Теплоотвод от быстрого реактора осуществляется по нескольким параллельным петлям. Число петель выбирается таким образом, чтобы отключение одной из них не требовало бы остановки реактора. Наиболее вероятная причина отключения петель - нарушение работы циркуляционных насосов из-за механических повреждений, отказов во вспомогательных системах насосов и их электродвигателей, перерывов энергопитания. Поэтому указанные системы строятся обычно так, чтобы отказ в любой из них приводил к выходу из строя только одного насоса.
Снижение расхода натрия через реактор при отключении одного насоса первого контура невелико. В реакторе БН-350 оно составляет 11 %, в реакторе БН-600 - 15 % номинального значения. Подогрев натрия в активной зоне этих реакторов на номинальной мощности составляет 200- 250 °C. Поэтому прирост температуры натрия и, следовательно, оболочек твэлов в выходных сечениях активной зоны даже при неизменной мощности не должен превышать 30-40 °C.
Рис. 59. Режим отключения одного насоса первого контура в реакторе БН-350: 1 - мощность реактора; 2 — заданная мощность; 3 - расход натрия через реактор; 4 - температура топлива; 5 - температура оболочек твэлов; 6 - реактивность; 7 - температура натрия в баке; 8 - температура датчиков в баке реактора
Рис. 60. Температуры натрия на выходе из ПТО и термические напряжения в элементах теплообменника при отключении ГЦН второго контура (сплошные линии) и при одновременном отключении ГЦН первого и второго контуров (штриховые линии): 1, 2-температуры натрия первого и второго контуров соответственно на выходе из ПТО; 3 - термические напряжения в выходных патрубках второго контура; 4 - термические напряжения в корпусе ПТО
Такое повышение температуры не представляет большой опасности. Тем не менее сочли целесообразным избегать и таких температурных отклонений. Поэтому система управления по сигналу об отключении петли переводит реактор на пониженный уровень мощности. В реакторе БН-350 этот перевод осуществляется автоматическим регулятором путем изменения заданного уровня мощности (рис. 59). В реакторе БН-600 для ускорения снижения мощности в активную зону в рассматриваемой ситуации предварительно сбрасывается специальный поглощающий стержень, а затем мощность выводится автоматическим регулятором на уровень, составляющий 2/3 номинального. Частоты вращения насосов двух оставшихся в работе петель снижаются, чтобы восстановить номинальный расход теплоносителя в этих петлях. Обратный клапан в отключенной петле закрывается - в реакторе БН-350 потоком теплоносителя, в реакторе БН-600 приводом. При отказе обратного клапана в отключенной петле возникает обратный поток теплоносителя. Из-за этого, во-первых, дополнительно снижается расход натрия через реактор, а во-вторых, ’’холодный” натрий из напорного коллектора попадет в горячий промежуточный теплообменник и бак реактора, что создает термические напряжения в их элементах. Поэтому при наложении на отключение петли отказа ее обратного клапана формируется сигнал БАЗ и реактор останавливается. Циркуляционные насосы реактора переводятся на пониженную частоту вращения. Это уменьшает обратный расход теплоносителя в отключенной петле.
Рис. 61. Изменение температуры натрия на входе в ПТО и в баке реактора БН-600 при отключении ГЦН пятой петли:
1, 2, 3 - вход в ПТО петель № 4, 5, 6 соответственно; 4 - температура в баке
Первопричиной отключения теплоотводящей петли может быть выход из строя насоса как первого, так и второго контуров. Опасность возникновения больших термических напряжений в элементах промежуточного теплообменника и другого оборудования заставляет вводить блокировку, с помощью которой насосы первого и второго контуров в каждой петле отключаются только попарно. В противном случае скорость изменения температуры теплоносителя первого и второго контуров на выходе из теплообменника оказывается слишком большой. На рис. 60 построены графики изменения температуры натрия и термических напряжений в корпусе ПТО реактора БН-350 при отключении насоса второго контура и при одновременном отключении насосов первого и второго контуров. В последнем случае скорость роста температуры натрия первого контура на выходе из ПТО и соответственно термические напряжения в его корпусе в несколько раз ниже, чем в первом. Это иллюстрирует необходимость упомянутой выше блокировки.
В режиме отключения одной теплоотводящей петли могут возникать температурные перекосы в баке реактора, создающие помехи температурному каналу регулятора, если таковой включен в работу. На рис. 61 показаны изменения температуры натрия в баке реактора БН-600, на входе в ПТО при отключении петли № 5. Более холодный поток натрия из бокового экрана, поступающий в ПТО отключенной петли, снижает температуру на его входе. Поэтому здесь температура начинает падать сразу же после отключения петли. Температура натрия на входе в ПТО петель № 4 и № 6 вначале растет из-за повышения температуры на выходе из активной зоны.
После отключения одной теплоотводящей петли реактор продолжает работу на пониженном уровне мощности. Отключение еще одной петли вызывает остановку реактора с помощью БАЗ. В реакторе БН-600 при отключении второй петли обратный клапан в ней не закрывается. В связи с этим возникает вопрос об изменении уровня натрия в оставшемся в работе насосе первого контура при отключении одного из двух или двух из трех насосов. Уровень натрия в насосах, оставшихся в работе, падает.
Рис. 62. Экспериментальные (сплошные линии) и расчетные (штриховые линии) изменения параметров первого контура реактора БН-600 при отключении ГЦН в петлях № 4 и № 5 с закрытием обратного клапана на выходе четвертного насоса (расходы и скорости вращения отнесены к номинальным значениям) :
а - отклонения уровней натрия в насосах; б - частоты вращения насосов, сигнал байпасного расходомера, расход натрия в петле № 6
Это объясняется тем, что приток натрия в бак насоса вначале остается прежним: он определяется перепадом уровня теплоносителя в реакторе и в насосе. Выброс же натрия из бака (расход насоса) растет. Специальный эксперимент с отключением двух насосов показал допустимость снижения уровня натрия в работающем насосе (рис. 62).
