Технологическая схема первого контура с четырьмя петлями без запорной арматуры является традиционной для АЭС с ВВЭР-1000 и включает: реактор, трубную теплообменную систему парогенераторов с коллекторами, главные циркуляционные насосы, главные циркуляционные трубопроводы, компенсатор давления с «дыхательным» трубопроводом, участки трубопроводов систем, связанных с первым контуром, до второй запорной арматуры (системы компенсации давления, продувки и подпитки первого контура, охлаждения топлива, воздухоудаления из первого контура).
В состав систем безопасности входят системы:
- аварийного охлаждения активной зоны;
- пассивного отвода тепла;
- защиты первого контура от превышения давления;
- аварийного газоудаления из первого контура.
Оборудование реакторной установки В-407 и связанные с ней системы располагаются в отдельном здании — реакторном отделении (см. рис.9.2). Реакторное отделение имеет двойную защитную оболочку — внутреннюю стальную (герметичную) для предотвращения выхода выделяющихся при авариях радиоактивных веществ в окружающую среду и наружную железобетонную для защиты РУ от внешних воздействий (падение самолета, ударная волна, смерчи, ураганы и т.п.).
Стальная оболочка цилиндрической формы диаметром 41 м, толщиной 36 мм, со сферическим куполом заделана нижней частью в железобетонный постамент.
Железобетонная оболочка цилиндрической формы внутренним диаметром ~45 м и толщиной стенки 800 мм, со сферическим куполом закреплена на фундаментной плите.
Трубопроводы, коммуникации и шлюзы, пересекающие обе оболочки, имеют проходки во внешней железобетонной оболочке и специальные герметичные проходки с компенсационными устройствами во внутренней стальной оболочке.
Весь объем внутри герметичной оболочки представляет собой единое, связанное по воздуху помещение, разделенное стенками и перекрытиями на отдельные боксы, в которых размещается все оборудование РУ.
Реактор, компенсатор давления, емкости САОЗ и баки закрепляются на опорах неподвижно, не препятствуя вертикальным термическим перемещениям.
Корпус реактора закреплен в бетонной шахте на опорной ферме и дополнительно в районе фланца корпуса с помощью упорного кольца и закладного кольца. Строительный бетон в районе активной зоны реактора защищен от воздействия тепловых и радиационных потоков «сухой» защитой, основой которой является серпентинитовый бетон.
Парогенератор в боксе устанавливается на две опорные конструкции, в каждой имеется двухярусная роликовая опора, которая позволяет перемещение парогенератора при термическом расширении главных циркуляционных трубопроводов в продольном и поперечном направлениях до 80 мм.
Главные циркуляционные насосы устанавливаются на три шаровые опоры, обеспечивающие перемещение ГЦН при термическом расширении ГЦТ. От сейсмических воздействий ПГ и ГЦН раскрепляются системой демпферов (амортизаторов).
Компоновка РУ выполнена с возможностью замены основного оборудования, исходя из этого определены отметки расположения полярного крана и размеры транспортного шлюза.
Конструктивно реактор В-407 (см.рис.9.4) одинаков с реактором ВВЭР-1000, за исключением зоны патрубков корпуса реактора, которая выполнена для четырехпетлевой реакторной установки с трубопроводами Dy 620.
Рис. 9.1 Принципиальная схема размещения оборудования РУ и систем безопасности АЭС с ВВЭР-640 (В-407)
1 — реактор, 2 - парогенератор, 3 — компенсатор давления, 4 — ГЦН, 5 8 — гидроемкость САОЗ; 6 — барботер, 7 — теплообменник СПОТ, 9 — бак запаса ХОВ, 10 —аварийного турбонасос, 11 — барботажное устройство , 12 — питательная вода, 13 — пар к турбине, 14 — мембрана, 15 - фильтр, 16 — охлаждение герметичной оболочки воздухом в аварийных режимах, 17 - защитная оболочка, 18 - герметичная оболочка
Рис. 9.2 Компоновка реакторной установки ВВЭР-640 в реакторном отделении АЭС (продольный разрез):
1 _ гидроемкость САОЗ, 2 - бак ХОВ, 3 — парогенератор, 4 — главный циркуляционный насос, 5 — реактор, 6 — металлическая герметичная оболочка, 7 — бетонная защитная оболочка, 8 — бак САОЗ
Рис. 9.3 Компоновка реакторной установки ВВЭР-640 в реакторном отделении АЭС (поперечный разрез):
1 — парогенератор, 2 - реактор, 3 — главный циркуляционный насос
Рис. 9.4 Реактор ВВЭР-640
1 — сборка КНИТ, 2 — блок верхний, 3 — блок защитных труб, 4 — шахта, 5 — выгородка, 6 — сборка тепловыделяющая, 7 — корпус
Рис. 9.5 Парогенератор ПГВ-640
1 — паровой коллектор, 2 — коллектор 1 контура, 3 — трубчатка, 4— корпус
Кроме этого, в реакторе В-407 значительно уменьшен расход теплоносителя через реактор (-54000 м3/час вместо -85000 м3/час), что уменьшает скорости по всему гидравлическому тракту реактора, расчетный срок службы реактора увеличен до 50 лет (корпуса реактора до 60 лет).
Парогенератор РУ В-407 (см.рис.9.5)
По конструкции и функциональному назначению парогенератор повторяет своих предшественников — ПГВ-440 и ПГВ-1000.
Опыт эксплуатации парогенераторов ВВЭР-440, ВВЭР-1000 позволил осуществить ряд усовершенствований для повышения надежности работы парогенератора РУ В-407 (оптимизация раздачи питательной воды, изменение сепарационной схемы и конструкции осушения пара, улучшения системы замеры уровня воды в ПГ и т.д.).
Главный циркуляционный насос (см.рис.9.6)
Основные технические характеристики ГЦН
Расход теплоносителя, м3/ч | 13400 |
Напор, МПа | -0,35 |
Частота вращения, об/мин | 1500 |
Мощность на горячей воде, кВт | 1850 |
Мощность на холодной воде, кВт | 2675 |
Номинальное напряжение, В | 6000 |
ГЦН — вертикальный, одноступенчатый с осевой проточной частью. Для исключения гидрозатвора в циркуляционной петле первого контура РУ направление потока через проточную часть насоса осуществляется «сверху вниз», т.е. в обратную сторону по сравнению с традиционными конструкциями ГЦН для РУ ВВЭР. Для решения этой задачи проточная часть насоса выполняется осевой. Компоновка выемной части, в отличие от существующих прототипов, выполнена с нижним расположением упорного подшипника, при этом концевая ступень уплотнения установлена выше верхнего радиального подшипника. Такая компоновка позволяет обеспечить охлаждение и смазку верхнего радиального подшипника запирающей водой, подаваемой в уплотнение, нижнего радиально-упорного подшипника — теплоносителем 1 контура, охлаждаемым в автономном контуре насоса. При таком решении отпадает необходимость подачи воды для смазки подшипников от специальных систем.
В обоснование заложенных технических решений в проекте реакторной установки В-407 выполнен комплекс расчетов, номенклатура которых является традиционной для РУ ВВЭР. В состав комплекса входят следующие расчеты:
Рис. 9.6 Главный циркуляционный насос ГЦНА-1455 для РУ ВВЭР-640:
1 — электродвигатель, 2 — корпус, 3 — вход теплоносителя, 4 — рабочее колесо
- обоснование нейтронно-физических характеристик активной зоны;
- обоснование радиационной защиты, включая расчет потоков нейтронов на стенку корпуса реактора;
- обоснование тепловых и гидравлических условий, обеспечивающих надежное охлаждение активной зоны в стационарных и переходных режимах нормальной эксплуатации;
- оценка безопасности в аварийных ситуациях и проектных авариях;
- обоснование прочности оборудования и трубопроводов реакторной установки;
- анализ образования, выделения и распределения водорода в оборудовании 1 контура РУ.
Расчеты выполняются по современным программам и методикам, аттестованным в Госатомнадзоре РФ.
В проекте реакторной установки В-407 в максимальной степени использованы технические решения РУ ВВЭР предыдущих поколений, ряд оборудования заимствован от РУ ВВЭР-1000 (корпус реактора, внутрикорпусные устройства, тепловыделяющие сборки, компенсатор давления, гидроаккумуляторы и т. д.), парогенератор разработан на базе парогенераторов ВВЭР-440, ВВЭР-1000.
При пониженной энергонапряженности РУ В-407 для обоснования ее работоспособности в полной мере применимы результаты научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, выполненных для обоснования проектов РУ ВВЭР-1000.
В проекте РУ В-407 применены новые системы безопасности, основанные на пассивных принципах действия и не имеющих аналогов в существующих проектах РУ ВВЭР. Поэтому в наборе экспериментальных работ по РУ В-407 сделан акцент на работы, касающиеся новых проектных решений. К таким работам относятся:
- исследование охлаждения днища корпуса реактора в аварии с плавлением активной зоны и принятие решения по устройству улавливания и охлаждения расплава активной зоны;
- исследование влияния азота на конденсацию пара внутри труб горизонтального парогенератора;
- исследование конденсации пара в трубах теплообменника СПОТ;
- определение порога разгерметизации оболочек твэлов при высоких температурах;
- исследование нестационарных теплогидравлических процессов отвода тепла первого контура РУ.
Разработанная документация технического проекта РУ В-407 и АЭС позволила разработать «Предварительный отчет по обоснованию безопасности», представить в Госатомнадзор РФ необходимый комплект техдокументации для получения лицензии на строительство блока АЭС.
17.03.98г. ГАН РФ выдал лицензию на строительство головного блока с ВВЭР-640 в составе НПЦ АЭ в г. Сосновый Бор (МГН-02-100-0027).