Jaderné systémy I (JS1) & Jaderné reaktory a parogenerátory (JR) Pavel Zácha G3-126
Hlavní komponenty a systémy JE
Dispoziční schéma primárního okruhu JE VVER 440 vertikální a horizontální řez
2
Hlavní komponenty a systémy JE
Hlavní komponenty a systémy JE Reaktorovna a její hlavní technologické systémy • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
1 – Reaktor (R) 2 – Parogenerátor (PG) 3 - Kompenzátor objemu 4 - Tlakový zásobník 5 – Tlakový zásobník 6 – Hlavní cirkulační čerpadlo (HCČ) 7 – Barbotážní nádrž 8 – Regenerační výměník čištění primárního okruhu (I.O.) 9 – Odplyňovač doplňování 10 – Odplyňovač bórové regulace 11 – Doplňovací čerpadlo 12 – Dochlazovač doplňování 13 – Chladič doplňování 14 – Chladič doplňování 15 – Nádrž SAOZ 16 – Výměník SAOZ 17 – sprchové čerpadlo 18 – Čerpadlo havarijního chlazení 19 – Čerpadlo havarijního vstřiku kyseliny borité 20 – Nádrž SAOZ 21 – Čerpadlo čistého kondenzátu 22 – Nádrž čistého kondenzátu 23 – Nádrž čistého kondenzátu 24 - Výměník systému spalování H2 25 – Kontaktní aparát systému spalování H2
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
26 – Elektrický ohřívák systému spalování H2 27 – Dmychadlo systému spalování H2 28 – Tlumící nádrž 29 – Chladič plynu 30 – Chladič odparu 31 – Čerpadlo chlazení skladovacího bazénu 32 – Výměník chlazení skladovacího bazénu 33 – Chladič organizovaných úniků 34 – Nádrž organizovaných úniků 35 – Čerpadlo nádrže organizovaných úniků 36 – Nádrž odpadních vod 37 – Čerpadlo odpadních vod 38 – Vysokoteplotní mechanický filtr 39 – Filtr SVO-2 40 – Expander odluhu PG 41 – Nádrž slivu vody z PG 42 – Čerpadlo slivu vody z PG 43 – Regenerační výměník odluhu PG 44 – Dochlazovač odluhu PG 45 – Chladič slivu vody z PG 46 – Čerpadlo vloženého okruhu HCČ 47 – Výměník vloženého okruhu HCČ 48 – Nádrž demineralizované vody (demivoda) 49 – Čerpadlo havarijního napájení PG
Hlavní komponenty a systémy JE Systémy navazující • • • • • • • • • • • • • •
TC – kontinuální čištění chladiva I.O. TK – systém doplňování a bórové regulace TP – systém rozvodu dusíku TQ – aktivní havarijní systémy a dochlazování I.O. TY – systém organizovaných úniků TN – systém čistého kondenzátu TF – vložený okruh chlazení v hermetické zóně UE10 – systém hydrozkoušek a proplachu UE30 – systém tlakování barbotážní nádrže YB – sekundární strana parogenerátoru YT – pasivní systém ochrany AZ reaktoru TV – systém odběru vzorků UR – systém sběru kyseliny borité TL – systém větrání obálky
Hlavní komponenty a systémy JE Provozní systémy - systém odvodu tepla z reaktoru (primární okruh) - systém řízení reaktivity - systém čištění vody I.O. (SVO-1) - systém doplňování vody I.O. - borové hospodářství
Technologické bezpečnostní systémy - systémy havarijního chlazení AZ - sprchový systém - systém ochrany I.O. od převýšení tlaku (kompenzace objemu) - systém havarijního odvodu paroplynové směsi z I.O. - systém spalování vodíku v kontejnmentu - sytém ochrany II.O. od převýšení tlaku - systém havarijního oddělení PG - systém havarijního napájení PG - systém chlazení důležitých komponent a prostor
Ostatní systémy - systém doplňování vody I.O. - systém kontroly řízení - systém výměny paliva - systém skladování vyhořelého paliva
Hlavní komponenty a systémy JE Systém odvodu tepla z reaktoru Schéma primárního okruhu jaderného bloku s tlakovodním reaktorem Hlavní komponenty: - reaktorová nádoba - parogenerátor(y) - hlavní cirkulační čerpadla - kompenzátor objemu - hlavní uzavírací ventily - potrubí, armatury -…
Hlavní komponenty a systémy JE Reaktorová nádoba
VVER-440
PWR
Hlavní komponenty a systémy JE Reaktorová nádoba
Hlavní komponenty a systémy JE Reaktorová nádoba
Víko tlakové nádoby
Koš AZ
Hlavní komponenty a systémy JE Regulace výkonu reaktoru
11
Hlavní komponenty a systémy JE Regulace výkonu reaktoru - pohony řídících tyčí
Hlavní komponenty a systémy JE Parogenerátor
Horizontální PG (VVER)
Hlavní komponenty a systémy JE Parogenerátor
Vertikální PG (PWR)
Hlavní komponenty a systémy JE Parogenerátor Horizontální vs vertikální PG Výhody: • rozdělovací element – válcové komory (pevnostně výhodnější, menší pnutí) • menší korozní problémy v místě spoje trubka-rozdělovací element • separace páry přirozenou sedimentací pomocí gravitačního účinku Nevýhody: • velký zastavěný půdorys • horší objemový ukazatel (více než 2x menší max. výkon oproti vertikálním PG) – vyšší investice • nutno jako celek montovat v závodě a dopravovat jako celek
Hlavní komponenty a systémy JE Hlavní cirkulační čerpadlo - radiální odstředivé 1. hermetická bezucpávková (zapouzdřená) • čerpadlo a elektromotor uloženy v hermetickém tlakovém obalu • menší výkony (v SSSR používáno u starších VVER-440 do r. 1978) • rotor se pohybuje ve vodě • výhody: -
•
není narušena hermetičnost I.O. – téměř nulový únik rad. vody
nevýhody: -
nízká účinnost (60-65%) – způsobeno zejména třením rotoru ve vodě elektromotor v radioaktivní vodě (znesnadňuje způsob oprav) malá setrvačná hmota (doběh 2-3s) – nutný vysoce spolehlivý systém napájení elektromotorů (elektrický doběh v havarijních režimech) vyšší hmotnost
Hlavní komponenty a systémy JE Hlavní cirkulační čerpadlo - radiální odstředivé 2. ucpávková s řízeným průsakem - elektromotor umístěn vně hermetického obalu - pro větší výkony (novější VVER-440, všechny VVER-1000, větší PWR), - hřídel utěsňovaný systémem hydromechanických ucpávek, zahlcování čistou vodou, setrvačník, - výhody: -
-
velká setrvačná hmota rotujících částí (doběh 120 až 130s) účinnost o 15% vyšší než u bezucpávkových čerpadel (odpadají ztráty třením rotoru ve vodě) rotor není v hermetickém prostoru, tj. není v radioaktivní vodě (snadnější chlazení i opravy)
nevýhody -
nutnost těsnění rotujícího hřídele
Hlavní komponenty a systémy JE Hlavní cirkulační čerpadlo
Porovnání jednotlivých druhů HCČ používaných na reaktorech VVER
Hlavní komponenty a systémy JE Hlavní uzavírací ventil armatury dělíme dle účelu na: - uzavírací - regulační - pojistné uzavírací ventil / šoupátko: -
-
klínový uzávěr, 2 talíře (2), 2 sedla (15) otevírání pomocí elektromotoru tlak zabezpečován kuželkou (3) pomocí pružiny (16) v uzavřené poloze je ventil utěsňován vodou (vtlačována do středního volného prostoru) – zabraňuje se unikání chladiva zavřeným šoupátkem do odstavené smyčky ovládání automatické řídícím a regulačním systémem (až 78s) nebo ručně hmotnost 7,2t
Hlavní komponenty a systémy JE Kompenzátor objemu • slouží k: -
vyrovnání tlakových změn v I.O. vyvolaných tepelnými dilatacemi chladiva udržení tlaku I.O. při větších výkyvech ze strany zařízení I.O. nebo II.O. ochraně I.O. v havarijních režimech při prudkém nárůstu tlaku
• připojen k jedné z horkých větví I.O. • reguluje se: -
tlak vody a)
b)
-
působí na regulační ventil (přívod vody ze studené větve do rozprašovacího zařízení) autotransformátor regulačních topných článků
hladiny vody -
činnost doplňovacího čerpadla řízeného regulátorem
Hlavní komponenty a systémy JE Kompenzátor objemu podle typu polštáře dělíme KO na:
• KO s plynným polštářem (N, Ar) -
používán u 1. generace reaktorů pronikání dusíku do chladiva – vznik kyseliny dusičné a dusné … vznik koroze 1,5-2x větší objem oproti KO s parním polštářem problémy s těsností pojistných ventilů (namrzání)
• KO s parním polštářem -
dnes nejrozšířenější ve skutečnosti se jedná o kombinaci parního (za provozu) a plynného polštáře (při najíždění / odstavování, kdy se snižují teploty a tlaky v I.O.)
• funkčnost KO -
-
při malých změnách tlaku – princip udržování stavu nasycených par při větších změnách tlaku – slouží elektroohříváky a sprchový systém elektroohříváky – ohřevem zvyšují teplotu chladiva v KO – dochází k odpařování – zvětší se objem par – zvýší se tlak sprchový systém – aktivuje se při výraznějším vzrůstu tlaku – ochladí parní polštář - část par zkondenzuje – sníží se objem a tlak při extrémním zvýšení tlaku v I.O. – slouží pojistný uzel, který začne přepouštět páru do barbotážní nádrže
Hlavní komponenty a systémy JE Kompenzátor objemu konstrukce KO (VVER-440): • •
•
• • •
Kompenzátor objemu reaktoru VVER-440
uhlíková ocel s antikorozní výstelkou z austenitické oceli elektroohříváky (108 ks – 1,62 MW) rozděleny do 5-ti skupin dle způsobu zapínání (spojité řízení tlaku; pro přechodové stavy – najíždění / odstavování, poruchy) sprchovací zařízení – přívod chladiva ze studené smyčky (DN100) a jeho rozstřik (vstřikovací hrdlo / trysky) tepelný štít – chrání stěny nádoby proti ostříknutí studenou vodou vývod páry a plynů do barbotážní nádrže průlez
Hlavní komponenty a systémy JE Kompenzátor objemu
Porovnání kompenzátorů objemu VVER-440 a VVER-1000
Hlavní komponenty a systémy JE Barbotážní nádrž • celý systém kompenzace objemu se skládá z: -
nádoby KO barbotážní nádrže (BN) odlehčovacího ventilu dvou pojistných ventilů spojovacího potrubí a armatury
• v případě, že tlak v I.O. vzroste nad povolenou mez, je otevřen pojistný ventil a část páry z KO je vyfouknuta do BN • barbotážní nádrž - směšovací kondenzátor (pára-voda). Pára probublává studenou vodou čímž kondenzuje a zároveň vodu ohřívá kondenzačním teplem. V případě nárůstu tlaku v barbotážní nádrži praskne pojišťovací membrána a část páry z barbotážní nádrže unikne do hermeticky uzavřeného prostoru, ve kterém je nádrž umístěna
Hlavní komponenty a systémy JE Barbotážní nádrž • velikost BN dána množstvím páry, které se z KO může za daných podmínek odfouknout (např. 2x70s … 4,2t páry) • parametry pro VVER-440: • otevírací tlak pojistného ventilu 14,5 MPa • hltnost pojistného ventilu 108 t/h • teplota vody v BN 40°C • objem vody cca 11m3 • objem dusíku cca 7m3 • tlak, při němž dojde k protržení membrány BN 1,45 MPa
Hlavní komponenty a systémy JE Pomocné systémy bezprostředně připojené k I.O. Systémy, bez nichž je provoz I.O. vyloučen
systém kompenzace objemu • plíce systém kontinuálního čištění vody I.O. • ledviny systém doplňování vody do I.O. systém borového hospodářství • kontinuální řízená infuze
Ostatní pomocné systémy Nejsou přímo spojené s I.O. a) zpracování a ukládání tekutých rad. odpadů b) ventilační a filtrační systémy (plynné rad. odpady) c) transportní, manipulační a skladovací systémy paliva d) ukládání vyhořelého jaderného paliva e) vložené okruhy (chlazení radioaktivních vod) f) dozimetrické systémy …
Ostatní pomocné systémy Transportní, manipulační a skladovací systémy paliva Systém manipulace s palivovými kazetami •
odstavení reaktoru
•
zaplavení šachty reaktoru vodou
•
otevření hradítka mezi šachtou r. a bazénem vyhořelého paliva (BVP)
•
otevření víka reaktoru (8)
•
vlastní výměna palivových kazet zavážecím strojem
•
...
Ostatní pomocné systémy Ukládání vyhořelého jaderného paliva Bazény vyhořelého paliva (BVP) •
„mokré skladování“
•
vyhořelé=použité
•
min. po dobu 5-7 let
•
Čerenkovovo záření
Ostatní pomocné systémy Ukládání vyhořelého jaderného paliva Bazény vyhořelého paliva (BVP) •
kompaktní skladovací mříže pro palivo - na JETE pro 9 tříletých kampaní + havarijní vyvezení
•
BVP u VVER-1000: - B03+B01=846 m3 - B02=198m3
Ostatní pomocné systémy Ukládání vyhořelého jaderného paliva Mezisklad vyhořelého/použitého paliva •
„suché skladování“
•
kontejnery -
pro VVER 440: CASTOR 440/84 - po naplnění 116t)
