Курс лекций по физике ядерного реактора Аварийные ситуации Радиоактивные отходы Термоядерные реакторы Источники радиоактивного облучения

Атомная энергетика. Курс лекций по физике ядерного реактора

Реактор с водой под давлением

Реактор с водой под давлением (PWR) - наиболее распространенный тип энергетического реактора в мире. Следовательно, имеет смысл подробно рассматривать присущие ему различные рабочие режимы и возможные аварийные ситуации, используя при этом основные положения § 4.1.

Рабочие режимы реактора с водой под давлением. Схематическое изображение реактора с водой под давлением при нормальном рабочем режиме приведено на рис. 4.4. Насос первого контура прокачивает поступающую из парогенератора воду с температурой 2920С через активную зону реактора, где она нагревается до 3250С (вода не кипит при этой температуре, поскольку находится под высоким давлением). Затем эта горячая вода возвращается в U-образные трубки парогенератора, где охлаждается до 2920С, отдавая свое тепло воде второго контура, которая кипит с образованием пара. Пар подается на турбину, расположенную вне защитной оболочки, после чего конденсируется и с помощью питательного насоса возвращается в секции второго контура парогенератора. На рис. 4.4 также показаны различные контуры, предназначенные для инжекции в первый контур воды при аварийном охлаждении активной зоны (система аварийного охлаждения активной зоны). Эта система включает в себя:

1. гидроаккумуляторы - большие резервуары с водой, давление в которых поддерживается с помощью азотной подушки. Гидроаккумуляторы соединены с первым контуром автоматическими клапанами, которые открываются, если давление в первом контуре падает ниже установленного уровня (обычно ниже 4 106 Па);

2. систему инжекции воды высокого давления. Эта система позволяет подавать в контур воду под давлением около 107 Па, хотя обычно с относительно малым расходом;

3. систему инжекции воды низкого давления. Эта система позволяет подавать в реактор воду с большим расходом, при условии, что он находится при достаточно низком давлении (обычно ниже 3 106 Па).

Таким образом, сочетание этих систем инжекции позволяет осуществлять аварийное охлаждение активной зоны при различных авариях с потерей давления и потерей теплоносителя. Вода, вытекающая из первого контура, собирается дренажной системой в нижней части защитной оболочки и может быть возвращена в первый контур с помощью насосов системы аварийного охлаждения активной зоны. В системе инжекции низкого давления возвращаемая в реактор вода проходит через специальный теплообменник, где охлаждается системой подачи охлаждающей воды к компонентам реактора. Это обеспечивает возможность долговременного отвода остаточного тепловыделения из реактора при аварии с потерей теплоносителя. Отметим также, что при аварии с помощью насосов системы инжекции низкого давления можно впрыскивать воду под защитную оболочку, конденсируя находящийся там пар и понижая, таким образом, давление.

Рис. 4.4. Схематическое изображение первого и второго контуров, а также системы аварийного охлаждения реактора PWR:

1 - гидроаккумулятор; 2 - теплообменник аварийного расхолаживания системы инжекции низкого давления; 3 - насос для впрыска воды под защитную оболочку; 4 - главный питательный насос; 5 - вспомогательный питательный насос; 6 - резервуар с водой; 7 - система инжекции воды низкого давления; 8 -система инжекции воды высокого давления

Рис. 4.5. Диаграмма рабочих состояний реактора PWR:

1 - линия насыщения; 2 - состояние воды в холодном трубопроводе; 3- нормальные рабочие условия: 4 - состояние воды в горячем трубопроводе; 5-вода; 6-пар; 7- рабочая точка компенсатора давления; 8 - среднее состояние сразу после крупной аварии с потерей теплоносителя

Обсуждая рабочие режимы PWR, полезно изобразить их на диаграмме в координатах давление - температура, как показано на рис. 4.5. На рисунке сплошной линией обозначена зависимость температуры насыщения (или точки кипения) от давления. Чтобы гарантировать отсутствие пара в реакторе, его рабочая точка должна находиться слева от линии насыщения.

На рисунке также обозначены границы рабочего режима, показывающие входную и выходную температуры теплоносителя при рабочем давлении. Регулировка давления в реакторе осуществляется с помощью компенсатора давления (см. рис. 4.4), в котором объем жидкости находится в контакте с паром при давлении насыщения. Испаряя жидкость или конденсируя пар в компенсаторе давления, можно поддерживать в соединенном с ним контуре реактора заданное давление. Таким образом, согласно рис. 4.5 рабочая точка компенсатора давления лежит на линии насыщения.

Находящийся в реакторе теплоноситель может оказаться в состоянии насыщения либо в результате повышения температуры, либо в результате понижения давления. Обычно переход в состояние насыщения происходит при падении давления, как это показано на рисунке. Если падение давления вызвано течью в первом контуре, то в начальные моменты времени оно происходит с очень высокой скоростью. Однако после достижения условий насыщения скорость падения давления намного снижается и процесс даже может пойти в обратном направлении с кратковременным повышением давления в реакторе.

При пуске и останове реактора необходимо исключить возможность таких переходных процессов, которые могут привести теплоноситель в состояние насыщения с последующим образованием пара. Кроме того, не следует повышать давление внутри корпуса реактора при слишком низкой температуре, поскольку это может привести к росту имеющихся в корпусе малых дефектов и к образованию больших трещин. Поэтому зону, выделенную в левой части рис. 4.5, также необходимо избегать при выполнении таких нестационарных операций, как пуск и останов реактора. Таким образом, существует рабочее «окно», ограниченное как со стороны низкой, так и со стороны высокой температуры, как это показано на рисунке. На практике реактор выводится на рабочий режим достаточно долго - примерно 24 ч. Контролируемая остановка с возвратом в «холодное» состояние также занимает около 24 ч.


На главную страницу. Реакторы атомных станций