содержание   ..  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  ..

3.3.

Канальные реакторы АЭС

Для первой АЭС советскими учеными был выбран канальный тип реактора с графитовым замедлителем и водяным теплоносителем. Реакторы первого и второго блоков Белоярской АЭС — усовершенствованные конструкции реактора Первой АЭС с более высокими тепловыми характеристиками с перегревом пара, осуществляемым в активной зоне. Получение пара с высокими параметрами за счет ядерного перегрева непосредственно в реакторе является прогрессивным направлением в развитии ядерной энергетики. Тепловая мощность реактора первого блока Белоярской АЭС 28 500 кВт, электрическая 100 000 кВт. В кладке реактора 998 рабочих технологических каналов, из них 730 испарительных для генерации пара и 268 для перегрева пара. Вода входит в испарительные каналы при давлении 15 МПа и температуре 300 °С, на выходе пароводяная смесь имеет температуру 340°С. В паро-перегревательные каналы пар поступает при давлении 11,5 МПа и температуре 320 °С и выходит, имея температуру 500—510 °С. Осуществление ядерного перегрева непосредственно в реакторе связано с трудностями регулирования процесса и особенно контроля за его ходом, наличием большого количества труб различных размеров, находящихся под высоким давлением. К тому же перегрев пара непосредственно в ядерном реакторе не является обыч-ным, и экономическая целесообразность такого решения не однозначна, так как повышение рабочей температуры в активной зоне реактора приводит к необходимости применять температуростойкие материалы, которые в большинстве случаев менее благоприятны в нейтронно-физическом отношении и приводят к снижению общей эффективности использования ядерного топлива. Это является основным возражением против перегрева пара в реакторе.

Однако в реакторах Белоярской АЭС охлаждение активной зоны осуществляется двумя потоками теплоносителя: одним с нагревом до умеренных и другим — с нагревом до необходимых высоких температур. При этом часть активной зоны реактора, где осуществляется нагрев и кипение воды, оказывается в благоприятных с точки зрения физики реактора условиях работы, а влияние отрицательных качеств высокотемпературной части активной зоны существенно снижается.

Ниже приведены основные характеристики канальных реакторов РБМК-1000 и РБМК-1500.

Развитие энергетических уран-графитовых реакторов неразрывно связано с прогрессом в атомной технике и технологии реакторных материалов. Современная технология жаропрочных циркониевых сплавов позволяет применять их в уран-графитовых реакторах в качестве оболочек твэлов в активной части корпуса технологического канала вместо твэлов с оболочкой из стали, имеющей существенно большее сечение поглощения нейтронов. Основным конструкционным материалом, используемым в активной зоне уран-графитового кипящего реактора большой мощности РБМК, являются циркониевые сплавы.

Канальный принцип конструкции является перспективным со многих точек зрения, так как характеризуется высокой надежностью и живучестью вследствие осуществления контроля каждого рабочего канала с возможностью отключения или замены отдельных каналов без длительной остановки реактора; возможностью достижения значительных единичных мощностей; гибкостью топливного цикла, позволяющей эксплуатировать реакторы с различными топливными композициями, в разных режимах перегрузки и с разными 'параметрами теплоносителя в отдельных каналах; возможностью перегрузки топлива на работающем реакторе и отсутствием сложного в изготовлении корпуса высокого давления.

Главный недостаток канального реактора — разветвленность и громоздкость контура циркуляции. В то же время они менее компактны, требуют больших строительных объемов.

В конструкторском отношений канальные реакторы представляют собой графитовую кладку, выполняющую роль замедлителя и биологической защиты, заключенную в металлоконструкцию, состоящую из верхней и нижней силовых плит, кожуха кладки и боковой водяной защиты. Через графитовую кладку и металлоконструкции проходят технологические рабочие каналы и водопаропро-воды.

Типовым уран-графитовым кипящим канальным реактором является РБМК-1000 электрической мощностью 1000 МВт. Реактор размещается в бетонной шахте-21,6X21,6 м, высотой 25,5 м. Графитовая кладка цилиндрической формы, служащая замедлителем нейтронов, состоит из отдельных собранных в колонны блоков с осевыми цилиндрическими отверстиями, в которые устанавливаются технологические и специальные каналы. Каждый блок имеет форму параллелепипеда сечением 250x250 мм и высотой от 200 до 600 мм. Для изготовления блоков применяется графит, удовлетворяющий специальным требованиям по ядерной чистоте и плотности. Графитовая кладка, окруженная сварным цилиндрическим кожухом, установлена на сварной металлоконструкции, опирающейся на бетонное основание. Герметичное реакторное пространство замыкается в верхней металлоконструкции, расположенной на кольцевом баке биологической защиты. Для предотвращения окисления графита и улучшения теплопередачи от графита к технологическим каналам реакторное пространство заполнено смесью гелия и азота. Утечка гелия ограничивается заполнением металлоконструкций и пространства, окружающего цилиндрический кожух, азотом под давлением, превышающим давление гелиевоазотной смеси на 0,2—1,2 кПа.

Графитовые колонны, состоящие из графитовых блоков, устанавливаются на стальных опорных плитах, которые в свою очередь опираются на стаканы, приваренные к верхней плите нижней металлоконструкцией. В верхней части закрепление и центрирование колонн по трубам — трактам, вваренным в верхнюю металлоконструкцию, осуществляется с помощью защитных плит и соединительных патрубков. Защитные и опорные плиты из стали, кроме обеспечения крепления графитовых колонн, обеспечивают тепловую защиту плит верхней и нижней металлоконструкций и являются частью биологической защиты реактора. Крепление графитовой кладки от перемещения в радиальном направлении осуществляется штангами, расположенными в периферийных колоннах бокового отражателя. Внизу штанга приваривается к опорному стакану, а вверху подвижно соединяется с трубой-трактом, вваренной в нижнюю плиту металлоконструкции. Верхнее соединение обеспечивает свободу температурным перемещениям штанги. Одновременно штанга является каналом охлаждения отражателя.

Боковой отражатель, имеющий среднюю толщину 1000 мм, состоит из графитовых колонн квадратного сечения. В отдельных местах бокового отражателя используются фасонные блоки для заполнения пространства между кожухом и графитовыми колоннами, чтобы обеспечить более равномерное воздействие излучения

на кожух. Нижний и верхний отражатели толщиной 500 мм собираются из укороченных графитовых блоков для обеспечения смещения стыков блоков соседних колонн по высоте реактора. Масса графитовой кладки около 1700 т.

Передача усилий от веса узлов и сборок графитовой кладки и герметизация внутренней полости реактора осуществляются сварными металлоконструкциями, которые также выполняют роль биологической защиты. Верхнее перекрытие служит полом центрального зала и одновременно биологической защитой зала от излучений верхних коммуникаций реактора. Конструкция нижней части выполнена в виде металлических коробок, заполненных чугунной дробью и серпентинитом.

Рис. 3.20. Общий вид реактора РБМК:
1 —активная зона; 2 — коммуникации подвода воды; 3 — ГЦН; 4 — коммуникации отвода пароводяной смеси; 5 — сепаратор; 6 — перегрузочная машина

Графитовая кладка окружена водяной биологической защитой, которая представляет собой собранный из секций кольцевой бак с циркулирующей водой, служащий одновременно опорой верхней металлоконструкции. Бак водяной защиты снижает потоки излу-

чения и одновременно является тепловым экраном, что обеспечивает допустимые температурные и радиационные условия для шахты реактора, выполненной из обычного строительного бетона. Благодаря низкой температуре воды в баке водяной защиты температура кожуха позволяет использовать для его изготовления низколегированную сталь, Охлаждающая вода подводится в секции снизу и отводится сверху. В конструкциях боковой защиты размещаются каналы пусковых и рабочих ионизационных камер, дренажные трубы и гильзы термопар для замера температуры воды в секциях. Пространство между баком водяной защиты и бетонной шахтой реактора, используемое для монтажа, засыпается песком, также выполняющим защитные функции.

Верхняя металлоконструкция собирается из обечайки диаметром 17 и высотой 3 м, к которой приварены плиты, соединенные между собой также вертикальными ребрами жесткости. В плитах имеются отверстия, по расположению точно повторяющие отверстия в графитовой кладке для технологических каналов. В отверстия устанавливаются трубы — тракты для технологических каналов и каналов СУЗ, а межтрубное пространство внутри металлоконструкции заполняется серпентинитом. Верхняя металлоконструкция устанавливается на катковые опоры, смонтированные на кольцевом выступе в верхней части боковой металлоконструкции, и воспринимает усилия от веса технологических каналов, плитного настила, трубопроводов верхних коммуникаций реактора.

Для обслуживания центрального зала во время работы реактора над отводящими трубопроводами с активным теплоносителем размещается верхнее защитное перекрытие, центральная часть которого, расположенная над активной зоной, представляет собой набор защитных плит, опирающихся на верхние части трактов каналов. Защитные плиты изготовлены из материалов на основе барийсерпентинитового бетона с заполнителем из чугуна-порошка. Общая толщина плит около 800 мм. Для предотвращения прострела по зазорам между отдельными плитами и обеспечения досту-па к головкам каналов настил выполняется двухслойным. Верхние блоки перекрытия сдвинуты относительно нижних, так что зазоры между ними перекрываются. При съеме верхнего блока высотой около 600 мм головка технологического канала обнажается, что позволяет производить перегрузочные работы, не снимая нижние блоки. В пространстве между нижними и верхними блоками настила (около 70 мм), образованном с помощью стальных приставок, прокладываются кабели приборов контроля. Из центрального зала через зазоры плитного настила в помещение верхних коммуникаций реактора засасывается воздух, проходящий затем в вентиляционный короб. Просасываемый воздух охлаждает плитный настил и устраняет возможность попадания радиоактивных выбросов в центральный зал из помещения верхних коммуникаций реактора.

Нижняя металлоконструкция является фундаментом для графитовой кладки и представляет собой обечайку диаметром 14,5 и высотой 2 м, которая вместе с несущими верхней и нижней плитами образует герметичную полость и засыпана серпентинитом, а также заполнена азотом. Количество и расположение нижних труб-трактов для технологических каналов, вваренных в верхнее и нижнее днище металлоконструкции, такие же, как и в верхней металлоконструкции.

Основная опорная металлоконструкция в реакторе РБМК наиболее нагруженная, так как передает на закладные части фундаментной плиты здания вес нижней металлоконструкции, графитовой кладки и нижних водяных трубопроводов. Конструктивное решение ее представляет собой две пересекающиеся по центру реактора перпендикулярно друг другу пластины с ребрами жесткости высотой 5,3 м. Пластины приварены к нижней металлоконструкции.

Все металлоконструкции реактора, работающие в газовой среде с наличием пара воды, защищены антикоррозионным покрытием.

содержание   ..  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  ..