Реакторные установки ВВЭР для АЭС - Описание основного оборудования РУ В-213

Краткое описание основного оборудования РУ В-213
Реактор ВВЭР-440 (В-213) (рис. 6.10) состоит из следующих узлов:

1. корпус реактора;
2. верхний блок;
3. внутрикорпусные устройства (шахта, днище шахты, корзина выемная, блок защитных труб);
4. активная зона.

Теплоноситель поступает в корпус реактора через шесть входных патрубков, опускается по кольцевому зазору между корпусом и шахтой, затем разворачивается и поступает на вход в хвостовики кассет активной зоны, омывает твэлы кассет, выходит из головок кассет через ловители блока защитных труб и через отверстия перфорации верхней части шахты попадает в шесть выходных патрубков корпуса.
Проект реактора В-213 выполнен на условия обеспечения безопасности при разрыве главного циркуляционного трубопровода (ГЦТ) Ду 500 в самом неблагоприятном месте — у входа в корпус реактора, с учетом повышенных гидромеханических воздействий на внутрикорпусные устройства (ВКУ) и корпус реактора.
В проекте реактора содержатся следующие основные конструктивные решения:

1. корпус реактора имеет 4-е патрубка Ду 250 системы аварийного охлаждения зоны (САОЗ) с отбойниками в зоне нижних патрубков Ду 250 для организации потока охлаждающей воды;
2. в оборудовании шахтного объема имеется специальная опорная ферма реактора, рассчитанная на условия восприятии нагрузок при разрыве трубопровода Ду 500, закрепленная в «сухой» бетонной защите;
3. днище шахты выемное, эллиптической формы, профилированное для организации и стабилизации потока теплоносителя.

Рис. 6.10 Реактор В-213
1- привод АРК, 2 — верхний блок, 3 — блок защитных труб, 4 — промежуточная штанга, 5 — шахта, 6 — активная зона, 7 — корпус реактора, 8 — днище шахты

Рис. 6.11 Поперечное сечение реактора В-213
1 — корпус, 2 — кронштейн, 3 — шахта, 4 — корзина, 5 — кассета АРК, 6 — кассета рабочая

Патрубки Ду500 расположены в два яруса и вынесены из зоны максимального нейтронного облучения. На наружной поверхности корпуса, под нижним рядом патрубков имеется опорный бурт для установки корпуса на опорное кольцо, которое крепится на металлоконструкции сухой зашиты. Корпус к опорному кольцу крепится накладками. На внутренней поверхности корпуса, между верхним и нижним рядами патрубков, имеется кольцевой бурт, который служит для разделения входного и выходного потока теплоносителя и центровки шахты относительно корпуса.
Корпус реактора выполняется из теплоустойчивой радиационностойкой стали типа 15Х2 МФА с антикоррозионной наплавкой по всей внутренней поверхности.
Соединение крышки с корпусом осуществляется через нажимное кольцо с помощью 60-ти шпилек МИО. Герметизация разъема корпуса и крышки осуществляется двумя никелевыми прокладками диаметром 5 мм, устанавливаемыми непосредственно между нижним торцем крышки и опорной поверхностью корпуса.
На крышке верхнего блока реактора смонтировано 37 чехлов для установки приводов СУЗ, 12 патрубков для вывода и уплотнения датчиков температурного контроля (патрубки ТК), а также 36 штуцеров для установки измерительных каналов нейтронного потока.
Кроме этого, на верхнем блоке предусмотрены следующие системы:

1. автономная система охлаждения приводов АРК при работе реактора;
2. система удаления воздуха при заполнении реактора водой.

Верхний блок имеет металлоконструкцию, на которой монтируется вышеуказанные системы и тепловая изоляция наружной поверхности сферической крышки.

Внутрикорпусные устройства служат для установки и закрепления активной зоны в корпусе реактора и для организации потока теплоносителя внутри реактора. Конструкция внутрикорпусных устройств и их крепление между собой и к корпусу реактора позволяют производить извлечение всех узлов из корпуса для осмотра его внутренних поверхностей.
Уплотнение места разделения входного и выходного потоков теплоносителя обеспечивается наличием лабиринта и за счет разности температурного расширения шахты и корпуса.
Верхняя часть шахты между фланцем и разделителем потока перфорирована большим количеством отверстий для выравнивания поля скоростей теплоносителя перед выходными патрубками корпуса.
Днище шахты устанавливается и закрепляется на опорном бурте внутри нижней части шахты. Днище шахты состоит из верхней цельнокованой решетки и нижней решетки эллиптической формы, связанных между цилиндрической обечайкой. Внутри располагаются 37 защитных труб АРК для установки кассет АРК, в них размещены демпферные устройства, предназначенные для снижения ударной перегрузки падающих кассет АРК. В верхней решетке днища шахты установлены дроссельные шайбы, обеспечивающие дополнительное шайбование кассет активной зоны, а также профилирование расхода теплоносителя.
Корзина выемная служит для размещения в ней активной зоны.
Блок защитных труб служит для:

1. фиксации головок рабочих кассет с помощью ловителей;
2. удержания рабочих кассет от всплытия во всех условиях эксплуатации реактора, включая возможные аварийные ситуации;
3. защиты кассет АРК и штанг механизмов СУЗ от воздействия потока теплоносителя.

На блоке защитных труб смонтированы чехлы под датчики системы контроля температуры теплоносителя на выходе из рабочих кассет, а также направляющие трубы для установки в активную зону плотных каналов под детекторы контроля нейтронного потока.
Активная зона реактора (рис. 6.11) комплектуется кассетами рабочими (312шт.) и кассетами АРК (37шт.).
Кассета рабочая (рис. 6.12) представляет собой сборку тепловыделяющих элементов, заключенных в шестигранную трубу с размером «под ключ» S=144 мм и толщиной стенки δ=2 мм.
В головке кассеты имеются подпружиненные штыри, которые удерживают кассету от всплытия и служит для компенсации расширения кассеты в реакторе.

Кассета АРК (рис. 6.13) является рабочим органом СУЗ, состоит из надставки (поглотителя) и тепловыделяющей сборки. Надставка и тепловыделяющая сборка после их загрузки в реактор соединяются между собой промежуточной штангой, которая проходит через надставку и посредством захвата сцепляется с головкой тепловыделяющей сборки. Штанга СУЗ сцепляется с верхней головкой промежуточной штанги. Надставка представляет собой шестигранную трубу из нержавеющей стали (ОХ18Н10Т), внутри которой расположены шестигранные вкладыши. Материал шестигранных вкладышей — бористая сталь (содержание естественного бора до 2%). В нижней части кассеты АРК предусмотрен стакан, служащий демпфером кассеты (ответный поршень находится в трубе днища шахты).
В состав реакторной установки входят реактор и шесть циркуляционных петель, расположенных вокруг цилиндрической шахты (см. рис. 6.9) в общем прямоугольном боксе. Каждая петля имеет парогенератор и главный циркуляционный насос, соединенные главными циркуляционными трубопроводами с условным диаметром 500 мм, а также две главные запорные задвижки (на «холодной» и «горячей» нитках Ду 500). Электродвигатели и вспомогательное оборудование ГЦН, электроприводы главных запорных задвижек, а также арматура воздушников и вспомогательных линий первого контура вынесены в отдельное палубное помещение, расположенное над циркуляционными петлями.
В реакторной установке В-213 применен главный циркуляционный насос ГЦН-317 с уплотнением вала. Несмотря на высоконадежность и простоту в эксплуатации герметичных ГЦЭН-310, эти насосы оказались неперспективными по двум основным причинам:

1. отсутствие необходимого инерционного «выбега» вращающихся масс, что осложняет решение задачи аварийного расхолаживания реактора при внезапном отключении электропитания, особенно в первые десятки секунд, когда остаточное тепловыделение твэл в реакторе максимальное, а аварийные источники электропитания ГЦН, например, дизель-генераторы еще не успели включиться в работу;
2. в ГЦН типа 310 большие электромагнитные потери на герметизирующей перегородке электродвигателя, что резко снижает КПД электродвигателя и усложняет его охлаждение. Основные характеристики ГЦН-317 (рис.6,14):
3. подача, м/ч                                                   7100;
4. напор, кг/см²                                                5,9;
5. частота вращения, об/мин                          1500;
6. мощность агрегата (гор./хол.), кВт 1400/1600;
7. время разгона, с, не более                          10;
8. время выбега, мин                                      2-3;
9. момент инерции, тм²                                   4,1.

Главные запорные задвижки для отключения циркуляционных петель такие же, как в проекте РУ В-230. В реакторной установке применены однокорпусные парогенераторы горизонтального типа ПГВ-4, аналогичные ПГВ-4 для РУ В-230.
В реакторной установке применен паровой компенсатор давления со встроенными электронагревателями, подключенный к «горячей» нитке циркуляционной петли трубопроводом Ду 200 для компенсации изменений объема теплоносителя первого контура при высоких скоростях роста его температуры. Кроме того, предусмотрен трубопровод Ду 100 от холодной нитки циркуляционной петли с регулируемым расходом для поддержания давления в требуемых пределах.

Рис. 6.12 Кассета рабочая: 1 - головка, 2 — решетка верхняя, 3 — тепловыделяющий элемент, 4 — решетка дистанционирующая, 5 — чехол, 6 — решетка нижняя, 7 — хвостовик

 
Рис. 6.13 Кассета АРК
1 - надставка, 2 — тепловыделяющая сборка

Рис. 6.14 Главный циркуляционный насос ГЦН-317
1 — электродвигатель, 2 — вал, 3 — фланец главного разъема,
4 — рабочее колесо, 5 — корпус

Оборудование системы перегрузки обеспечивает все транспортно-технологические операции, связанные с перегрузкой реакторы, а именно:

1. подготовку свежего топлива к перегрузке в узел свежего топлива;
2. транспортировку в чехлах свежего топлива в бассейн выдержки, установку свежих кассет в ячейки стеллажа;
3. замену в реакторе отработавших кассет на свежие, перестановку кассет внутри реактора;
4. хранение отработавшего топлива в бассейне выдержки;
5. транспортировку отработавшего и выдержанного топлива на перерабатывающий завод;
6. операции, связанные с установкой-извлечением герметичных пеналов, герметизацией и разгерметизацией их внутренних полостей с помощью пробок;
7. операции, связанные с системой КГО;
8. технологические операции, связанные с зачисткой посадочных гнезд под рабочие кассеты;
9. кроме того, транспортно-технологическое оборудование позволяет производить операции по извлечению, транспортировке и установке внутрикорпусных устройств, из которых блок защитных труб извлекается при каждой перегрузке реактора, а выемная корзина и шахта с днищем извлекаются периодически, при необходимости контроля состояния внутренних поверхностей корпуса реактора. Внутрикорпусные устройства (блок защитных труб, выемная корзина, шахта) извлекаются, транспортируются посуху с помощью универсального защитного оборудования.

В реакторной установке В-213 принята система «мокрой перегрузки, т.е. все операции, выполняемые перегрузочной машиной в пределах «шахта реактора — бассейн выдержки», производятся под защитным слоем воды. Бетонная шахта реактора соединена с бассейном выдержки коридором, позволяющим транспортировать по нему перегружаемые кассеты. Бассейн выдержки имеет отсек с универсальным гнездом, в которое может устанавливаться чехол со свежими кассетами, транспортный контейнер для загрузки его отработавшим и выдержанным топливом или чехол с выгоревшими надставками при операциях транспортировки их в могильник.