Деревянко О. В.
Одесский национальный политехнический университет, Украина
ИНФОРМАЦИОННАЯ И ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОДДЕРЖКА АТТЕНЮАЦИИ ПРОЦЕССОВ НАРУШЕНИЯ ТЕПЛОМАСООБМЕНА В ЭНЕРГОУСТАНОВКАХ АЭС
К циркулирующим водным средам энергоблока АЭС на базе системы, функционирующей в соответствии с двухконтурной теплогидравлической схемой, которая предусматривает во втором контуре фазовый переход рабочего тела, предъявляются специфические требования по безопасности: к теплоносителю – в плане теплогидравлической устойчивости, к рабочему телу – в плане обеспечения надежного отвода энергии, полученной от теплоносителя. Нарушение устойчивости движения теплоносителя и нарушение циркуляции воды второго контура следует рассматривать как экстраординарные физические процессы, относящиеся к предаварийным режимам эксплуатации энергоустановок АЭС на том основании, что такие процессы могут привести к необратимому снижению эффективности утилизации тепловой энергии ядерного реактора. В результате становятся неизбежными процессы аварийного характера, подобные физическим процессам, уже наблюдавшимся в практике эксплуатац ии АЭ С. Как показывает опыт известных в мировой практике аварийных событий –н а 2-ом блоке АЭС « Три-Майл-Айленд » TMI-2 (США, 1979 г .), на 4-м энергоблоке Чернобыльской АЭС (Украина, 1986 г .), на 1-м энергоблоке АЭС Фукусима-1 (Япония, 2011 г .) и некоторых менее значимых аварийных инцидентов – причиной нарушения циркуляции водных тел ЯЭУ может являться как теплогидравлическая неустойчивость, проявляющаяся в виде колебаний расхода, давления, температуры и иных режимных параметров, так и утечки, влекущие запредельную нехватку теплоносителя или рабочего тела. Утечки циркулирующей водной среды при этом могут провоцировать колебательную теплогидравлическую неустойчивость (влияя косвенно) или приводить к кризису теплоотдачи (влияя непосредственно), что может создавать предаварийные или аварийные эксплуатационные условия.
Для аттенюации нарушения циркуляции может применяться либо оперативное увеличение запаса теплогидравлической устойчивости путем технически доступного изменения влияющих на нее параметров, либо своевременная дополнительная подпитка циркулирующей жидкости. Для принятия решения о тех или иных оперативных действиях, как правило, необходим постоянный мониторинг текущих запасов теплогидравлической устойчивости циркуляции, технологически предусмотренной в контурных системах ЯЭУ. Этот мониторинг может быть обеспечен еще в ходе нормальной эксплуатации, в постоянном автоматическом режиме, применением методики определения запасов теплогидравлической устойчивости на основе измерения по шумам режимных параметров значений частотных передаточных функций, содержащих в неявном виде информацию о запасах устойчивости текущего физического процесса [1] . Получаемая в ходе мониторинга информация в такой системе может использоваться для формирования командных (управляющих) сигналов, вызывающих срабатывание соответствующих исполнительных механизмов специализированной системы подпитки. Важным обстоятельством является то, что к срабатыванию подобных устройств в условиях функционирования ЯЭУ (особенно в предаварийных и аварийных режимах) предъявляются весьма жесткие требования в части быстродействия и высокой надежности их включения. Примером оперативной возможности технического обеспечения эффективного включения резервного насосного оборудования подпитки циркулирующих водных сред – при поступлении соответствующего командного сигнала на запуск – может служить агрегат с комбинированным турбоприводом , характеризующийся сокращенным временем включения в работу [2]. Техническое решение, предусматривающее в этом устройстве предвключение дисковой турбины по отношению к лопаточной, позволит упростить и ускорить решение задачи аварийного запуска насосов подпитки путем использования несепарированного двухфазного потока, что невозможно в случае традиционного лопаточного привода, требующего специальной подготовки пара (сепарации и дренажа конденсата). Более того – повышенные значения коэффициентов трения, свойственные двухфазному потоку, обеспечат минимизацию постоянной времени переходного процесса при запуске агрегата. Дополнительным техническим эффектом является также то, что такое техническое решение позволяет совместить в одном корпусе турбину и сепаратор жидкой фазы двухфазного потока, что позволяет подключить питающий системы ЯЭУ турбонасосный агрегат непосредственно к паровому объему парогенератора через быстродействующий нормально-закрытый клапан. Сигналом для автоматического открытия клапана паропровода будет служить в такой системе совпадение (по результатам сравнения в аппаратуре мониторинга, не требующей мощного электропитания) текущего значения запаса теплогидравлической устойчивости с заранее заданным опорным, минимально допустимым значением. Упрощенным вариантом мониторинга может служить простое сравнение осредненных значений режимных параметров с их аварийными уставками , но в таком случае срабатывание системы подпитки будет осуществляться с задержкой – уже по факту развития аварийного процесса, а не в режиме упреждения такового.
Предлагаемая информационная поддержка, осуществляемая по результатам мониторинга теплогидравлической устойчивости и техническое решение реализации оперативно получаемой информации дают возможность снизить вероятность перехода предаварийных режимов работы ЯЭУ – в аварийные, что способствует повышению надежности и безопасности энергоустановок АЭС.
Список использованных источников:
1. Деревянко О. В. Предаварийные физические процессы и надежный теплоотвод в ядерных энергоустановках / О. В. Деревянко , А. В. Королев, А. Ю. Погосов . – О.: Наука и техника, 2014. – 264 с .
2. Королев А. В. Подпитка парогенератора от надежных источников / А. В. Королев, О. В. Деревянко // Мат. 3-й Междун . науч .- практ . конф . «Повышение безопасности и эффективности атомной энергетики», Одесса (Украина), 24–28 сент. 2012 г . – О.: Энергоатом , 2013. – С. 111–113.