Сравнительный анализ перемешивания потоков теплоносителя в реакторе по результатам натурных испытаний при вводе в эксплуатацию энергоблоков Тяньваньской АЭС

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сравнительный анализ перемешивания потоков теплоносителя в реакторе по результатам натурных испытаний при вводе в эксплуатацию энергоблоков Тяньваньской АЭС

Ю.В. Саунин, А.Н. Добротворский, А.В. Семенихин

Введение

Оценки перемешивания петлевых потоков теплоносителя в реакторах типа ВВЭР необходимы для обоснования безопасности реакторной установки при попадании на вход активной зоны теплоносителя с пониженной концентрацией бора или с пониженной температурой. Для исследования перемешивания теплоносителя с учетом особенностей различных типов реакторов проводятся модельные испытания [1, 2] и соответствующие натурные испытания на этапах ввода энергоблоков в эксплуатацию [3, 4].

Для проектов ВВЭР нового поколения (В-428, В-412, В-446, В-392) и серийных ВВЭР (В-320) после проводимых мероприятий по модернизации систем контроля и управления для повышения номинального уровня мощности натурные испытания, связанные с оценками перемешивания, имеют ещё большее значение. Это связано с включением в состав системы внутриреакторного контроля (СВРК) новых и модернизируемых проектов программно-технических средств обеспечивающих выполнение защитных функций по локальным внутриреакторным параметрам. Повышенные требования к надежности защитных функций определяют соответственно и повышенные требования к информации контролируемых параметров по данным функциям, в том числе к информации о распределении температуры теплоносителя на входе в активную зону. Следует отметить, что новые проекты (В-412, В-392) включают дополнительную пассивную систему быстрого ввода бора, которая предназначена для останова реактора при отказе активной системы управления и защиты. Эффективность работы этой системы также может быть подтверждена по оценкам перемешивания петлевых потоков теплоносителя при натурных испытаниях.

При вводе в эксплуатацию энергоблоков №1 и №2 Тяньваньской АЭС с реакторами ВВЭР-1000 проекта В-428 были выполнены испытания для определения температурного поля теплоносителя на входе в активную зону и по исследованию перемешивания петлевых потоков теплоносителя в корпусе реактора. Данные испытания проводились на основании разных методик, позволяющих достигнуть значимых различий в температурах холодных ниток петель первого контура. По результатам выполненных натурных испытаний были определены коэффициенты межпетлевого перемешивания и коэффициенты влияния температур холодных ниток петель на температуры на входе в тепловыделяющие сборки (ТВС).

В настоящей работе представляются и сравниваются данные по перемешиванию петлевых потоков и распределению температур на входе в активную зону на энергоблоках №1 и №2 Тяньваньской АЭС. Основной целью проведения сравнительного анализа являлась оценка возможности применения результатов испытаний, полученных на головном энергоблоке, на пускаемых далее серийных энергоблоках. На основании проведенного анализа даются конкретные рекомендации по возможной оптимизации количества испытаний при вводе в эксплуатацию головных и серийных энергоблоков. Выполненная работа и приводимые результаты натурных испытаний могут представлять интерес для отработки методик подобных испытаний, а также для верификации и применения моделей перемешивания теплоносителя в корпусе.

Описание проведенных испытаний и выполненного анализа

Как было выше указано, испытания по исследованию перемешивания петлевых потоков выполняются для расчета коэффициентов межпетлевого перемешивания. Данные коэффициенты определяют перемешивание на пути следования потока от входных патрубков до выходных или доли теплоносителя уходящего из петли в другие петли [2]. По методике данных испытаний значимые различия в температурах теплоносителя холодных ниток петель 1 контура получают на уровне мощности реактора не более 10% от номинальной мощности за счет повышения давления пара в одном из парогенераторов (ПГ) при прекращении отвода пара из этого ПГ. Вследствие этого происходит рост температуры в петле с отключенным ПГ. Разница температуры между петлями зависит от мощности активной зоны и характера перемешивания петлевых потоков.

Основной целью испытаний по определению температурного поля теплоносителя на входе в активную зону является получение таблиц коэффициентов влияния температуры теплоносителя в холодных нитках петель 1 контура на температуры теплоносителя на входе в ТВС. Под указанными коэффициентами понимаются коэффициенты перемешивания на пути следования потока от входных патрубков до входа в активную зону или доли теплоносителя уходящего из петли в массе теплоносителя на входе в конкретную ТВС [4]. В отличие от методики испытаний по исследованию перемешивания петлевых потоков, по методике данных испытаний значимые различия получают в "горячем" состоянии реакторной установки (РУ), т.е. на этапах холодно-горячей обкатки или физического пуска. Разница температур теплоносителя в холодных нитках достигается за счет снижения давления путем отбора пара от одного из ПГ и соответствующего расхолаживания 1 контура с максимально допустимой скоростью при отключенных остальных ПГ. теплоноситель температурный поле

При вводе в эксплуатацию энергоблока №1 Тяньваньской АЭС в соответствии с этапными программами были проведены испытания по исследованию перемешивания петлевых потоков и испытания по определению температурного поля теплоносителя на входе в активную зону. Объем испытаний по исследованию перемешивания петлевых потоков включил состояния с повышением давления в ПГ-1 и ПГ-2 в режиме работы РУ со всеми включенными ГЦН. Объем испытаний по определению температурного поля включил состояния с расхолаживаниями через каждый парогенератор в режиме работы РУ со всеми включенными ГЦН и состояния расхолаживания через работающие петли при всех комбинациях режимов работы РУ с тремя работающими ГЦН.

При вводе в эксплуатацию энергоблока №2 Тяньваньской АЭС в соответствии с этапными программами были проведены только испытания по определению температурного поля. При этом объем испытаний включил состояния только с расхолаживаниями через каждый парогенератор в режиме работы РУ со всеми включенными ГЦН.

Если испытания по исследованию перемешивания петлевых потоков проводились как "традиционные" при вводе в эксплуатацию головного энергоблока, то испытания по определению температурного поля теплоносителя на входе в активную зону при вводе в эксплуатацию энергоблоков с ВВЭР-1000 проводились впервые. Поэтому объем этих испытаний для двух энергоблоков был определен фактически на основании априорного требования о безусловной необходимости получения таблиц коэффициентов для основного технологического режима со всеми работающими ГЦН на каждом из энергоблоков. Таблицы коэффициентов для режимов работы с тремя работающими ГЦН предполагались как дополнительные только на головном энергоблоке с их последующим возможным распространением на второй энергоблок после сравнения таблиц для основного режима. Такое решение было принято исходя из проектной идентичности энергоблоков, маловероятной работы в данных режимах в течение длительного времени, а также исходя из экономических соображений ввиду существенных временных затрат и достаточной трудоемкости процедур выполнения испытаний.

Для обработки результатов испытаний использовалась программа "Термополе" [5] из специализированного программного обеспечения для комплексных испытаний СВРК [6]. В ходе анализа проводилось:

1. Сравнение характера температурных полей теплоносителя на входе в активную зону (коэффициентов влияния) двух энергоблоков в одинаковых режимах работы РУ;

2. Оценка углового поворота потоков в реакторе;

3. Оценка ошибки восстановления температуры и максимального отклонения от измеренной температуры при разных подходах к расчету коэффициентов влияния;

4. Сравнение коэффициентов межпетлевого перемешивания петлевых потоков двух энергоблоков.

При анализе принималось во внимание, что результаты были получены на двух идентичных энергоблоках, расположенных географически в одном месте, при одинаковых состояниях одним и тем же персоналом по одинаковым методикам.

Результаты сравнительного анализа и их обсуждение

1. Характер распределения температурных полей на входе в активную зону первого и второго энергоблоков представляют картограммы распределения коэффициентов влияния петель на температуры на входе в активную зону. Например, на рис. 1 приведены картограммы распределение коэффициентов влияния первой петли для первого и второго энергоблоков в режиме работы РУ со всеми включенными ГЦН.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис .1. Картограммы распределения коэффициентов влияния первой петли на температуры на входе в активную зону первого (а) и второго (б) энергоблоков в режиме работы РУ со всеми включенными ГЦН

Принципиальный характер распределения коэффициентов влияния аналогичен и для остальных петель обоих блоков. Можно сказать, что основной поток теплоносителя попадает в свой сектор на входе в активную зону с некоторым угловым поворотом против часовой стрелки, который имеет большее значение при большем угле между смежными петлями в сторону смещения (петля 1 и петля 3).

2. Количественная оценка угла поворота приведена в таблице 1, где представлены углы поворота "центра масс" потока относительно оси соответствующей петли. Для определения координат "центра масс" потока в активной зоне (Х_цм, Y_цм) использовались формулы:

(1)