8. Некоторые особенности эксплуатации энергоблоков каэс.

8.1. Кассеты-экраны блоков 1 и 2.

Корпус реактора в условиях жесткого нейтронного облучения имеет строго определенный срок службы (или радиационный ре­сурс), в течение которого невозможно его хрупкое разрушение в любом проектном режиме, включая аварийные. Хрупкое разрушение является наиболее опасным видом разрушения, т.к. может проис­ходить мгновенно, без заметных предварительных изменений сос­тояния металла и приводить к полному разрушению конструкции.

Ответственным за радиационный ресурс большинства корпусов ВВЭР-440 является сварной шов, расположенный на уровне актив­ной зоны реактора. Причем в худшем положении находятся корпу­са реакторов проекта В-230 (1-я очередь КАЭС), при изготовле­нии которых сварные швы не контролировались на примеси серы, фосфора (сильно влияют на радиационное охрупчивание) с доста­точной степенью точности.

С целью продления радиационного ресурса корпусов ВВЭР-440 дополнительно экранируют боковую поверхность активной зоны материалами, являющимися хорошими поглотителями и замедлите­лями нейтронов. Для этого в направлении максимумов азимуталь­ного распределения нейтронов 36 рабочих ТВС заменили металли­ческими конструкциями, называемыми кассетами-экранами (КЭ).

Внешние образующие поверхности КЭ идентичны образующим рабочих ТВС. Верхние и нижние концевые детали соединены шес­тигранной чехловой трубой, внутри которой расположены метал­лические стержни. Для охлаждения КЭ предусмотрены отверстия в концевых деталях, через которые циркулирует теплоноситель. Замена рабочих ТВС на КЭ вызывает изменение гидравлических характеристик реактора, что проявляется в увеличении перепада давления на реакторе( Рр) и в уменьшении расхода теплоносите­ля (Gр) непосредственно через активную зону реактора (см. табл. 8.1).

Табл. 8.1. Относительные изменения гидравлических харак­теристик реактора (экспериментальные данные).

Число подкл. петель	Без КЭ	С КЭ
	Рр,отн.ед. Gр,отн.ед.	Рр,отн.ед. Gр,отн.ед.
6	1.0 1.0	1.11 0.97
5	0.81 0.91	0.92 0.88
4	0.56 0.81	0.58 0.76

Все это приводит к необходимости корректировки режи­мов эксплуатации ЯППУ. Необходимо отметить, что увеличе­ние перепада давления на реакторе после установки в активную зону КЭ приводит к перемене уставки сигнала АЗ 1-го рода по этому фактору с Р = 3,75 на Рр-ра=3,95кгс/см².

Возникает также необходимость в пересчете НФХ реактора, т.к. при установке КЭ изменяются: объем активной зоны; масса загружаемого ядерного топлива; плотность потока нейтро­нов на границе ТВС-отражатель. Проведенный анализ физических характеристик реактора с 313 кассетами показал, что при опре­деленных сформированных нагрузках обеспечиваются:

- средняя глубина выгорания топлива 30 кг шлаков/т.U;

- коэффициенты неравномерности энерговыделения при работе ЯР на мощности 1375 МВт не превышают:

по мощности кассет Кq=1,29;

по мощности твэл Кк=1,15;

по объему активной зоны Кv=1,81;

- отрицательные коэффициенты реактивности по мощности, температуре топлива и воды;

- эффективность 37 поглотителей СУЗ 12%(8% - с учетом застрявшего в верхнем положении поглотителя с максимальной эффективностью).

Уменьшение числа ТВС в активной зоне с 349 до 313 приво­дит к сокращению энергоемкости топливных загрузок (-----) при сохранении проектного режима перегрузок, что нежелательно.

Установка КЭ требует перекомпоновки ТВС в активной зоне. Применение ТВС подпитки только обогащением 3,6% вызывает рост коэффициента неравномерности энерговыделений:(Кq•Кк)•Кz и при сохранении трехгодичной топливной кампании не обеспечивает необходимую энергоемкость загрузки. Для сохранения длитель­ности кампании реактора в пределах 300-310 эф.сут. необходим переход к подпитке ТВС обогащением 2,4 и 3,6%. Однако даже такой подход к формированию активной зоны не обеспечивает сохранение допустимой нагрузки на ТВЭЛ, что приводит к необ­ходимости снижения мощности РУ (~90%Nном.) в начальный период кампании.

При установке в активную зону КЭ допустимая мощность ре­актора в общем случае, очевидно, должна быть снижена, т.к. увеличиваются коэффициенты неравномерности энерговыделений в а.з. Требование по максимально допустимой мощности может быть выполнено исходя из соотношения:

Nр.доп. = 1375 (1.29/Kq^экс) < 1375 МВт ,

где Кq^экс - коэффициент неравномерности энерговыделения в кассетах во время эксплуатации;

1,29 - коэффициент неравномерности энерговыделения в кассетах при работе на номинальной мощности в стационарном режиме ;

1375 МВт - номинальная тепловая мощность ЯР.

Номинальная же мощность реактора при прочих равных условиях может быть форсирована одним из следующих способов:

- использование топливных надставок в верхней части КЭ;

- использование вместо КЭ сильно выгоревших ТВС;

- расстановкой ТВС в активной зоне, обеспечивающей мини­мальное значение (Кq•Кк)•Кz.

Последний способ как наиболее эффективный используется на блоках 1,2 КАЭС. Практически снижение (Кq•Кк)•Кz может быть достигнуто применением ТВС подпитки смешанного обогащения (2,4 и 3,6%) при размещении ТВС обогащением 2,4% в централь­ной части активной зоны, либо использованием ТВС АРК обогаще­нием 3,6% (максимальный эффект достигается при размещении этих ТВС АРК вблизи периферии активной зоны). На КАЭС приме­няют в основном 2-й вариант, т.к. при этом из-за увеличения энергоемкости загрузки длительность кампании реактора возрас­тает (и достигает требуемых 300-310 эф.сут.), а также улучшаются экономические показатели топливного цикла.

Итак, одновременное применение ТВС АРК обогащением 3,6%, использование в качестве топлива подпитки ТВС обогащением 3,6%, а также специальная расстановка ТВС в активной зоне позволяют:

1) уменьшить коэффициент неравномерности энерговыделения (Кq•Кк)•Кz, а следовательно, позволяет форсировать мощность реактора (при загрузке в а.з. 313 рабочих ТВС);

2) компенсировать экономические потери от применения КЭ.

Анализ результатов теплогидравлического расчета активной зоны с КЭ показал, что во всем рассмотренном диапазоне расхо­дов ЯР имеет теплогидравлические характеристики, обеспечиваю­щие безопасную стационарную эксплуатацию:

1) достаточность запаса до кризиса теплоотдачи ~2,48,т.е. минимальный запас до кризиса теплоотдачи уменьшается на 11% по сравнению со штатной загрузкой без КЭ;

2) достаточность запаса до температуры плавления сердеч­ника твэл (tпл.=2800^С), т.к. максимальная по а.з. температу­ра сердечника твэла 1391^С;

3) температура теплоносителя на выходе из максимально теплонапряженной кассеты не достигает температуры насыщения (и составляет ~304,9^С);

4) перепад давления на топливной части кассет АРК не дос­тигает предельного перепада по условиям всплытия кассеты ( Р_АРК^пред =0,107 МПа) и составляет ~0,077 МПа.

При анализе аварии с разуплотнением 1 контура Ду32 и ме­нее показано, что при подаче в ЯР >80 т/ч борного раствора от насосов аварийного впрыска бора обеспечивается надежное ох­лаждение активной зоны. При этом кризис теплообмена в а.з. не наблюдается, температура оболочки твэлов на протяжении всего процесса близка к температуре насыщения в 1 контуре.

При разрыве паропровода одного ПГ также обеспечивается надежное охлаждение а.з. реактора и отсутствие кризиса тепло­обмена. Причем обе аварии рассматривались в режиме с одновре­менным полным обесточиванием АЭС.