Система компенсации давления

Система компенсации давления первого контура предназначена для:

• ограничения давления в первом контуре, вызываемого изменением температурного режима во время работы ЯЭУ;

• защиты первого контура от повышения давления, для создания давления в первом контуре в период пуска ЯЭУ;

• снижения давления в первом контуре при расхолаживании.

Система компенсации давления включает в себя сосуд высокого давления – компенсатор давления в первом контуре (КД), импульсно-предохранительные устройства (ИПУ), специальный бак для сброса пара и газа (барботер) и трубопроводы с арматурой.

Система обеспечивает поддержание давления в первом контуре в стационарных режимах и ограничение отклонений давления в переходных и аварийных режимах.

Компенсатор давления (КД) выполнен в виде вертикального сосуда, установленного на кольцевой опоре. В верхнем днище имеются люк и штуцеры под трубопроводы впрыска, под трубопроводы сброса пара через ИПУ в барботер. В нижнем днище имеется патрубок под трубопровод, соединяющий «горячую» нитку первого контура с КД. Внутри КД установлено разбрызгивающее устройство, защитный экран и блоки термоэлектрических нагревателей (ТЭН). Внутренний диаметр соединительного трубопровода выбран из условия ограничения приемлемой величины перепада давления между КД и ГЦТ в нестационарных режимах 0,39 МПа (4 кгс/см2) без разуплотнения первого или второго контуров. Из «холодной» нитки под № 1 теплоноситель отводится трубопроводом 219х20 мм для впрыска в КД. Впрыск в КД осуществляется для быстрого снижения давления в реакторе при его внезапном аварийном увеличении. Снижение происходит за счет частичной конденсации паровой подушки над уровнем в КД. На рис. 15 показано схематическое изображение системы компенсации с пояснениями по отдельным компонентам, а в табл. 10 приведены основные характеристики КД.

За счет тепла электронагревателей достигается кипение воды, а образующийся пар собирается в верхней части КД, создавая паровую подушку. Созданное в КД давление по трубопроводу ДУ-350, соединяющему нижнюю часть компенсатора с «горячей» ниткой

циркуляционной петли, передается в первый контур. По этому трубопроводу происходит перетекание части теплоносителя из первого контура в компенсатор или из компенсатора в первый контур в нормальных переходных режимах (разогрев, расхолаживание, изменение мощности) и при нарушениях работы оборудования, приводящих к изменению мощности реакторной установки.

Таблица 10.

Ограничение отклонений давления от номинального значения достигается за счет сжатия или расширения паровой подушки в КД. При снижении давления вода в компенсаторе испаряется, способствуя тем самым поддержанию давления в системе. При увеличении давления паровая подушка сжимается, в результате чего происходит конденсация пара на поверхности воды и ограничивается рост давления в системе.

При значительном снижении давления в КД паровая подушка не в состоянии полностью восстановить исходное давление в контуре, тогда включаются дополнительные группы электронагревателей. При значительном увеличении давления через сопла, расположенные в верхней части КД (в паровой подушке), подается теплоноситель из холодной нитки циркуляционной петли и происходит сжатие паровой подушки за счет конденсации пара, что замедляет или прекращает рост давления в контуре. Если, несмотря на подачу

теплоносителя в сопла, давление продолжает расти, то открываются ИПУ и сбрасывают пар в барботер, где он конденсируется. Пропускная способность ИПУ выбрана из расчета не превышения 110 % расчетного давления.

Рассмотрение работоспособности системы компенсации и выбор основных параметров оборудования, входящего в нее, был проведен из анализа проектных режимов работы реакторной установки. В результате проведенного анализа были выявлены определяющие режимы с точки зрения работоспособности системы. В качестве определяющего режима был принят режим сброса нагрузки энергоблока со скоростью 200 % от номинальной мощности в секунду со 100 % номинальной мощности до уровня собственных нужд. Определяющими режимами с максимальной потерей объёма теплоносителя были приняты режим ложного срабатывания аварийной защиты реактора (аварийная защита первого рода) и режим разрыва паропровода из КД в барботер.

Размеры компенсатора давления выбраны так, что не допускается:

• кипение теплоносителя ни в одной точке первого контура, за исключением незначительного неравновесного кипения в верхней части активной зоны;

• срабатывание импульсно-предохранительных клапанов;

• обнажение электронагревателей, или срабатывание аварийной подпитки, или появление сигнала на пуск системы аварийного охлаждения активной зоны в следующих режимах:

• плановые изменения мощности в пределах от нагрузки собственных нужд до полной мощности и от полной мощности до нагрузки собственных нужд;

• быстрое отключение реактора;

• сброс нагрузки турбин до уровня собственных нужд без бы-строго отключения реактора;

• отключение одного или двух главных циркуляционных насосов без плановых изменений мощности в пределах от нагрузки собственных нужд до 100 % номинала и обратно;

• быстрое отключение реактора;

• сброс нагрузки турбин до уровня собственных нужд без быстрого отключения реактора;

• отключение одного или двух главных циркуляционных насосов без быстрого отключения реактора.

Пределы изменения давления в КД в вышеперечисленных режимах составляют 17,6 – 11,7 МПа (180–120 кгс/см2). Компенсатор давления может обеспечить поддержание давления в первом контуре в режимах с нарушениями условий нормальной эксплуатации и в аварийных ситуациях без некомпенсированных течей, заранее оговоренных проектом. В случае некомпенсированных течей первого контура, течей из первого контура во второй и ложного впрыска в КД из системы подпитки при температуре воды 60-70 °С КД перестает выполнять свои функции. Соотношение водяного и парового объемов КД выбрано из условия, что ни в одном из проектных режимов, за исключением режимов аварийного разуплотнения первого и второго контуров, не происходит заброса пара в первый контур из КД и оголения электронагревателей. Мощность электрических нагревателей обеспечивает проектную скорость разогрева КД в период пуска реакторной установки и поддержание давления во время работы на мощности. КД совместно с системой подпитки продувки обеспечивает снижение давления в первом контуре при расхолаживании установки в плановых и аварийных режимах без некомпенсированных течей.

В систему компенсации входит устройство под названием: барботер. Барботер обеспечивает прием пара из КД без разрыва предохранительной мембраны в режимах нормальной эксплуатации и в режимах с нарушением нормальных условий эксплуатации. Суммарная пропускная способность разрывных предохранительных мембран выбрана из условия обеспечения принятия пара при расходе через все предохранительные клапаны КД.

Барботер – горизонтальный цилиндрический сосуд с эллиптическими днищами. В его водяном объеме размещены два коллектора, в которые сбрасываются пар при срабатывании ИПУ и протечки пара через ИПУ. На каждом коллекторе имеются сопла для эффективной конденсации пара. Барботер имеет две мембраны, которые разрываются, если ИПУ не закрывается после срабатывания. Полный объем барботера равен 30 м3, из них 20 м3 занимает вода. Газовый объем барботера постоянно вентилируется азотом для исключения образования взрывоопасной смеси водорода.

Импульсно-предохранительное устройство состоит из главного предохранительного клапана, двух импульсных клапанов, электротехнических устройств и трубопроводов связи. Главный предохранительный клапан открывается после открытия импульсного клапана. Импульсный клапан получает сигнал на открытие от датчиков давления при повышении давления установки. На КД установлено три ИПУ, одно является контрольным и настроено на давление 17,76 МПа. Два других являются рабочими и настроены на давление 18,24 МПа. Одно из трех ИПУ снабжено устройством для принудительного открытия главного предохранительного клапана оператором в тех случаях, когда аварийная ситуация требует принудительного снижения давления в контуре.

Сопла КД соединены трубопроводом с холодной ниткой петли ГЦТ. Впрыск теплоносителя в паровое пространство КД производится или с напора работающего ГЦН, или от системы подпитки первого контура.