Файл: Сидоренко, В. А. Вопросы безопасной работы ВВЭР к 10-й годовщине пуска первого блока Нововоронежской атомной электростанции.pdf

208

диктуемые конструкцией реактора. Одно из ограничений связано с допустимыми усилиями на корзину активной зоны и прижимные уст­ ройства; другое ограничение, более жесткое, характерно для реакторов ВВЭР с подвижными компенсационными кассетами и опре­ деляется тем, что псдъемкая сила, действущая на кассету не должна превышать ее веса даже в случае ее расцепления с приво­ дом и в самых неблагоприятных гидравлических условиях, т.е. на холодной воде, чтобы были исключены неконтролируемые перемеще­ ния кассет регулирования вверх и всегда было обеспечено надеж­ ное опускание их в аварийных режимах. В связи с этим на каждом реакторе в процессе пуско-наладочных работ проводится проверка усилии всплытия компенсационных кассет и устанавливаются в слу­ чае необходимости предельные условия эксплуатации.

Этот фактор имеет значение не только для выбора предель­ ных условии дросселирования активной зоны, нс и для определе­ ния предельного значения общего расхода. Так, например, в реак­ торе 2-го блока НВ АЭС в связи с пониженным, по сравнению с проектным, фактическим сопротивлением циркуляционного контура производительность циркуляционных насосов оказалась существен­ но выше проектной, в результате чего 7 насосов(кз 8 смонтиро­ ванных) обеспечивали проектное значение общего расхода

(49500 м3/час при проектном 48000 м^/час). Включение восьмого насоса было признано недопустимым из-за возможного превышения допустимых значений перепада давления на активной зоне, и он ciiMi выведен в резерв.

Знание гидравлических характеристик циркуляционного кокту-

и кассет активной зоны позволяет определить для конкретных ьежкыоь уменьшения расхода теплоносителя предельные мощности

209

рабочих кассет, при которых реализуются условия кризиса тепло­ обмена. На этом этапе решающее значение имеет достоверность экспериментальных данных по кризису.

На рис. 2.3-9 и 2.3-10 на примере реактора ВВЭР-3 показан разброс в величине предсказываемой предельной мощности, получа­ вши при использовании различных рекомендаций по кризису тепло­ обмена. Для уменьшения расчетных запасов на неточность и кепред-

ставителыюсть экспериментальных данных необходимо, как указы­ валось уже в предыдущих разделах, максимально приближать услов-

вия эксперимента к реальным рабочим условиям. Среди рекомендаций ,

использованных для реактора ВВЭР-3, рекомендации ИАЭ им. К.В.Кур­ чатова Шсмачкин В.С.) базировались на экспериментах, использо­ вавших тепловыделяющие пучки,наиболее близко моделирующие кон­ струкцию кассеты ВВЭР, и в то же время они дали наиболее низкие значения допустимых мощностей. Поэтому они были использованы в определении рабочих режимов реактора. Разработка новых рекомен­ даций должна быть связана прежде всего с дальнейшим приближени­ ем условий эксперимента к эксплуатационным условиям.

Из рассмотрения характера поля тепловыделения в кассете ВВЭР, проведенного в предыдущем разделе, следует,что значитель­ ный резерв улучшения проектных показателей реакторов лежит в уточнении услови!': гидродинамики и теплообмена в пучке стержней с существенно неоднородны!.', тепловыделением. Из-за отсутствия надежных данных по этому вопросу в настоящее время при разра-

оотке ВВЭР используется консервативный подход, предполагающий полную автономность отдельных струй теплоносителя в пучке твэл.

Гидравлическая характеристика каждой кассеты ориентирована на условия в ее наиболее горячей струе (т.с. характеристика горячей

15

Рис.2.3-9. Кризисные условия теплоотдачи в кассете В-ЗМ по данным Смолина (I) , Biasl (2), ToHraW-3(3),

Субботина (4), Дорощука (5), Бертолетти (6). фирмы "Вестиигауз'1 (7), Осмачкина (8).

- распределение расхода по центральным кассетам в зависимости от мощности кассет и расхода в

реакторе (25,5и,75,100% - расход в реакторе в % от номинального; цифры - 0,06-tu,SO - весовое паросодержание на выходе из кассет).

Мощность кассет, Мвт.

Рис.2.3-10. Предельные мощности центральных кассет в реакторе ВВЭР-3 в зависи­ мости от расхода в реакторе

212

струи отождествляется с характеристикой всей кассеты). В неко­ торых случаях это дает чрезмерный запас, ликвидация которого оправдывает форсирование необходимых исследований. Параллель­ ный путь решения той же проблемы - разработка и исследование экономных средств перемешивания и турбулизации потока в пучке.

Самостоятельное значение имеет разработка средств искусственного затягивания условий реализации кризиса теплообмена(разрушение паро­ вой пленки и т.п.).Желательно,чтобы эти средства и устройства совмещались конструктивно с дистанционирующими устройствами пучка,

В большинстве случаев реальный процесс, определяющий пре­ дельные условия эксплуатации установки, является существенно нестационарным и характеризуется большими скоростями изменения расхода теплоносителя и тепловыделения, в то же время подавляю­ щая часть исследований до последнего времени проводилась в ста­ ционарных или почти стационарных условиях. Некоторые исследова­ ния последних лет указывают на то, что нестационарность процес­ са затягивает условия реализации кризиса, и позтоцу ориентиров­ ка на стационарные условия обеспечивает дополнительный запас на­ дежности охлаждения. Подобные исследования должны быть продол­ жены, поскольку они преследуют ту же цель - приближение к реаль­ ным эксплуатационным условиям. Получение достаточно надежных рекомендаций, оазируицихся на обширном экспериментальном материа­ ле, даст еще одну возможность форсирования тепловых параметров реакторов.

Завершающим этапом охлаждения активной зоны реактора при его остановке является охлаждение в условиях естественной цирку­ ляции теплоносителя в контуре. Как было отмечено выше, в уставов-

213

ках первого поколения предусмотрено охлаждение активной зоны на завершающем этапе процесса за счет работы насосов на второй скорости (25$ от номинальной). Исследования, проведенные при

пуске 1-го блока НВ А Х , показали, что циркуляционный контур

ВВЭР обеспечивает надежную естественную циркуляцию теплоноси­ теля при подогревах теплоносителя в активной зоне в пределах номинальных значений. Это обстоятельство было положено в осно­ ву построения схем расхолаживания реактора в последующих про­

ектах.Условием ликвидации второй скорости насоса и ориентиров­

ки только на охлаждение естественнойциркуляцией является обес­

печение достаточно продолжительной работы главных циркуляцион­ ных насосов за счет основных источников питания(генераторы собст­

венных нужд в режиме выбега) или за счет своей инерции (насо­

сы с повышенным моментом инерции), чтобы было гарантировано

беспереоойное охлаждение активной зоны вплоть до такого

снижения мощности, которое соответствует уровню естественной циркуляции. Это условие выполнено в установках ВВЭР-440 и в

проекте ВВЭР-1000.

На рис. 2.3-II показаны изменения оборотов турбогенера­

тора и расхода теплоносителя через реактор в процессе электро­ механического выбега в двух экспериментальных режимах, сущест­ венных среди других при пуско-наладочных испытаниях 3-го блока НВ А Х . В первом режиме обесточение А Х сопровождается потерей двух ГЦН и выбегом четырех, подключенных попарно к двум генера­ торам собственных нужд; во втором режиме имитируется обесточе­ ние А Х с потерей четырех насосов, питающихся от резервного трансформатора, и выбегом двух насосов, подключенных к генера­ тору собственных нужд S I. Длительность выбега составляет 180сек.

1,0

0,5

g

Рис.2.3-11. Изменение оборотов турб'огенератов и изменения расхода реакторев режиме механического выбега турбогенераторов совместно с ГЦН 1,2,4,5 (кривая I)

и ГЦЦ 4,5 (кривая 2).

(Номинальные обороты ТГ-ЗООО об/мин. Номинальный расход в реакторе - 48000 и3/час.)

2 1 5

Проверка режима естественной циркуляции на блоках ВВЭР-440

подтверждает ее проектное значение - 4$ номинального расхода при

проектном перепаде температур на реакторе около 30°С.

На рис. 2.3-12 показан один из режимов естественной цир­ куляции, осуществленный на 3-м блоке НВ АЭС. Максимальная ве­ личина тепловой мощности , отводимой из реактора в режиме естест­

венной циркуляции по шести петлям и подогреве на реакторе 40°С,

составила 6,5$ от номинальной.

В таблице 2.3-2 приведены значения расходов и мощностей естественной циркуляции в ВВЭР-440 с различным числом подключен­

ных петель при ограничении величины среднего подогрева воды зна­ чением 25°С.

Интересно отметить, что в условиях естественной циркуляции с мощностью 6,5$ турбогенератор $ 10 был включен в сеть и рабо­ тал с нагрузкой 10 М е т . Осуществление такого режима позволяет произвести безопасный разворот станции "с нуля" без обеспечения питания Щ Н от внешнего источника и может расширить маневренные возможности А Х с ВВЭР.

217

2.4. ПРОБЛЕМЫ ПОТЕРИ Т И Ш О Ш С И Т Ж Я

Возможная потеря первичного теплоносителя связана с нару­ шением герметичности оборудования, потерей прочности и разрыва­ ми трубопроводов и других элементов контура высокого давления.

Проблемы потери теплоносителя начинаются превде всего с проблем обеспечения прочности контура. Пути решения этой стороны вопро­ са обсуждаются в разделе 1.5.

Если нарушение герметичности контура произошло, находящий­ ся под высоким давлением теплоноситель истекает в помещения стан­ ции, и давление в первом контуре падает. В том случае, когда предусмотренные проектом средства подпитки контура не приоста­ навливают падения давления, по достижении давления насыщения,

соответствующего температуре на выходе из реактора, происходит вскипание теплоносителя, и скорость падения давления несколько уменьшается. Вскипание увеличивает сопротивление циркуляции теплоносителя, а при дальнейшем снижении давления и закипании воды в "холодной" части контура циркуляция будет сорвана.

Входе дальнейшего развития процесса в зависимости от места

иразмера течи контур может полностью опорожниться, либо в нем сохранится какое-то количество воды. Характер опорожнения кон­

тура сильно зависит от размера течи и от возможного уноса воды потоками пара. При очень больших разрывах (масштаба максимально­ го трубопровода)количество остающейся воды много меньше того,

что определяется условиями термодинамического равновесия (60-65%)

и может составлять 5-15% от первоначального объема. Рис. 2.4-1

иллюстрируют падение давления и скорость вытекания теплоносите­ ля при течах разного масштаба.

Расход теплоносителя ( ю 3кг/сек)

Расход (кг/сек)

Рис.2.4-1. Изменение давления в первом контуре и расход теплоносителя из контура при разрыве трубопро­ воде в роаяторе ВВЭР-440.