Фильтр - ловушка окислов натрия

В системе очистки натрия 1 контура реактора применены фильтр-ловушки, размещенные в корпусе реактора.

Фильтр-ловушка представляет собой заполненный аргоном герметичный сосуд, внутри которого размещены элементы, обеспечивающие циркуляцию натрия первого контура через фильтр, и элементы, обеспечивающие охлаждение натрия первого контура за счет газового контура охлаждения. Для обеспечения циркуляции натрия через фильтр-ловушку предусмотрен электромагнитный насос, а для циркуляции аргона - компрессор.

В настоящих проработках /5/ представлены две конструкции ХФЛ первого контура, эксплуатируемые в различных режимах работы реактора:

а) ХФЛ с рекуператором. Применяется для очистки натрия как при работе реактора на мощности, так и в режиме перегрузки при температуре забивания не выше 180 ^оС. В реакторе размещена одна единица этого оборудования;

б) ХФЛ без рекуператора. Применяется для очистки натрия при перегрузке реактора, а также при условии повышенной загрязненности натрия (температура забивания выше 180 ^оС). В реакторе размещены две единицы этого оборудования.

Вывод примесей обеспечивается двумя ХФЛ без рекуператоров без их замены в процессе всей эксплуатации РУ и ХФЛ с рекуператором, заменяемыми через каждые 9 лет эксплуатации.

Основные расчетные характеристики ХФЛ с рекуператором и без рекуператора приведены в таблице 3.7.

Режиму 1 соответствует температура забивания t_заб=180 ^оС, режиму 2 – температура забивания t_заб=220 ^о С.

Таблица 3.7 – Основные проектные характеристики ХФЛ без рекуператора и с рекуператором

Параметр	ХФЛ с рекуператором	ХФЛ без рекуператора
Номинальный режим	При перегрузке
режим 1	режим 2
Тепловая мощность рекуператора, кВт	297*	-	-
Тепловая мощность, отводимая от натрия в рабочей полости, кВт	92,9	107*	64*
Тепловая мощность подогревателя, кВт		105*	62*
Максимальный расход натрия, кг/с (м^3/ч при температуре Tвх)	1,15(4.59)	0,8(3,19)	0,8(3,19)
Температура загрязненного натрия на входе в рекуператор, ^оС		-	-
Температура загрязненного натрия на выходе из рекуператора (на входе в рабочую полость),^оС		-	-
Температура очищенного натрия на выходе рабочей полости ловушки (на входе в рекуператор), о С		-	-

Продолжение таблицы 3.7

Температура очищенного натрия на выходе из рекуператора (на входе подогревателя “натрий-натрий”),^оС		-	-
Температура загрязненного натрия на входе в рабочую полость, Tвх^оС	-
Температура очищенного натрия на выходе из рабочей полости, ^оС	-
Температура очищенного натрия на входе подогревателя “натрий-натрий”,^оС	-
Температура натрия на выходе подогревателя “натрий-натрий”, ^оС	~550	~247	~247
Максимальный расход аргона, кг/с(м^3/ч при Р=1,5 МПа и Т=35^оС	3,0(430)	3,5(430)	1,2(172)
Температура аргона на входе в тракт охлаждения,^оС
Температура аргона на выходе из тракта охлаждения,^оС		115*	158*
Габаритные размеры, мм: - диаметр по фланцу; - диаметр по корпусу; - длина
Расчетная вместимость по примесям, кг		~680*	~680*
* -значение может уточняться в процессе дальнейшего проектирования.

 

ХФЛ с рекуператором (рисунок.3.12) представляет собой герметичный сосуд поз. 1, внутри которого размещены натриевый и аргоновый контуры.

Натриевый контур содержит следующий элементы:

- рабочую полость поз. 2;

- электромагнитный насос поз. 3;

- электромагнитный расходомер поз. 4;

- рекуператор поз. 5;

- фильтр поз. 6 с набивкой из металлической стружки;

- теплообменник «натрий-аргон» поз. 7;

- подогреватель «натрий-натрий» поз. 8;

- трубопроводы обвязки поз. 9;

- средства измерения технологических параметров и контроля герметичности натриевого контура (температура и расход натрия, давление аргона и наличие натрия в газовой полости). Средства измерения технологических параметров газового контура охлаждения расположены за пределами ХФЛ.

 

Рисунок 3.12 – ХФЛ с рекуператором. Верхняя часть

 

Рисунок 3.12 – ХФЛ с рекуператором. Нижняя часть

Рисунок 3.12 – ХФЛ с рекуператором. Детали

Аргоновый контур содержит следующие элементы:

- входная поз. 10 и выходная поз 11 трубы;

- раздающий поз. 12 и сборный поз. 13 коллекторы;

- трубы подвода поз 14 и отвода поз. 15 аргона.

В верхней части фильтр-ловушки расположена биологическая защита персонала станции от ионизирующего излучения и теплового воздействия поз.16.

Регулирование тепловой мощности ХФЛ и температуры натрия на ее выходе может производиться изменением расхода натрия и аргона.

Рабочая полость поз. 2 заполнена натрием и состоит из трех функциональных зон: зоны отстойника, зоны охлаждения и зоны фильтрации. Зона отстойника расположена от нижней границы проникновения натрия при входе его в рабочую полость до ее нижнего днища. Зона охлаждения находится между зоной отстойника и нижним торцем фильтра поз. 6. Зона фильтрации расположена между верхним и нижним торцами фильтра. Разделение рабочей полости на указанные зоны с оптимальным соотношением объемов обеспечивает ее эффективное использование для накопления примесей.

Работа ХФЛ с рекуператором в режиме холодной очистки производится следующим образом. Загрязненный натрий из полости реактора или из его напорной камеры поступает в рекуператор поз. 5, где предварительно охлаждается более холодным очищенным натрием, поступающим туда из рабочей полости поз. 2. Из рекуператора загрязненный натрий подается в рабочую полость, в которой охлаждается аргоном, циркулирующим в теплообменнике «натрий-аргон» поз. 7, до температуры ниже температуры насыщения примесями. Кристаллизующиеся из натрия примеси осаждаются на теплопередающей поверхности теплообменника и в зоне отстойника. Из зоны охлаждения натрий поступает в фильтр поз. 6, в котором удерживаются примеси, не осажденные в зоне охлаждения и в отстойнике. После фильтра очищенный натрий направляется в рекуператор, нагревается в нем, отбирая тепло от более горячего загрязненного натрия, и затем поступает в подогреватель «натрий-натрий» поз. 8, в котором происходит его дальнейшее нагревание до температуры, близкой к температуре натрия, окружающего ХФЛ.

При очистке натрия ХФЛ без рекуператора (рисунок 3.13), предназначенной для работы только в режиме перегрузки реактора или при повышенной загрязненности натрия, загрязненный натрий подается в зону охлаждения без предварительного снижения его температуры в рекуператоре, который в этой конструкции отсутствует. Очищенный натрий перед возвратом в реактор подогревается в подогревателе «натрий-натрий».

 

 

Рисунок 3.13 – ХФЛ без рекуператора. Верхняя часть

Рисунок 3.13 - ХФЛ без рекуператора. Нижняя часть

 

3.2.10 Контроль качества натрия 1 контура [6, 7]

Контроль качества натрия 1 контура предназначен для определения количества примесей в натрии 1 контура в процессе эксплуатации реактора и принятии соответствующих мер по его очистке.

Наиболее важные примеси, влияющие на безопасную эксплуатацию реактора, должны контролироваться непрерывно в процессе его эксплуатации. К ним относятся примеси кислорода, водорода и углерода. Контроль этих примесей позволяет вовремя обнаружить разгерметизацию 1 контура и предотвратить повышенную коррозию конструкционных материалов активной зоны и оборудования 1 контура.

Контроль водорода в натрии производится с помощью электрохимического датчика водорода (ЭХДВ), который встраивается в корпус реактора.

Контроль кислорода в натрии производится с помощью электрохимического датчика кислорода (ЭХДК), который встраивается в корпус реактора.

В качестве датчика измерения активности углерода предусматривается диффузионная ячейка, которая встраивается в корпус реактора. Контроль остальных примесей, таких как азот, калий, кальций, железо, хлор, кремний, барий, олово и цезий-137 производится периодически во время остановки реактора с помощью пробоотборника, устанавливаемого в реактор на головку

Основные технические характеристики ЭХДВ, ЭХДК и диффузионной ячейки /6/ приведены в таблице 3.8.

Таблица 3.8 - Технические характеристики ЭХДВ, ЭХДК и диффузионной ячейки

Характеристика	ЭХДВ	ЭХДК	Диффуз. ячейка
1 Температура рабочей среды, ^оС	400-500	300-600	600-700
2 Давление, МПа	0-2,0	0-2,0	0-2,0
3 Допустимая скорость изменения температуры, ^оС/сек.
4 Диапазон измерения концентрации, ppm: водорода, кислорода углерода;	0,01-10	0-100	0,01-1,0
5 Инерционность, сек. Инерционность при температуре 600^оС /700^оС, мин	до 15	до 5	15/4
6 Ресурс, час	Не менее 50000	Не менее 50000	Не менее 100000

 

Контроль герметичности ТВС

Система КГО предназначена для обеспечения безопасности реактора и обеспечения высоких эксплуатационных показателей энергоблока за счет:

- контроля герметичности оболочек твэл на всех стадиях развития дефектов от газовой течи до контакта топлива с теплоносителем;

- контроля за содержанием в теплоносителе продуктов деления и радионуклидов коррозионного происхождения;

- представления оператору информации о состоянии оболочек твэл;

- выдачи в СУЗ сигналов о превышении контрольного и предельно- допустимого уровней негерметичности оболочек твэл;

- сокращения времени поиска дефектных ТВС и предотвращения выгрузки недовыгоревших ТВС, не содержащих дефектных твэл;

- выявления отработавших ТВС с негерметичными твэл в процессе отмывки и организации их хранения, исключающей загрязнение воды бассейна выдержки продуктами деления топлива.

Система КГО /4/ состоит из следующих подсистем:

- секторная система контроля герметичности оболочек твэл по запаздывающим нейтронам – ССКГО;

- система контроля герметичности оболочек твэл по активности газа в газовой подушке реактора (газовая система КГО);

- система контроля герметичности оболочек твэл по активности нуклидов в натрии первого контура (натриевая система КГО);

- система определения дефектных ТВС в активной зоне на остановленном реакторе –СОДС-Р (реакторная система, совмещенная с МП);

- система обнаружения дефектных ТВС при их отмывке – СОДС-ГО (внереакторная система).

ССКГО, натриевая и газовая системы КГО являются системами оперативного контроля состояния оболочек твэл в активной зоне работающего на мощности реактора. СОДС-Р является системой неоперативного контроля состояния оболочек твэл ТВС в активной зоне остановленного реактора. СОДС-ГО является системой неоперативного контроля состояния оболочек твэл в ТВС, выгружаемых из ВРХ в бассейн выдержки.

В состав каждой из подсистем КГО входят:

- технологическая часть (конструкции и пробоотборные устройства с измерительными участками для размещения детекторов излучений и параметров контролируемых технологических сред);

- автоматизированная часть (детекторы, коммуникации и регистрирующая аппаратура).

Функции систем КГО

1) ССКГО должна обеспечить:

- непрерывный контроль при работе реактора на мощности плотности потока запаздывающих нейтронов (источником которых являются короткоживущие продукты деления топлива) из теплоносителя первого контура, прошедшего через различные секторы активной зоны;

- обнаружение в активной зоне ТВС, имеющих твэл с дефектом «контакт топлива с теплоносителем», определение сектора активной зоны для ТВС с дефектными твэл;

- выдачу в АСРК (АСУ ТП) для представления оператору информации о величине плотности потока запаздывающих нейтронов по секторам активной зоны и о превышении величиной плотности потока запаздывающих нейтронов и скоростью ее роста контрольных и предельно-допустимых уровней.

Аналогичная система успешно эксплуатируется на реакторе БН-600 и спроектирована для реактора БН-800.

2) Газовая система КГО должна обеспечивать:

- непрерывный контроль за изменением во времени общей активности газа в газовой подушке реактора, характеризующей степень негерметичности оболочек твэл;

- непрерывный и периодический контроль изотопного состава ГПД в газовой подушке реактора (¹³³Xe,¹³⁵Xe,¹³⁸Xe,⁸⁷Kr,⁸⁸Kr и др.);

- выдачу в АСРК (АСУ ТП) информации о содержании в газовой подушке реактора реперных радионуклидов и сигналов о превышении контрольного и предельно-допустимого уровней по общей активности газа и активности отдельных радионуклидов.

На рисунке 3.14 приведена схема газовой системы КГО.

 

1-реактор	2-трубопровод газовой компенсации
3-система сдувок и выдержки активного аргона	4-дренажный бак
5-ловушка паров натрия	6-фильтр металлотканевый
7-фильтр аэрозольный	8-микронагнетатель (газодувка) с байпасом
9-измерительная емкость	10-устройство детектирования общей объемной активности
11-манометр	12-дроссельная расходомерная шайба
13-термопреобразователь	14-блок коллиматора
15-ППД-спектрометр	16-измерительная емкость
17-коллектор

 

Рисунок 3.14 - Принципиальная схема газовой системы КГО

3)Натриевая система КГО должна обеспечить:

- непрерывный контроль за изменением активности и изотопного состава в натрии первого контура летучих продуктов деления (¹³⁷Cs,¹³⁶Cs,¹³⁴Cs,¹³¹I и др.);

- периодический контроль за изменением активности и изотопного состава «твердых» продуктов деления и коррозии в первом контуре реактора (¹⁴⁰Ba,¹⁴⁰La,⁹⁵Zr,⁹⁵Nb,^110mAg,⁵⁴Mn и др.).

- В состав натриевой системы КГО входят:

- пробоотборная (технологическая) часть, являющаяся вспомогательной системой реакторной установки;

- измерительная часть (коллиматоры, спектрометры гамма-излучения).

Пробоотборная часть состоит из трубопроводов для доставки натрия к сорбенту изотопов цезия. В качестве сорбента используются гранулы из графита. Концентрация цезия в объеме сорбента увеличивается в 10⁴ раз и за счет этого возможна непрерывная регистрация гамма-излучения от изотопов цезия на фоне гамма-излучения ²⁴Na во время работы реактора. Регистрация «твердых» продуктов деления, таких как ¹⁴⁰La,⁹⁵Zr на поверхностях оборудования (ПТО, ГНЦ и др.) или на специальных радиаторах (металлическая стружка) возможна только после распада ²⁴Na. Измерительная часть состоит из проходок в защите, специальных коллиматоров и спектрометров гамма-излучения для измерения контролируемых радионуклидов.

Активность натрия первого контура по определяющему радионуклиду ¹³⁷ Cs от загрязнения оболочек твэл топливом через один год работы реактора составляет 1ּ10 ^–2 МБк/л, через 60 лет эксплуатации реактора с 0,05% негерметичных твэл расчетная величина активности составляет 72 МБк/л.

СОДС-Р предназначена для поиска на остановленном реакторе ТВС с негерметичными твэл с помощью механизма перегрузки со встроенным в него пробоотборником (МП-СОДС).

Принципиальная схема системы СОДС-Р представлена на рисунке 3.15.

5) СОДС-ГО должна обеспечить:

- контроль объемной активности продуктов деления топлива (⁸⁵Kr) в газе, продуваемом через гнездо пароводяной отмывки;

- контроль объемной активности продуктов деления топлива (¹³⁷Cs и другие реперные изотопы) в отмывочных водах.

Принципиальная схема системы СОДС-ГО представлена на рисунке 3.16.

При определении диапазонов измерения активности продуктов деления в газе и в отмывочной воде использовался опыт эксплуатации аналогичной системы реактора БН-600.

 

1-ТВС	2-устройство детектирования суммарной объемной активности
3-фильтр-аэрозольный	4-измерительная емкость
5-шланг гибкий	6-ресивер
7-датчики положения захватного устройства	8-манометр
9-расходомерная шайба

 

Рисунок 3.15 - Принципиальная схема системы СОДС-Р

 

 

1 - гнездо пароводяной отмывки	2 - конденсатор-теплообменник
3 - фильтр-аэрозольный	4 - ППД-спектрометр
5 - измерительная емкость	6 - система СОДС-ГО по газу
7 - устройство детектирования объемной активности	8 - система СОДС-ГО по воде
9 - отстойник	10 - прибор контроля расхода (соответственно по газу или по воде)
11 - манометр	12 - блок коллиматора для ППД-спектрометра

 

Рисунок 3.16 - Принципиальная схема системы СОДС-ГО

 

6) Контроль гамма-активных нуклидов

Для периодического контроля гамма-активных нуклидов (цезия, йода, бария, циркония и др.) рассматривается вариант с отбором проб натрия на остановленном реакторе (в составе системы контроля качества натрия первого контура). Предлагаемый вариант конструктивного исполнения пробоотборника первого контура представлен на рисунке 3.17 Пробоотборное устройство может быть наведено на любую ТВС реактора, входящую в зону обслуживания расходомерного устройства.

 

1 - головка ТВС	2 – расходомер
3 - клапан пробоотборного устройства	4 - устройство пробоотборное выемное
5 - устройство перемещения	6 - узел отбора проб
7 - проба натрия

 

Рисунок 3.17 - Устройство пробоотборное натрия первого контура, встроенное в поворотную пробку реактора в положении отбора пробы натрия

Контроль мощности реактора

Контроль мощности реактора по нейтронному потоку предназначен для управления тепловой мощностью реактора, аварийной защиты при превышении её допустимого уровня и контроля подкритического состояния реактора.

Контроль нейтронной мощности реактора осуществляется с помощью шести блоков ионизационных камер, расположенных внутри корпуса реактора /4/.

Четыре блока ИК, установленные на поворотных пробках реактора (над активной зоной реактора), предназначены для контроля энергетического и промежуточного диапазона мощностей реактора.

Два блока ИК, установленные на конусной части крыши корпуса (вне активной зоны на уровне центра активной зоны), предназначены для контроля подкритического состояния и режимов пуска и останова реактора

При работе реактора на энергетических уровнях мощности камеры блока ИК контроля энергетического уровня мощности работают в токовом режиме и их сигналы используются в СУЗ. При останове реактора камеры блока ИК контроля энергетического уровня мощности при достижении минимально контролируемого уровня мощности переходят в "фоновый" режим работы.

Камеры блока ИК контроля подкритического состояния при работе реактора на энергетических уровнях мощности находятся в верхнем положении в защитном экране и работают в фоновом режиме. При остановке реактора перед достижением минимально контролируемого уровня мощности блоки ИК контроля подкритического состояния переводятся в нижнее положение и работают в импульсном режиме и их сигналы используются в СУЗ. Перемещение подвесок с камерами производится при помощи механизма перемещения. Механизм перемещения имеет указатель положения камеры и автоматическое отключение электропривода механизма в верхнем и нижнем положениях камер.