Обоснование теплогидравлических характеристик ВВЭР - Запроектные аварии - примеры

3.10.6 Примеры анализа для конкретных РУ
В качестве типичных запроектных аварий, которые являются определяющими для формирования проектной основы указанных выше новых пассивных систем ГЕ-2 и СПОТ, рассмотрены следующие аварии:

1. отказ всех источников электроснабжения переменного тока при сохранении плотности первого контура (полное обесточивание);
2. разрыв ГЦТ Ду 850 на входе в реактор с отказом всех источников электроснабжения переменного тока на 24 ч (разрыв ГЦТ Ду 850 и обесточивание).

Расчеты выполнялись по программам ДИНАМИКА-97 и ТЕЧЬ-М-97, входящим в разработанный в ОКБ «Гидропресс» и аттестованный ГАН РФ программный комплекс ТРАП-97. Помимо этого сравнительные расчеты выполнялись также с использованием известных зарубежных кодов RELAP5/MOD3.2 [8] и ATHLET 1.2А (9]. Результаты расчетов аварий до начала разогрева активной зоны с применением названных выше теплогидравлических кодов были использованы для настройки файла исходных данных компьютерного кода MELCOR 1.8.4 [10]. Этот код использовался для оценки времен характерных событий внутрикорпусной стадии тяжелых запроектных аварий до разрушения днища корпуса реактора.
На рис. 3.94-3.99 показаны результаты расчета аварии с отказом всех источников электроснабжения переменного тока без учета работы новых пассивных систем. Расчет проводился по программам ДИНАМИКА-97, RELAP5 MOD3.2, ATHLET 1.2А и MELCOR 1.8.4.
В результате исходного события, потери всех источников электроснабжения переменного тока, отключаются все ГЦН, закрываются стопорные клапаны турбогенератора, отключается электроснабжение системы компенсации давления первого контура, отключается система подпитки-продувки, БРУ-К, прекращается подача питательной воды в ПГ. Помимо этого в результате не запуска дизель-генераторов не работают все активные системы безопасности.
После срабатывания АЗ по факту отключения трех и более ГЦН мощность реактора снижается до уровня остаточных тепловыделений, после окончания выбега ГЦН устанавливается естественная циркуляция теплоносителя первого контура. При этом отвод тепла от первого контура осуществляется сначала за счет работы БРУ-А, а затем через ИПУ ПГ.

Рис. 3.94. Полное обесточивание (без работы СПОТ)
Давление на выходе из активной зоны: 1 - ATHLET I.2A; 2- RELAP5/MOD3.2; 3-  ДИНАМИКА-97

Рис. 3.95. Полное обесточивание (без работы СПОТ)
Температура теплоносителя на выходе из реактора: 1 - ATHLET 1.2А;
2— RELAP5/MOD3.2; 3-ДИНАМИКА-97

Рис. 3.96. Полное обесточивание (без работы СПОТ)
Весовой уровень в СКР: 1-ATHLET 1.2А; 2- RELAP5/MOD3.2; 3- ДИНАМИКА-97

Рис. 3.97. Полное обесточивание (без работы СПОТ)
Максимальная температура оболочки: / - ATHLET 1.2А; 2 - RELAP5/MOD3.2; J-ДИНАМИКА-97

Рис. 3.98. Полное обесточивание (без работы СПОТ. MELCOR1.8.4) 1 - температура днища реактора; 2- максимальная температура топлива

Рис. 3.99. Полное обесточивание (без работы СЛОТ, MELCOR 1.8.4)
Масса образовавшегося водорода

В результате невосполнимой потери котловой воды из ПГ через сбросные устройства второго контура ухудшается отвод тепла от первого контура и начинается рост давления в нем, приводящий к открытию контрольного ИПУ КД. В дальнейшем происходит постепенная потеря теплоносителя первого контура через периодически открывающийся ИПУ КД. Снижение уровня в СКР ниже выходных патрубков реактора приводит к срыву естественной циркуляции теплоносителя. Продолжающееся снижение уровня теплоносителя в реакторе приводит к оголению верхней части активной зоны, разогреву оболочек твэлов и к сверхпроектному повреждению активной зоны.
Данные по разогреву топлива, днища корпуса реактора и количеству водорода, образовавшегося в результате реакций окисления, полученные из анализа аварии с применением кода MELCOR 1.8.4, представлены на рис. 3.98,3.99. Топливо начинает плавиться на 13300 с, а повреждение днища корпуса реактора в данной аварии происходит на 21290 с. Масса образовавшегося водорода к моменту разрушения днища составляет 662 кг.
Характерные для данного режима моменты времени приведены в табл. 3.20.

Приведенные результаты показывают, что характер протекания аварии, предсказываемый различными кодами, в целом практически одинаков. Нарушение максимального проектного предела по повреждению твэлов происходит уже через 2-2,5 ч после начала аварии, так что для недопущения перехода данной запроектной аварии в тяжелую стадию необходима разработка специальных технических средств.
На рис. 3.100, 3.101 показаны результаты расчета аварии с мгновенным гильотинным разрывом ГЦТ Ду 850 на входе в реактор с отказом всех источников электроснабжения переменного тока без учета работы системы ГЕ-2. Расчет проводился по программе ТЕЧЬ-М-97.
Следует заметить, что начальная стадия развития данной аварии практически нс отличается от проектного пути ее развития. Существенные отличия начинаются после опорожнения гидроемкостей первой ступени.

Рис. 3.100. Разрыв ГЦТ Ду 850 и обесточивание (без ГЕ-2, ТЕЧЬ-М-97)
Объем воды в реакторе

Рис. 3.101. Разрыв ГЦТ Ду 850 и обесточивание (без ГЕ-2, ТЕЧЬ-М-97)
Максимальная температура оболочки

При снижении давления в первом контуре до 5,88 МПа (8,5 с аварийного процесса) в работу включаются гидроемкости САОЗ (ГЕ-1), ограничивая темп опорожнения реактора и обеспечивая заполнение напорной камеры реактора к моменту прекращения работы ГЕ-1 на 57,5 с. Масса теплоносителя в первом контуре за счет работы ГЕ-1 повышается, обеспечивая охлаждение активной зоны реактора в течение некоторого периода времени. Затем уменьшение уровня воды в реакторе (за счет выброса в течь и выпаривания воды) приводит к ухудшению охлаждения активной зоны и последующему ее разогреву после 100 с. К 285 с с момента аварии максимальная температура оболочки превышает 1200 °C (рис. 3.101).
Такой же расчет был выполнен по программе RE1AP5/MOD3.2. Результаты расчета представлены на рис. 3.102, 3.103. Как видно из приведенных графиков, характер протекания переходного процесса практически аналогичен полученному по программе ТЕЧЬ-М-97. Разогрев оболочек твэлов также начинается на -100 с, и к 280 с максимальная температура оболочки превышает 1200 °C (рис. 3.103).

Рис. 3.102. Разрыв ГЦТ Ду 850 и обесточивание (без ГЕ-2, RELAP5/MOD3.2)
Объем воды в реакторе

Рис. 3.103. Разрыв ГЦТ Ду 850 и обесточивание (без ГЕ-2, RELAP5/MOD3.2)
Максимальная температура оболочки

Рис. 3.104. Разрыв ГЦТ Ду 850 и обесточивание (без ГЕ-2, MELCOR1.8.4) 1 - температура днища реактора; 2- максимальная температура топлива

Рис. 3.105. Разрыв ГЦТ Ду 850 и обесточивание (без ГЕ-2, MELCOR 1.8.4)
Масса образовавшегося водорода

Как и для предыдущей аварии, данные по разогреву топлива, днища корпуса реактора и количеству водорода, образовавшегося в результате реакций окисления, получены из анализа аварии с применением кода MELCOR 1.8.4 и представлены на рис. 3.104,3.105. Топливо начинает плавиться на 2050 с, повреждение днища корпуса реактора в данной аварии происходит на 7610 с. Масса образовавшегося водорода к моменту разрушения днища составляет 262 кг.
Таким образом, для недопущения перехода данной запроекгной аварии в тяжелую стадию необходима разработка специальных технических средств.
Результаты рассмотренных выше типичных запроектных аварий показывают необходимость предусматривать в проекте дополнительные средства, предназначенные для недопущения перехода аварий в тяжелую стадию. Ниже представлены результаты расчета тех же типичных запроектных аварий при нормальном функционировании новых пассивных систем (ГЕ-2 и СПОТ). Предполагалось, что в работе все четыре канала данных систем (при этом СПОТ первоначально работает в режиме регулирования, а через 1800 с переводится оператором в режим расхолаживания реакторной установки).
На рис. 3.106-3.109 показаны результаты расчета аварии с отказом всех источников электроснабжения переменного тока с учетом работы СПОТ. Расчет проводился по программам ДИНАМИКА-97, RELAP5/MOD3.2 и ATHLET 1.2А.

Рис. 3.106. Полное обесточивание (с работой СПОТ)
Давление на выходе из активной зоны: / - ATHLET 1.2А; 2 - RELAP5/MOD3.2; 3- ДИНАМИКА-97

Рис. 3.107. Полное обесточивание (с работой СПОТ)
Температура теплоносителя на выходе из реактора: 1 - ATHLET I.2A;
2-  RELAP5/MOD3.2; 3 - ДИНАМИКА-97

Рис. 3.108. Полное обесточивание (с работой СПОТ)
Весовой уровень в ПП / - ATHLET 1.2А; 2- RELAP5/MOD3.2; 3-ДИНАМИКА-97

Рис. 3.109. Полное обесточивание (с работой СПОТ)
Максимальная температура оболочек твэлов: 1 - ATHLET 1.2А; 2 - RELAP5/MOD3.2;
3- ДИНАМИКА-97

На первой стадии протекание аварии аналогично представленному выше. Однако в результате работы СПОТ часть тепла от первого контура отводится в окружающую среду, а остальное тепло отводится за счет работы БРУ-А (продолжается потеря котловой воды из ПГ). После соответствующего уменьшения остаточной мощности реактора сбросные устройства второго контура закрываются, потеря котловой воды из ПГ прекращается. Отвод тепла от первого контура осуществляется за счет работы СПОТ по замкнутой схеме, пар конденсируется в теплообменных модулях, а конденсат возвращается обратно в ПГ. Параметры РУ начинают снижаться, обеспечивается надежное охлаждение активной зоны.
Таким образом, результаты расчета показывают, что работа СПОТ предотвращает какое-либо повреждение активной зоны в рассматриваемой запроектной аварии.
На рис. 3.110—3.113 показаны результаты расчета аварии с разрывом ГЦТ Ду 850 на входе в реактор с отказом всех источников электроснабжения переменного тока на 24 ч с учетом работы пассивных систем (ГЕ-2 и СПОТ). Расчет проводился по программе ТЕЧЬ-М-97. В расчете использовалась оптимизированная, с учетом предполагаемой динамики изменения давления в контейнменте, зависимость подачи воды из системы ГЕ-2.
При учете работы СПОТ принималось, что оператор через 1800 с с момента аварии переключает ее в режим расхолаживания, с этого момента начнется расхолаживание парогенераторов по второму контуру. Продолжительность этапа расхолаживания ПГ составляет 4800 с (рис. 3.110). После снижения температуры во втором контуре ниже температуры первого контура парогенераторы переходят на работу в режиме конденсации пара первого контура, возвращая его в виде конденсата в петли ГЦТ.
Наличие подпитки от ГЕ-2 способствует сохранению массы воды в первом контуре на уровне 50000 кг, что, в свою очередь, обеспечивает поддержание активной зоны в расхоложенном состоянии. При этом большая часть массы теплоносителя сосредоточена в реакторе. После перехода ГЕ-2 на последнюю ступень подачи (на 30000 с) происходит снижение массы теплоносителя в первом контуре (примерно до 32000 кг), однако разогрева активной зоны не наблюдается.
Таким образом, результаты расчета второго варианта показывают, что в течение рассмотренных 24 часов аварии совместная работа СПОТ и ГЕ-2 обеспечивает приемлемый температурный режим активной зоны (без превышения максимального проектного предела повреждения твэлов).

Рис. 3.110. Разрыв ГЦТ Ду 850 и обесточивание (с учетом ГЕ-2 и СПОТ. ТЕЧЬ-М-97)
1 - давление на выходе из активной эоны; 2-давление в ПГ

Рис. 3.111. Разрыв ГЦТ Ду 850 и обесточивание (с учетом ГЕ-2 и СПОТ, ТЕЧЬ-М-97)
Объем воды в реакторе

Рис. 3.112. Разрыв ГЦТ Ду 850 и обесточивание (с учетом ГЕ-2 и СПОТ, ТЕЧЬ-М-97)
Масса теплоносителя в первом контуре

Рис. 3.113. Разрыв ГЦТ Ду 850 и обесточивание (с учетом ГЕ-2 и СПОТ, ТЕЧЬ-М-97)
Максимальная температура оболочки

Расчет аварии с разрывом ГЦТ Ду 850 на входе в реактор с отказом всех источников электроснабжения переменного тока на 24 ч с учетом работы новых пассивных систем был выполнен также по программе RELAP5/MOD3.2. Результаты расчета, представленные на рис. 3.114 и 3.115, показывают, что приемлемое охлаждение активной зоны обеспечивается в течение всего рассмотренного времени.
Работа новых пассивных систем безопасности СПОТ и ГЕ-2 в рассмотренных запроектных авариях обеспечивает возможность надежного охлаждения активной зоны в течение требуемых 24 ч аварии при условии обеспечения требуемого закона подачи воды в реактор от ГЕ-2, что позволяет существенно снизить вероятность тяжелого повреждения активной зоны.
В условиях запроектной аварии с отказом всех источников электроснабжения переменного тока без разгерметизации первого контура работа СПОТ позволяет прекратить потерю котловой воды из ПГ, обеспечить отвод остаточного тепла от активной зоны.

Рис. 3.114. Разрыв ГЦТ Ду 850 и обесточивание (с учетом ΙΈ-2 и СПОТ, RELAP5/MOD3.2)
Объем воды в реакторе

Рис. 3.115. Разрыв ГЦТ Ду 850 и обесточивание (с учетом ГЕ-2 и СПОТ,
RELAP5/MOD3.2)
Максимальная температура оболочки

В определенных сценариях запроектных аварий с разгерметизацией первого контура, благодаря работе СПОТ, первый контур дополнительно подпитывается водой за счет образующегося в трубчатке ПГ конденсата, что благоприятно сказывается на температурном режиме активной зоны. Существенное влияние на эффективность работы СПОТ оказывает величина противодавления под защитной оболочкой. Большей величине противодавления соответствует ббльшая мощность СПОТ и, соответственно, большее количество сконденсированного пара, который в виде конденсата поступает в трубопроводы первого контура.