Ультразвуковая очистка топливных кассет ВВЭР на примере энергоблоков №3 и №4 Нововоронежской АЭС Шваров Вячеслав Анатольевич

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Исследование причин ухудшения эксплуатационных характеристик активной зоны реакторов энергоблоков №3 и №4 Нововоронежской АЭС .

Обзор предшествующих работ и постановка задачи 14

1.1 Изучение и анализ причин ухудшения характеристик эксплуатации активной зоны 14

1.2 Предложения по улучшению эксплуатационных характеристик активной зоны 19

1.3 Обзор предшествующего опыта очистки топливных кассет 21

1.4 Цели и задачи исследований. Определение показателей эффективности внедрения результатов 28

Глава 2. Разработка технологии и оборудования для ультразвуковой очистки топливных кассет энергоблоков №3 и №4 Нововоронежской АЭС 31

2.1 Определение технических требований для установки очистки топливных кассет 31

2.2 Разработка конструкции и технологии установки очистки топливных кассет 38

2.3 Выводы по результатам разработки ТУУзО 51

Глава 3. Расчетно-теоретические исследования и обоснование безопасности внедрения технологии очистки топливных кассет 52

3.1 Расчетная оценка образования и выброса примесей при изменении тепловой нагрузки на поверхностях 52

3.2 Расчетно-теоретическое обоснование безопасности внедрения принятой технологии очистки топливных кассет

3.2.1 Расчетное обоснование безопасности конструкции 57

3.2.2 Обоснование безопасности транспортно-технологических операций 57

3.2.3 Расчетное обоснование безопасности съема остаточных тепловыделений 58

3.2.4 Обоснование ядерной безопасности 60

3.2.5 Обоснование радиационной безопасности 61

3.3 Выводы по результатам обоснования безопасности 62

Глава 4. Проведение опытной очистки топливных кассет и исследования очищенных кассет 63

4.1 Постановка целей и задач опытной очистки 63

4.2 Проведение опытной очистки 64

4.3 Исследование кассет после опытной очистки 68

4.4 Выводы по результатам опытной очистки 85

Глава 5. Проведение промышленной очистки топливных кассет. Определение направлений усовершенствования технологии очистки

5.1 Проведение промышленной очистки 86

5.2 Анализ данных работы кассет после промышленной очистки 86

5.3 Усовершенствование и модернизация оборудования 90

5.4 Проведение промышленной очистки на модернизированной ТУУзО и исследования топливных кассет 96

5.5 Анализ эксплуатационных характеристик активной зоны после очистки топливных кассет на модернизированной установке 100

Глава 6. Основные выводы и перспективы развития методов ультразвуковой очистки оборудования АЭС 101

Литература 103

• Предложения по улучшению эксплуатационных характеристик активной зоны
• Разработка конструкции и технологии установки очистки топливных кассет
• Расчетное обоснование безопасности съема остаточных тепловыделений
• Исследование кассет после опытной очистки

Введение к работе

Актуальность работы

Безопасность и надёжность работы АЭС в значительной мере зависят от надежности работы активной зоны (A3) реактора. В этой связи весьма актуальной является задача обеспечения надежной, безотказной работы ядерного топлива (ЯТ) в заданных пределах и своевременное устранение причин нарушений.

В процессе эксплуатации энергоблоков №3,4 Нововоронежской АЭС анализ данных системы внутриреакторного контроля (СВРК) активных зон выявил зависимость величины снижения расхода теплоносителя через кассеты от срока ее эксплуатации. При исследовании кассет обнаружено наличие отложений на твэлах и конструктивных элементах тепловыделяющих сборок (ТВС). Очевидно, что данные отложения и явились основной причиной ухудшения теплогидравлических характеристик A3. Рост отложений на элементах топливных кассет в процессе их эксплуатации все больше снижал расход теплоносителя через A3, увеличивал перепад давления на кассетах и приводил к повышению температуры поверхностей твэлов, что вызывало подкипание теплоносителя при достижении температур насыщения и одновременном изменении давления. Данные факты приводили к вынужденному снижению мощности блока, а в ряде случаев и останову, при достижении граничных значений. Для прекращения роста отложений на поверхностях рабочих кассет (РК) и ТВС были предприняты различные меры. Например, увеличение значения водородного показателя (рНт-показатель при реальной температуре среды) в целях изменения направления массопереноса продуктов коррозии; увеличение диаметра дроссельных шайб на входе в рабочие кассеты энергоблока №4, что позволило повысить расход теплоносителя через активную зону (A3); удаление кассет-экранов на 3 блоке, что уменьшило энергонапряженность A3 в переходных режимах. Вместе с тем, для полноценного восстановления эксплуатационных характеристик, необходима очистка кассет от накопленных отложений. В итоге, было принято решение о разработке и внедрении технологии очистки топливных кассет, которые представлены в данной диссертационной работе.

Целью диссертационной работы является расчетно-экспериментальное обоснование и подтверждение в натурных условиях возможности очистки топливных кассет реакторов ВВЭР на примере внедрения технологии на энергоблоках №3 и №4 Нововоронежской АЭС, а также определение перспективы развития представленного метода очистки при эксплуатации АЭС.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. На основе анализа выявленных проблем, связанных с ухудшением теплогидравлических характеристик A3, определены направления разработки и внедрения технологии очистки топливных кассет.

2. Учитывая существующий технологический цикл обращения с топливом, разработана конструкция установки, позволяющая выполнить очистку РК и ТВС с использованием действующего транспортно-технологического оборудования и компоновки энергоблока.

3. Выполнены расчетно-теоретические исследования и обоснование безопасности внедрения технологии очистки топливных кассет.

4. Проведена экспериментальная очистка РК (ТВС) с использованием разработанной установки.

5. Исследовано влияние метода очистки и различных режимов работы установки на топливо и конструктивные элементы кассет.

6. Обоснован выбор оптимальных режимов работы установки для эффективного и безопасного удаления отложений с поверхностей РК и ТВС.

7. По результатам экспериментальной очистки проведена доработка установки с целью повышения эффективности очистки и улучшения ее эксплуатационных характеристик.

8.В натурных условиях подтверждена эффективность внедренной технологии очистки по показателям устойчивой работы энергоблока, отсутствию остановов и снижению мощности из-за достижения граничных значений перепада давления на A3.

9. На примере технологии очистки РК и ТВС энергоблоков №3-4 НВ АЭС и изучения современных научно-технических достижений, выработаны предложения о перспективе развития данного метода очистки.

Научная новизна работы

7. Разработана не имеющая отечественных аналогов технология очистки РК и ТВС реакторов ВВЭР на основе ультразвукового воздействия, позволившая избежать ухудшения характеристик A3 и внеплановых остановов.

8. Экспериментально установлены закономерности, разработаны параметры режимов работы установки очистки РК и ТВС, позволяющие наиболее эффективно и безопасно проводить процесс очистки.

9. Расчетно и экспериментально обоснована безопасность выполнения работ по очистке РК и ТВС.

10. Впервые в России выполнена очистка загрязненных РК и ТВС реакторов ВВЭР с последующей их эксплуатацией. Достигнуты результаты, позволяющие безопасно и надежно эксплуатировать энергоблоки №3 и №4 НВ АЭС.

Степень достоверности результатов исследований обеспечивается

11. Применением аттестованных методик, проверенных средств и методов измерения.

12. Воспроизводимостью и согласованием результатов независимых натурных экспериментов, выполненных на различных топливных кассетах энергоблоков №3 и №4 НВ АЭС.

13. Положительными результатами практического использования разработанной технологии очистки РК и ТВС АЭС с реакторами ВВЭР на примере энергоблоков №3;4 НВ АЭС.

Практическая ценность результатов работы

1. Разработан и внедрен, ранее не используемый технологический процесс очистки РК
и ТВС энергоблоков с ВВЭР.

2. Экспериментально установлена возможность реализации технологии очистки РК и
ТВС реакторов ВВЭР с использованием действующего транспортно-технологического цикла
перегрузки ЯТ.

3. На основе выполненных экспериментальных работ произведено усовершенствование установки очистки РК и ТВС.

4. Выработаны предложения по использованию представленной в работе технологии очистки для различного оборудования АЭС с целью восстановления ресурсных и эксплуатационных характеристик.

Основные положения, выносимые на защиту

Разработка и расчетно-экспериментальные обоснования возможности использования ультразвуковой очистки РК и ТВС реакторов ВВЭР, включающие результаты :

1. Теоретических исследований потенциальной возможности применения ультразвуковой очистки для РК и ТВС энергоблоков АЭС.

2. Разработку технологии ультразвуковой очистки РК и ТВС с ее гармонизацией с действующим транспортно-технологическим циклом перегрузки ЯТ НВ АЭС.

2. Расчетно-экспериментального обоснования безопасности использования технической установки ультразвуковой очистки РК и ТВС.

3. Исследований влияния метода очистки на материалы.

4. Оценок в подтверждение эффективности и безопасности применения технологии очистки РК и ТВС на примере устойчивой работы энергоблоков №3 и №4 в течение топливной компании после 100% очистки кассет с возвращением их в A3 реакторов.

5. Анализа перспектив использования результатов работы.

Также на защиту выносятся экспериментально установленные закономерности, разработанные параметры режимов работы установки очистки РК и ТВС, позволяющие наиболее эффективно и безопасно проводить процесс очистки.

Личный вклад автора в полученные результаты

Автор принимал непосредственное участие во всех этапах работ по внедрению технологии очистки РК и ТВС от выработки идеи до разработки конструкции оборудования и технологии с расчетно-экспериментальным обоснованием безопасности. Осуществлял техническую поддержку при экспериментальной очистке и исследовании топливных кассет и элементов.

Автор лично участвовал в выработке и реализации технических предложений по повышению эффективности очистки, в работах по проектированию, монтажу, изготовлению, испытанию установки очистки, ее доработке по результатам экспериментальной очистки и валидации.

Автор является основным разработчиком эксплуатационной документации, описывающей технологический цикл, конструктивные особенности, режимы и порядок работы установки очистки.

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на 8-й международной научно-технической конференции в ОКБ «Гидропресс» в 2013г.; на 9-й международной научно-технической конференции в ОАО «Концерн Росэнергоатом» в 2014г., а также на различных семинарах, заседаниях НТС и совещаниях в ОАО «Концерн «Росэнергоатом» и АЭС России.

Публикации

Автор имеет 7 печатных научных публикаций в научно-технических изданиях [1-6; 12]. Основные результаты работ, связанные с разработкой технологических установок по удалению отложений с оборудования АЭС, опубликованы в 6-ти печатных работах [1-6], в том числе в двух публикациях [2,3] из перечня ВАК. Также имеется 5 докладов [7-11], опубликованных в ряде сборников трудов научно-технических конференций.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, двух приложений и списка использованной литературы из 61 наименования. Общий объем диссертации 110 страниц, включая 39 рисунков и 8 таблиц. Объем приложений 141 страниц.

Предложения по улучшению эксплуатационных характеристик активной зоны

После проведения определенных расчетов, с целью подтверждения возможности удаления кассет экранов, и реализации данного предложения, энергонапряженность АЗ блока №3 в переходных режимах была снижена, что позволило уменьшить остроту проблемы герметичности твэлов.

Внедрение новых норм ВХР 1 контура позволило значительно увеличивать значение рНт с целью изменения массопереноса продуктов коррозии в направлении от АЗ реакторов.

Внедрение системы очистки 1 контура в стояночном режиме предполагало установку насосного агрегата и трубопроводов подачи и возврата продувочной воды первого контура на СВО-1. Это мероприятие позволяло СВО-1 производить очистку вод первого контура при останове блока (без задействованных ГЦН), когда идет наибольшее накопление продуктов коррозии конструкционных материалов ГЦТ и их выход в среду.

Система намывной ионообменной фильтрации вод бассейнов выдержки, борированных растворов и организованных протечек представляет собой установленный, в дополнение к имеющейся СВО-4, намывной ионообменный фильтр и вспомогательное оборудование (для подготовки фильтрата, намыва фильтрующего материала, транспортировки сред и.т.д.). Эксплуатация данной системы предусматривалась, как параллельно со СВО-4, так и самостоятельно. Использование данной технологии дает возможность эффективно сочетать очистку от растворенных химических, коллоидных, дисперсных примесей, а также изотопов коррозионного происхождения. Системы очистки воды первого контура в стояночном режиме и намывной ионообменной фильтрации требовали больших объемов капиталовложений и длительных сроков реализации, что не позволяло решить крайне актуальную задачу в краткосрочной перспективе.

Несмотря на предпринятые меры было очевидно, что необходимо реализовать основополагающий проект по разработке и внедрению технологии, позволяющей выполнить очистку уже загрязненных топливных кассет и тем самым восстановить их эксплуатационные характеристики в возможно короткий срок.

За последние десятилетия были разработаны и внедрены многие методы очистки оборудования от нежелательных загрязнений – механические, химические, ультразвуковые и другие. К сожалению не все из них могут быть использованы в случае с отложениями на элементах топливных кассет, а первичный анализ опыта выполнения очистки РК (ТВС) на Российских АЭС показал, что опереться на уже имеющиеся разработки не представляется возможным ввиду отсутствия практики реализации подобных задач. При рассмотрении различных вариантов, механический способ очистки был признан неприемлемым к внедрению с учетом конструктивной специфики объекта очистки и необходимостью его применения непосредственно на месте эксплуатации. Рецептуры химических методов, как правило, приводят к дополнительным коррозионным потерям конструкционных материалов. Также они осложняются необходимостью последующей переработки больших объемов образующихся высокоактивных ЖРО и токсичных промывочных растворов [1]. Химический способ мог дополнительно осложнить и без того не эффективную работу установок СВО, требовал дополнительных мер по обеспечению поддержания ВХР в установленных пределах и, по опыту проведения химической дезактивации 1 контура энергоблока №3, предполагал внедрение дополнительного оборудования и модернизации существующих технологических систем, что увеличивало сроки его реализации.

Рассмотрение мирового опыта эксплуатации выявило характерный неудачный пример химической очистки топливных кассет на одной из Европейских АЭС с ВВЭР. [2] При проведении химической отмывки топливных кассет произошло их повреждение и выброс газообразных продуктов деления в помещения реакторного отделения. Причина повреждения топлива была идентифицирована, как потеря отвода остаточных тепловыделений от ТВС, подвергавшихся обработке. Данный факт стал возможен, в первую очередь, из-за недостатков проекта установки и некачественного анализа ядерной безопасности, а также ряда ошибок персонала станции при ведении технологического процесса. Контейнер, в котором располагалось топливо, исключал естественную циркуляцию, как способ отвода остаточных тепловыделений. Кроме того, разработчики не приняли в расчет расход охлаждающей среды через небольшие разгрузочные отверстия в нижней части топливных сборок, считая, что байпасный поток через эти отверстия незначителен. В итоге, указанные недостатки не позволили обеспечить отвод тепла при одновременной отмывки 30 ТВС. Далее, при расследовании события и анализе возможности достижения критичности в системе, с допущением наихудшего варианта расположения топлива, было установлено, что в контейнере было достаточное количество (масса) топлива, чтобы достичь критичности. Это могло привести к еще более серьезным последствием, чем было зафиксировано.

Разработка конструкции и технологии установки очистки топливных кассет

Для разработки конструкции ТУУзО автором с соавторами был предложен к рассмотрению важный элемент - чехол неплотный тип 12, который используется НВ АЭС для операций с топливом в КО БВ. Данное оборудование является, по сути, контейнером для транспортировки топливных кассет. Чехол имеет гнезда для установки кассет. Его перемещение осуществляется штатным захватом мостового крана ЦЗ энергоблоков №3 и №4. Он устанавливается в специальное гнездо КО БВ при работе с топливом в «мокром» режиме. Очевидно, что чехол неплотный тип 12 может быть использован в качестве рамной конструкции для всей установки. Это решение позволит, с одной стороны, использовать штатные грузозахватные приспособления и краны для перемещения ТУУзО в сборе на место эксплуатации – в БВ, с другой стороны, перегрузочную машину для перемещения кассет в ТУУзО. В этом случае перегрузочная машина может работать с использованием стандартной системы координат. Вместе с тем при базировании установки на чехле необходимо разработать компоновку оборудования, обеспечивающую, как минимум: наличие постоянной циркуляции среды через очищаемую РК (ТВС) во всех режимах, в том числе и режиме естественной циркуляции при аварийном отключении насоса. Кипение среды не допускается; габаритные размеры и балансировку, позволяющие ее размещать в универсальном гнезде контейнерного отсека бассейна выдержки энергоблоков №3, 4 НВАЭС, заполненных водой, и на узле дезактивации РО 3,4 блоков; исключение попадания в среду КО БВ посторонних предметов, эксплуатационных смазок и.т.д.;компактное расположение и надежное крепление токоведущих частей, исключающих их повреждение при транспортировке МТУУзО; проведение наружной и внутренней дезактивации всех элементов установки, взаимодействующих в процессе эксплуатации с рабочей средой; пожаро и взрывобезопасность.

В результате проработки исходных данных и заложенных требований автором с участием соавторов предложена конструкция ТУУзО изображенная на рисунках 6; 7; 8. ТУУзО состоит из следующих основных элементов:

Класс безопасности по НП-001-97: ультразвуковой модуль остальное оборудование 3Н4 Категория сейсмостойкости по НП-031-01: ультразвуковой модуль остальное оборудование II III Количество рабочих кассет или 1 тепловыделяющих сборок, очищаемых в установке, шт. Диапазон частот ультразвуковых излучателей, кГц 18-н44 Диапазон установленной суммарной мощности генераторов ультразвуковых излучателей, кВт 15 -30

Техническая установка ультразвуковой очистки представляет собой агрегат состоящий из взаимосвязанного между собой оборудования, соединенного трубопроводами (шлангами) для транспортировки среды от одного оборудования к другому. Управление установкой осуществляется со шкафов управления, а так же с поста подачи сжатого воздуха на пневмооборудование. Модуль ультразвуковой, является основным элементом установки, предназначенным для снятия загрязнений с РК (ТВС). Ультразвуковое поле, создаваемое в объеме модуля, вызывает в теплоносителе, проходящим через пучок кассеты, образование кавитационных пузырьков посредством схлопывания которых и механического кавитационного воздействия происходит очистка пучка твэлов кассеты. Ультразвуковой модуль (см. рисунок 8) состоит из камеры загрузки и корпуса. Корпус представляет собой трубу 216 х 6 мм с приваренным внизу оголовком, служащим по внутренней поверхности посадочным гнездом для РК (ТВС), а по наружной опорной поверхностью для посадки в гнездо, приваренное к нижней решетке чехла тип 12. Для поддержания потока жидкости внутри РК (ТВС) в трубе корпуса модуля закреплена шайба шестигранная, которая перекрывает основной поток моющей жидкости с внешней стороны объекта. Так же шайба ориентирует РК (ТВС) в необходимое положение при установке в корпус модуля, для удобства работы перегрузочной машины. Под размещение корпуса в верхнем стеллаже чехла выполнено соответствующее отверстие. К оголовку приварен выходной патрубок соосно. В верхней части перпендикулярно к трубе приварен входной патрубок. На наружной стенке трубы установлены ультразвуковые излучатели закрытые обечайкой с загерметезированными отверстиями выхода кабелей. На приемном отверстии корпуса посредством фланцевого соединения установлена камера загрузки РК (ТВС) с откидной крышкой. Привод крышки пневматический, управляемый с организованного поста пневмооборудования. Пневмооборудование - состоит из силового пневмоцилиндра одностороннего действия, установленного на кронштейне, закрепленном на боковой стенке камеры загрузки, гибких шлангов, соединяющих пневмоцилиндр с блоком управления и блока управления, закрепленного на стойке. На корпусе модуля ультразвукового выполнены замеры температуры и давления на входе и выходе среды. Поток моющего теплоносителя через кассету движется сверху вниз. Для создания циркуляции среды в установке применен насосный агрегат, который сконструирован по принципу водоструйного эжектора, где силовая вода вовлекает рабочую среду и общим расходом сбрасывается через выходной патрубок. Силовая вода движется снизу вверх по 4-м периферийным трубам, а рабочая среда через центральную трубу. В верхней части насоса выполнен кольцевой коллектор в котором силовая вода, за счет сил трения, всасывает рабочую среду и через напорный патрубок подает на фильтрующую установку. Насос имеет поперечное сечение, подходящее по размеру «под ключ» в ячейки стеллажей чехла неплотного тип 12. Технические характеристики насосного агрегата указаны в таблице 6. При выборе конструкции насоса, как и всей установки, автор закладывал принцип обеспечения сохранения ЕЦ при аварийном останове любого активного элемента конструкции и/или разрушении пассивного. Выбор направления среды через кассету сверху вниз связан с тем, что максимальное количество отложений выявлялось [27-31] в нижней части кассет

Расчетное обоснование безопасности съема остаточных тепловыделений

Контроль герметичности оболочек всех 349 кассет, участвовавших в 35-й компании, выявил 23 негерметичные кассеты, две из которых превысили установленный в ТУ на комплекс кассет критерий отказа по величине удельной активности радионуклида I131 в пробе КГО (1 10" 4 Ки/кг). Из них 11 кассет были подвергнуты УЗО и 12 - нет. Среди разгерметизировавшихся кассет большую часть составляют кассеты с длительными сроками эксплуатации - 5 и 6 кампаний, среди которых доля негерметичных кассет как подвергнутых УЗО, так и не подвергавшихся УЗО, составляет примерно одну четверть, то есть нет оснований предполагать влияние УЗО на разгерметизацию кассет. В то же время, малая величина уменьшения ш для РК, подвергнутых УЗО, очевидно связана с недостаточной эффективностью очистки на ТУУзО. Тем не менее, в данной кампании, первый раз за многие годы, было достигнуто соответствие характеристик АЗ расчетному распределению подогрева. На рисунке 32 представлены графики изменения тепловой мощности реактора, перепада давления на активной зоне и активности изотопов 131I и 138Cs в теплоносителе 1 контура при эксплуатации 35-ой топливной компании с 13.03.09 по 24.03.09 (верхний график) и с 05.04.09 по 16.04.09 (нижний график). Рисунок 32. Графики изменения тепловой мощности Nтепл реактора, перепада давления P на активной зоне и активности изотопов 131I и 138Cs в теплоносителе при эксплуатации 35-ой компании. ВХР теплоносителя 1-го контура соответствовал требованиям стандарта организации [40]. В дополнении к очистке топливных кассет был выполнен ряд работ, направленных на снижение концентрации продуктов коррозии в 1-м контуре: очистка 1 контура, БВ, баков аварийного запаса борной кислоты с использованием специальной фильтрующей установки с доведением прозрачности воды до уровня 100%; внедрение низко-аммиачного стояночного ВХР 1 контура; использование в фильтрах установки СВО-1 моносферических ионообменных смол.

В 35-ю компанию содержание продуктов коррозии в теплоносителе 1 контура было невелико: массовая концентрация железа была ниже контрольного уровня 0,1 мг/дм3 за исключением разового повышения до 0,26 мг/дм3 06.04.2009 при выводе реактора на мощность. Содержание растворенного кислорода, водорода, хлорид-иона и фторид-иона, важных при рассмотрении причин разгерметизации твэлов, находилось в пределах допустимых значений.

Представленные результаты промышленной очистки свидетельствовали о возможности применения технической установки ультразвуковой очистки для очистки кассет от отложений, а также необходимости ее модернизации целью повышения эффективности УЗО. В целом по результатам как опытной, так и промышленной очистки определены основные проблемные области, требующие улучшения: увеличение эффективности и равномерности снятия отложений по всей поверхности РК (ТВС); повышение надежности работы приборов теплотехнического контроля, самодиагностики и индикации работы установки; повышение уровня автоматизации, надежной регистрации и сохранения показаний технологических параметров приборами ТТК; повышение технологичности, удобства эксплуатации, технического обслуживания и ремонта установки.

На основании данных выводов автором с соавторами были выработаны следующие направления модернизации технологии.

1. Увеличить мощность ультразвуковых излучателей и изменить конструкцию ультразвукового модуля, позволяющую усилить воздействие на объект очистки и повысить равномерность его распределения.

2. Выполнить более современную и удобную автоматизацию процесса с возможностью фиксации параметров и самодиагностики.

3. Подвергнуть конструктивным изменениям фильтрующий модуль установки с целью увеличения времени работы и удобства обслуживания.

4. Усовершенствовать парк инструментов для обслуживания установки в процессе ее эксплуатации и ремонта.

В процессе модернизации для модуля ультразвукового, была изменена геометрия и применен более тонкий металл корпуса. Изменили тип, мощность, метод крепления и расположение ультразвуковых излучателей. Это позволило максимально увеличить силу, равномерность и эффективность передачи механического воздействия от модуля к среде и объекту очистки. Для улучшения фильтрации омывающей среды, удобства замены фильтроэлементов и увеличения их ресурса применили магнитные системы с тремя сменными фильтрами. В нижней части станины фильтрующего модуля был образован раздаточный коллектор, который принимал среду от насоса и распределял потоки на каждый из трех картриджей. Удобство замены фильтров было достигнуто применением байонетного захвата и специального стакана для центровки инструмента с помощью которого извлекались фильтры. Для удаления сработанных фильтров из фильтрующего модуля (или фильтрующих модулей в сборе) и транспортирования их в стеллажи (либо в контейнер для утилизации) были разработаны и внедрены специальные механические захваты. Для организации управления и контроля работы ТУУзО реализованы функции САУ:

Исследование кассет после опытной очистки

Представленные результаты промышленной очистки свидетельствовали о возможности применения технической установки ультразвуковой очистки для очистки кассет от отложений, а также необходимости ее модернизации целью повышения эффективности УЗО. В целом по результатам как опытной, так и промышленной очистки определены основные проблемные области, требующие улучшения: увеличение эффективности и равномерности снятия отложений по всей поверхности РК (ТВС); повышение надежности работы приборов теплотехнического контроля, самодиагностики и индикации работы установки; повышение уровня автоматизации, надежной регистрации и сохранения показаний технологических параметров приборами ТТК; повышение технологичности, удобства эксплуатации, технического обслуживания и ремонта установки.

На основании данных выводов автором с соавторами были выработаны следующие направления модернизации технологии. 1. Увеличить мощность ультразвуковых излучателей и изменить конструкцию ультразвукового модуля, позволяющую усилить воздействие на объект очистки и повысить равномерность его распределения. 2. Выполнить более современную и удобную автоматизацию процесса с возможностью фиксации параметров и самодиагностики. 3. Подвергнуть конструктивным изменениям фильтрующий модуль установки с целью увеличения времени работы и удобства обслуживания. 4. Усовершенствовать парк инструментов для обслуживания установки в процессе ее эксплуатации и ремонта.

В процессе модернизации для модуля ультразвукового, была изменена геометрия и применен более тонкий металл корпуса. Изменили тип, мощность, метод крепления и расположение ультразвуковых излучателей. Это позволило максимально увеличить силу, равномерность и эффективность передачи механического воздействия от модуля к среде и объекту очистки. Для улучшения фильтрации омывающей среды, удобства замены фильтроэлементов и увеличения их ресурса применили магнитные системы с тремя сменными фильтрами. В нижней части станины фильтрующего модуля был образован раздаточный коллектор, который принимал среду от насоса и распределял потоки на каждый из трех картриджей. Удобство замены фильтров было достигнуто применением байонетного захвата и специального стакана для центровки инструмента с помощью которого извлекались фильтры. Для удаления сработанных фильтров из фильтрующего модуля (или фильтрующих модулей в сборе) и транспортирования их в стеллажи (либо в контейнер для утилизации) были разработаны и внедрены специальные механические захваты. Для организации управления и контроля работы ТУУзО реализованы функции САУ: формирование аварийно-предупредительной сигнализации при отклонении параметров от заданных и при обнаружении неисправностей оборудования; обеспечение защит и блокировок при повышении температуры и давления в корпусе модуля ультразвукового, при перерыве электропитания, при повышении давления на напоре насоса, при неисправности оборудования; обеспечение поддержания частоты вращения насоса при изменении параметров; обеспечение возможности самодиагностирования; формирование и хранение архива информации.

В состав контролируемых параметров установки вошли: температура и давление среды на входе и выходе ультразвукового модуля; давление среды на выходе насоса; расход среды; мощность дозы среды в трубопроводах; мощность дозы от фильтрующего модуля. Полученные эмпирическим путем рабочие параметры, при проведении опытной очистки, позволили установить критерии и значения, свидетельствующие об эффективности и безопасности протекания процесса.

В процессе проведения модернизации установка ультразвуковой очистки подвергалась тем-же этапам разработки и испытаниям, которые были характерны для ТУУзО. Конструктивные особенности установки после модернизации по казаны на рисунках 33;34;35. Основные сборочные еденицы перечислены в таблице 8.

После модернизации ТУУзО, в 2012г. все кассеты активной зоны реактора энергоблока №3 были подвергнуты очистке. Одна ОТВС исследовалась автором с соавторами, а результаты сравнивались с РК (ТВС) очищенной ранее, до модернизации установки. Основное внимание было уделено оценке качества очистки до и после модернизации. Анализ полученных результатов показал значительное улучшение эффективности очистки без ущерба конструктивной целостности кассеты. В частности, до модернизации на поверхности чехла ТВС присутствовал лёгкий налёт отложений, который частично удалялся протиркой. Из-за этого налёта поверхность ТВС не давала бликов от лампы освещения и наблюдалось лишь освещённое пятно. После очистки на модернизированной ТУУзО налёт отложений отсутствовал. Поверхность ТВС имела характерный металлический блеск (см. рисунок 36) с бликами от лампы освещения. Рельеф сварных швов на чехловой трубе, царапины и потёртости, образовавшиеся при транспортных операциях за 7 перегрузок, отчётливо видны. (А-верх; Б-середина; В-низ). Рисунок 37. Внешний вид твэлов переферийного ряда. Аналогичные улучшения эффективности снятия отложений наблюдались и на конструктивных элементах твэлов и ДР. Периферийные твэлы очищенной ТВС на всех гранях пучка имеют практически одинаковый вид. На рисунке 37 представлен внешний вид периферийных твэлов. Поверхность твэлов в промежутках между решётками имеет характерный металлический блеск тонкой плотной оксидной плёнки, налёта отложений практически нет.

В сравнении с ультразвуковой очисткой ТВС в ТУУзО до её модернизации были наиболее очищены от налёта отложений твэлы на 1-ом промежутке. На твэлах в 4-ом промежутке наблюдались следы воздействия ультразвуковой очистки, а вверху пучка следов очистки вовсе не было заметно. На ДР (см. рисунок 38) улучшение эффективности снятия отложений, также была очевидна.

Вид ДР ( А - 2-ая ДР, Б - 3-я ДР). По результатам исследований был сделан однозначный вывод о достижении поставленных целей модернизации ТУУзО, а так-же подтверждено улучшение удобства эксплуатации. После проведенных усовершенствований, очистка РК (ТВС) стала менее продолжительной, повышена технологичность и удобство в эксплуатации, персонал получил надежный инструментарий для ведения технологического процесса. Проведенная модернизация позволила Нововоронежской АЭС осуществить стопроцентную очистку топливных кассет на энергоблоках №3 и №4 при проведении штатной перегрузки топлива в АЗ в запланированные графиками сроки. 5.5 Анализ эксплуатационных характеристик активной зоны после очистки топливных кассет на модернизированной установке

Сравнительный анализ работы АЗ энергоблока №3 в 38-й топливной компании, с использованием очищенного топлива на модернизированной установке, и 35-ой, с очищенными кассетами на установке до модернизации, показали улучшение характеристик АЗ после модернизации ТУУзО. На рисунке 39 видны более низкие значения перепада давления на реакторе для 38-й ТК за исключением «скачка» в первые календарные сутки. Который был связан со смывом отложений из теплообменных труб ПГ.

Рисунок 39. Сравнительные характеристики параметров АЗ. Вместе с положительным результатом видно, что величины перепада давления для графика 37-й ТК находятся несколько ниже чем для 38-й, но в завершающей фазе компании показания кривой резко повышаются. Причина прежняя (см. главу 1) – наличие отложений на ТОТ ПГ и массоперенос продуктов отложений из ПГ в АЗ.