Сравнение конструкционных
и компоновочных решений интегральных и петлевых реакторов на быстрых
нейтронах
Система охлаждения (основной циркуляционный
контур) реакторов на быстрых нейтронах
Характерной особенностью контурного варианта
является связь между оборудованием первого контура через систему
трубопроводов. Наличие горячих трубопроводов большого диаметра,
работающих при высокой температуре и резких теплосменах, усложняет
задачу компенсации температурных перемещений, обеспечения сейсмической
стойкости и др. С целью уменьшения термических напряжений обычно
используются многократно изогнутые трубопроводы, которые необходимо
разместить в специальных защитных боксах, что, естественно, увеличивает
объем строительных работ.
Применение сильфонов могло бы существенно сократить длину трубопроводов
первого контура, но поскольку они представляют собой тонкостенную
конструкцию в сравнении с трубопроводами, то их установка, в первый
контур, где требуется абсолютная герметичность в течение всего срока
эксплуатации АЭС, проблематична, так как они менее надежны, чем
трубопроводы.
Разветвленная система трубопроводов требует установки на них запорной
арматуры, что наряду с большой протяженностью трубопроводов также
ухудшает условия развития и ход естественной циркуляции в случае
аварийного расхолаживания.
Усложняются вопросы обеспечения гидравлической идентичности петель
установки в условиях их параллельной работы.
Кроме того, при петлевой компоновке узлы примыкания трубопроводов
(патрубки) к корпусам оборудования являются одними из наиболее
ответственных. Патрубки представляют собой непосредственное или с
помощью переходных элементов сопряжение
двух цилиндрических оболочек, в котором возникают
зоны от воздействия усилий самокомпенсадии температурных перемещений
трубопроводов, давления и температуры как в стационарных, так и в
переходных режимах эксплуатации реактора. Поэтому исключение таких узлов
в значительной степени увеличивает надежность реакторов.
При интегральной компоновке основной бак не имеет отводов; расположенных
ниже рабочего уровня натрия, что в значительной степени увеличивает
надежность и безопасность реактора. При этом на стенках корпуса
отсутствуют усилия от трубопроводов, возникающие при их температурных
расширениях, тем самым исключаются концентраторы напряжений. При
отсутствии разветвленных трубопроводов с подсоединенным оборудованием
первого контура исключаются запорная арматура больших диаметров,
необходимость электрообогрева первого контура и упрощается организация
дренажей и вспомогательных систем.
При размещении оборудования в общем баке уменьшается площадь
поверхности, отделяющей радиоактивный натрий от воздуха,, и сокращается
длина сварных швов в первом контуре. Значительно уменьшаются расходы на
материалы и объемы строительных работ. Строительная" площадь под
помещения первого контура реактора интегральной компоновки уменьшается,
даже при увеличении тепловой мощности (в 1,5—2 раза), по сравнению с
петлевой компоновкой.
Поскольку все оборудование первого контура расположено в общем баке и
погружено в натрий, то допустимы небольшие протечки теплоносителя, так
как все они замыкаются внутри бака. Это позволяет конструировать стенки
соединительных трактов достаточно тонкими, что уменьшает нестационарные
термические напряжения при переходных режимах. Так как длина
трубопроводов снижается в десятки раз (при интегральной компоновке они
практически отсутствуют), то фактически исключаются затраты на них
дорогостоящей нержавеющей стали.
Но в то же время, из-за того что при погружном варианте реактора весь
первый контур размещен в натрии, установка в первом контуре различных
клапанов и расходомеров становится чрезвычайно сложной задачей.
Усложняются также вопросы обеспечения равномерного распределения потоков
теплоносителя через теплообменники, исключения захвата и перекачки газа
по контуру. При интегральной компоновке реактора обычно применяют одну
из двух разработанных гидравлических схем. В одной из схем бак реактора
секционируется радиальными перегородками, образуя автономные
тепловыделяющие петли. В каждом отсеке реактора устанавливаются насос и
промежуточные теплообменники одной петли. Поскольку с теплообменником
связаны последовательно насосы второго контура, парогенераторы,
турбоустановки, то выключение из работы любого из последовательно
работающих механизмов приводит к
«автоматическому выключению из работы
соответствующей тепловыделяющей петли. Это так называемая блочная схема.
Коллекторная схема предполагает включение всех насосов первого контура и
теплообменников на общий коллектор. В этом случае исчезает жесткая связь
насос первого контура — промежуточный теплообменник и выключение из
работы насоса первого контура не затрагивает теплообменника, связанного
с ним петлей второго контура.
Блочная схема циркуляции теплоносителя первого контура применена на
БН-600, коллекторная — на «Фениксе».
Сравнительный анализ показывает, что коллекторная схема требует большего
количества арматуры — кроме обязательного обратного клапана на напоре
насоса в такой схеме на случай прекращения передачи тепла от
теплообменника во второй контур требуется блокирование расхода первого
контура через теплообменник специальной задвижкой.