Введение к работе
Актуальность темы
В Федеральной целевой программе "Развитие атомного энергопромышленного комплекса России на 2007 - 2010 годы и на перспективу до 2015 года" поставлена задача строительства и ввода в эксплуатацию новых энергоблоков АЭС с реакторной установкой типа ВВЭР (17 энергоблоков до 2020 г), в том числе реализации проекта серийного энергоблока с реакторной установкой (РУ) типа ВВЭР мощностью 1100 МВт (эл). В связи с этим одним из главных вопросов является обеспечение безопасности АЭС. Все возрастающие требования по обеспечению безопасности необходимо учитывать на всех стадиях жизненного цикла АЭС, при всех условиях эксплуатации.
Наряду с решением важных проблемных научно-технических задач по разработке систем безопасности, активной зоны, реактора, оборудования первого контура реакторной установки не менее значимым является совершенствование оборудования бетонной шахты реактора (ОБШР), которое в комплексе оказывает значительное влияние на безопасность РУ. В этой связи актуальны новые принципы разработки оборудования бетонной шахты водо-водяных реакторов для повышения уровня безопасности реакторных установок третьего поколения.
По требованиям нормативно-технической документации закрепление реактора должно обеспечивать:
- безопасный и надежный останов, расхолаживание и выгрузку топлива при падении на реакторное отделение самолета и действии воздушной ударной волны;
невозможность смещения реактора при проектной аварии, связанной с разрывом главного циркуляционного трубопровода;
перевод реактора в состояние безопасного останова при максимальном расчетном землетрясении и выработку тепловой энергии реакторной установкой при проектном землетрясении.
Конструкция ОБШР должна обеспечивать условия вывода реакторной установки из эксплуатации.
Ионизационные каналы, сухая защита, механическая часть системы контроля при перегрузке топлива должны обеспечивать работу систем безопасности во всех эксплуатационных режимах.
Выполнение критерия по частоте предельного аварийного выброса радиационной активности, регламентируемого требованиями МАГАТЭ, EUR и российскими нормативными документами, должно достигаться использованием специальных мер по смягчению последствий тяжелых аварий, в том числе интегрированием в конструкцию бетонной шахты реактора устройства локализации расплава активной зоны.
Целью диссертации является создание новых принципов разработки оборудования бетонной шахты современных проектов АЭС, обеспечивающих повышение безопасности реакторных установок третьего поколения на всех этапах жизненного цикла.
Для достижения этой цели были поставлены задачи:
разработать компоновку оборудования бетонной шахты реактора с интегрированным устройством локализации расплавленной активной зоны с учетом требований по выводу АЭС из эксплуатации, для чего выполнить легкосъемную опорную ферму и обеспечить беспрепятственное извлечение каждого нижележащего активированного оборудования;
разработать конструкцию и провести расчетное обоснование системы закрепления корпуса реактора в бетонной шахте в условиях нормальной эксплуатации и при отклонении от нормальных условий, сейсмическом воздействии, падении самолета и действии воздушной ударной волны, а также при проектной аварии, связанной с разрывом главного циркуляционного трубопровода;
- модернизировать конструкцию сухой защиты для выполнения
требований по проведению непрерывного контроля активной зоны в период
перегрузки топлива;
- непосредственно на АЭС провести испытания оборудования бетонной
шахты в период пусконаладочных работ для подтверждения соответствия
расчетных и фактических эксплуатационных параметров его работы.
Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов.
В работе использованы анализ, систематизация и обобщение сведений о надежности и эффективности ОБШР и их применении в новых проектах. Решение задач базируется на результатах испытаний и современных методах расчета задач термодинамики, теории сопротивления материалов и математического моделирования.
Достоверность полученных результатов подтверждается сходимостью проектных характеристик с данными, полученными экспериментально при пусконаладочных работах и эксплуатации. Достоверность новизны технических решений подтверждается патентами Комитета Российской Федерации по патентам и товарным знакам.
На защиту выносятся:
компоновка оборудования бетонной шахты реактора с устройством локализации расплава активной зоны;
результаты исследования нагрузок на корпус реактора и систему закрепления реактора в шахте в различных условиях эксплуатации;
конструкция системы закрепления реактора с учетом обеспечения возможности извлечения реактора и блочного удаления оборудования, находящегося в зоне облучения активной зоны, при выводе из эксплуатации;
расчетное обоснование системы закрепления корпуса реактора (опорной и упорной ферм) в нормальных условиях эксплуатации и при нарушении нормальных условий, а также с учетом нагрузок при падении самолета, воздушной ударной волне, землетрясении и разрыве главного циркуляционного трубопровода;
результаты измерений нейтронного потока в каналах ионизационных камер при пусконаладочных работах, подтверждающие эффективность выполненых конструктивных изменений сухой защиты для обеспечения
возможности контроля реактора в подкритичном состоянии при перегрузке топлива, включая период разборки и сборки реактора.
Научная новизна
Новыми научными результатами, полученными при проведении исследований, являются:
- принцип компоновки оборудования бетонной шахты реактора, новизна которого подтверждена патентами Комитета РФ по патентам и товарным знакам, по которому опорная ферма и каналы ионизационных камер выполнены легкосъемными, а каждый ниже расположенный элемент имеет меньший диаметр по сравнению с расположенным выше, что обеспечивает последовательный беспрепятственный блочный монтаж и демонтаж оборудования в районе активной зоны реактора;
установленные при моделировании процесса разрыва главного циркуляционного трубопровода усилия, действующие на корпус реактора и конструкцию бетонной шахты, использованные для расчета закрепления реактора в бетонной шахте;
подтверждающие расчеты результаты измерений на этапе «энергетический пуск и освоение мощности» теплогидравлических характеристик элементов оборудования бетонной шахты в условиях нормальной эксплуатации и при нарушениях, связанных с отключением вентиляционной системы;
- результаты исследования нейтронных потоков на ионизационные
камеры в подкритичном состоянии реактора при загрузке топлива с исполь
зованием систем контроля с блоками детектирования в корпусе реактора и в
каналах сухой защиты;
- результаты выполненного с участием автора расчета по разработанной
программе КВАРЦ горизонтальных и вертикальных усилий при разрыве «горя
чего» и «холодного» трубопроводов в узле присоединения к корпусу реактора.
Практическая значимость и внедрение
Решена задача повышения безопасности реакторных установок за счет реализации новых решений по конструкции оборудования бетонной шахты с интегрированным устройством локализации расплава активной зоны, удовлетворяющей требованиям вывода реактора из эксплуатации (снижение дозозатрат) и обеспечивающей возможность осуществлять непрерывный контроль активной зоны при перегрузке топлива.
Конструкторские разработки оборудования бетонной шахты реактора реализованы на АЭС «Тяньвань» (блок 1 и 2) и АЭС «Бушер» (блок находится в стадии пу сконалад очных работ). Методологическая основа для проектирования компоновок ОБШР реализуются в проектах «АЭС-2006» и АЭС «Белене».
Личный вклад автора
Автор в течение длительного периода принимал непосредственное участие на всех этапах создания оборудования бетонной шахты, включая разработку документации, анализ опытных и эксплуатационных данных, формирование научно-концептуальных положений ОБШР в проектах АЭС с ВВЭР-1000. Как
исполнитель, а затем как руководитель участвовал на всех этапах работ, результаты которых положены в основу представленной диссертации.
Лично участвовал в разработке инновационного оборудования для проекта В-392, включая разработку новых конструкторских решений, оформление заявок на изобретения и получение патентов. Наработки по этому проекту легли в основу проектов АЭС «Тяньвань» и АЭС «Бушер».
Впервые для проекта РУ с ВВЭР-1000 с участием автора разработана и реализована на АЭС «Тяньвань» новая компоновка ОБШР с применением устройства локализации расплава активной зоны. В качестве технического координатора от ОКБ «ГИДРОПРЕСС» автор участвовал в рамках проекта 64 МНТЦ (Международного Научно-Технического Центра) в разработке конструкции и обосновании вариантов устройства локализации расплава активной зоны и компоновки ОБШР при использовании этих вариантов. Результаты разработок использованы для АЭС «Тяньвань». Автор лично участвовал в разработке проекта, реализации проекта на монтаже и этапе пусконаладочных работ. В качестве руководителя групп специалистов ОКБ «ГИДРОПРЕСС» защищал проект реакторной установки (окончательный отчет по безопасности FSAR), в том числе основных решений ОБШР при лицензировании проекта АЭС «Тяньвань» в китайском надзорном органе NNSA.
С участием автора разработаны технические задания на выполнение ряда расчетов и экспериментов, программ и методик экспериментов. Автор участвовал в разработке требований к проекту системы пусконаладочных измерений, в рассмотрении и обработке полученных результатов. Провел анализ документов на выявление требований, относящихся к ОБШР, и их классификацию. По итогам работ, в том числе по рассматриваемой теме, в 2004 году указом Президента России автору присвоено звание «Заслуженный конструктор России».
Апробация работы
Результаты работы, изложенные в диссертации, доложены на научно-технических конференциях, презентациях и семинарах:
- семинаре по конструкции и монтажу оборудования шахтного объема
АЭС «Тяньвань» (КНР, Ляньюньган, 2001г.);
- 3-й всероссийской научно-технической конференции «Обеспечение
безопасности АЭС с ВВЭР» ( Подольск, 26-30 мая 2003 г.);
- XIII международном семинаре «Технологические проблемы прочности»
(Подольск, 23-25 июня 2006 г.);
- 5-й международной научно-технической конференции «Обеспечение
безопасности АЭС с ВВЭР» (Подольск, 29 мая - 1 июня 2007 г.).
Предложенные и реализованные технические решения в составе FSAR были рассмотрены и одобрены JNPC (китайским заказчиком) и китайским надзорным органом в процессе лицензирования АЭС «Тяньвань» (КНР, серия совместных совещаний и семинаров в 2003 и 2004 гг., Ляньюньган, Пекин).
Результаты работы оформлены в виде заявлений в Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам о выдаче патентов на изобретения.
Публикации
Основное содержание диссертации отражено в 5 научных работах (из них 2 в рецензируемых изданиях), а также в 6 опубликованных описаниях к патентам Комитета Российской Федерации по патентам и товарным знакам.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы, изложена на 139 страницах, включая 40 таблиц, 66 рисунков и список литературы из 103 наименований.
