Содержание к диссертации
Введение
1. Пассивные системы и устройства безопасности ЯЭУ 10
1.1. Основные положения (обеспечения) безопасности 10
1.2. Словарь терминов и определений 14
1.3. Место пассивных исполнительных устройств в ЯЭУ 16
1.4. Обзор возможных схем и принципов действия ПЭБ 17
2. Активно-пассивные гидродинамические системы остановки (аварийной защиты) реакторов 22
2.1. Схемы систем и исполнительных механизмов 22
2.2. Исходные данные и методика определения статических параметров 30
2.2.1. Параметры течения жидкости в щели с неподвижными стенками 30
2.2.2. Геометрические и другие характеристики (параметры) СГУ 32
2.2.3. Определение параметров движения тела в статике 33
2.2.4. Режимы состояния и перемещения рабочего органа в канале 36
2.3. Определение параметров неустановившегося движения (разгона) 39
2.4. Определение параметров пассивной сигнализации 44
2.5. Пример расчета 46
3. Пассивные и активные жидкостные системы остановки с вводом жидкого поглотителя в активную зону 50
3.1. Вопросы и задачи 50
3.2. Схемные решения 51
3.3. Обработка экспериментов по взвешиванию растворов жидких поглотителей, по вводу и перемешиванию поглотителя 54
3.4. Методика и пример расчета 59
3.5. Выводы 69
4. Пассивные системы безопасного охлаждения активной зоны реактора 71
4.1. Классификация 71
4.2. Краткие характеристики новых пассивных систем безопасности 73
4.3. Существующие системы пассивного залива активной зоны 75
4.4. Проект АЭС нового поколения ВВЭР-ЮОО/В-392 78
4.5. Анализ возможности модернизации пассивного залива аварийной защиты 82
5. Пневмогидравлическое устройство пассивной обратной связи 88
5.1. Описание и обоснование устройства пассивной обратной связи 88
5.2. Управление, контроль и сигнализация ИМ УПОС 91
5.3. Исходные данные и параметры 92
5.3. Методика и пример расчета 93
6. Пассивные арматурные изделия воздействия на расход теплоносителя 96
6.1. Общие положения 96
6.2. Особенности модульного активно-пассивного ИМ воздействия на расход теплоносителя 101
6.3. Методика проведения силовых расчетов 106
6.4. Определение действующих сил и выбор силового элемента 110
6.5. Определение сил трения и сил конечного уплотнения 113
Основные выводы и результаты 115
Перечень сокращений и обозначений 118
Список литературы 123
Приложение
- Место пассивных исполнительных устройств в ЯЭУ
- Исходные данные и методика определения статических параметров
- Обработка экспериментов по взвешиванию растворов жидких поглотителей, по вводу и перемешиванию поглотителя
- Существующие системы пассивного залива активной зоны
Введение к работе
В ядерной энергетике постоянное внимание уделяется повышению уровня безопасности действующих и проектируемых ядерных энергоустановок (ЯЭУ). Заметная роль в повышении уровня безопасности ЯЭУ принадлежит пассивным элементам и системам безопасности (СБ), вводимым в действие без участия оператора, без подачи энергии в момент срабатывания, без сигналов из управляющих СБ. Расчеты Атомэнергопроектов (АЭП) показывают, что применение пассивных систем безопасности повышает уровень безопасности энергоблока на порядок.
Пассивные элементы безопасности (ПЭБ) различаются:
по режимным параметрам (давление, расход, уровень и др.);
по принципу формирования аварийного сигнала (нагрев, изменение перепада давления, прогиб и др.);
по принципу действия (увеличение гидравлического сопротивления, изменение баланса сил, перемещение и др.);
по действующим силам (тяжести, давления пружины и др.). Применение СБ с пассивными элементами позволяет:
дополнить активные системы безопасности ЯЭУ пассивными системами на ином принципе действия;
уменьшить влияние действий оператора и его возможных ошибок;
повысить надежность и безопасность ЯЭУ.
Основные системы безопасности, применяемые в существующих ЯЭУ и рассматриваемые для проектируемых ЯЭУ, выполняют функции воздействия на реактивность, на расход теплоносителя и локализации аварии. Из них в настоящей работе рассматриваются (рис. 1):
активно-пассивные гидродинамические системы остановки (ГСО) (аварийной защиты) реакторов с вводом в активную зону твердых поглотителей;
пассивные и активные жидкостные системы остановки (ЖСО) с вводом жидких поглотителей в активную зону;
а.з
Рис. 1. ЯЭУ с активной зоной, использующей все ПЭБ данной работы:
С - система; П - питание; У- управление; ПАИ- пассивные арматурные
изделия; Пр - привод; РО - рабочий орган; ТРО - твердый РО; ТВС - тепловы
деляющая сборка; а.з - активная зона; СГУ - система гидродинамического
управления; ЖСО - жидкостная система остановки; СБО - система безопасно
сти охлаждения; УПОС - устройство пассивной обратной связи; актив
ный; пассивный.
пассивные системы безопасного охлаждения (СБО) активной зоны реактора;
пневмогидравлические устройства пассивной обратной связи (УПОС);
пассивные арматурные изделия (ПАИ) воздействия на расход теплоносителя.
Рабочие органы (РО) системы управления и защиты (СУЗ) ядерного реактора (ЯР) находятся в потоке теплоносителя. Он оказывает на указанные элементы существенное силовое действие. На РО действует гидравлическая сила, которая в зависимости от направления движения жидкости и РО, увеличивает или уменьшает силовую нагрузку, изменяет скорость и продолжительность перемещения рабочих органов в зоне, разгоняет и/или тормозит их и т.п.
В связи с повышением роли пассивности в системах безопасности ЯР, с созданием быстрых ЯР (БН-800, БРЕСТ) их создателями разрабатываются СГУ. Если в обычных ЯР стержни СГУ являются "тонущими" (с плотностью, большей чем теплоносителя), то в ЯР со свинцом они - всплывающие (с плотностью, меньшей, чем у теплоносителя). И в БН и в БРЕСТ часть стержней аварийной зашиты (A3) является пассивными, срабатывающими без участия оператора и управляющей системы и без подачи энергии, что соответствует современным тенденциям.
Обычно в гидравлических системах жидкость является рабочим телом. В ядерной технике жидкость, кроме этого, может быть и средством воздействия на реактивность, например, поглотителем. Гидравлические системы с поглощающей жидкостью называются жидкостными.
Если не удалось ввести в зону достаточное число стержней-поглотителей, вводится в действие жидкостная система воздействия на реактивность (ЖСВР), построенная на ином принципе действия, чем стержнеприводные системы остановки.
Жидкий поглотитель вводится непосредственно в объем реактора или каналы системы управления и защиты. Эффективность жидкостной системы
7 достаточна для надежного удержания реактора в подкритическом состоянии с учетом возможного высвобождения реактивности при его охлаждении.
Одной из важных систем безопасности ЯР является система аварийного охлаждения активной зоны, которая строится с использованием активных и пассивных элементов. Система пассивного аварийного охлаждения активной зоны состоит из нескольких гидроемкостей с запасом жидкости, находящихся под давлением газа, и трубопроводов с обратными клапанами, связывающими гидроемкости с реактором.
Цель настоящей работы состоит в следующем:
— анализ и разработка схем активно-пассивных (гидродинамических,
жидкостных, пневмогидравлических) систем воздействия на реактивность
систем остановки, аварийной защиты, на расход теплоносителя аварийного
охлаждения активной зоны и др.;
получение характеристик и параметров активно-пассивных систем расчетным путем;
разработка простых и достаточно точных инженерных методик для расчета параметров и характеристик активно-пассивных систем.
Научная новизна работы по активно-пассивным системам определяется следующим. Разработаны принципиальные положения разработки пассивных СБ. Для активно-пассивных систем воздействия на реактивность и на расход теплоносителя разработаны расчетные методики, обработаны и включены в методики экспериментальные значения критериев и параметров. Впервые получен единый свод требуемого обоснования пассивно-активных систем безопасности.
При разработке расчетно-аналитических методик определения параметров (СГУ, ЖСВР, УПОС, ПАИ) использованы законы механики и методы оценки нейтронно-физической эффективности поглотителей, а также аппроби-рованные физические модели и математические методы.
На защиту выносятся:
определение пассивных элементов безопасности;
рекомендации по созданию СГУ. С помощью них в процессе исследования, проектирования, наладки и эксплуатации на объекте можно быстро и простыми средствами определять параметры и характеристики системы гидравлического управления стержнями СУЗ (время срабатывания, изменение расхода протекающей через канал жидкости для сигнализации, закон движения стержня при вводе в активную зону, профиль скорости в щели между стержнем и каналом для тепло-физического расчета и т. п.) в зависимости от изменения (случайного или сознательного) параметров системы (гидравлического сопротивления, перепада давления) и т. п.;
расчетные формулы и критерии для определения параметров (ЖСВР) (реактивность и эффективность жидкого поглотителя), определение эффективности жидкостной системы, выбор концентрации поглотителя в активной зоне, определение объема бака, в котором готовится раствор поглотителя необходимого объема и требуемой концентрации, расчет продолжительности ввода жидкого поглотителя в контур охлаждения ЖСВР и др.;
методика расчета пневмогидравлической системы;
методика расчета взаимодействия сил в арматурных изделиях теплотехнических СБ.
В соответствии с решаемыми задачами настоящая работа имеет следующую структуру.
В главе I рассматривается основные положения, термины и определения, место пассивных систем и устройств безопасности ЯЭУ, анализируются возможные схемы и принципы действия пассивных элементов безопасности (ПЭБ), в конструкционном, расчетном и экспериментальном отношениях, предлагается классификация систем и определяются проблемы их разработки.
В главе II рассматривается активно-пассивные гидродинамические системы остановки (аварийной защиты) ЯЭУ: схемы систем и исполнительных
9 механизмов; исходные данные и методика определения статических параметров; определение параметров пассивной сигнализации; определение параметров неустановившегося движения (разгона); примеры расчета и рекомендации.
В главе III приведены основы жидкостных систем остановки, оценка ней-тронно-физической эффективности жидких поглотителей, выбор их концентрации, определение технологических параметров, т.е. размер баков, диаметров подводящих трубопроводов, времен ввода и вывода жидкого поглотителя в контур и активную зону и из них.
В главе IV проводится пассивные системы безопасного охлаждения активной зоны реактора предлагается: классификация; принципиальные решения; обработка экспериментов по вводу и перемешиванию поглотителя; методика и примеры расчеты; выводы.
В главе V проводятся схемы и конструкторско-технологические решения по пневмогидравлическим устройствам пассивной обратной связи (УПОС): схемы системы и исполнительных механизмов; исходные данные и параметры; методика и примеры расчета и рекомендации.
В главе VI рассматриваются арматурные изделия (АИ) СБ и арматурные средства безопасности (АСБ) при теплотехнических авариях, в том числе, классификация, разделение по группам, технические требования, особенности модульных активно-пассивных исполнительных механизмов. Приводится методика: проведение силовых расчетов, определение усилий, выбор силовых элементов, сил трения и конечного уплотнения.
В заключении содержатся рекомендация и полагается, что данная работа будет способствовать ускоренному внедрению пассивных и активно-пассивных систем безопасности в практику реакторостроения.
Место пассивных исполнительных устройств в ЯЭУ
Пассивные элементы безопасности (ПЭБ) могут воздействовать на параметры ядерной реакции и на состояние отдельных систем технологических контуров РУ [1]. Взаимодействие нейтронно-физических, теплогидравлических и других параметров и ПЭБ может осуществляться непосредственно рабочей средой (ПЭБ прямого действия) или через усилительные элементы [7-12]. Для выполнения указанных функций разрабатывают разнообразные ПЭБ: актуаторы (приводы); инициаторы срабатывания и др. ПЭБ позволяет увеличить надежность РУ, поскольку их работа может быть не связана с функционированием существующих активно-пассивных СБ. Каждый ПЭБ выполняет следующие действия: в состоянии готовности воспринимает значение требуемого эксплуатационного параметра; при возникновении аварийной ситуации формирует аварийный сигнал, усиливает и преобразует его в диапазоне от нормального до аварийного значения; срабатывает — изменяет состояние (как правило, положение в пространстве) удерживающее-пускового устройства; совершает защитное действие, перемещая или способствуя перемещению рабочего органа актуатора (исполнительного механизма) в требуемое положение. Классификация ПЭБ [7,9,10]: по использованию режимных параметров: температуры, давления, расхода (его роста или реверса), уровня, нейтронного потока и др.; по принципу формирования аварийного сигнала: нагрев, изменение перепада давления, расширение, сжатие, прогиб, ухудшение теплосъема, изменение тока и др.; по принципу действия: увеличение сопротивления (гидро- и электро-), изменение баланса сил, плавление, разрушение, перемещение, рост термоэмиссии и др.; по действующим силам (воздействиям): механическая связь, силы: тяжести, Архимеда, электромагнитная, гидродинамическая и др.
В зависимости от выбора эксплуатационного параметра, типа РО и принципа формирования аварийного сигнала ПЭБ могут иметь различную степень пассивности (прямодействия) [1]: положение РО определяется непосредственно режимным параметром (увеличение расхода — перемещение РО; реверс потока — закрытие обратного клапана); изменение режимного параметра вызывает изменение состояния удер-живающе-пускового устройства (УПУ) (рост температуры (давления) — разрушение перегородки (мембраны)); изменение режимного параметра вызывает изменение состояния элемента, воздействующего на УПУ (изменение температуры — изгиб термочувствительной пластины — размыкание цепи питания удерживающего электромагнита — перемещение рабочего органа); значение режимного параметра преобразуется детектором (датчиком) в управляющий сигнал, поступающий в логику УПУ (изменение нейтронного потока — изменение термоэмиссии — размыкание удерживающего электромагнита). Возможные режимные параметры и принципы их использования в ПЭБ представлены на рис. 1.1—1.3. В системе управления и защиты ядерного реактора рабочие органы находятся в потоке теплоносителя. Теплоноситель оказывает на указанные элементы существенное силовое действие. На рабочие органов действует гидравлическая сила, которая в зависимости от направления увеличивает или уменьшает силовую нагрузку, определяет скорость и продолжительность перемещения рабочих органов в активной зоне, разгоняет и/или тормозит их и др. Все это учитывается при разработке исполнительных механизмов СУЗ.
Многопозиционные исполнительные механизмы непрерывно участвуют в управления ядерным реактором, а при его останове вводят поглотитель в активную зону с любого положения, в котором они находятся. Двухпозицион-ные рабочие органы обычно находятся вне активной зоны, а при аварии быстро вводятся в активную зону. Рабочие органы СУЗ управляются, как правило, электромеханическим или электромагнитным приводом через жесткую или гибкую тягу. В России созданы и бестяговые исполнительные механизмы, в которых рабочие органы перемещаются расходом теплоносителя. При обтекании рабочего органа расход теплоносителя направляется, как правило, в сторону движения потока. Так действует система гидродинамического управления (СГУ) стержнями СУЗ [13— 24]. В настоящее работе приводятся рекомендации по расчету СГУ. С помощью них в процессе исследования, проектирования, наладки и эксплуатации на объекте можно быстро и простыми средствами определять параметры и характеристики системы гидравлического управления стержнями СУЗ: гидравлическое сопротивление; перепады давления; время (продолжительность) срабатывания; изменение расхода протекающей через канал жидкости для сигнализации; закон движения стержня при вводе в активную зону; скорости в щели между стержнем и каналом для теплофизического расчета и т. п. В гидродинамических системах управления, т. е. в системах с непосредственным силовым воздействием жидкости на орган управления (ОУ), жидкость от насоса или другого источника энергии поступает в исполнительный механизм и, обтекая ОУ, увлекает его за собой [15,16,519]. При этом гидравлический контур подвода-отвода охлаждающей жидкости и его параметры могут остаться такими же, как и в системе охлаждения электромеханических приводов (рис. 2.1).
Исходные данные и методика определения статических параметров
Характерным гидравлическим элементом гидродинамического управления является щель (зазор) между рабочим органом (стержень) и каналом. Одна стенка щели (канальная) - всегда неподвижна, другая (тела)- подвижная. Расчет параметров гидродинамического управления начинается с гидравлического расчета щели с обеими неподвижными стенками с учетом следующих допущений: жидкость несжимаемая, щель имеет постоянные размеры, течение одноразмерное, коэффициент усреднения потока по количеству движения близок к единице, касательные напряжения одинаковы на внешней и внутренней стенках [16-19]. Перепад давления в щели где і — номер участка щели; п — число участки; р— плотность жидкости; С,— коэффициент гидравлического сопротивления; w— скорость жидкости. На каждом участке где индекс вх - относится в входу в участок, / — к его длине, вых — к выходу. Перепад давления по длине щели где X - коэффициент сопротивления трения, зависящий от степени шероховатости и числа Рейнольдса; ческий диаметр; 8- зазор (поперечный размер щели); F - площадь поперечного сечения щели; %-ее периметр. Трубопроводы, изготовленным из коррозионно-стойкой стали, сплавов циркония и алюминия, можно считать гидравлически гладкими. При использовании углеродистой стали следует учитывать шероховатость поверхности трубы из-за коррозии. Число Рейнольдса где v- кинематический коэффициент вязкости жидкости, Q — расход теплоносителя, х-смоченный периметр. Зависимость коэффициента сопротивления трения от числа Рейнольдса определяется по справочникам. Из них следует, что коэффициент сопротивления узкой кольцевой концентрической щели больше коэффициента круглой трубы на 5 — 7%. В эксцентричной щели он меньше, чем в концентричной, в диапазоне числа Рейнольдса 12 000—500 000 отношение А,э/А,к может изменяться от 1 при концентричном расположении стержня до 0,63 [25-28]. При определении коэффициента сопротивления должны учитываться и распределенные местные сопротивления (шарниры, дистанционные решетки).
Одним из способов учета является представление поверхностей щели как искусственно (регулярно) шероховатых. При расчете коэффициента сопротивления можно пользоваться параметром А,ш/А,гл, который изменяется от 1 при отсутствии шероховатости до 2,5 при развитой шероховатость, где ш - шероховатая поверхность, гл - гладкость. В диапазоне 0,7 d/D 1, где d — диаметр рабочего органа, D — диаметр щели, поправку на вогнутость и выпуклость труб, составляющих щель, можно не вводить. При той же скорости движения конструкционных элементов и жидкости, что имеет место в атомной технике, поправку на нестационарность процесса можно не вводить. Тогда обращение с коэффициентом сопротивления при неустановившемся движении можно производить как с квазистационарным параметром. Канал исполнительного механизма СГУ имеет внутренний диаметр D, диаметр стержня d, длина /, а ход его равен s. Удельный вес поглотителя у, плотность р (рис. 2.4). Тогда объем стержня V = —d l-0,7S5d I, вес стержня в воздухе GB=yT-V, вес стержня в жидкости (воде) Єж = GB - А, где ж - жидкость, А- Архимедова сила. Площадь поперечного сечения канала F = 0,7851)2, площадь поперечного сечения стержня / = 0,785d2, площадь поперечного сечения щели между стержнем и каналом fm=F-f. В расчетах придется учитывать параметры соотношения площадей ///щ, F/fia, (Г//щ) и геометрические параметры При развитом турбулентном течении (Re 105) коэффициент сопротивления трения в щели Хщ между гладким стержнем и каналом составляет А,щ 0,03 ±0,02. В расчетах учитываются также местный коэффициент гидравлического сопротивления (выступов и др.) м, отношение плотностей рж/рти 1 -рж/рт, отношение длины контура и стержня /кон/7. Суммарный коэффициент гидросопротивления определяется по формуле где тт - масса тела, Р - сумма, действующих на него сил. Силу гидродинамического воздействия жидкости на удлиненное тело в канале будем записывать, как и при установившемся движении, Перепад давления Арии{ при неустановившемся движении определим из уравнения движения жидкости в щели Действующая на удлиненное тело (типа стержня СУЗ) в канале гидродинамическая сила может быть преобразована к виду Это общее уравнение силы с двумя неизвестными wK и wT. Оно решается исключением из него поочередно по одному неизвестному. Если тело неподвижно (взвешено в потоке жидкости) , то wT = 0, поэтому, Ртв KfwlB. Если тело падает в стоячей жидкости, то wK=0, поэтому PTX=TK/w2c. Можно показать, что скорость воды в канале, при которой тело взвешивается: — описанный периметр тела. Расход жидкости через канал, необходимый для взвешивания тела, составляет Скорость падения в стоячей жидкости Для гладких тел wTC = wKB J(l + d/D)/(1 + (d/D) J. Выражение для статической характеристики имеет вид где К = k/2 /Jkfi k/} . При fT/FK 0,5 и k 0,95. Поэтому статическая характеристика близка к прямой линией
Определим параметры движение тела с помощью статической характеристики. Рис. 2.5. Статические характеристики перемещения рабочего органа в потоке теплоносителя. 1 — сброс (падение) по потоку; 2 - взвешивание в опускном потоке; 3 - подъем в стоячей воде; 4 - подъем; 5 - тело "поплавок"; 6 - тело "тонущее"; 7 — скорость воды в канале (тело взвешивается); 8 —падение в противотоке; 9 - падение в стоячей жидкости; wT— скорость рабочего органа; Qc6p расход теплоносителя сброса; wK — скорость теплоносителя в канале; ПБЯ - правила ядерной безопасности реакторных установок ; м доп -допустимая скорость; wKnMaKC - максимальная скорость в канале при подъеме; wKB- скорость в канале при взвешивании; wTC- скорость при сбросе; м нф -скорость тела из нейтронно-физического расчета Скорость подъема должна быть не меньше 1.1 wK D, если меньше - то не будет стабильности в скорости подъема. Большая скорость должна быть соизмерена со скоростью ввода положительной реактивности не более 0,07Рэф, определяемой ПБЯ РУ АС-89. После чего определяется максимальная скорость подъема (рис. 2.5). Продолжительность сброса рабочих органов (ввода отрицательной реактивности) определяется из нейтронно-физического (н.ф) расчета конкретного реактора как -s/т,, ф = wH ф, где s — ход рабочего органа, равный высоте активной зоны; т„ф- время остановки из нейтронно-физического расчета. В зависимости от величины скорости нейтронно-физического расчета может оказаться достаточным падение противотоке м нф1 с расходом Qa . или потребуется создавать расход жидкости от аккумулятора, чтобы обеспечить скорость „.Ф2 и расход Qc5p2 (см. рис. 2.5).
Обработка экспериментов по взвешиванию растворов жидких поглотителей, по вводу и перемешиванию поглотителя
Эксперименты по вводу ЖП в циркуляционный контур и перемешиванию проводились на доработанном полномасштабном гидродинамическом стенде - модели контура СУЗ-РБМК с прозрачным каналом и трубой для ввода поглотителя в контур из бака при температуре воды 7-25С и расходе воды через канал 3 м /ч. Объем циркулирующей в контуре воды составил 0,16 м , а объем вводимого в контур поглотителя — 0,016 — 0,024 м . Бак с поглотителем размещался на высоте 36-37 м относительно места его ввода в контур. Для визуализации процессов перемешивания и распространения поглотителя по контуру использовался водный раствор нигрозина. Вытеснители существующих стержней СУЗ имеют различные по высоте диаметры, поэтому для упрощения оценки физической эффективности канала с вытеснителем предложено использовать эквивалентный зазор (8ЭК„), который представляет собой кольцо толщиной, постоянной по всей длине канала, и в котором размещен весь объем жидкости, находящийся в канале с вытеснителем в области активной зоны. Исследовалось влияние продолжительности (времени) ввода поглотителя в контур, а также объемов и расходов вводимого поглотителя на равномерность перемешивания. Для характеристики распространения поглотителя по контуру введено понятие «времени полного оборота» Тпо объема контурной воды, участвующей в циркуляции: где VK - объем воды контура, участвующий в циркуляции; GK — расход воды в контуре. В ходе исследований время ввода ЖП в контур хжп принималось меньшим Хп0 равным Тпо и большим Т1Ю. По стабильности окраски контурной воды, проходящей по каналу, делались выводы о степени равномерности распространения и перемешивания поглотителя с контурной водой.
Эксперименты по вводу ЖП в циркуляционный контур показали следующее: - на время ввода поглотителя влияют гидравлические сопротивления трубы, подводящей ЖП, и трубы, соединяющей контур с напорным баком (НБ); - условия подвода ЖП в контур не оказывают существенного значения на время ввода ЖП и качество перемешивания; - при вводе поглотителя в циркуляционный контур увеличивается давление в контуре, незначительно уменьшается расход через канал СУЗ; - ввод ЖП происходит только в контур с расширительным объемом (на представленной экспериментальной установке функцию расширительного объема выполнял напорный бак). Полученное в экспериментах время ввода ЖП в циркуляционный контур соответствует расчетному значению, полученному по выражению для расчета времени опорожнения бака с переменным уровнем: hy— высота установки бака относительно места ввода ЖП, м; hQ— высота заполнения бака; Рк - давление в контуре в месте ввода ЖП; р - плотность жидкости; (Л - коэффициент расхода;/- площадь сечения бака с ЖП (полагается постоянной по всей его высоте); d — диаметр трубы, по которой осуществляют ввод поглотителя.
При определении времени ввода ЖП по выражению использовались следующие положения: суммарный коэффициент гидравлического сопро тивления включает сопротивления подводящей ЖП трубы и трубы, соединяющей контур с НБ; суммарный коэффициент гидравлического сопротивления отнесен к скорости истечения через трубу наименьшего диаметра (10 мм) и наибольшей длины. Разница расчетных и экспериментальных значений продолжительности ввода составила 5-10%. Примеры визуализации распространения "жидкого поглотителя" по контуру при различных параметрах ввода поглотителя представлены на рис. 3.3. При тжп тпо наблюдалось чередование чистых и окрашенных участков независимо от объема вводимого поглотителя. Как правило, продолжительность прохождения окрашенных участков через наблюдаемый участок равнялась времени ввода поглотителя. При Тжп Тпо чередования не происходило, и контур равномерно заполнялся жидким поглотителем. Равномерность перемешивания характеризуется следующим отношени где токр - время прохождения окрашенного участка; tno — время полного оборота контурной воды. Для равномерного перемешивания поступающего в контур поглотителя необходимо, чтобы z 1 (рис.3.4). Так как тжп = токр, то время ввода поглотителя в контур т должно быть равно или больше времени полного оборота контурной воды tno . Рис. 3.4. Влияние времени ввода ЖП на равномерность перемешивания (на полях указаны вводимые объемы жидкого поглотителя в литрах): — Тш= 3,2 мин.; о - Тно = 3,4 мин.
Существующие системы пассивного залива активной зоны
В первых реакторах предусматривалась лишь компенсация утечек из первого контура за счет воды, запасенной в компенсаторе давления. В серийных блоках первого поколения была применена система аварийного охлаждения активной зоны (САОЗ), включавшая в себя систему залива активной зоны из баков-накопителей с помощью насосов. Она строилась по двухканальному принципу — основной и резервный каналы, что соответствовало мировой практике того периода, однако независимость каналов не обеспечивалась.
Для следующих проектов [35-37] рассматривался мгновенный поперечный разрыв трубопровода первого контура максимального диаметра со свободным истечением теплоносителя с обоих концов. В связи с этим изменились и требования к САОЗ. Теперь она должна была обеспечивать охлаждение активной зоны в случае максимальной проектной аварии с одновременным обесто-чиванием циркуляционных насосов (ГЦН). В состав САОЗ были включены как активные, так и пассивные элементы. Представлены они гидроемкостями, находящимися под давлением азота и подсоединенными к первому контуру трубопроводами с обратными клапанами (рис. 4.2 а).
Для недопущения попадания в первый контур РУ неконденсирующихся газов предусмотрено отсечение емкостей с помощыо быстродействующих задвижек, которые срабатывают при понижении уровня в гидроаккумуляторах до минимума [37].
Система пассивного залива активной зоны РУ ВВЭР-1000(В-320) аналогична системе пассивного залива активной зоны (СПЗАЗ) реактора ВВЭР-440/213 и состоит из четырех гидроаккумуляторов с трубопроводами и армату-рой (см. рис. 4.2, а). Каждый гидроаккумулятор объемом -60 м содержит 50 м водного раствора борной кислоты с концентрацией 16 г/кг Н20. В гидроаккумуляторе создается и поддерживается азотом давление 6 МПа. На каждом трубопроводе от гидроаккумулятора к реактору диаметром 300 мм установлено четыре клапана: два обратных и два быстродействующих запорных.
Первые обеспечивают слив воды в реактор при снижении давления в нем ниже 6 МПа, а вторьте отсекают гидроаккумулятор от реактора после слива воды для предотвращения попадания в него азота.
Гидроаккумуляторы подключены непосредственно к реактору и подают воду в напорную камеру и опускной участок. При такой схеме подсоединения вода, поступившая в опускной участок, сначала затапливает пространство под активной зоной, после чего начинает снизу поступать непосредственно в активную зону, охлаждая ее.
Давление 6 МПа, при котором происходит впрыск охлаждающей воды в реактор, выбрано исходя из следующих соображений: более раннее срабатывание гидроаккумуляторов нецелесообразно, так как большее количество впрыснутой воды после перемешивания с находящимся в реакторе теплоносителем будет вытеснено из реактора в виде пароводяной смеси (ПВС) вследствие самовскипания в процессе последующего снижения давления. Однако слишком затягивать начало впрыска опасно, так как при этом возрастает время, в течение которого активная зона оголена и практически не имеет охлаждения. К моменту окончания работы гидроемкостей активная зона должна быть затоплена не менее чем на 2/3 от ее высоты [38].
Для выполнения функций охлаждения активной зоны системой пассивного залива при разрыве главного циркуляционного трубопровода необходимо подать воду в реактор из трех гидроаккумуляторов, т.е. используется структурное резервирование каналов по схеме 3 из 4.
Несмотря на широкое применение на действующих энергоблоках системы залива активной зоны с помощью гидроаккумуляторов, они имеют определенные недостатки, к которым относятся невозможность профилирования расход из емкостей и вероятность поступления неконденсирующихся газов в первый контур ЯЭУ. Поэтому предусмотривается модернизация данной системы [39-40].
Принципиальной целью является оснащение АЭС набором пассивных систем, обеспечивающих останов, расхолаживание реактора и длительный отвод остаточного тепла и не требующих при функционировании вмешательства оператора, а также подачи энергии извне в течение не менее один суток.
Реакторная установка ВВЭР-ЮОО/В-392 является модернизацией широко применяющейся на действующих АЭС установки В-320 [41]. Сооружение двух энергоблоков по этому проекту предполагается на 2-й очереди НВАЭС, а основные решения по безопасности используются в проекте АЭС «Куданку-лам» в Индии.
В состав СПЗАЗ РУ В-392 входят системы гидроемкостей первой и второй ступеней ГЕ-1 и ГЕ-2 соответственно (рис. 4.3). Система ГЕ-1 состоит из четырех гидроаккумулирующих емкостей. Объем каждой емкости -60 м3, из них -50 м3 заполнено водным раствором борной кислоты концентрацией 16 г/кг НгО. В гидроаккумуляторе с помощью азота создается и поддерживается давление -5,9 МПа. Общий запас воды в емкостях 200 м3, что обеспечивает подачу требуемого объема охлаждающей жидкости в A3 с учетом неполного опорожнения емкостей. Каждая из емкостей соединена с реактором отдельным трубопроводом. Две емкости соединены с входной, а две другие с выходной камерами реактора [42].
Во время нормальной эксплуатации каждая емкость отделена от реактора с помощью двух последовательно расположенных обратных клапанов и быстродействующих запорных задвижек Ду 300, которые обеспечивают отсечение емкости от реактора с целью исключения попадания азота в первый контур при ее опорожнении.
Система гидроемкостей второй ступени ГЕ-2 предназначена для пассивной подачи раствора борной кислоты концентрацией 16 г/кг в A3 реактора с целью отвода остаточных тепловыделений в условиях полной потери источников электроснабжения переменного тока, включая дизель-генераторы, и при течах первого контура РУ в течение максимально возможного периода времени [43]. Система состоит из четырех групп гидроаккумулирующих емкостей (по две емкости объемом 120 м3 каждая) с раствором борной кислоты, находящихся под атмосферным давлением. Емкости представляют собой вертикальные цилиндрические сосуды, размещенные на площадке обслуживания центрального зала, что обеспечивает требуемый гидростатический напор по отношению к реактору. Общий запас воды в системе ГЕ-2 960 м . Данного запаса воды достаточно для съема остаточных тепловыделений в течение 24 часов при учете работы СПОТ. Если работа СПОТ не учитывается, то запаса воды хватает на 7—8 часов надежного охлаждения активной зоны [44].
В верхней части гидроемкости второй ступени через специальные двойные обратные клапаны подключены к «холодным» ниткам главных циркуляционных трубопроводов в зоне непосредственной их близости" к коллекторам ПГ.
