proatom.ru - сайт агентства ПРоАтом
Авторские права
  Агентство  ПРоАтом. 27 лет с атомной отраслью!              
Навигация
· Главная
· Все темы сайта
· Каталог поставщиков
· Контакты
· Наш архив
· Обратная связь
· Опросы
· Поиск по сайту
· Продукты и расценки
· Самое популярное
· Ссылки
· Форум
Журнал
Журнал Атомная стратегия
Подписка на электронную версию
Журнал Атомная стратегия
Атомные Блоги





PRo IT
Подписка
Подписку остановить невозможно! Подробнее...
Задать вопрос
Наши партнеры
PRo-движение
АНОНС

Вышла в свет книга Б.И.Нигматулина и В.А.Пивоварова «Реакторы с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. История трагедии и фарса». Подробнее 
PRo Погоду

Сотрудничество
Редакция приглашает региональных представителей журнала «Атомная стратегия»
и сайта proatom.ru.
E-mail: pr@proatom.ru Савичев Владимир.
Время и Судьбы

[19/12/2012]     Термосифонные системы пассивного теплоотвода при длительном обесточивании ВВЭР

В.Н.Пучков, д.т.н., проф. каф. эксплуатации и физической защиты ЯЭУ Севастопольского национального университета ядерной энергии и промышленности

Авария, произошедшая 11 марта 2011 г. на японской АЭС Фукусима-1, сопровождалась потерей теплоносителя первого контура, перегревом и плавлением тепловыделяющих элементов, образованием в результате пароциркониевой реакции водорода с последующим взрывом гремучей смеси, вызвавшим пожары и радиоактивное загрязнение окружающей среды. Важным уроком этой аварии, стало то, что для обеспечения безопасности ядерных энергетических объектов нельзя пренебрегать учетом даже таких факторов риска, проявление которых считается крайне маловероятным.   



Таким фактором при проектировании АЭС Фукусима-1 считалось полное долговременное обесточивание энергоблока. Тем не менее, это событие произошло из-за стечения нескольких обстоятельств: землетрясения, вызванного им цунами и неудачного размещения на атомной электростанции аварийных дизель-генераторов.                                                   

В последние годы произошло кардинальное реформирование концепции безопасности ЯЭУ на всех стадиях их использования. МАГАТЭ выпустило обновленные документы, регламентирующие безопасность АЭС. В них, в частности, сформулированы требования, чтобы суммарная частота плавлений активных зон не превышала 10-5/(реакторов в год), а частота превышений предельных выбросов из контейнмента была, как минимум, на порядок ниже.

Выполнение данных требований возможно только при оборудовании энергоблоков АЭС системами пассивного отвода остаточного тепловыделения (СПОТ). Создание и последующая эксплуатация этих систем сопряжены с необходимостью разрешения большого количества научных и инженерных проблем. Нужно решить, куда лучше подключать систему – к первому или второму контуру; что использовать в качестве конечного поглотителя теплоты – воду или воздух; какое теплообменное оборудование применять в этих системах – традиционные кожухотрубные теплообменные аппараты, теплообменники на основе двухфазных термосифонов или другие устройства; в какой момент подключать СПОТ и т.д.                               

На практике в качестве возможных систем пассивного теплоотвода возможно применение струйных технологий, использующих струйные средства циркуляции. Например, в качестве таких средств могут быть использованы пароводяные струйные аппараты.

В данной работе обсуждаются возможности использования систем пассивного теплоотвода, созданных на базе двухфазных термосифонов (ДТС), а также рассматриваются разные способы компоновки и подключения этих систем к реакторным установкам (РУ) с ВВЭР.

Характер развития аварии при полном длительном обесточивании энергоблока с ВВЭР-1000 без СПОТ

Прежде чем анализировать возможности сохранения за счет СПОТ целостности активных зон при авариях, обусловленных длительным обесточиванием энергоблока, рассмотрим, как могли бы протекать подобные аварии при отсутствии СПОТ. Для этого используем результаты расчетного моделирования запроектной аварии (ЗПА) с полным долговременным обесточиванием энергоблока и аварийным расхолаживанием ВВЭР-1000 через парогенератор [1,2]. Это моделирование выполнялось с использованием расчетного теплогидравлического кода RELAP-5/MOD3.2 применительно к условиям экспериментального теплофизического стенда ИСБ-1 (ЭНИЦ, Электрогорск). Некоторые результаты моделирования представлены на рис. 1.

Указанные расчеты показали, что через 4500 с (1 час 15 минут) после обесточивания энергоблока и срабатывания аварийной защиты (АЗ) реактора практически вся котловая вода будет выпарена из ПГ. В результате прекращения теплоотвода в парогенераторе температура теплоносителя (ТН) начинает быстро увеличиваться, и к 8000 сек ее значение на выходе из реактора достигает температуры насыщения, что приводит к вскипанию теплоносителя в активной зоне (рис. 1б). Генерирование пара в реакторе вызывает рост давления и частые срабатывания предохранительного клапана компенсатора давления (ПК КД).

Кипение ТН приводит к накоплению пара под крышкой реактора, а срабатывания ПК КД – к снижению уровня теплоносителя в реакторе и оголению верхних частей тепловыделяющих сборок (ТВС). Попадание пара в контур вызывает срыв естественной циркуляции теплоносителя, следствием чего является запаривание активной зоны.

Рис. 1. Результаты расчетного моделирования ЗПА с полным обесточиванием энергоблока для условий ИСБ-1: (а) – весовой уровень в ПГ; (б) – температура теплоносителя; (в) – весовой уровень от низа активной зоны; (г) – температура оболочек твэлов. 

Из-за низкого коэффициента теплоотдачи от твэлов к пару, примерно на 8800 секунде в активной зоне создаются условия возникновения кризиса теплоотдачи. Начинается быстрый рост температуры оболочек твэлов вплоть до их плавления.

Системы пассивного теплоотвода на базе традиционных теплообменников

Если ограничиться рассмотрением СПОТ, у которых конечным поглотителем тепловой энергии является объем воды, ограниченный размерами бака, то эти системы можно разделить на два класса: системы пассивного отвода теплоты от 2-го контура и системы пассивного отвода теплоты от 1-го контура. 

Пассивные системы теплоотвода могут обладать разной степенью пассивности, для оценки которой в документе МАГАТЕ "IAEA-TECDOC-626" [3] пред­ложены критерии, перечисленные в табл. 1. Эти критерии были рекомендованы для качественной оценки и общей классификации любых пассивных систем безопасности (ПСБ), которые полностью состоят из пассивных элементов или используют незначительное количество активных элементов для запуска пассивных подсистем, входящих в состав ПСБ.

Табл. 1. Критерии степени пассивности ПСБ [3]

Критерии

Степень пассивности системы безопасности

A

B

C

D

Входной управляющий сигнал

-

-

-

+

Внешний энергоисточник

-

-

-

-

Движущиеся механические части

-

-

+

+

Движущиеся силовые жидкости

-

+

+

+

В качестве примера системы пассивного отвода теплоты от 2-го контура можно привести разработку Киевского научно-исследовательского и проектно-конструкторского института "Энергопроект" [4]. На рис. 2 изображена схема компоновки теплообменника (ТО) СПОТ и бака аварийного отвода теплоты (БАОТ), расположенных в обстройке ре­акторного отделения АЭС. Теплообменник представляет собой рекуперативный теплообменный аппарат, теплопередающая поверхность которого образована гладкими вертикальными трубами. Внутри этих труб циркулирует охлаждающая вода, поступающая из БАОТ. По 2-му контуру теплообменник СПОТ подключается к главному паропроводу и к конденсатному трубопроводу.

 

Рис. 2. СПОТ-ПГ с ТО и БАОТ

При наличии СПОТ-ПГ пар в процессе отвода остаточного тепловыделения реактора не сбрасывается в атмосферу, а поступает из ПГ в межтрубное пространство теплообменника СПОТ и, двигаясь сверху вниз, конденсируется на наружной поверхности трубок. Поскольку теплообменник расположен выше парогенератора, образовавшийся в межтрубном простран­стве конденсат самотеком возвращается в парогенератор.

Движение охлаждающей воды из БАОТ в теплообменник осуществляется под действием сил гравитации. Движущий напор создается за счет возвышения БАОТ над ТО, а также за счет разных плотностей среды в опускной и подъемной ветвях. Вода из бака стекает в ТО, нагревается и частично испаряется в трубах. Образовавшаяся пароводяная смесь поднимается в БАОТ (рис. 2). При этом горячая вода смешивается с относительно холодной водой в баке, а несконденсировавшийся пар через выпускной патрубок сбрасывается в атмосферу.

Серьезным недостатком систем пассивного теплоотвода через парогенератор (СПОТ-ПГ) является необходимость поддержания уровня воды в ПГ. Для выполнения этого требования нужна управляемая арматура по 2-му контуру и вмешательство оператора для перевода ПГ из обычного режима эксплуатации в режим расхолаживания. В случае наложения аварии с течью 2-го контура задача удержания уровня в ПГ становится вообще невыполнимой. Вследствие этих причин зарубежные проектанты отдают предпочтение системам пассивного теплоотвода непосредственно через реактор (СПОТ-Р).

Примером подобных систем может служить СПОТ "RP2"[5], принципиальная схема которой представлена на рис. 3. Эта СПОТ содержит в своем составе три петли, каждая из которых подключена к одной из петель 1-го контура. Петля СПОТ имеет теплообменник аварийного расхолаживания (ТОАР), погруженный в бассейн-охладитель, размещенный под герметичной оболочкой реакторного отделения. Для осуществления естественной циркуляции теплоносителя теплообменник расположен выше реактора. На холодной нитке СПОТ установлен пусковой клапан (ПК), который в обычных условиях всегда закрыт (рис. 3).

 

Рис. 3. СПОТ-Р "RP2"

При аварийном обесточивании главного циркуляционного насоса (ГЦН) пусковой клапан открывается и начинается естественная циркуляция теплоносителя через теплообменник аварийного расхолаживания, обеспечивающий отвод остаточного тепловыделения в реакторе.  

Системы пассивного теплоотвода на базе двухфазных термосифонов

Прежде чем рассматривать термосифонные теплообменники, кратко охарактеризуем сам двухфазный термосифон, принцип действия которого иллюстрирует рис. 4а. Двухфазный термосифон представляет собой вакуумированный металлический контейнер, частично заполненный теплоносителем (например, водой). При нагревании нижней части ДТС теплоноситель вскипает и образовавшийся пар поднимается вверх к участку охлаждения. Там пар конденсируется, отдавая при этом теплоту фазового перехода. Образовавшийся конденсат под действием сил гравитации стекает на участок обогрева, где снова вскипает, продолжая, таким образом, теплообменный цикл. Высокие коэффициенты теплоотдачи при кипении и конденсации циркулирующего в ДТС теплоносителя, а также большая скрытая теплота парообразования воды, передаваемая в процессе последовательных фазовых превращений теплоносителя ДТС, объясняют высокую эффективность теплопереноса устройствами этого типа. 

 

Рис. 4. Принципиальная схема ДТС (а) и конструктивная схема ТОАР (б)

Для отвода больших тепловых мощностей термосифоны объединяют в термосифонные теплообменные аппараты. Конструктивная схема такого теплообменника аварийного расхолаживания (ТОАР) реактора представлена на рис. 4б. Термосифонный теплообменный аппарат имеет цилиндрический корпус с эллиптическими крышками на торцах и 4 патрубка. Теплопередающую поверхность ТОАР образует сборка цилиндрических термосифонов, расположенных вертикально в узлах треугольной решетки. В центральной части ТОАР установлена трубная доска, являющаяся несущим элементом сборки ДТС. Красными стрелками на рис. 4б показан тракт циркуляции охлаждаемого теплоносителя 1-го контура, а синими – тракт циркуляции теплоносителя промежуточного контура, отводящего теплоту от ТН 1-го контура к конечному поглотителю или еще к одному промежуточному контуру. 

Наряду с рассмотренной конструктивной схемой термосифонного ТОАР могут использоваться и другие схемы. В частности, теплообменник с ДТС может не иметь корпуса со стороны конечного поглотителя, как это показано на рис. 5.

 

Рис. 5. Вариант моноблочной СПОТ на базе ДТС

Главным достоинством термосифонных теплообменников является то, что каждый термосифон - это замкнутый промежуточный контур теплопереноса, разделяющий греющий контур и поглотитель теплоты. По этой причине показатели надежности СПОТ с ДТС превышают аналогичные показатели систем теплоотвода с традиционными кожухотрубными ТОА [6].

Разгерметизация одного или нескольких ДТС не сказывается на работоспособности теплообменника и не приводит к проникновению среды из контура высокого давлением в контур низкого давления. Например, появление течи в ТОАР со стороны испарительного участка ДТС не приведет к распространению радиоактивности за пределы промежуточного контура ТОАР. Теплоноситель 1-го контура заполнит только внутреннюю полость разгерметизированного термосифона.

В случае необходимости, количество защитных барьеров может быть увеличено за счет последовательного включения двух термосифонных ТОАР. Так в работах [6,7] предлагается использовать два теплообменника с ДТС, один из которых является кольцевым. Это существенно снижает вероятность того, что в аварийных ситуациях радиоактивные продукты смогут выйти за пределы барьеров безопасности. 

На рис. 6 показана система пассивного теплоотвода, реализующая идею увеличения количества барьеров защиты за счет использования двух последовательно включенных промежуточных контуров теплопереноса между 1-м контуром РУ и конечным поглотителем [7]. При этом второй промежуточный контур выводится за пределы герметичной оболочки и работает по принципу кольцевого ДТС с разделением потоков пара и конденсата. 

Рис. 6. СПОТ с двумя промежуточными барьерами защиты

Достоинства термосифонных теплообменников не ограничиваются только тем, что они являются дополнительными барьерами защиты. Теплообменники этого типа отличают автономность в работе, высокая теплопередающая способность, минимальное внутреннее термическое сопротивление, способность к трансформации тепловых потоков, минимальное внешнее гидравлическое сопротивление, высокая компактность теплообменного оборудования из-за отсутствия камер для подвода и отвода внешнего теплоносителя. К этому можно добавить простоту конструкции и высокую надежность, приемлемые массогабаритные показатели и простоту эксплуатации теплообменников с ДТС.

Схема подключения СПОТ с ДТС к реакторной установке с ВВЭР

Наиболее перспективными для практической реализации вариантами сопряжения СПОТ с реакторной установкой считаются два подключения:

·   к трубопроводам системы аварийного охлаждения активной зоны (САОЗ);

·   к "горячему" и "холодному" трубопроводам главного циркуляционного контура.

На рис. 7 представлен первый из этих вариантов [8].


Рис. 7. Подключение автономной термосифонной СПОТ к САОЗ ВВЭР

Изображенная на рис. 7 термосифонная СПОТ является автономной, то есть ее работоспособность не зависит от состояния основного теплообменного оборудования РУ, в частности, от работоспособности парогенератора. При включении в работу этой СПОТ начинается циркуляция ТН 1-го контура по тракту: верхний участок петли аварийного охлаждения - ниж­няя полость межтрубного пространства ТОАР – нижний участок петли аварийного охлаждения – активная зона реактора, и далее по этому же циклу. С помощью термосифонов ТОАР теплота передается из нижней в верхнюю полость межтрубного пространства, откуда теплоносителем промежуточного контура отводится за пре­делы герметичной оболочки реакторного отделения в теплообменник-конденсатор (ТК), охлаждаемый водой БАОТ.

В промежуточном теплопередающем контуре, как и в ДТС, осуществляются фазовые превращения теплоносителя – в верхней полости межтрубного пространства (МТП) он вскипает, пар идет в ТК, там конденсируется и в виде конденсата возвращается в верхнюю полость МТП ТОАР, где снова вскипает. Конечным поглотителем тепловой энергии в этой СПОТ является вода, находящаяся в БАОТ.

Поскольку теплоотвод от ТК к воде БАОТ осуществляется при свободной конвекции, коэффициент теплоотдачи получается очень низким. Для интенсификации теплоотвода в работе [9] предложено организовать в БАОТ поток затопленных струй с помощью системы газожидкостной интенсификации (ГЖИ) теплообмена, имеющей в своем составе баллон со сжатым воздухом (рис. 7), воздушный трубопровод и клапан с электромагнитным приводом, открывающийся автоматически при обесточивании. В аварийной ситуации, когда клапан открыт, воздух поступает из баллона к перфорированному коллектору, расположенному под трубчаткой ТК. Всплывающие из коллектора воздушные пузыри формируют вдоль наружной поверхности трубок затопленные газожидкостные струи, которые существенно увеличивают теплоотдачу от трубок к воде.

Влияние СПОТ на развитие аварии при обесточивании энергоблока с ВВЭР-1000

Теперь, когда дана краткая характеристика систем пассивного теплоотвода, имеет смысл сопоставить, как из одного и того же исходного состояния будет протекать аварийный процесс без СПОТ и с подключением такой системы. Для примера воспользуемся результатами расчетного моделирования [10], выполненного с использованием компьютерных кодов RELAP-5/MOD3.2, ДИНАМИКА-97, ATHLET 1.2A и MELCOR 1.8.4.

При выполнении расчетного анализа запроектной аварии с полным длительным обесточиванием энергоблока было принято, что исходное состояние АЭС в полной мере соответствует режиму ее нормальной эксплуатации, и все характеристики активной зоны соответствуют расчетным значениям. Было принято также, что в результате полного обесточивания энергоблока отключились все потребители электроэнергии. Для моделирования аварии особенно важно отключение ГЦН-ов, потеря электроснабжения системой компенсации давления 1-го контура, отключение системы подпитки-продувки 1-го контура, прекращение подачи питательной воды в ПГ, отключение быстродействующей редукционной установки для сброса пара в конденсатор (БРУ-К) и закрытие стопорных клапанов турбогенератора.  

Используемые в расчете текущие значения мощности реактора после срабатывания его аварийной защиты по сигналу обесточивания ГЦН определялись по известной зависимости остаточного тепловыделения от времени после останова реактора. Отвод теплоты от 1-го контура вычислялся как функция сброса пара в атмосферу – вначале через быстродействующую редукционную установку БРУ-А, а затем через импульсное предохранительное устройство парогенератора (ИПУ ПГ). Расход теплоносителя по контуру определялся в результате расчета естественной циркуляции с учетом начального выбега ГЦН.

Расчеты показали, что срабатывания БРУ-А, а затем ИПУ ПГ приводят к существенному  снижению уровня котловой воды в парогенераторе и оголению трубчатки. В результате ухудшается теплоотвод от 1-го контура, следствием чего является рост давления в нем и срабатывания импульсного предохранительного устройства компенсатора давления (ИПУ КД). Из-за потери теплоносителя через ИПУ КД постепенно опустошается сборная камера реактора (СКР). Когда уровень ТН в СКР опускается ниже выходных патрубков реактора, происходит срыв естественной циркуляции теплоносителя.

На рисунках 8а и 8б показаны изменения температуры теплоносителя на выходе из реактора (Твых) и максимальной температуры оболочек твэлов (Тоб) в процессе развития описываемой аварии. Из сопоставления кривых видно, что разные коды дают более-менее согласованные результаты. Полученные данные свидетельствуют, что после срыва естественной циркуляции теплоносителя температура оболочек твэлов начала быстро увеличиваться. Особенно высокой скорость увеличения температуры оболочек становится после того, как в результате снижения уровня ТН в реакторе оголились верхние части твэлов. В условиях чрезвычайно малого  Рис.8

Рис.8 Изменение температуры ТН на выходе из реактора (а) и максимальной температуры оболочек твэлов (б) после полного обесточивания энергоблока (без СПОТ) ко­эффициента теплоотдачи от твэлов к пару возник кризис теплоотдачи, в результате которого температура оболочек твэлов превысила 1000 °С.

Дальнейшее развитие этой аварии рассчитано с использованием кода MELCOR 1.8.4. В результате получено, что на 13300-й секунде начинает плавиться ядерное топливо, а на 21300-й секунде расплав радиоактивной массы ядерного топлива и конструкционных материалов реактора (кориум) стекает на днище реактора и повреждает его.

Вторая серия расчетов, подобных тем, результаты которых приведены выше, выполнена для тех же начальных условий, но в предположении о наличии СПОТ-ПГ [10]. При этом считалось, что СПОТ обеспечивает теплоотвод от первого контура ко второму в парогенераторе, образовавшийся при этом пар конденсируется в теплообменных модулях и конденсат возвращается обратно в ПГ. Результаты расчета зависимостей Твых(t) и Тоб(t) представлены на рис. 9.

 

Рис. 9. Изменение температуры ТН на выходе из реактора (а) и максимальной температуры оболочек твэлов (б) после полного обесточивания энергоблока (со СПОТ ПГ)

В начальной стадии развития аварии даже при наличии СПОТ значительная часть теплоты отводится за счет выброса пароводяной смеси из ПГ в атмосферу (вначале при срабатываниях БРУ-А, а затем – ИПУ ПГ). Однако после некоторого снижения мощности остаточного тепловыделения сброс пара из парогенератора прекращается, и расхолаживание реактора обеспечивается работой СПОТ ПГ.

В заключение сопоставим результаты использования при обесточивании энергоблока АЭС системы пассивного теплоотвода через ПГ (рис. 9) с подобными результатами при использовании СПОТ-Р. С этой целью воспользуемся рас­четными данными [11], полученными при моделировании аварии обесточивания энергоблока с отводом остаточного тепловыделения реактора с помощью автономной термосифонной СПОТ-Р, схема которой представлена на рис. 7. В расчете принято, что запорные клапаны СПОТ открываются на 2410-й секунде. Момент подключения СПОТ выбран из условия га­рантированного недопущения открытия ИПУ КД. Результаты расчетного моделирования, выполненного с использованием кода RELAP-5/MOD3.4, представлены на рис. 10. Они показывают устойчивое снижение температуры оболочек твэлов, а также температуры первого и второго контуров в течение 72 часов.

 

Рис. 10. Изменение температуры ТН на входе и выходе из реактора, максимальной температуры оболочек твэлов и температуры второго контура в ПГ после полного обесточивания энергоблока (с термосифонной СПОТ-Р)

Сравнение полученных расчетных характеристик СПОТ-ПГ и термосифонной СПОТ-Р свидетельствует, что в условиях полного длительного обесточивания энергоблока обе рассмотренные пассивные системы безопасности выполняют заданные функции и обеспечивают надежный и безопасный отвод остаточного тепловыделения в реакторе. СПОТ-Р по сравнению со СПОТ-ПГ расхолаживает реактор с меньшей скоростью снижения температуры твэлов и теплоносителя первого контура.

Поскольку термосифонная СПОТ-Р отводит теплоту непосредственно от 1-го контура, для ее функционирования достаточно сохранить лишь одну функцию безопасности – теплоотвод от активной зоны. Для этого требуется некоторый минимальный запас теплоносителя 1-го контура, при котором не оголяются верхние части ТВС, но не требуется естественной циркуляции ТН в петлях главного циркуляционного тракта [11]. Для надежного же функционирования СПОТ-ПГ, кроме названной функции безопасности, необходимо сохранение еще трех функций:

·   поддержания запаса теплоносителя в 1-м контуре, достаточного для переноса теплоты от реактора к парогенератору при естественной циркуляции ТН в главном циркуляционном трубопроводе;

·   отвода теплоты от 1-го контура ко 2-му в парогенераторе, что требует достаточного запаса котловой воды в ПГ;

·   управления давлением во 2-м контуре при вводе в работу СПОТ-ПГ.

При этом для безопасного отвода остаточного тепловыделения в реакторе с помощью СПОТ-ПГ необходимо совместное выполнение всех перечисленных функций безопасности.


Выводы

Располагаемой массы котловой воды недостаточно для сохранения целостности активной зоны ВВЭР-1000 при длительном обесточивании ЯЭУ. Необходимо оснастить реакторные установки пассивными системами отвода остаточного тепловыделения. Во избежание перегрева и повреждения тепловыделяющих элементов эти системы должны включаться в работу не позднее чем через 40 минут после начала аварии.

Из двух вариантов компоновки систем пассивного теплоотвода (СПОТ-Р и СПОТ-ПГ) предпочтительной является система теплоотвода непосредственно из реактора. Одно из основных достоинств СПОТ-Р состоит в том, что при ее использовании отпадает необходимость поддерживать достаточный для работы системы уровень воды в ПГ.

При конструировании СПОТ предпочтение следует отдавать теплообменникам с высокими показателями надежности, например, на основе двухфазных термосифонов. Применение таких ТОАР создает еще один дополнительный барьер радиационный защиты людей и окружающей среды. Достоинствами этих теплообменников является также их высокая теплопередающая способность, минимальное внутреннее термическое сопротивление, способность к трансформации тепловых потоков, минимальное внешнее гидравлическое сопротивление и приемлемые массогабаритные показатели.

В случае необходимости, количество защитных барьеров в системе пассивного теплоотвода на базе двухфазных термосифонов может быть увеличено за счет последовательного включения двух термосифонных теплообменников аварийного расхолаживания.

 

 Литература

1. Свириденко И.И. Аварийное расхолаживание реакторной установки АЭС с ВВЭР при полном длительном обесточивании энергоблока / И.И. Свириденко [и др.] // Вестник НТУУ (КПИ). Серия машиностроения, 2002. – № 43. – с.198–201.

2. Букин Н.В., Борисов Л.Н., Громов А.Л. и др. Влияние пассивных систем на протека­ние типичных запроектных аварий  РУ  В-392 // В матер. 2-ой Науч.-техн. конф «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР». –  По­дольск, 2001. – 16 с.

3. Safety related terms for advanced nuclear plants. IAEA-TECDOC-626. – Vienna: IAEA, 1991. – 23 р.

4. Разработка тепловой схемы и расчет теплогидравлических характеристик системы пассивного отвода тепла. Отчет о НИР. – К.: Киевск. госуд. науч.-исслед. и проект.-констр. ин-т «Энергопроект», 1992. – 47 с.

5. Gautier, et al. Passive heat removal system with the «Base Operation Passive Heat Removal» strategy. Application with Primary Heat Exchangers – Proc. of  ICONE 7, April 20-23 1999. – 17 р.

6. Свириденко И.И. Оценка надежности пассивной термосифонной системы расхолаживания приреакторного бассейна выдержки ОЯТ / И.И. Свириденко, А.Ю. Москаленко // Проблемы промышленной теплотехники: Тезисы IV Межд. конф. – Киев, ИТТФ НАН Украины, 2005. – с. 255–256.

7. Свириденко И.И. Пассивная система отвода остаточных тепловыделений на базе бассейна мокрой перегрузки / И.И. Свириденко [и др.] // Промышленная теплотехника, 2003. – Т. 25. – № 4, приложение. – с. 257–259.

8. Свириденко И.И. Автономная пассивная система аварийного расхолаживания ВВЭР-1000 на основе низкотемпературных двухфазных термосифонов. Вісник СевДТУ. Вип. 88: Механіка, енергетика, екологія: зб. наук. пр. — Севастополь: Вид-во СевНТУ, 2008.

9. Свириденко И.И. Особенности движения затопленной газожидкостной струи вдоль плоской теплоотдающей поверхности / И.И. Свириденко, К.Ю. Федоровский // Промислова гідравліка і пневматика, 2003, № 2. – с. 47-52.

10. Расчетное обоснование теплогидравлических характеристик реактора и РУ ВВЭР / В.П.Спассков, Ю.Г.Драгунов, С.Б.Рыжов, А.К.Подшибякин и др. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. – 340 с.

11. исследования режимных характеристик систем пассивного отвода остаточных тепловыделений реакторных установок АЭС на основе расчетного и экспериментального моделирования. Отчет о НИР (заключит.); руководитель К.Ю. Федоровский. – № ГР 0109U001702; Инв. № 0212U002655. – Севастополь: СевНТУ. – 2011. – 285 с.

 

 

 

 
Связанные ссылки
· Больше про Безопасность и чрезвычайные ситуации
· Новость от Proatom


Самая читаемая статья: Безопасность и чрезвычайные ситуации:
О предупреждении аварий на сложном объекте

Рейтинг статьи
Средняя оценка работы автора: 4.55
Ответов: 9


Проголосуйте, пожалуйста, за работу автора:

Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Нормально
Плохо

опции

 Напечатать текущую страницу Напечатать текущую страницу

"Авторизация" | Создать Акаунт | 23 Комментарии | Поиск в дискуссии
Спасибо за проявленный интерес

Re: Термосифонные системы пассивного теплоотвода при длительном обесточивании ВВЭР (Всего: 0)
от Гость на 19/12/2012
Из представленных в статье СПОТов ни один, на самом деле не является реакторным (в смысле внутриреакторным). Поэтому в случае разрыва трубопровода, к которому подключен СПОТ-Р наступит кирдык теплоотводу.

Из приведенных схем видно, что конечным стоком тепла рассматривается большой бассейн с водой. Тут же появляется вопрос: а как вы, граждане, будете отводить тепло, когда вода в бассейне выпарится? Или, как в Фукусиме, будете туда воду из пожарных машин поливать? 

Исходить надо из постулата, что конечным приемником тепла является окружающий воздух. Вот из этих соображений и конструируйте свои СПОТы. 


[ Ответить на это ]


Re: Термосифонные системы пассивного теплоотвода при длительном обесточивании ВВЭР (Всего: 0)
от Гость на 21/12/2012
Поэтому в случае разрыва трубопровода, к которому подключен СПОТ-Р наступит кирдык теплоотводу.

Будет несколько каналов СПОТ, для ВВЭР принято 4 (по количеству петель), 3-х каналов достаточно для отвода остаточного тепловыделения. Обрыв 2х и более трубопроводов СПОТ или отказ более 1 канала - событие маловероятное. Хотя и не невозможное.

из приведенных схем видно, что конечным стоком тепла рассматривается большой бассейн с водой. Тут же появляется вопрос: а как вы, граждане, будете отводить тепло, когда вода в бассейне выпарится? Или, как в Фукусиме, будете туда воду из пожарных машин поливать?

Именно такой принцип СПОТ-ПГ принят для Балтийской АЭС, те же разрекламированные АР имеют СПОТ от бассейна на крыше. СПОТ-Р на Фукусиме (1 блок) также был водяным. Именно что после выпаривания воды предполагается восполнение её запаса от пожарных машин. А что здесь ужасного? Блок находится в контролируемом состоянии, выхода р/а нет, подъехать можно. Можно согласится, что в этом состоит минус водяного СПОТ из-за возможного повреждения, к примеру, путепровода, или выхода р/а на площадку АЭС. когда подъехать на пожарной машине будет невозможно.

Исходить надо из постулата, что конечным приемником тепла является окружающий воздух. Вот из этих соображений и конструируйте свои СПОТы.

На НВАЭС-2 реализуется воздушный СПОТ-ПГ, с теплоотводом  к воздуху атмосферы, также, как это уже сделано для АЭС Куданкулам.


[
Ответить на это ]


Re: Термосифонные системы пассивного теплоотвода при длительном обесточивании ВВЭР (Всего: 0)
от Гость на 21/12/2012


[
Ответить на это ]


Re: Термосифонные системы пассивного теплоотвода при длительном обесточивании ВВЭР (Всего: 0)
от Гость на 21/12/2012
Воды в бассейне должно быть столько, чтобы остаточного тепловыделения не хватило для ее полного выпаривания.По оценкам для аварийного расхолаживания ВВЭР-1000 при максимальном накоплении осколков деления достаточно 1600 метров кубических.Автор 


[
Ответить на это ]


Re: Термосифонные системы пассивного теплоотвода при длительном обесточивании ВВЭР (Всего: 0)
от Гость на 21/12/2012
Автор,а на какой промежуток времени хватит этих 1600 кубометров? Что-то сомнительно, что без подпитки получится поддерживать блок в безопасном состоянии. В БАОТ Балтийской АЭС около 2000 кубометров воды, их хватает примерно на 72 часа работы СПОТ, далее требуется подпитка. Было бы ещё интересно увидеть кривую спада давления в реакторе. Успеваете слить воду из ёмкостей САОЗ до достижения температуры повторной критичности?


[
Ответить на это ]


Re: Термосифонные системы пассивного теплоотвода при длительном обесточивании ВВЭР (Всего: 0)
от Гость на 22/12/2012
Чтобы избежать повторной критичности при использовании СПОТ, предусмотрена подсистема пассивного охлаждения компенсатора давления. Она автоматически включается вместе со СПОТ и обеспечивает ускоренное снижение давления в 1-м контуре с сохранением необходимого запаса до кипения. В результате гидроемкости подключатся раньше, чем подкритичность уменьшится до опасного значения.


[
Ответить на это ]


Re: Термосифонные системы пассивного теплоотвода при длительном обесточивании ВВЭР (Всего: 0)
от Гость на 22/12/2012
"Воды в бассейне должно быть столько, чтобы остаточного тепловыделения не хватило для ее полного выпаривания."

Эх, автор, автор. Вода выпаривается не только от тепла, но и из-за не 100% влажности воздуха. Другими словами, лужа всегда высохнет, если не случится дождя. А чем холоднее воздух, тем он суше, и тем быстрее высохнет бассейн с водой.
Кроме того, как показала Фукушима, бассейны текут, особенно если их тряхнуть. Можно и намеренно продырявить...
В общем слабовато и ненадежно пока что это все смотрится... Думайте дальше.


[
Ответить на это ]


Re: Термосифонные системы пассивного теплоотвода при длительном обесточивании ВВЭР (Всего: 0)
от Гость на 22/12/2012
Я тоже не понимаю, что вцепились в эти водяные СПОТ? Воздушный от МОАЭП выглядит куда надёжней.


[
Ответить на это ]


Re: Термосифонные системы пассивного теплоотвода при длительном обесточивании ВВЭР (Всего: 0)
от Гость на 19/12/2012
Идее примерно 35 лет, еще на 4 курсе просчитывали варианты, пришли к выводу - температура окружающей среды - последний приемник тепла.

Инженер


[ Ответить на это ]


Re: Термосифонные системы пассивного теплоотвода при длительном обесточивании ВВЭР (Всего: 0)
от Гость на 21/12/2012
От проектировщика СПОТ.Жаль, что японцы не учились с Вами на 4-м курсе!!!


[
Ответить на это ]


Re: Термосифонные системы пассивного теплоотвода при длительном обесточивании ВВЭР (Всего: 0)
от Гость на 21/12/2012
А что японцы? У них была СПОТ на 1 блоке Ф-1. Но то ли они её отключили, то ли сама отключилась. 1й блок рванул первым. Полевых испытания японская СПОт не выдержала.


[
Ответить на это ]


Re: Термосифонные системы пассивного теплоотвода при длительном обесточивании ВВЭР (Всего: 0)
от Гость на 20/12/2012
Главное в Концерн идею с СПОТ-Р подкиньте. они новую системку безопасности воткнут. назовут проект МЕГА БЕЗОПАСНЫЙ ВВЭР-ТОИ  и еще милиардиков 10 на выпуск бумажек у Росатом (читай пенсионеров РФ) отожмут. и не прервется "идея" концерна - "каждая станция уникальна".   Но не затягивайте, а то если пару станций с ТОИ построят глядишь кому-то понравятся и его в серию пустят .... тогда уж не до модернизаций.....


[ Ответить на это ]


Re: Термосифонные системы пассивного теплоотвода при длительном обесточивании ВВЭР (Всего: 0)
от Гость на 21/12/2012
Очевидно и доказано, что тепловые трубы и термосифоны являются эффективным средством транспортирования тепловое энергии на малые расстояния.
 Однако вот вопросы автору:
1. Как выполнить герметичным уплотнение термосифонов в трубных досках, чтобы предотвратить попадание теплоносителя 1-го контура в охлаждающую среду?
2. Что там с расчётом на прочность контейнеров-термосифонов получается, ведь подразумевается большое внешнее давление на термосифон?
3. Интересно услышать оценки габаритных размеров ТОАР, количество термосифонов в ТОАР, длину термосифонов для блока ВВЭР-1200.
4. Освоено ли производство таких термосифонов отечественной или зарубежной промышленностью?

Турбинист



[ Ответить на это ]


Re: Термосифонные системы пассивного теплоотвода при длительном обесточивании ВВЭР (Всего: 0)
от Гость на 21/12/2012
to Турбинист

конечно же такие технологические вопросы ещё не проработаны. Это пока что только концепт, иyajhvfwbz к размышлению

- не автор -


[
Ответить на это ]


Re: Термосифонные системы пассивного теплоотвода при длительном обесточивании ВВЭР (Всего: 0)
от Гость на 21/12/2012
информация


[
Ответить на это ]


Re: Термосифонные системы пассивного теплоотвода при длительном обесточивании ВВЭР (Всего: 0)
от Гость на 21/12/2012
Ответы на вопросы Турбиниста:
1. Чтобы предотвратить межконтурную течь в ТОАР, предусмотрены две трубные доски и контроль полости между ними. Термосифоны в трубных досках крепятся аргонодуговой сваркой. 
2. Расчет на прочность всех элементов ТОАР выполняется по стандартной методике.
3. При отводимой мощности 20 МВт ТОАР имеет 1500 термосифонов диаметром 25х2.5 мм. Высрта испарительного участка 1.5 м., высота конденсаторного участка 1 м., диаметр ТОАР 1.5 м.  
4. Технология изготовления двухфазных термосифонов (ДТС) разработана еще в 70-х годах прошлого века. В настоящее время освоено промышленное изготовление теплообменного оборудования на основе ДТС для систем утилизации теплоты.
Автор




[
Ответить на это ]


Re: Термосифонные системы пассивного теплоотвода при длительном обесточивании ВВЭР (Всего: 0)
от Гость на 21/12/2012
Не работает комментирование


[ Ответить на это ]


Re: Термосифонные системы пассивного теплоотвода при длительном обесточивании ВВЭР (Всего: 0)
от Гость на 22/12/2012
Выполнение данных требований возможно только при оборудовании энергоблоков АЭС системами пассивного отвода остаточного тепловыделения (СПОТ)
Почему никто не думает об использовании энергии, выделяемой аварийным реактором для подавления этой же энергии, без использования резервных источников? Это будет активная система по надежности равная пассивной.


[ Ответить на это ]


Re: Термосифонные системы пассивного теплоотвода при длительном обесточивании ВВЭР (Всего: 0)
от Гость на 22/12/2012
Почему никто не думает об использовании энергии, выделяемой аварийным реактором для подавления этой же энергии, без использования резервных источников?
Вот в Японии подумали. Помните системы RCIC и HPCI на 2 и 3 блоках Фукусимы, когда пар из реактора шёл на турбонасос, качающий воду из "бублика"? Системы честно отработали трое суток, но японцам этого оказалось мало, чтобы организовать охлаждение от насосов. Так что уже не впечатляет. Должен быть конечный поглотитель тепла, как вода БАОТ  или воздух атмосферы.


[
Ответить на это ]


Re: Термосифонные системы пассивного теплоотвода при длительном обесточивании ВВЭР (Всего: 0)
от Гость на 22/12/2012
В Японии фактическая сила землетрясения оказалась 9,1 балла, хотя ученые-сейсмологи утверждали, что в том районе выше 8,8 баллов быть не может. Предела "изобретательности" природы мы не знаем. Это к вопросу исходных данных в проектные решения. А отсюда вопрос - какова вероятность, что при запроектной аварии физически не разрушится или не потеряет работоспособность и СПОТ? В наш технологический век СПОТ может быть востребована только при запроектной аварии. Но тогда возникает следующий вопрос: какая цель внедрения СПОТ на случай запроектной аварии? Не допустить расплавления а.з.? Но при запроектных авариях это не может быть целью. В случае их возникновения главной целью  всех мероприятий становится минимизация  вредного влияния на окружающую среду (и на человека, как ее обитателя). История аварий ВВР показывает, что наибольшую опасность представляют и наибольший вред приносят  "общающиеся" с а.з. газовая и водная среды. Из этого факта вытекает направление деятельности по предотвращению последствий запроектных аварий - локализация и последующее безопасное содержание допустимо длительное время отдельно а.з., отдельно водной среды, отдельно газовой среды. При этом немаловажное значение имеет место расположение таких локализационных зон. Вероятнее всего они должны располагаться ниже поверхности земли под реактором.Конкретно будущего СПОТ: нет убедительных аргументов целесообразности тратить деньги на их проектирование и внедрение.


[ Ответить на это ]


Re: Термосифонные системы пассивного теплоотвода при длительном обесточивании ВВЭР (Всего: 0)
от Гость на 22/12/2012
При этом немаловажное значение имеет место расположение таких локализационных зон. Вероятнее всего они должны располагаться ниже поверхности земли под реактором.А отсюда вопрос - какова вероятность, что при запроектной аварии физически не разрушится или не потеряет работоспособность и СПОТ?Категория сейсмостойкости СПОТ такая же, как и I контура. Если тряхнёт так, что превысит МРЗ, разлетится не только СПОТ, но и контур, в этом случае пассивное охлаждение в раз потеряет свою актуальность. При больших течах она не спасётПри этом немаловажное значение имеет место расположение таких локализационных зон. Вероятнее всего они должны располагаться ниже поверхности земли под реактором..
УЛР? На Балтийской уже монтируют.
Конкретно будущего СПОТ: нет убедительных аргументов целесообразности тратить деньги на их проектирование и внедрение.
Лучше всего, если СПОТ будет иметь место как свойство самой РУ, как в РБМК, например.При сохранении целостности контура, можно расхолаживаться через неизолированные поверхности ПВК. Воздушный СПОТ-Р как неотъемлемая часть РУ.


[
Ответить на это ]


Re: Термосифонные системы пассивного теплоотвода при длительном обесточивании ВВЭР (Всего: 0)
от Гость на 26/12/2012
Как раз весь смысл в объеме конечного поглотителя. Вы прекрасно посчитали, что при безразмерном баке будет безграничный по времени отвод тепла! Это и ежу понятно. Суть в том что безразмерный бак трудно присобачить к ГО. Т.е. в статье не хватает главного - не учтен нагрев воды в баке и последующее снижение уровня в нем за счет выкипания. По-сути вы предложили иметь еще один бак запаса воды. И почти все. С таким же успехом, вместо красивого названия СПОТ, надо просто этот бак сливать в обеспаренные ПГ (хотя бы один) и выпаривать в ПСУ 2к. Абсолютно тот же эффект, только проще. Вопрос опять же в объеме этого запаса. Вот вам и СПОТ 2к. А еще учтите, давления, на которые должны быть рассчитаны ваши промежуточные теплообменники. В общем, ваш СПОТ 2 можете смело  выбросить в мусорку. А СПОТ 1 ваш, что тоже не пойдет, рассчитывайте поверхность т/о на воздух, как конечный поглотитель.

NUT


[ Ответить на это ]


Re: Термосифонные системы пассивного теплоотвода при длительном обесточивании ВВЭР (Всего: 0)
от Гость на 26/12/2012
Был такой реактор, БН-350. Так там граждане взяли и из старого неработающего парогенератора сделали СПОТ натрий - воздух. Испытали его (на реальном реакторе, заметьте!), и остались очень довольны, т.к. получили подтверждение, что его теплоотводящей способности вполне хватило для отвода распадного тепла реактора в режиме ЕЦ.
Так что, пока господа ученые жопу чесали, эксплуататоры решили проблему аварийного теплоотвода своими голыми натруженными руками.


[
Ответить на это ]






Информационное агентство «ПРоАтом», Санкт-Петербург. Тел.:+7(921)9589004
E-mail: info@proatom.ru, Разрешение на перепечатку.
За содержание публикуемых в журнале информационных и рекламных материалов ответственность несут авторы. Редакция предоставляет возможность высказаться по существу, однако имеет свое представление о проблемах, которое не всегда совпадает с мнением авторов Открытие страницы: 0.13 секунды
Рейтинг@Mail.ru