АЭС с реакторами канального типа. Возможности их развития(конструкция, основные характеристики, водно-химический режим,СВО, дезактивация)

Российский Химико-Технологический Университет

им. Д.И. Менделеева

 

 

 

 

 

 

 

Институт материалов современной энергетики и нанотехнологий.

 

Кафедра химии высоких энергий и радиоэкологии.

 

 

 

 

 

Реферат а тему: «АЭС с реакторами канального типа. Возможности их развития(конструкция, основные характеристики, водно-химический режим,СВО, дезактивация)»

 

 

 

 

 

 

 

Содержание              

 

Введение.........................................................................................................3

 

1. Устройство и основные характеристики реакторов РБМК...................5

1.1 Основные данные..........................................................................5

1.2 Внутри реакторные конструкции................................................8

1.3 Запорно - регулирующий клапан................................................13

1.4 Разгрузочно-загрузочная машина...............................................14

1.5 Тепловыделяющие сборки..........................................................16

1.6 Защита от ионизирующего излучения  ректора.................................................................................................19

1.6.1 Конструкция защиты от ионизирующего излучения     ректора......................................................................................19

1.6.2  Результаты исследования защиты и радиационной     безопасности АЭС с реакторами РБМК-1000.......................24

 

2. Технологическая схема производства электроэнергии на АЭС с реакторами типов РБМК...................................................................................................27

 

3. Водно-химический режим на АЭС с реакторами типа РБМК.............29

3.1  Общие положения.........................................................................29

3.2 Средства обеспечения водно-химического режима....................31

3.3 Радиолиз водного теплоносителя................................................31

 

4. Система СВО .............................................................................................33

 

5. Дезактивация..............................................................................................35

 

6. Сравнение ВВЭР, РБМК и других реакторов.........................................36

 

7. Некоторые сведения о прочих реакторах канального типа..................41

7.1 CANDU...........................................................................................41

7.2 Реактор типа ЭГП..........................................................................42

8. Сравнение РБМК, CANDU и ЭГП-6.......................................................45

 

9. Перспективы использования....................................................................47

 

Выводы ..........................................................................................................48

 

Список использованной литературы...........................................................49

Введение

 

Канальные реакторы открыли дорогу получению электричества с помощью ядерной энергии. Именно реактор канального типа стал сердцем первой в мире АЭС в г. Обнинске. В российской атомной жизни канальные реакторы играют особую роль. Они стали основой оборонного комплекса, затем первенцами в выработке электроэнергии, и лидерами в освоении больших мощностей в условиях технологического отставания отечественного машиностроения, когда промышленность еще не обладала технологией изготовления корпусных реакторов.

После аварии на Чернобыльской АЭС именно в направлении канальных реакторов было осуществлено наибольшее количество инноваций, с тем чтобы "не только не допустить повторение подобных случаев, но сделать их невозможными даже теоретически".

 

Будущее российской и мировой атомной энергетики, доля которой в общемировом потреблении электроэнергии составляет 17%, связывается со снижением затрат и сроков на строительство новых более мощных реакторов с высоким уровнем безопасности и продлением ресурса уже действующих атомных электростанций (АЭС). К числу таких станций относятся и АЭС с реакторами канального типа: российским легководным реактором РБМК (Реактор Большой Мощности Канальный) и канадским тяжёловодным реактором CANDU (CANada Deiterium Uranium). В настоящее время реакторы РБМК эксплуатируются в России (11 блоков) и Литве (2 блока)(Игналинская АЭС выведена из эксплуатации в 2009 году). Реакторы CANDU, на которых базируется ядерная энергетика Канады (22 блока), нашли более широкое распространение и используются в таких странах как Индия (6 блоков), Республика Корея (4 блока), Пакистан, Аргентина, Китай и Румыния (по 1 блоку). И если в России после аварии на Чернобыльской АЭС не предусматривается развитие реакторов РБМК, то в Канаде, помимо продления сроков эксплуатации имеющихся реакторов CANDU, решаются задачи и по разработке более энергоёмких и конкурентоспособных ядерных установок этого типа, обеспечивающих надёжность и безаварийность.

Доля электроэнергии, вырабатываемой АЭС с реакторами РБМК, составляет почти половину общей выработки электричества на АЭС России.

Начало работы над реакторами РБМК относится к 1963 году. Первый вариант реактора представлял собой развитие двухцелевого направления на металлическом уране с циркониевыми канальными трубами. В 1967 году реактор приобрел свой окончательный вид чисто энергетического реактора с  топливом в виде диоксида урана. Первый энергоблок с подобным реактором пущен в 1973 году на Ленинградской АЭС, а всего с 1973 по 1978 годы введено в эксплуатацию 6 таких блоков на Ленинградской и курской АЭС. Разработка РБМК явилась значительным шагом в развитии атомной энергетики СССР, поскольку такие реакторы позволяют создать крупные АЭС большой мощности.

26 апреля 1986 года авария на четвертом блоке Чернобыльской АЭС заставила пересмотреть физические особенности реакторов РБМК, ужесточить требования технологического регламента в целях повышения безопасности данных реакторов.

 

 

Таблица 1.1 Структура АЭС России

АЭС	Суммарная мощность, МВт	Структура установленной мощности	Тип реактора
Балаквская	4000	4 энергоблока по 1000 МВт	ВВЭР-1000
Нововоронежская	1880	2 энергоблока по 440 МВт  1 энергоблок 1000 МВт	ВВЭР-440  ВВЭР-1000
Кольская	1760	4 энергоблока по 440 МВт	ВВЭР-440
Ростовская	1000	1 энергоблок 1000 МВт	ВВЭР-1000
Калининская	2000	2 энергоблока по 1000 МВт	ВВЭР-1000
Ленинградская	4000	4 энергоблока по 1000 МВт	РБМК-1000
Смоленская	3000	3 энергоблока по 1000 МВт	РБМК-1000
Курская	4000	4 энергоблока по 1000 МВт	РБМК-1000
Билибинская	48	4 энергоблока по 12 МВт	ЭГП-6
Белоярская	600	1 энергоблок 600 МВт	БН-600

 

 

Ввиду того, что в российской федерации самым распространённым реактором канального типа является РБМК-1000, рассмотрим его устройство подробнее.

1. Устройство и основные технические характеристики реактора РБМК

1.1 Основные данные

 

 

Табл. 1.2 Технические данные реактора РБМК:

Мощность энергоблока электрическая, МВт	1000
Мощность реактора тепловая, МВт	3200
КПД, %	31,3
Высота активной зоны, м	7
Диаметр активной зоны, м	1,8
Число каналов	1693
Загрузка топлива	192
Обогащение топлива, %	2
Диаметр твэла, мм	13,6

 

Теплоноситель — вода.

 

Топливо: двуокись урана UO₂ 2% обогащения;

двуокись урана UO₂ 2,4% обогащения, содержащая эрбий;

двуокись урана UO₂ 2,6% обогащения, содержащая эрбий.

 

Замедлитель - графитовая кладка, состоящая из колонн квадратного сечения.

 

Периферийные колонны кладки образуют боковой отражатель реактора, торцевые блоки колонн — верхний и нижний отражатели. В центральные сквозные отверстия колонн замедлителя установлены технологические каналы (ТК) и каналы системы управления и защиты (СУЗ) реактора, в периферийных колоннах — каналы охлаждения отражателя (КОО) и каналы СУЗ.

В ТК загружаются кассеты с топливом, предназначенные для генерации тепловой энергии. Теплосъём с топливных кассет осуществляется водой контура многократной принудительной циркуляции (КМПЦ). В каналах СУЗ размещаются исполнительные механизмы СУЗ, камеры деления (КД) и датчики контроля энерговыделения по высоте активной зоны реактора (ДКЭВ).

Номинальный температурный  режим работы механизмов и датчиков СУЗ и охлаждение отражателя обеспечивается насосно-теплообменной установкой контура охлаждения СУЗ (НТУ КО СУЗ).

 

 

У реакторов РБМК-1000 ТВС и технологический канал являются раздельными узлами. К установленным в реактор каналам с помощью неразъемных соединений подсоединены трубопроводы - индивидуальные тракты подвода и отвода теплоносителя. Загружаемые в каналы ТВС крепятся и уплотняются в верхней части стояка канала. Таким образом, при перегрузке топлива не требуется размыкания тракта теплоносителя, что позволяет осуществлять ее с помощью соответствующих перегрузочных устройств без остановок реактора.

При создании таких реакторов решалась задача экономичного использования нейтронов в активной зоне реактора. С этой целью оболочки твэлов и трубы канала изготовлены из слабо поглощающих нейтроны циркониевых сплавов. В период разработки РБМК температурный предел работы сплавов циркония был недостаточно высок. Это определило относительно невысокие параметры теплоносителя в РБМК. Давление в сепараторах равно 7,0 МПа, чему соответствует температура насыщенного пара 284 °С. Схема установок РБМК одноконтурная. Пароводяная смесь после активной зоны попадает по индивидуальным трубам в барабаны-сепараторы, после которых насыщенный пар направляется в турбины, а отсепарированная циркуляционная вода после ее смешения с питательной водой, поступающей в барабаны-сепараторы от турбоустановок, с помощью циркуляционных насосов подается к каналам реактора.

Рис. 1.1 Схема энергоблока АЭС с реактором типа РБМК.

 

 

Эффективность канальных реакторов типа РБМК в значительной степени зависит от мощности, снимаемой с каждого канала. Распределение мощности между каналами зависит от плотности потока нейтронов в активной зоне и выгорания топлива в каналах. При этом существует предельная мощность, которую нельзя превышать ни в одном канале. Это значение мощности определяется условиями теплосъема.

Первоначально проект РБМК был разработан на электрическую мощность 1000 МВт, чему при выбранных параметрах соответствовала тепловая мощность реактора 3200 МВт. При имеющемся в реакторе количестве рабочих каналов (1693) и полученном коэффициенте неравномерности тепловыделения в активной зоне реактора максимальная мощность канала составляла около 3000 кВт. В результате экспериментальных и расчетных исследований было установлено, что при максимальном массовом паросодержании на выходе из каналов около 20 % и указанной мощности обеспечивается необходимый запас до кризиса теплосъема. Среднее паросодержание по реактору составляло 14,5%.

Для повышения эффективности реакторов РБМК были изучены возможности увеличения предельной мощности каналов. В результате конструкторских разработок и экспериментальных исследований оказалось возможным путем интенсификации теплообмена увеличить предельно допустимую мощность канала в 1,5 раза до 4500 кВт при одновременном повышении допустимого паросодержания до нескольких десятков процентов. Необходимая интенсификация теплообмена достигнута благодаря разработке ТВС, в конструкции которой предусмотрены интенсификаторы теплообмена.

При увеличении допустимой мощности канала до 4500 кВт тепловая мощность реактора РБМК повышена до 4800 МВт, чему соответствует электрическая мощность 1500 МВт. Такие реакторы РБМК-1500 работают на Игналинской АЭС. Увеличение мощности в 1,5 раза при относительно небольших изменениях конструкции с сохранением размеров реактора является примером технического решения, дающего большой эффект.

 

 

1.2 Внутриреакторные конструкции

 

 

ТВС в РБМК состоят из двух частей — нижней и верхней, каждая из которых содержит 18 твэлов стержневого типа из таблеток спеченной двуокиси урана, заключенных в оболочку из циркониевого сплава. Высота активной части топлива в твэле 3,5 м, общая высота активной зоны в РБМК 7,0 м. Диаметр твэла 13,5 мм. Расположение твэлов в ТВС с требуемым шагом (минимальный зазор между твэлами 1,7 мм) обеспечивается с помощью дистанционирующих решеток, состоящих из 19 ячеек, из которых 18 служат для дистанционирования твэлов, а центральная ячейка — для крепления решетки к каркасной трубке ТВС. Ячейки сварены между собой точечной сваркой в единую конструкцию. В ТВС с интенсификацией теплообмена в решетках верхней части имеются устройства для турбулизации потока теплоносителя, что и обеспечивает интенсификацию теплообмена. ТВС крепятся к подвеске, в верхней части которой находится запорное устройство-пробка, предназначенная для закрепления подвески с ТВС в канале и одновременно герметизации канала. Крепление подвески осуществляется с помощью шариков, которые фиксируются в кольцевой канавке, выполненной на внутренней поверхности верха стояка канала, распорной втулкой при ее перемещении за счет вращения винта. При фиксированных шариках и дальнейшем вращении винта производится уплотнение подвески в канале путем обжатия герметизирующей прокладки. Все указанные операции производятся разгрузочно-загрузочной машиной.