Материал: Морозов Скхемные решения и принтсипы работы пассивныкх систем 2015 (1)

конденсаторов); вода (время работы СПОТ ограничено временем испарения жидкости).

По варианту отвода тепла от реактора: от первого контура

(расхолаживание ведется с помощью теплообменников, расположенных в корпусе реактора или прямой подачей среды первого контура на теплообменники СПОТ, второй вариант опасен возможностью выхода радиоактивных веществ при разрыве теплообменной трубки); от второго контура реакторной установки (тепло от активной зоны отводится через парогенераторы).

По принципу работы: с использованием процессов естественной циркуляции (движение сред в контуре СПОТ происходит за счет разности плотностей горячей и холодной сред, а также за счет размещения теплообменника СПОТ выше активной зоны); с использованием других принципов (например, использование инжекторов, в которых пар, генерируемый в активной зоне, используется для создания движущего напора).

По месту размещения бассейна с водой (для систем, отдающих те-

пло воде): внутри защитной оболочки (недостаток – использование большого объема под защитной оболочкой (ЗО), преимущество – возможность конденсации пара за счет систем охлаждения контейнмента и его рециркуляция); за пределами защитной оболочки (недостаток – необходимость поддержания положительной температуры воды в баке в зимний период).

По функциям системы: только для использования в аварийных ситуациях (при работе реактора на мощности система находится в состоянии ожидания); для использования при авариях и в режиме нормальной эксплуатации (СПОТ является заменой системы планового расхолаживания при перегрузке топлива).

По способу запуска системы в работу: открытие управляющей арматуры (сигнал на открытие может быть как пассивным, например рост давления, потеря электропитания, так и активным, по команде с БЩУ); по снижению уровня теплоносителя в реакторе (в этом варианте запорная арматура на трубопроводах СПОТ отсутствует, что повышает надежность системы); с использованием теплового клапана (управляющая арматура большого диаметра заменяется на небольшой инициирующий вентиль), применением концепции гидравлических затворов (автоматический залив активной зоны охлаждающей водой при снижении расхода в первом контуре).

46

2.2 Системы пассивного отвода тепла кипящих реакторов

2.2.1 Зарубежные проекты реакторов

2.2.1.1 Кипящие реакторы (BWR)

В ранних проектах кипящих реакторов BWR, разработанных компанией General Electric (США), для отвода остаточного тепловыделения от активной зоны использовалась система отсечных конденсаторов (Isolation Condensers-IC). Отсечные конденсаторы устанавливались практически на всех реакторах первого и второго поколения BWR1-2, построенных в период с 1960 по 1970 гг. (кроме демонстрационных АЭС: KAHL–ФРГ-1961 и JPRD-Япония- 1963). Также они были применены на следующих проектах BWR3,

введенных в эксплуатацию в 1970–1971 гг: Dresden 2, Dresden 3, Millstone 1 (США), Santa Maria de Garona (Испания) и Fukushima I

(Daiichi) (Япония) [39]. На более поздних проектах кипящих реакторов, в связи с ростом единичной мощности блока и необходимости использования больших по размеру теплообменников, система отсечных конденсаторов была заменена на дополнительные впрыскивающие турбонасосы, обеспечивающие подпитку реакторного контура в случае отсечения турбины (Reactor Core Isolation Cooling

System – RCIC) [40].

Отсечной конденсатор представляет собой теплообменник, расположенный выше реактора и помещенный в бак, или бассейн, наполненный водой при атмосферном давлении. Теплообменник с помощью горячей и холодных веток, оснащенных арматурой, соединен с реактором, причем вентиль на горячей ветке открыт при работе реактора на мощности, следовательно, трубопроводы системы заполнены конденсатом. В случае аварийной ситуации, когда нормальная система теплоотвода через конденсатор турбины недоступна, открывается арматура на сливной линии и пар из активной зоны по горячей ветке поступает в теплообменник. Там он конденсируется, отдавая тепло воде в баке, и конденсат за счет силы тяжести стекает обратно в реактор по холодной ветке, организуя, таким образом, контур естественной циркуляции.

Длительность охлаждения активной зоны реактора с помощью данной системы определяется объемом воды в баке – стоке тепла и обычно не превышает 8 ч без дополнительной подпитки. Включение системы производится автоматически по сигналу роста давления в активной зоне или оператором с БЩУ. Основная функция

47

отсечных конденсаторов – ограничение роста давления в реакторе до величины ниже уставки срабатывания предохранительного клапана (Safety Relief Valve – SRV), предотвращая ненужное снижение давления в реакторе и выход радиоактивного теплоносителя 1 контура за пределы корпуса реактора [41].

На рис. 2.1 изображена система отсечных конденсаторов АЭС

Gundremmingen A (ФРГ, BWR1, Nэл=237 МВт, годы работы

1966–1977) [42].

Рис. 2.1. Система отсечных конденсаторов АЭС Gundremmingen A: 1 – реактор, 2 – бассейн залива АЗ, 3 – отсечной конденсатор

48

Всистеме отсечных конденсаторов данной АЭС использовались теплообменники с горизонтальным трубным пучком. Каждый теплообменный модуль состоял из 52 труб длиной 10 м, внутренним диаметром 44,3 мм и толщиной стенки 2,0 мм. Максимальная отво-

димая системой мощность составляла 70 МВт [43]. Объем бака, в котором находились теплообменники, составлял 120 м3. Запаса воды было достаточно на 4 ч испарительного охлаждения активной зоны [44].

ВЯпонии разработано несколько проектов кипящих реакторов,

вкоторых также предусматривается использование отсечных конденсаторов с горизонтальным трубным пучком. К ним можно отне-

сти реактор ABWR-II (Advanced Boiling Water Reactor), разработанный компанией Hitachi [45], и SSMR (Small Simplified Modular Reactor), разработанный компанией Toshiba совместно с Токийским технологическим университетом [46]. К преимуществам использования горизонтальных труб относится возможность снижения высоты бассейна с водой, служащего для стока тепла, и повышение сейсмоустойчивости установки. Данные пассивные системы не только предназначены для преодоления запроектных аварий, но и представляют собой резерв для штатной активной системы отвода остаточных энерговыделений.

2.2.1.2 Реактор ESBWR (США)

В своем последнем проекте реактора ESBWR компания GEH (General Electric-Hitachi Nuclear Energy) вновь использует систему отсечных конденсаторов. Реактор ESBWR является кипящим водяным реактором «Поколения III+», работающим в режиме естественной циркуляции (ЕЦ). Электрическая мощность – 1520 МВт (тепловая – 4500 МВт) [47]. Естественная циркуляция обеспечивает существенное упрощение схемы АЭС за счет отказа от использования рециркуляционных насосов и связанного с ними оборудования. ESBWR был спроектирован с увеличенным расходом теплоносителя и значительно улучшенными характеристиками по сравнению с действующими кипящими реакторами, работающими в режиме ЕЦ. Программа разработки реактора ESBWR была начата в 1993 г. с целью улучшения экономических характеристик более раннего проекта реактора SBWR электрической мощностью 670 МВт [48].

49

Схема системы отсечных конденсаторов реактора ESBWR показана на рис. 2.2 [40].

Система состоит из четырех каналов, максимальная мощность каждого канала 33,75 МВт. В качестве конденсаторов используются вертикальные теплообменники (по два на канал), расположенные в бассейне на отметке выше контейнмента. Длина трубок конденсатора – 1,8 м, внутренний диаметр – 46,6 мм [49].

Система отсечных конденсаторов обеспечивает отвод остаточных энерговыделений от реактора в течение 72 ч, испаряя воду из баков в атмосферу. Система автоматически включается в работу по одному из следующих сигналов: повышение давления в реакторе выше 7,45 МПа (рабочее давление 7,17 МПа), прекращение подачи пара на турбину или снижение уровня воды в корпусе реактора [48].

Рис. 2.2. Система отсечных конденсаторов реактора ESBWR:

1 – реактор, 2 – бассейн залива АЗ, 3 – конденсатор, 4 – бассейн подавления давления

50