Диссертация (Ультразвуковая очистка топливных кассет ВВЭР на примере энергоблоков № 3 и № 4 Нововоронежской АЭС), страница 7

Технологическая схема ТУУзО.С помощью насосного агрегата (поз.2) установки, среда из БВ черезвходной патрубок модуля ультразвукового поступает на очищаемыйобъект. Включением в работу ультразвуковых излучателейультразвукового модуля (поз.1) на РК (ТВС) осуществляетсякавитационное воздействие моющей среды. Отложения, находящиесяна поверхностях элементов (конструкций) отслаиваются и переходят всреду, которая направляется через шланги (поз.8) во всасывающийпатрубок насоса (поз.

2) и далее на фильтры (поз. 3). Среда очищаетсяот снятых отложений и проходя через фильтрующую установку (поз.3)сбрасывается в БВ. По достижении граничных значений по перепадудавления и активности, фильтроэлементы извлекаются из фильтров и49перемещаются в специальные стеллажи (поз.4). После выдержки,фильтроэлементы утилизируются по отдельной технологии.Для организации управления и контроля работы фильтроворганизована сигнализация и блокировки:• сигнализация при повышении перепада на фильтрах 1,8 бар;• отключение насоса при повышении перепада на фильтрах 2,5бар;• отображение рабочих данных на табло;• сигнализация о неисправностях, при которых возможнаэксплуатация, однако требуется принятие мер дляустранения неисправности;• аварийная сигнализация, характеризующая рабочеесостояние, которое требует отключения установки.Для организации управления и контроля работы ультразвукового модуляи гидравлической схемы установки на щите управления выполненасигнализация:• сигнализация включения групп ультразвуковых излучателей;• сигнализация включения кондиционера;• сигнализация включения установки в работу;• сигнализация подключения установки к силовой сети;• сигнализация выключения установки;• отображение информации с унифицированных приборовконтроля давления и температуры в корпусе модуляультразвукового;• отображение информации от расходомера.На портативный переносной процессор выведены показаниядозиметрического контроля состояния фильтров.

Для дистанционногоконтроля операций по замене фильтроэлементов и оперативногоосмотра оборудования в бассейне выдержке предусмотрели системувидеонаблюдения. Для проведения замены фильтров разработали и50укомплектовали ТУУзО специализированным инструментом(кривошипная рукоятка; U-образный профиль; манипулятор; захват;штанга).2.3 Выводы по результатам разработки ТУУзО1 Разработана установка и технология для ультразвуковой очисткитопливных кассет ВВЭР с заданными в п.2.1 условиями.2 Результатами натурных и макетных испытаний подтвержденосоответствие эксплуатационных характеристик установки заданнымзначениям.

Критерии эффективности удаления отложений (80%)достигнуты.51ГЛАВА 3. Расчетно-теоретические исследования и обоснованиебезопасности внедрения технологии очистки топливных кассет3.1Расчетная оценка образования и выброса примесей при изменениитепловой нагрузки на поверхностяхДля объяснения одного из наиболее вероятных механизмовобразования отложений на поверхностях твэлов при работе АЗприведем результаты подхода, изложенного в [43]. Он может бытьиспользован для работы любой поверхности нагрева цилиндрическойформынакоторойвозникает,такназываемое,неразвитоеповерхностное кипение в связи с низкой теплопроводностью.В гидродинамической модели процессов образования и выбросапримесей изменение концентрации постулируется в виде:kr r S(r ) = So + (Sст − So )  = So + ∆S R R k(3.1-1)и изменение скорости жидкой фазы:  r n W (r ) = Wo 1 −     R  (3.1-2)где: r и R - текущий радиус и радиус канала (м);S - концентрация примесей (мг/кг);W- скорость (м/с);подстрочные индексы «ст» и «о» - относятся к параметрам средына стенке и в ядре потока;k и n - показатели степени.Совместное интегрирование (3.1-1) и (3.1-2) приводит к выражениюотносительного выброса примесей К в при полном сбросе тепловойнагрузки, когда происходит выравнивание величин S ст и S о к некоторомусреднему значению S :Кв =kS=1+n+2So52(3.1-3)Численное значение «n» в двухфазном турбулентном потоке лежитв диапазоне 4<n<8.

Тогда при достаточно больших значениях k≅102величины выброса уже могут достигать величин порядка десяти.Данныйподход,даваяреальныезначенияотносительноговыброса, требует достаточно высоких значений «k», что свидетельствуето высоких пристенных концентрациях примесей (порядка 102 ÷ 104), но вузкой пристенной области.Рассмотримдвухфазнуюмодельизмененияконцентрацийпримесей в цилиндрическом канале радиуса R. Пусть в тонкомпристенном слое толщиной δ имеем концентрацию примесей S ст сплотностью фазы c сти в остальной части потока S ои cо-соответственно. Концентрация примесей в слое δ увеличивается за счетподтока в него жидкой фазы с концентрацией S о .

Уход примесей изпристенной области может идти двумя путями. В пристенном слоетолщиной δ жидкая фаза движется ламинарно (ламинарный подслойтурбулентного пограничного слоя). Уход примесей при этом из слоя «δ»будетпропорционаленразностиконцентрацииS стиSо.Этодиффузионный процесс, описываемый какj = −D∂c∂Z(3.1-4)илиj=где:D(c ст − c о )δ(3.1-5)Z - расстояние от стенки (м);D - коэффициент диффузии (м2/с).Если правую часть (3.1-5) умножить и поделить на ρ' (плотностьжидкости на линии насыщения), то получим:j=D(Sст − Sо )ρ′δ53(3.1-6)Второй канал, по которому примеси могут уходить в ядро потока,это растворимость их в паре. Скорости подтока жидкости Wr′ и оттокапара Wr′′ через единичную площадку, параллельную теплопередающейповерхности соответственно равны:Wρ′ =Wρ′′ =Здесь:qρρ′(3.1-7)qρρ′′(3.1-8)q - удельная тепловая нагрузка [кВт/м2];r - скрытая теплота парообразования [кДж/кг];ρ' и ρ'' - плотности жидкой и паровой фаз на линии насыщения[кг/м3].Составим солевой баланс (3.1-6)-(3.1-8).D(Sст − So )r′ + Wr′′r′′Sст ⋅ K р = Wr′r′Soδ(3.1-9)где: K р - коэффициент распределения (коэффициент растворимостиданной примеси в паре).Выразим из (3.1-9) величинуSст:SоqδSстrr′D== KkSo 1 + qδ Kprr′D1+(3.1-10)и проведем ее анализ.qδK p <<1, то кратность концентраций K k междуrr′Dпристенной областью и ядром потока может достигать весьма большихвеличин (103 ÷ 104), из-за малости величины D.

Процессконцентрирования будет определяться только диффузией.1.Если54Kk =Sстqδ=1+rr′DSo(3.1-11)qδK p >>1, то вынос примесей с паром значительноrr′Dпревосходит диффузионный процесс, и кратность концентраций будетприближаться к величине, обратной K p .rr′D1+1qδ(3.1-12)Kk =≅KpKр2.Если3.ЕслиqδK p порядка единицы, оба процесса вносят свойrr′Dвклад к скорости оттока примесей от стенки.Из анализа (3.1-10) следует, что K k например для Fe 3 О 4 примерноравно двум; для СuО - примерно восьми; для SiO 2 - примерно тридцати.(Данные по K p взяты при p=15,5 МПа.) Значение же K k например дляфосфатов (K p <10-4) будет определяться в основном диффузионнымипроцессами и может достигать величин порядка 102 ÷ 103.Аналогично выражению (3.1-3) из (3.1-10) может быть такжеполучен коэффициент выброса при изменении тепловой нагрузки.

Вцилиндрической геометрии это выглядит так:SSК == 1 + 2 ств SSooΔqδ 1+2δδ ′rρD  =1+ΔqδRR  1 +K  rρ ′D p (3.1-13)где Δq - изменение тепловой нагрузки (кВт/м2).Для предсказания на практике возможных численных значенийвеличин выброса при разгрузке необходимо определить величину «δ» т.е. толщину слоя с высокой концентрацией примесей. В первомприближении можно было бы предположить, что δ - это толщиналаминарногоподслоя.Норасчетноезначениеδкактолщиныламинарного подслоя весьма мало (∼ 10-2 мм) и не могло бы объяснить55наблюдаемые величины выбросов. Логически правильным было быпредположение, что δ - это как минимум величина шероховатоститеплопередающейламинарногоповерхности.подслояуженаЭтавеличинапорядок,ибольшевеличинытолщинывыбросоврассчитанные по (3.1-13) и наблюдаемые экспериментально становятсякоррелируемы.

Остается сделать еще один шаг и принять, что δ - этовеличина шероховатости, которая изменяется в процессе эксплуатации изависит от величины отложений: с ростом отложений - растетшероховатость - увеличивается величина кратности выброса.3.2Расчетно-теоретическое обоснование безопасности внедренияпринятой технологии очистки топливных кассетВ связи с новизной проблемы и отсутствием опыта проведенияочистки топливных кассет на АЭС России необходимо провести работыв два этапа. Первый этап – проведение опытной очистки двух кассет споследующим их осмотром и исследованием по специальной программев горячей камере НВ АЭС. Второй этап – промышленная очистка всехгерметичных кассет третьего или четвертого годов эксплуатации блоков3, 4 НВ АЭС в период плановых ППР (очистке подвергаются РК и ТВС,перегружаемые в реакторе через 10 – 12 суток после его останова).Соответственно для каждого этапа работ по очистки необходимо своеобоснование безопасности проведения таких работ.Обоснование безопасности состоит из оценки следующих основныхразделов внедрения новой технологии:• безопасность конструкции ТУУзО при работе с кассетами;• безопасностьвыполнениятранспортно-технологическихопераций с кассетами до и после ультразвуковой очистки;• расчетныйтопливныхтеплогидравлическийкассетвТУУзО56ванализохлаждениярежименормальнойэксплуатации;нарушениянормальнойэксплуатации;проектных аварий;• обоснование ядерной безопасности, при нахождении кассет вТУУзОвпроектныхОбоснованиеиаварийныхработоспособностирежимахтопливныхочистки.таблетокиоболочек твэлов при ультразвуковой очистке при вводимоймощности ультразвука;• обоснование радиационной безопасности при обращении сотработанными фильтроэлементами.3.2.1 Расчетное обоснование безопасности конструкцииБезопасность конструкции ТУУзО обосновывается выполнениемрасчета прочности корпуса модуля ультразвукового ТУУзО, разрушениекоторого может оказать воздействие на целостность топливной кассеты.Расчётом определены рабочие напряжения наиболее нагруженныхэлементовпринормальнойэксплуатации,пригидравлическомиспытании и при нормальной эксплуатации с учётом сейсмическоговоздействия.

Сравнением полученных напряжений с допускаемыминапряжениямиопределено,чтоконструкцияизделияотвечаетпредъявленным прочностным требованиям при заданных условияхэксплуатации с учетом сейсмического воздействия. Расчет приведен вприложении 1.3.2.2 Обоснованиебезопасноститранспортно-технологическихоперацийОбоснованиебезопасностивыполнениятранспортно-технологических операций с топливными кассетами до и послеультразвуковой очистки в ТУУзО базируется на принятых изначальноподходах к техническим характеристикам установки и технологииочистки, изложенных в предыдущих главах. В частности, в результате57проведенного анализа показано, что все транспортно-технологическиеоперациипоперемещениюРК(ТВС),предназначенныхдляультразвуковой очистки, выполняются штатным оборудованием и поштатной технологии в соответствии с действующими технологическимирегламентами [22,32], инструкциями по эксплуатации оборудования,инструкциями по обеспечению ядерной безопасности при хранении,транспортировании и перегрузке ядерного топлива.