Постоянная времени, или скорость, очистки теплоносителя Кп представляет собой отношение массы гелия в контуре к массовому расходу газа в системе очистки:
Согласно работе [151], значение Ко следует выбирать в диапазоне 0,1—0,2 ч, так как дальнейшее увеличение скорости очистки несущественно влияет на изменение активности теплоносителя.
Выбор принципиальной схемы и скорости очистки определяется типом твэлов и скоростью поступления примесей в контур. Анализ принципиальных схем и основных параметров действующих ЭУ с ВТГР, проведенный в ряде работ [145, 151], свидетельствует о том, что для развития принципиальных схем очистки теплоносителя характерна ориентация на одинаковую (а не дифференцированную) скорость очистки по всем компонентам, равную 0,1— 0,15 ч.
Необходимый расход гелия на систему очистки по каждому из компонентов примесей (в том числе и для долгоживущих нуклидов) может быть с достаточной точностью определен следующим соотношением:
где Gн—скорость натечек примесей i-ro компонента в контур, кг/ч: Ci—рекомендуемая равновесная концентрация i-ro компонента.
Рис. 6.7. Принципиальная схема очистки теплоносителей ВТГР и БГР:
1— регулятор расхода; 2 — окислительный блок; 3— дожимающий компрессор; 4 — механические фильтры; 5 — регенеративный теплообменник; 6 — адсорбер выдержки; 7 — охладитель газа; 8— цеолитовый адсорбер; 5 — влагоотделитель; 10 — теплообменник Не — Не — N2; 11— низкотемпературный адсорбер; 12 — испаритель N2 (— Не; Н2О; N:)
Составы оборудования систем очистки теплоносителя ВТГР и БГР (рис. 6.7) не отличаются друг от друга, и в этом смысле они в значительной степени унифицированы. В состав системы как обязательные элементы входят: установка химической очистки; криогенная установка; дожимающий компрессор; регулятор расхода гелия; система контроля чистоты гелия. Кроме того, установка химической очистки включает в себя: окислительный блок, влагоотделитель, адсорбер выдержки, цеолитовые адсорберы, теплообменное оборудование и механические фильтры.
Проходя окислительный блок, гелий очищается от примесей Н2, СО и О2. Для этого используются пористые таблетки окиси меди и меди. При взаимодействии с первыми окисляются Н2 и СО2, медь же связывает кислород. Процесс идет при температуре 400° С. Для увеличения срока службы блока и сокращения его массогабаритных характеристик предусмотрена периодическая регенерация с частотою шесть раз в год.
Таблица 6.5
Оптимальные режимы фильтрации
В табл. 6.5 приведены рекомендуемые скорости теплоносителя при прохождении фильтрующих элементов оборудования системы очистки, полученные на основании исследований на экспериментальной установке, имитирующей циркуляционный режим работы системы очистки при давлении теплоносителя 4 МПа [152, 153].
Влагоотделитель предназначен для отделения капельной влаги от гелия в аварийных ситуациях, поэтому в схеме он устанавливается на байпасной линии.
Охлажденный и осушенный гелий температурой 20—30° С поступает в адсорбер выдержки, предназначенный для задержки изотопов Хе (время выдержки 200 ч) и Кг (время выдержки 15 ч). Из адсорбера выдержки гелий поступает в цеолитовые адсорберы, в которых происходит осушка гелия и очистка его от СО2. Как видно из табл. 6.5, скорость движения концентрационного фронта для СО2 существенно больше, чем для Н2О, поэтому контроль за работой цеолитового адсорбера можно осуществлять по проскоку СО2. Предусматривается регенерация адсорберов через 5 сут непрерывной работы.
Блок низкотемпературной очистки теплоносителя установлен на байпасе основной системы (Ко= 1,0—2,0 ч), через который пропускается около 10% гелия, подаваемого на систему очистки. В угольных адсорберах низкотемпературного блока гелий очищается от долгоживущих изотопов Хе и Кг, а также от Аг, N2 и СН4. Охлаждение угольных адсорберов осуществляется с помощью жидкого азота с массовым расходом, равным 0,8—1,1 массового расхода гелия в блоке низкотемпературной очистки.
В системе предусмотрена установка механических фильтров после адсорберов для очистки гелия от графитовой пыли и продуктов износа сорбентов.
Один из основных элементов системы очистки — дожимающий компрессор, который должен обеспечивать необходимое повышение давления гелия при переменном массовом расходе. Наиболее предпочтительным типом компрессора в переменных режимах работы системы очистки является винтовой, поскольку характеристика этого компрессора позволяет обеспечить независимость повышения давления от его производительности [154, 155].
Система очистки теплоносителя может состоять из нескольких параллельных, идентичных петель, обеспечивающих при совместной работе необходимую скорость очистки. Такое решение позволяет компоновать систему в соответствии с модульным принципом организации системы охлаждения активной зоны реактора.
Таблица 6.6
Состав гелия на опытно-промышленной АЭС с БГР-300 и интенсивность натечек примесей
* 1 vpm=10-4 % (по объему).
В табл. 6.6 приведены содержание примесей в гелии в различных точках контура и интенсивность натечек примесей в процессе нормальной эксплуатации опытно-промышленной АЭС с БГР-300.
Как уже отмечалось выше, система очистки теплоносителя включается в работу уже на подготовительных этапах. Так, заполнение контура гелием производится через установку химической очистки, чтобы обеспечить необходимую концентрацию примесей в гелии контура. В процессе подготовки контура к эксплуатации и при проведении пусконаладочных работ, что сопряжено с прогревом оборудования, интенсивность натечек примесей наиболее высокая и на этом этапе функционируют влагоотделитель и все механические фильтры.
При последующей эксплуатации ЭУ включение в работу того или иного оборудования системы, а также периодичность режимов регенерации адсорберов в значительной степени определяются натечками примесей из смежных контуров и выходом продуктов деления в контур.
