Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
volkov_chast_2.docx
Скачиваний:
129
Добавлен:
29.03.2016
Размер:
3.06 Mб
Скачать

5.3.Реакторы билибинской атэц

В этих реакторах линия полностью перегружаемых ТК получила некоторое продолжение. Отличия от реакторов АМБ: 1) мощность реакторов 12 МВт(эл); 2) применена одноконтурная схема на насыщенном паре; 3) организована естественная циркуляция теплоносителя.

Отсюда некоторые изменения в конструкции ИК - опускная труба имеет больший диаметр, больше диаметр ТК. Так как мощность реактора меньше, то и размеры реактора меньше - высота равна ~3м. Следовательно, меньше проблем с установкой и выгрузкой каналов.

Поскольку организована естественная циркуляция, то сжечь ТК из-за недостатка расхода теплоносителя тоже труднее. В итоге получилась настолько удачная конструкция, что до сих пор (~20 лет) нет ни одного аварийного ТК.

5.4.Реакторы рбмк

Очень много соблазнов было причиной разработки ядерных реакто­ров такой конструкции. Основной целью разработчиков была ее дешевиз­на. Предполагалось, что при реализации всех идей и массовом сооружении этих реакторов стоимость электроэнергии, получаемой от АЭС. ста­нет сравнимой (и даже меньше) со стоимостью электроэнергии от ТЭС.

В обоснование проекта высказывались следующие соображения.

Имевшийся опыт эксплуатации реакторов AM и АМБ показал, что с реакторами ВГР будет заметно меньше проблем, если заменить полно­стью перегружаемые ТК на ТК с перегрузкой только топлива (не перегружаемые).

  1. Не нужны прочные корпуса и соответствующие производственные модности для их изготовления.

  2. Можно неограниченно увеличивать мощность энергоблоков за счет увеличения размеров реакторов.

  3. Поскольку для корпусных реакторов все равно необходимо изготавливать турбины на насыщенном паре и производственные мощности для этого ухе созданы, то необязательно перегревать пар (тем более в реакторе).

  4. Если принять схему работы на насыщенном паре, то можно отказаться от нержавеющей стали в пользу циркалоя в качестве основного конструкционного материала.

  5. Тогда можно сделать обогащение топлива по и5 менее 2% и снизить топливную составляющую в себестоимости электроэнергии.

  6. Если раздвинуть ШШ сверху реактора, то возможно будет разместить приводы органов регулирования на крышке реактора и упростить (удешевить) их по сравнению с приводами реакторов АМБ, расположенными под реакторами.

  7. Наконец, можно упростить технологию изготовления элементов оборудования настолько, что все детали можно будет изготавливать не на специализированных заводах, а на обычных машиностроительных, т.е. не потребуется уникального оборудования и специалистов очень высокой квалификации.

Таким образом, авторы и инициаторы проекта выдвинули ряд доводов в пользу упрощения и удешевления конструкции ВГР, который должен был стать основой ядерной энергетики в стране.

Здесь уместно привести две пословицы.

  1. "Скупой платит дважды".

  2. "Я не настолько, богат, чтобы носить дешевые вещи".

И одну известную истину "Переделывать всегда дороже, чем сразу делать хорошо".

Этими простыми мудростями пренебрегли. Что из этого вышло, будет

видно из дальнейшего изложения.

Поскольку решили экономить на всем, то заменили сталь на

циркалой (экономия нейтронов). Чтобы не было проблем с перегрузками и кладкой, сделали ТК неперегружаемыми (см. рис.5.3), т.е. канальная

рис.5.3,5.4.

труба, несущая давление теплоносителя, остается в графитовой кладке на все время эксплуатации реактора. Перегружается только ТВС, подве­шиваемая в канале и состоящая из 18 стержневых твэлов и. из двух час­тей - верхней и нижней, соединенных шарнирно. Последнее предусмотре­но для удобства загрузки и выгрузки ТВС. Все это позволяет осущест­влять перегрузку реактора "на ходу", т.е. без его остановки (еще экономия из-за уменьшения времени простоев).

Твэлы диаметром 13.5 мм изготовлены из спеченной двуокиси урана с оболочкой из циркалоя. Высота активной зоны равны 7м. Всего рабочих каналов 1693, диаметр активной зоны равен 12м. Вместе с отражателем диаметр реактора 14м, а высота - 8м. Тепловая мощность реакторов РБМК-1000 равна 3200 МВт, электрическая мощность - 1000 МВт.

Помимо ТК в активной зоне РБМК имеется 195 каналов СУЗ. Погло­щающие стержни изготовлены из карбида бора, причем, 175 стержней име­ют длину ~5 м, а 20 укороченных стержней поглотителей (УСП) - ~3м.

Длинные стержни имеют приводы сверху, а УСП - снизу. Конструкция ка­налов СУЗ с длинными стержнями схематически показана на рис. 5.4, л.

Здесь следует порассуждать по поводу работы воды в РБМК. Она оказывается на пути нейтронов как при вылете из твэла, так и при по­-

падании нейтрона в твэл. Нейтронно-физический эффект воды в РБМК очень сложен. Для быстрых нейтронов деления вода работает скорее как замедлитель. Поэтому поле энерговыделения больше там. где плотность воды больше (внизу реактора). Для нейтронов же. побывавших в графи­те и поэтому тепловых, вода работает скорее не как рассеиватель, а как Поглотитель. Поэтому эффект осушения активной зоны (паровой) в реакторах РБМК - положительный. УСП предусмотрены для выравнивания скошенного вниз поля энерговыделения.

Почему длинные стержни органов СУЗ ("-5м) все же на "2м оказались короче высоты активной зоны? Трудно догадаться, но основ­ная причина - экономия на строительных работах под реактором, куда выводится вытеснитель при погружении стержня в зону. Это привело к тому, что на начальном участке ввода в активную зону поглощающего стержня в верхней части вода заменяется карбидом бора и вводится отрицательная реактивность, в нижней части активной зоны на место воды приходит графитовый вытеснитель, меньше поглощающий нейтроны, т.е. внизу вводится положительная реактивность (см. иллюстрацию на рис. 5.4б ,в ). Разностный эффект из-за скошенности нейтронного по­ля вниз чаше всего положительный. То есть на начальном участке вво­да стержней аварийной зашиты при такой их конструкции вместо требуе­мой отрицательной реактивности вводится положительная. Это послужило одной из причин Чернобыльской катастрофы. После нее конструкцию ор­ганов СУЗ переделали (убрали вытеснители). Сама катастрофе, ликвида­ция ее последствий и последующие переделки всех блоков РБМК принесли такие убытки, что ни о какой дешевизне электроэнергии, получаемой от этих энергоблоков, не стоит упоминать.

Итак, ВГР типа РБМК-1000 - это ядерная паропроизводящая устано­вка (ЯППУ) с кипением теплоносителя в каналах. ТК не перегружаемые. ТВС - гирлянды, перегружаемые с помощью разгрузочно-загрузочной машины (РЗМ) "на ходу". Насыщенный пар на выходе из реактора имеет массовое паросодержание ~15%, Т=280°С, и Р~6МПа и сразу подается на турбину. В итоге получился громадный реактор, содержащий ~13 критических масс, слабо связанных, а поэтому - очень неустойчивый.

Эта неустойчивость проявилась сразу же после выхода головного энергоблока РБМК-1000 (1 блока Ленинградской АЭС) в стационарный ре­жим в 1975 г. . Оказалось, что исходное обогащение свежего топли­ва 1.8% мало, т.к. в стационарном режиме перегрузок оно становится еще меньше (почему?), а паразитные захваты увеличиваются (почему?).

Для исправления ситуации поили по двум направлениям:

  • увеличили обогащение до 2.4%;

  • ввели локальные автоматические регуляторы (ЛАР) для автомати­ческого подавления колебаний, если они возникают, радиально- азимутальных составляющих поля энерговыделения.

После отработки схемно-технических решений ЛАРы были внедрены на всех энергоблоках с реакторами РБМК. С нейтронно-физической неус­тойчивостью справились, но себестоимость электроэнергии возросла. То есть, то преимущество перед ТЭС в экономичности, о котором ила речь при обосновании проекта, было потеряно.

Авария на Чернобыльской АХ показала, что основная причина ка­тастрофы такого масштаба - положительный паровой эффект реактивно­сти. Для его уменьшения на всех реакторах типа РБМК еще более увели­чили обогащение топлива, а также ввели дополнительные поглощающие стержни вместо ТВС. Это привело к затратам на переделку конструкции реакторов, а также увеличило непроизводительный расход нейтронов, т.е. увеличило топливную составляющую в стоимости электроэнергии.

Далее. Оказалось, что когда произошел взрыв, сдвиг крышки реак­тора привел к заклиниванию стержней СУЗ и они застряли примерно на середине своего хода в активную зону. Потребовались переделки конструкции приводов органов СУЗ с тем. чтобы время их движения в зону сократить с 18 сек. до э сек., а также исключить возможность их заклинивания в процессе движения. Это также соответствующим образом отразилось на себестоимости электроэнергии от РБМК.

Подводя итоги, можно констатировать, что цели, которые авторы проекта хотели достичь при разработке и пуске в эксплуатацию реакто­ров РБМК, достигнуты не были. Первоначальная конструкция реакторов (проект был утвержден в 1967 г.). оказалась крайне неудачной, потребовавшей ее существенных переделок в процессе эксплуатации реакто­ров. запущенных в серию без должного расчетно-экспериментального обоснования.

Тем не менее, пока не произошла Чернобыльская катастрофа, суще­ствовали и частично реализовались планы по дальнейшему развитию реак­торов серии РБМК. Их следует также обсудить, чтобы убедиться, что это направление ВГР ошибочное, тупиковое.

Основными сдерживающими факторами, не позволявшими наращивать мощности энергоблоков с реакторами РБМКБ, были, во-первых, невозмож­ность увеличения диаметра реактора из-за опасности того, что его

крышка может рухнуть под собственным весом, во-вторых, модность еди­ничной ТВС ограничивается возникновением кризиса теплообмена, если будет превышен некоторый предел. Оказалось, что можно поднять массо­вое паросодержание на выходе ТК. примерно в 2 раза и единичную мощ­ность энергоблока с реактором РБМК в 1.5 раза не изменяя его основные размеры и конструктивные решения, если поставить в ТК интенсификаторы теплообмена - устройства, закручивающие поток теплоносителя и "сбивающие" пленку пара с твэла, если она образуется. С использованием этой идеи были созданы два энергоблока РБМК-1500 единичной мощностью 1500 МВт(эл) на Игналинской АЭС в Литве. Можно констатировать, эти реакторы - предел возможностей по повышению мощности ВГР с цилиндрической формой активной зоны.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]