Выговский Физические и конструкционные особенности ядерных 2011

Циркуляционные петли ЯЭУ В-320 в отличие от ЯЭУ В-187, ЯЭУ В-302 и ЯЭУ В-338 не имеют запорных задвижек ДУ-850.

Для создания циркуляции теплоносителя в первом контуре используется вертикальный насос центробежного типа с уплотнением вала (ГЦН-195) с трехфазным асинхронным электродвигателем.

•напор насоса 6,75 + 0,25 кг/см2;

•мощность на валу при рабочих параметрах 5300 кВт;

•число оборотов ротора 1000 об./мин.

Нормальное функционирование системы ГЦН основывается на режиме длительной параллельной работы в контуре четырех ГЦН при нормальных параметрах теплоносителя ЯЭУ В-1000. Допускается:

•длительная работа одного и параллельная работа двух и трех ГЦН в контуре при номинальных параметрах теплоносителя;

•работа одного, двух, трех и четырех ГЦН в контуре при изменении параметров теплоносителя в переходных режимах (разо-

грев, расхолаживание) при температуре от 20 до 300 °С на входе в насос, давлении от 0,98 (10) до 17,6 (180) МПа (кгс/см2);

•работа одного, двух, трех и четырех ГЦН в контуре на холодном теплоносителе и в режиме дезактивации при температуре

20-100 °C;

•стоянка в режиме холодного и горячего резерва без ограничения времени при условии подачи запирающей и охлаждающей воды промежуточного контура и работы насоса аварийной системы запирающей воды.

При отказах в системах АЭС, сопровождающихся обесточиванием ГЦН, обеспечивается выбег ГЦН для исключения кризиса теплообмена в активной зоне реактора. При отказах в системах АЭС, сопровождающихся обесточиванием, обеспечивается спад расхода теплоносителя не ниже значений, указанных в табл. 2.9. В этой таблице приведены данные по гидравлической характеристике ГЦН при выбеге насоса и его останове. Необходимо отметить, что выбег насоса при различном количестве работающих насосов существенно может отличаться друг от друга. Минимальный выбег насоса происходит при трех работающих насосах. Качественно это объясняется тем, что в этом случае наблюдается максимальное

161

противодавление движению теплоносителя через остановленный насос в реакторе.

Максимальный выбег насоса происходит при трех остановленных до этого насосах, так как в этом случае нет никакого противодавления с их стороны никакого противодавления с их стороны.

Таблица 2.4

Расходно-напорная характеристика ГЦН при выбеге ГЦН после его отключения

162

В реакторной установке В-320 используется серийный модернизированный реактор ВВЭР-1000. Понятие «модернизация» по отношению к серийному реактору ВВЭР-1000 заключается в том, что в проект реактора были внесены изменения, которые учитывали специфику работы реактора в составе ГЦК, в котором нет ГЗЗ, но применены ГЦН, разработанные для ГЦК с ГЗЗ.

Поэтому, с учетом напорной характеристики ГЦН, в модернизированном серийном реакторе ВВЭР-1000 было увеличено гидравлическое сопротивление тракта в основном за счет уменьшения проходного сечения отверстий в днище внутрикорпусной шахты. В последующее был разработан новый ГЦН-195М и с учетом опыта эксплуатации ГЦН-195 был доработан в следующих направлениях:

•достигнута максимальная герметизация насоса, создано механическое уплотнение вала с минимальными протечками, т.е. реконструирован узел, во многом определяющий надежность и безопасность работы ГЦН и АЭС в целом;

•достигнуто снижение зависимости насоса от влияния обслуживающих систем АЭС, т.е. обеспечена автономность ГЦН;

•повышена пожарная безопасность ГЦН путем замены горючих масел на воду в системе смазки подшипников насоса и электродвигателя;

•обеспечена целостность и работоспособность насоса в горячем контуре без подачи охлаждающей воды при длительном обесточивании АЭС;

•созданы и внедрены диагностические средства, обеспечивающие качественный контроль ГЦН и его систем и возможность определения остаточного ресурса.

2.9.2.Система компенсации давления в первом контуре

Система компенсации давления первого контура предназначена для:

•ограничения давления в первом контуре, вызываемого изменением температурного режима во время работы ЯЭУ;

•защиты первого контура от повышения давления, для создания давления в первом контуре в период пуска ЯЭУ;

•снижения давления в первом контуре при расхолаживании.

163

Система компенсации давления включает в себя сосуд высокого давления – компенсатор давления в первом контуре (КД), им- пульсно-предохранительные устройства (ИПУ), специальный бак для сброса пара и газа (барботер) и трубопроводы с арматурой. Система обеспечивает поддержание давления в первом контуре в стационарных режимах и ограничение отклонений давления в переходных и аварийных режимах.

Компенсатор давления (КД) выполнен в виде вертикального сосуда, установленного на кольцевой опоре. В верхнем днище имеются люк и штуцеры под трубопроводы впрыска, под трубопроводы сброса пара через ИПУ в барботер. В нижнем днище имеется патрубок под трубопровод, соединяющий «горячую» нитку первого контура с КД. Внутри КД установлено разбрызгивающее устройство, защитный экран и блоки термоэлектрических нагревателей (ТЭН). Внутренний диаметр соединительного трубопровода выбран из условия ограничения приемлемой величины перепада давления между КД и ГЦТ в нестационарных режимах 0,39 МПа (4 кгс/см2) без разуплотнения первого или второго контуров. Из «холодной» нитки под № 1 теплоноситель отводится трубопроводом 219х20 мм для впрыска в КД. Впрыск в КД осуществляется для быстрого снижения давления в реакторе при его внезапном аварийном увеличении. Снижение происходит за счет частичной конденсации паровой подушки над уровнем в КД. На рис. 2.19 показано схематическое изображение системы компенсации с пояснениями по отдельным компонентам, а в табл. 2.10 приведены основные характеристики КД.

За счет тепла электронагревателей достигается кипение воды, а образующийся пар собирается в верхней части КД, создавая паровую подушку. Созданное в КД давление по трубопроводу ДУ-350, соединяющему нижнюю часть компенсатора с «горячей» ниткой циркуляционной петли, передается в первый контур. По этому трубопроводу происходит перетекание части теплоносителя из первого контура в компенсатор или из компенсатора в первый контур в нормальных переходных режимах (разогрев, расхолаживание, изменение мощности) и при нарушениях работы оборудования, приводящих к изменению мощности реакторной установки.

164

Ограничение отклонений давления от номинального значения достигается за счет сжатия или расширения паровой подушки в КД. При снижении давления вода в компенсаторе испаряется, способствуя тем самым поддержанию давления в системе. При увеличении давления паровая подушка сжимается, в результате чего происходит конденсация пара на поверхности воды и ограничивается рост давления в системе.

Таблица 2.5

Основные характеристики КД

При значительном снижении давления в КД паровая подушка не в состоянии полностью восстановить исходное давление в контуре, тогда включаются дополнительные группы электронагревателей. При значительном увеличении давления через сопла, расположенные в верхней части КД (в паровой подушке), подается теплоноситель из холодной нитки циркуляционной петли и происходит сжатие паровой подушки за счет конденсации пара, что замедляет или прекращает рост давления в контуре. Если, несмотря на подачу

166

теплоносителя в сопла, давление продолжает расти, то открываются ИПУ и сбрасывают пар в барботер, где он конденсируется. Пропускная способность ИПУ выбрана из расчета не превышения 110 % расчетного давления.

Рассмотрение работоспособности системы компенсации и выбор основных параметров оборудования, входящего в нее, был проведен из анализа проектных режимов работы реакторной установки. В результате проведенного анализа были выявлены определяющие режимы с точки зрения работоспособности системы. В качестве определяющего режима был принят режим сброса нагрузки энергоблока со скоростью 200 % от номинальной мощности в секунду со 100 % номинальной мощности до уровня собственных нужд. Определяющими режимами с максимальной потерей объёма теплоносителя были приняты режим ложного срабатывания аварийной защиты реактора (аварийная защита первого рода) и режим разрыва паропровода из КД в барботер.

Размеры компенсатора давления выбраны так, что не допускается:

•кипение теплоносителя ни в одной точке первого контура, за исключением незначительного неравновесного кипения в верхней части активной зоны;

•срабатывание импульсно-предохранительных клапанов;

•обнажение электронагревателей, или срабатывание аварийной подпитки, или появление сигнала на пуск системы аварийного охлаждения активной зоны в следующих режимах:

•плановые изменения мощности в пределах от нагрузки собственных нужд до полной мощности и от полной мощности до нагрузки собственных нужд;

•быстрое отключение реактора;

•сброс нагрузки турбин до уровня собственных нужд без быстрого отключения реактора;

•отключение одного или двух главных циркуляционных насосов без плановых изменений мощности в пределах от нагрузки собственных нужд до 100 % номинала и обратно;

•быстрое отключение реактора;

•сброс нагрузки турбин до уровня собственных нужд без быстрого отключения реактора;

167

• отключение одного или двух главных циркуляционных насосов без быстрого отключения реактора.

Пределы изменения давления в КД в вышеперечисленных режимах составляют 17,6 – 11,7 МПа (180–120 кгс/см2). Компенсатор давления может обеспечить поддержание давления в первом контуре в режимах с нарушениями условий нормальной эксплуатации и в аварийных ситуациях без некомпенсированных течей, заранее оговоренных проектом. В случае некомпенсированных течей первого контура, течей из первого контура во второй и ложного впрыска в КД из системы подпитки при температуре воды 60-70 °С КД перестает выполнять свои функции. Соотношение водяного и парового объемов КД выбрано из условия, что ни в одном из проектных режимов, за исключением режимов аварийного разуплотнения первого и второго контуров, не происходит заброса пара в первый контур из КД и оголения электронагревателей. Мощность электрических нагревателей обеспечивает проектную скорость разогрева КД в период пуска реакторной установки и поддержание давления во время работы на мощности. КД совместно с системой подпиткипродувки обеспечивает снижение давления в первом контуре при расхолаживании установки в плановых и аварийных режимах без некомпенсированных течей.

В систему компенсации входит устройство под названием: барботер. Барботер обеспечивает прием пара из КД без разрыва предохранительной мембраны в режимах нормальной эксплуатации и

врежимах с нарушением нормальных условий эксплуатации. Суммарная пропускная способность разрывных предохранительных мембран выбрана из условия обеспечения принятия пара при расходе через все предохранительные клапаны КД.

Барботер – горизонтальный цилиндрический сосуд с эллиптическими днищами. В его водяном объеме размещены два коллектора,

вкоторые сбрасываются пар при срабатывании ИПУ и протечки пара через ИПУ. На каждом коллекторе имеются сопла для эффективной конденсации пара. Барботер имеет две мембраны, которые

разрываются, если ИПУ не закрывается после срабатывания. Полный объем барботера равен 30 м3, из них 20 м3 занимает вода. Газовый объем барботера постоянно вентилируется азотом для исключения образования взрывоопасной смеси водорода.

168

Импульсно-предохранительное устройство состоит из главного предохранительного клапана, двух импульсных клапанов, электротехнических устройств и трубопроводов связи. Главный предохранительный клапан открывается после открытия импульсного клапана. Импульсный клапан получает сигнал на открытие от датчиков давления при повышении давления уставки. На КД установлено три ИПУ, одно является контрольным и настроено на давление 17,76 МПа. Два других являются рабочими и настроены на давление 18,24 МПа. Одно из трех ИПУ снабжено устройством для принудительного открытия главного предохранительного клапана оператором в тех случаях, когда аварийная ситуация требует принудительного снижения давления в контуре.

Сопла КД соединены трубопроводом с холодной ниткой петли ГЦТ. Впрыск теплоносителя в паровое пространство КД производится или с напора работающего ГЦН, или от системы подпитки первого контура.

2.10.Система управления и защиты

исистемы контроля

Система управления и защиты (СУЗ) реактора предназначена для управления реактором при его пуске, работе на мощности, плановой или аварийной остановке реактора и относится к системе, важной для безопасности. СУЗ является многофункциональной подсистемой АСУ ТП энергоблока.

К управляющей системе безопасности относятся следующие системы и устройства, входящие в СУЗ:

•датчики технологических параметров;

•аппаратура обработки сигналов от датчиков технологических параметров;

•аппаратура контроля нейтронного потока (АКНП);

•система аварийной защиты (АЗ);

•система предупредительной защиты, включая регулятор ограничения мощности (ПЗ, РОМ);

•система контроля положения органов регулирования;

•система группового и индивидуального управления.

Подробней остановимся на аппаратуре АКНП, системах АЗ и ПЗ и составе основного оборудования СУЗ.

169

2.10.1. Система АКНП

Система АКНП предназначена для контроля нейтронной мощности и периода изменения нейтронной мощности реактора во всех режимах его работы и относится к управляющей системе безопасности. Аппаратура, входящая в состав АКНП, формирует сигналы превышения заданных значений периода, мощности, выдает сигналы в систему управления и защиты и в устройство регулирования мощности реактора, осуществляет обработку, регистрацию и представление информации оператору. Система АКНП состоит из трех подсистем, которые функционально автономны в эксплуатации:

•система контроля нейтронного потока для СУЗ;

•система контроля перегрузки (загрузки) топлива;

•система контроля нейтронного потока для РЩУ (резервный щит управления).

Аппаратура АКНП, используемая для управления и защиты реактора, работает в режиме постоянного контроля нейтронного потока, начиная с подкритичного состояния реактора и на всех уровнях его мощности. Аппаратура содержит две независимые подсистемы с парным размещением блоков детектирования в соседних каналах боковых ионизационных камер (БИК). Каждая из подсистем производит сбор и обработку информации в каждом из трех диапазонов по сигналам от блоков детектирования. Весь диапазон измерения плотности нейтронного потока условно разбит на три диапазона: источника (ДИ), промежуточный (ДП), энергетический (ДЭ). Для обеспечения надежности выполнения защитных функций предусмотрено перекрытие диапазонов измерения более, чем на порядок.

Аппаратура для контроля перегрузки (загрузки) топлива (СКП) содержит две группы устройств, состоящих из трех измерительных каналов диапазона источника каждый. Блоки детектирования устанавливаются в «сухих» каналах, размещаемых в выгородке активной зоны реактора после его останова на перегрузку топлива. Предусмотрен контроль низких уровней нейтронного потока звуковым индикатором разгона. Запись показаний во время перегрузки ведется самописцами, расположенными на блочном щите управления БЩУ.

170