На рис. 5 приведены результаты расчета тепловых потерь РУ с ВВЭР-1000 в режиме тепловой защиты БАОТ. Расчетное моделирование выполнено для условий наружного воздуха (- 5) оС. Это значение выбрано на основе анализа климатических параметров холодного периода года [7, 8], составляющего, например, для Запорожской, Николаевской, Ровенской и Хмельницкой областей Украины три месяца и более с температурой (-2,2…-3,6) оС.
Результаты расчетного моделирования показывают, что для надежной тепловой защиты БАОТ РУ с ВВЭР-1000 в климатических условиях Украины, уровень тепловых потерь составит 0,9…0,93 МВт, а для условий Крайнего Севера, соответственно, 9,4…10,3 МВт. В целом, количество теплоты для подогрева воды в БАОТ в различных климатических условиях эксплуатации АЭС, не превысит 0,03...0,3 % номинальной тепловой мощности РУ с ВВЭР-1000.
Регулирование теплоподвода к конечному поглотителю в БАОТ осуществляется дросселированием продувки термосифонного ТОАР в диапазоне от 15 до 32 мм. Влияние проходного сечения дроссельной шайбы на величину теплоотвода от РУ, необходимого для тепловой защиты БАОТ, показано на рис. 6, а уровень составляющих при этом тепловых потерь РУ - в табл.
Отсутствие кипения конечного поглотителя на поверхности ТК подтверждается достаточным запасом до температуры насыщения в БАОТ (рис. 7).
Рис. 5. Баланс тепловыделения РУ и теплоотвода элементами СПОТ, тепловой защиты БАОТ, ПГ и ГО (на этапе переходного процесса между срабатыванием аварийной защиты реактора и подключением СПОТ)
Рис. 6. Влияние дросселирования продувки на уровень теплоотвода от РУ для тепловой защиты БАОТ
Уровень тепловых потерь РУ для тепловой защиты БАОТ
Ду, мм Теплоотвод, МВт Тепловые потери, %
15 1,05 0,03
22 1,68 0,05
32 1,91 0,06
Рис. 7. Температура в контурах СПОТ и в БАОТ
Преимущества способа тепловой защиты
За счет применения ДТС в качестве основных элементов теплопереноса от РУ к защищаемому от замерзания конечному поглотителю данный способ позволяет повысить надежность тепловой защиты. Разгерметизация одного или нескольких ДТС ТОАР со стороны 1-го контура либо промконтура не приводит к аварийной течи петли расхолаживания и выходу из строя СПОТ, а также не сказывается на работоспособности системы тепловой защиты. Термосифонная сборка ТОАР, представляющая собой дополнительный замкнутый контур теплопереноса и надежно разделяющая 1-ый контур и промконтур, выведенный за границы основных барьеров безопасности, позволяет достичь высокого уровня экологической безопасности. Необходимая радиационная безопасность тепловой защиты с отводом теплоты от РУ за пределы ЗО обеспечивается теплопереносом через два размещенных последовательно промежуточных замкнутых контура теплоотвода, первым из которых является сборка ДТС ТОАР, вторым - промконтур.
В среднем, для поддержания температуры конечного поглотителя в БАОТ на уровне, не ниже +5 оС, при температуре атмосферного воздуха (-5…-10) оС, отбор теплоты от РУ необходим на уровне не выше 4…6 МВт, что составляет 0,13…0,2 % номинальной мощности РУ с ВВЭР-1000.
Кроме того, совмещение двух функций: аварийной системы безопасности (СПОТ) и системы НЭ (тепловой защиты) в одной системе существенно повышает компактность и экономичность ЯЭУ, так как отпадает необходимость в установке отдельной активной системы тепловой защиты воды в БАОТ, что соответственно снижает строительную стоимость АЭС, сокращает затраты на собственные нужды, техническое и ремонтное обслуживание.
Выводы
Таким образом, предлагаемый способ тепловой защиты от замерзания воды в БАОТ ее пассивным нагревом за счет отбора теплоты от РУ, используя постоянную продувку термосифонного ТОАР находящейся в режиме «ожидания» системой пассивного отвода остаточных тепловыделений обеспечивает безопасность эксплуатации АЭС в любых климатических условиях, повышает надежность СПОТ и ее постоянную эксплуатационную готовность, высокий уровень эффективности и экономичности.
Эффективность работы системы тепловой защиты подтверждают результаты расчетного моделирования переходного процесса после срабатывания аварийной защиты реактора и подключения СПОТ. уровень тепловых потерь для подогрева воды в БАОТ по результатам расчетного моделирования СПОТ, проведенного для различных климатических условий эксплуатации АЭС, не превышает 0,94…10,3 МВт, что составляет, соответственно, (0,03...0,3) % номинальной тепловой мощности РУ с ВВЭР-1000. Тепловая мощность, необходимая для обеспечения подогрева конечного поглотителя в БАОТ соизмерима с уровнем тепловых потерь РУ в гермообъем (0,02 % номинальной тепловой мощности РУ).
Возможность практической реализации предлагаемого способа подтверждена результатами расчетного моделирования режимов тепловой защиты конечного поглотителя в БАОТ на примере автономной термосифонной СПОТ РУ АЭС с ВВЭР-1000.
Рассмотренный способ предлагается для обеспечения пассивной тепловой защиты конечного поглотителя СПОТ РУ АЭС с ВВЭР и PWR нового поколения.
Список литературы
1. Свириденко И.И. Метод мультибарьерной защиты ЯЭУ как развитие принципа «защиты в глубину» / И.И. Свириденко // В Сб. научных трудов СНИЯЭиП. Севастополь: СНИЯЭиП. - 2004. - № 12. - С. 171-182.
2. Патент № 81419 Україна, МПК8 G21C15/18. Пасивна система відведення залишкових тепловиділень / Свириденко І.І.; Заявник і патентовласник СевНТУ. - № а 2005 00392; заявл. 17.01.2005; опубл. 10.01.2008, Бюл. № 1.
3. Свириденко И.И. Динамические характеристики автономной СПОТ с термосифонным теплообменным оборудованием / И.И. Свириденко // Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР: Матер. 5-й Межд. научн.-техн. конф. [Электронный ресурс]. - Подольск: ФГУП ОКБ «Гидропресс», 2007. - Режим доступа: http://www.grpress.podolsk. ru/publications/conferences/mntk2007/disc/documents/ f07.pdf# search.
4. Пат. на корисну модель 32984 Україна, МПК8 G21C15/00, G21C15/18. Спосіб пасивного теплового захисту від замерзання води в баку аварійного відведення теплоти / І.І. Свириденко, Шевелев Д.В., Тимофєєв В.О.; заявник і патентовласник СевНТУ. - № u 2008 00736; заявл. 21.01.2008; опубл. 10.06.2008, Бюл. № 11.
5. G. Lerchl, H. Austregesilo. ATHLET Mod 2.1 Cycle A. User's Manual. Gesellschaft fьr Anlagen und Reaktorsicherheit (GRS) mbH. GRS-P-1/Vol. 1, Rev. 4, July 2006. - 656 p.
6. Кухтевич И.В. Обоснование конструктивных и технологических решений, применяемых в пассивной системе отвода тепла через парогенераторы / И.В. Кухтевич, В.В. Безлепкин, А.С. Солодовников и др. // Процессы тепломассообмена и гидродинамики в системах безопасности АЭС с ВВЭР-640: Сб. трудов. - СПб: АООТ НПО ЦКТИ, 1997. - С. 60-64.
7. Строительная климатология (часть 1) [Электронный ресурс]. - Электрон. текстовые данные (197836 bytes). - Режим доступа: http://meteocenter.net/meteolib/ snip1.htm Monday, 3 March 2008 11:07:08.
8. Строительная климатология: СНиП 23-01-99: утв. и введ. в действие с 01.01.2000 постановлением Госстроя России от 11.06.99 № 45. - М.: Госстрой России, 2003. - 79 с.