Диссертация (Ультразвуковая очистка топливных кассет ВВЭР на примере энергоблоков № 3 и № 4 Нововоронежской АЭС), страница 8

Ввиду этогообстоятельства, безопасность ТТО обоснована в рамках лицензионныхдокументов на эксплуатацию энергоблоков №3,4.3.2.3 РасчетноеобоснованиебезопасностисъемаостаточныхтепловыделенийДля режимов НЭ теплогидравлический расчет выполнялся приразличных значениях расхода теплоносителя через пучок твэловкассеты и коэффициентов гидравлического сопротивления кассеты, чтомоделирует размещение в ТТУзО кассет с различной степеньюотложений и изменение гидравлических характеристик кассеты впроцессе отмывки. В расчете рассмотрена консервативная модельотложений и получены данные по перепаду давления, гидравлическомусопротивлению, температуре теплоносителя на выходе из кассеты;максимальной температуре оболочки твэл.

При этом рассмотрены двасостояния кассеты – без отложений и с консервативной модельюотложений. По результатам анализа показана надежность охлаждениякассеты при ее отмывке в режиме НЭ.ДлярежимаННЭпроводилсятеплогидравлическийрасчетохлаждения частично отработавшей кассеты (не менее 12 сутоквыдержки после останова реактора). Расчет выполнялся для исходногособытия с перерывом подачи охлаждающей воды в БВ, из системы58охлаждения БВ, произошедшего в процессе отмывки кассеты в корпусеультразвуковогомодуляТУУзО(приэтомнасоспродолжаетфункционировать и отмывка кассеты продолжается как для режима НЭ).Рассмотрен разогрев воды в объеме БВ до температуры насыщения99,610С при давлении 0,1 МПа. При этом оценены два состояниякассеты – без отложений и с консервативной моделью отложений, атакже время разогрева воды в объеме БВ и КО БВ от исходногозначения 30 - 60 0С до температуры 99,61 0С и до промежуточныхтемператур 70, 80, 90 0С.

Показана надежность охлаждения кассеты приее отмывке в рассмотренном режиме.Режимпроектнойаварииобосновывалсявыпускомтеплогидравлического расчета охлаждения частично отработавшейкассеты (не менее 12 суток выдержки после останова реактора) приисходном событии с прекращением циркуляции воды. РассматривалосьпрекращениециркуляциитеплоносителячерезТУУзОдлядвухвариантов:• вариант 1: полное прекращение циркуляции теплоносителячерез ТУУзО (может реализовываться кратковременно (припереходе от принудительной циркуляции к ЕЦ) при исходномсобытии с отказом насоса и/или с обрывом гибкого шланга;• вариант2:прекращениепринудительнойциркуляциитеплоносителя через ТУУзО с установившимся режимом ЕЦтеплоносителя через кассету при отказе насоса и/или обрывегибкого шланга.Для варианта 1 рассмотрен разогрев воды в кассете вплоть дотемпературы насыщения 108 - 112 0С при давлении в корпусе модуляультразвукового ТУУзО ~ 0,14 – 0,15 МПа соответственно (толщина слояводы над пеналом составляет ~ 3,6 - 5,5 м) и последующее кипениетеплоносителя в кассете.

В результате расчета получено времяразогрева воды в кассете, размещенной в ТУУзО от исходного значения59температуры 30 - 60 0С до указанной температуры насыщения и допромежуточныхтемператур.Врасчетеопределеныданныепомаксимальной температуре оболочки твэл кассеты, размещенной вТУУзО.Прирасчетемаксимальнойтемпературыоболочкитвэлконсервативно принимается, что температура теплоносителя в кассете,размещенной в ТУУзО равна максимальному значению температурынасыщения ~ 120 0С и рассматриваются два состояния – без кипения и скипением теплоносителя в кассете. Для варианта 2 оцениваетсямаксимальная температура оболочки твэл кассеты, размещенной вТУУзО.

Для обоих вариантов показано надежное охлаждение кассет.Полнаяредакциятеплогидравлическогорасчетапредставленавприложении 2.3.2.4 Обоснование ядерной безопасностиОбоснованиеядернойбезопасностисистемысподобнойгеометрией и обогащением топлива рассматривались ранее дляпеналов КГО с ОТВС и гермопеналов, расположенных в БВ.

Даннаяработа проводилась в рамках отдельного проекта по модернизации БВ сустановкой специальных пеналов для размещения негерметичныхОТВС. Учитывался ранее выполненный ОКБ «ГИДРОПРЕСС» расчет[24] ядерной безопасности при транспортировке и хранении топлива сначальным обогащением 3,82 % по 235U. В нем показано, что четыреплотно прижатые друг к другу кассеты обогащением 3,82 % в воде безбора во всем диапазоне изменения плотности теплоносителя образуютподкритическую систему (Кэфф<0,95).

Следовательно, для единичнойкассеты (РК или ТВС) среднего обогащения 3,82%, расположенной вустановке ультразвуковой очистки, в воде, содержащей борную кислотус концентрацией не менее 12 г/кг, Кэфф<0,95 с необходимымконсерватизмом. На основании данных расчетов и была обоснованаядерная безопасность ОТВС, размещенной в ТУУзО. Обоснование60работоспособности топливных таблеток и оболочек твэлов проводилосьна основании сравнения их механических свойств в облученномсостоянии с нагрузками получаемыми при вводе ультразвуковой энергиимощностью до 3Вт/см2 и анализом мирового состояния дел в даннойобласти. В частности, экспериментами установлено, что разрушениетаблеток при комнатной температуре происходит при напряжениях от 10до 15 кг/мм2.

Оценка усилий, которые образуются при ультразвуковомвоздействии может составлять величину долей килограмма. Этообстоятельство, с учетом экспериментальных результатов специалистовСША [3], дает возможность сделать предварительный вывод о том, чторазрушение таблеток в процессе проведения УЗО происходить не будет.Оболочки и концевые детали твэлов выполнены из сплава Э 110.

Приэтом,дляоболочечныхтрубпределтекучестиприкомнатнойтемпературе в поперечном направлении составляет величину не менее21 кг/мм2. Таким образом, незначительные дополнительные напряженияот воздействия УЗО не могут привести к разрушению оболочек иливозникновению каких-либо дополнительных дефектов.3.2.5 Обоснование радиационной безопасностиВ рамках выполнения обоснования радиационной безопасностибылапроизведенарасчетнаяоценкамаксимальнойактивностиотработанных фильтроэлементов, с учетом условий их хранения,активности РК (ТВС) и оборудования ТУУзО при выполнении очистки сучетом консервативного коэффициента запаса. В результате анализаустановлено, что при одновременном размещении максимальногоколичества отработанных фильтроэлементов и штатной работе ТУУзО,находящейся в контейнерном отсеке БВ, их активность на 2 порядканиже, чем активность ОТВС, которые по проектным (регламентным)[22,23] данным энергоблоков №3;4 могут загружаться в чехол тип 12,размещаемый в том же контейнерном отсеке БВ.

Следовательно,радиационная безопасность при очистке кассет и последующем61храненииотработавшихфильтроввконтейнерномотсекеобеспечивается.3.3 Выводы по результатам обоснования безопасностиРезультатами проведенных расчетно-аналитических работ вобъеме, изложенном в п.3.2, подтверждено выполнение условийядернойирадиационнойбезопасностивнедренияТУУзОдляконсервативных моделей объекта очистки, конструкции установки ипринятой тепло-гидравлической системы очистки.62ГЛАВА 4. Проведение опытной очистки топливных кассет иисследования очищенных кассет4.1Постановка целей и задач опытной очисткиВ результате проведенных работ по внедрению ТУУзО и расчетно-теоритическогообоснованиябезопасности,НововоронежскаяАЭСполучила возможность выполнить опытную очистку топливных кассет.Основнойцельюданнойработыявляетсяэкспериментальноеподтверждение эффективности и безопасности внедрения технологииультразвуковой очистки топливных кассет и тепловыделяющих сборокнапримереопытнойочисткинатурныхобразцовРК(ТВС)споследующими их исследованиями и сравнением результатов среферентной (не подвергшейся очистке) кассетой.

Кроме этого, привыполненииопытнойочисткинеобходимопровестивалидациютехнологии с определением недостатков в эксплуатации ТУУзО ивырабатать решения по улучшению конструкции и эксплуатационныххарактеристик.Для реализации вышеуказанных целей ставятся задачи:• провести процесс экспериментальной очистки двух натурныхобразцов РК (ТВС);• провести исследования очищенных кассет - визуальнымосмотромбезразборки;разборкойспоследующимосмотром; определением усилий при демонтаже твэл;контролемгерметичностиоболочектвэл(различнымиметодами); металлографическими исследованиями топлива;• провести сравнительный анализ результатов исследованийочищенных кассет и кассеты не подвергавшейся очистке;• порезультатамисследованийсделатьвыводыобэффективности внедренной технологии и об отсутствиипагубного воздействия на элементы топливных кассет;63• принять решение о возможности промышленной очисткикассет;• принять необходимые решения по улучшению эксплуатацииТУУзО (при необходимости).4.2Проведение опытной очисткиДля ультразвуковой очистки были выбраны кассеты интегральныехарактеристики которых представлены в таблице 7 - РК (в таблице 7указана как №1) и тепловыделяющая сборка кассеты АРК (в таблице 7указана как №2).

Для возможности проведения сравнительного анализабыла принята ТВС энергоблока №4, не подвергавшаяся очистке иисследованная в горячей камере в 2008г. (указана №3 в таблице 7).Таблица 7НомерПериодПродолжительнос Выгорание,КГОэксплуатть эксплуатации,МВт сут/кгUации вЭфф./кал. сутокреакторе№129-321042/120841,76герметичнаякамп.№229-321042/120837,9герметичнаякамп.№327-29863/90731,7негермет.камп.(дебрис)На рисунках 10 и 11 показаны зависимости параметра ω (см.

п. 1.1)обратнопропорциональногорасходучерезкассетыитепловоймощности реактора при работе РК (№1) в 31-й и 32-й топливныхзагрузках. Из зависимостей очевидно снижение эксплуатационныххарактеристик АЗ по представленным параметрам, вследствие наличияотложений на взятой для экспериментального исследовании РК. Этоподтверждает показательность последующих исследований.64Рисунок 10.

Изменение тепловой мощности реактора и параметра ωдля данной РК в ходе 31 кампании65Рисунок 11. Изменение тепловой мощности реактора и параметра ωдля данной РК в ходе 32 кампанииОпытная очистка проводилась по специальной программе [38] свыполнениемвсехнеобходимыхшаговтехнологическогоциклаописанного выше. При работе ТУУзО были зафиксированы трендыизменения параметров, указанные на рисунках 12;13;14.

В результатеработы ТУУзО можно сделать вывод, что параметры установки неотклонялись от установленных эксплуатационных значений. Достижениекритериев эффективности очистки оценивалось по показаниям приборовконтроля перепада давления и радиационного фона на фильтрах;расходу теплоносителя в системе. Увеличение значений перепададавления и активности на фильтрах; снижение расхода среды стечениемвременисвидетельствовалоовыполненииотдельныхэлементов установки своих функций и о снятии некоторого колличества66отложений.