3. Система инертного газа

Ввиду большой химической активности натрия по отношению к кислороду воздуха все натриевые системы выполняются герметичнымн, а полости над теплоносителем заполняются осушенным и очищенным от кислорода инертным газом. Эти защитные меры позволяют исключить непосред­ственный контакт натрия с воздухом, обеспечить поддержание необходимого качества теплоносителя в процессе работы реактора, в стояночных режимах и при проведении ремонтных операций. Повсеместное применение в качестве защитного газа в натриевых контурах получил аргон. Он не взаимодействует с натрием и практически не растворяется в нем во всем диапазоне рабочих тем­ператур. Аргон хорошо удерживается в контуре, так как его плотность несколько больше, чем у воздуха. Это облегчает создание инертной атмосферы за счет под­дува при ремонтах и разуплотнениях контура. Недостатком аргона является его относительно большая наведенная радиоактивность.

Перед подачей в газовую систему реактора из транспортных баллонов ар­гон может быть дополнительно очищен от кислорода и влаги с помощью хи­мически активных поглотителей: простого гранулированного силикагеля (для осушки) и омедненного силикагеля (для поглощения кислорода). Очищенный ар­гон поступает в промежуточные емкости чистого газа. Вследствие больших объе­мов контуров количество чистого газа, хранимого в системе, велико, поэтому газ накапливается в специальных ресиверах при давлении до 20 МПа. Закачка в баллоны осуществляется мембранными компрессорами, конструкция которых исключает возможность загрязнения аргона маслом.

Избыточное давление аргона в газовой полости реактора поддерживается в пределах 5—50 кПа в зависимости от режима работы установки. Перед пере­грузкой реактора давление в газовой полости снижается за счет сброса аргона в газовую систему. Газовая система выполняет также функции компенсации температурных изменений объема теплоносителя и корпуса реактора. Поэтому к ней обычно подключаются дополнительные ком­пенсационные баки, за счет которых колебания давления газа в реакторе при изменениях объема натрия поддерживаются в допустимых пределах. Объем этих баков, как правило, значительно больше объема газовой полости реактора. Для этой цели могут использоваться, например, пустые емкости системы приемки нат­рия (дренажные баки.).

Поскольку аргон в газовой подушке реактора активируется под действием нейтронного излучения и, кроме того, в него попадают газообразные продукты деления, выходящие из негерметнчных твэлов, предусматриваются системы вы­держки и очистки активного аргона. Очистка аргона от нуклидов ксенона и крип­тона осуществляется методом адсорбции на охлажденном до криогенных темпе­ратур (до 90 К) активированном угле. Это позволяет существенно улучшить радиационную обстановку при перегрузках топлива, когда приходится произво­дить сдувку из реактора больших объемов защитного газа. Одновременно по­вышается чувствительность контроля за степенью разгерметизации твэлов в ак­тивной зоне, осуществляемого по выходу газообразных продуктов деления в газовую полость реактора. Чтобы исключить забивание линий газовых систем в результате конденсации паров н аэрозолей натрия, присутствующих в защитном газе, на газовых линиях устанавливаются «ловушки» паров натрия (ЛПН). Простейшая ЛПН конденсационного типа имеет насадку из нержавеющей стружки или сетки плотностью 400—450 кг/м³. По мере охлаждения газа в на­садке пары натрия конденсируются на стружке. Жидкий натрий частично слива­ется в контур, а частично замерзает на стружке. Разработаны также более эф­фективные ЛПН с постоянным сливом конденсата натрия. Температурный режим такой ловушки исключает замораживание натрия в фильтре, что значительно увеличивает ресурс ее работы.

Отборы и спектрометрический анализ аргоновых проб из защитной подушки реактора позволяют контролировать состояние (герметичность) твэлов, а изме­нение давления газа — герметичность систем первого контура.

4. Система защиты парогенераторов

В соответствии с принятой классификацией в парогенераторах возможны следующие виды течей воды в натрий: 1) малые течи — протечки до 0,1 мг/с; сопровождаются достаточно медленным эрозиоино-коррозионным повреждением трубок, окружающих дефект­ную; 2) средние течи — протечки от 0,1 г/с до 1 кг/с; сопровождаются образо­ванием в зоне реакции факела продуктов взаимодействия с очень высокой тем­пературой, быстрым разрушением смежных трубок в результате растворения металла, загрязнением натрия второго контура; 3) большие течи — протечки бо­лее 1 кг/с (соответствуют полному разрыву одной трубки); сопровождаются сильными гидродинамическими эффектами, создающими значительные нагрузки на конструкции второго контура, а именно — волнами давления в самом ПГ и соответствующей петле, колебаниями уровней натрия в газовых полостях петли; кроме того, происходит сильное загрязнение натрия и всего оборудования вто­рого контура коррозионными продуктами взаимодействия.

При проектировании ПГ постулируется возможность возникновения всех ука­занных типов течей, включая большую течь, за время службы ПГ. Поэтому ПГ должен быть оснащен специальными системами для своевременного обна­ружения течи и принятия мер по ограничению масштабов и последствий взаимо­действия натрия с водой. Указанные функции выполняются системой аварий­ной защиты ПГ (САЗ-ПГ). Эта система включает разно­образные средства контроля течей; предохранительные устройства для ослабле­ния (гашения) гидродинамических эффектов, возникающих во втором контуре при больших течах; быстродействующую натриевую, водяную и паровую запор­ную арматуру на коммуникациях каждой секции ПГ; сбросные емкости (баки) и сепаратор.

При обнаружении течи САЗ-ПГ выполняет следующие защитные операции: быстрое отсечение ПГ (текущей секции) по второму и третьему контурам с од­новременным открытием сбросных линии по воде и натрию; осушение ПГ по третьему контуру и заполнение его циркулирующим азотом под давлением, ис­ключающим протечки натрия через дефект в третий контур; прекращение при­нудительной циркуляции натрия второго контура путем выключении ГЦН; экс­тренный слив натрия с продуктами реакции из ПГ и замену натрия аргоном (при большой течи). Одновременно с указанными операциями в случае большой течи срабатывает аварийная защита реактора. После этого может быть про­ведено вскрытие дефектного ПГ, его ремонт или полная замена.

Сдренированный натрий сепарируется с целью отделения газообразного во­дорода, очищается от примесей и возвращается в систему приемки теплоносите­ля. Водород эвакуируется в атмосферу через вентиляционную систему. Отметим, что при малых, медленно развивающихся течах необходимые защитные меро­приятия могут быть выполнены оператором до срабатывания САЗ-ПГ с тем, чтобы осуществить более медленный сброс давления в системах второго и треть­его контуров и избежать чрезмерных термомеханических ударов в оборудовании. При уверенном контроле малой течи и секционной схеме ПГ реактор может продолжать работать иа всех петлях после отсечения дефектной секции.

Требования к чувствительности штатных индикаторов течи, быстродействию предохранительных устройств, характеристикам сбросного и сепарациониого обо­рудования САЗ-ПГ определяются в первую очередь исходя из условий макси­мального ограничения давления во втором контуре и масштабов повреждения трубной системы ПГ в случае большой течи. При использовании секционных па­рогенераторов САЗ-ПГ должна обеспечить локализацию аварийных эффектов в пределах дефектной секции. В режиме «малая течь» время обнаружения повреж­дения и опорожнения пароводяной части ПГ должно быть меньше времени сквозного повреждения трубок, окружающих дефектную. Для этого необходимо, чтобы чувствительность системы индикации течей была менее 0,1 г H₂O/c. Конт­роль малых течей воды в натрий осуществляется по измерению концентрации водорода в натрии, выходящем из ПГ, и в газовых полостях ПГ (буферной ем­кости). Соответствующие датчики основаны на явлении диффузии водорода в вакуумную полость через тонкую никелевую мембрану. На этом принципе в про­мышленных условиях достигнута чувствительность % водорода по массе в натрии и около% по объему в газе. Контроль больших течей осуществля­ется по гидравлическим эффектам во втором контуре, например по давлению и расходам натрия в ПГ. Ведутся разработки других, более эффективных методов контроля течей, в частности акустического с использованием датчиков ускорений, установленных на корпусе ПГ. Этот метод имеет быстродействие порядка не­скольких секунд, что особенно важно для индикации больших, быстро развиваю­щихся течей.

В качестве предохранительных средств в САЗ-ПГ используются мембранно-разрывиые устройства (МРУ), срабатывающие при отказах быстродействующей пароводяной арматуры и большом повышении давления в натриевой или газо­вой полостях ПГ. Разрыв мембраны сообщает ПГ со специальной сбросной ем­костью большого объема, обеспечивая быстрое гашение давления за счет слива натрия из петли (секции ПГ). В нормальном состоянии сбросные емкости за­полнены инертным газом. Эффект гашения давления при срабатывании МРУ тем выше, чем меньше гидравлическое сопротивление соединительных линий. С этой точки зрения целесообразно стремиться к увеличению диаметра и уменьшению протяженности трубопроводов, связывающих ПГ со сбросными емкостями. Сбросные баки связаны с ПГ через буферную емкость, которая в случае аварии осуществляет предвари­тельную приемку и сепарацию сдреннрованного натрия, а затем транзитную эвакуацию его в сбросные баки.