Зорин В.М. Атомные электростанции

вляются также плавное регулирование концентрации щелочных металлов и аммиака в первом контуре и уменьшение концентрации борной кислоты в теплоносителе по ходу кампании топлива.

Схема СВО-2 показана на рис. 24.7. Из рисунка видно, что система очистки продувочной воды и организованных протечек первого контура состоит из двух одинаковых цепочек (ниток), в каждую из которых входят два параллельно включенных катионитных фильтра, анионитный фильтр и фильтр-ловушка. Одна цепочка рассчитана на

3

очистку воды расходом до 30 м /ч, что удовлетворяет требованиям нормальной эксплуатации. Вторая цепочка находится в резерве, готовая включиться в работу параллельно с первой при увеличении

3

расхода продувочной воды свыше 30 м /ч или в случае вывода рабочей цепочки на регенерацию либо в ремонт.

Все ионообменные фильтры (катионитные и анионитные) — насыпного типа и выполнены по одной и той же конструктивной схеме. Каждый фильтр представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд с наружным диаметром 1000 мм и толщиной стенки 10 мм с эллиптическими днищами. Фильтруемая вода поступает сверху, проходит верхнее водораспределительное устройство, слой ионита с

Рис. 24.7. Система очистки продувочной воды первого контура (СВО-2, см. рис. 24.5):

1 — катионитные фильтры; 2 — анионитные фильтры; 3 — фильтры-ловушки; 4 —

деаэратор подпитки; 5 — насосные агрегаты продувки-подпитки

481

высотой загрузки до 1700 мм, нижнее водосборное устройство и очищенная выходит снизу.

Сильнокислотный катионит (КУ-2-8чС), загружаемый в катио-

В первом случае катионит используют для вывода из теплоносителя ионов щелочных металлов. Катионит в смешанной аммиачно-калие- вой форме используют для поддержания аммиачно-калиевого режима в первом контуре, а также для вывода из теплоносителя загрязняющих примесей — катионов и продуктов коррозии.

В анионитных фильтрах сильноосновный анионит (АВ-17-8чС)

его используют для вывода борной кислоты из теплоносителя, глав-

–3

ным образом в конце кампании. Анионит в ВО -форме используют для вывода примесей-анионов (в основном хлорид-иона).

Термическая стойкость загруженных ионитов (особенно анионита) невысока. Поэтому температура воды, подаваемой на СВО-2, предварительно снижается до 40—50 °С в целях сведения к минимуму термического разложения ионитов.

Давление фильтруемой воды принято равным 1,6 МПа, что позволяет снизить до минимума выделение из нее водорода. Давление в каждой нитке фильтров, равное 1,6 + 0,04 МПа, поддерживается регулирующими клапанами, установленными после ионообменных фильтров (перед фильтром-ловушкой). Импульсно-предохранительные устройства, установленные на входе продувочной воды и воды организованных протечек в СВО-2, защищают оборудование от недопустимого повышения давления (в случае закрытия регулирующего клапана, например). Давление срабатывания ИПУ равно 2,1—2,2 МПа.

Фильтр-ловушка предназначен для улавливания ионообменных материалов, которые могут попадать в воду в случае повреждения нижнего водосборного устройства ионообменных фильтров. Он представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд наружным диаметром 450 мм с трубчатыми фильтрующими элементами длиной более 1 м.

Особенностью применения ионообменных смол в первом контуре является их работа на радиоактивной воде. Ионообменные смолы облучаются накапливаемыми в них радиоактивными веществами, что приводит к уменьшению их обменной емкости — способности к обмену ионами с очищаемой водой (до 30 % за время работы в фильтре). Работа системы направлена на поддержание максимально возможной чистоты воды первого контура и уменьшение тем самым интенсивности коррозионных процессов и скорости образования отложений. Она относится к системам нормальной эксплуатации, важным для безопасности реакторной установки.

482

Система организованных протечек

Оргпротечки — это протечки теплоносителя из основного и вспомогательного оборудования реакторной установки через специально организованные трубопроводы — дренажные, контрольных дренажей, воздушников. Система оргпротечек предназначена для сбора организованных протечек и их возврата в технологический цикл во всех режимах эксплуатации энергоблока.

Основное оборудование системы — охладитель оргпротечек, бак

иоткачивающие воду из бака насосы.

Всистему поступают протечки от оборудования, арматуры, трубопроводов гермозоны* (от воздушников реактора, от компенсатора давления, от коллекторов теплоносителя парогенератора, трубопроводов аварийно-планового расхолаживания, аварийного впрыска бора высокого давления, заполнения гидроемкостей САОЗ и некоторых других; упомянутые здесь системы безопасности будут рассмотрены в § 25.1). Кроме того, система обеспечивает выполнение требования по дренированию одной петли со скоростью 1 т/ч при рабочем давлении среды в первом контуре в целях смягчения последствий аварии с течью теплоносителя. В режимах нормальной эксплуатации протечки гермозоны — это в основном контрольные дренажи от оборудования и трубопроводов, имеющие высокие температуру и давление. На всех линиях отвода оргпротечек из гермозоны установлены дроссельные шайбы для снижения давления, а перед направлением в бак они охлаждаются в теплообменнике организованных протечек (рис. 24.8).

Теплообменник (охладитель) оргпротечек — вертикальный, с трубными досками и прямыми теплопередающими трубами, с охлаждающей средой в межтрубном пространстве, линзовым компенсатором температурных расширений на корпусе. Конструктивно в теплообменнике выделены три зоны: верхняя — охладитель газовых сдувок; средняя — конденсатор пара из пароводяной смеси, образующейся после дроссельных шайб в результате снижения давления; нижняя — охладитель конденсата оргпротечек. Площадь

2

поверхности теплообмена составляет 26,5 м , рабочее давление охлаждаемой среды — 0,15 МПа. Охлаждающей средой является вода промежуточного контура, проходящая внутри теплообменных труб с давлением 0,3 МПа (протечки теплоносителя в промконтур невозможны). Минимальное значение температурного напора в теплообменнике равно 10 °С.

После теплообменника установлен гидрозатвор с воздушником в верхней его части для срыва сифона, т.е. с целью предотвратить пол-

* Гермозона — пространство под герметичной защитной оболочкой реакторной уста-

новки (см. рис. 25.5).

483

Рис. 24.8. Схема системы организованных протечек:

1 — охладитель оргпротечек; 2 — предохранительные клапаны; 3 — гидрозатвор на выходе воды из охладителя; 4 — герметичная проходка перекрытия гермозоны; 5 —

гидрозатвор типа «труба в трубе»; 6 — бак; 7 — откачивающие насосы; 8 — устройство, обеспечивающее самовсасывание насоса; 9 — перелив

ное опорожнение теплообменника по межтрубному пространству, которое возможно ввиду малых расходов охлаждаемой среды при нормальной эксплуатации. Перед входом охлажденной воды в бак также установлен гидрозатвор (типа «труба в трубе») — дополнительный барьер между пространством гермозоны и баком, предотвращающий, в частности, попадание воздуха из гермозоны в бак при авариях с повышением давления под герметичной оболочкой.

3

Бак — закрытая емкость с рабочим объемом 12,6 м , прямоугольной формы, со свободным наливом. Протечки от оборудования, расположенного вне гермозоны, имеют низкие параметры и поэтому не требуют дросселирования и охлаждения. Суммарный расход оргпротечек в бак равен до 2,5 т/ч (0,7 кг/с). Кроме оргпротечек и парогазовых сдувок бак предназначен для приема воды при дренировании первого контура, бака-барботера, компенсатора давления, гидроемкостей САОЗ, систем СВО-2 и СВО-1.

484

Для отвода выделяющихся радиоактивных газообразных продуктов в систему спецгазоочистки организуется продувка азотом газового объема бака и межтрубного пространства теплообменника.

Для предотвращения переполнения бака поступающая в него вода должна практически непрерывно откачиваться. Для этого устанавливаются насосы — центробежные, двухступенчатые, самовсасывающие. Самовсасывающее устройство (см. рис. 24.8) состоит из вспомога-

3

тельного бачка (0,19 м ) и линии, обеспечивающей его заполнение. Первоначальное заполнение вспомогательного бачка производится от системы борсодержащей воды. При пуске насоса уровень воды в бачке падает и в нем создается разрежение, достаточное для подъема воды из бака организованных протечек.

Система оргпротечек должна непрерывно функционировать в период нормальной эксплуатации энергоблока. С этой целью устанавливаются три насосных агрегата (один — рабочий, второй — резервный и третий может выводиться на техническое обслуживание или в ремонт). В случае потери работоспособности всех трех насосов будет происходить заполнение бака оргпротечек до перелива воды в спецканализацию, т.е. в этом случае оргпротечки перейдут в разряд неорганизованных протечек первого контура.

Система спецканализации реакторного отделения

При работе реакторной установки всегда имеются не значительные, но неизбежные потери теплоносителя. Протечки теплоносителя в производственные помещения могут появляться в результате неплотностей во фланцевых соединениях трубопроводов и оборудования, в сальниковых уплотнениях арматуры и насосов, в сварных соединениях и т.п. Такие протечки называются неорганизованными. Но это не означает, что они не контролируются. Так, например, протечки через уплотнение вала одного насоса системы дистиллята считаются допустимыми, если составляют 30—60 капель в минуту. Работа насоса спецканализации запрещается при протечках через сальниковое уплотнение более 50 г/мин. Допускаемая протечка через уплотнение насоса организованных протечек — до 100 г/ч. К неорганизованным протечкам также относятся стоки периодических дезактиваций помещений, оборудования и трубопроводов. В результате образуется определенный объем протечек на пол помещений реакторного отделения, называемых трапными водами.

Трапные воды не могут быть очищены с помощью фильтров и возвращены в первый контур из-за наличия в них разнообразных загрязняющих веществ. Из-за их возможной радиоактивности они не могут сбрасываться в промливневую канализацию. Появляется необходимость создания специальной дренажной сети здания реакторного

485

отделения для сбора, приема, временного хранения и утилизации трапных вод. Трапы — это специально оборудованные отверстия в полу помещений (в виде воронок), соединенные системой трубопроводов. Трапами оборудуются все производственные и лабораторные помещения реакторного отделения. С целью исключить распространение через систему спецканализации газообразных радиоактивных продуктов в конструкции трапов предусмотрены гидрозатвор и запорный клапан.

К основному оборудованию системы относятся:

• бак для приема и сбора всех неорганизованных протечек (объ-

3

емом 16,5 м );

3

• два насоса (подачей 45 м /ч и давлением 0,53 МПа) для перекачки воды из приемного бака в бак-отстойник спецкорпуса с последующей переработкой воды на СВО-3 (выпарные аппараты).

При создании системы реализованы мероприятия, исключающие выход воды, в которой могут быть радиоактивные вещества, за границы системы. С этой целью приемный бак установлен в специальном приямке (углублении), облицованном нержавеющей сталью. Приямок играет роль дренажного поддона на случай неплотности бака. Для предотвращения выхода воздуха из гермозоны в другие

помещения воды′ протечек из нее сначала заводятся в бак-монжюс (резервуар, жидкость из которого по мере его заполнения вытесняется сжатым воздухом), который, выполняя функции гидрозатвора, разделяет пространства гермозоны и обстройки.

Система спецканализации должна функционировать при любых состояниях энергоблока в течение всего периода его эксплуатации, поскольку протечки воды имеются практически всегда.

Система дистиллята

Система дистиллята предназначена для создания запаса воды высокой чистоты и подачи ее во вспомогательные технологические системы первого контура для восполнения убыли теплоносителя в результате протечек (организованных и неорганизованных) и отвода части теплоносителя из системы продувки-подпитки в баки борсодержащей воды при ведении водообмена в целях уменьшения концентрации борной кислоты в первом контуре.

Система обеспечивает подачу воды в гермозону:

•в первый контур посредством системы продувки-подпитки;

•на заполнение бака-барботера системы компенсации давления;

•на заполнение баков запаса реагентов спринклерной системы (см. § 25.2);

•на обмыв уплотнений ГЦН (подается непрерывно во время их работы),

486

атакже в здание обстройки гермозоны:

•на заполнение системы промконтура;

•на обмыв уплотнений насосов спринклерных, аварийно-плано- вого расхолаживания, аварийного впрыска бора и др.

Основное оборудование системы — два бака запаса дистиллята

объемом 500 м каждый (рабочий объем 482 м ) и насосы подачей по

3

54 м /ч и напором 10 м вод. ст. Для бесперебойного снабжения потребителей реакторного отделения установлено три насоса. Один из них находится в работе, остальные — в резерве, причем один из резервных может быть выведен в ремонт.

Баки заполняются химически обессоленной водой от общестанционного узла химводоочистки или дистиллятом от «чистых» контрольных баков спецкорпуса. Дистиллят на станции образуется в результате упаривания трапных вод спецканализации на выпарных аппаратах СВО-3 и вод спецпрачечной — на СВО-7. Перед пуском энергоблока и при его работе на номинальной мощности создается

3

запас дистиллята не менее 500 м для обеспечения водообмена в первом контуре.

Система дистиллята функционирует во всех режимах нормальной эксплуатации энергоблока, а также при авариях, не связанных с разуплотнением первого контура или потерей электропитания собственных нужд.

Система борсодержащей воды и борного концентрата

Как уже отмечалось, борное регулирование состоит в том, что избыточная реактивность загружаемого в реактор топлива в значительной мере компенсируется вводом в теплоноситель первого контура жидкого поглотителя нейтронов — раствора борной кислоты (БК). По мере выгорания ядерного топлива концентрация поглотителя должна уменьшаться. Очевидно, что для заполнения первого контура необходимо подготовить раствор БК с заданной концентрацией. Для увеличения концентрации БК в первом контуре требуется более концентрированный раствор, чтобы нужный результат достигался при меньшем расходе раствора, т.е. за меньший период времени. Уменьшение концентрации БК возможно с помощью системы про- дувки-подпитки двумя путями: первый — слив продувочной воды первого контура с текущей концентрацией БК и замена ее чистым дистиллятом; второй — поглощение БК анионитными фильтрами

–

СВО-2 в ОН -форме.

В соответствии с изложенным, система состоит из двух подсистем: борсодержащей воды и борного концентрата.

487

Назначение подсистемы борсодержащей воды следующее:

•заполнение первого контура, заполнение и подпитка бассейна выдержки отработавших тепловыделяющих сборок (ТВС), заполнение бака-гидроаккумулятора гермозоны и баков спринклерной системы локализации аварий;

•прием воды при ведении водообмена в первом контуре или при его дренировании, а также прием воды после отмывки концевых уплотнений ГЦН.

Для создания запаса и хранения борсодержащей воды предназна-

3 3

чены два бака объемом 500 м каждый (рабочий объем 482 м ). Хранимая в баках вода периодически должна очищаться на СВО-6 — специальной установке для очистки борсодержащей воды и концентрирования борной кислоты.

При заполнении первого контура и других сооружений гермозоны концентрация борной кислоты в баках равна 16 г/л. При приеме воды концентрация может изменяться от 0 до 16 г/л. В случае необходимости увеличения концентрации БК предусмотрен подвод к

бакам борного концентрата от СВО-6.

Для подачи воды из баков устанавливаются три насоса (подачей

3

8 м /ч и давлением 0,6 МПа): один насос для заполнения первого контура и сооружений гермозоны и два насоса для перекачки воды на СВО-6.

В условиях нормальной эксплуатации энергоблока подсистема должна осуществлять прием выводимого теплоносителя первого контура при проводимом водообмене и периодическую подпитку бассейна выдержки ТВС. Перед выходом реактора на минимальный контролируемый уровень мощности должны быть работоспособны насосы подачи борсодержащей воды, а баки иметь свободный объем

3

не менее 470 м . При работе энергоблока на мощности для насосов, имеющих резерв, допускается вывод одного насоса в ремонт.

Подсистема борного концентрата предназначена для создания запаса, хранения и подачи борного концентрата в первый контур в режимах нормальной эксплуатации (в целях борного регулирования)

и в аварийных режимах без разуплотнения первого контура.

Запас борного концентрата (концентрация БК не менее 40 г/л),

К основному оборудованию подсистемы относятся также четыре

3

насоса. Один из них (подачей 8 м /ч и давлением 0,9 МПа) предназначен для периодической перекачки концентрата на СВО-6 для очистки; он может также использоваться для подачи борного концентрата на всас насосов системы продувки-подпитки. В основном же подача

488

борного концентрата на всас подпиточных насосов — это функция

3

других трех насосов (подачей 45 м /ч и давлением 0,3 МПа). Нормальное состояние подсистемы — резервное с возможностью

включения насосов подачи борного концентрата на всас подпиточных насосов для изменения концентрации БК в первом контуре в целях корректировки положения регулирующей группы стержней СУЗ или создания стояночной концентрации при останове реактора.

Перед выходом на МКУ должны быть работоспособны насосы подачи борного концентрата на всас подпиточных насосов (не менее двух) и на СВО-6. Запас борного концентрата в баках подсистемы

3

должен быть не менее 200 м . При работе энергоблока на мощности допускается вывод одного насоса в ремонт на срок не более 3 сут. В случае неработоспособности обоих баков борного концентрата или трех насосов реактор должен быть остановлен и переведен в «холодное» состояние.

Узел подготовки реагентов

Данная вспомогательная система нормальной эксплуатации предназначена для создания, хранения и дозировки в первый контур (подачи на всас подпиточных насосов) растворов реагентов в целях поддержания установленных норм качества водного теплоносителя в различных режимах работы энергоблока (разогрева, расхолаживания, стационарных).

Узел подготовки реагентов состоит из трех подгрупп:

аммиака (NH ) — для поддержания в пределах, установленных

3

нормами, концентрации водорода в первом контуре (см. табл. 24.1);

гидразин-гидрата (N H æH O) — для связывания избыточного

2 4 2

кислорода;

едкого калия (KOH) — для поддержания в заданных пределах водородного показателя, что необходимо ввиду ввода в теплоноситель борной кислоты.

Основное оборудование каждой подгруппы — расходный бак и

3

насосы-дозаторы (рис. 24.9). Два бака рабочим объемом 3,8 м заполняются растворами аммиака и щелочи KОН, один бак рабочим

3

объемом 1,3 м предназначен для раствора гидразин-гидрата. Принято, что концентрация растворов в баках должна быть в пределах 2—3 % при концентрации хлорид-иона менее 150 мкг/л.

Насосы-дозаторы — поршневого типа с регулируемой длиной хода плунжера, изменяя которую, регулируют подачу насоса. Для подачи растворов реагентов в подпиточную воду установлены пять

489

Рис. 24.9. Схема узла подготовки реагентов реакторной установки:

1 — бак запаса раствора аммиака; 2 — бак запаса раствора едкого калия; 3 — бак запаса раствора гидразин-гидрата; 4 — высоконапорный насос-дозатор аммиака; 5 —

насосы-дозаторы аммиака; 6 — насосы-дозаторы щелочи и гидразина; 7 — демпферный бачок; 8 — в напорную линию подпиточной воды первого контура; 9 — на всас подпиточных насосов; 10 — в спецканализацию; 11 — заполнение баков растворами реагентов от спецкорпуса

насосов. Два из них, включенные параллельно, предназначены для подачи растворов гидразин-гидрата и щелочи. Каждый насос обеспечивает подачу до 100 л/ч с давлением 1 МПа. Для подачи раствора аммиака предназначены три насоса, причем два — такие же, как для других реагентов, и один — с высоким давлением (24 МПа) и уменьшенной подачей (до 25 л/ч). Такое распределение насосов по подгруппам объясняется следующим.

Дозирование гидразин-гидрата и щелочи в подпиточную воду производится периодически по мере необходимости. Раствор гидразина рекомендуется дозировать во время пуска и останова блока, а также в режимах, в которых необходимо активное связывание избыточного кислорода (при проведении водообмена в первом контуре, например).

Дозирование KОН в подпиточную воду производится эпизодически, когда требуется поддержать нормируемую концентрацию щелочных металлов в теплоносителе первого контура.

490