12. Основные конструктивные элементы реакторов типа бн и их назначение (на примере реактора бн -600).

Реактор БН  600 (электрической мощностью 600 МВт. Реактор выполнен с т.н. "баковой компоновкой". Это тоже интегральная компоновка первого контура. Всё оборудование первого контура располагается в цилиндрическом. Верхняя часть бака (крышка) выполнена конической.

Бак заполнен натрием первого контура почти до верха. Над уровнем натрия находится слой инертного газа (аргон), который является компенсатором объёма первого контура. Бак имеет ещё внешний (страховочный) корпус, который служит для сбора натрия при течи в основном корпусе, а в зазоре между баками прокачивают горячий газ (аргон) при разогреве натрия перед пуском. В центре бака располагаются активная зона и зона воспроизводства. Они набраны из ТВС со стержневыми ТВЭЛами. Как уже было отмечено, зона воспроизводства играет ещё роль отражателя.

В ТВЭЛы бокового отражателя загружен только ²³⁸U и тепловыделение в них невелико. ТВЭЛы, проходящие через АЗ имеют 3 зоны заполнения: в центре – смесь ²³⁵U + ²³⁹Pu, а сверху и снизу (торцевые отражатели)  ²³⁸U. Оболочки ТВЭЛ сделаны из нержавеющей стали. СУЗ, расположены в так называемой центральной колонне, которая проходит через т.н. "поворотные пробки", а приводы СУЗ находятся над реактором. С помощью поворотных пробок можно навести механизм перегрузки на любую ТВС. Напомним, что цепная реакция в зоне воспроизводства (ЗВ) не поддерживается и в ней накапливается плутоний, предназначенный для загрузки в другие реакторы.

Вокруг ЗВ располагается так называемая нейтронная защита для насосов и теплообменников первого контура. Она состоит из цилиндрических стальных экранов, стальных болванок и труб, заполненных графитом. Вокруг защиты расположены главные циркуляционных насосы, промежуточные теплообменники и внутриреакторное хранилище отработанных сборок. Насосы необходимо защищать от больших нейтронных потоков, чтобы не допустить охрупчивания сильно нагруженных вращающихся рабочих колёс. Защита теплообменников позволяет не допускать активации натрия второго контура.

Приводы насосов располагаются над реактором. Насосы забирают натрий из бака, прокачивают его через АЗ и ЗВ, а затем через теплообменники, откуда натрий опять выливается в бак.

13. Особенности конструктивных схем парогенераторов аэс с водным, газовым и жидкометаллическим теплоносителем.

Парогенераторы (ПГ) АЭС используются в двух- и трёхконтурных схемах АЭС для передачи теплоты от теплоносителя (чаще всего радиоактивного) к рабочему телу.

В парогенераторах с водным (или тяжёловодным) теплоносителем его давление существенно выше, чем у рабочего тела, поэтому теплоноситель всегда движется в трубах, а рабочее тело – в межтрубном пространстве. Такое решение экономит ещё и расход нержавеющей стали на элементы, соприкасающиеся с теплоносителем (см.п.12.8). Так как интенсивность теплоотдачи у воды очень высокая, то в таких ПГ все элементы объединяют в едином корпусе, используя 2  4 ПГ на один реактор (т.е. делают ПГ из двух  четырёх секций). Наиболее часто используются ПГ с естественной циркуляцией рабочего тела и U-образной поверхностью нагрева, выдающие насыщенный пар. Перспективна также прямоточная конструкция с вертикальными прямыми трубами, позволяющая получить слабоперегретый пар.

Для ПГ с натриевым теплоносителем давление натрия существенно меньше, чем у воды, поэтому натрий движется в межтрубном пространстве, а вода – в трубах. Наиболее целесообразными в этом случае будут прямоточные конструкции ПГ.

Как уже омечалось, в таких ПГ нельзя допускать контакта натрия и воды (протечек воды в натрий). Кроме того, большая теплопроводность натрияприводит к быстрому изменению наружной температуры металла труб вслед за изменением температуры натрия (рис.104). В самой стенке теплота передаётся медленнее, и во время прогрева появляются большие разности температур в стенке, а значит и температурные напряжения. Чем толще стенка, тем больше будут эти временные напряжения. Такое явление называется тепловым ударом. Обе особенности работы ПГ требуют повышенной надёжности, а значит качества изготовления, очень хорошей компенсации температурных удлинений. Чем меньше мощность и размеры ПГ, тем меньше толщины всех стенок, легче выполнить эти требования, и меньше будут последствия тепловых ударов.

Поэтому наилучшей считается секционная конструкция (20 50 секций) с выполнением в отдельных корпусах первичного и вторичного перегревателей (где теплоотдача невелика) и объединением в одном корпусе испарителя и экономайзера (с высокой теплоотдачей). Кроме того, в таких конструкциях легче локализовать (отсечь) аварийную секцию при возникновении дефекта или протечек воды в натрий.

Главная особенность ПГ с газовым теплоносителем – слабая теплоотдача со стороны газа, что заставляет принимать все меры по её увеличению (поперечное обтекание, оребренные трубы), а также стремиться к снижению аэродинамических сопротивлений. Этого легче добиться, если газ движется в межтрубном пространстве, а вода течёт по трубам. Так как давление газа обычно меньше, чем у воды, то и затраты металла на корпус в этом случае тоже снижаются.

Современные АЭС с газовым теплоносителем делают с интегральной компоновкой первого контура в корпусе из ПНЖБ, поэтому необходимо, чтобы ПГ были компактными и имели минимум труб, проходящих через корпус, а также не требовали больших полостей для своего размещения. Наилучшим образом этим требованиям отвечает прямоточный ПГ секционной конструкции (8  16 секций) с многослойными пучками из винтовых труб.

14. Сопоставление горизонтальных и вертикальных парогенераторов АЭС с водным теплоносителем и естественной циркуляцией.

Горизонтальный парогенератор с естественной циркуляцией и водным теплоносителем

Преимущества:

 хорошая компенсация температурных удлинений за счёт U-образных труб;

 малая нагрузка зеркала испарения за счет его большой площади и возможность обойтись простыми сепарационными устройствами;

 исключен застой воды и шлама у мест заделки труб в коллекторы (т.к. они вертикальные), что уменьшает опасность коррозии в этих местах.