Különbözı típusú üzemzavari hőtırendszerek A védelmi mőködések összefoglalása

Átírás

1 Atomerımővek Különbözı típusú üzemzavari hőtırendszerek A védelmi mőködések összefoglalása Dr. Aszódi Attila igazgató, BME NTI május 8.

2 Tartalomjegyzék Üzemzavari hőtırendszerek Passzív zóna üzemzavari hőtırendszerek Aktív zóna üzemzavari hőtırendszerek Lokalizációs torony Védelmi mőködések Primer köri védelmek Szekunder köri védelmek Üzemzavari hőtırendszerek, védelmi mőködések egy primerköri csıtöréses üzemzavar esetén Atomerımővek, május 8. 2

3 Primer kör és ZÜHR kapcsolata ZÜHR feladata: a primer köri hőtıközegvesztés esetén (pl. törés) a hőtıközeg pótlása a reaktor hőtésének mindenkori bizotosítása érdekében, a reaktor szubkritikus állapotban tartása. ZÜHR tipusai: FET FKSZ Melegág ZÜHR és primer hurok kapcsolata: a ZÜHR mindig a hurok ki nem zárható részéhez kapcsolódik GF felıli U alakú hidegági vízzár Atomerımővek, május 8. Reaktor Hidegág Hurok kizárható rész Hurok ki nem zárható rész 3 ZÜHR rendszerek Passzív ZÜHR: a mőködtetéshez nincs szükség külsı segédenergiára, a GF mőködés a fizika törvényszerőségén alapul Aktív ZÜHR: mőködtetéshez segédenergia szükséges

4 Passzív ZÜHR Hidroakkumulátorok 1. Felépítés: jelentıs primerköri nyomáscsökkenéssel járó üzemzavarok esetében, ha a primer hurkokban a nyomás a hidroakkumulátorban (HA) nyomása alá csökken, akkor HA-ban tárolt bóros víz beáramlik a reaktorba; a HA nyomását a vízszint fölötti N2 párna biztosítja. Négy ilyen tartály csatlakozik a reaktorhoz a zóna üzemzavari hőtésére, melyek a hidroakkumulátorok rendszerét alkotják. Atomerımővek, május 8. 4

5 Passzív ZÜHR Hidroakkumulátorok 2. Üzemi paraméterek: p = 58 bar (35 bar), 40 m 3 12 g/kg koncentrációjú bórsav oldat, üzemi hımérséklet: C, 30 m 3 nagynyomású N 2. Mőszaki paraméterek: magasság: mm, átmérı: 3171 mm Atomerımővek, május 8. 5

6 Passzív ZÜHR Hidroakkumulátorok 3. Belsı szerkezeti elemek: Zárógömb megvezetı csı: az alsó megvezetı csı biztosítja az egész megvezetı központosítását a leürítı csonkba. A bordás közdarab a két megvezetı csı közötti kapcsolatot biztosítja, miközben lehetıvé teszi a folyadék beáramlását a leürítı csonkba. Zárógömb: a hidroakkumulátor automatikusan mőködı elzáró rendszerének azon része, amely a vízszint lecsökkenése esetén elzárja a leürítı csonkot, megakadályozva ezzel a tartályban lévı nitrogénnek a reaktorba jutását. A zárógömb az üzemi vízszint alatt helyezkedik el kb cm-el, amit a gömb rudazatának fix hossza biztosít (lenyomja a víz alá). Ennek az elhelyezkedésnek az az oka, hogy a kismértékő üzemi vízszint változások során a zárógömb ne tudjon elmozdulni és így jelzés csak jelentıs mértékő leürüléskor fog képzıdni. Vízszint csökkenéskor a gömb fölötti cm-es vízrétegnek a leürülése után kerül a zárógömb (és a rudazat) egyensúlyi állapotba (úszik) a hidroakkumulátorban lévı vízoszlop felhajtóerejével. Ilyenkor a víz szintje a gömb tetejénél van. További vízszint csökkenés után a zárógömb és a rudazat helyzete is változni fog (a vízszinttel együtt süllyed), és emiatt a vezetı rúd eltávolódik a búvónyílás fedelén elhelyezett végálláskapcsolótól, amely jelzést generál. Kúpos fészek: ide ül be a zárógömb a HA leürülésekor. Atomerımővek, május 8. 6

7 Aktív ZÜHR NNY ZÜHR 1. Nagynyomású ZÜHR feladata: a primerköri hıhordozó folyásának kompenzálása üzemzavar esetén (ha a folyás a pótvíz szivattyúkkal már nem kompenzálható), valamint az aktív zóna hőtése és reaktivitásának a csökkentése. Gızvezeték törése esetén az aktív zóna pozitív reaktivitásának a megkötése, ami a primerköri hıhordozó gyors lehőlésébıl keletkezik. Bizonyos üzemzavari helyzetben (GF csıtörés) a fıvízkör nyomáscsökkentésének biztosítása a térfogatkompenzátorba való közvetlen befecskendezéssel. 3 független NZÜHR rendszer kapcsolódik a primer hurkokra Atomerımővek, május 8. 7

8 Aktív ZÜHR NNY ZÜHR 2. Felépítés: az NZÜHR tartály egy motoros armatúrával és egy visszacsapó szeleppel csatlakozik a nagynyomású szivattyú szívóágába. A visszacsapó szelep feladata a tartályba történı visszaáramlás megakadályozása. A szívóághoz kapcsolódik egy motoros armatúrával a kisnyomású ZÜHR rendszer szívókollektora, azért, hogy a nagynyomású ZÜHR tartály leürülése után munkaközeget biztosítson a nagynyomású szivattyúnak. NZÜHR szivattyú nyomóágán elágazás: egyik ág: motoros armatúra Másik ág: az armatúrát megkerülı vezeték egy szőkítıvel. Ennek a kapcsolásnak az a feladata, hogy az armatúra primerköri nyomáscsökkenés hatására történı lezárásakor korlátozza a szállított mennyiséget, így a villamosmotor túlterhelıdését megakadályozza (ld. primerköri védelmek) Atomerımővek, május 8. 8

9 Aktív ZÜHR NNY ZÜHR 3. Felépítés: A hermetikus térbe való belépés elıtt a vezeték kettéválik, mindegyik ágon található 2-2 db pneumatikus gyorsmőködtetésőéső hermetizáló armatúra a falátvezetésen kívül és belül. Erre az egyszeres meghibásodástőrés miatt van szükség: a bórsav oldat egy hermetizáló armatúra mőködésképtelensége esetén is bekerüljön a fıvízkörbe. A fıvízkörhöz való csatlakozás elıtt a nyomóvezetékben található egy visszacsapó szelep a fıvízkör felıli visszaáramlást megakadályozása miatt. A nagynyomású ZÜHR vezeték a fıkeringtetı hurkok hidegágának (2., 3., 5. hurok) ki nem zárható részén keresztül kapcsolódik a fıvízkörhöz. Atomerımővek, május 8. 9

10 Aktív ZÜHR NNY ZÜHR 4. Üzemi paraméterek: NZÜHR tartályok víztérfogata: 1 db NZÜHR tartály: 108 m 3 2 db NZÜHR tartály: 96 m 3 Bórsav koncentráció: 40 g/kg NZÜHR szivattyú: 12 fokozatú centrifugál szivattyú, max. nyomás 135 bar Ha a primer nyomás 93 bar alá csökken, akkor a szivattyú túlterhelés elleni védelme érdekében az NZÜHR szivattyú nyomóágán a motoros armatúra bezár és a ZÜHR víz a szőkítıvel ellátott megkerülı vezetéken keresztül jut be a primer hurokba. A nagynyomású ZÜHR rendszer üzemzavari esetekben fontos szerepet tölt be, ezért a rendszer üzemére (üzemképességére) fokozott figyelmet kell fordítani (az ellenırzések rendszeressége, ciklikus próbák végrehajtása). nyomás, [bar] TH betáplálás karakterisztikája forgalom, [t/h] Atomerımővek, május 8. 10

11 Aktív ZÜHR KNY ZÜHR 1. Kisnyomású ZÜHR feladata: üzemzavari helyzetben (nem kompenzálható folyás), ha a fıvízkör nyomása lecsökken a szivattyú nyomóági nyomása alá, akkor biztosítsa az aktív zóna hőtését (a remanens hı elvezetését) és szubkritikus állapotban tartását. A kisnyomású ZÜHR szivattyú 12 g/kgos bórsav oldatot juttat a fıvízkörbe a kisnyomású ZÜHR tartályokból. Ha a kisnyomású ZÜHR tartály leürült, akkor pedig a hermetikus térben összegyőlt víz a zsomp összefolyón és a hıcserélın keresztül jut a szivattyú(k) szívóágába, és a továbbiakban ez a közeg végzi az aktív zóna hőtését. 3 független KNY ZÜHR rendszer, amelyek közül kettı a HA-k bekötı vezetékébe kapcsolódnak, egy pedig a 4. hurok hideg és melegág ki nem zárható részére. Atomerımővek, május 8. 11

12 Aktív ZÜHR KNY ZÜHR 2. Üzemi paraméterek: KZÜHR tartályok víztérfogata: 1 db KZÜHR tartály: 297 m 3 2 db KZÜHR tartály: 285 m 3 Bórsav koncentráció: 12 g/kg a tartályok atmoszférikus nyomásúak KZÜHR szivattyú: egyfokozatú centrifugál szivattyú, nyomóági nyomás 7-9 bar A kisnyomású ZÜHR rendszer primer hőtıközegvesztéses esetekben, a reaktor hosszú távú hőtését hivatott biztosítani, ezért a rendszer üzemére (üzemképességére) fokozott figyelmet kell fordítani (az ellenırzések rendszeressége, ciklikus próbák végrehajtása). Nyomás, bar Kisnyomású ZÜHR szivattyúk karakterisztikái Forgalom, t/h Atomerımővek, május 8. 12

13 Lokalizációs torony-rendszer 1. A lokalizációs torony rendszer passzív módon csökkenti a hermetikus tér nyomását üzemzavari szituációban. Reaktor Lokalizációs torony Fıkeringtetı szivattyúk Gızfejleszı Box Átömlı folyosó A hermetikus tér maximálisan megengedhetı nyomása 2,5 bar (abszolút). Atomerımővek, május 8. 13

14 Lokalizációs torony-rendszer 2. Primary pipe break (LOCA) Atomerımővek, május 8. 14

15 Lokalizációs torony-rendszer 3. Atomerımővek, május 8. 15

16 Lokalizációs torony-rendszer 4. Torony Köpenytér Vízzár Visszacsapó szelep Levegı csapda Atomerımővek, május 8. 16

17 Lokalizációs torony-rendszer 5. Gız és nemkondenzálódó gázok (levegı) átáramlanak a tálcák vízterén: - a gız lekondenzálódik, - a levegı továbbáramlik. A nemkondenzálódó gázok levegıcsapdába áramlanak Atomerımővek, május 8. 17

18 Lokalizációs torony-rendszer 6. A hermetikus tér nyomása a kondenzáció miatt csökken és p hermetikus tér << p köpenytér Ha köpenytér nyomása 50 mbar-ral meghaladja a hermetikus tér nyomását, akkor a köpenytérben lévı nagyobb nyomású levegı kilöki a tálcák bórsav oldatát a vízzárakon további kondenzáció és nyomáscsökkenés a hermetikus térben. Passzív befecskendezés Visszacsapó szelepek bezárnak Atomerımővek, május 8. 18

19 Sprinkler rendszer Feladata: a hermetikus tér nyomáscsökkentı rendszer aktív rendszereként az, hogy üzemzavari esetekben megakadályozza a hermetikus tér nyomásának növekedését, a gáz-gız elegyben lévı jód izotópokat megkösse. A rendszer akkor lép üzembe, ha a hermetikus tér nyomása eléri a +100 mbar-t (1,1 bar abszolút nyomás ). A nyomás csökkentésére a rendszer 12 g/kg-os bórsav tartalmú oldatot permetez a hermetikus térbe A jódizotópok megkötésére az oldat hidrazin-hidrátot és kálium-hidroxidot tartalmaz. Felépítése: A sprinkler szivattyú a kisnyomású ZÜHR tartályokból, a kisnyomású ZÜHR tartályok leürülése után pedig a zsompi rendszerbıl szív. A sprinkler szivattyú nyomóági vezetékei a hermetikus térben egy-egy körvezetéket képeznek, amelyen a befecskendezı fúvókák helyezkednek el. A szivattyú szállított mennyisége t/h (üzemállapottól függıen), nyomóági nyomása 6,5-7 bar. Atomerımővek, május 8. 19

20 Védelmi mőködések A védelmi mőködések fı feladatai: a reaktor hőtésének és szubkritikusságának biztosítása minden üzemzavari állapotban. A védelmi mőködések céljai: az üzemanyag sérülésének elkerülése; a reaktortartály és a primerkör integritásának megırzése, az ezekbıl származó radioaktív anyagok környezetbe való kijutásának megakadályozása. Fontos: a főtıelemekben nagymennyiségő radioaktív anyag halmozódik fel az üzemidı során, a reaktor és a fıvízkör szerkezeti elemei felaktiválódnak az üzem (kampányok) során, a primer hőtıközegben radioaktív korróziós termékek is jelen vannak. Az üzemanyag és/vagy a primer csıvezetékek, berendezések sérülése a radioaktív anyagok környezetbe való kijutását eredményezheti. Atomerımővek, május 8. 20

21 Fontosabb primer védelmek 1. ÜV-1 jelek (az összes szabályozó- és biztonságvédelmi kazetta (SZBV) szabadeséssel (20 cm/s sebességgel) leesik alsó végállásba) ÜV101 Térfogatkompenzátorban a vízszint és a nyomás alacsony (p 1 <117 bar, L TK < 470 mm). ÜV102 Primer köri nyomás alacsony (p1<112 bar). ÜV103 Túlnyomás a boxban (p BOX >100 mbar). ÜV104 Háromnál több FKSZ kiesett. ÜV105 Primer köri nyomás magas (p 1 >136 bar). ÜV106 Aktív zónán a nyomásesés vészesen nagy (Dp>3,75 bar). ÜV107 Két üzemi gızfejlesztıben a szint vészesen alacsony (L<L N -400 mm, L<1500 mm a teljes szintmérés szerint). ÜV108 Utolsó mőködı turbina kiesett. ÜV109 Fıgızkollektor törés 1 (p FGK2,4,6 <34 bar vagy p FGK1,3,5 <34 bar). ÜV111 Egy hurok melegági hımérséklet magas (T m >310 C). ÜV113 Periódusidı 10 s alatt. ÜV114 Neutronfluxus nagyobb, mint a névleges teljesítmény 110%-a. ÜV115 Neutronfluxus nagyobb, mint az automatikusan beállított határérték. ÜV116 Szabályozó rudak elektromos betáplálása kiesett. (A modellben nincs betáplálás.) ÜV117 Szabályzó rudak helyzetjelzıinek elektromos betáplálása kiesett, és ÜV-3 fennáll ÜV118 ÜV-1 nyomógomb megnyomva a blokkvezénylıben. ÜV121 Fıgızkollektor törés leállás és indítás alatt. Atomerımővek, május 8. 21

22 Fontosabb primer védelmek 2. ÜV-3 jelek: ÜV301 Egy turbina kiesett. ÜV302 Reaktor teljesítmény korlátozó (RTK) mőködtetı parancs. ÜV304 A hat GF-bıl legalább kettıben L < L névl 200 mm. ÜV305 3/2 ZÜHR technológia, vagy LIP, vagy dieselgenerátor nem mőködıképes. ÜV308 A periódusidı rövidebb, mint 20 másodperc (T < 20 sec). ÜV309 A neutronfluxus nagyobb, mint az automatikusan beállított határérték. ÜV312 ÜV-3 gomb be van nyomva a blokkvezénylıben. ÜV-3 esetén a szabályozó rúdcsoportok üzemi sebességgel (2 cm/s sebességgel) elindulnak lefelé. ÜV-4 jelek (a reaktor teljesítményének növelése tiltva van, a szabályozó rudak felhúzása nem megengedett): ÜV401 Magas a primer köri nyomás (131 bar fölött). ÜV402 A hatból két hurokban a melegági hımérséklet (T > 305 C) magas. ÜV403 Egy szabályozó rúd leesett ÜV404 Az ÜV-4 gomb be van nyomva a blokkvezénylıben. Atomerımővek, május 8. 22

23 Fontosabb primer védelmek 3. ZÜHR jelek: ZÜHR11: TK szint 170 mm alatt (ez a kis méréshatárú mérés szerint értendı, a nagy méréshatárú szerint 2,4 m) ZÜHR12: TK szint 470 mm alatt (teljes szintmérés szerint 2,7 m) és a primer nyomás <118 bar ZÜHR13: Primer nyomás < 93 bar, ZÜHR14: Boksz nyomása > 1100 mbar. A ZÜHR jel felléptekor indítóparancsot kap az összes kisnyomású és nagynyomású ZÜHR szivattyú, illetve az ÜTSZ és KÜTSZ szivattyúk a lépcsızetes indítási program szerint. A ZÜHR jelek hımérséklet feltételhez vannak kötve. Ez alapján a 6-ból két hurok melegágában a hımérsékletnek ZÜHR13 esetén 255 C, a többi jel esetén 150 C fölött kell lennie. Ha ZÜHR jel képzıdött, a hımérséklet feltétel 15 perces öntartásba kerül. Ez azt jelenti, hogy addig a fennálló ZÜHR jelet nem lehet törölni. 15 perc eltelte után az operátor törölheti a hımérsékletsöntöt, ha közben megszőnt a hozzá tartozó ZÜHR feltétel. A ZÜHR11, 13 jel a nagynyomású ZÜHR gyorszárakat nyitja. A ZÜHR12, 13, 14 jel a kisnyomású ZÜHR gyorszárat nyitja. Atomerımővek, május 8. 23

24 Fontosabb primer védelmek 4. Szekunder oldali reaktor védelmek: RAP1, RAP2: fıgızkollektor felek nyomása 29 bar alá csökken, akkor leválasztja a sérült félkollektorra csatlakozó GF-eket és leállítja a hozzá tartozó FKSZ-eket RRL1: a hat gızfejlesztı vízszintjébıl legalább kettıé a névleges szint alá csökken 170 mm-rel. RRL2: a hat gızfejlesztı vízszintjébıl legalább kettıé a névleges szint alá csökken 400 mm-rel. GFINH: A primerbıl a szekunder körbe való átfolyást a gızfejlesztık magas vízszintje jelzi. Ha a vízszint meghaladja az LGF > 600 mm-t, akkor az adott gızfejlesztıhöz tartozó FKSZ-t le kell állítani és a GF-et teljesen körbezárni. Ezen kívül a GFINH jel lekapcsolja a TK főtést és zárja a ZÜHR nagynyomású ágait, hogy a TK üzemzavari befecskendezés és ezzel a primer kör nyomáscsökkentése gyorsan végbemehessen. GFL: a hat gızfejlesztı egyikében a vízszint a névleges szint alá csökken 400 mm-rel a megfelelı FKSZ leállítása és a GF körbezárása. GFDP: a GF-ek nyomása és a megfelelı fıgızkollektor oldalon mért nyomás közti különbség 5 bar fölé történı növekedésénél képzıdik, amely a gızvezeték törésére utal a megfelelı FKSZ leállítása és a GF körbezárása Atomerımővek, május 8. 24

25 Szekunder oldali védelmek - Turbina A szekunder oldal bonyolultsága miatt nagyon sok szekunder oldali védelem létezik, amelyek közül itt csak a turbinavédelemmel foglalkozunk. Turbinavédelem: 6/1 GF-ben a vízszint L > Lnévl +200 mm, Bármelyik ÜV-1 jel, Utolsó tápszivattyú kiesett, a turbinatengely fordulatszáma túllépi a /min értéket, a fıgız tolózár elıtti nyomás 40 bar alá csökken, az operátor kézi mőködtetéssel kiüti a turbinát. Turbinavédelem esetén: turbina szabályozó és gyorszáró armatúrák bezárnak, CSTH frissgız betáplálása és a CSTH utáni csappantyú bezár, a generátor lekapcsolódik a villamos hálózatról. Atomerımővek, május 8. 25

26 Csıtöréses üzemzavar 200%-os LOCA 1. Tranziens: lehőtés során bekövetkezı 200%-os hidegági törés a 4. hurok ki nem zárható részén a HA-ok kiszakaszolása után (Qremanens=15,94 MW, p TK =75 bar, T zónaki = 240 C) + teljes feszültségkiesés (TFK) Konfiguráció: 1 dízel nem indul: 2 TH szivattyú táplál be; 2 TJ szivattyú mőködne, de az egyik TJ szivattyú éppen a törött 4. hurokba táplál, és a számításban azt feltételeztük, hogy ez a TJ szivattyú sem indul el, így összességében csak 1 TJ szivattyú táplál vizet a primer körbe; HA betáplálás nincs. Kulcsparaméter: maximális burkolat-hımérséklet Törés modellje APROS Atomerımővek, május 8. 26

27 Csıtöréses üzemzavar 200%-os LOCA 2. Primer nyomás Térfogatkompenzátor vízszint Atomerımővek, május 8. 27

28 Csıtöréses üzemzavar 200%-os LOCA 3. Törésforgalmak Atomerımővek, május 8. 28

29 Csıtöréses üzemzavar 200%-os LOCA 4. Reaktorvízszint Reaktor zóna Atomerımővek, május 8. 29

30 Csıtöréses üzemzavar 200%-os LOCA 5. Üzemanyag burkolat hımérsékletek Reaktortartály nodalizációja TH + TJ betáplálás miatti az alsó elárasztás hatása NO10... NO1 TJ betáplálás miatt a zóna felsı nódusaiban csökken a burkolathımérséklet (felsı elárasztás hatása) Atomerımővek, május 8. 30

31 Csıtöréses üzemzavar 200%-os LOCA 6. VIPROS 2 TH és 2 TJ betáplálása mellett Atomerımővek, május 8. 31

32 Csıtöréses üzemzavar 200%-os LOCA 7. Lokalizációs torony folyamatai VIPROS 2 TH és 2 TJ betáplálása mellett Atomerımővek, május 8. 32