Расчёт скорости изменения температуры натрия в активной зоне реактора БН-600 в режиме остаточных тепловыделений

Из камеры натрий по 16 отверстиям 20 мм поступает в кольцевую камеру, откуда поступает в 8 регулировочных камер. Регулировочные камеры сообщаются взаимообратными спиральными каналами с 8 рабочими камерами.

Проточная часть состоит из рабочего колеса двухстороннего всасывания закрытого типа с лопатками двойной кривизны. Подвод натрия к рабочему колесу осуществляется через верхнюю и нижнюю улитки.

Рис.3 Втулка ГП

Отвод натрия от рабочего колеса производится через направляющий аппарат и вертикальные каналы в нижней улитке.

4.2 Теплоотвод на фильтр-ловушке

Система очистки натрия предназначена для очистки теплоносителя данной РУ от примесей: оксидов, гидридов и карбонатов - в реакторной установке.

Очистка натрия производится холодными фильтр-ловушками (ФЛ), обеспечивающими кристаллизацию растворенных примесей при охлаждении натрия, прохождении его через фильтр и удержанием примесей во внутренней полости ловушки.

Подача натрия в ловушку производится по центральному каналу, а в случае его забивания - по кольцевому каналу. Далее натрий обтекает охлаждающие элементы, как показано на рис., и выходит через фильтры из ловушки по соответствующему каналу. Внутри охлаждающих элементов циркулирует воздух.

Система очистки натрия первого контура находится в работе постоянно и отключается в соответствующей петле только на время ремонтных работ.

В состав системы очистки натрия входят:

- ФЛ с электрообогревом, G=8м3/ч, P=8.5 кгс/см2, количество - 4 шт. (1контур), 6 шт. (2 контур);

- рекуператор, G=8м3/ч P=8.5 кгс/см2, количество - 4 шт. (1 контур), 6 шт. (2 контур);

- вентиль-индикатор окислов сильфонный, P=15 кгс/см2, Т=350С, количество - 2 шт. (1 контур), 3 шт. (2 контур);

- теплообменник (холодильник) индикатора окислов V=0.055 м3, количество - 2 шт. (1 контур), 3 шт. (2 контур);

- вентилятор теплообменника (холодильника) индикатора окислов, G=3000 м3/ч, Н=330 мм.в.ст., количество-2шт. (1 контур), 3 шт. (2 контур);

- трубопроводы 219х10, 89х4,5, 48х4, 25х2,5;

- запорная и регулирующая арматура.

Для поддержания необходимых параметров работы ФЛ служит воздушный контур охлаждения, включающий:

- вентиляторы (4шт. - 1 контур, 6 шт. - 2 контур);

- воздухоохладители (4шт. - 1 контур, 6 шт. - 2 контур);

- воздуховоды Dy800, Dy 600, Dy 400 и Dy 250 мм;

- арматуру.

Конструкция ФЛ приведена на рисунке.

Перед входом в фильтр-ловушку натрий из реактора охлаждается в рекуператоре до 300С.

ФЛ соединены общим коллектором и могут осуществлять очистку теплоносителя как непосредственно из реактора, так и из баков контура.

Расход натрия через систему очистки обеспечивается работой ГЦН соответствующего контура при очистке натрия из реактора или работой электромагнитных насосов при очистке натрия из баков контура.

В зависимости от содержания примесей в работу может включаться различное количество ФЛ.

При нормальной эксплуатации энергоблока система может работать в следующих режимах:

- режим очистки;

- режим малой циркуляции;

- режим механической очистки;

- режим стояночный.

Режим очистки предусматривает очистку теплоносителя от окислов. При этом включаются в работу охлаждение ловушки и, при необходимости, рекуператор.

Режим малой циркуляции характеризуется наличием расхода натрия (0,2…0,4 м3/ч) через фильтр-ловушку, что позволяет поддерживать температуру натрия в зоне окончательного охлаждения 110…120С (при отсутствии подачи охлаждающего воздуха и при отключенном электрообогреве).

Режим механической очистки применяется для удаления взвешенных частиц и части углерода. Температура натрия, подаваемого на фильтр-ловушку в этом режиме, равна температуре натрия в контуре, охлаждение ФЛ не производится.

Рисунок 5 - Фильтр-ловушка: 1 - корпус; 2 - термопреобразователи на корпусе наружные; - термопреобразователи четырёхзонные внутренние

Режим стояночный характеризуется отсутствием расхода (закрытый вентиль на выходе из ФЛ) натрия, включен в автоматическом режиме электрообогрев ловушки.

Функционирование системы очистки натрия при нарушении нормальной эксплуатации и авариях на энергоблоке аналогично её функционированию в условиях нормальной эксплуатации.

4.3 Теплоотвод на САРХ-ВТО

Создание САРХ-ВТО было запланировано программой подготовки энергоблока к продлению его срока эксплуатации, программа утверждена 26.07.2006 г. Эта система разработана как дополнительное средство управления запроектной аварией («Полная потеря системного и надежного электроснабжения» с реализацией режима «стоп-вода»).

Кроме управления запроектной аварией (основное функциональное назначение), САРХ_ВТО может использоваться как вспомогательное средство, для расхолаживания реактора в режимах нормальной эксплуатации энергоблока № 3 Белоярской АЭС с целью сокращения времени ППР (дополнительная функция).

САРХ-ВТО представляет собой дополнительную автономную натриевую петлю (рис.6) подключенную к 5ПТО-А петли №5 РУ БН-600, которая позволяет осуществлять циркуляцию натрия второго контура через этот ПТО и теплоотвод воздухом в атмосферу.

Трубопровод DN 100 подачи натрия в петлю САРХ-ВТО через специальный тройник врезан в трубопровод DN 600 на выходе натрия второго контура из 5ПТОА. По входу петля САРХ-ВТО отсекается от второго контура запорными клапанами ЗК1 и 3К2. Наличие двух запорных клапанов повышает надежность подключения САРХ-ВТО при неоткрытии одного из них.

После запорных клапанов натрий поступает в ВТО, в трубном пучке которого движется сверху вниз, отдавая тепло атмосферному воздуху по схеме противотока.

Циркуляция натрия в петле САРХ-ВТО поддерживается с помощью одного из двух электромагнитных насосов (ЭМН), расположенных после ВТО на холодной ветке петли. Один из ЭМН является резервным и включается в случае отказа рабочего. На всасе ЭМН установлены запорные клапаны 3К4 и 3К5, на напоре - ЗК6 и 3К7. Отсутствие циркуляции натрия через неработающий ЭМН обеспечивается закрытым запорным клапаном на всасе насоса. Регулирование расхода натрия через ВТО осуществляется изменением подаваемого на индуктор напряжения с помощью преобразователя частоты.

После ЭМН «холодный» натрий возвращается во второй контур по трубопроводу DN 100 врезанному через специальный тройник в трубопровод DN 600 на входе в 5ПТОА.

Рисунок 6 - Принципиальная схема САРХ-ВТО БН-600

В режимах нормальной эксплуатации САРХ-ВТО используется для отвода остаточных тепловыделений после останова реактора и снижения остаточных тепловыделений в активной зоне до ~З МВт (через 10 суток после останова). Эта функция САРХ-ВТО позволяет повысить оперативность ППР за счет возможности вывода в ремонт более широкой номенклатуры штатного оборудования энергоблока на более ранней, по сравнению с действующим регламентом, стадии планового останова.

Таблица 1 - Параметры САРХ-ВТО при отводе остаточных тепловыделений в режиме нормальной эксплуатации

ГЛАВА 5. МОДЕЛЬ РАСЧЁТА

За основу расчёта скорости изменения температуры была взята точечная модель, основанной на методике, которая представлена в 3 главе. Согласно модели принято упрощение, что в бесконечно малом объёме происходят все перечисленные процессы: остаточное тепловыделение АЗ реактора, выделение тепла на всех работающих ГЦН, и отвод тепла фильтр-ловушками, питательной водой в парогенераторы, воздушным теплообменником САРХ и тепловыми потерями с вентилируемых участков трубопровода, оборудования и корпуса реактора. Мощность, вносимая или отводимая на перечисленных выше участках теплообмена, складывается в алгебраическую сумму, тем самым представляя некую «результирующую» мощность реактора. Найдя скорость и задав начальную температуру, можно рассчитать время отключения питательной воды.

Мощность остаточного тепловыделения рассчитывается по экспериментальной формуле ФЭИ - экспоненциальная зависимость от количества суток, прошедших после заглушения реактора. Мощность, вносимая ГЦН-1,2 рассчитывается исходя из количества оборотов и нормировочного коэффициента, соответствующего данному насосному агрегату. Мощность тепловых потерь в окружающую среду от 1,2 контура, секции парогенератора и петли САРХ-ВТО имеют линейную зависимость от температуры реакторной установки. Мощность, снимаемая воздушным теплообменником САРХ-ВТО и воздухом в фильтр-ловушке, рассчитывается, исходя из показаний термопар на входе/выходе теплоносителя из теплообменника и показаний расходомеров на холодных участках трубопровода.

Для нахождения скорости разогрева необходимо рассчитать вторую величину - эффективную теплоёмкость всех контуров и оборудования, участвующих в процессе отвода тепла от активной зоны реактора. Данная величина представляется в виде арифметической суммы эффективных теплоёмкостей всех контуров, участвующих в отводе тепла. Для выпуска программы и произведения расчётов необходимо найти значение эффективной теплоёмкости врезанного в 5ПТО-А в 2012 году контура САРХ-ВТО. Её расчёт будет представлен в 8 главе. Также необходимым является нахождение мощности тепловых потерь со стороны врезанной в 5ПТО-А петли САРХ.

Для актуализации программы необходимо выпустить техническое задание на её разработку. Для того, чтобы удостовериться в правильности расчёта параметра САРХ-ВТО и формулы расчёта тепловых потерь в окружающую среду от контуров САРХ-ВТО, необходимо тестирование получившейся методики. Данное тестирование обновлённой методики проводилось с помощью программы, написанной в exel. Ввод входных параметров производился из архива истории эксплуатации САРХ-ВТО с 10-минутными интервалами. Соответственно рассчитывалась скорость с 10-минутным интервалом.

ГЛАВА 6. ВНЕСЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ В ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Для выпуска технического задания на «Программу по расчёту мощности остаточного тепловыделения и скорости разогрева РУ БН-600 энергоблока № 3 Белоярской АЭС» ввиду включения петли САРХ-ВТО параллельно 5 петле второго контура реакторной установки БН-600 появилась возможность отводить мощность остаточных тепловыделений реактора в атмосферу через воздушный теплообменник системы. В связи с этим есть необходимость внесения поправок в формулу по расчёту скорости изменения температуры:

В числителе к алгебраической сумме мощностей оборудования добавляется член, отвечающий за мощность, отводимую воздушным теплообменником дополнительной системы аварийного расхолаживания. Данная мощность будет определяться произведением показаний расходомера, установленного в петле САРХ-ВТО перед электромагнитным насосом, плотности натрия (Na=890 кг/м3) и разности средних показаний термоэлектрических преобразователей, установленных на входе и выходе ВТО. В знаменателе арифметическая сумма эффективных теплоёмкостей слагается с учётом эффективной теплоёмкости петли САРХ-ВТО, которая рассчитана исходя из представленной на рис.7.1(а,б) схемы трубопроводов петли и конструкции ВТО (рисунок 7.1(а, б, в)). А также необходимо включить в расчёт тепловых потерь в реакторной установке член, отвечающий за потери с вентилируемого трубопровода петли САРХ-ВТО. Поскольку трубопровод закрыт теплоизоляционным кожухом, теплоёмкость теплоносителя и материалов трубопроводов высока, то показания термопар для расчёта потерь, сопровождаемых единицами перепада температур, неудовлетворительны ввиду их значительной погрешности.

Рисунок 7.1(б) - Участок ВТО-ПТО натриевого контура САРХ-ВТО А-А

Рисунок 7.2(а) - Теплообменник воздушный Б-Б

Рисунок 7.2(б) - Теплообменник воздушный. Разрез Б-Б.

Рисунок 7.2(в) - Теплообменник воздушный. Виды В и Г

Расчёт СЭФ производится, исходя из точечного приближения.

Принимается, что теплоноситель, проходя путь от источника тепла до теплообменного аппарата, не теряет энергию. Поэтому СЭФ выглядит как арифметическая сумма теплоёмкости пучка теплообменных труб ВТО и теплоёмкости рёбер этого пучка.

Таблица 2 - Геометрические характеристики и материал теплообменных труб

Рис. 7.3 - Теплообменная трубка с оребрением

Определение :

Определение :

Таблица 7.2 - Расчётные характеристики

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Таблица 1 - Основные технические, физические и теплофизические характеристики энергоблока БН-600

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Таблица 2 - Оценка скорости разогрева натрия в реакторе при различных режимах работы оборудования, оС/ч

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Таблица 3 - Тепловая мощность, вносимая работающими ГЦН-1,2

Размещено на Allbest.ur