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

230

Немаловажное значение имеет нейтрализация разрывов во вто­

ром контуре установки. Основная опасность здесь связана с рез­ ким увеличением отвода тепла из первого контура, приводящим к глубокому и быстрому его охлаждению. Большая скорость охлажде­ ния может привести к повреждению наиболее крупное и толстостен­ ное оборудование - корпус реактора, корпуса парогенераторов и

насосов.

Дополнительным следствием этой аварии может быть трудность заглушения реактора (быстрого уменьшения его мощности до нуля)

при задержке ввода в контур борного раствора повышенной концент­ рации. Возможность реализации рассматриваемого процесса предъяв­ ляет повышенные требования к надежности и быстродействию системы

ввода бора.

На рис. 2.4-7 показано иаленение основных параметров

установки ВВЭР-1000 при разрыве главного паропровода. Рис. 2.4-8

иллюстрирует влияние быстродействия и производительности системы ввода бора на изменение тепловой мощности реактора. Для предотвра­ щения опасных последствий предусматривается установка на паропро­ водах быстродействующих отсечных клапанов.

Проолемы предотвращения разрывов оборудования и аварийного

охлаждения активной зоны дополняются проблемами, связанными с

созданием средств локализации последствий возможной аварии в пре­ делах станционных сооружений.

Из теплогидравлических проблем наиболее важной является проблема оптимального построения средств конденсации и охлажде­ ния вытекащего из реакторной установки теплоносителя. В разде­ ле 1.5 обсуждаются различные конструктивные и строительные схемы помещений первого контура АЭС, каждая их которых может оыть оо

Мощность реактора (относительно номинальной)

Рис.2.4-8. Изменение тепловой мощности реактора ВВЭР-1000 при разрыве главного парового коллектора.

1.- Срабатывание АЗ - 1-го рода.

3.- Сраоатывание АЗ - 1-го рода и введение в I-ый контур с 20-ой секунды борной кислоты (30 г/кг) с производительностью 540 т/час.

233

легчена и удешевлена при улучшении эффективности конденсации образующегося в процессе истечения пара. Основная конечная цель-

уменьшение максимального давления, возникающего в аварийном про­ цессе в помещениях.

Наиболее важная радиохимическая проблема - разработка эф­ фективных средств удержания наиболее токсичных радиоактивных ве­ ществ в пределах помещений первого контура за счет сорбции, пе­ ревода в жидкую фазу и т.п., чтобы облегчить решение воцросов герметизации помещений и максимальным образом понизить опасность выхода газов за пределы АЭС. Для оптимального построения средств удержания активности необходимо продолжать изучение процессов выхода радиоактивных веществ из активной зоны при ее повреждении,

В плане дальнейшего снижения потенциальной опасности АЭС должны изучаться и разрабатываться средства отвода тепла от рас­ плавившейся активной зоны.

234

2.5.МРОДИНАМИКА ПЕРВОГО КОНТУРА

Стержневым вопросом и основой работоспособности реакторов

ВВЭР является правильная организация потока теплоносителя в первом контура.

Оптимальными и характерными дом ВВЭР являются большие рас­

ходы теплоносителя, характерным достоинством является компакт­ ный циркуляционный контур и, как следствие всего этого, харак­ терными являются большие скорости воды, как можно более прибли­ женные к максимальным допустимым.

Скорости в главных циркуляционных трубопроводах составляют:

вВВЭР-440-от 10 до 12,5 м/сек

вВВЭР-1000- около 10 м/сек

причем большие значения скорости соответствуют условиям работы с малым числом циркуляционных петель.

Большие потоки воды, движущиеся с большой скоростью, об­ уславливают значительные усилия со стороны теплоносителя на все узлы оборудования, находящиеся в циркуляционном контуре, - это первый фактор рассматриваемой проблемы.

Потоки теплоносителя в циркуляционном контуре ВВЭР в про­ цессе эксплуатации не регулируются, гидравлическая характеристи­ ка различных элементов контура не перестраивается при изменении режимов эксплуатации, распределение расхода теплоносителя по ак­ тивной зоне является универсальным для различного числа работаю­ щих петель. Запущенная в эксплуатацию реакторная установка сохра­ няет свои гидравлические особенности в течение всего времени ра­ боты. При всс:-простоте принциииальной гидравлической схемы кон­

2 3 5

тура он исключает оперативную настройку своих гидравлических характеристик. Отсвда вытекает важность и ответственность пред-

експлуатациояной оптимальной организации потока как в части обес­ печения раоотоспособности всего оборудования, находящегося в по­ токе, так и в части обеспечения надежного охлаждения активной зоны. Однозначность и нерегулируемость гидродинамических усло­ вий эксплуатации - второй фактор рассматриваемой проблемы.

Болнпой опыт по гидродинамике первого контура ВВЭР дал пер­ вый блок НВАЭС. Наибольшую практическую остроту приобрели два явления, по своей основе независимые друт от друга, но оказыва­ ющие взаимное влияние в развитии процессов: вибрация оборудова­ ния и пульсации давления теплоносителя.

Решение проблемы вибрации идет по двум путям: улучшение конструкции и успокоение потока, причем определяющим является именно первый путь.

Обеспечение вибростойкости конструкции при проектировании ВВЭР прежде всего проявилось в разработке кассет активной зоны.

Были подвергнуты длительным испытаниям в натурных гидродинами­ ческих условиях различные конструктивные варианты дистанциониро-

вания тепловыделяющих элементов в пучке, закреплена» пучка в кас­ сете, конструктивного оформления входа в кассету, из которых были выбраны наиболее надежные, обеспечивающие прочность всех элемен­ тов конструкции, отсутствие истирания оболочек твэл в течение все­ го срока эксплуатации и исключающие их сближение в пучке, опас­ ное возможным ухудшением теплоотвода. Наиболее важным фактором виб­ ростойкости пучка твэл оказалось расстояние между двумя сосед­ ними ярусами дистанциониругацих решеток. В кассете ВВЭР-I было установлено 9 ярусов дистанционирунцих решеток, исходя из макси­ мального расстояния между ними 25 см. Расстояние между точками

236

закрепления твэл в пучке около 25 см сохранено в кассетах всех ВВЭР.

Обкатка первого контура в натурных гидродинамических условиях

последовательно выявила целый ряд слабых мест е конструкции и за­ креплении оборудования.

После выявления сильных вибрационных явлений в реакторе, приво­

дящих к разрушениям отдельных элементов оборудования,были пересмот­ рены условия закрепления и обтекания всех внутрикорпусных устройств,

В результате было усилено закрепление чехловых труб термометров со­ противления, измеряющих температуру воды на выходе кассет и располо­ женных в верхнем объеме реактора; была удалена система контроля герметичности оболочек твэл на действующем реакторе, именная боль­ шое количество мелких трубок, закрепленных на конструкциях верхнего блока (крышки) реактора, было улучшено закрепление дренажной трубы

реактора; было улучшено закрепление дроссельных шайб на входе в ра­

бочие кассеты, которые вывинчивались из своих гнезд под действием потока; было пересмотрено закрепление всех резьбовых и болтовых соединений как на внутрикорпусных устройствах, так и в очень боль­ шом объеме, на приводах СУЗ; была улучшена конструкция пружинных элементов нажимного цилиндра корзины реактора и прижимов кассет.

В первоначальной конструкции, как и во всех последующих, для уменьшения воздействия потока теплоносителя на приводы СУЗ послед­ ние помещаются в защитные чехлы, закрепленные на верхнем блоке ре­ актора. В ходе реконструкции внутрикорпусных устройств после пер­ вого этапа обкатки ВВЭР-I были предприняты меры по выравниванию по­ тока воды в верхнем объеме и уменьшению поперечных скоростей, для чего была изменена перфорация стенок нажимного цилиндра, дроссели­ рующего поток перед входом в горячие нитки петель,

шбрация всех остальных элементов была проверена тензометри-

рованием на последующих этапах обкатки и была признана приемлемой.

Тем не менее конструкция и закрепление одного из элементов теплового экрана оказались неудовлетворительными для гидродина­ мических условий его эксплуатации. В декабре 1969 года (через

5 лет эксплуатации) был обнаружен обрыв экрана.

В'процессе ликвидации последствий этого повреждения была пересмотрена конструкция внутрикорпусных устройств ВВЭР-I, теп­ ловой экран был удален.

На основании полученного опыта были внесены усовершенство­ вания в конструкции внутрикорпусных устройств последующих реак­ торов. Радикальным образом пересмотрена конструкция и способ за­ крепления теплового экрана; ниже днища корзины располагается прочная решетка, предотвращающая попадание крупных предметов на вход активной зоны и способствующая в некоторой мере выравнива­ нию распределения потока. Каждая новая конструкция внутрикорпус­ ных устройств или изменение способов их закрепления в корпусе ре­ актора проходит проверку на вибростойкость путем осуществления довольно обширной программы тензометрирования в ходе предпуско­ вой обкатки оборудования в натурных условиях. Осуществляется пе­ риодический контроль состояния оборудования при остановках реак­ тора. Значительно увеличен объем вибрационных испытаний отдель­ ных узлов оборудования на стендах в процессе разработки их кон­ струкций, в частности, было внедрено натурное испытание всего ка­ нала управления-привода вместе с натурной кассетой.

Другое явление, зафиксированное на первом блоке НВ АЭС,-

пульсации давлений теплоносителя. На последующих установках пуль­ сации несколько уменьшились, но практически сохранились, поскольг-

ку цроточная часть первого контура на новых действующих блоках пока еще не претерпела радикального изменения.

238

Исследования, проведенные при пуско-наладонных работах перво­

го олока НВАЭС, указывают на то, что частотные характеристики пуль­ саций давления соответствуют собственным частотам контура, т.е.

контур избирательно усиливает колебания давления в теплоносителе,

возникающие в местах повышенной нестабильности потока, .Источника­ ми таких колебаний давления являются в первую очередь участки рез­

ких изменений проходного сечения и поворотов потока (например,

коллектор парогенератора, корпус задвкяки, вход, выход и повороты в реакторе). Типичные осциллограммы пульсаций давления приведены на рис. 2.5-1. Ь последнее время были предприняты попытки выявить наиболее существенные источники возмущения потока в контуре и най­ ти удобные конструктивные меры уменьшения таких возмущений. Резуль­ таты исследований на испытательном стенде указывают на то, что при замене задвижки на выравнивающую решетку происходит резкое сниже­ ние пульсаций давления по всему контуру (в 4-5 раз), в то же вре­ мя значительные ухудшения гидравлической части Г Щ (вплоть до уда­ ления одной рабочей лопатки) не изменили заметно пульсадненную картину в контуре.

Пульсации давления не являются непосредственным определяющим фактором возникновения вибраций оборудования в циркуляционном кон­ туре, но могут способствовать усилению вибрации отдельных элемен­ тов и моцут влиять на их длительную прочность.

Улучшение проточной частя с целью ликвидации пульсаций давле­ ния наилучшим образом выявляется при помощи крупномасштабных мо­ делей циркуляционного контура.

Важной стороной гидравлических условий работы конструктив­ ных элементов реактора является сохранение в допустимых рамках подъемной силы, создаваемой потоком воды, на что уже было обраще­ но внимание в разделе 2.3. Основным элементом, принципиально огра-

240

ничиваюцим перепад давления на активной зоне реакторов первого и второго поколений, являются подвижные кассеты, исполняющие функ­ ции аварийной защиты реактора при их падении в потоке воды. Как было указано, величина перепада давления не должна препятствовать опусканию компенсационной кассеты даже в случае расцепления кас­ сеты со штангой привода. Второй фактор, ограничивающий перепад давления на активной зоне, -подъемная сила, действующая на всю кор­ зину и на рабочие кассеты и нагружающая прижимные устройства. Раз­ личные варианты конструкции ВВЭР в разной мере чувствительны к увеличению этой силы, но в некоторых случаях цредельное значение перепада ограничивает возможное увеличение общего расхода тепло­ носителя.

Весьма существенной особенностью движения теплоносителя в ре­ акторе ВВЭР, важной при определении температурных условий работы активной зоны, является автономность потоков воды, поступающих в корпус реактора из различных циркуляционных петель. Параллельные потоки, двигающиеся по опускному зазору вдоль корпуса реактора и после поворота поступающие на вход активной зоны, слабо перемеши­ ваются по путж и в значительной мере сохраняют перед входом в кас­ сеты различие температур воды, возникающее на выходе из парогене­ раторов в различных режимах эксплуатации, поток на выходе актив­ ной зоны перемешивается значительно полней, так что на входе в раз­ личные парогенераторы (петли) температура теплонооителя выравнива­ ется.

Эта особенность потока была четко зафиксирована при испыта­ ниях на мощности 1-го блока НВАЭС и затем была подтверждена при испытаниях всех последующих реакторов. Наиболее удобным режимом для получения дятгат о степени автономности отдельных "струй" в

общем потоке теплоносителя является режим поочередного нагружения или поочередного отключения отдельных парогенераторов, подключен­