Реактор с оборудованием первого контура

Техническая характеристика

Тип реактора - ядерный реактор на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем в первом контуре и интегральной компоновкой основного оборудования первого контура.

Рабочая среда:

- теплоноситель "Натрий реакторной чистоты для реактора БН;

- технические требования и методы контроля примесей в соответствии с ОCT 95 10592-2003;

- защитный газ ‑ аргон высшего сорта по ГОСТ 10157-79.

Основные характеристики реактора приведены в таблице 3.1.

Компоновка реактора

Реактор БН-1200 имеет интегральную компоновку, т.е. активная зона реактора, первичная радиационная защита и оборудование первого контура размещаются в корпусе реактора, имеющем нижний опорный узел

В корпусе реактора размещается следующее оборудование первого контура:

- активная зона с внутриреакторным хранилищем отработавших ТВС;

- промежуточные теплообменники натрий-натрий (4 шт.);

- главные циркуляционные насосы первого контура (4шт.);

- напорные трубопроводы ГЦН-1;

- напорная камера;

- автономные теплообменники САОТ (4 шт.);

- комплекс механизмов перегрузки (1 шт.);

- исполнительные механизмы СУЗ;

- блоки ионизационных камер с подвесками (6 шт.);

- уровнемеры для измерения уровня натрия в реакторе (3 шт.);

- фильтр - ловушки окислов натрия (3 шт.);

- система КГО;

- система контроля качества натрия первого контура;

- контрольно-измерительные приборы.

Основное оборудование реактора (ГЦН и ПТО) устанавливается на опоры насосов и теплообменников, которые привариваются к верхней плите опорного пояса. Вес активной зоны воспринимается нижней частью опорного пояса. На центральной горловине крыши корпуса устанавливаются поворотные пробки, а на конической части крыши устанавливаются АТО, фильтр-ловушки, уровнемеры и блоки ионизационных камер.

В реакторе выполнены раздельные всасывающие полости ГЦН-1, т.е. насосы и теплообменники разделены на 4 петли. Разделение на петли выполнено за счет радиальных ребер верхней части опорного пояса, которые между петлями выполнены без окон.

Реактор размещается в шахте реактора, в которой предусмотрен зазор между стальной облицовкой шахты и теплоизоляцией страховочного корпуса ~ 700 мм. Для снижения температуры бетона предусмотрено воздушное охлаждение шахты.

Сверху шахту перекрывает верхняя неподвижная защита, на которой вокруг центральной горловины корпуса установлен защитный колпак.

Корпус реактора соединен трубопроводами с баками-компенсатороми, с оборудованием вспомогательных систем первого контура (газовой и натриевой систем заполнения и системы КГО) и с предохранительными устройствами, обеспечивающими защиту полости реактора и полости страховочного корпуса реактора от повышения давления сверх допустимого.

Корпус реактора

Корпус реактора предназначен для размещения внутрикорпусного оборудования, натрия и аргона первого контура.

Основные технические характеристики корпуса реактора представлены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Основные технические характеристики корпуса реактора

Наименование характеристики	Величина
1 Диаметр, мм
2 Высота, мм
3 Материал	Сталь типа 08Х18Н9 и 08Х16Н11М3
4 Масса, т

 

 

 

1 - Фильтр – ловушка	2 - Циркуляционный насос
3 - Автономный теплообменник	4 - Промежуточный теплообменник
5 - ИК контроля энергетического уровня мощности	6 - ИК контроля подкритического состояния

 

Рисунок 3.4 - Реактор БН-1200. Вид сверху

 

 

 

 

 

1 - Промежуточный теплообменник	2 - Основной корпус
3 - Страховочный корпус	4 - Опорный пояс
5 - Напорная камера	6 - Устройство сбора топлива
7 - Активная зона	8 - Напорный трубопровод
9 - Главный циркуляционный насос	10 - Поворотные пробки
11 - Исполнительные механизмы СУЗ	12 - Механизм перегрузки

 

Рисунок 3.5 - Реактор БН-1200. Разрез по ПТО и ГЦН

1 - Напорная камера	2 - Активная зона
3 - Напорный трубопровод АТО	4 - АТО
5 - ЭХДВ	6 - ИК контроля энергетического уровня мощности
7 - ИК контроля подкритического состояния

 

Рисунок 3.6 - Реактор БН-1200. Разрез по АТО и ИК

 

 

1 - Фильтр - ловушка	2 - Уровнемер
3 - Механизм перегрузки	4 - Перегрузочная машина

 

Рисунок 3.7 - Реактор БН-1200. Разрез по фильтр – ловушке и элеватору

Основной корпус представляет собой вертикальный цилиндрический бак, имеющий конусную крышу и эллиптическое днище с опорным кольцом.

Крыша корпуса имеет центральную горловину с силовым фланцем, к которому приварена опорная обечайка поворотных пробок. Кроме центральной горловины на крыше корпуса размещены следующие патрубки:

- четыре патрубка для проходки теплообменников;

- четыре патрубка для проходки насосов первого контура;

- один патрубок для проходки элеватора и машины перегрузочной;

- три патрубка под уровнемеры;

- два патрубка под внутрибаковые ионизационные камеры;

- три патрубка под фильтр – ловушки;

- четыре патрубка под автономные теплообменники САОТ.

Цилиндрическая часть корпуса и эллиптическое днище приварены к опорному кольцу, с помощью которого корпус через опорную обечайку корпуса, опорное кольцо и опорную обечайку страховочного корпуса жестко связан с фундаментной опорой шахты реактора.

Геометрические размеры опорного узла корпуса реактора выбраны таким образом, что весовые нагрузки от внутрикорпусных конструкций и поворотных пробок, а также давления натрия, не вызывают дополнительного кручения опорных колец основного и страховочного корпусов.

С целью улучшения температурного состояния корпуса предусмотрены тепловые экраны, расположенные по внутренней поверхности корпуса, а снаружи, в верхней части корпуса(выше примыкания страховочного корпуса к корпусу реактора) установлена теплоизоляция из блоков стальной фольги.

 

Корпус реактора находится в контакте:

- с внутренней стороны с натрием, за исключением верхней части (крыши), контактирующей с аргоном газовой подушки реактора;

- с наружной стороны - с аргоном, находящимся в страховочной полости, и с воздухом шахты реактора вне страховочной полости.

Для повышения безопасности АЭС и локализации последствий возможной аварии корпуса (течь натрия) снаружи корпус имеет страховочный корпус, оканчивающийся на конусной крыше корпуса выше уровня натрия первого контура и образующий страховочную полость.

В страховочной полости, образованной стенками основного и страховочного корпусов, размещены сигнализаторы течи корпуса, датчики системы высокотемпературной тензо- и термометрии корпуса. Страховочная полость используется при разогреве корпуса реактора перед заполнением его натрием.

Страховочный корпус представляет собой сварной вертикальный цилиндрический бак, имеющий конусную крышу и эллиптическое днище с опорным кольцом.

Крыша страховочного корпуса соединена с крышей основного корпуса с помощью торового компенсатора. Крыша страховочного корпуса имеет аналогичные крыше корпуса патрубки под оборудование и системы, расположенные в корпусе реактора. Герметизация страховочной полости и компенсация температурных перемещений патрубков основного корпуса относительно соответствующих патрубков страховочного корпуса выполняется с помощью сильфонных компенсаторов.

Опорное кольцо страховочного корпуса воспринимает весовую нагрузку от корпуса с внутрикорпусными конструкциями и опирается с помощью опорной обечайки на фундаментную опору шахты реактора.

Опорный пояс является опорной силовой конструкцией для всего внутрикорпусного оборудования. Опорный пояс приварен к обечайке опорного кольца основного корпуса.

К опорному поясу крепятся:

- четыре опоры насосов;

- четыре опоры теплообменников;

- напорная камера с отражателем;

- тепловые экраны;

- устройство для сбора топлива.

Опорный пояс представляет собой металлоконструкцию, состоящую из концентрично расположенных обечаек, системы радиальных рёбер и трёх горизонтальных плит.

Система радиальных рёбер образует четыре сливные камеры, каждая из которых является участком трассы натрия первого контура, поступающего от теплообменника к насосу.

Напорная камера с отражателем предназначены для размещения сборок активной зоны и распределения расхода натрия по потребителям (охлаждение сборок активной зоны, корпуса и внутрикорпусных конструкций реактора).

Напорная камера представляет собой цилиндрической формы емкость, состоящую из двух плоских плит, приваренных к цилиндрической обечайке. Плиты также связаны между собой с помощью втулок, в которые устанавливаются коллекторы.

Внутри напорной камеры на нижней плите расположена перфорированная обечайка, которая предназначена для более равномерного растекания натрия и защиты втулок от поперечного потока, поступающего из напорных трубопроводов.

Напорная камера имеет на цилиндрической обечайке четыре патрубка, к которым приварены напорные трубопроводы, по которым поступает натрий от ГЦН-1.

В нижней плите напорной камеры размещены дроссельные устройства, через которые часть натрия поступает на охлаждение корпуса реактора.

На верхнюю плиту напорной камеры устанавливаются только коллекторы центральной части активной зоны, обеспечивающие распределение расхода натрия из напорной камеры по ТВС и двум рядам защитных сборок. Коллекторы периферийной части активной зоны устанавливаются на дополнительную плиту напорной камеры, опирающуюся на верхнюю плиту напорной камеры и среднюю плиту опорного пояса. При этом, применяются однотипные коллекторы, предназначенные для установки только одной сборки активной зоны. Сборки периферийной части активной зоны охлаждаются только за счет естественной циркуляции натрия.

На периферии дополнительной плиты напорной камеры установлен отражатель, который представляет собой цилиндрическую обечайку с опорным фланцем в нижней части. В отражателе выполнена выгородка с опорой, предназначенная для установки гильзы элеватора загрузки – выгрузки сборок активной зоны. На внутренней поверхности отражателя закреплены плиты, формирующие периферийную часть активной зоны.

Опора насоса представляет собой цилиндрический стакан с толщиной стенок 50 и 60 мм, приваренный к опорному поясу в нижней части стыковым швом. В верхней части имеется посадочная поверхность под насос. Опора насоса в верхней части герметично соединяется с патрубком крыши при помощи сильфонного компенсатора.

В нижней части опоры на восьми рёбрах расположена втулка с уплотнительным кольцом для установки напорного коллектора насоса. В рёбрах выполнены отверстия с дросселями для подачи натрия, охлаждающего опору. Опора насоса окружена двумя цилиндрическими обечайками с толщиной стенки 10 мм, выполняющими роль тепловых экранов. Зазор между опорой насоса и внутренней обечайкой экрана образует подъёмный канал охлаждения опоры насоса, в который теплоноситель поступает через отверстия в рёбрах. Возврат охлаждающего натрия во всасывающую полость насоса осуществляется через зазор между внутренней и наружной обечайками тепловых экранов.

Опора теплообменника представляет собой цилиндрический стакан с толщиной стенки 40 мм с посадочной поверхностью под теплообменник в верхней части. К опорному поясу опора теплообменника приваривается стыковым швом.

Опора теплообменника в верхней части герметично соединяется с патрубком крыши корпуса при помощи сильфонного компенсатора.

Для подачи натрия в теплообменник в средней части опоры выполнены отверстия. Ниже отверстий на внутренней поверхности опоры установлено уплотнительное устройство, разделяющее полость "горячего" натрия от "холодного." Опора теплообменника в нижней части имеет два тепловых экрана. Данные экраны уменьшают также активацию натрия второго контура.

Для снижения передачи тепла от "горячего" натрия к опорному поясу предусмотрены тепловые экраны, выполненные в виде двух горизонтальных листов толщиной 20 мм каждый.

В крышах экранов корпуса имеются проходки с патрубками под насосы, теплообменники и элеватор.

Для компенсации разности температурных перемещений (радиальных и осевых) патрубков крыши корпуса относительно опор насосов и теплообменников предусмотрены многослойные сильфонные компенсаторы.

Аналогичные сильфонные компенсаторы предусмотрены для обеспечения герметизации страховочной полости и компенсации температурных перемещений патрубков крыши основного корпуса относительно патрубков страховочного корпуса.

Напорный трубопровод представляет собой колено, соединённое с напорной камерой. Температурные расширения напорного трубопровода относительно опорного пояса и напорной камеры компенсируются за счёт выбранной длины и геометрии трубопровода (самокомпенсации). Снаружи напорный трубопровод имеет страховочный кожух.

Устройство для сбора топлива расположено под напорной камерой, закреплено на нижней плите опорного пояса и предназначено для сбора расплавленного топлива активной зоны при тяжелой запроектной аварии. Внутренняя поверхность поддона облицована тугоплавким материалом.

Наружная поверхность страховочного корпуса покрыта теплоизоляцией, которая предназначена для ограничения тепловых потерь установки в окружающую среду и снижения температурного перепада в стенках корпуса. Теплоизоляция выполнена в виде блоков из набора листов стальной фольги.

Технология изготовления корпуса реактора БН-1200 по сравнению с корпусами реакторов БН-600 и БН-800 принципиально не изменяется. Монтаж корпусов производится из транспортируемых по железной дороге блоков на монтажной площадке.

Увеличение размеров корпуса реактора и внутрикорпусных конструкций приводит к увеличению количества элементов, транспортируемых с завода-изготовителя железнодорожным транспортом. Увеличение количества элементов и, соответственно, количества сварных соединений, выполняемых на монтажной площадке АЭС, увеличивает объем монтажных работ. Однако при этом объем работ на единицу мощности уменьшается приблизительно в 1,5 раза по сравнению с БН-800.