Экспериментальное исследование аварии с разрывом главного циркуляционного трубопровода РУ ВВЭР-1000 на стенде ПСБ-ВВЭР

Граничные условия.

На стенде ПСБ-ВВЭР для моделирования гильотинного разрыва используется специальная система, которая подключается к аварийному трубопроводу. В "холодном" трубопроводе аварийной петли установлен быстродействующий отсечной клапан, который при открытии течи закрывается и делит аварийную петлю на две линии истечения: короткую и длинную. Теплоноситель истекает по двум трубопроводам, подсоединенным к аварийной петле по обе стороны от отсечного клапана. Размер течи ограничивается двумя дроссельными вставками диаметром 50 мм и длиной 350 мм, которые установлены в обеих линиях истечения.

На рисунке 2 показана принципиальная схема имитации гильотинного разрыва. С целью определения времени разрыва мембран были выполнены специальные эксперименты, в результате которых установлено, что открытие течи при моделировании гильотинного разрыва происходит за время, равное 0,002-0,003 сек.

1 - "холодный" трубопровод петли №3; 2 - отсечной клапан; 3 - задвижки; 4 - инжектор; 5 - измерительное устройство; 6 - разрывные мембраны;7 - трубопроводы; 8 - приемная емкость

Рис. 2. Принципиальная схема системы организации гильотинного разрыва

Сценарий эксперимента.

Эксперимент начинается с одновременного разрыва мембран в линиях истечения и одновременным закрытием клапана между этими линиями.

В момент открытия течи формируется сигнал аварийной защиты в результате чего начинается снижение мощности модели активной зоны, прекращается сброс пара из парогенераторов, имитируется выбег главных циркуляционных насосов и отключается нагреватель КД.

Включение САОЗ ВД и САОЗ НД в работу происходит при снижении давления в первом контуре до 10,8 и 2,5 МПа соответственно, но не раньше, чем через 40 с после начала аварии. Также принято, что подача воды от активных САОЗ продолжается до тех пор, пока суммарный объем воды от этих систем не достигнет 1,846 м3.

При снижении давления в первом контуре до величины 5,88 МПа начинает подаваться вода из гидроемкостей САОЗ.

Сценарий аварийного режима предусматривает отказ одной гидроемкости, подключенной к входной камере реактора, а также отказ одного насоса САОЗ ВД и одного насоса САОЗ НД.

Эксперимент прекращается при достижении температуры имитаторов твэл 800 С или по указанию экспериментатора.

3. Результаты эксперимента

Перед началом экспериментального исследования установка ПСБ-ВВЭР была выведена в стационарное состояние, которое удерживалось более часа. По команде экспериментатора была открыта линия сброса воздуха из межмембранной полости. В результате этого мембраны в обоих каналах истечения были разорваны одновременно под действием давления теплоносителя первого контура.

На рис. 3 и 4 представлено изменение давления в первом и втором контурах стенда.

Рис. 3. Давление в первом и втором контурах (весь период)

Рис. 4. Давление в первом и втором контурах (начальный период)

Рассмотрим подробнее первые 110 с эксперимента (рис. 4). Здесь можно выделить 4 фазы.

Первая фаза (0 - 0,06 с) В результате выброса теплоносителя в течь происходит резкое снижение давления в первом контуре с 15,7 до 10 МПа. Скорость снижения давления составила ~ 81 МПа/с. Фаза мгновенного снижения давления завершилась уже к 0,06 с, после вскипания теплоносителя на выходе из модели активной зоны.

Вторая фаза (0,06 - 11 c) Скорость снижения давления в первом контуре уменьшилась до 296 кПа/с из-за вскипания теплоносителя, которое произошло в "горячих" трубопроводах петель на 0,05 с, в "холодных" трубопроводах петель № 1, 2, 4 на 2-3 с процесса, на входе в модель активной зоны на 1 с, в ОУ модели реактора на 1-5 с. На 4 с давление в первом контуре стало меньше давления второго контура, что привело к реверсу теплообмена в парогенераторах. Первый контур потерял возможность стока тепла в ПГ, и изменение давления в нем стало определяться выносом массы теплоносителя в течь, тепловыми потерями и теплом, аккумулированным в металле стенда. Последующее изменение давления второго контура в основном связано с тепловыми потерями от корпусов ПГ и со стоком тепла в первый контур.

Третья фаза (11 - 40,3 c) На 11 с при снижении давления в первом контуре до 5,88 МПа произошло подключение штатных ГЕ САОЗ. Две гидроемкости подавали воду в ВКС и одна в ОУ со средним суммарным расходом ~5,9 кг/с. После срабатывания ГЕ САОЗ скорость снижения давления в первом контуре увеличилась до 436 кПа. Отключение ГЕ САОЗ от первого контура (с целью предотвращения попадания газа в первый контур) произошло между 89-107 с при достижении минимально допустимого уровня в них.

Четвёртая фаза (40,3 - 109 c) Эта фаза характеризуется снижением давления в первом контуре со скоростью около 2,3 кПа/с. Уставки срабатывания САОЗ ВД и САОЗ НД, по давлению, были достигнуты соответственно к 0,05 и 18,4 с. Так как в эксперименте моделировалось обесточивание АЭС, то сигналы на срабатывание САОЗ ВД и САОЗ НД были поданы через 40 с от начала эксперимента (время необходимое для запуска дизель-генераторов). Подача воды системами САОЗ ВД и САОЗ НД началась одновременно на 40,3 с эксперимента. Активная САОЗ подавала воду в первый контур со средним суммарным расходом около 2,12 кг/с. По сценарию активная САОЗ имела ограниченный запас воды, поэтому, подача воды из нее прекратилась на 922 c. Всего активной САОЗ в первый контур было подано 1,86 м3 воды.

Наиболее важным параметром с точки зрения безопасности является температура оболочки имитаторов твэл. В ходе эксперимента наблюдалось два разогрева поверхности имитаторов твэл (рис. 5). Первый разогрев начался через 50 с после прекращения работы штатных ГЕ САОЗ. Сразу после прекращения подачи воды из ГЕ САОЗ началось снижение уровня в модели реактора, что привело к началу разогрева поверхности имитаторов твэл на 159 с. К 200 с снижение массы теплоносителя в первом контуре прекратилось и началось медленное увеличение весового уровня в модели реактора и опускном участке. На 556 с разогрев поверхности имитаторов твэл прекратился.

В период времени между 556 и 922 с происходило постепенное заполнение первого контура стенда за счет работы активной САОЗ. На 922 с после отключения активной САОЗ обезвоживание первого контура возобновилось и на 1187 с начался повторный разогрев поверхности имитаторов твэл. На 1477 с при температуре поверхности имитаторов твэл 516 °С эксперимент был остановлен.

Рис. 5. Весовой уровень в модели реактора и температура поверхности
имитаторов твэл

4. Сравнение результатов эксперимента с претестовыми расчетами

Перед выполнением эксперимента в ОКБ "Гидропресс", РНЦ "Курчатовский институт" и НИТИ были выполнены претестовые расчеты с использованием разных теплогидравлических кодов. ОКБ "Гидропресс" использовал теплогидравлические коды TECH , КОРСАР/ГП и RELAP5, РНЦ "Курчатовский институт" использовал код СОКРАТ, НИТИ использовал код КОРСАР. Результаты претестовых расчетов ОКБ "Гидропресс" были получены 09.07.07, НИТИ - 09.04.08 и РНЦ "Курчатовский институт" - 07.05.08.

Некоторые результаты претестовых вычислений представлены на рис. 6-9 и в таблице 2.

Рис. 6. Давление в первом контуре

Рис. 7. Давление в первом контуре (первые 100 с)

Рис. 8. Температура поверхности имитаторов твэл

Рис. 9. Интегральная масса теплоносителя выбрашенного в течь

Таблица 2. Последовательность основных событий

Заключение

На интегральной экспериментальной теплофизической установке ПСБ-ВВЭР выполнен эксперимент "Гильотинный разрыв холодного трубопровода", что позволило в значительной степени пополнить матрицу верификации системных теплогидравлических кодов для аварий с большими течами теплоносителя РУ ВВЭР-1000.

Экспериментальные данные помещены в базу данных ОАО "ЭНИЦ".

Полученные экспериментальные данные использованы для оценки возможности прогнозирования развития данного аварийного процесса с помощью расчетных теплогидравлических кодов ТЕЧЬ, КОРСАР, СОКРАТ и RELAP.

Сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными показало, что расчетные коды адекватно воспроизводят большинство явлений и процессов зарегистрированных в эксперименте, а также хронологию их возникновения.

Размещено на Allbest.ru