Белозеров В.И., Жук М.М., Кузина Ю.А., Терновых М.Ю. Физика и эксплуатационные режимы реактора ВВЭР-1000

его минимальные габариты и массу и, следовательно, возможность транспортировки по железным дорогам.

Для повышения надежности корпус реактора изготавливается из цельнокованных обечаек без продольных сварных швов. Его нижняя часть, где расположена активная зона, выполняется в виде целой цилиндрической оболочки с эллиптическим днищем без каких-либо врезок и отверстий.

Входные и выходные патрубки для подсоединения главных циркуляционных трубопроводов теплоносителя, а также другие коммуникации располагаются выше верха активной зоны не менее чем на 1 м. Этим обеспечивается повышенная прочность, так как исключаются места дополнительного концентрирования напряжения, и надёжная сохранность активной зоны в аварийных ситуациях, связанных с разуплотнением первого контура.

Рис. 5.2. Реактор ВВЭР-1000: а – теплоизоляция реактора;

b– крышка реактора;

c– регулирующие стержни;

d– топливные стержни;

1 – верхний блок;

2 – привод СУЗ;

3 – шпилька;

4 – образцы–свидетели;

5 – уплотнение;

6 – корпус реактора;

7 – блок защитных труб;

8 – шахта;

9 – выгородка;

10 – топливные сборки

131

Топливные кассеты располагаются в выемной корзине с толстостенной опорной решёткой, служащей для крепления и правильного размещения в плане их нижней части. Сверху кассеты прижимаются устройствами с опорными решётками, в которых имеются дистанционирующие элементы, определяющие правильное положение головок кассет. Замер температуры теплоносителя на выходе из кассет активной зоны осуществляется сменными термодатчиками, расположенными в «сухих» каналах, установленных на крышке реактора.

При перекачке теплоносителя по петлям первого контура ВВЭР1000 используются центробежные циркуляционные насосы производительностью 21200 м3/ч с уплотнением вала, обладающие повышенной механической энергией благодаря установке маховика. Это обеспечивает надёжное охлаждение активной зоны в нормальных, переходных и аварийных режимах.

Главные циркуляционные трубопроводы, имеющие внутренний диаметр 850 мм, выполнены из низколегированной углеродистой стали, плакированной нержавеющей сталью. Теплоноситель принудительно поступает в реактор через четыре входных патрубка корпуса, проходит по кольцевому зазору между корпусом и шахтой внутрикорпусной, через перфорированное эллиптическое днище и опорные трубы шахты входит в ТВС. Из ТВС через перфорированную нижнюю плиту БЗТ теплоноситель выходит в межтрубное пространство БЗТ, в кольцевой зазор между шахтой и корпусом и через четыре выходных патрубка корпуса выходит из реактора.

Расход теплоносителя в 1-м контуре, создаваемый главными циркуляционными насосами (ГЦН), зависит от гидравлического сопротивления контура. Полное гидравлическое сопротивление контура складывается из сопротивлений отдельных участков (активная зона, трубопроводы, парогенераторы и др.), которые характеризуются коэффициентами гидравлического сопротивления (КГС), численно индивидуальными для каждого реактора.

Зависимость перепада давления на данном участке от расхода теплоносителя называется гидравлической характеристикой. Для однофазного потока теплоносителя она может быть представлена в виде

132

ент гидравлического сопротивления i-го участка, приведенный к расходу воды на этом участке; Q – объемный расход теплоносителя, м3/с; g – ускорение свободного падения, м/с2; ρ – плотность те-

плоносителя, кг/м3; Si – площадь проходного сечения участка i-го контура, м2.

В стационарных условиях работы ВВЭР поток теплоносителя практически всегда однофазный. Появление в теплоносителе паровой фазы возможно только в случаях аварийного уменьшения расхода.

Активная зона может быть представлена в виде системы параллельных каналов (ТВС), имеющих общий вход и выход теплоносителя и находящихся под одинаковым перепадом давления. Мощности отдельных ТВС различаются распределением энерговыделения по активной зоне. По этой причине ТВС активной зоны имеют различную температуру воды на выходе и различное гидравлическое сопротивление. Определяя гидравлические характеристики ТВС, необходимо учитывать, что при снижении расхода теплоносителя до определенного значения поток становится двухфазным. В этом случае гидравлические характеристики рассчитываются по другим, более сложным, чем формула (5.2.1), зависимостям.

Результаты расчетов представляются распределением перепада давления по высоте ТВС в зависимости от мощности, расхода и температуры теплоносителя.

Гидравлическая характеристика активной зоны реактора без мощности выражается зависимостью [5]:

где Qp – объемный расход теплоносителя через реактор, м3/с; kпр = = 0,95 – коэффициент расхода теплоносителя через ТВС с учетом протечек (5 %); m – число ТВС в активной зоне; ξэф – эффективный коэффициент гидравлического сопротивления активной зоны; ρ –

133

плотность теплоносителя, кг/м3; g – ускорение свободного падения, м/с2; Si – площадь проходного сечения ТВС, м2.

Для определения гидравлической характеристики активной зоны реактора на номинальной мощности учитываются характеристики тепловыделяющих сборок. При известном распределении энерговыделения по ТВС и заданном перепаде давления на активной зоне расход теплоносителя через нее:

где k – номер орбиты симметрии; п – число ТВС с мощностью qi; gi – массовый расход воды через ТВС с мощностью qi при заданном перепаде давления Pа.з; Gp – массовый расход воды через реактор.

Полное гидравлическое сопротивление первого контура складывается из сопротивлений отдельных участков. Потеря давления в 1-м контуре представляется в виде:

где ξпi – приведенный к скорости в трубопроводе коэффициент гидравлического сопротивления i-й петли, включая вход в реактор

и выход из него; ξпрp – приведенный к скорости в трубопроводе

коэффициент гидравлического сопротивления реактора, включая активную зону; Sтр – площадь проходного сечения трубопровода,м2; Qпi – объёмный расход теплоносителя в i-й петле, м3/с; Qр – объёмный расход теплоносителя через реактор, м3/с; ρ – плотность теплоносителя, кг/м3; g – ускорение свободного падения, м/с2.

Измеренный перепад давления для i-го ГЦН пересчитывается на проектные параметры:

134

где PГЦНрасчi – перепад давления на ГЦН, приведенный к проектным условиям, кгс/см2; PГЦНизмi – измеренный перепад давления на

ГЦН, кгс/см2; fном – номинальная частота в электросети (50 Гц); fизм – текущее значение частоты при измерениях, Гц; ρном – плот-

ность теплоносителя (при 300 °С), кг/м3; ρизмi – плотность теплоносителя в холодных нитках петель, кг/м3; Uном – номинальное напряжение питания ГЦН (6000 В); U – текущее значение напряжения, B; пном – номинальная частота вращения ротора ГЦН (16,6 Гц); пс – синхронная частота вращения ротора ГЦН (16,7 Гц); δР – поправка, учитывающая отличие перепадов давления ГЦН на петле РУ и на заводском стенде, где снимается напорная характеристика ГЦН.

Величина поправки при измерениях перед выводом реактора на МКУ принимается равной +0,4 кгс/см2. Окончательно величина поправки проверяется и уточняется на уровне мощности 100 % на основе теплового баланса 1-го и 2-го контуров.

Схема, на основе которой проводится расчет величины поправки δР, приведена на рис. 5.3. Расстояние по высоте между точками отбора 4 и 5 равно 3260 мм, между точками 1 и 4 равно 4170 мм, а между точками 1 и 6 – 910 мм.

По величине PГЦНрасчi и напорной характеристике ГЦН определя-

ется величина расхода теплоносителя по i-й петле Gпетрасчi , которая

затем пересчитывается на текущую частоту в электросети для получения фактического расхода при условиях измерения:

Расход теплоносителя в петле с неработающим ГЦН определяется по величине измеренного перепада давления на ГЦН при обратном токе теплоносителя в петле и коэффициенту гидравлического сопротивления остановленного ГЦН, при этом расходу обратного тока теплоносителя в петле присваивается знак «минус»:

135

где Fтр – проходное сечение трубопровода Ду 850, м2; ξГЦН – коэффициент гидравлического сопротивления ГЦН при обратном токе теплоносителя (согласно техническим условиям на ГЦН: ξГЦН = =32,7).

Рис. 5.3. Схема измерения перепада давления на ГЦН: 1 – 6 – перепад давления на ГЦН, замеряемый на петле РУ;

4 – 5 – перепад давления на ГЦН, замеряемый на заводском стенде

В петле с отключенным ГЦН теплоноситель циркулирует в противоположном направлении, чем при включенном ГЦН.

Большой интерес представляет режим естественной циркуляции теплоносителя. В настоящее время этот режим не является проектным, но при отключении всех четырёх ГЦН и срабатывании аварийной защиты этот режим можно наблюдать на энергоблоках [5]. Этот режим также исследуется при пуске новых энергоблоков при испытании режима обесточения блока на уровне мощности 25 %

Nном (табл. 5.1).

136

Таблица 5.1

Результаты расчета режима естественной циркуляции теплоносителя в первом контуре

Таблица 5.2

Проектные гидравлические характеристики реакторной установки ВВЭР-1000

теплоноситель по петлям циркулирует в том же направлении, что и при включенных ГЦН. Признаком наличия естественной циркуляции является наличие положительного подогрева по петлям. В случае, если подогрев по петлям наблюдается нулевой или отрицательный, то для восстановления естественной циркуляции необходимо увеличить расхолаживание реактора, то есть увеличить отбор пара от парогенераторов. Необходимо отметить, что ВМПО «Хортица» не считает расходы теплоносителя по петлям в режиме естественной циркуляции. Расходы по петлям можно определить из мощности остаточных энерговыделений и подогревов по петлям. Для обеспечения запаса до кипения в напряжённой кассете в 15 °С мощность реактора в режиме естественной циркуляции не должна превышать 10 %.

Рис. 5.4. Расходная характеристика выемной части ГЦН № 9

138

6.СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ ВВЭР-1000

ИКОЭФФИЦИЕНТЫ НЕРАВНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГОВЫДЕЛЕНИЯ

6.1.Определение мощности по АКНП-7

Структура одного комплекта АКНП БПУ предусматривает три измерительных канала. Измерительный канал нейтронной мощности (рис. 6.1) включает [6]:

а) два блока детектирования БДЛН-14Р3, БДЛН-26Р1 (пускового и рабочего диапазонов), устанавливаемых попарно в один канал ИК биологической защиты реактора;

б) блоки усиления и преобразования БПХ-18Р1, БПХ-18Р2; в) устройства накопления и обработки информации УНО-64Р1.

В УНО осуществляется функциональное преобразование импульсной информации, формирование дискретных сигналов аварийной защиты и предупредительной сигнализации, дискретных сигналов переключения поддиапазонов, а также аналоговых сигналов для автоматического регулятора мощности и регулятора ограничения мощности реактора (АРМ, РОМ), записи на автоматические потенциометры, передачи на информационную ЭВМ и дальнейшего представления на пульте оператора БПУ.

Рис. 6.1. Блок-схема измерительного канала АКНП

Нейтронная мощность равна:

N = A U + B, (6.1.1)

где N – нейтронная мощность; A – индивидуальный коэффициент пересчёта; U – сигнал в вольтах; B – смещение шкалы.

Погрешность представления информации по нейтронной мощности в линейном масштабе составляет ±1 % от номинального значения [6].

139

6.2. Определение мощности по КНИ

КНИ состоит из 7 ДПЗ, расположенных по высоте с шагом 437,5 мм. При облучении нейтронами эмиттер излучает электроны, которые через изолятор попадают на коллектор и образуют во внешней цепи электрический ток. По кабелю выходной сигнал ДПЗ выводится за пределы корпуса реактора. В применяемых на реакторах ВВЭР детекторах типа ДПЗ-1М эмиттер представляет собой родиевую проволочку диаметром 0,5 мм и длиной 250 мм. Изолятор из нержавеющей трубки диаметром 1,3 мм. В качестве линии связи (ЛС) используется двухжильный кабель типа КТМС с изоляцией из окиси магния. По значениям токов ДПЗ в конечном итоге в СВРК рассчитывается мощность реактора по ДПЗ, разброс чувствительности ДПЗ не более ±1 %.

где Nэд – мощность по КНИ; qсред – среднее значение энерговыделения по ДПЗ; L – длина топливной части кассеты; M – количество топливных кассет в активной зоне; K1, K2 – коэффициенты.

Погрешность определения мощности по КНИ составляет ±5 % [7].

6.3.Определение мощности по 1-му контуру

ВВМПО «Хортица» массовый расход теплоносителя в петле Gi (кт/ч) рассчитывается через объемный расход Qi (м3/ч) и плотность

теплоносителя в петле ρ кг/м3) по формуле: