ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ

Начертательная геометрия
Комплексный чертеж
Аксонометрические проекции
Метрические задачи
Построить проекции
Машиностроительное черчение
Математика
Матрицы и определители
Начала анализа
Теория вероятности
Теория поля
Кратные и криволинейные интегралы
Ядерная энергетика
Основы получения ядерной энергии
Реакция деления
Плотность потока нейтронов
Скорости нейтронных реакций
Нейтронный цикл в тепловом ядерном реакторе
Реакторный теплоноситель
Уравнение возраста Ферми
Закон диффузии тепловых нейтронов
Коэффициент использования тепловых нейтронов
Ячейка активной зоны реактора РБМК-1000
Меры по уменьшению неравномерности поля тепловых нейтронов.
Кинетика ядерного реактора
Запаздывающие нейтроны
Переходные процессы при сообщении реактору отрицательной реактивности
Процедура ступенчатого пуска и ядерная безопасность реактора
Коэффициент воспроизводства ядерного топлива
Стационарное отравление реактора ксеноном
Нестационарное переотравление реактора самарием
Эффективный радиус стержня-поглотителя
БОРНОЕ  РЕГУЛИРОВАНИЕ ВВЭР
РАСЧЁТНОЕ  ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЯДЕРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ВВЭР ПРИ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ
Алгоритм расчёта пусковой концентрации борной кислоты
Алгоритм расчёта пусковой концентрации борной кислоты. Исходя из сказанного в п.23.1.1, алгоритм расчёта пусковой концентрации борной кислоты при пуске реактора ВВЭР после не более чем трёхсуточной стоянки выглядит так.

1) Величина переотравления реактора ксеноном  - снимается с графика йодной ямы по величине среднего уровня мощности реактора , на котором он работал последние трое суток перед остановом, и времени стоянки реактора tст.

2)  Изменение реактивности реактора в период стоянки за счёт изменения средней температуры теплоносителя в реакторе

 ,

где величина температурного коэффициента реактивности теплоносителя at снимется с графика расчётной зависимости at = f(W) для величины знерговыработки W, соответствующей моменту останова реактора.

Мощностное изменение реактивности реактора после останова реактора

 ,

где величина , %/МВт снимается с графика расчётной зависимости по величине энерговыработки W на момент останова реактора. Величина мощности реактора в момент останова в формулу должна быть подставлена в МВт, а если (как это чаще всего и бывает) уровень мощности реактора в момент останова задан в % , то расчётная формула будет иметь вид:

 ,

где величина номинальной мощности реактора  подставляется в МВт.

*) Ещё раз обращается внимание на то, что знак «минус» в этих выражениях – формульный знак, и если учесть, что величина мощностного коэффициента реактивности – также отрицательная величина, то величина мощностного изменения реактивности в задаче о расчёте пусковой концентрации борной кислоты – всегда положительна.

4) Изменение реактивности реактора за счёт неодинаковости положения рабочей группы ОР СУЗ при останове и пуске реактора. Как уже указывалось в п.23.1.1, рассчитывается по формуле

 

в которую подставляются интегральные эффективности рабочей группы в пусковом положении и в положении при останове реактора, снимаемые с кривой интегральной эффективности рабочей группы на момент кампании W, когда пускается реактор. При наличии расчётных кривых интегральной эффективности на моменты начала и конца кампании следует пользоваться линейной интерполяцией значений интегральной эффективности, как об этом говорилось в п.23.1.1.

5) Суммарное изменение реактивности  - находится как алгебраическая сумма всех указанных изменений реактивности, то есть с учётом знаков этих изменений.

6) Величина дифференциальной эффективности борной кислоты aс, %./г/кг в рассматриваемый момент кампании W – находится как функция W по таблицам или по графикам, имеющимся в распоряжении оператора.

Пусковая концентрация борной кислоты – находится по формуле:

  .

*) Будучи достаточно внимательным, строго соблюдая правила знаков, вы можете быть уверены в правильности расчёта Сп по приведенному алгоритму. И всё же нелишне в процессе расчётов контролировать себя, чтобы не упускать из вида физического смысла того, что рассчитывается. Если величина любого изменения Dr имеет положительный знак – речь идёт о высвобождении положительной реактивности в результате действия рассматриваемого эффекта. Если величина Dr отрицательна – в результате действия рассматриваемого эффекта реактивность теряется.

Самоконтроль особенно важен на заключительной стадии расчёта. Если величина суммарного изменения реактивности положительна, это означает, что за время стоянки реактора высвободилась положительная реактивность, и компенсация её может быть достигнута только одним путём – увеличением концентрации борной кислоты при пуске. То есть величина Сп должна получаться большей, чем Со. Если же величина DrS < 0, то за время стоянки реактора в нём происходит потеря реактивности, для компенсации которой потребуется уменьшить концентрацию борной кислоты при пуске, то есть Сп < Со.

Точно к таким же выводам приводит рассмотрение последней формулы для расчёта Сп, если принять во внимание, что величина aс по смыслу своему – отрицательная.

Расчёт предельно допустимого расхода подпитки первого контура

чистым дистиллатом  при пуске ВВЭР

Пуск ВВЭР осуществляется путём снижения концентрации борной кислоты в теплоносителе первого контура, достигаемого медленным разбавлением его чистым дистиллатом, подаваемым в контур из ёмкости штатными насосами подпитки контура.

Расход подпитки первого контура в режиме поддержания неизменного давления в контуре всегда должен компенсировать расход дренажа первого контура. В таких условиях скорость снижения концентрации борной кислоты в теплоносителе первого контура определяется только величиной расхода дистиллата, подаваемого в контур насосами подпитки. Чем больше величина расхода подпитки – тем больше скорость снижения концентрации борной кислоты в контуре. И тем, следовательно, с большей скоростью уменьшаются поглощающая способность активной зоны реактора, что приведёт к большей скорости высвобождения реактивности в процессе пуска реактора. То есть реактор будет с большей скоростью приближаться к критическому состоянию из подкритического. И от того, с какой скоростью будет высвобождаться положительная реактивность с момента, когда реактор достигнет критичности, зависит начальная скорость подъёма мощности реактора, определяемая, как известно, периодом удвоения мощности.

Но дело не только (и не столько) в этом. От скорости введения положительной реактивности в момент достижения реактором критического состояния зависит, какой величины достигнет сама эта положительная реактивность через определённый промежуток времени. Вам уже известно, что при сообщении критическому реактору больших (r ³ bэ) положительных реактивностей реактор может стать неуправляемым. Поэтому операция пуска реактора относится к числу ядерно-опасных.

Для избежания ядерно-опасной ситуации при пуске есть два пути:

а) «Подкрадываться» к критическому состоянию из подкритического очень осторожно, то есть снижать концентрацию борной кислоты при подходе к критическому состоянию очень медленно. Это значит – подпитывать первый контур дистиллатом с очень малым расходом.

б) Иметь наготове подвижную рабочую группу большого физического веса, способную за счёт перемещения вниз скомпенсировать высвобождение реактивности даже с большими скоростями.

Оба эти пути имеют свои недостатки. При очень малом расходе подпитки первого контура дистиллатом время операции пуска (= снижения концентрации борной кислоты от стояночного до пускового значения) может растянуться от нескольких часов до нескольких суток. Ясно, что такая «роскошь» непозволительна. Предусмотреть рабочую группу большого физического веса – тоже непозволительно, так как в соответствии с требованиями тех же правил ядерной безопасности её физический вес не должен превышать величину bэ (чтобы даже в случае операторской ошибки не ввергнуть реактор в состояние мгновенной критичности).

Приходится искать оптимум: чтобы при выбранной величине физического веса рабочей группы высвобождать реактивность (уменьшать до нуля подкритичность) с такой скоростью, чтобы в момент достижения критичности рабочая группа ОР СУЗ из положения своей наибольшей эффективности перемещением вниз с линейной скоростью, обеспечиваемой сервоприводом этой группы, была способна скомпенсировать высвобождаемую за счёт снижения концентрации борной кислоты реактивность.

Следовательно, величину расхода подпитки контура чистым дистиллатом в любом случае следует ограничить, и предельное значение расхода подпитки должно зависеть от положения рабочей группы при пуске (Нп) и момента кампании загрузки активной зоны (W), поскольку в процессе кампании:

а)  изменяется интегральная характеристика рабочей группы (за счёт изменения в процессе кампании осевой составляющей нейтронного поля, а также за счёт выгорания бора в пэлах этой самой группы);

б) увеличивается дифференциальная эффективность борной кислоты.

Таким образом, становится ясным: величина предельной скорости высвобождения реактивности при пуске – величина, зависящая от момента кампании загрузки активной зоны и положения рабочей группы ОР СУЗ при пуске. Расчётная зависимость этой величины от W и Нп в графическом виде выглядит так:

 


Рис. 23.1. Предельная скорость ввода положительной реактивности в момент достижения критичности ВВЭР-1000 при его пуске в различные моменты кампании и при различных пусковых положениях

рабочей (10-й) группы ОР СУЗ

На график нанесена также штриховая линия первого эксплуатационного предела скорости высвобождения реактивности при пуске реактора. Если точка , найденная по положению Нп для момента кампании W, в первой трети кампании лежит выше этой линии, то значение  принимается равным значению первого эксплуатационного предела в этот момент кампании.

Учитывая далее, что

 ,

зная расчётные значения дифференциальной эффективности борной кислоты aс в различные моменты кампании, можно легко пересчитать зависимость предельной скорости ввода положительной реактивности при пуске (изображённую на рис.23.1) в зависимость скорости снижения концентрации борной кислоты (, соответствующей этой скорости высвобождения реактивности в соответствующие моменты кампании. Эта зависимость изображена на рис.23.2.

Таким образом, оператору предоставляется возможность без громоздких вычислений просто снять с графика рис.23.1 величину допустимой скорости ввода положительной реактивности, а затем, пользуясь графиком 23.2, по снятой величине найти значение предельной скорости уменьшения концентрации борной кислоты при пуске.

 W, э.с. = 0  100

 4 200

 

 г/кг/час 300

 3

 2

 1

 0 0.0005 0.0010 0.0015  0.0020 0.0025 ()пр, bэ/c

Рис.23.2. Допустимая скорость снижения концентрации борной кислоты при пуске ВВЭР-1000,

соответствующая допустимой скорости ввода положительной реактивности в различные моменты

кампании загрузки активной зоны.

Далее, если вспомнить, что скорость изменения концентрации борной кислоты в первом контуре при подпитке дистиллатом

  (23.2.1)

определяется только двумя режимными параметрами:

расходом подпитки Gп, и

 текущим значением концентрации борной кислоты в контуре С(t),

последний из которых в условиях данной задачи является пусковым значением концентрации борной кислоты Сп, то ясно, что искомое значение предельного расхода подпитки в момент достижения критичности реактора легко рассчитывается:

  , (23.2.2)

где: Сп, г/кг – ранее рассчитанное значение пусковой концентрации борной кислоты;

g, кг/м3 – средняя плотность теплоносителя в первом контуре при пуске;

V, м3 – объём теплоносителя в первом контуре.

А для того, чтобы всякий раз не заниматься вычислениями, можно заранее рассчитать и построить график этой зависимости (рис.23.3) и просто снимать с него значения предельного расхода подпитки дистиллата.

  Сп, г/кг = 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

 60

 12

 Gпр, т/ч

 50

  40

 30

 20

 10

 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

Рис.23.3. Допустимый расход подпитки первого контура дистиллатом при пуске ВВЭР-1000

при различных предельных скоростях снижения концентрации борной кислоты и различных

значениях пусковой концентрации борной кислоты.

Таким образом, сказанное не требует особых пояснений относительно алгоритма оценки допустимой величины подачи в контур дистиллата при пуске: он сводится к последовательному использованию трёх приведенных графиков, входными величинами в которые являются три параметра – момент кампании W (э.с.), пусковое положение рабочей группы ОР СУЗ Нп (%) и расчётное значение пусковой концентрации борной кислоты Сп (г/кг).

Кстати, из сказанного отнюдь не следует, что операция пуска должна от начала до конца выполняться путём подачи в контур дистиллата именно с таким расходом. Условие безопасного пуска заключается в том, что такой должна быть величина расхода подпитки контура дистиллатом в момент достижения критичности реактора. Следовательно, в предшествующий этому моменту период снижение концентрации борной кислоты можно (не нарушая требования ядерной безопасности!) выполнять при больших величинах расхода подпитки, а переходить на безопасный (меньший предельного) расход подпитки лишь на заключительной стадии пуска, когда текущее значение концентрации борной кислоты в контуре вплотную приблизится к пусковому значению, - и это позволит заметно сократить время пуска реактора.

Для этого необходимо уметь точно оценивать момент снижения текущего значения концентрации борной кислоты до её пусковой величины по времени работы подпиточных средств.

Ядерная энергетика Кинетика ядерного реактора