О ядерных реакторах и их творцах - Проекты многопетлевых кипящих энергетических реакторов

Проекты многопетлевых кипящих энергетических реакторов (МКЭР)
Для замещения энергоблоков с реакторами РБМК-1000, срок службы которых близится к завершению, разрабатываются энергоблоки с реакторами МКЭР электрической мощностью 1000 и 1500 МВт. Это канальные кипящие водографитовые реакторы на тепловых нейтронах нового поколения “повышенной” безопасности. Под термином “повышенная” безопасность понимается наличие систем глубокоэшелонированных защит, которые усиливают присущие канальным реакторам свойства внутренней самозащищенности.
К числу элементов глубокоэшелонированных защит относятся не только технические устройства, обеспечивающие безопасность, но и современные системы диагностики для проведения постоянного контроля функционирования оборудования, позволяющие получить полную информацию о состоянии оборудования и барьеров безопасности, а также прогнозировать изменение этого состояния.
Энергоблоки с реакторами МКЭР-1000 и МКЭР-1500 проектируются как автоматизированные технологические комплексы, предназначенные для безопасного и экономически эффективного производства электроэнергии, тепла, изотопной продукции и нейтронно-трансмутационного легирования кремния. Основные технические характеристики энергоблоков приведены в табл.З.

Таблица 3
Технические характеристики энергоблоков с реакторами МКЭР

Реакторные установки включают в себя: реакторы, циркуляционные контуры с входящим в него оборудованием и обслуживающие системы.
Циркуляция теплоносителя в реакторе МКЭР-1000 - естественная (в МКЭР-1500 — принудительная), интенсифицируемая струйными водо-водяными насосами (инжекторами). Инжекторы устанавливаются в сепаратор на каждую опускную трубу, по которой отсепарированная циркуляционная вода отводится из сепаратора. Из инжектора вода с напором 0,40 МПа поступает в распределительный коллектор и далее по водяным коммуникациям раздается по топливным каналам. Напор создается питательной водой, подаваемой питательными насосами в сопло инжектора. В топливных каналах вода нагревается и частично превращается в пар. Топливные каналы МКЭР подобны каналам РБМК и используют те же материалы; при этом канал реактора МКЭР-1000 состоит из одной ТВС, МКЭР-1500 — из двух. Из каналов пароводяная смесь по трубопроводам поступает в сепаратор пара, где разделяется на воду и пар. Отсепарированный пар по отводящим паропроводам, на которых установлены быстродействующая отсечная арматура и главные предохранительные клапаны, поступает в турбоагрегат энергоблока.

Продольный разрез реакторной установки МКЭР-1000

На энергоблоке с МК.ЭР-1000 предполагается установить турбоустановку типа К-1000-6.1/50 с генератором переменного тока типа ТЗВ-1100-2УЗ мощностью 1100 МВт; на энергоблоке с МКЭР-1500 — разрабатываемую для ВВЭР-1500 турбоустановку К-1500-6,9 мощностью 1500 МВт.
Перегрузка топлива и изотопной продукции в обоих проектах может осуществляться как на остановленных, так и на работающих реакторах разгрузочно-загрузочной машиной, входящей в состав перегрузочного комплекса.
Биологические защиты реакторов, состоящие из отражателя, металлоконструкций с защитными материалами, железобетонной шахты реактора, кольцевого бака с водой и стальных блоков, спроектированы таким образом, что в центральном зале во время работы реактора эквивалентная мощность дозы не превышает 8 нЗв/с, что обеспечивает возможность пребывания (при необходимости) персонала в зале.
Реакторные установки и основное оборудование вспомогательных систем, влияющих на безопасность, размещаются в контейнментах. Контейнмент состоит из двух защитных оболочек: внутренней, выполненной из металла - рассчитанной на избыточное максимальное давление 0,2 МПа во время аварии, и наружной - рассчитанной на все экстремальные внешние воздействия и выполненной из железобетона с контролируемым на герметичность кольцевым зазором между оболочками. Предусмотрена пассивная система сброса давления из контейнмента с фильтрацией сбрасываемой среды.

Продольный разрез реакторной установки МКЭР-1500

Основные критерии безопасности — вероятность аварии с повреждением топлива сверх максимального проектного предела (не более 10-5 на реактор в год) и вероятность аварийного предельного выброса радиоактивности за пределы последнего защитного барьера (менее 10-7 на реактор в год) — обеспечиваются за счет реализации в проектах блоков с МКЭР-1000 и МКЭР-1500 следующих принципиальных решений:

1. Предусмотрена глубоко-эшелонированная защита, основанная на применении нескольких защитных барьеров на пути распространения ионизирующих излучений и выхода радиоактивных веществ в окружающую среду (топливная матрица; оболочки тепловыделяющих элементов; границы контура циркуляции, охлаждающего активную зону; герметичный кожух, ограничивающий реакторное пространство; герметичное ограждение локализующих систем безопасности).
2. Многопетлевая (модульная) конструкция реакторной установки (РУ) допускает разгерметизацию любого конструктивного элемента циркуляционного контура без превышения максимального проектного предела повреждения твэлов.
3. За счет внутренне присущего реактору с кипящим теплоносителем свойства — развитой естественной циркуляции (в МКЭР-1000 — стопроцентной) — повышается безопасность РУ в нормальных и аварийных режимах. При этом исключаются аварийные ситуации, связанные с отказом циркуляционных насосов и обслуживающих их систем.
4. Нейтронно-физические характеристики активной зоны во всем диапазоне режимов работы обеспечивают:
5. отрицательный паровой и, тем более, мощностной коэффициенты реактивности, что гарантирует исключение самопроизвольного разгона реактора при увеличении мощности или снижении расхода теплоносителя;
6. отрицательный эффект обезвоживания активной зоны, который при потере теплоносителя (даже в случае блокировки аварийной защиты) на начальной стадии аварийного процесса сопровождается снижением мощности реактора;
7. такое значение отрицательного коэффициента реактивности, которое не приводит к превышению эксплуатационного предела повреждения твэлов при авариях, связанных с увеличением реактивности вследствие повышения давления в контуре или снижения температуры питательной воды.
8. В конструкции реактора реализуется присущее только канальным многопетлевым реакторам свойство - передача тепла от каналов, потерявших теплоноситель, к охлаждаемым каналам через графитовую кладку.
9. При потере герметичности оборудования и при полном длительном обесточивании реактор надежно расхолаживается системой, основанной на пассивном принципе.
10. При разрыве циркуляционного контура охлаждение твэлов аварийной петли осуществляется за счет подачи питательной воды в контур петли. В случае потери питательной воды предусмотрена система аварийного охлаждения реактора, состоящая из двух подсистем, работающих на различных принципах: быстродействующей подсистемы пассивного типа и активной подсистемы длительного расхолаживания.
11. Система контроля, управления и защиты РУ включает две независимые системы защиты, каждая из которых переводит реактор из любого рабочего состояния в подкритическое. В МКЭР-1000 одна из систем - стержневая, другая - жидкостная. По сигналу аварийной защиты стержни перемещаются сверху вниз, а в каналах жидкостной системы снизу вверх подается поглощающий нейтроны концентрированный раствор соли гадолиния.
12. Автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) энергоблока МКЭР обеспечивает контроль параметров, характеризующих работу блока в нормальных и аварийных режимах, а также управление системами нормальной эксплуатации и системами безопасности. Многоканальность управляющих систем безопасности, входящих в состав АСУ ТП, и независимость их каналов обеспечивают работоспособность управляющей системы при любых единичных отказах в ней.
13. Система аварийного отвода пара из реакторного пространства обеспечивает целостность конструкции реактора при одновременном разрушении труб примерно ста технологических каналов. Вероятность такого события — менее 10-10 на реактор в год.
14. Наличие контейнмента позволяет защитить оборудование от таких внешних воздействий, как ударная волна, ураганы, смерчи, падение самолета и т.д. РУ проектируются на максимальное расчетное землетрясение в 8 баллов по шкале MSK-64.

А.А. Петров