Часть 1.1 http://pikabu.ru/story/konstruktsiya_reaktora_rbmk1000_ot_a_...
Часть 1.2 http://pikabu.ru/story/konstruktsiya_reaktora_rbmk1000_ot_a_...
Часть 1.3 http://pikabu.ru/story/konstruktsiya_reaktora_rbmk1000_ot_a_...
Вторую часть мы посвятим составу и устройству активной зоны реактора.
Во второй части нашего поста вы узнаете требования норм.документов к активной зоне, требования ОПБ(Общие положения обеспечения безопасности атомных станций), требования ПБЯ РУ АС-89 (Правила ядерной безопасности реакторных установок атомных станций), систем координат реактора и конечно же графитовая кладка.
И так, что же такое Активная зона?
Активная зона(АЗ) - основная конструктивная часть реактора -сформирована на основании расчетно-теоретических исследований.
АЗ имеет форму вертикального цилиндра диаметром 12,0 м и высотой 7 м., окружена боковым отражателем толщиной 1 м. и торцевыми отражателями по 0,5 м.
В состав активной зоны входят:
- топливная загрузка;
- технологические каналы;
- каналы СУЗ и КОО;
- стержни СУЗ;
- теплоноситель;
- графитовая кладка.
Рассмотрим требования, предъявляемые нормативной документацией к конструкции и характеристикам активной зоны.
1.Требования нормативных документов к активной зоне
1.1. Требования ОПБ-88/97
- Конструкция и характеристики активной зоны.
- В проекте АЭС должны быть установлены в соответствии с федеральными нормами и правилами в области использования атомной энергии пределы повреждения (количество и степень повреждения) твэлов и связанные с этим уровни радиоактивности теплоносителя реактора по ядерным изотопам.
Активная зона и другие системы, определяющие условия ее работы, должны быть спроектированы таким образом, чтобы исключалось превышение установленных пределов безопасной эксплуатации повреждения твэлов на протяжении установленного для них срока использования в реакторе.
-Активная зона должна быть спроектирована таким образом, чтобы при нормальной эксплуатации и проектных авариях обеспечивались ее механическая устойчивость и отсутствие деформаций, нарушающих нормальное функционирование средств воздействия на реактивность и аварийный останов реактора или препятствующих охлаждению твэлов.
Следует стремиться к тому, чтобы оцененное на основе вероятностного анализа безопасности значение суммарной вероятности тяжелых за проектных аварий не превышало 10-5 на реактор в год.
-Активная зона вместе со всеми ее элементами, влияющими на реактивность, должна быть спроектирована таким образом, чтобы любые изменения реактивности с помощью органов регулирования и эффектов реактивности в эксплуатационных состояниях и при проектных и запроектных авариях не вызывали неуправляемого роста энерговыделения в активной зоне, приводящего к повреждению твэлов сверх установленных проектных пределов.
- Характеристики ядерного топлива, конструкции реактора и другого оборудования первого контура( включая систему очистки теплоносителя) с учетом работы других систем не должны допускать при тяжелых запроектных авариях, в том числе с расплавлением топлива, образования вторичных критических масс.
В случае осуществования такой возможности техническими мерами должно быть обеспечено не превышение предельного аварийного выброса (10-7 на реактор в год).
1.2. Требования ПБЯ РУ АС-89
-Требования к активной зоне и элементам ее конструкции.
- Конструкция и регламент эксплуатации РУ должны обеспечивать не превышение эксплуатационных пределов повреждения твэлов при нормальной эксплуатации.
-Активная зона должна быть спроектирована таким образом, чтобы любые изменения реактивности при нормальной эксплуатации, нарушениях нормальной эксплуатации и проектных авариях не приводили к нарушению соответствующих пределов повреждения твэлов.
Дополнительные требования по безопасности АС с РУ типа РБМК.
- Эксплуатационный предел повреждения твэлов за счет образования микротрещин не должен превышать 0,2% твэлов с дефектами типа газовой неплотности оболочек и 0,02% твэлов при прямом контакте ядерного топлива с теплоносителем.
- Предел безопасной эксплуатации, определяющий допустимый уровень активности теплоносителя первого контура, по количеству и величине дефектов твэлов составляет: 1% твэлов, с дефектами типа газовой неплотности и 0,1% твэлов, для которых имеет место прямой контакт теплоносителя и ядерного топлива.
- Максимальный проектный предел повреждения твэлов соответствует не превышению следующих предельных параметров:
температура оболочек твэлов – не более 1200°С;
локальная глубина окисления оболочек твэлов – не более 18% от первоначальной толщины стенки;
доля прореагировавшего циркония не более 1% его массы в оболочках твэлов.
- Значения коэффициентов реактивности по удельному объему теплоносителя, по температуре топлива и теплоносителя, по его паросодержанию и по мощности не должны быть положительными во всем диапазоне изменения параметров реактора при нормальной эксплуатации, нарушениях нормальной эксплуатации и проектных авариях.
- В техническом проекте РУ должно быть показано, что при проектных авариях, связанных с быстрым увеличением реактивности, удельная пороговая энергия разрушения твэлов на каждый момент кампании не превышается и плавление топлива исключено, а для запроектных аварий приведены условия, при которых возможно плавление топлива и/или превышение удельной пороговой энергии разрушения твэлов.
- В техническом проекте РУ должно быть установлено соответствие между пределами повреждения твэлов и активностью теплоносителя первого контура по реперным изотопам. При этом должны быть учтены требования к системам очистки теплоносителя.
- В обоснование выполнения требований по не превышению пределов безопасной эксплуатации по повреждениям тепловыделяющих элементов при нарушениях нормальной эксплуатации в техническом проекте РУ должен быть выполнен анализ теплотехнической надежности активной зоны с обоснованием достаточности предусмотренных техническим проектом РУ запасов.
- Конструкция и исполнение активной зоны должны быть такими, чтобы при нормальной эксплуатации, нарушениях нормальной эксплуатации и проектных авариях не превышались соответствующие пределы повреждения твэлов с учетом:
проектного количества режимов и их проектного протекания;
тепловой, механической и радиационной деформации компонентов активной зоны;
физико-химического взаимодействия материалов активной зоны;
предельных значений теплотехнических параметров;
вибрации и термоциклирования, усталости и старения материалов;
влияния продуктов деления и примесей в теплоносителе на коррозию оболочек твэлов;
воздействия радиационных и других факторов, ухудшающих механические характеристики материалов активной зоны и целостность оболочек твэлов.
- В техническом проекте РУ должна быть обоснована и технически обеспечена возможность выгрузки активной зоны и ее компонентов после проектной аварии.
- Активная зона и исполнительные механизмы СУЗ должны быть спроектированы таким образом, чтобы исключались заклинивание, выброс рабочих органов или их самопроизвольное расцепление с приводами СУЗ.
- В техническом проекте РУ должно быть показано, что при непредусмотренном перемещении наиболее эффективных одного или группы рабочих органов СУЗ, не происходит нарушений пределов безопасной эксплуатации по повреждениям твэлов, с учетом срабатывания АЗ без одного наиболее эффективного рабочего органа АЗ.
- При нормальной эксплуатации, нарушениях нормальной эксплуатации и проектных авариях должна исключаться возможность непредусмотренных перемещений и/или деформаций элементов активной зоны, вызывающих увеличение реактивности и ухудшение условий теплоотвода, приводящих к повреждению твэлов сверх соответствующих проектных пределов.
- Характеристики активной зоны и средств воздействия на реактивность должны быть такими, чтобы введение в активную зону и/или отражатель средств воздействия на реактивность для любой комбинации их расположения при нормальной эксплуатации, нарушения нормальной эксплуатации и проектных авариях обеспечивало ввод отрицательной реактивности на любом участке их движения.
- Конструкция тепловыделяющих сборок должна быть такой, чтобы формоизменения твэлов и других элементов ТВС, возможных при нормальной эксплуатации, нарушения нормальной эксплуатации и проектных авариях, не вызывали перекрытия проходного сечения ТВС, приводящего к повреждению твэлов сверх соответствующих пределов, и не препятствовали нормальному функционированию рабочих органов СУЗ.2.2.13. Конструкция ТВС должна иметь отличительные знаки, характеризующие обогащение топлива в твэлах, которые различаются визуально и/или с помощью устройств перегрузки.
- Твэлы различного обогащения, специальные выгорающие поглотители, твэлы с выгорающим поглотителем в топливе, твэлы со смешанным топливом и т.п. должны иметь отличительные знаки, которые различаются визуально и/или промышленными средствами контроля при сборке ТВС.
2. Система координат реактора
Для обозначения ячеек ТК и специальных каналов используются две системы координат.
Система координат РБМК 1000
Система “ряд-канал” применяется при монтаже реактора. По оси ординат обозначены ряды по оси абсцисс ( параллельно оси машзала ) - каналы реактора. Текущими координатами являются буквы и цифры а б в г 01-48 д е ж и. Буквами обозначены ячейки отражателя цифрами - ячейки активной зоны. При обозначении ячейки первым ставится номер ряда через тире - номер канала. Например д - 27 ячейка отражателя номер ряда - д номер канала в ряду - 27.
Система кодирования используется при эксплуатации реактора и перегрузке. В этой системе номера ячеек обозначаются в восьмиричной системе для обработки и выдачи результатов контроля в ЭВМ СЦК “СКАЛА”. Координаты ячеек обозначены в осях Х - Y . Ось Х параллельна оси машзала. Например 24 - 30 ТК координата по оси Х - 24 по оси Y - 30.
3. Графитовая кладка
Графитовая кладка используется в качестве замедлителя и отражателя нейтронов. В графитовом замедлителе происходит уменьшение энергии нейтронов деления до тепловой, а графитовый отражатель снижает утечку нейтронов из активной зоны реактора.
Графитовая кладка размещена внутри защитного кожуха схемы "КЖ" (1) (реакторное пространство). Представляет собой вертикально расположенный цилиндр диаметром 14,0 м и высотой 8,0 м. собранный из отдельных графитовых блоков (2) изготовленных из графита удовлетворяющего специальным требованиям по ядерной чистоте и плотности в 14 слоев, образующих 2488 колонн с шагом 250 мм общей массой 1760 т.
Четыре периферийных ряда колонн по всей окружности кладки выполняют функцию бокового отражателя. Графитовая кладка включает в себя активную зону в форме вертикального цилиндра с диаметром 12 м. и высотой 7 м. В 1693 колоннах активной зоны имеются отверстия диаметром 114 мм, образующие в колоннах тракты для размещения ТК и других спец. устройств, обеспечивающих работу реактора. В отверстиях колонн бокового отражателя в место каналов установлены графитовые стержни из отдельных блоков высотой 280, 500, 600 мм.
Графитовые блоки имеют квадратное сечение 250х250 мм. и различную высоту 200, 300, 500 и 600 мм. Основными являются блоки высотой 600 мм. Внутри блоков имеются отверстия диаметром 114 мм., образующие в колоннах тракты для размещения каналов. Центрирование блоков относительно друг- друга в колонне обеспечивается конусными соединениями типа выступ – впадина.
Верхняя и нижняя части кладки собраны из блоков высотой 200, 300, 500 мм., которые выполняют роль торцевых отражателей и служат для обеспечения взаимного смещения стыков блоков соседних колонн по высоте кладки.
Графитовая колонна
Центрирование блоков относительно друг друга в колонне обеспечивается конусными соединениями типа "выступ-впадина", а центрирование графитовых колонн в трактах, вваренных в верхнюю МК схемы "Е", осуществляется с помощью защитных плит и соединительных патрубков. От радиальных перемещений кладка крепится с помощью 156 штанг, установленных в отверстия диаметром 114 мм. периферийных колонн бокового отражателя. Внизу штанга установлена и вварена в опорные стаканы, которые приварены к верхней плите МК схемы "ОР".
Верхняя часть штанги крепится в верхнем тракте КОО (вваренной в нижнюю плиту схемы "Е") с помощью направляющего патрубка, фланцев и закладных колец. Направляющий патрубок имеет возможность перемещаться в трубе верхнего тракта канала. Одновременно штанга является каналом охлаждения бокового отражателя и уменьшает тепловой поток к МК схемы "КЖ"
Внутри штанг в верхнем и нижнем трактах размещены 156 шт. КОО сб.19 диаметром 110 мм - труба Фильда, с подводом и отводом охлаждающей воды в верхней части канала.
В узлах стыка графитовых блоков, в 18-ти вертикальных отверстиях диаметром 45 мм, размещаются температурные каналы с установленными в них 3-х и 2-х зонных термопарных блоков -- 14 отверстий в активной зоне и 4- в зоне отражателя. При разогреве-расхолаживании реактора температура трактов температурных каналов в зоне бокового отражателя отстает от температуры трактов рабочих каналов и прилегающих ребер значительно больше, чем в зоне плато, что ведет к возникновению неравномерности их температурных расширений и к недопустимым напряжениям в местах приварки трактов к плитам МК схемы "Е". Для исключения (смягчения) напряжений в тракты периферийных температурных каналов вварены сильфонные компенсаторы. В этом отличие периферийных температурных каналов от трактов центральных температурных каналов.
- 4- периферийных температурных канала (Т1, Т14, Т15, Т18)--служат для замера t" графита в 3-х точках по высоте кладки в зоне бокового отражателя.
- 8-центральных температурных каналов (Т3,Т4,Т6,Т9,Т11,Т12,Т16,Т17)--служат для замера t" графита в активной зоне в 3-х точках по высоте кладки.
- 5-центральных температурных каналов (Т2,Т5,Т7,Т8,Т13)—для замера t" в верхних и нижних опорных плитах графитовых колонн в активной зоне.
- 1-температурный канал Т10 -- служит для установки фистульного канала сб.10, предназначенного для отбора проб газа в 4-х точках по высоте графитовой кладки (отм. 25,975 м, 23,945 м, 21,845 м, 19,745 м). (26,2 м. – отметка верха активной зоны 19,2 м.- отметка низа активной зоны,)
Для предотвращения окисления графита и обеспечения необходимого теплоотвода от графита к ТК (энергии взаимодействия графита с нейтронами), кладка работает в атмосфере N2 -_Не смеси. Для исключения утечек газовой смеси в случае разгерметизации внутренней полости реактора в процессе эксплуатации, внутренние полости сх."Е" и сх."ОР", пространства между кожухом реактора и баком водяной защиты, межкомпенсаторные пространства заполняются азотом, давление которого в среднем на 50 мм.вод.ст. выше давления N2-Не смеси во внутренней полости реактора. Для отвода парогазовой смеси из реакторного пространства в случае аварийных протечек теплоносителя - предусмотрены 8 труб диаметром 325х14 мм (4 трубы со стороны сх. "Е" и 4 трубы со стороны сх."ОР"). Трубы сброса парогазовой смеси заведены в ППБ в выгородку парогазовых сбросов. В нормальном режиме по 4 нижним трубам в реакторное пространство подводится газовая смесь, отвод ее осуществляется через систему КЦТК. Предельное давление во внутренней полости реактора составляет 1,8 ата.
Для отвода воды с верхней плиты МК схемы "ОР" в случае течи теплоносителя в кладку, предусмотрены 4 дренажные трубы диаметром 121х10 мм. Протечки теплоносителя отводятся в БПТВ ВСРО. Контроль за расходом газовой смеси на выходе из РП осуществляется с помощью расходомера с верхним пределом измерения до 700м3/ч. Контроль температуры газа производится с помощью термопар, установленных на каждой трубке системы КЦТК перед врезкой в общий коллектор. Для замера давления газовой смеси в РП на четырех парогазовых трубопроводах диаметром 400мм установлены манометры, позволяющие измерять избыточное давление до 0,8 кгс/см2. Узлы крепления каналов работают в условиях t=440 °С, графитовые блоки t=до 750 °С.
