21. Перегрузка реакторов типа рбмк (технология, механизмы, безопасность)

Под перегрузкой реактора понимается процесс замены тепловыделяющих сборок (ТВС), дополнительных поглотителей (ДП) или столба воды (СВ) в технологическом канале (ТК) работающего или заглушенного реактора.

Началом перегрузки считается операция наведения разгрузочно-загрузочной машины (РЗМ) на заданный ТК, окончанием – замер зазора «клык-паз» вновь загерметизированной запорной (щариковой) пробки в ТК или замер зазора «В» вновь загерметизированной запорной (винтовой) пробки в ТК. В настоящем учебном пособии принимаются следующие понятия:

Штатная перегрузка – процесс перегрузки с помощью РЗМ ТК реактора, работающего на мощности или расхоложенного, с исправной РЗМ и без отклонений от типового процесса перегрузки для данного планового режима работы реактора;

Условно-штатная перегрузка – процесс перегрузки с помощью РЗМ ТК реактора, работающего на мощности или расхоложенного, с заранее допущенными (санкционированными) отклонениями от типового хода процесса (с дефектом по РЗМ, специзделию или ТК);

Осложнённая (неуспешная 1) перегрузка – процесс перегрузки с помощью РЗМ ТК реактора, работающего на мощности или расхоложенного, в течение которого имели место отклонения от типового хода процессов для РЗМ данного энергоблока (завышение или занижение параметров, отказ в работе систем, приборов или регистраторов), не приведшие к срыву задания на перегрузку и к развитию инцидента за пределы оборудования РЗМ;

Несостоявшаяся (неуспешная 2) перегрузка – процесс перегрузки с помощью РЗМ ТК реактора, работающего на мощности или расхоложенного, в течение которого не удалось выполнить задание по перегрузке или пришлось менять режим работы энергоблока для обеспечения окончания перегрузки;

Аварийная (неуспешная 3) перегрузка – процесс перегрузки с помощью РЗМ ТК реактора, работающего на мощности или расхоложенного, в течение которого пришлось использовать аварийные режимы эксплуатации РЗМ, реактора или энергоблока;

Комиссионная перегрузка – плановая или неплановая перегрузка ТК, зтапы которой (один или несколько) контролируются комиссией, созданной по распоряжению ГИС (ЗГИСэ).

Для примера рассмотрим перегрузку на АЭС, с канальным типом реактора:

На АЭС с канальными реакторами в большинстве случаев перезарядку ядерного топлива проводят непрерывно на рабочем ходу, т. е. без остановки реактора, с помощью специальной разгрузочно-загрузочной машины (РЗМ). Такой способ планомерной, непрерывной (в течение рабочей кампании между очередными остановками реактора для ремонтных и профилактических работ) замены выгоревших ТВС свежими позволяет поддерживать оптимальный запас реактивности реактора и требуемое распределение знерговыделения по высоте и радиусу активной зоны.

Опыт эксплуатации энергоблоков с реакторами РБМК-1000 показывает, что в установившемся режиме работы необходимо заменять каждые сутки 3-5 выгоревших ТВС свежими.

Для АЭС с реакторами РБМК-1000 возможен также и режим частичных перегрузок топлива в реакторе. В режиме частичных перегрузок ТВС заменяются на остановленном и расхоложенном реакторе так же, как и на реакторах ВВЭР. При этом расхолаживание теплоносителя в КМПЦ проводится до температуры 343-353К, а графитовой кладки реактора – до температуры ниже 373 К.

В процессе работ по перезарядке ТВС в активной зоне при заглушенном реакторе нужно строго соблюдать требования правил ядерной безопасности и обеспечивать необходимую подкритичность реактора, которая для реактора РБМК-1000 должна быть не менее 0,5β при взведенных стержнях аварийной защиты в наиболее неблагоприятных условиях (например, даже при отсутствии воды в контуре охлаждения стержней СУЗ).

Картограмма (размещение) установки свежих и извлечения выгоревших ТВС, а также дополнительных поглотителей в активной зоне реактора составляется на основе расчетов по специальным программам на ЭВМ, исходя из необходимости создания максимально возможного запаса реактивности и недопущения образования локальных критических масс. При этом новая загрузка должна позволять получить хорошее распределение энерговыделения по объему активной зоны реактора.

Для улучшения распределения энерговыделения по активной зоне в реакторах РБМК-1000 кроме штатных стержней СУЗ используются дополнительные поглотители – столбы воды (т. е. технологические каналы с водой, в которые ТВС не поставлены), стержни-поглотители, устанавливаемые в центральные трубки ТВС. Для выравнивания энерговыделения по радиусу активной зоны целесообразно свежие ТВС устанавливать в основном в периферийной зоне (как и в реакторе ВВЭР). Опыт показывает, что в режиме частичных перегрузок правильное размещение по активной зоне реактора РБМК-1000 свежих и выгоревших ТВС в сочетании с дополнительными поглотителями, стержнями-поглотителями и столбами воды позволяет иметь хорошие значения коэффициентов неравномерности распределения энерговыделения (Kr = 1,25÷1,35; Kz = 1,3÷1,35) в течение топливной кампании.

Во время очередной остановки реактора для частичной замены выгоревших ТВС стремятся создать запас реактивности, достаточный для длительной работы энергоблока. Опыт эксплуатации показывает, что за счет выгорания топлива при работе энергоблока с реактором РБМК-1000 на номинальной мощности запас реактивности снижается на 2*10^-2% в сутки. В исходном же состоянии активной зоны реактора после очередной перезарядки топлива запас реактивности на выгорание составляет около 1%. Поэтому режим частичных перегрузок для АЭС с реакторами РБМК-1000 требует довольно частых остановок энергоблока (через каждые 2 мес.) и, как правило, применяется ограниченно только в начальный период эксплуатации. В установившемся режиме эксплуатации перезарядка топлива ведется непрерывно на работающем реакторе с помощью разгрузо-загрузочной машины. Основными конструкционными узлами разгрузо-загрузочной машины являются: мостовой кран, защитный контейнер, герметичный скафандр и вспомогательные транспортно-технологические механизмы. При работе реактора на мощности разгрузо-загрузочная машина выводится на координату любого технологического канала и стыкуется с его головкой. Затем после герметизации и подачи в канал охлаждающей воды извне извлекается выгоревшая ТВС и размещается в скафандре, а на ее место устанавливается свежая сборка. После уплотнения головки технологического канала проводится обратная расстыковка. Выгоревшие ТВС транспортируются в защитном контейнере разгрузо-загрузочной машиной в бассейны выдержки, где они хранятся до 2-3 лет. На остановленном реакторе РБМК-1000 операции по замене выгоревших ТВС свежими могут выполняться с помощью как разгрузо-загрузочной машины, так и мостового электрического крана с использованием специальных защитных приспособлений.