного раствора из емкостей САОЗ и от насосов способствует снижению давления в первом контуре, некоторому улучшению охлаждения активной зоны и обеспечивает постепенное заполнение реактора (рис. 3.47).
После опорожнения емкостей САОЗ расхолаживание активной зоны обеспечивается насосами САОЗ. После опорожнения баков насосы переключаются на забор теплоносителя из приямка защитной оболочки реакторного отделения АЭС.
Хронологическая последовательность событий и работы оборудования и систем представлена в табл. 3.6.
Основным условием преодоления данного типа аварий является обеспечение адекватного охлаждения активной зоны. Выполнение приемочных критериев зависит от температурных условий в активной зоне. Поэтому в анализе уделяется большое внимание тепловому состоянию активной зоны. Для рассмотрения выделяются наиболее характерные элементы кассет: твэлы средней мощности, твэлы максимальной мощности, твэлы у направляющих каналов для органов СУЗ, сами направляющие каналы. Характер изменения максимальной температуры оболочки твэла максимальной мощности в процессе аварии для реактора ВВЭР-1000 представлен на рис. 3.45.
Рис. 3.41. Разрыв ГЦТ Ду 850
Расход теплоносителя на входе в активную зону
Рис. 3.42. Разрыв ГЦТ Ду 850
Относительная мощность тепловыделений в активной зоне
Рис. 3.43. Разрыв ГЦТ Ду 850
Средняя плотность теплоносителя в активной зоне
Рис. 3.44. Разрыв ГЦТ Ду 850
Относительный тепловой поток
Рис. 3.45. Разрыв ГЦТ Ду 850
Максимальная температура оболочек твэлов
Рис. 3.46. Разрыв ГЦТ Ду 850
Суммарный расход теплоносителя от САОЗ
Рис. 3.47. Разрыв ГЦТ Ду 850
Объем воды в реакторе
Таблица 3.6. Хронологическая последовательность событий
Время, с | Событие |
0,00 | Исходное событие - разрыв ГЦТ на входе в реактор Обесточивание блока:
|
0,03 | Сигнал на срабатывание аварийной зашиты |
1,08 | Начало движения органов СУЗ (с задержкой 1,05 с после достижения уставки по давлению в сборной камере реактора, равному 14,7 МПа) |
2,00 | Запуск дизель-генераторов и их нагружение по программе ступенчатого нагружения |
5,03 | Закрытие стопорных клапанов турбогенератора |
7,50 | Начало подачи борного раствора в реактор из двух емкостей в напорную камеру и одной емкости в сборную камеру |
10,00 | Достижение уровней в сборной и напорной камерах реактора минимальной отметки |
12,00 | Опорожнение компенсатора давления |
40,00 | Начало подачи борного раствора в первый контур насосами высокого и низкого давления |
55,00 | Прекращение подачи борного раствора из емкостей САОЗ |
90,00 | Начало повторного заполнения НКР |
Первый пик температуры оболочки твэла обусловлен возникновением кризиса теплообмена. Величина его зависит от тепла, аккумулированного в топливе (рис. 3.48). Второй пик температуры зависит от условий, формирующихся в процессе заполнения реактора борным раствором из емкостей и насосами САОЗ. При высокой температуре оболочки твэла возможно окисление ее в результате пароциркониевой реакции. Рассчитывается локальная глубина окисления оболочек твэлов. Для определения общей массы прореагировавшего циркония выполняется анализ теплового состояния твэлов различной мощности. Полученные результаты сравниваются с приемочными критериями, и оценивается их выполнение.
Вклад аварий с потерей теплоносителя первого контура в вероятность серьезного повреждения активной зоны зависит от состава оборудования систем безопасности на конкретной станции, его резервирования и других факторов и по расчетам, выполненным для некоторых станций, составляет несколько процентов от общей частоты повреждения активной зоны реактора.
