Проект второй очереди Нововоронежской АЭС

Повышение безопасности энергоблока №4 НВАЭС и надёжности систем, обеспечивающих охлаждение активной зоны при авариях с потерей теплоносителя (LOCA).

В изначальной проектной схеме САОЗ (насосы АПН) не было обеспечено выполнения принципа независимости системы безопасности от систем нормальной эксплуатации (в системе использовались трубопроводы возврата продувки первого контура), принципа единично отказа и защиты от отказа по общей причине. Основные мероприятия по модернизации САОЗ соответствовали основным рекомендациям МАГАТЭ по вопросам проекта (TECDOC-640). В результате выполненных работ была повышена надежность работы системы и безопасность энергоблока:

реализована двухканальная система ввода бора;

обеспечена независимость систем безопасности между собой и систем нормальной эксплуатации;

обеспечено резервирование активных элементов;

запуск двух насосов в канале позволяет преодолеть течь первого контура эквивалентным диаметром Ду100;

установка байпаса на напоре насосов аварийного ввода бора позволяет исключить отказ канала по общей причине;

разделение групп насосов по питанию обеспечивает защиту системы от отказов по общей причине.

Как уже говорилось, результаты выполняемых в настоящее время работ показали принципиальную техническую возможность дальнейшего продления срока эксплуатации блока №4 сверх 45-ти лет после 2017 года. Однако, вопросы безопасности блока №4 при его сегодняшнем составе САОЗ не соответствуют требованиям действующих нормативных документов в области использования атомной энергии – в частности при рассмотрении полного спектра аварий с потерей теплоносителя (вплоть до LOCA – Ду 500).

Также нельзя игнорировать неудачный опыт попытки продолжения эксплуатации блоков с ВВЭР-440/В-230 на АЭС "Козлодуй" и АЭС "Богунице". Технические решения по модернизации, выполненные эксплуатирующими организациями этих АЭС не позволили ликвидировать (нивелировать) известные недостатки РУ первого поколения с ВВЭР-440/В-230. В тоже время РУ второго поколения с ВВЭР-440/В-213 успешно эксплуатируются в ряде стран Восточной Европы (а на АЭС "Моховце" ведутся работы по вводу в эксплуатацию еще двух блоков В-213), и их уровень безопасности соответствует современным требованиям МАГАТЭ к эксплуатируемым АЭС.

Поэтому одной из главных целей в концепции повышения уровня безопасности при повторном продлении срока эксплуатации блока №4 до 60 лет была определена цель расширения спектра проектных аварий вплоть до разрыва ГЦТ Ду 500. При этом предложены следующие технические решения достижения цели:

модернизация САОЗ для обеспечения охлаждения активной зоны реактора при разрывах трубопроводов первого контура с условным диаметром более 100 мм (МПА при LOCA):

внедрение пассивной системы охлаждения активной зоны (гидроёмкости САОЗ);

внедрение активной системы охлаждения активной зоны низкого давления (насосы аварийной подпитки первого контура низкого давления);

модернизация ГО РУ для обеспечения его целостности при указанной выше МПА и обеспечения непревышения установленных критериев по радиологическим последствиям;

учитывая рекомендацию НТС "Концерна Росэнергоатом" об окончательном останове энергоблока №3 по окончании 45-ти летнего срока эксплуатации, продление РУ энергоблока №4 осуществляется с использованием систем безопасности блока №3. Конкретно, например, может быть увеличен объём герметичных помещений за счет объединения ГО блоков №3 и №4 с использованием двух СВК.

Обоснование технического решения а) было поручено выполнить Главному конструктору РУ блока №4 ОАО ОКБ "ГИДРОПРЕСС", включая:

–  определение требований к вновь устанавливаемому оборудованию и модернизируемому САОЗ;

–  подтверждение расчетным обоснованием выполнение принятых приёмочных критериев для аварий при исходном событии LOCA Ду 500.

Таблица 1. Проектные пределы по степени повреждения твэл и расчётные приёмочные критерии при LOCA

Срок
эксплуатации

МПА с LOCA

Проектный предел по степени повреждения твэл при МПА с LOCA

Расчетные приемочные критерии при LOCA

1971-2002 г.г.

проектный срок

Ду 32 мм

Дополнительная разгерметизация твэл при аварии отсутствует

Кризис теплоотдачи отсутствует, температура оболочки твэл – не более 350°С

2002-2017г.г.

продление срока эксплуатации

Ду 100 мм

Дополнительная разгерметизация твэл при аварии отсутствует

Ду£32 мм

Кризис теплоотдачи отсутствует, температура оболочки твэл – не более 350°С.

32 мм<Ду£100 мм

Температура оболочки не более 600°С

2017-2032г.г.

продление сверх 45 лет

Ду 500 мм

Дополнительная разгерметизация твэл при аварии отсутствует

Ду£32 мм

Кризис теплоотдачи отсутствует, температура оболочки твэл – не более 350°С.

32 мм<Ду£100 мм

Температура оболочки не более 600°С

100 мм<Ду£500 мм

Температура оболочки не более 800°С.

Эквивалентная степень окисления оболочки твэла должна быть не более 18% от первоначальной толщины.

Отсутствует пластическая деформация оболочек твэлов.

В Таблице 1 приведены проектные пределы по степени повреждения твэл и расчётные приёмочные критерии при LOCA, которые устанавливались для активной зоны на всех этапах эксплуатации и модернизации блока №4. При продлении срока эксплуатации сверх 45-ти лет они установлены строже, чем в проекте РУ второго поколения ВВЭР-440/В-213 для аналогичного исходного события аварии.

Результаты выполненного для блока №4 теплогидравлического анализа для аварии с исходным событием «Разрыв ГЦТ Ду 500 мм» (с использованием модернизированной конфигурации САОЗ) показывают непревышение температурой оболочек твэлов значения 800 °С (рис. 2). На основании анализа результатов работ ОАО "ВНИИНМ", выполненных для энергоблоков № 3 и № 4 Кольской АЭС (проект РУ В-213), в которых рассмотрено поведение твэлов в аварии с исходным событием «Разрыв ГЦТ Ду 500 мм», с достижением максимальных температур оболочек твэлов около 830 °С, можно сделать предварительное заключение, аналогичное сделанному ОАО "ВНИИНМ" для энергоблоков № 3 и № 4 Кольской АЭС – разгерметизации исходно герметичных твэлов и превышения предельного значения (18 %) эквивалентной степени окисления оболочки твэлов в данной аварии на блоке №4 не прогнозируется. Характер изменения параметров теплоносителя в реакторе и условия эксплуатации самих твэлов в течении рассматриваемой аварии можно считать качественно совпадающими с протеканием аналогичной аварии для РУ ВВЭР-440 проекта В-213, что позволяет также подтвердить отсутствие пластической деформации оболочек твэл.

Рис. 2 Разрыв холодной нитки ГЦТ полным сечением на входе в реактор. Максимальная температура оболочек твэлов

Таким образом, показано, что предложенная в рамках Концепции продления срока эксплуатации энергоблока № 4 Нововоронежской АЭС конфигурация систем безопасности позволяет обеспечить охлаждение активной зоны в рассмотренном исходном событии. При этом САОЗ блока № 4 должна состоять из пассивной и активной частей. Пассивная часть САОЗ включает в себя систему ГЕ САОЗ, активная часть САОЗ включает в себя системы аварийной подпитки первого контура с насосами высокого и низкого давления.

Пассивная часть системы аварийного охлаждения зоны (два канала по две гидроёмкости САОЗ в каждом) предназначена для подачи в реактор раствора борной кислоты при давлении в первом контуре менее 3,0 МПа в количестве, достаточном для охлаждения активной зоны реактора до подключения насосов аварийной подпитки первого контура низкого и высокого давления в проектных авариях с потерей теплоносителя первого контура. Трубопроводы от гидроёмкостей врезаются в неотключаемые участки ГЦТ двух холодных и горячих ниток ГЦТ (рис. 3).

Принципиальная схема подключения ГЕ САОЗ, насосов САОЗ низкого и высокого давления

Рис. 3. Принципиальная схема подключения ГЕ САОЗ, насосов САОЗ низкого и высокого давления

Система аварийной подпитки первого контура низкого давления предназначена для подачи раствора борной кислоты в первый контур во время аварии с потерей теплоносителя первого контура, включая разрыв ГЦТ Ду 500, когда давление в первом контуре снижается ниже рабочих параметров этой системы. Установлено, что наличие третьего канала активной системы аварийной подпитки первого контура с насосом низкого давления является необходимым с точки зрения возможности охлаждения активной зоны при аварии с гильотинным разрывом ГЦТ. Напорные трубопроводы каналов системы врезаются во вновь монтируемые трубопроводы от гидроёмкостей и в неотключаемые участки ГЦТ одной петли.

Система аварийной подпитки первого контура высокого давления предназначена для подачи раствора борной кислоты в первый контур при авариях с потерей теплоносителя первого контура, превышающей компенсационную способность системы нормальной подпитки, при давлении в первом контуре ниже рабочего давления этой системы (ниже 13,4 МПа). Система основывается на действующей в настоящее время системе аварийной подпитки первого контура блока № 4 и также используется эта система с блока № 3.

На рисунке 4 представлена принципиальная схема спринклерной системы и СВК после модернизации 3 и 4 блоков в 2001-2002 г.г.

Спринклерная система подает воду из бака аварийного запаса борной кислоты Б-8 на форсунки в бокс парогенераторов и по линии рециркуляции в Б-8 через теплообменники ТОС, на которые подается техническая вода при достижении температуры в Б-8 65 ºС. Бак Б-8 является фактически приямком ГО РУ, в который теплоноситель попадает через развитую фильтрующую систему, обеспечивающую проходимость связи при срыве теплоизоляции с поверхности оборудования, расположенного в герметичных помещениях.

Спринклерная система со струйно-вихревым конденсатором

Рис. 4. Спринклерная система со струйно-вихревым конденсатором.

Для расширения спектра проектных аварий вплоть до разрыва ГЦТ Ду 500 кроме модернизации САОЗ, описанной выше, необходимо обеспечить целостность существующего четвертого физического барьера (ГО РУ) и отвод тепла конечному поглотителю.

Концепцией повторного продления срока эксплуатации блока 4 НВАЭС решение данных задач предлагается осуществить путем объединения ГО РУ 4 и 3 блоков (рис. 5,6). При этом ограничение давления в герметичных помещениях РУ в начальной стадии аварии с разрывом ГЦТ обеспечивается за счет увеличения объема ГО и работой двух СВК. На последующих стадиях конденсация пара в герметичных помещениях и отвод тепла обеспечивается каналами спринклерных систем 4 и 3 блоков.

Анализ процессов в герметичных помещениях при проектной аварии с течью Ду500 из первого контура для блока 4 НВАЭС, модернизированного в соответствии с Концепцией повторного продления срока эксплуатации блока 4 НВАЭС выполнен НИЦ «Курчатовский институт». При этом исходные данные по выходу массы и энергии в герметичные помещения были рассчитаны и предоставлены ОАО ОКБ «Гидропресс». При этом для обеспечения максимального выхода массы учитывалось срабатывание всех ГЕ и всех насосов САОЗ.

 

МестоСЛА

Рис. 5. Место возможного объединения ГО – помещения барботажных баков

Принципиальный чертеж способа объединения ГО 3 и 4 блоков

Рис. 6. Принципиальный чертеж способа объединения ГО 3 и 4 блоков

Разрыв главного циркуляционного трубопровода приводит к выбросу из первого контура пароводяной смеси, что влечет за собой резкое повышение давления в герметичных помещениях. Сначала повышается давление в конфайнменте 4-го блока. Давление в конфайнменте 3-го блока возрастает с небольшим запозданием за счет перетока туда паро-воздушной смеси из конфайнмента 4-го блока.

Максимальное значение абсолютного давления в герметичных помещениях модернизированного энергоблока 4 составляет 0,176 МПа в конфайнменте 4-го блока и 0,129 МПа в конфайнменте 3-го блока (рис. 7,8), что ниже проектного предела – 0,2 МПа. Затем давление в обоих конфайнментах снижается за счет работы струйно-вихревых конденсаторов.

Включение в работу насосов спринклерных систем на орошение боксов ПГ в конфайнментах 4-го и 3-го блоков приводит к тому, что давление в герметичных помещениях становится ниже атмосферного. При этом воздух начинает поступать в герметичные помещения извне через неплотности герметичных помещений и струйно-вихревые конденсаторы.

Максимальное значение температуры в баках Б-8 не превышает 75 оС (максимально допустимая температура на всасе насосов АПН – насосы САОЗ высокого давления).

Рисунок 7 – Максимальное давление в герметичных объемах. Начальный этап аварии

Рисунок 8 – Максимальное давление в герметичных объемах

Рисунок 9 – Температура раствора в баках аварийного запаса борной кислоты

Атомная энергетика