|
Виталий Узиков
|
|
Ильдар Сулейманов |
Для обеспечения повышенной
безопасности и экономической эффективности атомных энергетических реакторов малой
мощности следует посмотреть на дизайн таких установок свежим взглядом и
стремиться к выполнению особых требований, нетипичных для обычных АЭС.
К этим требованиям, например, относятся:
-
предельная простота конструкции реакторной
установки;
-
пассивный отвод тепла от реактора по принципу
естественной циркуляции во всех режимах, включая аварийные;
-
отсутствие в первом контуре охлаждения
механических движущихся элементов, подверженных повышенномуриску поломок при
высоких температурах (насосы, обратные клапана, запорно-регулирующая арматура)
;
-
температура теплоносителя в первом контуре
должна быть максимально возможной (с учетом свойств конструкционных материалов)
для обеспечения высокого КПД реакторной установки;
-
стоимость возведения и, что особенно важно,
демонтажа строительных конструкций должна быть минимизирована с учетом
неблагоприятных внешних воздействий (падение самолета, ураганы, землетрясения,
взрывы при техногенных авариях на близлежащих объектах и т.д.);
-
теплоноситель не должен быть пожаро– и взрывопасен (исключается, например, такие
теплоносители, как натрий и органические теплоносители типа дитолилметана);
-
обеспечение простой и надежной физзащиты
объекта, минимальный риск террористической угрозы для объекта;
-
возможность обеспечения безопасной работы
реакторной установки с минимальным количеством оперативного и ремонтного
персонала;
-
свойства внутренней самозащищенности реакторной
установки, ограничивающей возможности негативно воздействовать на работу при
ошибочных или злонамеренных действиях персонала;
-
требования к квалификации персонала должны быть
ниже, чем на крупных АЭС с их сложными и разветвленными системами;
-
отсутствие электроснабжения реакторной установки
не приводит к опасным аварийным ситуациям, повлекшим разгерметизацию твэлов.
Возможно, этим требованиям вполне
удовлетворяет реакторная установка со свинцовым теплоносителем, в которой при отсутствии циркуляционного
насоса увеличение интенсивности циркуляции через реактор может быть достигнуто
за счет разности гидростатического напора на подъемном и опускном участках
трубопроводов. Для этого разность высот между активной зоной реактора и
парогенератором со свинцовым теплоносителем целесообразно делать максимальной.
Поэтому логично располагать корпус реактора глубоко поз землей, а парогенератор
– на уровне земли.
Расположение реактора под землей
обеспечивает защиту от внешних воздействий и резко снижает стоимость демонтажа
реакторной установки после вывода из эксплуатации. В качестве примера можно
привести упрощенную схему такого реактора, с параметрами свинцового
теплоносителя, аналогичного параметрам в первом контуре для реактора
БРЕСТ-ОД-300.
Перегрузка реактора производится при
сниженном уровне свинцового теплоносителя, что позволяет производить замену ТВС
при разуплотненной крышке реактора. Снижение и заполнение уровня производится с
использованием обогреваемого монжуса (Рисунок 1).
Рисунок 1
– Упрощенная схема энергетического реактора малой мощности на быстрых нейтронах
со свинцовым теплоносителем
В качестве примера возможности
реализации такой реакторной установки в Таблице 1 приводятся основные расчетные
параметры жидкометаллического контура охлаждения активной зоны с естественной
циркуляцией расплава свинца.
Таблица 1. Основные параметры корпусного энергетического реактора малой мощности
на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем
При аварии с разрывом во втором контуре парогенератор опорожняется,после чего реактор охлаждается за счет естественной циркуляции воздуха, омывающего верхнюю часть корпуса реактора, а затем нагретый воздух проходит в канал, в котором находится вертикальный трубопровод первого контура, и, пройдя через фильтры, отводится в атмосферу. Постепенно, с уменьшением уровня остаточного энерговыделения, сопротивление в этом контуре увеличивают, прикрывая заслонку, расход естественной циркуляции воздуха уменьшается, чтобы поддерживать температуру расплава в оптимальном диапазоне. При этом циркуляция свинцового теплоносителя в первом контуре не нарушается, но скорость циркуляции значительно снижается.
Для выгрузки тепловыделяющих сборок свинцовый теплоноситель сливается в обогреваемый монжус, что обеспечивает возможность разуплотнения крышки корпуса реактора и замену ТВС.
В рассматриваемых ситуациях с разрывом трубопровода первого контура и штатным понижением уровня в первом контуре для проведения перегрузки охлаждение осуществляется за счет передачи тепла циркулирующему воздуху, охлаждающему верхнюю часть корпуса реактора. Нагретый воздух затем направляется в вертикальный канал, в котором расположены вертикальные трубопроводы, где создает необходимую естественную циркуляционную тягу, а сам канал при этом действует как вытяжная труба, в которойрасход воздуха можно регулировать, увеличивая или уменьшая гидравлическое сопротивление этому потокудля поддержания температуры свинцового теплоносителя в корпусе реактора на уровне 400 ... 450 градусов Цельсия. При этом в самом корпусе сохраняется укороченный контур естественной циркуляции через активную зону, поскольку нагреватель расположен в нижней части корпуса реактора, а охладитель - в верхней.
После перегрузки топлива и уплотнения крышки реактора производят прогрев всех трубопроводов первого контура до температуры не ниже 350°С и заполняют свинцовым теплоносителем весь контур естественной циркуляции, выдавливая расплав сжатым газом из монжуса. Реактор готов к работе и при подъеме мощности запускается парогенератор. Так как мощность реактора относительно небольшая, продолжительность кампании между перегрузками составляет несколько лет.
Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, проведенные при проектировании реактора БРЕСТ-OД-300, который создается в рамках проекта «Прорыв», позволяют минимизировать затраты на проектирование этого реактора малой мощности.