Слободчук В.И., Лескин С.Т., Шелегов А.С., Кашин Д.Ю. Основные системы энергоблока с реактором ВВЭР-1000

Рис. 2.6. Схема работы КД

21

При аварийном увеличении давления в первом контуре (рис. 2.6,б), происходит открытие ИПУ:

•контрольного при Р1к ≥ 18,2 МПа (186 ата);

•двух рабочих при Р1к ≥ 18,6 МПа (190 ата). Посадка ИПУ происходит, соответственно:

•контрольного при Р1к ≤ 17,6 МПа;

•двух рабочих при Р1к ≤ 17,8 МПа.

При срабатывании ИПУ сброс пара (теплоносителя) осуществляется в барботер по трубопроводу Dy 250. В водяном объеме барботера пар конденсируется, и теплота конденсации отводится охлаждающей водой промконтура. Для защиты барботера от превышения давления на его горловинах устанавливаются защитные мембраны.

Автоматическое регулирование системы компенсации давления охватывает:

•давление первого контура (над а.з.);

•уровень теплоносителя в КД;

•скорость разогрева-расхолаживания КД.

Поддержание давления первого контура в нормальном режиме и горячем останове обеспечивается регулятором давления (всережимный регулятор давления первого контура), точность поддержания ±0,15 МПа.

Регулятор давленияподдерживаетдавлениепервогоконтура, воздействуя на ТЭНы и на «быстродействующие» клапаны впрыска.

3. Система подпитки-продувки реактора ВВЭР-1000

Система подпитки-продувки реактора (СППР) предназначена для:

•заполнения и (или) дозаполнения первого контура раствором борной кислоты;

•поддержания материального баланса теплоносителя;

•компенсации медленных изменений реактивности из-за выгорания и отравления топлива, а также компенсации изменений реактивности при пусках, остановах и при изменении нагрузки реактора;

22

•дегазации и возврата организованных протечек теплоносителя первого контура;

•корректировки показаний водно-химического режима в соответствии с нормами;

•гидроиспытаний первого контура;

•подачи запирающей воды на уплотнение ГЦН;

•расхолаживания КД при неработающих ГЦН;

•первоначального заполнения гидроемкостей САОЗ.

Система состоит из следующих функциональных групп:

•дегазации и деаэрации теплоносителя;

•подпиточных агрегатов;

•магистралей подпитки и подачи запирающей воды на уплотнения ГЦН;

•вывода теплоносителя первого контура;

•подачи дистиллята.

СППР относится к системам, важным для безопасности. Система функционирует в режимах нормальной эксплуатации, включая переходные режимы энергоблока. В аварийных ситуациях, связанных с разуплотнением первого или второго контуров, работоспособность системы по проекту не требуется. Учитывая, что система подпитки-продувки должна функционировать непрерывно в период нормальной эксплуатации блока на мощности, насосные агрегаты продублированы: рабочий, резервный и ремонтный.

В работе постоянно один из подпиточных агрегатов. Перепад давления между напором подпиточного насоса и первым контуром составляет 2,5–3 МПа. С помощью СППР в первый контур могут вводиться реагенты гидразин – гидрат (N2Н4), щелочь (КОН), аммиак (NН3). Реагенты подаются на всас подпиточных насосов специальными насосами – дозаторами.

Принципиальная схема СППР представлена на рис. 3.1.

23

В систему входят два деаэратора – деаэратор подпитки (ДП) и деаэратор борного регулирования (ДБР). По конструкции деаэраторы идентичны. Конструкция такого деаэратора показана на рис. 3.2. Деаэратор состоит из вертикального бака-аккумулятора со встроенным нагревателем и деаэрационной колонки. Внутри деаэрационной колонки с помощью перегородок организованы главная и периферийная распределительные камеры, центральная и кольцевая струйные камеры, малая и большая насадочные колонны. Внутри бака-аккумулятора установлены перегородки для организации потоков среды. В нижней части бака расположен трубный пучок подогревателя, выполненный из 179 U-образных трубок18×2,5 мм. Материал колонки, корпуса и трубной части – сталь

08Х18Н10Т.

В связи с широким диапазоном нагрузок деаэраторов внутри деаэрационной колонки организованы два контура циркуляции. При малых нагрузках (до 9 м3/ч) в работе находятся центральная распределительная 3 и струйная 5 камеры и насадочная колонна 7 (см. рис. 3.2). При полной нагрузке в работе находятся также периферийная распределительная 4 и струйная 6 камеры и колонна 8. Поток деаэрируется, проходя мелкими струйками через струйные камеры и насадочные колонны. Керамические насадки в дополнение к струям обеспечивают равномерный контакт пара и воды. Для подогрева и деаэрации воды используется пар, получаемый из воды, находящейся в баке-аккумуляторе. Нагревателем служит теплообменник, в трубный пучок которого поступает пар от редукционной установки с давлением около 0,3 МПа. Высокая дегазация воды обеспечивается организованным противоточным движением и постоянным контактом восходящего потока пара и нисходящего потока воды. Деаэратор обеспечивает снижение содержания: водорода не менее, чем в 100 раз; кислорода не менее, чем в 500 раз; радиоактивных благородных газов не менее, чем в 10 раз. Допустимая скорость разогрева (расхолаживания) не должна превышать 3 град./мин.

24

зала; 7 – выпар деаэратора подпитки; 8 – вывод борного раствора из первого контура; 9 – возврат конденсата выпара; 10 , 11 – линия от насосов заполнения первого контура и от насосов дистиллята для поддержания уровня в деаэраторе подпитки; 12 – слив из деаэратора подпитки; 13 – линия от насосов гидроиспытаний; 14 – подача борного концентрата; 15 – подача химических реагентов

Рис. 3.2. Конструкция деаэратора подпитки (борного регулирования): 1 – бак-аккумулятор; 2 – деаэрационная колонка; 3 – центральная распределительная камера; 4 – периферийная распределительная камера; 5 – центральная струйная камера; 6 – периферийная струйная камера; 7, 8 – насадочные колонны; 9 – теплообменник; 10 – перелив; 11 – глухой щит; 12 – дренаж

26

Подпитка первого контура осуществляется центробежными подпиточными насосами производительностью 10–60 м3/ч и напором до 19,6 МПа (200 ата). В номинальном режиме работает один подпиточный насос. В случае выхода из строя работающего насоса автоматически запускается резервный насос.

Продувка первого контура осуществляется забором теплоносителя из «холодных» ниток петель ГЦК с напора ГЦН. Продувочная вода собирается в общем коллекторе, охлаждается сначала в регенеративном теплообменнике продувки за счет регенеративного теплообмена с подпиточной водой, а затем дополнительно охлаждается в доохладителе продувки водой промконтура до температуры 40–50 °С. После этого продувочная вода поступает на специальную водоочистку (СВО-2).

Расход продувки составляет 25–30 т/ч. После СВО-2 очищенная вода подается в деаэратор подпитки, где осуществляется ее дегазация. Затем вода охлаждается, подается на всас подпиточных насосов, затем нагревается в регенеративном теплообменнике и возвращается в первый контур.

Организованные протечки из бака насосами через фильтры СВО-2 (или по байпасу фильтров) направляются в деаэратор подпитки, дегазируются, охлаждаются и далее с помощью подпиточных насосов возвращаются в первый контур.

Компенсация неорганизованных протечек первого контура осуществляется путем подачи в деаэратор подпитки дистиллята или борного концентрата. Регулирование подпитки осуществляется оператором или регулятором.

Как уже отмечалось, СППР используется для компенсации медленного изменения реактивности путем изменения концентрации борной кислоты в первом контуре. В режиме ввода бора в первый контур борная кислота с концентрацией 40 г/кг подается на всас подпиточных насосов от насосов борного концентрата с расходом до 60 м3/ч. Теплоноситель, выводимый из первого контура, сбрасывается в баки боросодержащей воды. Уровень в деаэраторе подпитки в этом режиме поддерживается регулятором.

В режиме вывода бора из первого контура дистиллят с расходом до 60 м3/ч поступает в деаэратор борного регулирования и далее на всас подпиточных насосов. Уровень дистиллята в деаэраторе борного регулирования поддерживается регулятором. Теплоноситель,

27

выводимый из первого контура, после деаэратора подпитки сбрасывается в баки боросодержащей воды.

В процессе нормальной эксплуатации, когда изменение концентрации борной кислоты не требуется, через деаэратор борного регулирования предусмотрена циркуляция дистиллята без добавки бора для поддержания деаэратора в разогретом состоянии.

Во всех режимах работы СППР первого контура давление в деаэраторах подпитки и борного регулирования поддерживается регуляторами на греющем паре.

4. Система аварийного охлаждения активной зоны ВВЭР-1000

При эксплуатации АЭС решающее значение имеет безопасность работы реакторной установки. Один из основных принципов, на котором базируется безопасность работы реакторной установки, – это ограничение последствий возможных аварий. В соответствии с требованиями «Общих положений по обеспечению безопасности атомных станций при проектировании, сооружении и эксплуатации» (ОПБ) «в проекте АС должны быть предусмотрены технические средства и организационные меры, направленные на предотвращение проектных аварий и ограничение их последствий…». Весьма опасными являются аварии с потерей теплоносителя первого контура, вызываемые повреждением трубопроводов и оборудования.

Для реакторов ВВЭР-1000 разрыв главного циркуляционного трубопровода Dу 850 является одной из наиболее тяжелых аварий. При такой аварии утечка теплоносителя первого контура чрезвычайно велика, и по расчетным оценкам может составлять 150 т/с. К шестой секунде такого аварийного процесса давление в первом контуре падает ниже 2 МПа. Конечно, практически сразу срабатывает аварийная защита реактора, переводящая реактор в подкритическое состояние. Мощность реактора быстро снижается, но за счет остаточного тепловыделения и аккумулированного тепла выделение энергии продолжается. Все это обусловливает необходимость САОЗ, способной отвести тепло при нарушении штатной циркуляции теплоносителя в контуре охлаждения реактора.

28

Таким образом, САОЗ должна частично или полностью компенсировать утечку теплоносителя из а.з. в начальный момент аварии, обеспечивать отвод остаточного тепловыделения в а.з. после остановки реактора, иметь резервирование для повышения надежности, иметь надежное электропитание для приводов насосов. САОЗ должна обеспечивать при разгерметизации первого контура (максимальный проектный предел повреждения твэлов):

•температуру оболочек твэлов не более 1200 °С;

•локальную глубину окисления оболочек твэлов не более 18 % первоначальной толщины стенки;

•долю прореагировавшего циркония не более 1 % его массы

ва.з.

При этом должна быть обеспечена сохранность геометрии а.з. в возможность выгрузки а.з. после аварии с разгерметизацией первого контура.

Следует отметить, что механизмы систем безопасности обладают определенной инерционностью. Например, система аварийного и планового расхолаживания сможет подавать воду в реактор только при достижении давления в первом контуре ниже 2,2 МПа и с задержкой около 35–40 с. Время запаздывания поступления воды в реактор от системы аварийного ввода бора может доходить до 80– 90 с. К тому же надо еще учесть и время разворота дизельгенераторов в случае, если авария сопровождается потерей собственных нужд.

Чтобы не допустить перерыва в охлаждении а.з., в составе САОЗ должна быть предусмотрена такая система безопасности, которая была бы способна вступить в работу в первые моменты аварийного процесса и функционировать до включения остальных систем безопасности. Такой системой в составе САОЗ является система гидроаккумуляторов, которая называется также пассивной частью САОЗ.

5. Пассивная часть САОЗ

Пассивная часть САОЗ предназначена для быстрой подачи раствора борной кислоты с концентрацией 16 г/кг в реактор для охлаждения а.з. при авариях с потерей теплоносителя, когда давление в первом контуре падает ниже рабочего давления гидроаккумулято-

29

ров (5,9 МПа). В соответствии с классификацией оборудования реакторной установки по критериям безопасности пассивная часть САОЗ относится к защитным системам безопасности.

Основными компонентами пассивной части САОЗ являются четыре гидроемкости (ГЕ), трубопроводы и арматура. Каждая ГЕ соединена непосредственно с реактором отдельным трубопроводом Dу 300. Две ГЕ соединены с верхней камерой смешения, а две – с нижней камерой смешения реактора. При этом с точки зрения высотных отметок емкости, соединенные с верхней камерой реактора, расположены ниже (отметка 19,2 м), а соединенные с нижней камерой смешения – выше (отметка 24,6 м). Такая схема подключения ГЕ к корпусу реактора выполнена из условия сохранения равномерного темпа залива а.з. с учетом гидравлического сопротивления опускного участка и а.з. Принципиальная схема пассивной части САОЗ представлена на рис. 5.1.

При нормальной эксплуатации реакторной установки каждая ГЕ «отсечена» от реактора двумя обратными клапанами Dу 300. Когда давление в реакторе падает ниже давления в ГЕ (приблизительно на 0,03 МПа), обратные клапаны открываются, и раствор борной кислоты из ГЕ поступает в реактор. Применение двух обратных клапанов исключает повреждение ГЕ при выходе из строя одного из них. Кроме обратных клапанов, на каждом трубопроводе установлено по две запорные быстродействующие задвижки, которые отсекают ГЕ от реактора с целью исключения попадания азота в а.з. при опорожнении ГЕ во время аварии. Быстродействующие задвижки начинают автоматически закрываться при понижении уровня в ГЕ до 1200 мм. В процессе нормальной эксплуатации обе задвижки открыты. На трубопроводах Dу 300 между быстродействующими задвижками имеется дренажная линия Dу 20. Она служит для отвода возможных протечек через закрытые быстродействующие задвижки, когда ГЕ САОЗ отключены от реактора. Для организации разогрева трубопроводов и проверки плотности обратных клапанов предусмотрены байпасные линии параллельно обратным клапанам. На каждой байпасной линии установлены по два запорных вентиля Dу 15. На каждой ГЕ имеется по два предохранительных клапана.

30