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 b_э) 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 b_э (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 (Н_п) 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 Н_п в графическом виде выглядит так:

0.0025

Н_п=

0.002 80%

0.0015

70%

0.001

0.0005 60%

50%

40%

0 50 100 150 200 250 W, э.с.

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 Н_п 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 a_с 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

0 0.0005 0.0010 0.0015 0.0020 0.0025 ( )_пр, b_э/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 G_п, и

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

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

, (23.2.2)

где: С_п, г/кг – ранее рассчитанное значениепусковой концентрации борной кислоты;

g, кг/м³ – средняяплотность 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.

С_п, г/кг = 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

60

G_пр, т/ч

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 Н_п (%) и расчётное значение пусковой концентрации борной кислоты С_п (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.