5.2 Системы ядерных энергетических установок
В ядерных энергетических установках (ЯЭУ) принципиальные особенности имеют системы, которые относятся к реактору, другие системы в принципе не отличаются от систем обычной паровой или газотурбинной установки.
В двухконтурных ЯЭУ с водяным охлаждением имеются следующие специальные системы:
1. Система очистки воды первого контура. Она служит для удаления из воды первого контура продуктов коррозии и радиоактивных веществ. Для этой цели из первого контура через фильтр отбирается от 1 до 10% воды, которая направляется в теплообменные аппараты, охлаждается в них приблизительно до 40°С, пропускается через механические и ионообменные фильтры (ИОФ) и затем возвращается в первый контур. Для связывания кислорода, образующегося в результате разложения воды в активной зоне, первый контур подпитывается водородом. Пример принципиальной схемы системы очистки воды показан на рисунке 5.5.
Рисунок 5.5 - Принципиальная схема системы очистки воды первого
контура
1 - реактор; 2 - охладитель; 3 - дроссельное устройство; 4 - механический фильтр;
5 - ионообменный фильтр; б - деаэратор; 7 - насос; 8 - подпитка водородом;
9 - циркуляционный насос; 10 - парогенератор.
2. Система охлаждения активного оборудования первого контура. Она служит для охлаждения циркуляционных насосов первичного теплоносителя, биологической защиты реактора, теплообменных аппаратов, фильтров системы очистки воды первого контура и другого оборудования, требующего охлаждения и расположенного вблизи реактора. Система заполняется пресной водой и делается замкнутой, чтобы исключить распространение активности в случае повреждения теплообменных поверхностей. Контур этой системы располагается частично вне контейнера. Пресная вода, охлаждаемая забортной водой, является барьером между активной водой первого контура и забортной водой, поэтому активность пресной воды регулярно контролируют. Схема системы охлаждения активного оборудования показана на рисунке 5.6.
3. Система расхолаживания. После остановки реактора внутри ТВЭЛ выделяется тепло в результате распада радиоактивных продуктов деления. Непосредственно после остановки остаточное тепловыделение составляет около 2% от тепловой мощности реактора, в конце первого дня — около 1%, через месяц — около 0,1%. Для предотвращения расплавления ТВЭЛ вследствие этого тепловыделения активная зона реактора должна охлаждаться. Для этой цели предназначена специальная вспомогательная система охлаждения, которая связана с основной и включается автоматически при остановке реактора и в случае аварии. В системе имеются свои насосы, теплообменные аппараты и трубопроводы.
Рисунок 5.6 - Схема системы охлаждения активного оборудования
4. Система компенсации объема в ВВРД. Она служит для предотвращения вскипания воды в активной зоне, которое могло бы возникнуть при снижении давления в реакторе, вызванном увеличением расхода пара во втором контуре. Система компенсации объема обеспечивает поддержание стабильного давления в реакторе путем компенсации изменения объема теплоносителя при перемене температуры. Для этого имеется несколько резервуаров с водой под давлением (компенсаторы объема), в которых уровень жидкости меняется в зависимости от давления в реакторе.
Система компенсации объема бывает газовой или паровой. В первом случае к компенсаторам объема подключают баллоны с газом, давление которого поддерживается постоянным. Во втором случае в компенсаторах объема над уровнем жидкости поддерживается постоянное давление пара путем периодического включения электрических нагревателей или впрыскивающих охладителей в соответствии с понижением или возрастанием давления в первом контуре. Уровень воды в компенсаторах объема регулируется продуванием избытка и подпиткой. Схема системы компенсации изображена на рисунке 5.7.
5. Система удаления отходов, которая служит для сбора и удаления радиоактивных газов, жидкостей и твердых отходов. Воздух, ржавчина и пыль активируются вблизи реакторов; радиоактивные продукты собираются в механических фильтрах, в смолах ионообменных фильтров; загрязняются также инструменты, защитная одежда, перчатки, ветошь. Элементами системы являются сборные и сливные баки, оборудование для очистки (скрубберы, механические и ионообменные фильтры, испарители и др.), инвентарь для мойки, устройства для разбавления радиоактивных газов и жидкостей до безопасного уровня радиоактивности и, наконец, приспособления для удаления с судна радиоактивных отходов. Жидкости, нерастворимые твердые вещества и смолы из ионообменных фильтров с высоким уровнем радиоактивности подготовляют для упаковки и захоронения в море.
Отходы с низким уровнем радиоактивности, не опасным для живых организмов, могут быть выброшены в воздух, например, через пустотелую мачту, или в море.
Рисунок 5.7 - Принципиальные схемы компенсации давления и объема:
а - паровой компенсации; б - газовой компенсации. 1 - реактор; 2 - водяной резервуар;
3 - электрогрелки; 4 - газовый баллон; 5 - запас газа.
6. Система дренажа и хранения активных вод. Она предназначена для сбора и хранения активного теплоносителя первого контура при его замене, охлаждающего тела системы охлаждения активного оборудования первого контура, а также сбора вод от возможных протечек и вод дезактивации. Система состоит из сборных и дренажных цистерн и насосов. На рисунке 5.8 показана принципиальная схема системы дренажа и хранения активных вод.
Рисунок 5.8 - Принципиальная схема системы дренажа и хранения активных вод:
1 - сборная цистерна; 2 - дренажная цистерна; 3 - дренажный
В состав ЯЭУ, кроме перечисленных систем, входят также система подпитки первого и второго контура, система отбора проб для проверки качества рабочих тел и особенно их радиоактивности, система забортной воды, система управления и защиты реактора (СУЗ), служащая для поддержания заданного уровня мощности реактора и автоматического прекращения цепной реакции при аварийных отклонениях от нормы (чрезмерное увеличение потока нейтронов, прекращение циркуляции охладителя; недопустимое изменение параметров в первом контуре и др.).
Для наблюдения за работой установки служат системы дозиметрического и теплотехнического контроля и сигнализации. Приборы последних систем находятся в ЦПУ и размещены на пультах и щитах контроля.