Система защиты парогенераторов

В соответствии с принятой классификацией в парогенераторах возможны следующие виды течей воды в натрий: 1) малые течи — протечки до 0,1 мг/с; сопровождаются достаточно медленным эрозиоино-коррозионным повреждением трубок, окружающих дефект­ную; 2) средние течи — протечки от 0,1 г/с до 1 кг/с; сопровождаются образо­ванием в зоне реакции факела продуктов взаимодействия с очень высокой тем­пературой, быстрым разрушением смежных трубок в результате растворения металла, загрязнением натрия второго контура; 3) большие течи — протечки бо­лее 1 кг/с (соответствуют полному разрыву одной трубки); сопровождаются сильными гидродинамическими эффектами, создающими значительные нагрузки на конструкции второго контура, а именно — волнами давления в самом ПГ и соответствующей петле, колебаниями уровней натрия в газовых полостях петли; кроме того, происходит сильное загрязнение натрия и всего оборудования вто­рого контура коррозионными продуктами взаимодействия.

При проектировании ПГ постулируется возможность возникновения всех ука­занных типов течей, включая большую течь, за время службы ПГ. Поэтому ПГ должен быть оснащен специальными системами для своевременного обна­ружения течи и принятия мер по ограничению масштабов и последствий взаимо­действия натрия с водой. Указанные функции выполняются системой аварий­ной защиты ПГ (САЗ-ПГ). Эта система включает разно­образные средства контроля течей; предохранительные устройства для ослабле­ния (гашения) гидродинамических эффектов, возникающих во втором контуре при больших течах; быстродействующую натриевую, водяную и паровую запор­ную арматуру на коммуникациях каждой секции ПГ; сбросные емкости (баки) и сепаратор.

При обнаружении течи САЗ-ПГ выполняет следующие защитные операции: быстрое отсечение ПГ (текущей секции) по второму и третьему контурам с од­новременным открытием сбросных линии по воде и натрию; осушение ПГ по третьему контуру и заполнение его циркулирующим азотом под давлением, ис­ключающим протечки натрия через дефект в третий контур; прекращение при­нудительной циркуляции натрия второго контура путем выключении ГЦН; экс­тренный слив натрия с продуктами реакции из ПГ и замену натрия аргоном (при большой течи). Одновременно с указанными операциями в случае большой течи срабатывает аварийная защита реактора. После этого может быть про­ведено вскрытие дефектного ПГ, его ремонт или полная замена.

Сдренированный натрий сепарируется с целью отделения газообразного во­дорода, очищается от примесей и возвращается в систему приемки теплоносите­ля. Водород эвакуируется в атмосферу через вентиляционную систему. Отметим, что при малых, медленно развивающихся течах необходимые защитные меро­приятия могут быть выполнены оператором до срабатывания САЗ-ПГ с тем, чтобы осуществить более медленный сброс давления в системах второго и треть­его контуров и избежать чрезмерных термомеханических ударов в оборудовании. При уверенном контроле малой течи и секционной схеме ПГ реактор может продолжать работать иа всех петлях после отсечения дефектной секции.

Требования к чувствительности штатных индикаторов течи, быстродействию предохранительных устройств, характеристикам сбросного и сепарациониого обо­рудования САЗ-ПГ определяются в первую очередь исходя из условий макси­мального ограничения давления во втором контуре и масштабов повреждения трубной системы ПГ в случае большой течи. При использовании секционных па­рогенераторов САЗ-ПГ должна обеспечить локализацию аварийных эффектов в пределах дефектной секции. В режиме «малая течь» время обнаружения повреж­дения и опорожнения пароводяной части ПГ должно быть меньше времени сквозного повреждения трубок, окружающих дефектную. Для этого необходимо, чтобы чувствительность системы индикации течей была менее 0,1 г H₂O/c. Конт­роль малых течей воды в натрий осуществляется по измерению концентрации водорода в натрии, выходящем из ПГ, и в газовых полостях ПГ (буферной ем­кости). Соответствующие датчики основаны на явлении диффузии водорода в вакуумную полость через тонкую никелевую мембрану. На этом принципе в про­мышленных условиях достигнута чувствительность % водорода по массе в натрии и около % по объему в газе. Контроль больших течей осуществля­ется по гидравлическим эффектам во втором контуре, например по давлению ирасходам натрия в ПГ. Ведутся разработки других, более эффективных методов контроля течей, в частности акустического с использованием датчиков ускорений, установленных на корпусе ПГ. Этот метод имеет быстродействие порядка не­скольких секунд, что особенно важно для индикации больших, быстро развиваю­щихся течей.

В качестве предохранительных средств в САЗ-ПГ используются мембранно-разрывиые устройства (МРУ), срабатывающие при отказах быстродействующей пароводяной арматуры и большом повышении давления в натриевой или газо­вой полостях ПГ. Разрыв мембраны сообщает ПГ со специальной сбросной ем­костью большого объема, обеспечивая быстрое гашение давления за счет слива натрия из петли (секции ПГ). В нормальном состоянии сбросные емкости за­полнены инертным газом. Эффект гашения давления при срабатывании МРУ тем выше, чем меньше гидравлическое сопротивление соединительных линий. С этой точки зрения целесообразно стремиться к увеличению диаметра и уменьшению протяженности трубопроводов, связывающих ПГ со сбросными емкостями.Сбросные баки связаны с ПГ через буферную емкость, которая в случае аварии осуществляет предвари­тельную приемку и сепарацию сдреннрованного натрия, а затем транзитную эвакуацию его в сбросные баки.