Наффаа Х.М., к.т.н. Свириденко И.И., к.т.н. Шевелев Д.В.

Севастопольский национальный технический университет, Украина;

Севастопольский национальный университет ядерной энергии

и промышленности, Украина

ПАССИВНЫЕ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ОБОЛОЧЕК РЕАКТОРНЫХ УСТАНОВОК АЭС

 

Гермообъем ядерного реактора ( контейнмент ) является наиболее важным барьером против выброса радиоактивных материалов в окружающую среду при авариях на атомных электростанций, поэтому разработка надежной системы охлаждения защитной оболочки ЯР является одним из ключевых направлений в развитии современных ядерных реакторах. Самое главное преимущество пассивных систем это возможность обеспечения целостности и работоспособности гермообъема реактора без потребности в электроэнергии.

В последние годы были разработаны и внедрены различные концепции пассивных систем охлаждения защитной оболочки (СПОТ ЗО ) для водо-водяных реакторов. В этой статьи предложены обзор и сравнительная оценка различных концепций СПОТ для современных реакторов.

Обзор существующих систем охлаждения ЗО различных типов реакторов позволяет выделить следующие концепции СПОТ для охлаждения ЗО :

-     Система наружного орошения ЗО .

-     Система наружного погружения ЗО .

-     Система подавления избыточного давления.

-     Система охлаждения с внутренними конденсаторами:

а) с открытым контуром охлаждения;

б) с замкнутым контуром охлаждения (замкнутый термосифон).

 

Система наружного орошения ЗО .

На рис. 1 изображена схема системы наружного орошения ЗО от напорного бака для проекта AP600/1000 .Для охлаждения ЗО вода распыляется на наружную поверхность стальной ЗО . Преимущества этой системы заключается, во-первых, в эффективности охлаждения, поскольку здесь задействованы сразу несколько механизмов отвода теплоты: конвективным воздушным потоком, испарением охлаждающей воды и тепловым излучением стальной ЗО , и во-вторых, простотой и минимальным количеством гермопрохо-док , пересекающих ЗО .

 

 

Система подавления избыточного давления.

Система (рис. 2) используются в проектах с кипящими реакторами. Принцип ее действия заключаются в том, что для снятия избыточных давления и понижения температуры используется специальный бассейн, расположенный внутри ЗО , в который направляется пар, где он конденсируется.

 

Система охлаждения с внутренними или с внешними конденсаторами.

Система с открытым контуром для французского кипящего реактора SWR-1000 представлена на рис. 3. Пар конденсируется на наружной поверхности, так называемого, внутреннего конденсатора, расположенного в объеме ЗО .

 

 

Система охлаждения с замкнутым контуром охлаждения (замкнутый термосифон).

На рис. 4 показан один из вариантов системы, предложенный как альтернатива AP1000 для проекта EPR-1000. Преимущество этой системы заключается в том, что, кроме системы водяного охлаждения, используется воздушное охлаждение.

 

Выводы.

1. СПОТ ЗО с использованием стальной защитной оболочки, где наружная поверхность используется в качестве поверхности теплообмена, является более эффективной с точки зрения теплообмена, но требует компенсации охлаждающей воды для длительного охлаждения. Стоимость такой системы сравнительно высокая.

2. СПОТ ЗО с бетонной защитной оболочкой обладают преимуществами, которые заключаются в более низкой стоимости, в распространенности и наличие достаточного опыта эксплуатации, но являются более сложными, поскольку требуют дополнительные пути организации теплопереноса.

3. Система подавления избыточного давления обладает преимуществом по эффективности тепломассобмена , но требует наличия достаточного запаса охлаждающей воды внутри ЗО . Кроме того, необходимо иметь специальную конструкцию шахты реактора и систему каналов для движения паровоздушной смеси. Поэтому применение такой системы ограничено только для кипящих реакторов.

4. СПОТ ЗО с замкнутыми двухфазными термосифонами представляет наибольший интерес для инновационных проектов ВВЭР . Они обладают повышенной эффективностью теплообмена благодаря использованию теплоты фазовых переходов промежуточного теплоносителя. Имеется возможность интегрирования в общей компоновке гермообъема РУ , защитной оболочки без существенных изменений в ее конструкции. Система строится по модульному принципу, что позволяет наращивать или уменьшать мощность в зависимости от мощности энергоблока, обеспечивать легкость транспортировки, монтажа, обслуживания и ремонта оборудования. Для ее реализации в перспективных проектах РУ АЭС с ВВЭР необходимо провести соответствующие расчетные и экспериментальные исследования.