Диссертация (Ультразвуковая очистка топливных кассет ВВЭР на примере энергоблоков № 3 и № 4 Нововоронежской АЭС)

СОДЕРЖАНИЕСтр.Перечень принятых сокращений и условных обозначений5Введение7Глава 1. Исследование причин ухудшенияэксплуатационных характеристик активной зоныреакторов энергоблоков №3 и №4 Нововоронежской АЭС.Обзор предшествующих работ и постановка задачи141.1 Изучение и анализ причин ухудшения характеристикэксплуатации активной зоны141.2 Предложения по улучшению эксплуатационныххарактеристик активной зоны191.3 Обзор предшествующего опыта очистки топливныхкассет211.4 Цели и задачи исследований. Определениепоказателей эффективности внедрения результатов28Глава 2. Разработка технологии и оборудования дляультразвуковой очистки топливных кассет энергоблоков№3 и №4 Нововоронежской АЭС312.1 Определение технических требований для установкиочистки топливных кассет312.2 Разработка конструкции и технологии установкиочистки топливных кассет382.3 Выводы по результатам разработки ТУУзО51Глава 3.

Расчетно-теоретические исследования иобоснование безопасности внедрения технологии очистки2топливных кассет523.1 Расчетная оценка образования и выброса примесейпри изменении тепловой нагрузки на поверхностях523.2 Расчетно-теоретическое обоснование безопасностивнедрения принятой технологии очистки топливныхкассет563.2.1 Расчетное обоснование безопасности конструкции573.2.2 Обоснование безопасности транспортнотехнологических операций573.2.3 Расчетное обоснование безопасности съемаостаточных тепловыделений583.2.4 Обоснование ядерной безопасности603.2.5 Обоснование радиационной безопасности613.3 Выводы по результатам обоснования безопасности62Глава 4.

Проведение опытной очистки топливных кассети исследования очищенных кассет634.1 Постановка целей и задач опытной очистки634.2 Проведение опытной очистки644.3 Исследование кассет после опытной очистки684.4 Выводы по результатам опытной очистки85Глава 5. Проведение промышленной очистки топливныхкассет. Определение направлений усовершенствованиятехнологии очистки865.1 Проведение промышленной очистки865.2 Анализ данных работы кассет после промышленнойочистки865.3 Усовершенствование и модернизация оборудования905.4 Проведение промышленной очистки на3модернизированной ТУУзО и исследования топливныхкассет965.5 Анализ эксплуатационных характеристик активнойзоны после очистки топливных кассет намодернизированной установке100Глава 6.

Основные выводы и перспективы развитияметодов ультразвуковой очистки оборудования АЭС101Литература103Приложение 1111Приложение 21544ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙАРК- аварийная, регулирующая компенсирующаяАЗ- активная зонаАЭС- атомная электрическая станцияБВ- бассейн выдержкиВВЭР- водо-водяной энергетический реакторВКУ- внутрикорпусные устройстваВНИИАЭС- Всероссийский научно-исследовательский институтатомных электростанцийВТУК- внутристанционный транспортно- упаковочныйконтейнерВХР- водно-химический режимГИ- гидравлические испытанияГК- горячая камераГЦН- главный циркуляционный насосГЦТ- главный циркуляционный трубопроводДР- дистанционирующая решеткаЕЦ- естественная циркуляцияКГО- контроль герметичности оболочкиКГС- коэффициент гидравлического сопротивленияКД- конструкторская документацияКО БВ- контейнерный отсек бассейна выдержкиМТУУзО- модернизированная техническая установкаультразвуковой очистки топливных кассет итепловыделяющих сборокМЭИ- Московский энергетический институт (техническийуниверситет)НВАЭС- Нововоронежская АЭС5ННЭ- нарушение нормальной эксплуатацииНТС- научно-технический советНЭ- нормальная эксплуатацияОТВС- отработавшие ТВСОЯТ- отработавшее ядерное топливоПГ- парогенераторРАО- радиоактивные отходыРК- рабочая кассетаРО- реакторное отделениеРУ- реакторная установкаСВ- сейсмическое воздействиеСВО- спецводоочисткаСВРК- система внутриреакторного контроляТВС- тепловыделяющая сборкаТВС АРК- тепловыделяющая сборка кассеты АРКтвэл- тепловыделяющий элементТОТ- теплообменная трубаТТО- транспортно-технологические операцииТУ- технические условияТУУзО- техническая установка ультразвуковой очисткитопливных кассет и тепловыделяющих сборокТЗ- техническое заданиеТК- топливная компанияЖРО- жидкие радиоактивные отходыЦЗ- центральный зал реакторного отделенияШРК- шахта ревизии крышки6ВВЕДЕНИЕБезопасность и надёжность работы АЭС в значительной мерезависит от надежности работы активной зоны реактора.

ОтклоненияпараметровАЗограничениюотрегламентныхмощности,авзначенийнекоторыхнеизбежнослучаяхикведуткостановуэнергоблока. В этой связи весьма актуальной является задачаобеспечения надежной, безотказной работы ядерного топлива взаданных пределах и своевременное устранение причин нарушенияэксплуатации.Проблема образования отложений на различных конструктивныхэлементахитеплопередающихповерхностяхтехнологическогооборудования широко известна. Образования отложений снижаютэксплуатационные характеристики оборудования и влекут за собойотклонения от оптимальных режимов работы систем.

В процессеэксплуатации энергоблоков №3,4 Нововоронежской АЭС анализ данныхсистемы внутриреакторного контроля активных зон выявил зависимостьснижениярасходатеплоносителячерезкассеты,отгодаееэксплуатации. При исследовании кассет [27 - 29] обнаружено наличиеотложений на твэлах и конструктивных элементах ТВС. Очевидно, чтоданныеотложенияиявилисьосновнойпричинойухудшениятеплогидравлических характеристик активной зоны реакторов. Ростотложений на элементах топливных кассет в процессе их эксплуатациивсе больше снижал расход теплоносителя через активную зону,увеличивал перепад давления на кассетах и повышение температуры наповерхностях твэлов, что вызывало подкипание теплоносителя придостижении температур насыщения и одновременном изменениидавления.

Как следствие, данные факты приводили к вынужденномуснижению мощности блока, а в ряде случаев и останову, при7достижении граничных значений. Для прекращения роста отложений наповерхностях РК (ТВС) станцией предприняты различные меры пооптимизации водно-химического режима первого контура, напримерувеличениерН т ,значениявцеляхизменениянаправлениямассопереноса продуктов коррозии. Были внесены конструктивныеизменения в днище шахты реактора энергоблока №4 - увеличениедиаметра дроссельных шайб на входе в рабочие кассеты, что позволилоповысить расход теплоносителя через АЗ, исключить режим кипения подотложенияминаповерхноститвэловиснизитьскоростьростаотложений.

Удаление кассет-экранов на 3 блоке, частично сняло остротупроблемы за счет уменьшения энергонапряженности АЗ в переходныхрежимах.Вместестембылопонятно,чтодляполноценноговосстановления эксплуатационных характеристик, необходима очисткакассет от накопленных отложений. В итоге, было принято решение овнедрении технологии очистки топливных кассет.Целью диссертационной работы является натурное и расчетноэкспериментальное обоснование возможности и эффективности очисткитопливных кассет реакторов ВВЭР на примере внедрения технологии наэнергоблоках№3иперспективыразвития№4НововоронежскойпредставленногоАЭС.методаОпределениеочисткиприэксплуатации АЭС.Длядостиженияпоставленнойцелинеобходиморешитьследующие задачи:1)Наоснове анализавыявленныхпроблем,связанныхсухудшением теплогидравлических характеристик АЗ из-за образованияотложений на конструктивных элементах РК и ТВС, определитьнаправления разработки оборудования и внедрения технологии очисткитопливных кассет.82) Учитывая существующий технологический цикл обращения стопливом,разработатьпозволяющуювыполнитьдействующегоконструкциюочисткуРКтехническойиТВСтранспортно-технологическогосустановки,использованиемоборудованияиисследованияикомпоновки энергоблока.3)Выполнитьрасчетно-теоретическиеобоснование безопасности внедрения технологии очистки топливныхкассет4)ПровестиэкспериментальнуюочисткуРК(ТВС)сиспользованием технической установки.5) Исследовать влияние метода очистки и различных режимовработы установки на топливо и конструктивные элементы кассет.6) Обосновать выбор оптимальных режимов работы установки дляэффективного и безопасного удаления отложений с поверхностей РК иТВС.7)Порезультатамэкспериментальнойочистки осуществитьусовершенствование установки в целях повышения эффективностиочистки и улучшения ее эксплуатационных характеристик.8) Натурно подтвердить эффективность внедренной технологииочистки по показателям устойчивой работы энергоблока, отсутствиюостановов и снижению мощности по причине достижения граничныхзначений перепада давления на АЗ.9) На примере технологии очистки РК и ТВС энергоблоков №3-4 НВАЭСиизучениясовременныхнаучно-техническихдостижений,выработать предложения о перспективе развития данного методаочистки.9Научная новизна.1.

Впервыевнедренпринципиальноновыйтехнологическийпроцесс очистки РК и ТВС энергоблоков с ВВЭР с использованиеморигинальных технических решений.2. Экспериментальноустановленавозможностьреализациитехнологии очистки РК и ТВС реакторов ВВЭР с использованиемдействующего транспортно-технологического цикла перегрузки ЯТ.3. Расчетноиэкспериментальнообоснованабезопасностьвыполнения работ по очистке РК и ТВС.4. Впервые в России выполнены работы по натурной очисткезагрязненныхРКиТВСреакторовВВЭР,споследующейихэксплуатацией, и достигнуты результаты, позволяющие безопасно инадежно эксплуатировать энергоблоки №3 и №4 НВ АЭС.Степеньдостоверностирезультатовисследованийподтверждается:1.

Применением аттестованных методик, проверенных средств иметодов измерения.2. Воспроизводимостью и согласованием результатов независимыхнатурныхэкспериментов,выполненныхнаразличныхтопливныхкассетах энергоблоков №3 и №4 НВ АЭС.3. Положительными результатами практического использованияразработанной технологии очистки РК и ТВС АЭС с реакторами ВВЭР напримере энергоблоков №3;4 НВ АЭС.Практическая значимость результатов работы:1. Внедрена новая технология очистки РК и ТВС реакторов ВВЭР,позволившая избежать ухудшения теплогидравлических характеристикАЗ и внеплановых остановов энергоблоков №3 и №4 НововоронежскойАЭС.102.