Ав. Компенсации давления 8
 Скачать 438.57 Kb.
|
1 2 Конструктивное исполнение, крепление, фиксация твела ТВЭЛ предназначен для генерирования тепловой, энергии и передачи ее теплоносителю. Собственно ТВЭЛ состоит из оболочки, заглушек (верхней и нижней), сердечника (набор топливных таблеток), пружинного фиксатора и проставки.  В качестве материала оболочки и заглушек ТВЭЛ предусмотрено использование как сплава Э100, так и сплава Э635. Оболочка ТВЭЛ имеет наружный диаметр 9,1 мм, внутренний диаметр 7,73 мм. В качестве ядерного топлива используются таблетки диоксида урана плотностью (10,4 ÷ 10,7) г/см3, наружным диаметром 7,57 мм и диаметром центрального отверстия - 2,35 мм. Таблетки имеют фаски, снижающие взаимодействие топлива с оболочкой и уменьшающие сколы таблеток при загрузке. Для снижения внутреннего давления газообразных продуктов деления в верхней части ТВЭЛ предусмотрен газосборник. Высота топливного столба 3530 мм. Фиксация топливного столба в заданном положении осуществляется пружинным фиксатором из сплава ЭК 173-ИД. Герметизация ТВЭЛ осуществляется с обоих концов заглушками при помощи контактно-стыковой сварки. Давление заполнения гелием при изготовлении твэла - 2 МПа. Пучок ТВЭЛ - набран из 312 ТВЭЛ цилиндрического типа диаметром 9.1 мм, расположенных в углах правильной треугольной сетки с шагом 12.75 мм. Дистанционирование ТВЭЛ осуществляется с помощью пятнадцати ДР сотового типа из сплава Э110, конструктивно аналогичных ДР серийных ТВС ВВЭР-1000, но оптимизированных по величине усилия протаскивания ТВЭЛ через ячейки ДР за счет уменьшения поверхности контакта ТВЭЛ с ДР и уменьшения натягов в системе "ТВЭЛ-ячейка ДР". Конструкция ячеек и их размещение в решетке обеспечивает надежное дистанционирование ТВЭЛ и направляющих каналов в течение всего срока эксплуатации кассеты.  В каждой ячейке решетки вместо одной из трех жестких дистанционирующих выштамповок предусмотрена поджимающая ТВЭЛ пружинка. Для исключения деформации ДР в осевом направлении при радиационном "росте" ТВЭЛ каждая ДР в местах проходок НК подкреплена втулками. Закрепление ТВЭЛ для предохранения от осевых перемещений произведено в перфорированной плите хвостовика 1 с помощью нижних заглушек ТВЭЛ, рассеченных в продольном направлении. В сборке применяются гладкостержневые ТВЭЛ для ТВС ВВЭР-1000. Нижняя заглушка позволяет закреплять ТВЭЛ в нижней решетке.   Топливные таблетки имеют центральное осевое отверстие для снижения средней объемной температуры топлива и увеличения объема газосборника. Более подробно конструкция топливной таблетки показана на следующем рисунке:  Несмотря на то, что при делении урана образуется много радиоактивных продуктов, диоксид урана при нормальных рабочих температурах удерживает более 98 % этих продуктов. Около 1 - 2 % продуктов, в основном газообразные и летучие - криптон (Kr), ксенон (Xe) и йод (I), диффундируют в газовый объем между топливной композицией и оболочкой, при этом герметичная оболочка препятствует их выходу в теплоноситель. Поведение топлива как "барьера", удерживающего продукты деления, зависит от температуры и степени выгорания. При температурах ниже 1000˚С диоксид урана удерживает всё, даже газовые продукты деления. С ростом температуры и выгорания картина существенно меняется. Продукты деления становятся более подвижными. Этот процесс имеет диффузионную природу, и скорость выхода продуктов деления из топлива определяется законом: Еxр(-E/kT) где E- энергия активации; T - температура; k - постоянная Больцмана. При температуре выше 1600˚С большая доза газов выходит из топлива под оболочку, заметно возрастает также выход йода и других летучих нуклидов. Чтобы топливо выполняло свои "барьерные" функции, важно, чтобы взаимодействие топлива с теплоносителем было минимальным. Один из важнейших критериев, характеризующих условия работы топливной композиции, - это достижение температуры плавления. Этот параметр особенно важен при быстром повышении мощности, когда температура оболочки повышается еще незначительно. Плавление топлива должно рассматриваться как потеря барьерных функций не только топливом, но и ТВЭЛ в целом. Оболочка обеспечивает передачу тепла от топливных таблеток к теплоносителю и сохранность формы ТВЭЛ в процессе эксплуатации, а также исключает контакт топливных таблеток и продуктов деления с окружающей средой. Наличие гелия под оболочкой способствует сохранению формы ТВЭЛ при эксплуатации и обеспечивает надежную передачу тепла от топливных таблеток к оболочке. Основное требование к оболочке состоит в обеспечении прочности и герметичности во всем спектре нормальных и аварийных воздействий в течение многолетнего "жизненного цикла" и радиационную стойкость при длительном облучении. Герметичность оболочек должна сохраняться в течение всего срока работы ТВЭЛ и последующего хранения отработавшего топлива. В процессе "жизненного цикла" оболочка ТВЭЛ подвергается воздействию совокупности факторов, создающих сложные условия работы оболочки. Это коррозионное и силовое воздействие, как со стороны теплоносителя, так и со стороны топлива, термоциклирование при изменениях режимов работы (пуск, остановка, маневрирование), радиационное охрупчивание при облучении потоком быстрых нейтронов, наконец, перегревы в аварийных ситуациях. При "распухании" топлива, а также под действием выходящих под оболочку газовых и летучих продуктов, деления увеличиваются нагрузки, действующие изнутри на оболочку ТВЭЛ. Для материалов оболочек первостепенное значение имеют следующие свойства: радиационное упрочнение, охрупчивание, распухание, радиационная ползучесть, коррозионная стойкость. При медленном увеличении мощности или уменьшении расхода теплоносителя через реактор основным параметром, характеризующим целостность ТВЭЛ, будет температура оболочки. Разрушение оболочки начинается, когда напряжения превышают предел прочности, определяемый в зависимости от температуры. При определении максимально допустимых значений параметров, характеризующих состояние активной зоны, в первую очередь должны рассматриваться оболочки ТВЭЛ, от состояния которых во многом зависит развитие аварийного процесса. Предельно допустимые значения параметров устанавливаются на основе экспериментальных данных по поведению оболочки и ТВЭЛ в целом в стационарных и переходных режимах. Допустимые пределы повреждения ТВЭЛ при нормальной эксплуатации для ВВЭР следующие: число ТВЭЛ с микродефектами не должно превышать 0.2-1%, число ТВЭЛ с прямым контактом топлива и теплоносителя не должно превышать 0.02-0.1% общего количества ТВЭЛ в активной зоне. В сложных аварийных условиях допускается превышение проектного предела повреждения ТВЭЛ для нормальной эксплуатации. Максимальный проектный предел повреждения ТВЭЛ для ВВЭР обусловлен ограничением развития пароциркониевой реакции: температура оболочек ТВЭЛ не более 1200˚С; локальная глубина окисления оболочек ТВЭЛ не более 18 % от первоначальной толщины стенки; доля прореагировавшего циркония не более 1 % его массы в оболочках ТВЭЛ. В процессе эксплуатации осуществляется непрерывный контроль за состоянием оболочек ТВЭЛ, целостность которых является важнейшим условием обеспечения безопасности. Состояние оболочек оценивается системой контроля герметичности оболочек (системой КГО). Для обеспечения целостности первого основного барьера безопасности необходимо поддержание заданного температурного режима работы ТВЭЛ и предотвращение механического и коррозионного воздействий на оболочку, выходящих за допустимые по условиям прочности пределы. Плюсы и минусы Плюсы Природная доступность замедлителя и теплоносителя (воды); Большая безопасность из-за двухконтурности по сравнению с РБМК и BWR. Четыре барьера безопасности: Топливная таблетка, оболочка ТВЭЛ, границы первого контура, герметичное ограждение реакторного отделения. Отрицательный паровой коэффициент реактивности (при вскипании или утекании воды реакция замедляется). Отработанность технологии ВВЭР. Реакторы хорошо изучены. Современный уровень техники позволяет гарантировать безопасную работу реактора в течение минимум 60-80 лет, с последующим продлением срока эксплуатации; Малый размер по отношению к другим типам реакторов схожей мощности, характерный для всех PWR -реакторов; Меньшее количество персонала по сравнению с РБМК Дешёвое топливо. Есть возможность иметь несколько поставщиков из разных стран. В среднем 1 ТВС используется 5-6 лет. Раз в год заменяется 15-20 % «выгоревшего» топлива. Простота хранения отработавшего топлива; Относительная простота очищения воды первого контура при выводе из эксплуатации. Минусы Невозможность перегрузки топлива без остановки реактора по сравнению с канальными реакторами РБМК и CANDU; Коррозийность воды и необходимость поддержания её химических параметров (химического состава, pH). Необходимость отвода водорода в первом контуре, образующегося в результате радиолиза воды; Необходимость применения борного регулирования; Необходимость поддержания высокого давления для предотвращения вскипания при Т = 300—360 °C и как следствие большая опасность при авариях по сравнению с другими реакторами (Жидкометаллическими), имеющими меньшее давление; Наличие 2-х контуров и необходимость парогенераторов, по сравнению с Кипящими реакторами (BWR), однако наличие 2-го контура является 3-м барьером на пути распространения радиоактивных веществ при эксплуатации и авариях. Например при Аварии на АЭС Три-Майл-Айленд; Меньшая равномерность выгорания по сравнению с реакторами типа РБМК; Использование обогащённого урана и как следствие необходимость завода по обогащению, по сравнению с реакторами на тяжёлой воде и природном уране. Перспективы РУ В России в 2004 году была принята программа «Стратегия развития атомной энергетики России в первой половине XXI века». Согласно этой стратегии, начиная с 2012 года планируется поэтапный переход с реакторов ВВЭР-1000 на перспективную модель ВВЭР-1500 третьего поколения. Основные аспекты этого перехода: - применение системы безопасности нового поколения, базирующуюся на совмещении активной и пассивной систем безопасности. Под безопасностью понимается как безопасность эксплуатационная (снижение вредных воздействий на персонал и окружающую среду), так и безопасность при потенциальных авариях; - улучшение технико-экономических показателей за счет снижения строительных расходов в полтора раза; - улучшение эксплуатационных показателей за счет увеличения кампании реактора вплоть до 24 месяцев; - снижение сроков плановой остановки для перегрузки топлива и проведение регламентных работ до 25 суток; - увеличение срока службы основного оборудования до 50 лет, а корпуса реактора - до 60 лет Литература1.0401.03.00.000 ГЧ. Кассета ВВЭР-1000. Габаритный чертеж.2.КУ 0401.03.00.000 ТО. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.3.Б.А. Дементьев. Ядерные энергические реакторы. М.Атомэнероиздат. 1990.4.Маргулова Т.Х. Атомные электрические станции. М.: Высшая школа, 19845.Ганчев Б.Г. и др. Ядерные энергетические установки - М.: ЭАИ, 19831 2 |