Ниже рассматриваются основные особенности демонстрационной АЭС на основе БР с гелиевым охлаждением электрической мощностью 360 МВт. Схематичный вид станции показан на рис. 17.2, а, б. Система парообеспечения в быстрый реактор-размножитель электрической мощностью 300 МВт приведена на рис. 17.3. Видно, что основные системы охлаждения реактора (активная зона, главный парогенератор, дополнительные теплообменники, основные и вспомогательные циркуляционные линии и т. д.) размещены внутри корпуса из предварительно напряженного бетона.
А. РЕАКТОРНЫЙ БАК
Из требования высокой экономичности производства электроэнергии вытекает необходимость высокого давления в системе гелиевого охлаждения быстрых реакторов. Давление должно быть в пределах 7—10 МПа, т. е. такого же порядка, как в водо-водяных реакторах. По соображениям безопасности нельзя допустить внезапного аварийного падения давления ниже некоторого критического уровня. Именно по этой причине была выбрана конструкция корпуса из предварительно напряженного железобетона. Сжимающее усилие создается специальной системой оплеток по принципу постоянно действующего обруча. Эта конструкция но существу была заимствована из высокотемпературных тепловых реакторов с газовым охлаждением. Размеры бака в проекте демонстрационного быстрого реактора с гелиевым охлаждением составляют 32 м по высоте и 33 м в диаметре.
Внутри бака располагается активная зона с системой крепления и системой радиационной защиты. Имеются три периферийные полости в стенке бака, предназначенные для размещения трех основных охлаждающих петель, каждая из которых содержит парогенератор и гелиевую газодувку. Помимо основных охлаждающих петель, предусматриваются три вспомогательные, расположенные в полостях меньшего размера.
Рис. 17 2. Вид сверху (а) и сбоку (б) АЭС на основе БР с гелиевым охлаждением
1— защитная оболочка реактора; 2 — помещение для обслуживания реактора; 3 — хранилище томлива; 4 — турбинный зал; 5 — здание дизель-генератора и контрольных устройств, 6 — дополнительное здание для обслуживания; 7 —системы для очистки гелия и работы с радиоактивными отходами; 8 —монтажный шлюз; 9 — реакторный корпус из предварительно напряженного бетона; 10 — петли дополнительного охлаждения активной зоны; 11 —помещение для насосов дополнительной системы охлаждения; 12 — основная петля охлаждения: 13 — система питательной воды, 14 —шлюз для обслуживания реактора
Рис. 17.3. Системы парообеспечения в быстрый реактор-размножитель с гелиевым охлаждением:
1— реакторный корпус из предварительно напряженного бетона; 2 —дополнительная газодувка; 3 — упрочняющая арматура; 4 — дополнительный теплообменник; 5 — система водяного охлаждения; 6 — полость активной зоны; 7 — отверстие с бетонной пробкой; 8 — трубчатый перегреватель; 9 — орган регулирования; 10 — парогенератор; 11— подвод питательной воды; 12 — конструкция стенки корпуса; 13 — главная газодувка; 14 — активная зона
Доступ к охлаждающим системам при монтаже и ремонте осуществляется через отверстие в верхней части каждой полости. В рабочем состоянии эти отверстия закрываются бетонными пробками.
Каждый парогенератор имеет входной объем, соединенный с дополнительным теплообменником посредством канала. Это делается для того, чтобы сохранить распределение температурного поля при переходе от нормального режима принудительного охлаждения основной системой к режиму аварийного охлаждения вспомогательной системой, рассчитанной на естественную циркуляцию теплоносителя.
Все внутренние полости и каналы армированы сталью толщиной 13 мм. Тем самым уменьшается вероятность газовой течи. Стальной лист имеет специальное теплоизоляционное покрытие со стороны теплоносителя. Кроме того, имеется система водяного охлаждения со стороны бетона. Тепловые напряжения в стали развиваются небольшие, поскольку они в значительной мере компенсируются напряжением предварительного сжатия.
К конструкции бака обычно предъявляется требование, чтобы она выдерживала давление, вдвое превышающее рабочее давление. Вместе с тем требуется определенный запас мощности газодувок на случай газовой течи через систему герметизации проходных отверстий. Основная система охлаждения должна также обеспечить инерцию падения давления при внезапном значительном нарушении герметичности, чтобы задействовать систему отвода тепла, образующегося за счет остаточного тепловыделения.
Б. ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩИЕ СИСТЕМЫ
Схема системы теплопередачи в газоохлаждаемом быстром реакторе приведена на рис. 17.4. Сюда входит основной гелиевый контур высокого давления, пароводяная система и система сброса тепла. Гелий в основном контуре прокачивается через активную зону снизу вверх с помощью центробежных газодувок, приводимых в действие электрическими двигателями. Горячий гелий охлаждается при прохождении через парогенератор, отдавая тепло питательной воде. Образующийся при этом перегретый пар направляется на турбину. Основной охлаждающий контур со всеми его компонентами расположен внутри железобетонного корпуса реактора.
Пароводяная система запитывается от главного конденсатора, расположенного под турбиной. Питательная вода прогоняется связанными с турбиной насосами через ряд нагревателей, использующих турбинный пар, и затем подается в парогенераторы. Имеются три парогенератора интегрального типа с винтообразным расположением трубок. Вода движется по трубкам вверх, закипает и превращается в перегретый пар.
Система сброса тепла имеет свой водяной контур; в ней используется принцип принудительного охлаждения и испарения воды в атмосфере воздуха. В целом все перечисленные системы производства электроэнергии аналогичны системам в реакторах БН, за тем исключением, что в газоохлаждаемом реакторе отсутствует промежуточный контур.
Рис 17 4. Системы теплопередачи в быстрый реактор-размножитель с гелиевым охлаждением основной гелиевый контур; — — система отвода остаточного тепла в остановленном реакторе, —·— — —дополнительная (аварийная) система охлаждения, 1— активная зона; 2 — первый контур; 3 — второй контур, 4 — главная газодувка; 5 — дополнительная газодувка; 6— реакторный корпус из предварительно напряженного бетона; 7 — дополнительный теплообменник. 8 — петля аварийного охлаждения на естественной циркуляции; 9 — градирня; 10 — контур дополнительной системы принудительного охлаждения; 11 — турбина; 12 — конденсатор; 13 — насос для подачи питательной воды; 14 — насосы дополнительной системы охлаждения
Для снятия остаточного тепла в остановленном реакторе служит одна из трех специальных систем:
- байпасная линия пар-конденсатор, работающая в нормальных условиях;
- трехпетлевая охлаждающая система аварийной защиты, включающая в себя основные парогенераторы и газодувки; для работы последних предусмотрены дополнительные двигатели с аварийным питанием;
- дополнительная трехпетлевая система охлаждения активной зоны; в систему входят аварийные газодувки, теплообменники и линии сброса тепла с использованием естественной циркуляции.
Байпасная линия используется для снятия остаточного тепла, когда все теплопередающие системы находятся в работоспособном состоянии. Линия включается открытием клапана конденсатора при одновременном закрытии турбинного (стопорного) клапана, после чего пар поступает в быстродействующую редукционную охладительную установку и далее в конденсатор. Циркуляция гелия и питательной воды через парогенератор продолжается обычным образом.
При отказе какого-либо компонента основной охлаждающей системы автоматически включается система аварийного расхолаживания. В этом случае прокачка гелия в каждой из трех петель осуществляется главными газодувками с помощью аварийных двигателей, имеющих варьируемую скорость. Тепло от парогенераторов отводится в систему воздушного охлаждения. Парогенераторы заполняются водой, которая циркулирует в контуре воздушного охлаждения с помощью циркуляционных насосов. Заборником тепла является водяной бак, в котором вода кипит и испаряется в атмосферу. Расход воды таков, что ее пополнение требуется примерно каждые 20 мин.
На случай неисправности основной и аварийной систем охлаждения (в том числе при падении давления гелия) предусмотрена дополнительная система охлаждения активной зоны, состоящая из трех независимых петель. В каждой петле имеется теплообменник, гелиевая газодувка и водяной контур. Компонентами водяного контура являются бак под давлением, циркуляционные водяные насосы и теплообменник воздушного типа. При отключении питания электрического оборудования расхолаживание активной зоны продолжается за счет естественной вентиляции, т. е. циркуляции гелия, обусловленной перепадом давления по высоте петли (при условии сохранения давления внутри корпуса реактора).
В. ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ
К основным компонентам теплопередающей системы относятся газодувки и парогенераторы. Схематическая конструкция главной газодувки демонстрационного быстрого реактора с гелиевым охлаждением представлена на рис. 17.5. Каждая из трех таких газодувок жестко вмонтирована в нижнюю часть стенки бетонного корпуса, под парогенераторами. Горизонтально расположенные электродвигатели находятся за бетонным корпусом.
Выходящий из парогенератора гелий поступает в газодувку и ускоряется рабочим колесом центробежного типа, проходит ряд трубчатых диффузоров и заполняет наружную полость газодувки. Далее через холодный канал гелий направляется во входной объем реактора.
На рис. 17.6 приведена схема интегрального парогенератора, предназначенного для демонстрационного быстрого реактора с гелиевым охлаждением. Каждый парогенератор помещен в специальную полость бетонного корпуса. Горячий гелий проходит сверху вниз по наружным трубкам, отдает тепло воде и пару и выходит через нижнее отверстие. Питательная вода движется во встречном направлении и выходит через верхнюю рубашку перегревателя в виде пара.
Рис. 17.5. Конструкция главной газодувки БР с гелиевым охлаждением:
1— входное отверстие; 2 — выходная полость; 3 — диффузор; 4 — ротор газодувки; 5 — сцепление; 6 — главный двигатель; 7 — система масляного охлаждения; 8 — дополнительный двигатель; 9 — опора; 10 — крепление двигателя; 11 — тормозная система
Рис. 17.6. Общая схема конструкции парогенератора БР с гелиевым охлаждением:
1— расширяющая петля; 2 — гелий из активной юны; 3 — выходящий пар; 4 — заглушка; 5 — распределитель потока; 6 — крепежный фланец; 7 — спиральный пучок трубок; 8— сейсмостойкое крепление; 9 — входящий поток воды; 10 — гелий» поступающий в газодувку
Парогенератор прикреплен к обкладке бетонного корпуса с помощью верхнего фланцевого соединения, имеет специальную опорную конструкцию и боковые сейсмические ограничители. На входе имеется устройство для формирования однородного потока гелия. Трубчатая навивка, являющаяся теплопередающей частью парогенератора, проходит через пластины крепления, передающие механические напряжения на опорную конструкцию. Парогенератор мощностью около 350 МВт имеет примерно диаметр 4 м и высоту 8 м.
