книги из ГПНТБ / Сидоренко, В. А. Вопросы безопасной работы ВВЭР к 10-й годовщине пуска первого блока Нововоронежской атомной электростанции

204

В таблице 2.3-1 представлены подученные путем обработки

экспериментальных данных по 2-ыу и 3-му блокам НВ АЭС значения

обратного расхода в петлях этих установок при различном числе

работающих насосов. Сравнительно малые значения этих расходов

даже при большой погрешности в их определении позволяют полу­

чить•конечную интересующую нас величину - расход через активную

зону для конкретного состояния циркуляционного контура - с той

же погрешностью, что и номинальное значение расхода (2-3$).

Типичные кривые изменения расхода теплоносителя в петлях

и реакторе 2-го блока НВ АЭС в условиях короткого замыкания в си­

стеме приведены на рис. 2.5-7 (обесточение всех насосов на I сек

и полное торможение двух насосов).

Поскольку определяющими в установлении допустимых условий эксплуатации ВВЭР являются режимы со значительными уменьшениями расхода, в которых сохраняются достаточно большие тепловыделе­ ния и поэтому происходит вскипание теплоносителя, необходимо располагать достоверными данными по гидравлике и теплообмену,

и в первую очередь по кризисным условиям теплообмена, в потоке кипящей воды и пароводяной смеси. Как правило, эти данные для водо-водяного реактора (без кипения в номинальных условиях)

более необходимы, чем аналогичные данные для однофазного потока,

Здесь уместно также напомнить, что специфика топливной решетки ВВЭР потребовала все эти сведения для пучков тепловыделяющих стержней, что открыло новую область исследований гидродинамики и теплообмнна.

Гидравлическая характеристика рабочих каналов активной зо­ ны (зависимость потери напора от расхода) должна быть однознач­ ной и монотонной при всех возможных мощностях кассет , чтобы в процессах снижения общего расхода избежать возможности быстрого снижения расхода в отдельных кассетах и их запаривания.

На рис.2.3 - 8 приведены гидравлические характеристики кас­ сет реактора ВВЭР-3 при различных мощностях. Для увеличения кру­ тизны характеристики (в целях уменьшения снижения расхода в наи­ более мощных кассетах при фиксированном снижении общего расхо­ да воды через активную зону) в некоторых реакторах ВВЭР предпри­ нималось дополнительное дрисселирование питока на входе в каж­ дую кассету активной зоны путем установки дроссельных шайб в дншце корзины. Однако при таких операциях приходится обращать внимание на абсолютное значение перепада давления на активной зоне, чтобы не были превышены некоторые предельные величины,

Рис.2.3-8. Гидравлические характеристики цсктралыых кассет реактора ВВЭР-3

208

диктуемые конструкцией реактора. Одно из ограничений связано с допустимыми усилиями на корзину активной зоны и прижимные уст­ ройства; другое ограничение, более жесткое, характерно для реакторов ВВЭР с подвижными компенсационными кассетами и опре­ деляется тем, что псдъемкая сила, действущая на кассету не должна превышать ее веса даже в случае ее расцепления с приво­ дом и в самых неблагоприятных гидравлических условиях, т.е. на холодной воде, чтобы были исключены неконтролируемые перемеще­ ния кассет регулирования вверх и всегда было обеспечено надеж­ ное опускание их в аварийных режимах. В связи с этим на каждом реакторе в процессе пуско-наладочных работ проводится проверка усилии всплытия компенсационных кассет и устанавливаются в слу­ чае необходимости предельные условия эксплуатации.

Этот фактор имеет значение не только для выбора предель­ ных условии дросселирования активной зоны, нс и для определе­ ния предельного значения общего расхода. Так, например, в реак­ торе 2-го блока НВ АЭС в связи с пониженным, по сравнению с проектным, фактическим сопротивлением циркуляционного контура производительность циркуляционных насосов оказалась существен­ но выше проектной, в результате чего 7 насосов(кз 8 смонтиро­ ванных) обеспечивали проектное значение общего расхода

(49500 м3/час при проектном 48000 м^/час). Включение восьмого насоса было признано недопустимым из-за возможного превышения допустимых значений перепада давления на активной зоне, и он ciiMi выведен в резерв.

Знание гидравлических характеристик циркуляционного кокту-

и кассет активной зоны позволяет определить для конкретных ьежкыоь уменьшения расхода теплоносителя предельные мощности

209

рабочих кассет, при которых реализуются условия кризиса тепло­ обмена. На этом этапе решающее значение имеет достоверность экспериментальных данных по кризису.

На рис. 2.3-9 и 2.3-10 на примере реактора ВВЭР-3 показан разброс в величине предсказываемой предельной мощности, получа­ вши при использовании различных рекомендаций по кризису тепло­ обмена. Для уменьшения расчетных запасов на неточность и кепред-

ставителыюсть экспериментальных данных необходимо, как указы­ валось уже в предыдущих разделах, максимально приближать услов-

вия эксперимента к реальным рабочим условиям. Среди рекомендаций ,

использованных для реактора ВВЭР-3, рекомендации ИАЭ им. К.В.Кур­ чатова Шсмачкин В.С.) базировались на экспериментах, использо­ вавших тепловыделяющие пучки,наиболее близко моделирующие кон­ струкцию кассеты ВВЭР, и в то же время они дали наиболее низкие значения допустимых мощностей. Поэтому они были использованы в определении рабочих режимов реактора. Разработка новых рекомен­ даций должна быть связана прежде всего с дальнейшим приближени­ ем условий эксперимента к эксплуатационным условиям.

Из рассмотрения характера поля тепловыделения в кассете ВВЭР, проведенного в предыдущем разделе, следует,что значитель­ ный резерв улучшения проектных показателей реакторов лежит в уточнении услови!': гидродинамики и теплообмена в пучке стержней с существенно неоднородны!.', тепловыделением. Из-за отсутствия надежных данных по этому вопросу в настоящее время при разра-

оотке ВВЭР используется консервативный подход, предполагающий полную автономность отдельных струй теплоносителя в пучке твэл.

Гидравлическая характеристика каждой кассеты ориентирована на условия в ее наиболее горячей струе (т.с. характеристика горячей

15

Рис.2.3-9. Кризисные условия теплоотдачи в кассете В-ЗМ по данным Смолина (I) , Biasl (2), ToHraW-3(3),

Субботина (4), Дорощука (5), Бертолетти (6). фирмы "Вестиигауз'1 (7), Осмачкина (8).

- распределение расхода по центральным кассетам в зависимости от мощности кассет и расхода в

реакторе (25,5и,75,100% - расход в реакторе в % от номинального; цифры - 0,06-tu,SO - весовое паросодержание на выходе из кассет).

Мощность кассет, Мвт.

Рис.2.3-10. Предельные мощности центральных кассет в реакторе ВВЭР-3 в зависи­ мости от расхода в реакторе

212

струи отождествляется с характеристикой всей кассеты). В неко­ торых случаях это дает чрезмерный запас, ликвидация которого оправдывает форсирование необходимых исследований. Параллель­ ный путь решения той же проблемы - разработка и исследование экономных средств перемешивания и турбулизации потока в пучке.

Самостоятельное значение имеет разработка средств искусственного затягивания условий реализации кризиса теплообмена(разрушение паро­ вой пленки и т.п.).Желательно,чтобы эти средства и устройства совмещались конструктивно с дистанционирующими устройствами пучка,

В большинстве случаев реальный процесс, определяющий пре­ дельные условия эксплуатации установки, является существенно нестационарным и характеризуется большими скоростями изменения расхода теплоносителя и тепловыделения, в то же время подавляю­ щая часть исследований до последнего времени проводилась в ста­ ционарных или почти стационарных условиях. Некоторые исследова­ ния последних лет указывают на то, что нестационарность процес­ са затягивает условия реализации кризиса, и позтоцу ориентиров­ ка на стационарные условия обеспечивает дополнительный запас на­ дежности охлаждения. Подобные исследования должны быть продол­ жены, поскольку они преследуют ту же цель - приближение к реаль­ ным эксплуатационным условиям. Получение достаточно надежных рекомендаций, оазируицихся на обширном экспериментальном материа­ ле, даст еще одну возможность форсирования тепловых параметров реакторов.

Завершающим этапом охлаждения активной зоны реактора при его остановке является охлаждение в условиях естественной цирку­ ляции теплоносителя в контуре. Как было отмечено выше, в уставов-

213

ках первого поколения предусмотрено охлаждение активной зоны на завершающем этапе процесса за счет работы насосов на второй скорости (25$ от номинальной). Исследования, проведенные при

пуске 1-го блока НВ А Х , показали, что циркуляционный контур

ВВЭР обеспечивает надежную естественную циркуляцию теплоноси­ теля при подогревах теплоносителя в активной зоне в пределах номинальных значений. Это обстоятельство было положено в осно­ ву построения схем расхолаживания реактора в последующих про­

ектах.Условием ликвидации второй скорости насоса и ориентиров­

ки только на охлаждение естественнойциркуляцией является обес­

печение достаточно продолжительной работы главных циркуляцион­ ных насосов за счет основных источников питания(генераторы собст­

венных нужд в режиме выбега) или за счет своей инерции (насо­

сы с повышенным моментом инерции), чтобы было гарантировано

беспереоойное охлаждение активной зоны вплоть до такого

снижения мощности, которое соответствует уровню естественной циркуляции. Это условие выполнено в установках ВВЭР-440 и в

проекте ВВЭР-1000.

На рис. 2.3-II показаны изменения оборотов турбогенера­

тора и расхода теплоносителя через реактор в процессе электро­ механического выбега в двух экспериментальных режимах, сущест­ венных среди других при пуско-наладочных испытаниях 3-го блока НВ А Х . В первом режиме обесточение А Х сопровождается потерей двух ГЦН и выбегом четырех, подключенных попарно к двум генера­ торам собственных нужд; во втором режиме имитируется обесточе­ ние А Х с потерей четырех насосов, питающихся от резервного трансформатора, и выбегом двух насосов, подключенных к генера­ тору собственных нужд S I. Длительность выбега составляет 180сек.