Зорин В.М. Атомные электростанции

схема очистки сепарата от продуктов коррозии показана на рис. 27.3. Очевидно, что в этом случае температура основного конденсата после охладителя дренажа сепаратора (ОДС) и температура охлажденного сепарата должны быть не меньше, чем температура основного конденсата после ПНД3; загрузкой механического фильтра может быть сополимер стирола и дивинилбензола.

Работа СПИР требуется также при расхолаживании реактора и при его разогреве.

Расхолаживание реактора при нормальной эксплуатации энергоблока каких-либо особых трудностей не вызывает. Этот режим соответствующим образом регламентирован и периодически выполняется персоналом электростанции.

На рис 27.4 показана система сброса пара при останове РБМК [46]. В начальный период времени после отключения турбин расхолаживание реактора производится за счет сброса пара в конденсаторы турбин через быстродействующее редукционное устройство (БРУ-К). Сброс пара в конденсаторы возможен, пока вакуум в них не хуже 500—600 Па. После этого сброс производится в технологические конденсаторы через БРУ-ТК и баки-барботеры. Баки-барботеры заполняются дистиллятом или водой, поступающей из напорной магистрали конденсатных насосов второго подъема. Слив воды может производиться в расширители дренажей машзала. Назначение

Рис. 27.4. Принципиальная схема системы сброса пара при останове РБМК:

1 — паровые турбины; 2 — конденсаторы; 3 — конденсатные насосы; 4 — деаэраторы; 5 — питательные насосы; 6 — конденсатные насосы технологических конденсаторов 7; 8 — баки-барботеры

581

баков-барботеров — смягчение тепловых процессов в технологических конденсаторах, охлаждаемых технической водой, в начальный период их работы. Возможен также сброс пара через БРУ-Д в деаэраторы питательной воды. Если по каким-либо причинам названные устройства машзала не могут принять весь пар, вырабатываемый реактором, включается БРУ-Б, установленное после БРУ-ТК, и пар направляется в бассейн-барботер.

После снижения давления в КМПЦ до 1 МПа и температуры до 180 °С включаются два насоса системы продувки и расхолаживания

3

(СЭ-800-100 с подачей 800 м /ч, давлением 1 МПа). Вода забирается от водяных перемычек барабанов-сепараторов пара (см. рис. 27.2) и поступает в охладитель продувки, где охлаждается до 50 °С. Затем по трубопроводам возврата продувочной воды она направляется в смесители питательного узла. Для регулирования режима расхолаживания (допустимая скорость — 10 °С/ч) предусмотрена подача воды насосами расхолаживания сначала на вход регенератора, а затем в доохладитель с возвратом воды также через регенератор и питательный узел. По мере спада тепловыделения в активной зоне расход воды уменьшается посредством прикрытия задвижек на линии нагнетания каждого из насосов или отключения одного из них.

Главные циркуляционные насосы КМПЦ продолжают работать (по одному на каждую половину реактора после включения насосов расхолаживания), пока температура воды в контуре не снизится до 100 °С. Далее осуществляется переход на естественную циркуляцию, для чего включается перемычка между всасывающими и напорными коллекторами. При дальнейшем снижении температуры для поддержания эффективного охлаждения технологических каналов организуется циркуляция воды с помощью насосов расхолаживания по схеме: барабаны-сепараторы — насос расхолаживания — доохладитель продувки — трубопроводы связи системы продувки и расхолаживания с коллекторами системы аварийного охлаждения реактора (см. рис. 27.5) — раздаточные групповые коллекторы — технологические каналы — барабаны-сепараторы. Как правило, расхолаживание заканчивается при температуре воды в КМПЦ, равной 80 °С, и температуре графита 100 °С. При возникновении угрозы обезвоживания активной зоны, пожара на БЩУ и других аварийных ситуаций производится аварийное расхолаживание реактора со скоростью снижения температуры воды в КМПЦ до 30 °С/ч.

Разогрев КМПЦ до 120 °С производится за счет работы ГЦН. При этом повышать температуру более 100 °С разрешается при условии соответствия качества воды в контуре эксплуатационным нормам. Это требование обеспечивается очисткой на СВО-1 продувочной воды расходом не менее 40 кг/с при работе двух ГЦН в каждом из двух контуров и не менее 56 кг/с при работе трех ГЦН. Разогрев

582

контура свыше 120 °С производится за счет работы реактора. При этом СПИР работает в режиме «продувка».

Образующиеся при разогреве излишки воды в КМПЦ выводятся с продувочной водой и после СВО-1 сбрасываются в бак организованных протечек. Расход сбрасываемой воды должен быть меньше 50 % расхода прямой продувочной воды для обеспечения нормальной работы регенератора (см. поз. 10 на рис. 27.2).

27.2. Системы обеспечения безопасности

Из систем безопасности РБМК рассмотрим две важнейшие.

Система аварийного охлаждения реактора предназначена, в первую очередь, для подачи воды в активную зону при авариях с разрывами трубопроводов КМПЦ. При таких авариях вода в технологических каналах (одном или многих — в зависимости от места разрыва) вскипает и возможно резкое повышение температуры оболочек твэлов вследствие перехода от охлаждения твэлов водой к охлаждению паром; возможно и полное обезвоживание каналов. Непосредственно после аварии и в последующий период поступление воды должно быть организовано таким образом, чтобы в возможно большей мере ограничить повышение температуры оболочек твэлов и предотвратить протекание пароциркониевой реакции.

Основным сигналом для срабатывания системы является повышение избыточного давления до 5 кПа в помещении, где произошел разрыв. Система автоматически включается в работу при получении кроме основного одного из подтверждающих сигналов:

1)снижения уровня воды в барабанах-сепараторах на 700 мм от номинального, т.е. до уровня входа в барабаны верхнего ряда труб, по которым пароводяная смесь отводится от технологических каналов и возможен обратный ток воды в случае аварии;

2)снижения перепада давления между напорным коллектором и барабанами-сепараторами.

По подтверждающим сигналам определяется аварийная половина реактора.

Упрощенная схема САОР показана на рис. 27.5. Система состоит из трех частей.

1. Основная часть — система «мгновенного» действия — предназначена для подачи воды в аварийную половину реактора сразу после аварии (до момента подключения насосной части САОР).

2. Насосная часть — подсистема длительного охлаждения аварийной половины реактора.

3. Подсистема длительного охлаждения неаварийной половины реактора.

583

В аварийную половину реактора в течение первого часа требуется

3

максимальная подача воды расходом до 720 м /ч, далее этот расход

3

может быть снижен до 90—100 м /ч. В неаварийную половину в

3

течение первого часа необходимо подавать воду расходом 500 м /ч, а

3

затем — расходом 90—100 м /ч.

Каждая из составных частей САОР состоит из трех независимых каналов, при этом расчетную для подсистемы подачу воды могут обеспечивать два канала.

САОР рассчитана на предотвращение тяжелых последствий проектных аварий вплоть до МПА — мгновенного поперечного разрыва трубопровода большого диаметра КМПЦ (опускной трубы, раздаточного группового коллектора, всасывающего или напорного коллектора).

Основная часть САОР состоит из двух групп гидроемкостей

3

(шесть гидроемкостей в каждой группе объемом 25 м каждая, с азотной подушкой над уровнем при давлении 10 МПа, с запасом

3

воды в обеих группах объемом 168 м ) и подсистемы подачи воды от питательных электронасосов (ПЭН) энергоблока.

Насосная часть САОР состоит из трех одинаковых подсистем (каналов). Каждая подсистема включает в себя по два насоса (ПЭ-250-75

3

с подачей воды до 250 м /ч каждый из бассейна-барботера) и теплообменник, охлаждаемый технической водой, с площадью поверхно-

2

сти нагрева 840 м .

В случае МПА (включая разрыв РГК со стороны напорного коллектора до обратного клапана) из-за течи через трубопровод большого диаметра давление в барабанах-сепараторах и уровень воды быстро снижаются. По основному сигналу МПА реактор аварийно останавливается. По одному из подтверждающих сигналов начинает работать САОР.

Вода в технологических каналах аварийной половины реактора вскипает. В самый начальный период аварии их охлаждение осуществляется обратным током воды из барабанов-сепараторов через верхние пароводяные коммуникации.

Происходит переключение ПЭН на подачу воды непосредственно в РГК аварийной половины реактора с расходом 50 % расчетного необходимого. Открываются быстродействующие задвижки, и вода из гидроемкостей в течение короткого времени поступает в аварийную половину, обеспечивая теплосъем в наиболее напряженный начальный период аварии. По сигналам МПА происходит запуск насосов всех трех подсистем насосной части САОР, открываются задвижки, и через 35—45 с вода из бассейна-барботера начинает

584

←

Рис. 27.5. Упрощенная схема системы аварийного охлаждения РБМК:

1 — технологические каналы реактора; 2 — барабаны-сепараторы; 3 — всасывающие коллекторы КМПЦ; 4 — ГЦН; 5 — напорные коллекторы КМПЦ; 6 — к системе продувки и расхолаживания реактора (СПИР); 7 — раздаточные групповые коллекторы; 8 — коллекторы САОР; 9 — гидробаллоны; 10 — сжатый воздух (10 МПа); 11 —

от основных питательных насосов паротурбинных установок; 12 — от резервного питательного насоса; 13 — блоки регулирующих клапанов питания; 14 — бак чистого конденсата (БЧК); 15 — насос охлаждения неаварийной половины реактора (НОНП); 16 — к двум другим БЧК и от них ; 17 — от НОНП второго блока; 18 — к коллектору САОР второй половины реактора; 19 — от других насосов охлаждения аварийной половины реактора (НОАП); 20 — к коллекторам САОР другой половины реактора; 21 — бассейн-барботер; 22 — теплообменник; 23 — НОАП; 24 — ограничитель течи; 25 — к системе технического водоснабжения и от нее

поступать в аварийную половину. После раздаточных групповых коллекторов вода проходит тракт КМПЦ, охлаждая активную зону, затем через разрыв сливается в бассейн-барботер, и таким образом контур охлаждения замыкается. Воспринятая водой теплота передается технической воде в теплообменниках, в которых вода после бас- сейна-барботера охлаждается примерно до 55 °С.

При совпадении МПА с обесточиванием собственных нужд включаются подсистемы надежного электроснабжения потребителей, не допускающих перерыва в питании, запускаются дизель-генератоы. Питательные электронасосы обеспечивают требуемый расход охлаждающей воды в течение 45 с за счет выбега турбогенераторов энергоблока (после отключения турбины) и выбега электродвигателей ПЭН. Через 5—8 с после получения сигналов МПА открываются быстродействующие задвижки на сливе воды из гидроемкостей.

К45-й секунде запускаются насосы САОР.

Вслучае разрыва РГК после обратного клапана уровень воды в барабанах-сепараторах и перепад давления между барабанами-сепа- раторами и напорным коллектором снижаются медленно. Без подтверждающего сигнала САОР не включается в работу. Поступление воды в аварийный РГК происходит по перемычке, связывающей напорный коллектор с коллектором САОР, за счет разницы давлений в напорном коллекторе и аварийном РГК.

Третья часть САОР, предназначенная для длительного охлаждения неаварийной половины реактора, состоит из трех баков чистого конденсата и трех насосов (на рис. 27.5 показан один бак и один насос). После насосов вода из коллектора САОР поступает в РГК и далее в технологические каналы неаварийной половины реактора, обеспечивая отвод остаточных тепловыделений. Образующийся пар либо сбрасывается в одно из теплообменных устройств машзала (см. рис. 27.4), либо отводится в бассейн-барботер. Восполнение запаса воды в

586

баках может производиться от баков САОЗ второго блока или от баков чистого конденсата машзала.

При аварии с сохранением герметичности КМПЦ и подачи питательной воды от ПЭН (разрыв паропровода, например) расхолаживание реактора может производиться так же, как и при плановом останове. В случае прекращения подачи питательной воды (разрыв питательного трубопровода) включаются насосы охлаждения неаварийной половины реактора (третьей части САОР) с подачей воды из баков в обе половины. Для ускорения расхолаживания предусмотрена подача воды от СПИР в один из коллекторов САОР на каждой половине реактора.

Локализующая система безопасностиа предназначена для защиты АЭС и населения от облучения и окружающей среды от загрязнения радиоактивными веществами. Система построена таким образом, чтобы и доза облучения людей, и выбросы радиоактивных веществ не превышали допустимых норм при длительной эксплуатации АЭС как при нормальных режимах, так и в случае проектных аварий. Система включает в себя устройства и оборудование, ограничивающие распространение радиоактивных веществ, которые могут выйти за предусмотренные границы нормальной эксплуатации.

АЭС с РБМК — одноконтурная, и, следовательно, через все элементы ее технологической схемы проходит радиоактивное рабочее тело. В целях обеспечения радиационной безопасности имеются специальные системы сбора радиоактивных вод (организованных и неорганизованных протечек, дренажное оборудование и др.) с последующей очисткой и возвратом их в контур. Возможные при нормальной эксплуатации незначительные протечки пара нейтрализуются системами спецвентиляции. Главные паропроводы защищены от повышения в них давления сверх допустимого главными предохранительными клапанами (ГПК) — восемь штук на блок. При их срабатыва-

нии пар по сбросным трубопроводам с D = 800 мм поступает под

у

уровень воды бассейна-барботера, где конденсируется. При достижении нормального давления в паропроводах ГПК закрываются.

Система локализации аварий предназначена для предотвращения радиоактивных выбросов из помещений реакторной установки при авариях с разрывом трубопроводов КМПЦ, кроме пароводяных коммуникаций и опускных трубопроводов, расположенных в пределах помещений барабанов-сепараторов. Систему можно условно разделить на подсистемы приема выбросов пара и спринклерную. Схема системы локализации аварий показана на рис. 27.6.

587

20

Рис. 27.6. Система локализации аварий энергоблока с РБМК:

1 — ГЦН; 2 — спринклерные установки; 3 — электродвигатель ГЦН; 4 — всасывающие коллекторы КМПЦ; 5 — прочноплотный бокс с ГЦН и подводящими и отводящими трубопроводами, парораспределительный коридор, бассейн-барботер (помещения, рассчитанные на наибольшее избыточное давление); 6 — помещение нижних водяных коммуникаций; 7 — напорные коллекторы; 8 — РГК; 9 — обратные клапаны; 10 — конденсатор поверхностного типа; 11 — перепускные клапаны; 12 — парораспределительные трубы; 13 — теплообменник спринклерной системы; 14 — спринклерный насос; 15 — теплообменник САОР; 16 — насос аварийного охлаждения реактора; 17 — техническая вода; 18 — бассейн-барботер; 19 — от предохранительных клапанов главных паропроводов; 20 — в коллектор САОР и далее в раздаточные групповые коллекторы (см. рис. 27.5)

Она охватывает следующие помещения реакторной установки:

•помещения раздаточных групповых коллекторов и нижних водяных коммуникаций левой и правой половин реактора (поз. 6 на рис. 27.6);

•боксы ГЦН, всасывающих и напорных коллекторов, трубопроводов большого диаметра (поз. 5);

•парораспределительный коридор;

•бассейн-барботер (поз. 18).

Все помещения представляют собой прочноплотные боксы (ППБ), рассчитанные на избыточные давления 0,43 МПа (последние три из названных) и 0,08 МПа (помещения РГК и НВК). При нормальной эксплуатации все помещения изолированы один от другого, но при необ-

588

ходимости их пространства могут быть объединены: с этой целью в перекрытиях и перегородках, разделяющих помещения, установлены клапаны (обратные, перепускные), нормально закрытые.

Прочноплотный бокс бассейна-барботера представляет собой

3

двухъярусное помещение общим объемом 7470 м . Часть объема

3

обоих ярусов заполнена водой (4300 м с площадью водного зеркала

2

2940 м ), а оставшаяся часть — воздухом. Из-под уровня воды бассейна в помещения ГЦН и коллекторов, а также в парораспределительный коридор выведены парораспределительные трубы (776 шт.).

Спринклерная подсистема состоит из спринклерных насосов, отсекающей арматуры, теплообменников локализации аварий, трубопроводов, спринклеров (водораспыляющих устройств).

Рассмотрим работу системы при МПА — разрыве коллектора или трубопровода большого диаметра в одной из половин РУ (в ППБ 5). Вода с высокими параметрами (температура 270 °С, давление 7— 8 МПа), выходя в помещение бокса, вскипает. В результате парообразования давление в боксе быстро повышается. Паровоздушная смесь выдавливает воду из парораспределительных труб 12 и начинает поступать под уровень воды в бассейн-барботер, где пар конденсируется, а воздух начинает накапливаться над уровнем воды. При повышении избыточного давления в боксе более 0,1 МПа открываются клапаны 11 в перегородке между боксом аварийной половины и коридором. Пар частично конденсируется на трубах конденсаторов поверхностного типа 10, охлаждаемых технической водой. Через парораспределительные трубы 12 паровоздушная смесь из коридора поступает под уровень воды в барботере. В результате накопления воздуха над поверхностью воды давление повышается, и открываются клапаны 11 между барботером и боксом неаварийной половины, куда перетекает часть воздуха. Таким образом увеличивается общее пространство для смягчения последствий аварии.

С самого начала аварии по сигналу повышения давления в боксе включаются спринклерные насосы 14. Вода из бассейна-барботера охлаждается в теплообменниках 13 до температуры примерно 55 °С и насосами подается к спринклерам. На струях воды, вытекающих из спринклеров, конденсируется часть пара в аварийном боксе и охлаждается воздух как в боксе, так и над уровнем воды в бассейне-барботере.

На случай повышения давления в ППБ выше расчетного, что может быть следствием выкипания воды в бассейне-барботере из-за отказа некоторых систем безопасности, предусмотрены мембранные предохранительные клапаны. При их срабатывании паровоздушная смесь по выхлопным коробам будет выброшена в атмосферу.

589

При разрыве одного из РГК или трубы НВК (в ППБ 6 ) последствия аварии будут меньше, чем при МПА. Система в этом случае работает при открытых клапанах 9.

При разрыве технологического канала реактора образуется течь в кладку реактора, откуда парогазовая смесь в результате повышения давления через гидрозатворы может поступать в специальную выгородку в центральной части бассейна-барботера. От повышения давления (не более 0,1 МПа избыточного) реакторное пространство защищено предохранительными клапанами со сбросом в прочноплотный бокс с расчетным избыточным давлением 0,43 МПа.

Теплота из помещений системы локализации аварий отводится с помощью теплообменников спринклерной подсистемы 13, теплообменников САОР 15, конденсаторов 10 в парораспределительном коридоре.

Контрольные вопросы

1.Какие вспомогательные технологические системы нормальной эксплуатации РБМК вы можете назвать?

2.Каким образом поддерживается требуемое качество воды КМПЦ на энергоблоке с РБМК?

3.Каково назначение СПИР, в том числе и при разогреве КМПЦ?

4.Назовите основное оборудование системы продувки и расхолаживания.

5.Каким образом могут отводиться остаточные тепловыделения от активной зоны РБМК?

6.Назовите составные части системы аварийного охлаждения РБМК (САОР) и их основное предназначение.

7.Какова роль основной системы питательной воды при авариях с разуплотнением КМПЦ?

8.Опишите различия в авариях с разрывом РГК до установленного на нем обратного клапана и после него.

9.Что входит в локализующую систему безопасности РБМК?

10.На основе описания работы системы локализации аварий составьте перечень потоков пара, которые могут поступать в бассейн-барботер.

11.Опишите особенности протекания аварии с разрывом технологического канала реактора.

590