Зеленая энергия - популярно об экологии, химии, технологиях

  • Увеличить размер шрифта
  • Размер шрифта по умолчанию
  • Уменьшить размер шрифта
Home Библиотека Безопасность АЭС экология Аварии на АЭС с нарушением теплоотвода

Аварии на АЭС с нарушением теплоотвода

В авариях с нарушением теплоотвода в зависимости от особенностей переходного процесса может быть определяющим фактором рост давления и как следствие — опасность разрушения барьера системы первого контура. Может иметь место рост температуры теплоносителя, и тогда определяющим является первый барьер безопасности — твэл. Но в ряде аварий имеет место комбинация этих возмущений: опасные температурные возмущения на твэлы и рост давления в первом контуре, обусловленный общим ростом температуры в контуре («накачка» тепла), или рост температуры ТВС без заметного повышения давления. Первый случай наиболее опасен, поскольку приводит к нарушению условий работы двух барьеров безопасности. Если предположить к тому же несрабатывание системы остановки реактора (в условиях недостаточности саморегулирующих и самоограничивающих факторов), то произойдет тяжелая авариях разрушением двух барьеров безопасности и расплавлением активной зоны.

Потеря внешней нагрузки

Потеря внешней нагрузки приводит к временному несоответствию между количеством генерируемого и отводимого тепла. Продолжительность такого несоответствия между вырабатываемым и отводимым теплом, а следовательно, и отклонение от их номинальных значений зависят от работы системы автоматического регулирования. Причины, приводящие к потере внешней электрической нагрузки, могут быть связаны с неисправностями в электрических цепях как самой станции, так и за ее пределами, в механической части турбогенераторов и вспомогательных систем, в системе автоматического регулирования и защиты турбин. Кроме того, сброс нагрузки может произойти в результате ошибочных действий персонала.

Резкое изменение нагрузки при работе реактора на полной мощности может вызвать опасные переходные процессы, создающие аварийную ситуацию. При резком сбросе нагрузки АЭС (аварийном отключении от электросистемы, закрытии стопорного клапана турбины) теплоотвод от первого контура реакторной установки резко ухудшается, что ведет к повышению температуры и давления в теплоносителе, а также к росту давления пара во втором контуре. В связи с этим срабатывает аварийная защита, снижающая мощность реактора до значения, соответствующего нагрузке. Снижению мощности реактора способствует также эффект саморегулирования. В случае наложения отказов переходный температурный режим может вызвать серьезное повреждение активной зоны.

Полная потеря питательной воды

При выходе из строя конденсатно-питательной системы прекращается подача питательной воды в парогенераторы (ПГ), срабатывает аварийная защита. Переходный процесс сопровождается резким всплеском давления в первом контуре. В этом случае наибольшую опасность представляет «опрессовка» корпуса реактора и его основных коммуникаций.

Для защиты первого контура от недопустимого роста давления служит система предохранительных клапанов первого контура, обеспечивающая сброс пара из компенсатора объема. В качестве предупредительного и аварийного сигнала используется информация о недопустимом снижении расхода питательной воды и увеличении давления первого контура.

Аварии с разрывом паропровода

Внезапный разрыв паропровода второго контура эквивалентен увеличению нагрузки АЭС. Утечка пара через разрыв приведет к быстрому снижению давления пара, увеличению теплоотвода от первого контура и резкому понижению средней температуры теплоносителя реактора, работавшего на любой мощности. Быстрое расхолаживание воды в реакторе (со скоростью, достигающей 1,7—2,5° С/с) сопровождается ростом реактивности и тепловой мощности реактора. При данной аварии реактор должен быть защищен аварийной защитой.

Аварии с нарушением расхода теплоносителя

Остановка циркуляционных насосов. Предельным случаем таких аварий можно считать одновременное отключение всех главных циркуляционных насосов из-за потери их электропитания. Расход теплоносителя в этом случае не падает сразу, а снижается постепенно вследствие выбега ГЦН из-за большой инерционности вращающихся масс.

Изменение расхода приближенно описывается гиперболической зависимостью.

Постоянная времени насоса для ГЦН реактора БН-600, например, составляет примерно 5 с, а в ВВЭР-1000 примерно 10— 12 с. Увеличение этого параметра благоприятно сказывается на расхолаживание реактора при авариях с потерей электропитания и на работу защитных систем. Последние должны обеспечить своевременное переключение насосов на резервные источники питания, а если необходимо,— произвести экстренное гашение цепной реакции деления. Продолжение работы реактора на номинальной мощности после отключения ГЦН неизбежно привело бы к катастрофическому разрушению активной зоны, поэтому, с одной стороны, электропитание ЯЭУ должно быть обеспечено таким образом, чтобы одновременное отключение всех насосов имело чрезвычайно малую вероятность, а с другой — действие аварийной защиты как отклик на рассматриваемую аварию должно быть многократно продублировано. Вот типичный перечень признаков циркуляции теплоносителя в первом контуре, по которым формируется сигнал на быстрое срабатывание аварийной защиты:

  • снижение суммарного расхода теплоносителя по первому контуру;
  • повышение отношения мощности реактора к расходу теплоносителя;
  • снижение скорости вращения ГЦН первого контура;
  • падение напряжения на двигателях ГЦН первого контура;
  • повышение расхода теплоносителя в петлях первого контура;
  • отключение заданного числа ГЦН первого контура.
Можно выделить три главных фактора, влияющих на экстремальные условия рассматриваемой аварии: задержка срабатывания защиты, постоянная времени спада расхода теплоносителя, развитие естественной циркуляции теплоносителя в контурах.

На завершающем этапе аварии ЕЦ в теплоотводящих контурах, не требующая подвода энергии извне, оказывает определяющее влияние на отвод тепла из активной зоны.

Уменьшение циркуляции расхода теплоносителя по первому контуру, вызванное выходом из строя главных циркуляционных насосов, сопровождается срабатыванием аварийной защиты с некоторой временной задержкой. При этом рост выходной температуры теплоносителя приводит к увеличению давления первого контура. Входная температура теплоносителя с некоторым запаздыванием, вызванным прохождением теплоносителя по тракту первого контура, понижается. Соотношение выходной температуры и давления в момент экстремума выходной температуры определяет запас до кипения теплоносителя.

Заклинивание ротора ГЦН. Механические повреждения ГЦН возможны из-за попадания посторонних предметов в проточною часть насоса, поломки рабочего колеса или узла уплотнения вала ГЦН. Подобные причины могут вызвать заклинивание ротора насоса. Характерной особенностью аварии с заклиниванием ротора ГЦН является более резкое, чем при его отключении, снижение расхода теплоносителя через активную зону реактора. Ввиду малой вероятности такой аварии обычно считается возможным заклинивание ротора только одного ГЦН.

При заклинивании ГЦН снижение оборотов ротора будет определяться характером повреждения, однако в любом случае оно будет значительно более резким, чем при обесточивании насоса. При расчетах режимов с заклиниванием ротора ГЦН обычно принимается наиболее неблагоприятный случай — мгновенная остановка ротора.

Между мощностью и расходом здесь имеет место большое рассогласование, это может привести к кризису теплоотдачи и перегреву твэлов.

Аварии с локальным нарушением расхода. Уменьшение или прекращение расхода теплоносителя возможно в отдельной ТВС (или в нескольких ТВС) в результате частичного или полного перекрытия сечения для прохода теплоносителя. Авария с закупоркой ТВС может произойти при попадании посторонних предметов в хвостовик кассеты или в нижнюю решетку пучка твэлов. Чтобы такое перекрытие могло оказать существенное влияние на расход теплоносителя, оно должно быть достаточно большим. В результате аварийного снижения расхода через ТВС произойдет выход из строя твэлов и попадание продуктов деления в контур. Значительное разрушение оболочек может быть обнаружено по аномальному росту активности теплоносителя.

Полное обесточивание

Безопасная работа ЯЭУ во многом зависит от бесперебойного снабжения оборудования и систем электроэнергией. Временное прекращение снабжения станции электроэнергией является следствием отключения внешних источников переменного тока, а также выхода из строя систем, аварийного электропитания самой станции. Длительное полное обесточивание потенциально может привести к повреждению активной зоны и выбросу радионуклидов в атмосферу. Остаточные тепловыделения в остановленном реакторе типа ВВЭР-1000 даже через сутки составляют примерно 15 МВт, а к концу первой недели примерно 5 МВт. Задача теплоотвода остановленного реактора при полном обесточивании обычно решается обеспечением естественной циркуляции в первом контуре и передачей остаточного тепла к конечному поглотителю. Если теплосъем обеспечивается выпариванием воды вторичного охладителя в атмосферу, то предусматривают запас воды в предположении полного обесточивания в течение 24 ч.

Для реакторов меньшей мощности может быть привлекателен тёплоотвод в атмосферу путем естественной циркуляции воздуха, поскольку такая система не имеет временных ограничений.

Аварии с потерей теплоносителя

Особое место среди возможных нарушений в работе АЭС занимают аварии, вызванные потерей теплоносителя первого контура. В эту категорию включается и максимальная проектная авария, в качестве которой в соответствии с правилами принимается разрыв трубопровода первого контура максимального диаметра полным сечением.

С точки зрения опасности радиационного воздействия на окружающую среду нарушения в работе АЭС, связанные с потерей теплоносителя, отличаются от всех остальных аварийных ситуаций. Исходное событие состоит в повреждении одного из барьеров безопасности. Кроме того, создается угроза разрушения всех барьеров безопасности.

Авария с потерей теплоносителя происходит при разрыве трубопровода системы охлаждения реактора или образования настолько большей течи, что система подпитки не сможет восполнить утечку. АЭС оснащаются разными техническими системами обеспечения безопасности, предназначенными для ослабления последствий такого события. При функционировании технических систем обеспечения безопасности в проектных режимах протекание аварии с потерей теплоносителя коротко можно описать следующими этапами:

  • разрывается трубопровод, и вода при высоких температуре и давлении быстро вытекает в защитную оболочку;
  • система аварийного охлаждения активной зоны включается в работу;
  • выделившиеся из активной зоны радиоактивные вещества поступают в помещения защитной оболочки, обладающие малой утечкой;
  • в результате естественных процессов осаждения и действия систем удаления основная часть выделившихся радиоактивных веществ выводится из атмосферы защитной оболочки;
  • системы отвода тепла уменьшают давление под защитной оболочкой, тем самым уменьшая выброс радиоактивных веществ в окружающую среду.

Если САОЗ выполнит свои функции, то активная зона реактора будет соответствующим образом-охлаждена, и последствия будут небольшими. Однако последствия могут быть намного тяжелее, если в результате неисправности САОЗ произойдет перегрев активной зоны.

Энерговыделение в реакторе в аварийных условиях

Характер протекания АПТ во многом определяется количеством выделяемой энергии и конструктивными особенностями реактора и его систем. Правильная оценка количества энергии, высвобождаемой при аварии, важна также для проектирования систем обеспечения безопасности.

В ВВЭР потенциальными источниками аварийного выделения энергии могут быть:

  • остаточные тепловыделения, обусловленные радиоактивным распадом продуктов деления и составляющие 6—7% от максимальной мощности в первые секунды после остановки;
  • экзотермические химические реакции между материалами активной зоны;
  • тепло, запасенное водой и конструкционными материалами реакторной установки.

Ниже приведены параметры теплоносителя и твэлов активной зоны ВВЭР-1000:

Средняя температура теплоносителя первого контура, °С....................... 303

Средняя температура топлива, °С.........................................................870

Тепловая энергия, аккумулированная в теплоносителе, МДж ....           3,8  10s

Тепловая энергия, аккумулированная в твэлах активной зоны, МДж    1,4 104

Пароциркониевая реакция

Экзотермическая пароциркониевая реакция протекает в соответствии с уравнением Zr + 2H2О = ZrО2 + 2H2 + Q, где Q = =6530 кДж/кг (Zr). Реакция сопровождается помимо выделения водорода и тепла охрупчиванием оболочки и уменьшением ее исходной толщины за счет окисления циркония.

Реакция начинается при температуре примерно 950° С. При температуре, превышающей 1200° С, пароциркониевая реакция становится самоподдерживающейся.

За 10—12 мин происходит окисление оболочки на толщину 0,13 мм с разогревом до температуры ее плавления.

Серьезная деформация пучка твэлов наблюдалась уже на ранней стадии испытаний, при незначительном превышении температуры плавления имело место также образование пробок (блокад) в каналах теплоносителя. Даже при сравнительно невысокой скорости протекания реакции циркония с паром количество выделяющегося тепла соизмеримо с остаточным энерговыделением в подкритическом остановленном реакторе.

Скорость этой реакции существенным образом зависит от температуры, количества подводимого к реагирующей поверхности пара, времени реакции. Интенсивность реакции зависит от количества пара, подводимого к поверхности, причем в действительности количество подводимого к реагирующей поверхности пара будет существенно ниже, так как в реальных условиях подвод пара к поверхности затруднен. В реакции участвуют лишь внешние, близкие к поверхности слои пара, образующийся в результате реакции водород препятствует проникновению пара к поверхности; на поверхности образуется пленка ZrO2, которая тормозит реакцию.

Анализ процессов в аварии с потерей теплоносителя в реакторах ВВЭР

При рассмотрении аварий с потерей теплоносителя можно выделить три этапа:

  • разгерметизацию,
  • повторное заполнение с помощью системы аварийного охлаждения
  • повторное смачивание активной зоны.

Разгерметизация. Здесь можно определить скорость утечки теплоносителя и скорость увеличения температуры оболочки. Для этого рассматривают критическую скорость истечения из разрыва и теплообмен в активной зоне. Скорость при истечении двухфазного потока отличается от критической скорости однофазного тем, что расход двухфазного потока находится в сильной зависимости от режима течения. Поэтому важно знать истинное объемное паросодержание и геометрию потока.

При разгерметизации первого контура большим эквивалентным диаметром ввиду скоротечности аварии влиянием теплообмена между твердой поверхностью и текущей средой на ход аварийного процесса можно пренебречь.

Тепломассообмен на поверхности раздела между жидкостью и паром определяется скоростью снижения давления в контуре, которая, в свою очередь, зависит в основном от сжимаемости среды. Снижение давления в контуре носит сложный характер.

Начальная стадия развития аварии характеризуется волновыми процессами. После разрыва главного циркуляционного трубопровода от места разрыва по обоим направлениям циркуляционной петли распространяются волны разрежения. Так как расстояние от места разрыва до активной зоны неодинаково, то волны разрежения неодновременно доходят до нижней и верхнейчастей активной зоны. Это приводит к возникновению на активной зоне обратного перепада давления, во много раз превышающего перепад давления при нормальной эксплуатации. В местах резкого изменения геометрии первого контура происходит отражение волн, в итоге возникают сложные колебания давления в первом контуре, неодинаковые в различных его точках, что обусловливает появление дополнительных динамических нагрузок на внутриконтурные и внутриреакторные конструкции. Существенное влияние на перепад давления оказывает время раскрытия сечения при разрыве.

При разгерметизации направление течения теплоносителя через активную зону неоднократно изменяется на обратное и затем наступает застой, паросодержание при этом претерпевает существенные изменения. Поэтому на оболочке твэла могут наступить кризис теплоотдачи и периоды закризисной теплоотдачи. Нахождение температуры оболочки путем правильного расчета коэффициента теплоотдачи — одна из главных задач в определении безопасности реактора.

Возникновению в ТВС кризиса теплоотдачи способствует также более медленный (из-за тепловой инерционности твэлов) спад теплового потока по сравнению с изменением мощности активной зоны после останова реактора.

Из-за кризиса теплоотдачи температура оболочек наиболее напряженных твэлов через 1—2 с после начала аварии достигает значений, превышающих 700—800° С. Это может приводить к повреждению оболочек твэлов и выделению в теплоноситель радиоактивных продуктов.

Как-либо повлиять на разогрев твэлов на этом этапе развития аварии не представляется возможным. Следующий этап их разогрева связан со значительным обезвоживанием активной зоны. Вследствие снижения давления в элементах первого контура идет интенсивное кипение теплоносителя. Через разорванный трубопровод истекает двухфазный поток. Быстротечность процесса и связанные с этим высокие скорости двухфазного потока практически исключают сепарацию воды в первом контуре. Основная ее масса выносится из контура вместе с паром. Плотность среды, охлаждающей активную зону реактора, быстро снижается, и она оголяется. Условия ее охлаждения ухудшаются, начинается второй этап разогрева оболочек твэлов.

Из вышеизложенного видно, что даже при наличии аварийного охлаждения температурные режимы части тепловыделяющих элементов могут быть тяжелыми, температура твэлов может достигать 800—1200° С.

Рассмотренные особенности теплообмена в активной зоне при разрыве, трубопровода большого сечения касались начальной стадии аварии — так называемой стадии истечения теплоносителя. Заканчивается эта стадия включением в работу системы аварийного охлаждения и прекращением падения уровня теплоносителя в реакторе. За стадией истечения следует стадия повторного заполнения.

Повторное заполнение. При повторном заполнении;вода из системы аварийного охлаждения поступает в корпус. Эта вода вступает в контакт с образующимся паром.

Перемешивание пара и воды носит прерывистый характер. Интенсивность конденсации в переходном режиме на поверхности раздела пар — вода ослабевает со временем. При первом соприкосновении воды с паром происходит быстрая конденсация пара и создается разрежение, которое может быть причиной выбросов снарядов пара, в частности, из опускных труб. Взаимосвязанные процессы неустойчивой конденсации и инерции потока приводят к пульсациям расхода с большой амплитудой, что может вызвать сильные гидравлические удары в арматуре и трубопроводах. Вода, подаваемая сверху, бурно взаимодействует с противотоком пара, в результате чего двухфазный поток и его перемешивание имеют хаотический характер. Сначала поступление теплоносителя сдерживается из-за противотока пара в активной зоне и продолжающегося кипения воды в нижней части корпуса реактора, но со временем по мере уменьшения давления и скорости потока пара слы гравитации начинают преодолевать его сопротивление и нижняя часть начинает заполняться водой.

В течение, периода заполнения, т. е. времени, необходимого, чтобы вода" в корпусе реактора достигла уровня нижних концов твэлов, охлаждение последних весьма ограничено, поскольку оно обеспечивается только конвекцией пара в активной зоне. Поэтому температура оболочек твэлов в этот период увеличивается (примерно со скоростью 10° С/с).

Если температура оболочек твэлов превысит 650° С, то они начнут раздуваться вследствие уменьшения их прочности и увеличения перепада давлений между внутренними полостями твэлов и теплоносителем. При температуре оболочек твэлов выше 1000° С начинается химическое взаимодействие циркония с водяным паром с образованием водорода и диоксида циркония. Эта реакция сопровождается дополнительным тепловыделением и может привести к разгерметизации твэлов из-за окисления их покрытий. Чтобы исключить взаимодействие циркония с паром, необходимо, чтобы период заполнения был очень коротким и оболочки твэлов не успели бы сильно разогреться. В противном случае при высокой температуре оболочки будут охрупчиваться при окислении, и это, в свою очередь, может привести к серьезным повреждениям, когда теплоноситель поднимается в область активной зоны.

Повторное смачивание. Во время повторного смачивания вода поступает в активную зону из нижней смесительной камеры. При ее продвижении образуется пар, уносящий с собой значительное количество жидкости в виде капель. В заданной точке оболочка последовательно оказывается в режимах охлаждения паром дисперсного потока, уменьшения паросодержания, продвижения фронта смачивания и, наконец, охлаждения водой без кипения.

Как только охлаждающая вода от системы аварийного охлаждения поступает непосредственно в активную зону, начинается генерация пара на нижних концах твэлов. Пар захватывает капли воды, проходит через активную зону. Однако надо иметь в виду, что даже при высоких скоростях подачи охлаждающей воды температура оболочки не может сразу уменьшиться, так как необходимо определенное время для генерации пара и формирования потока пароводяной смеси. При подаче охлаждающей воды на осушенные и разогретые твэлы образуется фронт повторного смачивания, перемещающийся вдоль поверхности нагрева по потоку со скоростью, меньшей, чем скорость охлаждающей воды. Процесс повторного смачивания состоит в восстановлении контакта жидкости с поверхностью нагрева после снижения ее температуры до определенного уровня.

Низкие значения коэффициента теплоотдачи над фронтом смачивания объясняют .малую скорость движения фронта по сравнению со скоростью охлаждающей воды. Температура оболочки снижается медленно, а эффективное охлаждение осуществляется только тогда, когда температура оболочки становится.

Восходящий фронт смачивания двигается вверх по потоку вокруг стержня. Вследствие неравномерного распределения мощности в пучке рост энтальпии по оси в зоне повышенной мощности оказывается более значительным по сравнению со средним значением, что приводит к увеличению паросодержания в этой зоне. В результате создается восходящее течение, захватывающее жидкость из зоны пониженной мощности, и внутренняя циркуляция с поднимающимся потоком пара с каплями в зоне повышенной мощности и опускающимся из верхней смесительной камеры потоком воды в зоне более низкой мощности.

 

Нисходящий фронт смачивания. Такое смачивание имеет место в случае, если система аварийного охлаждения содержит верхний ввод жидкости. Течение нисходящей водяной пленки происходит во взаимодействии с паровым потоком, формирующимся на фронте смачивания.

Особенностью повторного залива активной зоны при подаче охлаждающей воды сверху является сильная зависимость скорости движения фронта смачивания от теплового потока в ТВС. При большом тепловом потоке движение пленки воды вниз может полностью прекратиться из-за процесса «захлебывания» в интенсивном восходящем потоке пара.

Максимальная проектная авария

Характер переходных процессов при максимальной проектной аварии в значительной мере определяется характером истечения теплоносителя из первого контура. В начальный момент аварии расход теплоносителя из первого контура достигает огромного значения. Так, для реактора ВВЭР-440 при разрыве главного циркуляционного трубопровода, выполненного из труб внутренним диаметром 500 мм, суммарный расход составляет вначале около 28 т/с. Это приводит к быстрому освобождению первого контура от теплоносителя. Давление в первом контуре также быстро снижается, что снижает скорость истечения теплоносителя, тем не менее первый контур реактора ВВЭР-440 объемом около 230 м3 опорожняется примерно за 25 с. На реакторах ВВЭР-1000 это происходит еще быстрее (примерно за 10 с).

Предполагается, что при МПА происходит мгновенный разрыв. В действительности же раскрытие сечения происходит в течение некоторого промежутка времени.

Перепад давления на активной зоне колеблется, неоднократно изменяя знак. Соответственно изменяет знак, проходя через нулевое значение, расход теплоносителя через активную зону, В связи с этим уже в самом начале МПА возникают условия для кризиса теплоотдачи в активной зоне реактора. Температура оболочек наиболее напряженных твэлов через несколько секунд после начала аварии достигает значений, превышающих 700—800° С.

Следующий этап связан с опорожнением первого контура и оголением активной зоны. Вследствие снижения давления происходит закипание теплоносителя в первом контуре. Через разорванный трубопровод истекает двухфазный поток. Быстротечность процесса и высокие скорости двухфазного потока практически исключают сепарацию воды в первом контуре. Основная ее масса выносится из контура вместе с паром. Плотность среды, охлаждающей активную зону реактора, быстро снижается. Условия ее охлаждения ухудшаются, начинается второй этап разогрева оболочек твэлов.

Максимальная температура оболочек твэлов, которая достигается на этом этапе, зависит от эффективности работы системы аварийного охлаждения активной зоны реактора.

Впрыск воды в реактор системой аварийного охлаждения начинается после того, как давление в реакторе упадет ниже давления азота в гидроаккумуляторах. Для реакторов ВВЭР рабочее давление в гидроаккумуляторе равно 55 кгс/см2. Из рис. 4.7 видно, что такое давление достигается через 7,5 с после начала аварии. Начинать впрыск воды в реактор раньше нецелесообразно, так как большее количество впрыснутой воды после перемешивания с находящимся в реакторе теплоносителем будет вынесено из реактора.в виде пароводяной смеси вследствие самовскипания в процессе последующего снижения давления. Однако слишком затягивать начало впрыска опасно, так как при этом возрастает время, в течение которого активная зона оголена и .практически не имеет охлаждения.

Начало впрыска в реактор системой аварийного охлаждения необходимо выбирать таким образом, чтобы температура оболочек твэлов не превысила 1200° С, а к концу впрыска был достигнут уровень затопления активной зоны, равный примерно 2/3 ее высоты.

Количество воды, вынесенное из реактора в процессе впрыска, существенно зависит от места, куда осуществляется впрыск. На отечественных реакторах, охлаждаемых водой под давлением, впрыск от гидроаккумуляторов и насосов низкого давления осуществляется непосредственно в реактор. Часть воды впрыскивается в верхнюю камеру реактора, а другая часть — в опускную ветку реактора.

Чем ниже в опускной ветке (т. е. чем ближе к нижней камере реактора) происходит впрыск воды, тем меньше ее выносится из реактора в процессе аварии.

После создания в активной зоне уровня воды с помощью гидроаккумуляторов он поддерживается и постепенно увеличивается до полного затопления с помощью насосов низкого давления. Первоначально насосы низкого давления используют воду из специальных баков аварийного охлаждения, а после исчерпания этой воды продолжают работать в режиме рециркуляции. В таком режиме охлаждение реактора обеспечивается до тех пор, пока не будут созданы условия, позволяющие приступить к выполнению ремонтных работ.

Гипотетическая авария

Если при АПТ откажет САОЗ и из-за паровой пробки или каких-либо других причин не будет обеспечена необходимая скорость заливки активной зоны, то остаточное тепловыделение продуктов деления, усиленное тепловыделением реакции цирконий — вода, приведет к расплавлению оболочек твэлов в течение нескольких минут после образования разрыва в контуре циркуляции теплоносителя. В результате возможно полное или частичное расплавление топлива в активной зоне, которое приведет к разрушению опорной решетки и в конечном счете через 1—2 ч к проплавлению днища корпуса реактора.

При расплавлении днища корпуса реактора расплавленные материалы активной зоны выльются на бетонный пол здания защитной оболочки.

Малые аварии с потерей теплоносителя

Благодаря меньшей скорости потери массы теплоносителя первого контура процессы при малых течах растянуты во времени. В целом эти аварии протекают легче, чем МПА. Впрыск воды в первый контур при малых авариях осуществляется насосами высокого давления. Для того чтобы компенсировать утечки теплоносителя при авариях, необходимо снизить давление в первом контуре до значения, при котором насосы высокого давления имеют положительную подачу. Этого можно добиться либо сбрасывая дополнительно теплоноситель из первого контура, либо обеспечивая. отвод тепла, выделяемого в реакторе, через второй контур.

Если утечка воды из первого контура при аварии превосходит подпитку, то уровень воды в реакторе будет опускаться до тех пор, пока не начнет оголяться активная зона. Оголение зоны приведет к сокращению количества генерируемого в реакторе пара. При некоторой степени оголения утечка из первого контура, равная генерируемому в активной зоне количеству пара, сравнивается с подпиткой. При этом произойдет стабилизация процесса по уровню воды в реакторе. Следует иметь в виду, что если генерация пара в зоне снижена за счет ее частичного оголения и не соответствует мощности тепловыделения в твэлах, то температура последних возрастает. Поэтому необходимо, чтобы полученная в результате описанного хода событий степень оголения не оказалась больше допустимого значения с точки зрения температурного состояния твэлов. Исходя из максимально допустимого значения температуры твэлов и должна выбираться подача аварийного насоса высокого давления.

Одновременно при малых течах появляется возможность использовать расхолаживание первого контура через ПГ для уменьшения потери теплоносителя из реактора.

Возрастание роли расхолаживания реактора через ПГ в обеспечении безопасного протекания аварии разгерметизации является характерной особенностью малых течей теплоносителя первого контура.

Уменьшение теплоотвода от реактора при малой течи теплоносителя (например, в результате отказов в системах второго контура) может привести к стабилизации (и даже росту в результате тепловыделения в активной зоне) давления в первом контуре. Если при этом давление в реакторе оказывается выше напора средств аварийной проливки реактора, то восполнение утечки воды из первого контура будет отсутствовать. Уровень теплоносителя в реакторе будет падать, что может привести к оголению и плавлению активной зоны. Приближенное изменение давления в первом контуре Ар и возможность подключения высоконапорных средств САОЗ определяются разностью между остаточными тепловыделениями и теплом, отводимым в парогенераторах, и массой истекающего в разрыв теплоносителя.

Результаты экспериментальных исследований аварий с потерей теплоносителя

 

Экспериментальные исследования физических и теплогидрав-лических процессов, происходящих при авариях с потерей теплоносителя на установке LOFT мощностью 50 МВт (крупномасштабной модели PWR), позволили оценить эффективность технических систем, безопасности и отработать соответствующие расчетные программы. В экспериментах моделировались аварии в различных частях установки с учетом возможных сопутствующих отказов оборудования, включая малые течи в диапазоне линейных размеров разрывов 2,5—10 см, средние течи и большие течи с разрывом 50—100% сечения основного трубопровода, а также аномальные переходные режимы с обнажением активной зоны.

Основные выводы по результатам экспериментальных исследований:

  1. Существующие САОЗ эффективно решают задачу защиты активной зоны во всем исследованном диапазоне размеров течей. Во всех случаях с малыми и средними течами (примерно до* 360 мм) подача воды из САОЗ обеспечивала поддержание активной зоны в залитом состоянии, предотвращая тем самым перегрев оболочек твэлов. Исключением были режимы, в которых расход САОЗ был преднамеренно уменьшен или система включена с задержкой.
  2. Изучение эффекта байпасирования активной зоны потоком из САОЗ с уносом инжектируемой воды прямо в разрыв показало, что более 50% воды из САОЗ попадает в напорную камеру и способно охлаждать активную зону до окончания выброса теплоносителя через разрыв.
  3. При двухфазном состоянии теплоносителя первого контура обязательно возникает устойчивая естественная циркуляция, обеспечивающая эффективный отвод остаточных тепловыделений. В случае прекращения теплоотвода в ПГ эффективным средством является подпитка текущего контура.
  4. В случае аварийного режима с одновременным несрабатыванием A3 активная зона автоматически переходит в подкри-тическое состояние вследствие интенсивного парообразования.

Проблема разгерметизации корпусных конструкций и трубопроводов

Обеспечение сопротивления хрупкому разрушению предупреждает внезапное катастрофическое разрушение элементов ЯЭУ, работающих под давлением, даже при наличии «стандартного» исходного дефекта. Однако рост этого дефекта сквозь стенку под влиянием различных эксплуатационных факторов от первоначальных размеров до выхода на поверхность не исключен.

В этом случае (при невозможности хрупкого разрушения) говорят о реализации критерия «течь перед разрушением», т. е. о реализации ситуации, при которой потеря герметичности наступит гораздо раньше, чем трещина достигнет критических (с точки зрения хрупкого разрушения) размеров. В данных условиях целью расчета становятся оценка возможности реализации указанного типа потери герметичности за срокслужбы анализируемого оборудования и определение масштабов (размеров) течи.

При образовании сквозного разрыва размер потери герметичности равен эквивалентной площади раскрытия трещины. Современные расчетно-экспериментальные методы механики разрушения позволяют анализировать особенности роста трещины из исходного дефекта, а также оценивать масштаб разгерметизации при возникновении неплотности. Исследования показывают, что тл-чь в корпусе реактора возможна лишь на базе большого количества циклов нагружения максимальным для нормальных условий эксплуатации внутренним давлением (N > 105 при Ao/S =0,1 --0,25). При этом обычно имеется большой запас по числу циклов для роста образовавшейся сквозной трещины от первоначальных до критических размеров, а длина критической трещины достигает 700 мм и более.

С точки зрения безопасности весьма важно также оценить максимально возможный (предельный) размер первоначальной разгерметизации сосудов и трубопроводов в зависимости от наиболее неблагоприятного расположения дефекта и характера развития трещины. Этим наиболее неблагоприятным вариантом зарождения исходного дефекта является его расположение в поперечной плоскости для сосуда или трубопровода (кольцевой дефект), а наиболее опасным направлением роста трещины — ее стремление замкнуться (кольцевая трещина) раньше, чем она прорастет сквозь стенку.

Исследования показывают, что для корпусов реакторов длина окружности поперечного сечения существенно больше критической длины.

Таким образом, если в процессе эксплуатации развитие трещины в стенке корпуса ядерного реактора все же останется бесконтрольным, то масштаб первоначальной разгерметизации ограничен и его размеры могут быть определены методами механики разрушения.

Что касается трубопроводов, то в зависимости от свойств материала, уровня напряженного состояния и размеров поперечного сечения труб возможно выполнение неравенства.

Последнее означает, что теоретически не исключается образование кольцевой трещины из кольцевого дефекта прежде, чем она выйдет на поверхность. В этом случае постепенное уменьшение толщины стенки и увеличение осевых растягивающих напряжений от внутреннего давления по мере продвижения трещины на определенном этапе ее развития могут стать причиной разрыва трубопровода полным сечением (реализация так называемого гильотинного разрыва) с двусторонним истечением теплоносителя.

Следует, однако, подчеркнуть, что подобная постановка задачи об оценке масштаба предельной начальной разгерметизации, когда исходное событие, приводящее к описанному разрушению, не зависит от заложенных в проект конструктивных и технических решений, особенностей прохождения рабочих режимов и объема эксплуатационного контроля, не имеет технического обоснования в отличие от критерия «течь перед разрушением», реализация которого для корпусов сосудов и трубопроводов исключает опасность катастрофического хрупкого разрушения, ограничивает размер первоначальной разгерметизации и позволяет своевременно остановить реактор.

 

Интересно знать

Департамент энергетики США отобрал 37 исследовательских проектов в области хранения энергии, энергии биомассы, захвата диоксида углерода и ряда других направлений. Среди них - новые металловоздушные батареи на основе ионных жидкостей с плотностью энергии превышающей в 6-20 раз плотность энергии обычных литиевых аккумуляторов, а так же проект по получению бензина непосредственно из солнечного света и CO2 используя симбиоз двух микроорганизмов.

купить mobil 1 5w30 esp formula mobil 1 5w30 esp formula интернет магазин автомасел
 
Ущільнювач купить запчасть 6L3837432K Skoda Audi Volkswagen Seat
 
btc blender
 
https://myfreemp3.click