Них: СЛ KFKM988-63/Q ТН. BANDURSKI 25п^- TÓTHI A ZÓNAHŰTÉS KÍSÉRLETI VIZSGÁLATA KÜLÖNBÖZŐ HŰTŐKÖZEG SZINTEKNÉL (A MUNKA AZ OKKFT Q~11 ALPROGRAM 2.11 FELADATÁNAK TELJESÍTÉSÉRŐL KÉSZÜLT KUTATÁSI JELENTÉS) Hungarian academy of Sciences CENTRAL RESEARCH INSTITUTE FOR PHYSICS BUDAPEST
KFKI-19M-63/G PREPRINT A ZÓNAHŰTÉS KÍSÉRLETI VIZSGÁLATA KÜLÖNBÖZŐ HŰTŐKÖZEG SZINTEKNÉL (A MUNKA AZ OKKFT G-11 2. ALPROGRAM 2.11 FELADATÁNAK TEUESÍTÉSÉRÖL KÉSZÜLT KUTATÁSI JELENTÉS) TH. BANDURSKI*. ÉZSÖL QY., MARÓTI L.. TÓTH I. Központi Fizikai Kutató Intézet 1626 Budapest 114, Pf. 48 «vendégkutató, ZfK Rossendorf, Drezda HU 8N 0366 6330
Th. tendureu, éxeotqy.. Marót! U Tóth t: A zónehutfe kíeenett vfeegjleta különböző hűtőkftuo mmeicnél KFKHtee-ea/Q KIVONAT Két PMK-NVH kitéri* eredménye«femaeznejva a dolgozat éterről a zónarwfcea hataeoeaágát különböző hűtőközeg mmeknei Т.Бандурски, Д.Эяел, Л.Мероти, И.Тот: Экспериментальное исследование активной аомм реактора при рваличных уровнях охлаядашщей среды. KFKI-1988-63/G АННОТАЦИЯ На основании результатов двух экспериментов, проводимых на стенде FMK-NVH, анализируется эффективность охлаждения активной вони реак-ора при различных уровнях охлакдавцей среды. Th. Bandurtkl, Oy. Éxeől, L. Marótl, I. Tóth: Experimentaltovettlgatlonof core cooling at different levels In the core. KFKM966-63/G ANTRAGT Bated on two aerie» of the PMK-NVH experimental facility, the core cooling la analyzed at different coolant levels in the core.
- 1-1. Bevezetés Az atomerőmű primerkörében fellépő kisátmérőjű csőtörés esetén a hűtőközeg szintje az üzemzavar során viszonylag egyenletesen, lényeges dinamikai hatásoktól mentesen csökken. Eközben a zóna hűtését alapvetően a reaktortartályban maradó hűtőközeg mennyisége és a zónateljesítmény határozza meg. Minthogy a hűtőközeg a zónában - de az egész primerkörben is - kétfázisú állapotban van, a zóna hőátadási viszonyait döntően befolyásolja az, hogy adott hűtőközegmennyiség mellett a kétfázisú keverékszint a zónát ellepi-e vagy sem, s erre a rendszernyomás is hatással van. A hideg- és melegág összekötése kapcsán elvégzett szovjet [1], [2] és magyar vizsgálatok [3], [4] egyaránt rámutattak arra, hogy kisátmérőjű primerköri csővezeték törését követően a zóna időszakosan szárazra kerülhet, ami a fűtőelemek felső részének jelentős túlhevülésevei jár. Lényeges eltérés mutatkozott viszont az [1] és [2] jelentések között a burkolathőmérsékletek értékében. Szükségesnek mutatkozott tehát az alkalmazott elméleti modell kísérleti ellenőrzése. Az említett problémakörök vizsgálatára kísérletsorozatot végeztünk a PMK berendezésen. A kísérleteket célszerű volt közel stacioner állapotban végezni, hogy a zónahűtésre megfelelő következtetéseket vonhassunk le, ezért a kísérletsorozat természetes cirkulációs állapotok egymásutánjából állt a primerköri hűtőközegmennyi eég más és más értékénél. Egy ilyen kísérletsorozat - amelyet egyébként az integrális berendezéseken szinte mindenütt a világon elvégeztek [5] - [7] - a fenti célokon kívül azt is szolgálja, hogy tisztázzuk a zóna-hűtés mechanizmusát különböző primerköri szinteknél, vagyis, hogy milyen szinteknél jön létre az átmenet az egyfázisú temészetes cirkulációból a kétfázisúba, ill. az utóbbit a szint további csökkentése hogyan befolyásolja. Talán szükségtelen hangsúlyozni, hogy ennek a kérdésnek az erőművi üzemzavari beavatkozások szempontjából is komoly jelentősé-je van, ui. egy kisméretű törés sikeres lokalizálása esetén ott is a fenti szituációk valamelyike áll elő.
2 - A jelentés ismerteti a kísérletsorozat általános lefolyását, és részletesen foglalkozik azokkal a mérési esetekkel, amikor a zónában túlhevülést észleltünk. A keverékszínt fölötti szakaszban a kísérletekből származtatható hőátadás! eredményeket összevetjük egy elméleti modell segítségével nyert eredményekkel. 2. A kísérletek leírása A kísérletet a PMK-NVH berendezésen hajtottuk végre, amelynek vonalas rajza a 4. ábrán látható. A mérés elve a következő volt: nominális paraméterekről indulva előbb a teljesítményt a maradványhő szintjére csökkentettük, majd leállítottuk a szivattyút, s így a rendszer természetes cirkulációra tért át. Ezután a primerköri hűtőközegmennyiséget - a gyűrűkamra alján lévő elvételen keresztül - lépcsőzetesen csökkentettük, majd megvártuk a folyadékszintek stabilizálódását. A lépcsőzetes csökkentést mindaddig folytattuk, amig a zónában hőátadási krízis nem lépett fel. Mindeközben természetesen kiiktatásra kerültek az üzemzavari jelek által működtetett beavatkozások, így sem a hidroakkumulátorokból, sem a ZÜHR-ből nem történt befecskendezés, A szekunderköri nyomást állandó szinten tartottuk, ill. - időszakosan - csökkentettük abból a célból, hogy a primer kör bői történő hőelvonást biztosítsuk. 2.1 Kezdeti feltételek Az első méréssorozat az alábbi paraméterekkel jellemezhető stacioner állapotból indult: - nyomás a felső keverőtérben 124,2 bar - hurokforgalom 4»57 kg/s - zóna belépő hőmérséklet 271,6 C
- 3 - - zóna teljesítmény - szekunder oldali nyomás - tápvíz forgalom - tápvíz hőmérséklet - szint a nyomástartóban - szint a gőzfejlesztőben 635.76 kw 52,78 bar 0,406 kg/s 200 C 9,24 m 7,97 m A szelepek helyzete az alábbi volt: - PV11 a primerköri forgalom beállításához fojtva, - MV31, MV11, MV13, MV91, MV92, PV23, PV31, PV12 zárva, - MV12 nyitva, - PV21, PV22 az egyensúlyi állapotnak megfelelően fojtva. 2.2 Események a kísérletsorozat során Az első kísérletsorozat során nyolc adatgyűjtési szakaszt iktattunk be, ezeket TC.W15 - TC.W32-vel jelöltük. Tekintettel arra, hogy a sorozat legfőbb jellemzője a primerkörben végbemenő szintcsökkenés, a folyamatot célszerűen az 1. ábra segítségével tekinthetjük át, amelyen a reaktortartály ill. a zónamodell szintjeit ábrázoltuk az idő függvényében. A teljesítmény változtatásokat a 0-150 kw-ot átölelő tartományban a 2. ábra szemlélteti. A TC.W15 jelű mérés még csak a méréssorozat előkészítő szakaszát tartalmazza: működő szivattyúk mellett a teljesítménynek és a nyomásnak a névleges értékre emelése történik meg. A TC.W16 jelű adatmező tekinthető a méréssorozat első adatsorának. Kb. 55 e- nál a fűtőteljesítményt 4,5% maradványhőnek megfelelő értékre csökkentettük, majd 20 s-mal később a szivattyúkifutás indult. A teljesítménycsökkenést követően a szekunderoldali nyomás gyorsan csökkent, ui. a víztér jelentős része aláhűtött állapotban volt. Ez a primerköri nyomás csökkenését vonta maga után. Jól tükröződik mindez a mért fűtőelem felületi hőmérsékletekben (3. ábra): a gyors hőmérséklet csökkenés a teljesítménycsökkentés
_ 4 - eredménye, majd a szivattyú leállása miatt a hőmérsékletek emelkednek, végül a nyomáscsökkenés hatása figyelhető meg. A TC.W17 mérést megelőzően a primerkörből annyi vizet engedtünk el, hogy a reaktortartály szintje a melegág magasságában helyezkedjék el, majd az elvételt megszüntettük. A teljesítményt a melegági vízzár-folyamatok gyorsítása érdekében 80 kw-ra emeltük. Az újabb mérési periódu3 kezdetén a printerkori nyomás 40, a szekunder oldali 13 bar volt. Az 1. ábrán látható, hogy mind a reaktortartály, mind a zóna egyfázisú szintje először csökkenést mutat, ami (elsősorban a zónában lévő) hűtőközeg felmelegedését, azaz sűrűségcsökkenését tükrözi. Evvel párhuzamosan a melegági vízzsák tartály felőli szintje lassan csökken egészen addig, míg a zónában keletkező gőz át nem tud jutni a vízzáron a gőzfejlesztő felé. Ebben a pillanatban a printerkor! nyomás 70 bar, vagyis a vízzár megnyílás folyamata alatt a nyomásnövekedés 30 bar volt. A vízzár megnyílását követően a primerkörben oszcilláció indul meg, ami mind a szintekben, mind pedig a nyomásban és hőmérsékletekben megfigyelhető. (A folyamat részletes elemzésére a 4. fejezetben térünk ki.) A TC.W18 mérést megelőzően ismét eleresztettünk vizet a primerkörből. Kb. 2800 s-ig a primerköri állapot gyakorlatilag stabilizálódott. Ekkor a primerköri nyomás 15,5, a szekunder oldali valamivel 8 bar fölött volt, a szintek stabilak. Ezt követően a teljesítményt 135 kw-ra emeltük, ami a nyomásban és hőmérsékletekben kb 200 s-ig tartó zavarást okozott, a szintek viszont nem változtak érdemben. A mérés második szakaszában a nyomáé és hőmérsékletek enyhe emelkedése figyelhető meg. A TC.W19 mérés kezdetén a primerköri vizeiengedés még tart, ami az 1. ábrán a LEU jelének csökkenésében jelentkezik. Ezután kb. 4400 e-ig a szintek változatlanok, de az állapot nem nevezhető igazán stabilizálódottnak: a primerköri nyomás az elvétel megszüntetése utáni 11 bárról 16 bárra emelkedik (talán a szekunderoldali nyomás nem megfelelő stabilizálása miatt), в ez persze a hőmérsékletekben is jelentkezik.
- 5-4500 s-tól ismételten szintcsökkentést hajtottunk végre, amit a TC.W30 mérés elején észlelhetünk is. Ez az első alkalom, hogy az elvétel hatása a zónaszintben (DP11) is jelentkezik, ami arra utal, hogy a térfogati gőztartalom a zóna felsó részében már jelentós. 5200 s-nál újabb elvételt hajtottunk végre, aminek során a LEU és a DP11 jel még közelebb került egymá3hoz. A primerköri nyomás az elöző méréshez hasonló viselkedést mutat. A TC.W31 mérés során négy egymásutáni hűtőközegeivételt hajtottunk végre. Érdekes, hogy az első elvételt követően a reaktortartály-szintek ideiglenesen megnövekednek. 6200 s-nál a hidegági vízzár gőzfejlesztő felőli oldala leürül, ami a zónaszint átmeneti javulását okozza. 1,8 m-es zónaszintnél a fűtőelemek krízist jeleznek, s amikor a falhőmérséklet 200 C-ot elért, a teljesítményt lekapcsoltuk. A szintek ekkor a fűtés nélküli állapotnak megfelelő állapot felé indulnak, így a zónaszint jelentősen megnő. A méréssorozat utolsó mérése azt a kísérletet rögzítette, melynek során megpróbáltuk a zónafűtést csökkentett mértékben (40 kw) visszakapcsolni. Sajnos а visszakapcsolás pillanatában az adatgyűjtés még nem működött, mindazonáltal az 1. ábra jól szemlélteti, hogy ez a beavatkozás a szintek újbóli gyors csökkenését eredményezte, s a krízis újból fellépett. A kísérletsorozat a teljesítmény lekapcsolásával ért véget. 3. Mért jellemzők A mért jellemzők listáját az 1. táblázat tartalmazza, a mérőhelyek elhelyezkedését a PMK berendezésen a 4. ábra mutatja be, az ott alkalmazott jelölések megfelelnek az 1. táblázat első oszlopában található mérésazonosltoknak. A táblázat harmadik oszlopa jelzi, hogy az illető paraméter időbeli változását melyik ábra szemlélteti. Az "axiális magasság" rovat az érzékelők ill. azok impulzus vezetékeinek csatlakozó helyét adja meg
- б - a reaktor modell alsó alkjától, mint referencia ponttól számítva. A két méréssorozat között az adatgyűjtésben mutatkozó különbségekre a megjegyzés rovatban utalunk. Tekintettel a folyamatok kvázi-stacionárius jellegére a mérések során 5 s-oe adatgyűjtési periódust alkalmaztunk. A mért jellemzőkhöz, ill. az adatfeldolgozáshoz az alábbi megjegyzéseket fűzzük: - A priroerköri szinteket (a LE71 kivételével) a TC.W15 ев 16 jelű mérések esetében korrigáltuk a forgalomból adódó nyomáseséssel. Ez utóbbi számítása a reaktortartály esetében a DP11, a hurokéban az FL53 segítségével történt. A további mérésekben ilyen korrekciót nem végeztünk, ui. természetes cirkulációs állapotban a súrlódási nyomásesés tagot elhanyagolható nagyságúnak ítéltük. - A DPll-et zóna szintként dolgoztuk fel, s az ábrákon is így szerepel a többi szinttel való egyszerűbb összevethetőség érdekében. 4. Mérési eredmények 4.1 Az első méréssorozat Mindenekelőtt vizsgáljuk meg a természetes cirkulációs forgalom változását az első sorozat mérései alapján, a primerkör leürítése folyamán. A PMK berendezésre régebben végzett számításaink [8] azt mutatták, hogy - amíg a zónában egyfázisú hűtőközeg áramlik - a természetes cirkulációs forgalom értéke nem változik akkor sem, ha időközben a reaktortartályban szint alakul ki, в a szint tartósan a melegág becsatlakozási pontja fölött helyezkedik el. Ennek a szakasznak a vizsgálata nem történt meg az ismertetett kísérletsorozaton belül, de a továbbiakban célszerű?esz vizsgálatainkat erre a tartományra is kiterjeszteni.
7 - A PMK hidegágban mért hurokforgalmakat az I. sorozat első négy mérésére az 5. ill. 6. ábrán, míg a TC.W19-32 mérésekre a 7. ábrán mutatjuk be. Az összes mérésre jó összehasonlítási lehetőséget nyújt a 8. ábra. Meg kell jegyezni, hogy a természetes cirkulációs tartományban mért forgalmak abszolút értékei igen bizonytalanok, ui. a mérőberendezést a nominális forgalom tartományára hitelesítettük, és a távadók méréstartományának alsó határa közelében vagyunk ebben az esetben. Ezért az értékelésnél a forgalom viszonylagos változását vesszük csak figyelembe. Az 5. ábrán a W16 mérésnek a szivattyúleállítást követő mérési pontjai jelennek meg először a választott ábrázolási tartománynak megfelelően. Az alacsony zóna teljesítmény miatt a forgalom viszonylag alacsony értékre áll be. A W17 jelű mérés során még ennél is alacsonyabb forgalmat mértünk, annak ellenére, hogy időközben a zónateljesítményt 80 kw-ra emeltük. Ez a melegági vízzár hatásának tudható be, ui. - amint arra lejjebb még részletesen kitérünk - ebben az időszakban figyelhető meg a melegági vízzsák reaktortartály felé eső ágában a vízszint folyamatos csökkenése (9. ábra, LE31 jelű görbe), ami a primerköri forgalom fokozatos csökkenését vonja maga után (ld. 6. ábra 500 s-ig terjedő része). Minden jel arra mutat, hogy a természetes cirkuláció - ha romlik is - nem szűnik meg teljesen ebben az időszakban. A vízzár megnyílását követően a hurokági forgalomban is periodikus ingadozást figyelhetünk meg, ennek magyarázatára még visszatérünk. A W18 jelű mérés első felében még az ürítés-okozta forgalomnövekedés lecsengését figyelhetjük meg, mindenesetre az 5. ábrán 400 s tájára beálló forgalom megasabb még a W17 elején mértnél is. Ez arra mutat, hogy a melegági vízzár megnyílása után a természetes cirkuláció jelentős javulásával lehet számolni. A mérés második felében a teljesítménynek 135 kw-ra való emelése a forgalom lényeges növekedését vonja maga után.
- 8 - A W19 mérés elején viszonylag magas forgalmat figyelhetünk meg, ami ismét a hűtőközeg-eleresztéssel hozható kapcsolatba. A későbbiek során a forgalom nagyjából megfelel az előző mérés során kialakult forgalomnak, ami arra utal, hogy a melegági vízzár megnyílása után a primerköri szint - legalábbis egy darabig - nem befolyásolja lényegesen a természetes cirkulációs folyamatot. A primerköri szinteket ebben az időszakban a 10. ábra szemlélteti. A W30 mérés elején a Wl9-cel analóg helyzetet találunk, s annak ellenére, hogy ettól kezdve a zóna szintmérés (DPll) jelentós gőztartalmat jelez, a forgalom viszonylag alacsony értéken stagnál. A kb. 5400 s-nál végrehajtott ujabb csapolás - az eddigiektől eltérően - nem jelentkezik forgalomnövekedésben a hurokágban: ellenkezőleg, a forgalom jelentős csökkenése tapasztalható. Ennek oka esetleg abban keresendő, hogy a zónában keletkező nagymennyiségű gőz hűtőközegelvételkor a zónából nyomja ki a vizet. Ez a 11. ábrán a DPll és LEU szint ismételt csökkenésében jelentkezik a 600-750 s közötti időszakban. Ugyanakkor megfigyelhetjük a hidegági kollektor szintjének (LE46Í jelentős csökkenését is, ami szintén a természetes cirkulációt fenntartó gravitációs hajtóerő csökkenését jelenti. Különleges jelenséget figyelhetünk meg a W31 jelű mérés kezdetént a hűtőközegelvétellel párhuzamosan a primerköri szintek egy darabig emelkednek (ld. 12. ábra), s a hurokági forgalom is megnő. Ez a jelenség azonban csak időszakost mintegy 150 s után a tendencia megfordul, mind a szintek, mind a hidegági forgalom csökkeni kezdenek. 480 s-ra a hidegági vízzár gőzfejlesztő felőli oldala leürül, ez a 12. ábrán a zónaszint enyhe emelkedésében jelentkezik, s egyben a forgalom csökkenése is megáll, s a jel "zajosabbá" válik, ami feltehetően kismennyiségű gőz átáramlásával magyarázható. (Itt ismét meg kell jegyeznünk, hogy a forgalomjelből a "zajosságon" kívül nemigen vonható le más következtetés: a mért jel itt a távadó nullájával összevethető nagyságú, tehát az ábrán 0.4 kg/s-kónt megjelenő érték akár nulla is lehet. Egyébként a W32 mérés viszonylag konstans forgalomjeléből talán éppen erre lehet következtetni.)
- 9 - A sorozat utolsó két mérése a hőátadási krízis vizsgálatához nyújt alapot. A 13. ábra a fűtőelem-hőmérsékleteket mutatja a W31 mérés vége felé: 765 s-tól kezdve a fűtőelemköteg felső végéhez közel eső +ermoelemek krízist jeleznek. 700 C-os falhőmérséklet elérésnkor a fűtőteljesítményt lekapcsoltuk. Az utolsó, W32-es mérés azt az állapotot mutatja be f amikor - változatlan primerköri viszonyok között - 40 kw teljesítményt visszakapcsoltunk. A fűtőelem- hőmérsékletek szinte azonnal emelkedni kezdtek, amint az a 14. ábrából látható. Minthogy a hőmérsékletemelkedés sebessége nem látszott ebben az esetben sem lassulni, valamivel 700 C alatt a teljesítmény ismételt lekapcsolására kényszerültünk. A hőátadási krízis a zónában kb. 1,8 m-es szintnél jelentkezett a LEU és DPll jelek szerint. Ez az érték azt jelenti, hogy az egyfázxsú vízszint elméletileg a fűtött mérőszakasz alsó 1 m-es szakaszát lepi el. A krízib felléptéig a fűtött mérőszakasz teljes hosszában a kétfázisú keverékszint alatt kell, hogy legyen, tehát - az alkalmazott magas teljesítmény mellett - az 1 m-es vízszint kb. 2.5 m-es keverékszintet eredményez. Sajnos a W32 mérés megkezdése előtt már fellépett a krízis a 40 kw-os esetben, így a teljesítmény hatás nehezen értékelhető, a mért zónaszint ebben az esetben valamivel magasabbnak tűnik. A melegági vízzár hatása a melegág magasságáig leürült rendszerre igen jól értékelhető a TC.W17 mérés alapján. A primerköri nyomás változását a 15. ábra mutatja: az erőteljes nyomásnövekedés oka az, hogy a zónában keletkező gőz nem képes átjutni a melegági vízzáron a gőzfejlesztő felé. A hűtőközeghőmérsókleteket láthatjuk a 16. ábrán: a melegoldali hőmérsékletek telítési, vagy ahhoz közeli értéket mutatnak, míg a hidegág jelentősen aláhűtött. A fölmelegedés a zónán igen jelentős: a kezdeti 55 K- ról a vízzár megnyílás pillanatáig csaknem 100 K-re nő, ami érthető, ha a 6. ábrán bemutatott forgalomcsökkenést ebben az időszakban figyelembe vesszük. A nyomásnövekedés időszakában a
- 10 - primerköri szintek ( 9. ábra) - a LE31 kivételével - gyakorlatilag állandóak, a melegági vízzsák szintje pedig folyamatosan csökken. Vizsgáljuk meg most a folyamatot a vízzármegnyílást követő időszakban. A gőz átjutásával a vízzáron a rendszernyomás csökkenni kezd: a meglepő az, hogy a csökkenés nem folyamatos, hanem kb. 90 s periódusidejű ingadozást mutat, ami az összes többi paraméterben is megjelenik. A folyamatot a kővetkezőképpen magyarázhatjuk: a nyomáscsökkenéses periódusokban a hurokági forgalom megélénkülését (6. ábra), valamint a zóna átlagsűrűségének növekedését figyelhetjük meg, míg ennek ellenkezője igaz a nyomásnövekedéses időszakokban. A gőznek a vlzzá- on való átjutásával tehát a körben egyébként csaknem stagnáló hűtőközeg áramlásba jön, ami a zónába viszonylag hidegebb víz érkezésével jár a gyűrűkamrából. A reaktortartályban a sűrűség növekedése egyébként a természetes cirkulációt mozgásban tartó hajtóerő, másrészt a gőztermelés csökkenéséhez vezet, ami ismételt stagnációt eredményez. Jól tukrözi ezt a folyamatot a 17. ábra, amely a W17 mérés során a fűtőelem falhőmérsékletek változását mutatja be. A fűtőelemek felső szakaszán aláhűtött forrást figyelhetünk meg: a termoelemek itt a telítési értéknél valamivel magasabb hőmérsékletet jelezr. fűtőelemek alsó felében elhelyezkedő termoelemek viszont egyfázisú, konvektív hőátadásról tanúskodnak, s jól jelzik a gyűrűkamrából periodikusan beáramló hidegebb víz érkezését. 4.2 A második kísérletsorozat A második kísérletsorozat céljai az alábbiak voltak: - a melegági vízzár leürülésekor lejátszódó folyamatok további vizsgálata (különösen a teljesítményszint hatása), - a krízis-állapot stabilizálása a zónában.
- 11 - A mérés lefolytatásának metodikáját tekintve a sorozat megegyezett az elsővel. A kísérletsorozat négy mérést tartalmazott: TC.W50 - reaktortartályszin* a melegág fölött TC.W51 - reaktortartályszint a melegág magasságában (a melegági vízzár megnyílásig) TC.W52 - reaktortartályszint a melegág magasságában (a melegági vízzár megnyílása után) TC.W53 - reaktortartályszint a zónában A zónateljesítményt a méréssorozat egyes mérései közben a 18. ábrán mutatjuk be. Az első három mérés során a teljesítmény 50 kw körüli értéken mozgott. A W50 mérés azt mutatja, hogy a rendszer még nem jutott teljesen állandósult állapotba: a 19. ábrán mind a primer-, mint a szekunderköri nyomás emelkedik, ami annak a következménye, hogy a primerköri átlaghőmérséklet egyre emelkedik. Ez tükröződik a reaktortartály szintjének alakulásában, amely folyamatosan csökken a mérés során (20. ábra). A melegági vízzár leürülésének folyamatát szemlélteti a H51 mérés szintjeit bemutató 21. ábra, amelyen változást egyedül a LE31 jelben észlelünk. A W17-hez képest alacsonyabbnak választott teljesítmény természetesen kisebb mértékű gőzfejlődést eredményez, ami a szintnek lassabb csökkenését és a primerköri nyomás lassabb növekedését eredményezi (ld. 22.ábra). A 6. ábrában már ábrázoltuk - a W17 méréssel való összevetés céljából - ennek a mérésnek a hurokági forgalmát: a Wl7-tel ellentétben, a forgalom alig mutat változást, feltehetően az értéke (a korábbiakban ismertetett okok miatt) csaknem nulla. A 23. ábra a felületi hőmérsékleteknek a W17 méréssel analóg viselkedését mutatja. A W52 mérés a melegági vízzár megnyílása utáni fázist foglalja magában. Akár a 24. ábrán látható nyomásgörbét, akár a 25. ábrán bemutatott forgalmat nézzük, nyomát sem találjuk az első
- 12 - sorozatban Konstatált periodikus viselkedésnek. A nyomás folyamatosan csökken, a forgalom pedig enyhe élénkülést mutat. Igen jó áttekintést ad a folyamatnak e szakaszáról a 26. ábra, amely, a printerkori hűtőközeg hőmérsékletét adja meg különböző pontokban a teljes méréssorozat időtartamára. Megfigyelhető, hogy a melegági vízzár megnyílásáig a gőzfejlesztő belépő hőmérséklete csaknem 10 K-nel alacsonyabb a telítési hőmérséklettel megegyező felső keverőtéri hőmérsékletnél, viszont 2600 s táján - a vízzár megnyílás hatására - fokozatosan a telítési hőmérsékletre emelkedik, s a továbbiakban a három hőmérséklet kőzött nem tapasztalunk eltérést. A W53 mérés során célunk, mint említettük, az volt, hogy a zónában elhelyezkedő szintnél stabilan a hőátadási krízis állapotában maradjunk a zóna felső szakaszában. Ehhez a zónateljesítményt úgy kellett megválasztanunk, hogy a fűtőelemhőmérsékletek olyan értéken maradjanak, amit a kísérleti berendezésen huzamosabb ideig megengedhetünk. A 27. ábrán láthatjuk a fűtőelemhőmérséklet alakulását a mérés során. A mérés már a krízis fellépése u.tán indult, a 18. ábra tanúsága szerint a mérés legelején megtörtént a teljesítmény csökkentése, ui. a maximális fűtőélcmhőmérséklet megközelítette a 700 C-ot. Érdekesen alakul a primerköri szintek változása eközben (ld. 28. ábra): a teljesítménycsökkentés hatására a zónaszint csökken, miközben a LE61 gyflrűkamraszint emelkedik. Mindez addig tart, amíg a LE46 hidegági vízzár szint olyan mértékig le nem süllyed, hogy azon gőz tud áttörni a gyűrűkamra felé: ez a vízzár másik oldalán a DP50 szint csökkenéséhez és a zónaszint hirtelen emelkedéséhez vezet. A továbbiakban 800 s-ig a szintek nem mutatnak lényeges változást, csupán a zónában lévő hűtőközegmennyiség mutat folyamatos csökkenést.
- 13 - Mindezek a folyamatok nen. befolyásolják a fűtőelemhőmérsékletek alakulását: az 500 s-ig tartó hőmérsékletcsökkenés még a teljesítmény-levétel következménye. A falhőmérsékletek stabilizálása céljából valamivel 500 s előtt kismértékű teljesítménynövelést hajtottunk végre: az eredmény a falhőmérsékletek folytonos emelkedése lett. Ekkor 850 s-nál kísérletet tettünk arra, hogy a szekunderoldali hőelvétel javításával avatkozzunk be a primerköri folyamatokba. A szekunderoldalra aláhűtött tápvizet adagoltunk, ami a szekunderoldali nyomás gyors csökkenését eredményezte, ez pedig a primeroldalon is hirtelen kondenzálódáshoz, és így primer nyomáscsökkenéshez vezetett. A zóna 850 s-ra teljes egészében újranedvesedett, de a zónahűtés mechanizmusa más volt, mint amit vártunk. Eredeti elképzelésünk szerint a szekunderoldali hőelvonás javítása a primerkörben a természetes cirkulációs áramlás megélénkülésével járt volna, s ez képezte volna a jobb zónahűtés alapját. Valójában - ha a 28. ábrán figyelemmel követjük a szintek alakulását ebben az időszakban - a gőzfejlesztő primeroldalán hirtelen létrejövő nyomáscsökkenés "szívóhatása" okozza a zúnaszint hirtelen megnövekedését, ami egyben a gyűrűkamra szintjének drasztikus csökkenésével is jár. Ugyanez az effektus figyelhető neg a hidegági vízzárban: a gőzfejlesztő mintegy "fölszippantja" onnan a vizet (Id. LE46 jele a 28. ábrán). Látható a 18. ábrán, hogy ezt követően ismét megemeltük a teljesítményt, méghozzá több lépcsőben, és jelentős mértékben, a krízis csak akkor lépett fel újra, amikor a zónaszint 1,8 m körüli értékre csökkent. Ez jól egyezik az előző sorozat W31 kísérlete során nyert eredménnyel.
- 14-5. Egyszerűsített számítási modell ellenőrzése a mérési eredmények segítségével ~" Mint már említettük, a W53 mérés célja az volt, hogy megvizsgáljuk a hőátadási folyamatot az aktív zónában akkor, amikor a fűtőelemek egy szakasza tartósan szárasra kerül. Kivel egy, a fenti viszonyok számítására alkalmazott kvázistacionárius modell szerint a keverékszint magasságától és a teljesítmény nagyságától függóen a kialakuló gőzhűtés intenzitása elegendő ahhoz, hogy veszélyes, 1000 C feletti burkolathőméreékietek kialakulását meggátolja, fontos volt kísérletileg ellenőrizni az alkalmazott modell használhatóságát. A szóbanforgó számítási modellnek a kísérletekhez illesztett változata lehetővé tette adott keverékszint mellett a szárazon maradó fűtőelem burkolatokon kialakuló maximális burkolathőmérséklet meghatározását. A számításokhoz szükséges kiinduló adatok változását a következő ábrákon találhatjuk: - rendszernyomás 29. ábra PR21 - zóna belépő hőmérséklet 26. ábra TE63 - teljesítmény 18. ábra W53 - zóna folyadékszint 28. ábra LBll - burkolathómérsékletek 27. ábra A kvázistacionárius modell szempontjából a kísérletnek legjobban ellenőrizhető tartománya az 500-800 s között fekszik. A modell segítségével első lépésben kiszámítottuk a szárazon maradt zóna szakasz függvényében a fenti tartományban várható burkolathómérséklet maximumokat. Ennek változását mutatja a 30. ábra. A burkolathómérséklet a szárazon maradt szakasz növekedésével növekszik, amiben fi döntő szerepet az egyre kisebb mennyiségben fejlődő gőz túlhevülése játssza. A mért falhőmérsékletek tehát:
- 15 - H száraz = ' 07 ~» 33 m tartományba esnek. AH = H - H. keverékszintből visszaszámítva a tartomány határain az egyenértékű folyadékszintet (collapsed level) "számított - L227-1.096 и adódik, míg a márt értékek voltak. H mért - Ь5 - Ь16 m Tekintettel arra, hogy a gőzsebességeknek a zónán belüli alakulása igen nehezen számítható, és így a sűrűség átlagolása is bizonytalan, az egyezés jónak mondható. Az egyszerűsített modell és a mérések alapján megalapozottnak látszik az a korábbi megállapítás, hogy amíg a zóna szárazon maradt része korlátozott, addig a gőzhűtés a fűtőelemburkolatok hőmérsékletét képes elviselhető értéken tartani. 6. Következtetések Elvégeztük a PMK berendezésen az első két természetes cirkulációs kísérletsorozatot, melyek során a primerköri szintet időszakos vízelvétellel lépcsőzetesen csökkentettük. A kísérletsorozatok az alábbi főbb eredményeket szolgáltatták: - Kvalitatív képet kaptunk a primerköri természetes cirkulációs áramlás mértékéről különböző primerköri szinteknél. Ha a szint a melegág fölött helyezkedik el, a primerköri forgalom nem tér el jelentősen a teli rendszerben beállótól. A szintnek a melegágban való megjelenésével a forgalom csökken (esetleg a vízzár megnyílása előtt le is áll). A vízzár megnyílása után a természetes cirkuláció ismét megélénkül, de az áramlási sebességek a szint további csőkkenésével csökkennek. Minden jel arra mutat, hogy olyan primerköri hűtőközegmennyiségnél, ami
- 16 - a zónát még éppen ellepő keverékszintet eredményez, a természetes cirkuláció előfeltételei már nem adottak. В tartomány alaposabb vizsgálata indokolt. - A melegági vízzsák leürülésének időszakában a primerköri forgalom egyértelmű romlása állapítható meg. A két különböző teljesítménnyel elvégzett mérés mind forgalomban, mind a vízzár-megnyílás utáni folyamat lezajlásában különböző eredményt szolgáltatott. - A krízis fellépését a zónában kb. 1 m-es egyfázisú zónaszintnél figyeltük meg, ami arra utal, hogy a kétfázisú keverékszínt ennél lényegesen nagyobb. Szükségesnek tartjuk e kérdéskörnek alaposabb vizsgálatát különböző rendszernyomásnál ill. zónate1j e s ítményné1. - Kb. 1%-os zónateljesítmény mellett a fűtőelemhőmérsékletek - a krízis fellépése után is - elfogadható értékeken maradtak. Egyben igazolódott a vízzár hatás tanulmányozására fejlesztett, egyszerűsített módszer azon eredménye, hogy a zóna felső részének kiszáradása után a kialakuló gőzhűtés még sokáig megakadályozza a burkolathőmérsékletek 1200 C fölé emelkedését. - A szekunderoldali hűtés intenzivizálása a gőzfejlesztő primeroldalán létrehozott kondenzáción keresztül a zóna újranedvesítését eredményezte. Az első két méréssorozat értékelése arra is rámutatott, hogy a primerköri állapot kvantitatív elemzése különböző zónaozintek esetén a jelenleginél szerteágazóbb vizsgálatokat követel. Az elvégzett mérések tapasztalatai alapján az alábbi vizsgálatokat tartjuk indokoltnak: - A jelen méréssorozat ismétlése két különböző értékű, de konstans szekunder nyomás mellett. További paraméter a zónateljesítmény, mégpedig az üzemzavari állapotoknak jobban megfelelő tartományban.
- 17 - - A szekunderoldali nyomáscsökkentés hatása a primerköri folyamatokra különböző hűtóközegszintek mellett. Б mérések elvégzésénél a mostaninál nagyobb figyelmet kell fordítani az állandósult állapot kivárására. Szükséges az alkalmazott műszerezés felülvizsgálata is, pl. a természetes cirkulációs forgalmak pontosabb mérése nélkülözhetetlen. Az analitikus vizsgálatok terén a kétfázisú keverékszint leírására alkalmazott: modellek használhatóságát célszerű ellenőrizni eredményeink felhasználásával. A kísérletsorozatban elvégzett mérések közül a legjellegzetesebbekre RELAP számítások végzése is indokolt.