Tartalom Atomerőművi főberendezések Primer köri főberendezések Atomerőművek Boros Ildikó, BME NTI 2013. február 21. Primer köri főberendezések Reaktorberendezés Aktív zóna Reaktortartály Reaktortartályon belüli szerkezeti elemek Főkeringtető vezeték Térfogatkompenzátor Gőzfejlesztők Főelzáró tolózár Egyéb kapcsolódó rendszerek 1. sz. víztisztító rendszer Stb. 2 A továbbiakban említett típusok: VVER-440 Framatome 900 EPR Üzemel / épül: 23 / 2 34 / 0 0 / 4 Telj.: 440 MWe 900 MWe 1650 MWe η: 32% 31,2% 37% Primer kör Primer hűtőrendszer feladatai Hő elszállítása zónából GF-be Üzemanyag hűtése (egyúttal moderátor és reflektor szerep) Nyomástartás (TK segítségével) Nyomáshatároló Fő elemei: Reaktor; Gőzfejlesztő; FKSZ (FET) Térfogatkompenzátor Primer csővezeték Kapcsolódó rendszerek: Üzemzavari hűtőrendszerek Víztisztító rendszer Pótvíz és bóros szabályozás rendszere 3 4
Primer kör Egyéb fontosabb primerköri rendszerek Közbenső hűtőköri rendszerek Fő keringető szivattyú (FKSZ), szabályozó és biztonságvédelmi (SZBV) rúd hajtás és ZÜHR közbenső hűtőkör Biztonsági hűtővíz (BHV) hűti Olajrendszerek FKSZ és pótvíz szivattyúk Szervezett szivárgások rendszere FKSZ, pótvíz szivattyúk, primerköri mintavétel szivárgásai Légtelenítések, ürítések Pihentető- és átrakó medence hűtőköri rendszere Töménybór rendszer Pótvíz rendszeren át primer körbe Bórsavas tartályok utántötlésére Primerköri víztisztító rendszerek Primer kör példa: 5 6 Primer kör példa: BWR Tervezési követelmények 7 8
Reaktorberendezés Primer köri főberendezések Reaktorberendezés Elemei: Reaktortartály (RPV) RPV belső szerkezeti elemek Üzemanyag SZBV rudak 9 10 Reaktor Tervezési követelmények Design of the Reactor Core for Nuclear Power Plants (IAEA Safety Guide) A fő biztonsági funkciók nem sérülhetnek Zóna: a legnagyobb előforduló reaktivitásbevitel (DBA esetén) sem okozhatja a nyomáshatároló sérülését, jelentős zónadegradációt, vagy a hűtés megszűnését Gyors negatív visszacsatolások Reaktivitásbevitel korlátozása (DBA esetén is) Reaktivitásbalesetek Reaktor szabályozhatósága: DBA esetén is le kell tudni állítani, és leállított állapotban tartani a reaktort Leállításhoz legalább két (független és diverz) rendszer kell Üzem közbeni felügyelet, tesztelés (reaktortartály, üzemanyag, öregedés, szabályozás) Statikus és dinamikus terhelések figyelembevétele, anyagok megválasztása Reaktor Tervezési követelmények Design of the Reactor Core for Nuclear Power Plants (IAEA Safety Guide) Üzemanyag: normál üzem és üzemi tranziensek esetén nem sérülhet jelentősen, hűtés DBA esetén sem romolhat Termohidraulikai korlátok (lineáris hőteljesítmény, DNBR, üzemanyag és burkolat hőmérsékletek): üa. sérülést elkerülni Műszerezés, monitorozás DBA esetén is Magas hőmérséklet, nyomás, besugárzás, hasadási termékek, kiégés, egyéb terhelések hatásait is figyelembe kell venni Ezen hatásokat lehetőleg minimalizálni Kiégés hatása (hővezetés, pasztilla mikrostruktúrája, olvadáspontja stb. megváltozik) Hasadási termékek (pl. nyomásnövekedés burkolaton belül, korrozív has. termékek) Pasztilla-burkolat reakció (stressz-korróziót indukál) Külső (primer) nyomás állóság Követelmények hűtőközegre, moderátorra (fizikailag, kémiailag stabil, idegen tárgytól, szennyezéstől mentes) 11 12
Példa: EPR tervezési limitek PCC-1: normál üzemi tranziensek PCC-2: üzemzavari tranziensek (10-2/y < f) PCC-3: tervezési üzemzavar (10-4/y < f < 10-2/y) PCC-4: tervezési baleset (10-6/y < f < 10-4/y) Reaktor Üzemanyagpálca Pálcatartó lemez Hűtőközeg áramlása Szinterelő kemence UO 2 -pasztilláknak Üzemzavari tranziensek esetén (ill. szekunder nyomáshatároló sérülése esetén baleseti helyzetben) nem léphet fel burkolatsérülés DBA esetén a fűtőelemek max. 10%-ánál léphet fel DNB LOCA esetén: Burkolat max. hőmérséklete 1200 o C Burkolat max. oxidációja a burkolatvastagság 17%-a Hidrogén-termelődés max. 1%-a a lehetséges mennyiségnek (burkolat teljes oxidációja) Zóna geometria hűthető marad Hosszú idejű hűtés biztosított Burkolat oxidáció nélküli üzemzavarok esetén a max. burkolat hőmérséklet 1482 o C Üzemzavari tranziensek esetén max. lineáris teljesítménysűrűség 590 W/cm DBA esetén az üzemanyag megolvadása max. 10% a legmelegebb helyeken (hot spot) Primer és szekunderköri túlnyomás kizárása Zárósapka UO 2 - pasztillák (D = L = 10 mm) Üzemanyagpálcák (L = 4,2 m, D = 12 mm, s = 1 mm) Nyomórugó 13 14 Nyomórugó Gázrés Al2O3 elzárótabletta Hűtőközeg H2O Távtartó rács UO2 pasztilla Zirkaloy burkolat +gázrés Al2O3 elzárótabletta Védőhüvely Zárósapka Reaktor Távtartó rács Üzemanyag Framatome 900 Zóna magassága 3.66 m Zóna átmérője 3.04 m Üzemanyag-kazetták száma Távtartó rács 157 Magasság 40 mm Pálca osztásköz Vastagság 0,4 mm 1.26 cm Kazetta külső átmérője 21.5 cm) Átlagos teljesítménysűrűség 99.9 kwt/l Kazetta geometria 17x17 Üzemanyag pálca magassága 4058 mm Szabályozópálca Üzemanyag pálca külső átmérője vezető csövek 9.5 mm Üzemanyag pellet: 13.5 mm * 8.19 mm Üzemanyag pellet belső átmérője (furat) - 15 16
Üzemanyag Framatome 900 Üzemanyag - EPR Zóna magassága 4.2 m (AREVA) Zóna átmérője 3.767 m (AREVA) Üzemanyagkazetták száma 241 (AREVA) Pálca osztásköz 1.26 cm (AREVA) Kazetta külső átmérője 21.4 cm (AREVA) Átlagos teljesítménysűrűség 89.3 kwt/l (AREVA) Pálcák száma az üzemanyag kazettában 265 (AREVA) Kazetta geometia 17x17 (AREVA) Üzemanyag pálca külső átmérője 9.5 mm (AREVA) Üzemanyag pellet külső átmérője 8.19 mm (AREVA) Üzemanyag pellet belső átmérője (furat) - (AREVA) Átlagos lineáris teljesítménysűrűség 17.8 kw/m Maximális burkolathőmérséklet 435 C Maximális üzemanyag középponti hőmérséklet 2260 C Burkolat anyaga Zr-4 Átlagos kazetta kiégési szint kirakáskor 33735 MWd/tU 17 Üzemanyag - EPR Átlagos lineáris teljesítménysűrűség 14.95 kwt/m (AREVA) Burkolat anyaga M5 (AREVA) Burkolat vastagsága 0.57 mm (AREVA) Átlagos kazetta kiégési szint kirakáskor 60000 MWd/tU (AREVA) 18 20 Zóna - EPR 19
Üzemanyag VVER-440 Üzemanyag VVER-440 Zóna magassága 2.42 m Zóna átmérője 2.88 m Üzemanyagkazetták száma 349 Pálca osztásköz 1.22 cm Kazetta külső átmérője 14.7 cm Átlagos teljesítménysűrűség 85.2 kwt/l Pálcák száma az üzemanyag kazettában 126 Üzemanyag pálca magassága 2536 mm Üzemanyag pálca külső átmérője 9.1 mm Üzemanyag pellet magassága 9-11 mm Üzemanyag pellet külső átmérője 7.54-7.59 mm Üzemanyag pellet belső átmérője (furat) 1.2 mm Átlagos lineáris teljesítménysűrűség 13.1 kwt/m Maximális burkolathőmérséklet 335 C Maximális üzemanyag középponti hőmérséklet 1995 C Burkolat anyaga Zr-1 %Nb Átlagos kazetta kiégési szint kirakáskor 37000 MWd/tU 21 22 Üzemanyag Szabályozó rudak - EPR 89 SZBV rúd, egyenként 24 pálcával Alsó részen Cd-ötvözet, felső részen B4C abszorbens pasztillák SS burkolatban He közegben 36 szabályozó, 53 BV rúd SZBV rúd hajtás a német Konvoi-ból 23 24
Szabályozó rudak VVER-440 Szerkezeti felépítése: Üzemanyag rész Elnyelő rész Közbenső rúd Felső része az SZBV hajtáshoz kapcsolódik, alsó része a követőkazettához Hajtás (mozgató mechanizmus) Fogaskerék - fogasléc áttétel (2 cm/s) Villanymotor Helyzetjelző Hat csoportba bontva, 7 üzemi, 30 BV kazetta Követő kazetta szerkezete megegyezik a munkakazettákkal Bóracél abszorbens rész Követőkazettás megoldás miatt speciális RPV felépítés Reaktor zónamonitorozó rendszerek Tervezési követelmények Minimálisan vizsgálandó (DBA helyzetben is): Zóna teljesítmény (eloszlás, időfüggés) In-core vagy ex-core detektorok Hűtőközeg paraméterek (tömegáram, hőmérséklet) Neutronabszorbens hatékonysága Vízszint Nyomás Hűtőközeg aktivitása SZBV rudak helyzete Bórkoncentráció Többi paraméter ezekből származtatható Leállítás / indulás alatt más mérési tartományok, más rendszerek kellhetnek 25 26 Reaktor - EPR Reaktor - EPR EPR in-core mérések 27 28
Reaktortartály Tervezési követelmények Integritás megőrzése DBA esetén (újabban zónaolvadás esetén is külső hűtés) Hegesztési varratok számának minimalizálása (főként a zóna magasságában) A reaktortartály törése nem DBA esemény, ki kell zárni a bekövetkezését A fedél kisebb sérülése csak LOCA esemény, a csonkok alatti részé súlyos baleset. Anyaga 15-25 cm vastag szénacél (+Ni, Mo, Cr, Mn), 3-10 mm ausztenites acél plattírozással (korrózió csökkentésére) Üzemidő alatti gyors neutron fluens kb. 10 24 n/m2 29 Reaktortartály Tartály anyagának ridegedése neutronsugárzás hatására Elsősorban a zóna magasságában, hegesztési varratok érzékenyebbek PWR-ek jobban kitettek a neutronsugárzásnak (BWR-eknél kb. két nagyságrenddel kisebb a fluens) Réz és nikkel tartalom növelése elősegíti a ridegedést PWR-eknél: nyomás alatti hősokk (pressurized thermal shock - PTS) Üzemi (vagy akörüli) nyomáson egyes szcenáriók szerint nagy mennyiségű hideg közeg jut a tartályba Emiatt jelentős hőfeszültségek (+ridegedés) Repedések indulhatnak meg BWR-eknél inkább az alacsony hőmérsékleten túlnyomódásra kell figyelni További jelentősebb meghibásodási folyamatok: Feszültségkorrózió a szabályozórúd átvezetéseknél (Davis-Besse) Feszültségkorrózió a tartályfenék átvezetéseknél (STP1) 30 Reaktortartály PTS A szívós-rideg tartományok átmenetét jelentő Tkrit idővel nő Jellemző kezdeti események: Kis LOCA, amikor ZÜHR működés történik kis nyomás mellett Szekunder oldali kezdőesemény, ami GF túlhűtést eredményez Nyitva ragadt, majd bezárt szelep (újranyomódás) Reaktortartály Feszültségkorrózió SZBV hajtásoknál a Davis-Besse eset 1977-től üzemelő PWR 1990-től megszokott szivárgások az SZBV hajtások pereménél 1999-től fokozott szivárgás, egyéb jelek 2002: axiális repedéseket találtak 3 SZBV-átvezetésen, majd a javításkor egy kb. 20 cm átmérőjű üreget a tartályfedél anyagában 2 évi leállítás, 75 millió dolláros fedélcsere INES-3 31 32
Reaktortartály Reaktortartály Feszültségkorrózió SZBV hajtásoknál a Davis-Besse eset 33 Reaktortartály 34 36 Reaktortartály Tervezési követelmények Hegesztési varratok számának minimalizálása (főként a zóna magasságában) Ki kell bírnia PTS-t meghibásodás nélkül Biztosítani kell a varratok teljes terjedelmű vizsgálatát Nem vizsgálható varratok csak ott lehetnek, ahol ez nem okoz BDBA-t Reaktortartály anyagából készült próbatesteket kell besugározni gyors neutronokkal, értékelni ridegedést. Átmeneti hőmérséklet-görbék (1. blokk, varratfém) 35
Reaktortartály Framatome 900 Falvastagság 200 mm Tartály burkolatvastagság 6 mm Magasság 13.17 m Belső átmérő 4.003 m Reaktor - EPR Anyag MnMoNi acél Falvastagság 250 mm Tartály burkolatvastagság 7,5 mm Magasság 12.7 m Belső átmérő 4.87 m 37 38 Reaktortartály - EPR Nincs átvezetés a fenéken Egy darabból áll a csonkzóna Plattírozás alacsony Co tartalommal 60 év tervezett üzemidő után is 30 o C alatt marad a Tkrit Emelt csonk magasság (nagyobb víztér a csonkokig) Nehéz reflektor (acél, kisebb víztartalommal) Reaktortartály VVER-440 Kialakítás: közúti / vasúti szállítás vékonyabb tartályfal, kisebb víztér, nagyobb neutronfluxus Komolyabb követelmények anyagokkal szemben Csonkok két sorban, emiatt egyenletesebb kerületi hőmérséklet-eloszlás (de jelentős axiális) 6-6 NA 500, és 2*2 NA 250 Kovácsolt darabokból összeállítva Nincs axiális varrat 39 40
Reaktortartály VVER-440 Reaktortartályok Anyag 12H2MFA (Cr Mo V szénacél) Falvastagság 140 mm Tartály burkolatvastagság 9 mm Magasság 11.8 m Belső átmérő 4.27 m Üzemi / tervezési / tesztelési nyomás: 123 / 137 / 172 bar 41 42 Reaktortartály szerkezeti elemei Feladata: Üzemanyag és mérőláncok pozícionálása, rögzítése Szabályozórudak mozgatásának lehetővé tétele Hűtőközeg áramlás irányítása, egyenletessé tétele Anyagkövetelmények Mechanikai stabilitás megőrzése DBA esetben is Minél kisebb felaktiválódás Általában króm-nikkel-acél ötvözet Tipikus belső elemek: Reaktorakna Zónatartó kosár Palástlemez Áramlásterelő lemezek Felsőcsőblokk EPR: nehéz reflektor EPR belső szerkezeti elemek Reaktortartály szerkezeti elemei Tervezési földrengés során megőrizzék funkcióikat Környezeti hatások elviselése DBA-ig Áramlás keltette rezgések megakadályozása Aszimmetrikus terhelések elviselése (csőtörés, gőzvezetéktörés) Feszültségkorrózió minimalizálása Vízszintes terhelések figyelembe vétele (pl. szeizmikus gyorsulás, feszültségkorróziót indukálhat) Vízkémia, neutronfluens figyelembe vétele EPR reaktorakna és alsó zónatartó lemez 43 44
Reaktortartály szerkezeti elemei VVER-440 specialitások Reaktorakna Elliptikus perforált fenéklemez Fékezőcsőblokk Védőcsövek és fékezőcsövek perforálva Reaktortartály szerkezeti elemei 45 46 Primer köri főberendezések Fővízkör Fővízkör Követelmények: Nyomáshatároló rendszerek megfelelő izolációja (-> mérnöki gát!) Komponensek (RPV, csövek, szelepek, stb.): Statikus és dinamikus terhelések elviselése minden üzemállapotban. Felhasznált anyagok: minél kisebb aktiváció, magas anyagminőség (korrózió) Üzem közbeni vizsgálatok elvégezhetősége (főként nagy sugárzásnak kitett helyeken) Nyomáshatároló rendszert folyamatosan monitorozni kell (szivárgások felderítése) Hűtőközeg-leltár és nyomás szabályozása Hűtőközeg megtisztítása aktivált korróziótermékektől Maradékhő-eltávolítás biztosítása Végső hőnyelő biztosítása tervezési üzemzavarokra is 47 48
Fővízkör Framatome 900 Fő (primer) hűtőközeg H2O Primer hűtőközeg tömege 300 t Nyomás 158 kg/cm² Zóna belépési hőmérséklet 286 C Zóna kilépési hőmérséklet 321 C Főkeringtető szivattyúk száma 3 Teljes tömegáram 15894 t/h Hurkok száma 3 Fővízkör - EPR Fő (primer) hűtőközeg H2O Nyomás 155 kg/cm² Zóna belépési hőmérséklet 295.5 C Zóna kilépési hőmérséklet 328.1 C Főkeringtető szivattyúk száma 4 Teljes tömegáram 4x5475 kg/s Körök száma 4 49 50 Fővízkör - EPR Fővízkör VVER-440 Fő (primer) hűtőközeg H2O Primer hűtőközeg tömege 165 t Nyomás 125 kg/cm² Zóna belépési hőmérséklet 267 C Zóna kilépési hőmérséklet 297 C Főkeringtető szivattyúk száma 6 Teljes tömegáram 39750 t/h Körök száma 6 51 52
Fővízkör VVER-440 FET FKSZ Reaktor Melegág Hidegág GF felőli U alakú hidegági vízzár Hurok kizárható rész Hurok ki nem zárható rész ZÜHR rendszerek a reaktorhoz hat primer hurok kapcsolódik, hurkonként egy főkeringtető szivattyúval, egy fekvő gőzfejlesztővel és két (hideg és melegági) főelzáró tolózárral (FET). Hideg- és melegági vízzárak: hidegági LOCA üzemzavar GF esetén döntő jelentőségű a reaktorzóna hűthetősége szempontjából. Fővízkör VVER-440 53 54 Fővízkör - VVER-440 Tervezési követelmények: Káros hatások (rezgés, öregedés, kiülepedés) minimalizálása Természetes cirkulációt elősegítő elrendezés Hozzáférhetőség (karbantartás, felügyelet) Csőtörés hatásainak figyelembevétele Primer köri főberendezések Főkeringtető szivattyú (FKSZ) Főkeringtető vezeték Ø 500 * 32 mm-es hőszigetelt saválló acél csövek Támasztóelemek a 200%-os LOCA elkerülésére 55 56
FKSZ Követelmények Akkora közegáram fenntartása, ami megfelelő hűtést biztosít az üzemanyagnak (DNBR kritérium) Megfelelő rotor tehetetlenség (lendkerék), FKSZ leállás esetén is hűtést biztosítani a természetes cirkulációs üzem kialakulásáig (dízelig) Üzem közbeni felügyelet: rezgések, szivárgás monitorozása, hőmérséklet Meghibásodáskor ne keletkezhessenek káros hatású repülő tárgyak Példa: EPR: 1 s villamos betáplálás-kiesés leállás nélkül Reaktor SCRAM után 0,3 s-ig nem kap leállító jelet az FKSZ Ház tervezett élettartama 60 év FKSZ kifutási ideje elég teljes külső feszültségvesztés + földrengés esetére 57 FKSZ VVER-440 Üzemi paraméterek Szállított mennyiség: 7100 m3/h Emelő magasság 4,25 bar Min. szívóoldali nyomás 10 bar Fordulatszám 1500 /perc Felvett teljesítmény 1400-1600 kw Felépítés: hidraulikus rész: függőleges tengelyű, egyfokozatú centrifugálszivattyú, tömítőblokk: bonyolult konstrukció (a nagynyomású primer hűtőközeg ne szivároghasson ki a forgó tengely és a ház között bonyolult tömítés és csapágyazás), hajtás: tengelykapcsoló a villamos motor és a hidraulikus rész között. Lendkerék a szivattyú kifutási idejének növelése érdekében. Elektromágneses tehermentesítő az axiális erők csökkentésére. 58 Primer köri főberendezések FKSZ 2. Primer köri főberendezések FKSZ 3. FKSZ tömítőblokk: rugó biztosítja a szükséges tömítőerőt nagy tengelyelmozdulás és alacsony primer nyomás esetén is; folyadék-film kenés az álló és forgó tömítő felületek között. Tömítőblokk felépítése FKSZ tömítése: feladata a primer hűtőközeg szivárgásának megakadályozása; az FKSZ tömítése ún. tömítőblokk segítségével történik, amelyre záróvizet kell juttatni; p záróvíz > p pr 59 60
FKSZ - EPR Framatome N4-ből fejlesztve Plusz tömítő fokozat SBO-ra REACTOR COOLANT PUMP ASSEMBLY Design pressure (bar) 176 Design temperature ( C) 351 PUMP Thermo-hydraulic flow rate (m3/h) 27,195 Suction temperature ( C) 295.9 Mass without water (including motor support) (kg) 50,520 MOTOR Type Air cooled squirrel cage induction motor Power rating (kw) 9,000 Design input power, RCP [RCS] under normal conditions (kw) 8,000 Voltage (volts) 10,000 Phase 3 Frequency (Hz) 50 Insulation class Class F thermoelastic epoxy insulation Mass (without water or oil) (kg) 60,700 Total inertia (pump and motor) of the rotor (kg.m²) 5210 Primer köri főberendezések Térfogatkompenzátor (TK) 61 62 Térfogatkompenzátor Feladata:Biztosítani, hogy a nyomás, hűtőközeg-mennyiség vagy termodinamikai tulajdonságok változása a nyomáshatároló sérülését okozza Primer köri nyomástartás Vízszint tartás Indításkor nyomásra hozás Túlnyomásvédelem Nem kondenzálódó gázok eltávolítása Baleseti helyzetben primer köri feed and bleed Kialakítása: Függőleges hengeres tartály Telített állapotú víz-gőz keverék Kapcsolat egy hurok hideg- és meleg ágával (hideg befecskendezés / meleg víz átáramlás) Nyomás szabályozás: elektromos fűtőpatron / befecskendezés Nyomásvédelmi eszközök: lefúvató és biztonsági szelepek (buborékoltató tartály) 63 Térfogatkompenzátor Követelmények: TK fő funkciója: biztosítani, hogy a hűtőközeg mennyiségének vagy a termodinamikai állapotoknak a változása ne eredményezze a fővízkör sérülését Kellő gőztér biztosítása a TK-ban Nyomáscsökkentő és növelő berendezések Lefúvató és biztonsági szelepek (primer nyomás csökkentése) Kiengedett primer közeg összegyűjtése (kondenzálása), hűtése, tisztítása, visszajuttatása (pl. zsomprendszer) Lefúvatási útvonal izolálható legyen (szándékolatlan működés ellen), szelep állás visszajelzés -TMI! Kellő kapacitás külső villamos ellátás nélküli üzem (akkumulátortelep vagy súlyos baleseti / mobil dízel) Lefúvató tartály kellő kapacitású legyen teszt és normálüzemi lefúvatásokra, kellő kapacitású buborékoltató tartály (hasadótárcsa) Újabban: primer kör nyomásmentesítése súlyos baleset esetén 64
a a a a a a TK VVER-440 Függőleges elrendezésű, szigetelt szénacél tartály, 9 mm-es plattírozással Alján NA300-as csonk 108 fűtőpatron (*15 kw) Térfogata 44 m3 Működési elve: Telített állapotú közeg, ezért kis nyomásváltozás esetén önszabályozásra képes: nyomáscsökkenés hatására: a telített víz kigőzölög p pr nyomásnövekedés hatására: a gőz kondenzálódik p pr Nagyobb nyomásváltozás esetén a nyomástartás külső beavatkozással történik: nyomáscsökkenés: fűtőtestek bekapcsolnak, gőz képződik p pr nyomásnövekedés: a gőztérbe hidegági vizet befecskendező szelepek kinyitnak, a gőz kondenzálódik, p pr 65 TK VVER-440 66 TK VVER-440 TK VVER-440 Nyomásszabályozás működése: nyomáscsökkentés: 4 befecskendező szeleppel (1. v. 6. hurok hidegágából); nyomásnövelés: öt fűtőtestcsoport segítségével (1. v. 6 hurok melegágába) Ha a primer nyomás a szabályozási tartományon kívüli értékre növekedik: Lefúvató szelep Biztonsági szelep(ek) nyitásával lehetséges a primer nyomás csökkentése. Buborékoltató tartályba ürítenek Hőmérséklet-rétegződés a TK bekötővezetékén (Forrás: PA) T7 190 o C T2 T6 315 o C T3 T4 T5 67 68
TK - EPR TK bekötővezeték 3. hurok melegágához csatlakozik 2 spray rendszer hideg befecskendezéshez (+1 kisegítő rendszer) A normál üzemi befecskendező ágak a 2. és 3. hurok hidegágából vételeznek Fűtőpatronok: Folyamatos üzemű (szabályozott) fűtőpatronok Nem-üzemzavari betáppal üzemelő fűtőpatronok Üzemzavari betáplálással üzemelő fűtőpatronok TK gázelvezető (H) és nitrogén-betápláló vezetékek Korábbi típusokhoz képest további lefúvató szelepek (súlyos balesetek esetére, nagy nyomású zónaolvadékkilökődés ellen) TK - EPR 69 70 TK - EPR TK - EPR 71 72
Chemical and volume control system (CVCS) Primer köri főberendezések CVCS Tisztító és térfogat-szabályozó rendszer Feladatai: primer közeg tisztítása szűrőkkel, sótalanítókkal (vízkémia és szennyezőanyag-mentesítés) Reaktivitás-szabályozás (bór hozzáadás / kivonás) Primer hűtőközeg leltár biztosítása (TK szinttartás, befecskendezés, igen kis LOCA esetén) Záróvíz biztosítása az FKSZ tömítéshez Részáramú tisztítóként üzemel (leiszapoló rendszeren keresztül) Folyamatos tisztítás Leeresztés a folyékony radioaktív hulladék kezelő rendszerhez is VVER-nél két külön rendszer 73 74 Chemical and volume control system (CVCS) Chemical and volume control system (CVCS) Tervezési követelmények: Tisztítás célja a primer köri korrózió és a zónán belüli lerakódások minimalizálása Figyelembe kell venni a vegyszerek reaktivitásra gyakorolt hatását Figyelembe kell venni gázok felhalmozódását Szándékolatlan bórsavhígulást ki kell zárni (vagy ne okozzon elfogadhatatlan reaktivitásbevitelt) Hamaoka, 2001 75 76
CVCS EPR EPR CVCS 1. sz. víztisztító rendszer VVER-440 Feladata: fővízköri hőhordozó részáramú tisztítása Vízkémiai paraméterek biztosítása (alacsony korróziós sebesség) Szennyezőanyag-mentesség biztosítása (felaktiválódás csökkentésére) Fővízköri forgalomnak csak töredéke (25 m3/h vs. 41000 m3/h) Két víztisztító ág (1,2,6. és 3,4,5. hurkok) Egy-egy regeneratív hőcserélő, utóhűtő, ioncserélő gyantaoszlop, gyantafogó Ioncserélő: üzemi nyomás (123 bar), 30 m3/h névleges térfogatáram, 1,2 m3 gyanta/ioncserélő 77 78 1. sz. víztisztító rendszer 79 Pótvíz és bóros szabályozás rendszere Normál üzemben : termikus gáztalanítás térfogatkompenzátor szinttartása lassú reaktivitás változás kompenzálása tiszta kondenzátum, illetve bórsav beadagolással záróvíz biztosítása az FKSZ-ek tömítő fokozatára vegyszer beadagolása a primerkörbe, a víznormák biztosítására Átmeneti állapotban: térfogatkompenzátor szint beállításai nyomáspróbák elvégzése Üzemzavari helyzetben : térfogatkompenzátor szinttartása és helyreállítása primerkör felbórozása T<150 0 C alatt LIP fogyasztóként történő üzemelése Blokk leállásakor : reaktor utántöltésének biztosítása primerköri tömörség- és nyomáspróbák végrehajtása 80
Pótvíz és bóros szabályozás rendszere Primer köri főberendezések Gőzfejlesztő 81 82 Gőzfejlesztő Gőzfejlesztő Gőzfejlesztő feladata: szekunder oldali víz forralása primer köri hűtőközeggel. hermetikusan elválasztja a radioaktív primer kört a szekunder körtől, így azonos mértékben tartozik mindkét körhöz. Működési elve: a.) gázhűtésű reaktoroknál; b.) gyakorlati megvalósítás PWR-eknél; min c.) b.)-hez képest a T GF értéke eltolódik, kicsit nő (bonyolult, csökken az üzembiztonság, elvi megoldás) A belépő tápvíz összekeveredik a GF szekunder oldali gőz-víz keverékkel, és bizonyos mennyiségű gőz kondenzálásával felmelegszik a GF nyomásának megfelelő telítési hőmérsékletre. min T GF min T GF min T GF értékre gazdasági optimum adódik: szükséges GF hőátadó felület GF ára, de pgf a blokk hatásfoka Követelmények Határfelület a primer és szekunder oldal között! Áramlási mező megtervezése Ne legyenek pangó térrészek (szennyeződések felhalmozódása) Ne legyen áramlás keltette rezgés Hőátadó cső hozzáférhető legyen (vizsgálatokhoz, karbantartáshoz) Monitorozás (ph és oxigén-koncentráció, szennyeződések, vízüzem) Vízüzemi követelmények (szekunder oldal) Megfelelő szivárgás-detektálás Kavitáció, rétegződés elkerülése 83 84
Gőzfejlesztő - Framatome 900 Álló GF, U-csöves konstrukciójú, nyomottvíz-telített gőz hőcserélők a víztükör felületen viszonylag egyenletes gőzkilépés, de nagyobb gőzsebességek, ezért nagyobb cseppelragadás, kétfokozatú cseppleválasztó 130 centrifugális nedvességszeparátor 99,5% gőztartalom Gőzfejlesztő EPR 24 m magas! 99,75%-os gőz Axiális tápvízelőmelegítő Tömege 520 t Tápvíz hőmérséklet: 230 C Főgőz-áram 2,443 kg/s Főgőz-hőmérséklet: 293 C Főgőz telítési nyomás: 78 bar 85 86 Gőzfejlesztő VVER-440 Gőzfejlesztő VVER-440 GF jellemzői: keverő tápvízelőmelegítő zóna, alacsony a kilépő gőzsebesség a víztükrön keresztül (Paks: 0,1-0,5 m/s), egyfokozatú, zsalus cseppleválasztó, a csőköteg felett kicsi a vízszint a gőzfejlesztő alján, ahova kiülepszik a korróziótermék iszap, nincs hőátadó cső, a primer kollektorok felülről nyithatóak. 87 88
Gőzfejlesztő VVER-440 GF műszaki paraméterei (Paks): L 12 m D 3 m Fűtőcsövek száma: 5536 db Fűtőcsövek mérete: 16 x 1,4 mm U acélcső Gőztermelés: 450 t/h Gőz nyomása: 46 bar Gőz hőmérséklete: 260 C Gőz nedvesség tartalma: 0,25 % Gőztér térfogata: 30 m 3 Víztér térfogata: 40 m 3 Forrás: Nukleon Gőzfejlesztő Fekvő és álló GF-k közötti eltérések Álló GF: 600-1000 mm vastag csőfalba behengerelt, később berobbantott, és primerköri oldalról körbehegesztett, függőleges U-csöves konstrukció; konvektív ellenáramú tápvízelőmelegítő zóna; a kisebb víztükör egyenletesebb gőzkilépés, nagyobb gőzsebesség, nagyobb cseppelragadás, többfokozatú cseppleválasztás szükséges, magasabb átlagos hőátviteli tényező [6,7 8,5 kw/(m 2 K)], hőátadó csövek anyaga: króm-nikkel ötvözet, a betöményedő szennyező anyagok kiülepedése döntő részben a csőfalon!! Fekvő GF: 70 (130)-200 mm vastag gyűrűbe, a kollektorcső falának teljes hosszán berobbantott, újabban behengerelt, és primerköri oldalról körbehegesztett, vízszintes U-csöves konstrukció, keverő tápvízelőmelegítő zóna, nagyobb víztükör egyenetlen gőzkilépés, kisebb gőzsebesség, kisebb cseppelragadás, egyfokozatú cseppleválasztás, VVER-440 GF: alacsonyabb átlagos hőátviteli tényező [4,7 kw/(m 2 K)], VVER-1000 GF-nél az átlagos hőátviteli tényező 6,1 kw/(m 2 K), hőátadó csövek anyaga: rozsdamentes ausztenites acél, a betöményedő szennyező anyagok kiülepedése döntő részben a tartály fenekén. 89 90 Felhasznált források NAÜ safety guide-ok NAÜ Basic Professional Training Course on Nuclear Safety PA oktatási anyagok US EPR dokumentáció (NRC) KAERI Nuclear Power Reactor Technology 91