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

На правах рукописи ШВАРОВ ВЯЧЕСЛАВ АНАТОЛЬЕВИЧ УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОЧИСТКА ТОПЛИВНЫХ КАССЕТ ВВЭР НА ПРИМЕРЕ ЭНЕРГОБЛОКОВ №3 И №4 НОВОВОРОНЕЖСКОЙ АЭС, Специальность: 05,14.03 — Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2015 Работа выполнена на кафедре Атомных электрических станций ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» Научный руководитель: Горбуров Вячеслав Иванович доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ», г.Москва Официальные оппоненты: Кукушкин Александр Николаевич доктор технических наук, главный конструктор проекта АО «ВНИИАМ», г, Москва Грачев Алексей Фролович доктор технических наук, главный специалист Частного учреждения Росатома «Инновационно- технологический центр проекта «Прорыв», г.Москва Ведущая организация: АО «Электрогорский научноисследовательский центр по безопасности атомных электростанций» г, Электрогорск у ~~о~ »»УМ»»Б~и~~л~~~ю~сртию гг ~ая~2,Ы~Н р ВО «НИУ «МЭИ» по адресу: 111250, г.Москва, ул,Красноказарменная, д.!4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ», Автореферат разослан «» 20!б г, Ученый секретарь диссертационного совета, Д212.157,07 к.т.н., доцент Ильина И.П. Защита диссертации состоится 22 июня 2016 г. в 14.00 час, 00 мин. в Зале ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Акт альность аботы Безопасность и надежность работы АЭС в значительной мере зависят от надежности работы активной зоны 1АЗ) реактора.

В этой связи весьма актуальной является задача обеспечения надежной, безотказной работы ядерного топлива (ЯТ) в заданных пределах и своевременное устранение причин нарушений. В процессе эксплуатации энергоблоков №3,4 Нововоронежской АЭС анализ данных системы внутриреакторного контроля (СВРК) активных зон вьивил зависимость величины снижения расхода теплоносителя через кассеты от срока ее эксплуатации.

При исследовании кассет обнаружено наличие отложений на твэлах и конструктивных элементах тепловыделяющих сборок (ТВС). Очевидно, что данные отложения и явились основной причиной ухудшения теплогидравлических характеристик АЗ. Рост отложений на элементах топливных кассет в процессе их эксплуатации все больше снижал расход теплоносителя через АЗ, увеличивал перепад давления на кассетах и приводил к повышению температуры поверхностей твэлов, что вызывало подкипание теплоносителя при достижении температур насыщения и одновременном изменении давления. Данные факты приводили к вынужденному снижению мощности блока, а в ряде случаев и останову, при достижении граничных значений. Для прекращения роста отложений на поверхностях рабочих кассет (РК) и ТВС были предприняты различные меры.

Например, увеличение значения водородного показателя (рНт-показатель при реальной температуре среды) в целях изменения направления массопереноса продуктов коррозии; увеличение диаметра дроссельных шайб на входе в рабочие кассеты энергоблока №4, что позволило повысить расход теплоносителя через активную зону (АЗ); удаление кассет-экранов на 3 блоке, что уменьшило энергонапряженность АЗ в переходных режимах. Вместе с тем, для полноценного восстановления эксплуатационных характеристик, необходима очистка кассет от накопленных отложений.

В итоге, было принято решение о разработке и внедрении технологии очистки топливных кассет, которые представлены в данной диссертационной работе. елью иссе та ионной аботы является расчетно-экспериментальное обоснование и подтверждение в натурных условиях возможности очистки топливных кассет реакторов ВВЭР на примере внедрения технологии на энергоблоках №3 и №4 Нововоронежской АЭС, а также определение перспективы развития представленного метода очистки при эксплуатации АЭС. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: 1.

На основе анализа вьивленных проблем, связанных с ухудшением теплогидравлических характеристик АЗ, определены направления разработки и внедрения технологии очистки топливных кассет. 2. Учитывая существующий технологический цикл обращения с топливом, разработана конструкция установки, позволяющая выполнить очистку РК и ТВС с использованием действующего транспортно-технологического оборудования и компоновки энергоблока. 3. Выполнены расчетно-теоретические исследования и обоснование безопасности внедрения технологии очистки топливных кассет.

4. Проведена экспериментальная очистка РК (ТВС) с использованием разработанной установки. 5. Исследовано влияние метода очистки и различных режимов работы установки на топливо и конструктивные элементы кассет. б. Обоснован выбор оптимальных режимов работы установки для эффективного и безопасного удаления отложений с поверхностей РК и ТВС. 7. По результатам экспериментальной очистки проведена доработка установки с целью повышения эффективности очистки и улучшения ее эксплуатационных характеристик. З.В натурных условиях подтверждена эффективность внедренной технологии очистки по показателям устойчивой работы энергоблока„ отсутствию остановов и снижению мощности из-за достижения граничных значений перепада давления на АЗ.

9. На примере технологии очистки РК и ТВС энергоблоков №3-4 НВ АЭС и изучения современных научно-технических достижений, выработаны предложения о перспективе развития данного метода очистки. На чная новизна аботы 1. Разработана не имеющая отечественных аналогов технология очистки РК и ТВС реакторов ВВЭР на основе ультразвукового воздействия, позволившая избежать ухудшения характеристик АЗ и внеплановых остановов.

2. Экспериментально установлены закономерности, разработаны параметры режимов работы установки очистки РК и ТВС, позволяющие наиболее эффективно и безопасно проводить процесс очистки. 3. Расчетно и экспериментально обоснована безопасность выполнения работ по очистке РК и ТВС. 4. Впервые в России выполнена очистка загрязненных РК и ТВС реакторов ВВЭР с последующей их эксплуатацией. Достигнуты результаты, позволяющие безопасно и надежно эксплуатировать энергоблоки №3 и №4 НВ АЭС. Степень остове ности ез льтатов весле ований обеспечивается ! .

Применением аттестованных методик, проверенных средств и методов измерения. 2. Воспроизводимостью и согласованием результатов независимых натурных экспериментов, выполненных на различных топливных кассетах энергоблоков №3 и №4 НВ АЭС. 3. Положительными результатами практического использования разработанной технологии очистки РК и ТВС АЭС с реакторами ВВЭР на примере энергоблоков №3;4 НВ АЭС. П актическая енность ез льтатов аботы 1. Разработан и внедрен, ранее не используемый технологический процесс очистки РК и ТВС энергоблоков с ВВЭР. 2.

Экспериментально установлена возможность реализации технологии очистки РК и ТВС реакторов ВВЭР с использованием действующего транспортно-технологического цикла перегрузки ЯТ. 3. На основе выполненных экспериментальных работ произведено усовершенствование установки очистки РК и ТВС. 4. Выработаны предложения по использованию представленной в работе технологии очистки для различного оборудования АЭС с целью восстановления ресурсных и эксплуатационных характеристик. Основные положения выносимые на за и Разработка и расчетно-экспериментальные обоснования возможности использования ультразвуковой очистки РК и ТВС реакторов ВВЭР, включающие результаты: 1.

Теоретических исследований потенциальной возможности применения ультразвуковой очистки для РК и ТВС энергоблоков АЭС. 2. Разработку технологии ультразвуковой очистки РК и ТВС с ее гармонизацией с действующим транспортно-технологическим циклом перегрузки ЯТ НВ АЭС. 2. Расчетно-экспериментального обоснования безопасности использования технической установки ультразвуковой очистки РК и ТВС.

3. Исследований влияния метода очистки на материалы, 4. Оценок в подтверждение эффективности и безопасности применения технологии очистки РК и ТВС на примере устойчивой работы энергоблоков №3 и №4 в течение топливной компании после 100',4 очистки кассет с возвращением их в АЗ реакторов. 5. Анализа перспектив использования результатов работы. Также на защиту выносятся экспериментально установленные закономерности, разработанные параметры режимов работы установки очистки РК и ТВС, позволяющие наиболее эффективно и безопасно проводить процесс очистки.

Личный вкла авто а в пол ченные ез льтаты Автор принимал непосредственное участие во всех этапах работ по внедрению технологии очистки РК и ТВС от выработки идеи до разработки конструкции оборудования и технологии с расчетно-экспериментальным обоснованием безопасности. Осуществлял техническую поддержку при экспериментальной очистке и исследовании топливных кассет и элементов. Автор лично участвовал в выработке и реализации технических предложений по повышению эффективности очистки, в работах по проектированию, монтажу, изготовлению, испытанию установки очистки, ее доработке по результатам экспериментальной очистки и валидации. Автор является основным разработчиком эксплуатационной документации, описывающей технологический цикл, конструктивные особенности, режимы и порядок работы установки очистки Ап оба ии аботы Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на 8-й международной научно-технической конференции в ОКБ «Гидропресс» в 2013г.; на 9-й международной научно-технической конференции в ОАО «Концерн Росэнергоатом» в 2014г,, а также на различных семинарах, заседаниях НТС и совещаниях в ОАО «Концерн «Росэнергоатом» и АЭС России.

П~б ~д Автор имеет 7 печатных научных публикаций в научно-технических изданиях [1-6; 121. Основные результаты работ, связанные с разработкой технологических установок по удалению отложений с оборудования АЭС, опубликованы в 6-ти печатных работах [1-61, в том числе в двух публикациях [2,31 из перечня ВАК. Также имеется 5 докладов [7-1Ц, опубликованных в ряде сборников трудов научно-технических конференций. Ст к а и объем аботы Диссертация состоит из введения„пяти глав, выводов, двух приложений и списка использованной литературы из 61 наименования.