Распространение водорода при повреждениях КМПЦ

Разрывы технологических каналов

Запроектная авария с полным обесточиванием не предполагает ее совпадения с какими-либо разрывами элементов контура МПЦ из-за слишком малой вероятности такого совпадения. Однако, некоторые из таких разрывов могут возникнуть в процессе развития аварии. Прежде всего под угрозой разрывов оказываются канальные трубы даже с учетом снижения давления в КМПЦ, так как они подвергаются в аварии действию высоких температур.

Расчеты, обсуждаемые в разделе 2.2 настоящего отчета, показывают, что температура канальных труб в наиболее напряженных ячейках к моменту времени 20 час с начала аварии достигает уровня 1400°С, при которой возможен их разрыв или разгерметизация и при низких давлениях вплоть до атмосферного /11/[1]. Скорость генерации водорода в активной зоне к этому моменту составляет 29 кг/час.

Часть генерируемого водорода будет через повреждения в канальных трубах выходить в объем РП.

В РП к этому моменту давление разогретой азотно-гелиевой смеси поддерживается на уровне 1.3 атм, обеспечиваемом гидрозатвором на 0.3 атм на выходе из труб ПГС. Давление в КМПЦ может превышать этот уровень. Выходящий в РП водород, и на предшествующих временах смесь водорода с паром, будет сбрасываться через ПГС в мокрый газгольдер (см. раздел 1.2), а из него в вентиляционную трубу. Следует отметить, что при выходе в РП водорода с паром генерация водорода может усиливаться за счет дополнительного образования на внешних поверхностях канальных труб, которые после момента 10 час с начала аварии имеют температуру более 1000°С.

Тем не менее, весь водород в данном случае уходит в атмосферу и не попадает в помещения станции, где возможен его контакт с воздухом.

Разрывы каналов СУЗ

Кроме разрывов технологических каналов можно также ожидать и разрывов каналов контура СУЗ.

Действительно, на рис.3.3 изображены зависимости от времени максимальных температур топлива, графита в рабочем канале, а также температура графита (практически совпадающая с температурой трубы канала) в ячейке с каналом КРО, которая к моменту 10 – 12 час с начала аварии также весьма высока (при t = 10 час около 900°С).

 

 

 

Рис.3.3. Зависимости от времени максимальных температур топлива, графита в рабочем канале, температура графита в ячейке с каналом КРО

 

Поэтому повреждение трубы канала СУЗ представляется весьма реальным. Так как контур СУЗ в рассматриваемой аварии обезвоживается в течение первых 10 мин с начала аварии, то каналы СУЗ заполнены воздухом. Т.е. в случае повреждения технологических каналов контура МПЦ и повреждения каналов СУЗ возникает возможность для прямого контакта водорода с воздухом в активной зоне. Этот вывод относится в равной степени к реакторам, как первой, так и второй очереди.

Здесь необходимо заметить, что помимо опасности взрыва водорода в активной зоне при возникновении прямого контакта воздуха с разогретым графитом возможно загорание последнего.

В работе П.А. Платонова /12/, одного из наиболее известных специалистов по графиту в России, содержится утверждение, что “… графит горит при температуре выше 1000°С (облученный при температуре более 900°С), при этом горение не разогревает графит, если нет тепла, то графит остывает и горение прекращается”. В рассматриваемой аварии как раз имеется постоянный подвод тепла к графиту за счет остаточного энерговыделения.

Таким образом, прямой контакт водорода или графита с воздухом недопустим.

Попробуем ответить на вопрос, возникнет ли он в нашем сценарии.

После разрыва труб рабочих каналов устанавливается связь между объемами РП и КМПЦ. Гелий - азотная смесь в РП к этому моменту находится под давлением около 1.3 атм. Действительно, при нормальной работе смесь газов в РП имеет давление, близкое к атмосферному /13/ и температуру, близкую к температуре графита 600 – 700°С. В процессе разогрева ее температура будет расти следуя за температурой графита. Соответственно будет расти и давление в РП. При достижении давления 1.3 атм срабатывает гидрозатвор в системе парогазовых сбросов из РП /6/. Т.е. давление смеси газов в РП будет поддерживаться на уровне 1.3 атм.

Давление в КМПЦ, которое предварительно снижено до величины близкой к атмосферному, будет все таки выше 1.3 атм.

Согласно /10/ давление в КМПЦ следует поддерживать на уровне около 2 атм для более успешных действий по восстановлению охлаждения.

Через короткое время давления в РП и КМПЦ выравниваются, а так как генерация водорода и пара в КМПЦ продолжается, то водород будет выходить в РП.

В момент разгерметизации труб каналов СУЗ давление в них равно атмосферному. Гелий – азотная смесь будет выходить в каналы контура СУЗ, вытесняя из них воздух. Т.е. мгновенного контакта водорода с воздухом, а, следовательно, и взрыва, не произойдет.

Тем не менее, после разрыва каналов СУЗ устанавливается новый путь движения водорода. Этот путь включает:

· КМПЦ, где водород генерируется;

· РП;

· каналы СУЗ.

Из каналов контура СУЗ водород может попадать в циркуляционный и аварийный баки СУЗ (см. рис.3.4). Аварийный бак имеет трубопровод, соединяющий его объем с атмосферой. По этому трубопроводу водород будет уходить в атмосферу. Из циркуляционного бака водород теоретически может выходить в помещение через гидрозатворы, рассчитанные на давление 300 мм вод. столба.

Для окончательного понимания путей выхода требуется достаточно детальное моделирование динамики газа в обезвоженном контуре СУЗ. Но вариант ухода водорода в атмосферу из аварийного бака представляется наиболее реалистичным.

Рис. 3.4. Принципиальная схема контура охлаждения каналов СУЗ и КОО.

1 - циркуляционный бак;	8 - КОО;	15 - механические фильтры;
2 - циркуляционные насосы;	9 - сливной коллектор СУЗ;	16 - сливной коллектор АЗ;
3 - аварийный бак;	10 - теплообменники СУЗ;	17 - система вентиляции баков СУЗ;
4 - раздающий коллектор;	11 - подпорное устройство;	18 - установка байпасной очистки;
5 - канал СУЗ;	12 - подвод азота к каналам АЗ;	19 - сливные коллекторы КОО;
6 - канал СУЗ с ИМ КРО;	13 - переливной трубопровод;	20 - сливной бак;
7 - канал АЗ;	14 - вытяжная вентиляция АБ СУЗ;	21 - узел регулирования расхода воды.