Материал: Морозов Скхемные решения и принтсипы работы пассивныкх систем 2015 (1)
что расход воды примерно равен 100 кг/с, общее время заполнения составит около 5 мин.
Образующийся в процессе охлаждения расплава пар выводится через зазор между боковой стенкой устройства растекания и бетонной стеной бокса. Затем он поступает в пространство защитной оболочки и конденсируется за счет работы спринклерных устройств активной системы теплоотвода от защитной оболочки. Вода и образующийся конденсат поступают обратно в бассейн перегрузки.
Необходимо отметить, что в реакторе EPR применена одна из наиболее обоснованных и проработанных концепций внутриреакторной ловушки. В то же время ее конструкция, предусматривающая растекание расплава АЗ по большой площади, значительно удорожила проект и явилась одной из причин задержки строительства головного блока реактора EPR. Несмотря на большую проработанность проекта, необходимо отметить некоторые слабые места концепции. В частности, известно, что последовательность поступления расплава в предловушку, масса, температура и свойства поступающего расплава сильно различаются при реализации различных аварийных сценариев. Поэтому при определенных сценариях и сочетании неблагоприятных условий выпуск расплава в помещение растекания может произойти до окончания накопления расплава. Поскольку сразу после растекания расплава на его поверхность пассивным способом подается вода, препятствующая растеканию последующих порций расплава, они могут накапливаться в предловушке, где не обеспечиваются условия захолаживания и локализации расплава.
Аналогичная по конструкции ловушка расплава используется в реакторе ATMEA1, разработанном компанией ATMEA, совмест-
ным предприятием AREVA NP и Mitsubishi Heavy Industries [194].
Реактор имеет 3-петлевую схему. Тепловая мощность реакторной установки – 3150 МВт, электрическая – 1150 МВт.
3.2.1.2 Реактор EU-APR1400 (Корея)
В республике Корея компаниями KHNP и KOPEC с 2009 г. ведется разработка проекта реактора, предназначенного для Европейского рынка – EU-APR1400. Реакторная установка имеет электрическую мощность 1550 МВт [195].
141
В проекте реактора EU-APR1400 для управления тяжелыми авариями предусмотрено использование внешней ловушки расплавленного топлива. В конструкции ловушки интегрированы технические решения, примененные в ловушках реакторов EPR и ВВЭР. Это, соответственно, растекание кориума тонким слоем по большой площади для лучшего охлаждения и удержание расплава в стальном водоохлаждаемом корпусе, используемом как дополнительный барьер безопасности. Расположение ловушки расплава активной зоны реактора EU-APR1400 показано на рис. 3.8 [195].
1 |
5 |
4 |
3 |
2 |
Рис. 3.8. Ловушка расплава АЗ в реакторе EU-APR1400: 1 – корпус реак- |
тора, 2 – ловушка расплава АЗ, 3 – бассейн перегрузки топлива, 4 – бас- |
сейн выдержки, 5 – выход пара в объем защитной оболочки |
142
Ловушка размещается в шахте реактора, под корпусом [196]. Конструкция шахты реактора была изменена по сравнению с реактором APR1400 и теперь имеет прямоугольную форму. Работа ловушки основана на простых пассивных принципах. После проплавления корпуса кориум растекается в ловушке, имеющей высоту 1 м и площадь около 100 м2. Охлаждение расплава АЗ в ловушке осуществляется за счет подачи воды из бассейна перегрузки топлива (IRWST), которая охлаждает внешнюю сторону днища и боковые стальные стенки ловушки. Конструкция ловушки расплава активной зоны реактора EU-APR1400 показана на рис. 3.9 [195].
4 |
3 |
2 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
1 м |
6 |
1 |
|
5 |
Рис. 3.9. Конструкция ловушки расплава реактора EU-APR1400: 1 – остатки топлива, 2 – кориум, 3 – вода, 4 – слой стали,
5 – охлаждающий канал, 6 – стальная стенка канала с защитным слоем из оксида циркония, 7 – напорный коллектор
Внутренняя поверхность ловушки выложена жертвенным материалом, в состав которого входят оксидные и металлические элементы, понижающие температуру расплава. Кроме того, часть поверхности покрыта слоем оксида циркония толщиной 50 мм, защищающим корпус ловушки от струй расплава. При запуске охлаждающая вода подается снизу в напорный коллектор ловушки и поднимается вверх, охлаждая днище и боковые стенки ловушки.
Для обеспечения подъемного движения пароводяной смеси V- образное днище ловушки имеет наклон 10о. Образующийся пар поступает в пространство контейнмента, где конденсируется и воз-
143
вращается обратно в шахту. После того, как ловушка будет заполнена кориумом, на поверхность расплава подается вода, обеспечивающая охлаждение и последующее отвердевание кориума. После образования уровня теплоносителя в подреакторном пространстве, охлаждающая вода начинает поступать в напорный коллектор из объема шахты, обеспечивая замкнутый контур охлаждения.
3.2.1.3 Реактор ESBWR (США)
Кипящий реактор ESBWR является представителем «Поколению III+», работающим на естественной циркуляции. Проект разработан на основе реакторной установки SBWR. Проектная электрическая мощность реактора 1600 МВт (брутто) [47].
В качестве мер по управлению тяжелыми авариями в реакторе ESBWR предусматривается использование ловушки под назва-
нием BiMAC (Basemat-Internal Melt Arrest and Coolability – внут-
реннее удержание и охлаждение расплава в основании шахты) [197]. Вода для охлаждения поступает в шахту реактора из бассейнов системы гравитационного залива активной зоны. Система состоит из трех независимых линий диаметром 100 мм, каждая из которых подсоединена к своему бассейну [198]. На линиях подачи жидкости установлены пиротехнические вентили диаметром 50 мм, представляющие собой пневматические срезаемые вентили, открывающиеся за счет взрыва пиротехнического заряда и остающиеся открытыми после этого все время. Подача воды происходит автоматически в случае выхода расплава из корпуса реактора, по сигналу повышения температуры на полу сухого бокса. Объема воды в бассейнах достаточно, чтобы затопить нижнюю часть сухого бокса и корпус реактора до уровня выше верхней отметки топливного столба в ТВС. В системе залива реализовано резервирование 2 из 3, т.е. подача воды по двум линиям обеспечивает охлаждение всего кориума. Схема подачи воды в шахту реактора ESBWR из бассейна системы гравитационного залива показана на рис. 3.10 [199].
144
2 |
3 |
1 |
4 |
5 |
6 |
3 |
Рис. 3.10. Схема подачи воды в шахту реактора из бассейна системы гравитационного залива реактора ESBWR: 1 – реактор, 2 – бассейн систе-
мы гравитационного залива, 3 – бассейн снижения давления, 4 – линия подачи воды, 5 – пиротехнические вентили, 6 – ловушка
Ловушка расплава представляет собой систему параллельных труб диаметром 100 мм, расположенных в основании шахты реактора, по которым проходит охлаждающая вода, обеспечивающая отвод тепла от расплава АЗ, попавшего в шахту в случае тяжелой аварии с проплавлением корпуса реактора. Трубы охлаждения имеют наклон около 10о для улучшения теплоотвода. Сверху труб находится слой жертвенного материала толщиной 200 мм и защитный слой из материала на основе циркониевой керамики толщиной 10 мм.
Жертвенный материал предназначен для защиты труб во время начала поступления расплава на дно шахты, а также для того, чтобы получить достаточно высокую температуру на дне шахты как условие начала залива, избежав тем самым случайных срабатываний системы. Схема ловушки расплава реактора ESBWR показана на рис. 3.11 [197].
145