Главная | Обратная связь

Возмущение по температуре ПВ (саморегулирование РУ).

Настоящий режим не предусмотрен Технологическим Регламентом безопасной эксплуатации энергоблока. Однако, при проведении испытаний РУ на третьем энергоблоке Ровенской АЭС подобный режим был исследован и осциллографирован (записан). Графики изменения основных эксплуатационных параметров в период переходного процесса представлены на Рис. 4.

Перемещения регулирующих клапанов турбоагрегата в этом режиме не происходит, поэтому изменения проходного сечения для впуска пара или изменения массового расхода пара, поступающего на первую ступень турбины в опыте практически не наблюдалось. Однако, судя по балансному выражению 6.1, отключение подогревателей высокого давления неизбежно приведет к снижению энтальпии питательной воды (вследствие снижения величины ее подогрева) и возрастанию затрат на превращение каждого килограмма питательной воды в килограмм сухого насыщенного пара (см. выражение в скобках в 6.1).

Увеличение затрат на преобразование ПВ в парогенераторах в сухой насыщенный пар при неизменном потреблении пара турбоагрегатом влечет за собой увеличение тепловой мощности, потребляемой паротурбинной установкой (см. уравнение (6.1). Отсюда следует однозначный вывод: по завершении переходного процесса на саморегулировании мощность реакторной установки станет выше, обеспечивая энергетический баланс с паротурбинной установкой.

В парогенераторах снижение температуры питательной воды приводит к увеличению количества конденсируемого пара в неявно-выраженной экономайзерной зоне (именно здесь, под погружным дырчатым листом происходит подогрев питательной воды до температуры насыщения). При этом, даже при неизменном количестве генерируемого на трубчатке ПГ пара, по мере продвижения пара в верхний паровой объем из этого восходящего потока будет расходоваться (конденсироваться) больше пара на подогрев ПВ. Таким образом, каждую секунду в верхний паровой объем будет поступать меньше пара, чем это было до отключения ПВД.

Но, с учетом неизменного (постоянного) расхода пара на потребители ПТУ, отбор пара из парогенераторов в главный паропровод происходит с той же интенсивностью. Поэтому в паровом объеме ПГ возникает дисбаланс между количеством приходящего и отбираемого пара: приходит меньше, чем потребляется. Поэтому масса пара в ПГ начнет уменьшаться, а вместе с ней начнет снижаться и давление пара (см. график “Psg”). Одновременно с давлением начнется снижение температуры насыщения, что, в свою очередь, вызовет увеличение температурного напора и соответствующий рост теплового потока, передаваемого через трубчатку ПГ, от греющей среды – теплоносителя к нагреваемой – рабочему телу (см. уравнение (7.1). Увеличение тепловой нагрузки ведет к росту количества производимого пара и снижению темпа потери массы пара в ПГ. Поэтому и темп снижения давления пара и температуры насыщения в парогенераторах замедлится, а через некоторое время их снижение прекратится вовсе. Для прекращения снижения давления необходимо восстановление баланса между количеством пара, приходящим в паровой объем парогенератора и количеством пара, отводимым в главный паропровод на потребители ПТУ, что приводит к постоянству массы пара в парогенераторах, т.е. постоянству, или стабильности давления в них. Следует заметить, что восстановление массового баланса в ПГ будет одновременно означать и то, что произошло установление нового, более высокого температурного напора, соответствующего данному повышенному уровню мощности (см. график “Qsg”). Восстановления (т.е. увеличения до начального уровня) давления пара в парогенераторе в обсуждаемой ситуации произойти не может, поскольку для этого потребовалось бы иметь избыток производимого пара в ПГ, т.е. иметь паропроизводительность превышающую потребление пара потребителями ПТУ, что обеспечило бы нарастание массы пара и его давления в ПГ. Однако, этого здесь не наблюдалось.

Рассмотрим влияние теплогидравлических процессов в парогенераторах на состояние ядерного реактора. Оно проявляется с некоторым транспортным запаздыванием относительно изменений интенсивности теплообмена в ПГ: рост температурного напора и тепловой нагрузки ПГ в результате снижения давления пара приведут к улучшению отвода тепла от теплоносителя к рабочему телу, к снижению температуры теплоносителя выходящего из парогенераторов и направляющегося на вход в реактор.

Указанное снижение температуры на входе в реактор соответственно вызовет снижение средней температуры замедлителя (теплоносителя) в активной зоне ЯР (см. график “Tave”). Это означает, что плотность замедлителя повысилась. При этом среднее расстояние между молекулами воды в активной зоне стало меньше. Несмотря на связанный с этим явлением рост поглощения нейтронов водой, более мощным фактором в данной ситуации оказывается улучшение замедляющих свойств размножающей среды, уменьшение средних пространственных смещений нейтронов в процессе замедления и, как следствие, снижение вероятности утечки замедляющихся нейтронов. Благодаря этому число замедлившихся тепловых нейтронов в каждом последующем поколении будет увеличиваться. Итогом конкуренции факторов, сопровождающих изменение температуры теплоносителя в активной зоне ЯР станет появление положительной реактивности ЯР (высвобождение реактивности) вследствие действия плотностного эффекта реактивности.

Появление положительной реактивности или, что то же самое - улучшение условий размножения нейтронов в ЯР, вызовет увеличение числа делений ядерного топлива в объеме активной зоны, или увеличение тепловой мощности реактора (график "Nrct"). Результатом этого процесса является рост температуры топливных сердечников твэл (см. график "Tfue") и увеличение температурного напора между ядерным топливом и теплоносителем. При этом величина теплового потока с поверхности твэл в теплоноситель в активной зоне также начинает возрастать.

Вместе с тем, повышение температуры топливных сердечников твэлов вызовет проявление в данной ситуации мощностного эффекта реактивности (доплер-эффекта), связанного с изменением вероятности резонансного захвата замедляющихся нейтронов в уране-238 с изменением температуры. В нашем случае увеличение температуры урана вызовет уширение "резонансных пиков" сечения захвата урана-238 с соответствующим увеличением вероятности захвата нейтронов. Теперь уже меньшее число замедляющихся нейтронов благополучно (без поглощения) преодолеют резонансный интервал энергий урана-238, завершат замедление и станут тепловыми. Как видим, этот фактор дает ухудшение размножающих свойств активной зоны реактора, или появление отрицательной реактивности в ЯР. Таким образом, мощностной эффект реактивности в данной ситуации оказывает действие противоположное действию плотностного эффекта реактивности. Рост мощности ЯР сначала замедлится, а затем и вовсе прекратится (см. график "Nre"), произойдет стабилизация мощности ЯР при нулевой суммарной реактивности в результате взаимной компенсации плотностного эффекта мощностным эффектом реактивности. Это стало возможным, поскольку оба температурных эффекта практически равны друг другу по абсолютной величине, но противоположны по знаку.

Итак, в течение переходного процесса, вызванного изменением температуры ПВ, будет происходить взаимное противоборство двух составляющих запаса реактивности:

1) положительной реактивности, внесенной плотностным эффектом реактивности при снижении температуры теплоносителя, приходящего из парогенератора в реактор;

2) отрицательной реактивности, внесенной мощностным эффектом реактивности с началом роста температуры топливных сердечников;

Подводя итоги обсуждения режима с возмущением по температуре ПВ при саморегулировании РУ АЭС отметим его существенные особенности:

· Мощность реакторной установки возросла до значения соответствующего новой тепловой мощности, потребляемой паротурбинной установкой;

· Стабилизация мощности РУ наступила при достижении нулевой реактивности после взаимной компенсации реактивностей, внесенных плотностным и мощностным температурными эффектами реактивности;

· Средняя температура теплоносителя в ходе процесса понизилась и позволила получить необходимую положительную реактивность для перевода РУ на более высокий уровень мощности;

· Давление пара в ПГ и ГПК понизилось, обеспечив необходимое для саморегулирования РУ понижение температуры теплоносителя 1-го контура;

· Стабилизация давления пара в ПГ произошла с восстановлением баланса количеств пара, поступающего в паровой объем ПГ и отводимого на потребители паротурбинной установки, при этом величина температурного напора в ПГ возросла.