РБМК-1000 (40)
Основу активной зоны РБМК-1000 составляет графитовый цилиндр высотой 7 м и диаметром 11,8 м, сложенный из блоков меньшего размера, который выполняет роль замедлителя. Графит пронизан большим количеством вертикальных отверстий, через каждое из которых проходит труба давления (также называемая технологическим каналом (ТК)). Центральная часть трубы давления, расположенная в активной зоне, изготовлена из сплава циркония с ниобием (Zr + 2,5 % Nb), обладающего высокой механической и коррозионной устойчивостью, верхние и нижние части трубы давления — из нержавеющей стали. Циркониевая и стальные части трубы давления соединены сварными переходниками.
При проектировании энергоблоков РБМК, в силу несовершенства расчётных методик, был выбран неоптимальный шаг решётки каналов. В результате реактор оказался несколько перезамедлен, что приводило к положительным значениям парового коэффициента реактивности в рабочей области, превышающим долю запаздывающих нейтронов. До аварии на Чернобыльской АЭС используемая методика расчёта кривой парового коэффициента реактивности (программа BMP), показывала, что несмотря на положительный ПКР в области рабочих паросодержаний, по мере роста паросодержания эта величина меняет знак, так что эффект обезвоживания оказывался отрицательным. Соответственно состав и производительность систем безопасности проектировалась с учётом этой характеристики. Однако, как оказалось после аварии на Чернобыльской АЭС, расчётное значение парового коэффициента реактивности в областях с высоким паросодержанием было получено неверно: вместо отрицательного, он оказался положительным. Для изменения парового коэффициента реактивности был выполнен ряд мероприятий, в том числе в некоторые каналы вместо топлива установлены дополнительные поглотители. В последующем, для улучшения экономических показателей энергоблоков с РБМК дополнительные поглотители извлекались, для достижения заданных нейтроно-физических характеристик стали применять топливо более высокого обогащения с выгорающим поглотителем (оксид эрбия).
В каждом топливном канале установлена кассета, составленная из двух тепловыделяющих сборок (ТВС) — нижней и верхней. В каждую сборку входит 18 стержневых твэлов. Оболочка твэла заполнена таблетками из диоксида урана. По первоначальному проекту обогащение по урану-235 составляло 1,8 %, но, по мере накопления опыта эксплуатации РБМК, оказалось целесообразным повышать обогащение. Повышение обогащения в сочетании с применением выгорающего поглотителя в топливе позволило увеличить управляемость реактора, повысить безопасность и улучшить его экономические показатели. В настоящее время осуществлён переход на топливо с обогащением 2,8 %.
Реактор РБМК работает по одноконтурной схеме. Циркуляция теплоносителя осуществляется в контуре многократной принудительной циркуляции (КМПЦ). В активной зоне вода, охлаждающая твэлы, частично испаряется и образующаяся пароводяная смесь поступает в барабаны-сепараторы. В барабан-сепараторах происходит сепарация пара, который поступает на турбоагрегат. Остающаяся вода смешивается с питательной водой и с помощью главных циркуляционных насосов (ГЦН) подается в активную зону реактора. Отсепарированный насыщенный пар (температура
284 °C) под давлением 70—65 кгс/см2 поступает на два турбогенератора электрической мощностью по 500 МВт. Отработанный пар конденсируется, после чего, пройдя через регенеративные подогреватели и деаэратор, подается с помощью питательных насосов (ПЭН) в КМПЦ.
Реакторы РБМК-1000 установлены на Ленинградской АЭС, Курской АЭС, Чернобыльской АЭС, Смоленской АЭС.
Источник
Тепловая мощность реактора рбмк
Как взорвать РБМК, часть 2
Испытания по выбегу турбогенератора было решено начать, видимо, в 01:23:00. К этому моменту энергоблок подошел со следующими параметрами:
Тепловая мощность реактора 200 МВт;
Электрическая мощность 40 МВт;
Давление в КМПЦ ВК 63/64 кг/см2;7
Температура воды на входе в ГЦН 280.8/283.2 С.
Третья строчка показывает давление в контуре охлаждающей воды, принудительно циркулирующей в РБМК-1000 (КМПЦ — контур многократной принудительной циркуляции, цифры через дробь — левая/правая половина реактора) и оно ниже номинала. Температура воды (следующее строчка) близка к закипанию при этом давлении, на 20 градусов выше номинала. Это сыграет ключевую роль в развитии аварии.
Итак, испытания начались. В 01:23:04 закрыты стопорные клапана ТГ-8, и начался совместный выбег турбогенератора ТГ-8 с ГЦН №.13,14,23,24. Включение в работу дизель-генератора и ступенчатый набор нагрузки закончилось к 01:23:44 и в течение этого времени электроснабжение указанных ГЦН осуществлялось за счет выбега турбогенератора.
Остатки технологических каналов и графитовой кладки на периметре АЗ 4 блока АЭС.
Наконец, видя успешное завершение эксперимента по выбегу операторы нажимают в 1:23:40 кнопку ввода АЗ-5 (аварийной защиты реактора), после чего все 191 поглощающих стержня СУЗ, практически полностью извлеченных к этому моменту из реактора начинают идти вниз. Это становится последней каплей — за несколько секунд происходит развитие аварии, после чего мощным взрывом реактор и значительный кусок здания раскидывает по окрестностям.
Надо отметить, что эксперимент удался, и выбегавший ТГ поддержал расход охлаждающей воды через реактор. Но побочные эффекты в виде взрыва блока препятствовали дальнейшему внедрению подобной технологии в практику других АЭС с РБМК.
Прежде чем перейти к подробному разбору, что же произошло в активной зоне, приведу длинную цитату участника тех испытаний, заместителя начальника турбинного цеха 4 блока Р.И. Давлетбаева
-Акимов запросил операторов о готовности, после чего представитель испытаний от предприятия «Донтехэнерго» Метленко скомандовал: «Внимание, осциллограф» пуск».
По этой команде Киршенбаум закрыл стопорные клапаны турбины, я стоял рядом с ним и наблюдал по тахометру за оборотами ТГ-8. Как и следовало ожидать, обороты быстро падали за счет электродинамического торможения генератора. (Я описываю только события, касающиеся турбинного цеха, на котором было сосредоточено мое внимание, хотя оперативные действия выполнялись в основном по блочному оборудованию). Когда обороты турбогенератора снизились до значения, предусмотренного программой испытаний, генератор развозбудился, т. е. блок выбега отработал правильно, прозвучала команда начальника смены блока Акимова заглушить реактор, что и было выполнено оператором блочного щита управления.
Однако, как впоследствии выяснилось, несмотря на начавшееся движение вниз поглощающих стержней, произошел неконтролируемый разгон реактора. Через некоторое время (сколько секунд прошло — не запомнил) послышался гул. Работая на АЭС на разных должностях, я не раз оказывался в различных нештатных ситуациях, в том числе и сопровождающихся сильными шумами. Но этот гул был совершенно незнакомого характера, очень низкого тона, похожий на стон человека. О подобных эффектах рассказывают обычно очевидцы землетрясений и вулканических извержений. Сильно шатнуло пол и стены, с потолка посыпалась пыль и мелкая крошка, потухло люминесцентное освещение, установилась полутьма, горело только аварийное освещение, затем сразу же раздался глухой удар, сопровождавшийся громоподобными раскатами. Освещение появилось вновь, все находившиеся на БЩУ-4 были на месте, операторы окриками, пересиливая шум, обращались друг к другу, пытаясь выяснить, что же произошло, что случилось.
Дятлов, находившийся в это время между столом начальника смены блока и панелями систем безопасности, громко скомандовал: «Расхолаживаться с аварийной скоростью!» Первое, что пришло мне в голову, это мысль, что взорвался деаэратор, находящийся над БЩУ-4, однако, осмотрев самописцы уровней и давления в деаэраторах, я понял, что дело не в них. Это меня несколько успокоило, потому что к этому моменту основное оборудование турбинного цеха было уже отключено и опасений, как будто, не вызвало. И напрасно, В этот момент на БЩУ-4 вбежал машинист паровой турбины (МПТ) Вячеслав Бражник (умер от лучевой болезни в 6-й клинической больнице в мае 1986 г.) и громко крикнул: «В машзале пожар, вызывайте пожарную машину», и тут же без дальнейших объяснений убежал обратно в машзал. За ним побежал я и сразу же у входа в машзал увидел свисающие куски железобетона и обрывки металлоконструкций. Держась ближе к стене, я вышел на площадку отметки +12,0 ТГ-8.
Вот что я увидел. Кровля над турбиной № 7, а также по ряду «Б» над питательной системой, над шкафами электрических сборок арматуры ТГ-7, над помещением старшего машиниста была местами проломлена и обрушена. Часть ферм свисала, одна из них на моих глазах упала на цилиндр низкого давления ТГ-7, Откуда-то сверху доносился шум истечения пара, хотя в проломы кровли не было видно ни пара, ни дыма, ни огня, а видны были ясные светящиеся звезды в ночном небе. Внутри машинного зала на различных отметках возникли завалы, состоящие из разрушенных металлоконструкций, обрывков кровельного покрытия и железобетона. Из-под завалов шел дым. Наиболее крупный завал образовался на цилиндрах и по бортам седьмой турбины. В окнах машзала по ряду «А» выбило много окон, стекла высыпались на проходы отм. +12; 0.0. Потолочное освещение в ячейке ТГ-7 не горело. Из раскрытого от повреждения фланца на всасывающем трубопроводе питательного насоса 4ПН-2 била мощная струя горячей воды и пара, доходящая до стены конденсатоочистки. Сквозь клубы пара были видны сильные всполохи огня на площадке питательных насосов отм. +5.0, причем красные цвета перемежались с фиолетовыми. Что там горело, я рассмотреть не смог, приблизиться близко к струе было невозможно — обдавало горячим паром. От всех завалов, в том числе от маслосистемы смазки и регулирования, от цилиндра высокого давления, от частично заваленного главного маслоблока вверх шел дым.
Разрушенный машзал и турбогенераторы 4 энергоблока.
Но вернемся на 10 минут назад, к нажатию кнопки АЗ-5. Наиболее правдоподобная версия взрыва реактора выглядит так
Неудачная конструкция поглощающих стержней, которые имею в нижней части графитовый цилиндр (это нужно, что бы вытеснять воду из рабочего канала СУЗ, что в свою очередь снижает паразитное поглощение нейтронов, пока стержень поднят) приводит к тому, что при движении вниз в верхней части активной зоны вводится отрицательная реактивность, а в нижней — положительная, до 0,6 β. Само это явление не катастрофично, если бы не еще одна особенность РБМК
Положительный паровой коэффициент реактивности (ПКР), т.е. появление в реакторе положительной реактивности при росте количества пара в теплоносителе. Интересно, что выбранный шаг решетки каналов (25 см) имел положительный ПКР, а меньший (20 см) и больший (30 см) — нет. Так вот, в обычных условиях пар появляется в текущей воде в верхней трети активной зоны, но загнав реактор в ненормальные условия по температуре и давлению теплоносителя операторы добились подкипания воды практически на входе в АЗ (снизу). Кроме того, важной оказалась малая мощность РБМК, что увеличивает значение ПКР из-за развала активной зоны на несколько слабо связанных “реакторов” (из-за общего снижения нейтронного потока).
И конструкция твэла. Между топливными таблетками (2) оставлены полости для выхода газообразных продуктов деления (ГПД), в т.ч. гелия и ксенона. Рабочее давление ГПД — 17 атмосфер.
Сочетания этих двух факторов привели в первые секунды ввода стержней АЗ к образованию локального “пузыря” надкритичности, где произошел разгон на мгновенных нейтронах. Однако с ростом температуры топлива его реактивность падает, поэтому мощность рисует “акулий плавник”. Тем не менее разогретые за секунду до нескольких тысяч градусов таблетки разрушаются, а за ними лопается и твэл. Подобная авария уже произошла 13 декабря 1975 года на Ленинградской АЭС, но там температура и давление воды не дали произойти аварии такого же масштаба, как на Чернобыльской АЭС в 1986.
Выброшенное из ТВС топливо прожигает циркониевые стенки технологических каналов — вертикальных трубок диаметром 80 мм, которыми пронизан РБМК, в которых находятся ТВС, ходят стержни СУЗ и т.п. — всего их в реакторе 1661 штука. Происходит разгерметизация тракта теплоносителя и начинается его бурное кипение в графитовую кладку. При этом обезвоживание каналов продолжает вносить положительную реактивность, поддерживая энерговыделение в разрушенных технологических каналах. Но хуже другое:
Ввод положительной реактивности системой СУЗ на ЧАЭС — тормоза, которые разгоняют. Из отчета МАГАТЭ INSAG-7.
Нарастающее давление пара в реакторной кладке приподнимает верхнюю плиту пароводяных коммуникаций (так называемую “схему Е”) и биозащиты весом 3000 тонн, и обрывает все остальные трубы технологических каналов. Похоже, что именно этот момент был слышен в комнате управления как “низкий звук, похожий на стон”
Происходит бурное вскипание теплоносителя во всех каналах реактора, вбрасывающее большое количество положительной реактивности — и весь реактор разгоняется на мгновенных нейтронах, за секунду развивая мощность в тераватты.
Через долю секунды вся эта мощность перестает выделятся из-за потери геометрии реактора и отрицательных температурных коэффициентов реактивности, но за это время успеет выделится по разным оценкам 100-200 гигаджоулей ядерной энергии, которые пойдут разными путями разрушать энергоблок. Темп событий вновь обретет человеческий масштаб.
Запись разговоров пожарной диспечерской ночью 26 апреля 1986 года
Источник
КОНСТРУКЦИЯ РЕАКТОРА РБМК–1000. От А до Я. Часть 1.1.
Добрый день пикабушник! Решил начать писать про самый известный и нашумевшим реактором. Всего будет 25 частей( если конечно зайдет, гы-гы). В конце которого вы поймете конструкцию, полные характеристики данного реактора. АХТУНГ АХТУНГ!МНОГА БУКАФ!!
Первую лекцию посвятим петле циркуляции теплоносителя.
Устройство, в котором происходит управляемая цепная реакция, называется ядерным реактором. Энергия, образующая в результате деления тяжелых ядер, выделяется в реакторе в виде теплоты, которая затем может быть преобразована в энергию другого вида. Первый ядерный реактор, в котором была осуществлена управляемая реакция, был пущен в США в 1942 году под руководством Э. Ферми. В Советском Союзе первый исследовательский ядерный реактор начал работать в 1946 г. В его создании участвовала группа физиков, руководимая И.В. Курчатовым.
Реактор РБМК-1000 тепловой мощностью 3200 МВт представляет собой систему, в которой в качестве теплоносителя используется легкая вода, в качестве топлива — двуокись урана.
Комплекс оборудования, включающий в себя ядерный реактор, технические средства, обеспечивающие его работу, устройства вывода из реактора тепловой энергии и преобразования ее в другой вид энергии, как правило, называют ядерной энергетической установкой. Приблизительно 95% энергии, выделяющейся в результате реакции деления, прямо передается теплоносителю. Около 5% мощности реактора выделяется в графите от замедления нейтронов и поглощения гамма квантов.
Реактор оснащен двумя одинаковыми петлями охлаждения. К каждой петле подключено по 840 параллельных вертикальных каналов с тепловыделяющими сборками (ТВС).
Петля охлаждения имеет четыре параллельно включенных главных циркуляционных насоса (три работающих, подающих по 7000 т/ч воды с напором 1,5 МПа, и один резервный).
Вода в каналах нагревается до кипения и частично испаряется. Пароводяная смесь со средним массовым паросодержанием 14% отводится через верхнюю часть канала и пароводяную коммуникацию в два горизонтальных гравитационных сепаратора. Отделенный в них сухой пар (влажность не более 0,1%) при давлении 7 МПа поступает из каждого сепаратора по двум паропроводам в две турбины мощностью по 500Мвт (эл.), а вода после смешения с конденсатом пара по 12 опускным трубам подается во всасывающий коллектор ГЦН.
Конденсат отработавшего в турбинах пара возвращается питательными насосами через сепараторы в верхнюю часть опускных труб.
Теплоноситель поступает в топливные каналы снизу при температуре 2700С. Расход теплоносителя по каждому топливному каналу может регулироваться независимо индивидуальным запорно-регулирующим клапаном.
Основные принципы и критерии обеспечения безопасности
Основным принципом обеспечения безопасности, положенным в основу проекта реакторной установки РБМК-1000, является не превышение установленных доз по внутреннему и внешнему облучению обслуживающего персонала и населения, а также нормативов по содержанию радиоактивных продуктов в окружающей среде при нормальной эксплуатации и рассматриваемых в проекте авариях.
Комплекс технических средств обеспечения безопасности реакторной установки РБМК-1000 осуществляет выполнение функций:
— надежного контроля и управления энергораспределением по объему активной зоны;
— диагностики состояния активной зоны для своевременной замены потерявших работоспособность конструктивных элементов;
— автоматического снижения мощности и останова реактора в аварийных ситуациях;
— надежного охлаждения активной зоны при выходе из строя различного оборудования;
— аварийного охлаждения активной зоны при разрывах трубопроводов циркуляционного контура, паропроводов и питательных трубопроводов.
— обеспечения сохранности конструкций реактора при любых исходных событиях;
— оснащения реактора защитными, локализующими, управляющими системами безопасности и отвода выбросов теплоносителя при разгерметизации трубопроводов из реакторных помещений в систему локализации;
— обеспечения ремонтнопригодности оборудования в процессе эксплуатации реакторной установки и при ликвидации последствий проектных аварий.
В процессе проектирования первых реакторных установок РБМК-1000 был сформирован перечень исходных аварийных событий и проанализированы наиболее неблагоприятные пути их развития. На основе опыта эксплуатации РУ на энергоблоках Ленинградской, Курской и Чернобыльской АЭС и по мере ужесточения требований к безопасности АЭС, которое имеет место в мировой энергетике вообще, первоначальный перечень исходных событий значительно расширен.
Перечень исходных событий применительно к реакторным установкам РБМК-1000 последних модификаций включает более 30 аварийных ситуаций, которые могут быть разделены на 4 основных принципа:
— ситуации с изменением реактивности;
— аварии в системе охлаждения активной зоны;
— аварии, вызванные разрывом трубопроводов;
— ситуации с отключением или отказом оборудования.
В проект реакторной установки РБМК-1000 при анализе аварийных ситуаций и разработке средств обеспечения безопасности заложены в соответствии с ОПБ-82 следующие критерии безопасности:
1. в качестве максимальной проектной аварии рассматривается разрыв трубопровода максимального диаметра с беспрепятственным двухсторонним истечением теплоносителя при работе реактора на номинальной мощности;
2. 1-проектный предел повреждения твэлов для условий нормальной эксплуатации составляет:1% твэлов с дефектами типа газовой неплотности и 0,1% твэлов с прямым контактом теплоносителя и топлива;
3. 2-проектный предел повреждения твэлов при разрывах трубопроводов циркуляционного контура и включении системы аварийного охлаждения устанавливает:
— температуру оболочек твэлов — не более 1200 °С;
— локальную глубину окисления оболочек твэлов — не более 18 % первоначальной толщины стенки;
— долю прореагировавшего циркония — не более 1 % массы оболочек твэлов каналов одного раздаточного коллектора;
4. должна быть обеспечена возможность выгрузки активной зоны и извлекаемость технологического канала из реактора после МПА.
Назначение реактора РБМК-1000
Реактор РБМК-1000 — гетерогенный, уранграфитовый, кипящего типа, на тепловых нейтронах предназначен для выработки насыщенного пара давлением 70 кг/см2. Теплоноситель — кипящая вода.
Разрез блока с реактором РБМК-1000
Реактор состоит из набора вертикальных каналов, вставленных в цилиндрические отверстия графитовых колонн, и верхней и нижней защитных плит. Легкий цилиндрический корпус (кожух) замыкает полость графитовой кладки.
Кладка состоит из собранных в колонны графитовых блоков квадратного сечения с цилиндрическими отверстиями по оси. Кладка опирается на нижнюю плиту, которая передает вес реактора на бетонную шахту. Топливные каналы и каналы регулирующих стержней проходят через нижние и верхние металлоконструкции. Приводы регулирующих стержней расположены над активной зоной в районе верхней защитной конструкции реакторного зала.
Реактор размещен в центральной части блока “А” в бетонной шахте квадратного сечения размером 21 6 21 6 25 5 м (оси 27-31 ряды И-Н).
По обе стороны ЦЗ симметрично вертикальной плоскости проходящей через центр реактора и направленной в сторону БВ расположены помещения основного оборудования петель ГЦН БС шахты опускных трубопроводов помещения коллекторов ГЦН.
Над сепараторами размещены паровые коллекторы. Под плитным настилом расположены коммуникации трубопроводов ПВК.
Трубопроводы НВК размещены в помещениях РГК и под схемой “ОР”.
РБМК-1000 собственной персоной
Основные технические характеристики реактора
В следующий части мы поговорим о металлоконструкции схемы и плитный настил.
Спасибо за время внимание!
Специально для пикабу! Баян ругался на бровастика.
Начал читать и разочаровался. Если ты изображаешь гуру — не делай ошибок, а они у тебя почти через строку. Каналов совсем не 840 на каждой стороне реактора. На … Читать ещё
Листал ленту, вижу «КОНСТРУКЦИЯ РЕАКТОРА РБМК–1000. От А до Я.». Думаю: «пф, да нахера мне это сдалось?». И сразу после картина в голове: -О нет! РЕАКТОР РБМК–… Читать ещё
Источник