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

1,0

0,5

g

Рис.2.3-11. Изменение оборотов турб'огенератов и изменения расхода реакторев режиме механического выбега турбогенераторов совместно с ГЦН 1,2,4,5 (кривая I)

и ГЦЦ 4,5 (кривая 2).

(Номинальные обороты ТГ-ЗООО об/мин. Номинальный расход в реакторе - 48000 и3/час.)

2 1 5

Проверка режима естественной циркуляции на блоках ВВЭР-440

подтверждает ее проектное значение - 4$ номинального расхода при

проектном перепаде температур на реакторе около 30°С.

На рис. 2.3-12 показан один из режимов естественной цир­ куляции, осуществленный на 3-м блоке НВ АЭС. Максимальная ве­ личина тепловой мощности , отводимой из реактора в режиме естест­

венной циркуляции по шести петлям и подогреве на реакторе 40°С,

составила 6,5$ от номинальной.

В таблице 2.3-2 приведены значения расходов и мощностей естественной циркуляции в ВВЭР-440 с различным числом подключен­

ных петель при ограничении величины среднего подогрева воды зна­ чением 25°С.

Интересно отметить, что в условиях естественной циркуляции с мощностью 6,5$ турбогенератор $ 10 был включен в сеть и рабо­ тал с нагрузкой 10 М е т . Осуществление такого режима позволяет произвести безопасный разворот станции "с нуля" без обеспечения питания Щ Н от внешнего источника и может расширить маневренные возможности А Х с ВВЭР.

217

2.4. ПРОБЛЕМЫ ПОТЕРИ Т И Ш О Ш С И Т Ж Я

Возможная потеря первичного теплоносителя связана с нару­ шением герметичности оборудования, потерей прочности и разрыва­ ми трубопроводов и других элементов контура высокого давления.

Проблемы потери теплоносителя начинаются превде всего с проблем обеспечения прочности контура. Пути решения этой стороны вопро­ са обсуждаются в разделе 1.5.

Если нарушение герметичности контура произошло, находящий­ ся под высоким давлением теплоноситель истекает в помещения стан­ ции, и давление в первом контуре падает. В том случае, когда предусмотренные проектом средства подпитки контура не приоста­ навливают падения давления, по достижении давления насыщения,

соответствующего температуре на выходе из реактора, происходит вскипание теплоносителя, и скорость падения давления несколько уменьшается. Вскипание увеличивает сопротивление циркуляции теплоносителя, а при дальнейшем снижении давления и закипании воды в "холодной" части контура циркуляция будет сорвана.

Входе дальнейшего развития процесса в зависимости от места

иразмера течи контур может полностью опорожниться, либо в нем сохранится какое-то количество воды. Характер опорожнения кон­

тура сильно зависит от размера течи и от возможного уноса воды потоками пара. При очень больших разрывах (масштаба максимально­ го трубопровода)количество остающейся воды много меньше того,

что определяется условиями термодинамического равновесия (60-65%)

и может составлять 5-15% от первоначального объема. Рис. 2.4-1

иллюстрируют падение давления и скорость вытекания теплоносите­ ля при течах разного масштаба.

Расход теплоносителя ( ю 3кг/сек)

Расход (кг/сек)

Рис.2.4-1. Изменение давления в первом контуре и расход теплоносителя из контура при разрыве трубопро­ воде в роаяторе ВВЭР-440.

г

219

Несмотря на то что изучение истечения горячей воды инте­

ресовало обычную теплотехнику и теплоэнергетику, имеющиеся дан­

ные по этому процессу явно недостаточны, и в настоящее в ре т

изучение истечения в различных условиях интенсивно продолжает­ ся и требует новых усилий. Особенно важно изучать возможность

максимального сохранения в контуре теплоносителя путем конструк-

тивных решений по узлам и оборудованию первого контура.

Конечная задача нейтрализации возникшего нарушения состоит в том, чтобы предотвратить или уменьшить масштаб возможного по­

вреждения тепловыделяющих элементов. На первой стадии аварии

(до осущения активной зоны) характер опасности такой же, как при нарушениях циркуляции теплоносителя: возможность перегрева и на­ рушения оболочки определяется запасом тепла в двуокисных тепло­

выделяющих элементах, к о т о р ы й реализуется при нарушении тепло­ отвода (возникновение кризисных условий, нарушение циркуляции и запаривание). Повреждение может иметь характер разрывов оболоч­ ки под действием внутреннего давления (из-за уменьшения прочно­ сти оболочки с повышением ее температуры) и затем - оплавления оболочки при дальнейшем развитии аварии.

На рис. 2.4-2 показаны результаты оценок разогрева обо­ лочек тепловыделяющих элементов и увеличения со временем коли­ чества твэл, оболочки которых могут расплавиться. На второй ста­ дии аварии, после осушения активной зоны (либо в отдельных не­ благоприятных местах - и до осушения всей зоны), при отсутствии достаточно эффективных средств аварийного охлаждения деформация топлива может настолько затруднить его охлаждение (.хотя бы пото­ ками пара), что остаточное тепловыделение может вызвать дальней­ ший разогрев и расправление двуокиси урана. Дополнительным ис­ точником тепловыделения является экзотермическая водо-цирконие-

221

вал реакция, которая интенсифицируется при температуре более

1Ю0°С. В соответствии с этим можно рассматривать три этапа аварии с точки зрения возможного выхода продуктов деления за пределы первого контура.

Первый этап - выход вместе с истекающим теплоносителем ра­ диоактивных продуктов, накопленных в нем в предшествовавший ава­ рии нериод эксплуатации. Основную опасность из накапливаемых в контуре радиоактивных веществ несут осколки деления. Источником осколков деления являются негерметичные тепловыделяющие элемен­ ты (и в очень малой степениповерхностное загрязнение тепловы­ деляющих элементов ураном). Опыт разработки и эксплуатации ВВЭР позволил установить характер и масштаб типичных повреждений твэл,

возможное количество дефектных элементов и в связи с этим - до­ пустимое количество дефектных элементов и предельную активность теплоносителя в процессе эксплуатации. Типичный характер повреж­ дения - микротрещины, пропускающие радаоактивные газы и легко возгоняемые элементы (галогены), и в значительно меньшем количест­ ве - сквозные отверстия, позволяющие прямой контакт теплоносите­ ля с двуокисью урана. Предельное количество дефектных элементов,

закладываемое в проектные решения,- 1% твэл с микротрещинами и

0,1% твэл с прямым контактом воды и сердечника. Такого масштаба негерметичность активной зоны наблюдалась в отдельные периоды эксплуатации 1-го блока НВ АЭС, опыт других действующих блоков демонстрирует значительно лучшую картину, указывающую на сущест­ венное усовершенствование конструкции и технологии производства тепловыделяющих элементов, повышение качества их изготовления и более тщательное соблюдение водно-химического режима в процес­ се эксплуатации.

222

Предельному проектному масштабу негерметичности элементов соответствуют следующие предельные значения удельной активно -

сти осколков деления в воде первого контура ВВЭР-440: газы

(ксенон, криптон) - 0,11 кюри/литр; йоды - 0,0114 кюри/литр, из них иод-131 - 0,00175 кюри/литр; всего - до 0,14' кюри/литр (с

периодом полураспада более I минуты).

Если масштаб аварии таков, что средства ее нейтрализации

(подпитка, аварийное охлаждение) предотвращают повреждение эле­ ментов и ограничивают аварию первым этапом, в окружающее про­ странство может выйти, в зависимости от характера течи, от

0,12 до 1,4 кюри иода-131 и 2.1C4 кюри газов.

Если средства нейтрализации течи недостаточны для пред­

отвращения повреждения оболочек твэл, за первым этапом следу­

ет Еторой - выход осколков деления, накопленных под оболочкой герметичных твэл. Эта активность - много больше (иода-131 под оболочкой 3,5.105 кюри).

При самом неблагоприятном развитии событий может насту­

пить третий этап - выход осколков деления, содержащихся в сер-

П

дечнике твэл (иода-131 в сердечниках твэл - 3,5.10' кюри). Ме­ ры борьбы с этой потенциальной опасностью обсуждаются в разде­ ле 1.5. В этом зке разделе подчеркивается определяющая роль в нейтрализации обсуждаемой потенциальной опасности средств аварийного охлаждения активной зоны.

‘Большие разрывы контура вызывают весьма специфические гид­

родинамические процессы (в частности, упоминавшийся выше вынос

большей части теплоносителя в разрыв); в еще большей мере спе-

223

цифичны процессы доставки к активной зоне в этих условиях доста­ точного количества теплоносителя, способного предотвратить или уменьшить ее повреждение. Средства аварийного охлаждения, пред­ усматриваемые в новых проектах ВВЭР, также описаны в разделе 1.5,

но следует заметить, что требуется дальнейшее изучение процессов,

происходящих в авариях с большими разрывами, и поиск наиболее эффективных и экономичных средств аварийного охлаждения реактора..

Необходимость противостоять крупным разрывам циркуляцион­ ного контура предъявляет дополнительные требования к прочности оборудования (в частности, внутрикорпусных устройств реактора),

к закреплению оборудования к трубопроводов, к прочности строи­ тельных конструкций. В процессе истечения теплоносителя могут возникнуть большие перепады давления на элементах внутрикорпу­ сных устройств и активной зоны, большие реактивные усилия и опро­ кидывающие моменты на отдельные элементы контура; при разрывах оборудования могут вылетать металлические предметы, двигающиеся с большой скоростью и способные повредить другое образование или строительные конструкции. Все эти стороны вопроса также тре­ буют дальнейшего изучения и поиска оптимальных решений.

На рис. ?. приведена характерная кривая изменения пе­ репадов давления на элементах реактора ВВЭР-440 при обрыве тру­ бопровода 500 мм у корпуса реактора. Возникающие осцилляции дав­ ления носят кратковременный характер и требует специального из­ учения вопроса,в како!' мере они обуславливают необходимость уси­ ления конструкции гчутржорпусных устройств.