автореферат диссертации по энергетике, 05.14.03, диссертация на тему:Анализ причин разгерметизации и оптимизации условий эксплуатации тепловыделяющих оборок реакторов РБМК-1000

всесоюзный научно-исследовательскии институт по эксплуатации

атомных электростанции (внииаэс)

УДК 621.039.546

АНАЛИЗ ПРИЧИН РАЗГЕРМЕТИЗАЦИИ И ОПТИМИЗАЦИЯ УСЛОВИИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЕШЮВЩЩЛЯЩЙХ СБОРОК РЕАКТОРОВ РБМК-ЮОО

Специальность 05.14.03 - Ядерше энергетические установки

автореферат диссертации на соискание ученой .степени

Для служебного пользования

На правах рукописи

ШЕСТАКОВ ЮРИИ МИТРОФАНОВИЧ

кандидата технических наук

ДСП МИНАТОГД5Н2?ГО СССР

НПО „Экер-п.

г

11

у

Москва

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском институте по эксплуатации атомных, электростанций (ВНИИАЭС).

Научный руководитель - доктор химических наук

ЯКОВЛЕВ Г.Н.

^ Официальные оппоненты: - доктор технических наук,

доцент Ананьев Е.П.

- кандидат технических наук, старший научный сотрудник Тутнов И.А.

Ведущее предприятие- Всесоюзный научно-исследовательский институт неорганических материалов имени Бочвара A.A.

Защита состоится " 7 "февраля 1991 года в 14 час. 00 мин. на заседании специализированного совета KI67.0I.QI при Всесоюзном научно-исследовательском институте по эксплуатации атомных электростанций по адресу: 109507, г.Москва, Ферганская ул., 25.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ВНИИАЭС.

Автореферат разослан "Д?" 1ВЭрт.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 109507, г.Москва, Ферганская ул., 25. Ученый совет ВНИИАЭС.

Ученый секретарь специализированного совета,

кандидат технических наук,, старший научный сотрудник

Б.Я.БЕРЕЗИН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Основное назначение ядерной энергетической установки (ЯЭУ) - выработка электроэнергии, должно выполняться при условии соблюдения ряда требований, важнейшим из которых является необходимость удержания в тепловыделяющих элементах (твэлах) активной зоны реактора продуктов деления топлива (ПД). Задача удержания в твэлах ПД особенно актуальна для канальных реакторов большой мощности (РБМК), так как при нарушении герметичности оболочек твэлов в силу одноконтурнос-ти этих реакторов ПД выносятся с паром на турбину и, тагам образом, определяют активность выбросов во внешнюю среду. Значительное количество разгерметизирующихся тепловыделяющих сборок (TBG) приводит не только к экономическим потерям из-за внеплановой выгрузки TBC с негерметичными твэлами, которые не достигают проектного выгорания, но и к загрязнению оборудования АЭС радиоактивными ПД, к активности выбросов ЦЦ со станции на грани пределов, определенных санитарными правилами.

Анализ причин разгерметизации TBC позволяет уменьшить количество разгерметизирующихся твэлов благодаря усовершенствованию конструкции, повышению качества изготовления TBC и оптимизации условий их эксплуатации. Решение отмеченных проблем связано с задачей необходимости охраны природы и рационального использования ее ресурсов, которая поставлена на съездах Советов и отражена в "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 года".

Традиционный способ определения причин и механизмов разгерметизации твэлов базируется на результатах их обследования после выгрузки из реактора в защитных (горячих) камерах. Такие работы проводятся в ИАЭ М.Курчатова и на Ленинградской АЭС, которая единственная из АЭС с РБМК-ЮОО

оснащена приборами и оборудованием для защитной камеры. Однако, металловедческое обследование в защитных камерах дорогостояще, требует значительных затрат времени и не дает полного представления о причинах разгерметизации твэлов без знания исходных свойств и условий эксплуатации TBC. Вместе с тем, у канальных реакторов существуют богатые возможности как по обнаружению негерметичности и определению степени разгерметизации TBC в процессе эксплуатации энергоблоков с помощью штатных радиометрических систем контроля герметичности оболочек твэлов (КТО), так и по определению с помощью этих же систем КТО характера распределения радиоактивных продуктов коррозии (ПК) по выходным участкам активных зон. Кроме того, во ВНИИАЭС разработаны методы определения мощности и расхода теплоносителя в технологических каналах (ТК) с помощью этих же штатных систем КТО. Екесте с развитием методов причинного анализа в прилокенш к TBC и условиям их эксплуатации отмеченная экспериментальная база позволяет определять эксплуатационные факторы-причины, приводящие к разгерметизации TBC.

Цель работы, с учетом вышеизложенного, есть выявление причин разгерметизации TBC на АЭС с РБМК-IOOO и поиск путей оптимизации условий их эксплуатации для снижения количества разгерметизирующихся TBC, тем самым экономии ядерного топлива и повышения эффективности охраны природы.

Составными частями рассматриваемой проблемы являлось решение следующих задач:

- создание и отработка методов анализа причин разгерметизации твэлов;

- экспериментальное обоснование выявляемых причинных зависимостей;

- оценка эффективности предложенных путей оптимизации условий эксплуатации TBC.

Ü

Научная новизна работы характеризуется, презде всего, разработкой метода исследования - универсального системного структурно-динамического подхода к анализу причин повреждения однородных элементов систем, основанного на сочетан::п вероятностно-статистического анализа для выявления причинных закономерностей и их экспериментального обоснования, что позволяет проводить работы по оптимизации условий эксплуатации, усовершенствованна конструкции и повышению качества изготовления элементов с минимальным воздействием на систему. Кроме экономической целесообразности для АЭС отмеченный подход обеспечивает возможность проведения оптимизационных работ без нарушения корм ядерной и радиационной безопасности.

Научная новизна заключается также в полученных после применения этого метода результатах. А тленно, выявлены основные эксплуатационные причины отказов ТЗС PSMK-IC0G:

- повышенная разгерметизация TBC в ТК, запптанкых от "застойной" зош в предтупиковой части раздаточных групповых коллекторов (РГК), связанная с сепарацией вдоль ?ГХ крупнодисперсных частиц ПИ, накапливаемых з реакторах при их остановах для проведения ремонтных работ, и с их последующи?.! осаздением на гаэлах при выгоде блоков на мощность;

- разгерметизация твэлоз из-за отклонений в работе систем контроля и управления реактором, связанных с возмущаю:;:пми воздействиями стержней управления и защиты и с неточностями при контроле мощности ТЗС.

Практическая ценность работы заключается в то?.!, что полученные результаты анализа причин разгерметизации TSC PSMX-IC00 непосредственно используются для оптимизации условий эксплуатации TBC, формулирования требований к их исходным свойствам и качеству изготовления, а разработанный метод может быть распространен и на другие типы реакторов.

Реализация в Енедрение результатов исследований характеризуется опытным внедрением на Курской АЭС технического решения по минимизации загрузки "свежих" TBC в ТК "застойной" зоны в периоды остановов блоков и после них, а в случае такой загрузки повышения расхода теплоносителя через эти ТК.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 3-ей научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития производства гвэлов энергетических реакторов", г.Новосибирск, март 1986г., на 4-ом отраслевом, семинаре по прочности и надежности элементов активных зон энергетических ядерных реакторов, г.Обнинск, апрель 1987г., на 2-ой Всесоюзной конференции по радиационному материаловедению, г.Димитровград, ноябрь 1988г. и на Координационном Совете по цирконию, г.Глазов, май 1990г.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 12 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 125 страницах машинописного текста, иллюстрируется 100 рисунками, 21 таблицей и состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 103 наименований и 4 приложений на II страницах.

Основные положения, представляемые к защите, Еключают Еперзые сформулированный вероятностно-статистический метод системного структурно-динамического анализа причин разгерметизации TBC, выявленные в результате применения такого подхода причины разгерметизации TBC РБМК-ЮОО, их экспериментальное обоснование и предложенные пути оптимизации условий эксплуатации TBC.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

АНАЛИЗ ЙЗБЕСТКОЛ ДКОР?.ШЩ О ПРИЧИНАХ РАЗГЕРМЕТИЗАЦИИ ТВЭЛОВ РБМК-ЮОО

Опыт мировой атомной энергетики показывает, что ввод в эксплуатацию новых типов реакторов, таких как РВ?.Я-1С00, и поиск оптимальных характеристик топливных элементов всегда связан с риском повышенных отказов твэлоз из-за ожбок проектирования, технологи! изготовления или из-за отклонений в условиях эксплуатации.

Механизмы разгерметизации твэлов РБМК-IOOO исследовались ранее в основном в защитных камерах Ленинградской АЭС и ИАЭ им. Курчатова и обусловлены особеностями конструкции: TBC и условия:« их эксплуатации в активной зоне. Из-за большой высоты активной зоны, равной 7 метрам, рабочая TBC составлена из двух половин по 18 твэлов, закрепленных на центральном стержне таким образом, что для компенсации удлинения твэлоз в центре активной зоны между твэлами имеется зазор. По этой ке причине там расположены узлы сварки оболочек и заглушек. До 1931 г. швы выполнялись электронно-лучевой сваркой (ЭЛС). После этого стала использоваться и Солее технологичная контактно-стыковая сварка (КСС), что позволило начать выпуск твэлов на автоматизированной л:пиш с горизонтальным вибро-снарякением таблеток, практически исключающим зазоры между таблетками. Следует отметить, что при переходе на новый тип сварки наблюдались случаи отрыва заглушек.

Основные особенности условий эксплуатации TBC РБМК-IOOO связаны с кипением теплоносителя, с перегрузкой ТБС на мощности Ео время работы реактора, а также с отличиями в конструкции и функционировании активной зоны реактора. При пусках реактора наблюдаются всплески концентрации ПК железа и

меда в Еоде контура многократной принудительной циркуляции (КМПЦ). Отложения ПК на твэлах с максимумом в зоне поверхностного кипения могут приводить к нарушению теплового режима оболочек твэлов. Есть данные о возможности возрастания на (I00-200)°С температуры оболочек твэлов под дистанционирующими решетками из-за отложений ПК и паровой прослойки под ними. В районе повышенной толщины отложений под дистанционирующими решетками наблюдается наибольшая локальная язвенная коррозия оболочек.

Основные особенности конструкции и функционирования РБМК-IOOO обусловлены тем, что канальный реактор является динамическим объектом с существенной неоднородностью свойств по отдельным областям активной зоны. Контроль, защита и управление реактором осуществляется несколькими практически автономными системами, которые могут по разному воздействовать на TBC в зависимости от особенностей функционирования систем и положения связанных с ними регулирующих стержней по отношению к конкретным TBC. Большое количество ТК с TBC, их индивидуальное питание теплоносителем, разветвленность и громоздкость КМПЦ обуславливают не только необходимость пока-нального контроля и регулирования, но и вероятность появления отклонения в значениях тешгофизических параметров для отдельных TBC и других условиях их работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ:

I. Методика анализа причин разгерметизации и оптимизации условий эксплуатации TBC.

Для анализа причин разгерметизации ТЗС диссертантом разработан особый подход, основанный на сочетании Еероятностно-статистических расчетов, системного структурно-динамического анализа и экспериментального обоснования получаемых результа-

тов. Основные положения защищаемого метода следующие.

Из системных представлений причины разгерметизации T3G определяются функционированием и взаимодействием трех систем. Первая - сама TBC со своими конструкционными элементами, изменения которых определяют проектные причины повреждений TBC. Вторая - технологическая система, ответственна за качество изготовления TBC, то-есть их исходные свойства и связанные с ними причины отказов. Третья система - реактор со сеокми элементами (в том числе собственно TBC) и подсистемами, определяет эксплуатационные причины разгерметизаций TBC. Взаимодействие есох трех систем объясняет износ TBC.

Причинами повреждения TBC являются как устойчивые в продолжительные периоды времени структурные факторы (проекта TBC, технологии изготовления, структуры реактора), так к динамические, изменяющиеся во времени и от TBC к ТЗС факторы, связанные с изменением элементов отмеченных систем. При анализе причин повреждения TBC необходимо выбирать соответствующие функции отклика, отражающие влияние как относительно устойчивых, повторяющихся структурных параметров, так и отражающих изменчивость элементов систем динамических величин.

Имеются дез традиционных показателя надежности TBC как норемонтнруемых изделий. Вероятность безотказной работы ?(i,) характеризует надежность ТЗС интегрально до их наработки t с суммарным учетом всех факторов, влияющих на работоспособность разных TBC до этой наработки. Интенсивность отказов TBC Л, -показатель дифференциальный, определяющий вероятность возникновения отказа ТЕС за каждую единицу наработки TBC, при условии, что до этой наработки отказ не возник.

При анализе причин разгерметизации, связанных с влиянием устойчивых структурных параметров, удобным и более информативным оказалось использование соответствующих показателям

надежности параметров разгерметизации - вероятности работы TBC без разгерметизации Р' (i{) и интенсивность их разгерметизации Л.'{, определяемых по времени первого обнаружения негерметичности TBC методами КТО, поскольку это время наиболее близко к моменту появления сквозного дефекта в оболочке твэла. Качественный анализ процессов разгерметизации твэлов возможен в результате организации выборок TBC с аналогичными исходными свойствам! и с близкими условиями эксплуатации, расчета и сравнения для этих TBC параметров разгерметизации. Кавдому характерному максимуму на кривой соответствует свой механизм разгерметизации, который для данной шборки TBC существенен.

Изменения элементов структуры TBC на стадиях проектирования и изготовления характеризует вероятность или частота разгерметизации TBC /-ой выборки на i-м интервале наработок, соответствующем определенному механизму разгерметизации: пи

v,, = --(i)

13 Nij

где nij - число разгерметизировавшихся TBC в пределах £-го интервала наработок из общего числа Nij в J-ой выборке .

Откликом, отражающим особенности структуры энергоблока и ее изменений, при анализе влияния эксплуатационных факторов является плотность негерметичных TBC в течение tk периода времени, когда данная J-я сеязь (система связей) в структуре реактора остается неизменной, приведенная в целях сравнения к 1000 эффективным суткам работы блока: nj(tk) 1000

р _ - - - (2)

3 ntk,j(tä) E(tft)

где nj(tft) - число негерметичных TBC е Ntk,j(1;ä) рабочих ТК, соответствующих /-ой связи в структуре реактора; E(tfc) - число эфф.сут. работы блока в течение й-го периода времени.

С целью выявления влияния изменяющихся эксплуатационных факторов эффективно использование параметров разгерметизации, соответствующих таким надежностным характеристикам, как математическое ожидание числа отказов П/(Еь) и поток отказов oy(Efc) для J-oft выборки TBC за время работы энергоблока Е&. Несмотря на то, что TBC - неремонтируемые изделия, корректность применения этих понятий в диссертации обуславливается тем, что в этом случае реактор рассматривается как отдельное изделие, а TBC - его элементы. Поиск и замена негерметичных TBC в данном случае есть ремонтная операция на энергоблоке.

В этих же целях особенно полезной оказалась величина вероятности разгерметизации TBC /-ой выборки, загруженной в реактор на к-оы интервале наработок блока Еь: дг(ЕА)

0J(EA) = --(3)

N/(EÄ)

где nj(Eä)-число разгерметизаций среди Nj(Eä) загруженных TBC. Ее эффективность обуславливается тем, что в данном случае мы рассматриваем выборки TBC, эксплуатирующихся одновременно в реакторе и, соответственно, отличающихся только особыми условиями работы, индивидуально присущими данной Еыборке.

В результате сопоставления отмеченных параметров - откликов, характеризующих уровень разгерметизации или отказов TBC, с соотватствуи^кми параметрами исходных свойств и условий эксплуатации твэлов устанавливаются причинные закономерности. Экспериментальное обоснование этих закономерностей позволяет "расшифровать" их, то есть уточнить или дополнить список параметров, определяющих отклик - следствие, связать их со следствием количественно. Отсюда появляется возможность выбирать параметры, изменение которых веде? к оптимизации условий эксплуатации TBC, уменьшению числа разгерметизаций TBC.

2. Анализ причин разгерметизации твэлов РБМК-ЮОО.

Для анализа причин разгерметизации TBC диссертантом собраны данные по всем 2100 отказам TBC на АЭС с РБМК-IOOO. Кроме того, собраны сведения о 1800 TBC, негерметичность которых обнаружена на Курской и Чернобыльской АЭС, но не привела к отказу. Для расчета показателей надежности привлекались сведения об исходных свойствах, перегрузках и наработках всех 70000 изготовленных к настоящему времени TBC РБМК-IOOO. Учитывая огромный объем информации, ее сбор и обработка производились с помощью разработанных при участии диссертанта формуляров и форм, выпущенных ВШШ.ЭС и заводом-изготовителем TBC и предназначенных для обработки информации на ЭВМ.

Сопоставление рассчитанных кривых вероятности работы без разгерметизации и интенсивности разгерметизации TBC РБМК-IOOO (рис.1) с представлениями теории надежности, а также использование при анализе различных Еыборок TBC позволяет с определенной долей вероятности произвести классификацию по наблюдаемым механизмам разгерметизации твэлов.

Вероятность работы без разгерметизации (Р') и интенсивность разгерметизации (А/) TBC 1-х и 2-х блоков

Разгерметизация в интервале наработок (О-ЗйО)МВт.сут/ТВС связана с начальными зэеодскими дефектами, а при (300-900) МВт.сут/ТВС - с процессом внутреннего гидрирования оболочек. При наработках Еыие 900 МВт.сут/ТВС величина и положение максимумов к' (И) отличаются как для отдельных энергоблоков, так и для отдельных Еыборок TBC по их местоположению в реакторе, то есть определяется эксплуатационными факторами.

Частоты разгерметизации TBC в зависимости от года их изготовления, расчктэнные по формуле I, для разгерметизаций при наработках (0-300) МВт.сут/ТВС из-за дефектов изготовления (рис.2.а) выросли в 1930-81 г.г. до (0,3-0,4) %, при переходе к выпуску теэлов на автоматизированной линии, а затем стабилизировались на уровне 0,2%.

Частота (v) разгерметизаций и отказов, связанная с исходными свойствами ТБС РБМК-1000, для разгерметизаций при наработках:

а) (0-300) МВт.сут/ТВС; Ö) (300-900) >.Ет.сут/ТВС;

Vik, «

/О 2,0

1,0

Д'

!Ь ви о5

Год изготовления TBC б.

, ___ .

п ьд-л г '_i il_l_j_i_1 1 i

75 Зи ей

Год изготовления TBC а.

□ - всего разгерметизаций в интервале наработок; Д - из mix отказов;

о - в т.ч. отказов при наработках, до 1200 МВт.сут/ТВС. Рис.2

Частота разгерметизаций TBC при наработках (ЗОО-ЭОО)МВт.сут/ТВС (рис.2.б), связанных с конструктивным;! особенностям! TBC, достигла максимума 2,4% для изготовленных

в 1978 г.TBC, а затем стабилизировалась на уровне около 1,4%. В этот период начат выпуск TBC с таблетками 2,0% обогащения, повышена плотность таблеток, а также произведены и другие значительные конструктивно-технологические изменения.

Структурный анализ пространственных неоднородностей распределения негерметичных TBC на картограмме активной зоны каждого из блоков и неоднородностей разгерметизации TBC из-за особенностей расположения датчиков контроля энерговыделения и _стержней управления и защиты показал,что на блоках со сходной структурой связей -(первые и вторые очереди АЭС РБМК-ЮОО) наблюдается и сходная симметрия расположения максимумов плотности негерметичных TBC. Вместе с тем, отличия в расположении максимумов плотности разгерметизаций TBC можно объяснить нарушениями в нормальном функционировании датчиков энерговыделения и системы управления реактором.

Для выборок ТК, в соответствии с проведенным структурным анализом причин разгерметизации TBC, результаты определения мощности штатным методом по плотности потока нейтронов с помощью системы физического контроля распределения энерговыделения по радиусу реактора (СФКРЭ) сопоставлялись с результатами при использовании корреляционного метода измерения мощности (КИМ), основанного на измерении скорости деижения теплоносителя после ТК, температуры и давления в контуре и расхода воды через ТК. Выявлены следующие закономерности:

- мощности в ТК неподалеку от датчиков контроля энерговыделения (ДКЭР) по данным обоих способов измерений согласуются между собой и не дают систематического отклонения в ту или иную сторону, только на периферии активной зоны величина мощности из штатных измерений систематически занижается по отношению к ЮМ, что в случаях отказов ДКЭР и при переходных процессах может приводить к разгерметизации TBC;

- имеются значительные отклонения в величинах мощности, фиксируемой штатным методом и КИМ для TBC, расположенных рядом со стержнями СУЗ, которые показывают на возможность значительных погрешностей в расчете мощности штатным методом для ТК, расположенных рядом или между стержнями регулирования.

Поскольку результаты структурного анализа разгерметизации TBC хорошо коррелируют с результатами измерения мощности методом КИМ, а также наблюдаемыми отклонениями в величинах мощности, определенной штатным методом и КИМ, то после окончания государственной метрологической аттестации метода КИМ рекомендовано его использование для калибровки ДКЭР к для уточнения констант расчета мощности штатным методом. В настоящее время принято техническое решение по использованию этого метода для определения возможных отклонений з величинах мощности, показываемой штатным методом для ТК с ДКЭР и соответствующих величин мощности, измеренной КИМ. При обнаружении отклонений более чем на 2Q % рекомендовано проведение градуировки таких ДКЭР.

Структурный анализ распределения негерметичных TBC в зависимости от конструктивных особенностей входных еодяных коммуникаций (рис.3) позволил еыяеить эффект повышенной разгерметизации TBC в ТК, запитанных от предтупиковой часта РГК.

Распределение плотности негерметичншс TBC (р) по ТК в зависи мости от положения нз РГК шгаагах водяных коммуникаций (КВК).

1 блок Курской АЭС

Р. 20 %

10

О

РГК,

п р j\rd Viru J]

ооооооооооооооооооо оооооооооооооооооооооооо

| 1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Номера Н В К на РГК

ТТ

Расчет вероятности разгерметизации загружаемых в реактор TBG по формуле 3 (рис.4) и отношения такой вероятности для TBC, загружаемых в ТК предтупиковой части РГК с номерами НВК 38-43, к вероятности разгерметизации TBC, загружаемых в остальные ТК, позволил выявить, что периоды увеличения этих параметров совпадают с периодами возрастания усредненных величин содержания ПК аелеза и мода в теплоносителе (рис.5) после длительных остановок блоков.

Вероятность разгерметизации загруженных в реактор TBC (0) и от-ноиенке такой вероятности для ТК с JUi НВК 38-43 (63) к вероятности для остальных ТК (во) на 1 блоке Курской АЭС

вз БЗ

8

б

4

Среднее содержание железа (?е) и меда (Си) в воде КМГГЦ в течение каждых 100 эффективных суток работы 1 блока Курской АЭС

О

2000 ^000 Е, эфф.сут

20005000 Е, эфф.сут.

Рис.4 Рис.5

Более детальный анализ отмеченных величин (рис.6) позволил сделать заключение об увеличении разгерметизации TBC из-за повышения количества ПК в период стояночных режимов и их усиленного осаждения на твэлах в ТК "застойной" зоны от предтупиковой части РГК.

Динамический анализ потоков разгерметизаций TBC (рис.7) показывает на всех блоках РБМК-IOOO наличие их максимума при (500-1500) зфф.сутках работы блоков, величина которого по мэре ввода в эксплуатацию новых блоков уменьшается. Этот максимум объясняется нестационарным режимом перегрузок TBC (рис.8)

Распределение разгерметизировавшихся и в дальнейшем отказавших TBC на 1 и 2 блоках Курской АЭС в зависимости от времени их загрузки по отношению к ближайшему ППР и отношение вероятности отказа TBC, загружаемых в ТК "застойной" зоны (03), к вероятности отказа TBC,загружаемых в остальные ТК реактора(Во).

9 з п,

00 TBC

10

?U-4ü-3ü-20-10 До ППР,суток

10 20' 30 40 50 После ШР, суток

всего загружено в дальнейэем отказавших TBC; загружено в "застойную" зону в дальнейшем отказавших TBC.

РИС.6

Поток обнаружения разгерметизаций (W ) TBC (1), в т.ч. отказавших (2) из них на 1 блоке КЛЭС

0)' x10f

Изменения в загрузке реактора (п) и енерговьгработке (t) TBC 1 блока КАЭС

1000

500

W1

S

У / 4

м

IL

000 3000 Е, в®, су т.

Рис.1;

Средняя энерго-Еырзботка (t):

1.Планово выгруженных TBC

2.TBC в реакторе s

¿^^""'¿ииСГ

Е.эфф.сут. Количество(п):

З.ТК с ТЕС

л трр л

5!тВС 2^0%

6.TBC 2,4%

7.ДП и СДП

8.TBC 3,6%

Рис.8

5

и трудностями е управлении реакторами после выгрузки дополнительных поглотителей (ДП). Ввод в эксплуатацию системы автоматического регулирования (на I блоке Курской АЭС ЛАР-БИК при 1600 эфф.сут.) привел к снижению потоков разгерметизаций TBC.

После проведения в 1986 г. комплекса мероприятий по повышении безопасности АЭС с РБМК-IOQO среднее выгорание выгружаемых TBC понизилось приблизительно на (500-600) МЗт.сут/ТВС, а топлива в реакторе на (200-300) МВт.сут/ТВС (рис.8). Однако, Еместо уменьшения штока разгерметизаций TBG наблюдался некоторый его рост. Одна из причин этого - увеличение неравномерности полей энерговыделения из-за использования ДП и меньшего количества TBC в реакторе (в т.ч. с обогащением топлива 2,4%). Другая причина - длительные стояночные режимы 1986 г., приведшие к увеличению разгерметизации TBC из-за эффекта "застойной" зоны РГК. Следует отметить, что проведенные на некоторых блоках в период ППР промывки КМПЦ привели также к росту откззов ТЕС из-за эффекта "застойной" зоны в РГК.

3. Экспериментальное обоснование причин разгерметизации TBC из-за "застойной" зоны РГК и путей оптимизации их условий эксплуатации.

С целью экспериментального обоснования выявленных в результате причинного анализа закономерностей разгерметизации TBC из-за эффекта "застойной" зоны РГК диссертантом была составлена и осуществлена программа измерений. Выбранные основные способы измерения, в т.ч. методы КТО, базируются на регистрации гамма-излучения от активированных ПК, находящихся в теплоносителе и отложениях.

Приращение сигналов поканальной СКГО, наблюдавшееся во время ШР после подключения циркуляционных насосов, подтверждает механизм сепарации крупнодисперсных частиц ПК вдоль РГК, их повышенный заброс в ТК "застойной" зоны (рис.9) и осаждение на теэлзх в послепусковой период, приводящее, в частнос-

ти, к росту гидравлического сопротивления в соответствующих

ТК с TSC (рис.10).

Среднее приращение после подключения ГЦН интенсивности излучения от ПК в пароводяных коммуникациях, записанных от НВК с одинаковым расположением на РГК, для ТК "плато" реактора (ШР на 2 блоке КАЗС .излучение (0,3-1,5) МеВ )

Ш,

Среднее гидравлическое сопротивление ТК с TBC в зависимости от положения на РГК НВК, связывающих РГК и тракт ТК, для ТК "плато" реактора (ППР на 2 блоке КАЭС после пуска ГЦН 15.07.37 перед выводом блока на МКУ)

I—i-1-1-1-г

5 15 25 35 45 Номера НВК на РГК Рис. 9

5 15 25 35 45 Номера НВК на РГК РИС.10

Последнее заключение согласуется с наблюдаемой для ТК "застойной" зоны повышенной средней величиной отношений открытия запорно-регулирующего клапана к величине расхода через соответствующий ТК, повышенной величиной интенсивности гамма-излучения от отложений ПК в предтупиковой части РГК.

Механизм осаждения на стенках крупнодисперсных частиц ПК связан с наличием у них инерционных сеойств, благодаря которым в зонах повышенной турбулизации потока теплоносителя они преодолевают буферный и ламинарный слои течения жидкости в пристенной области. Из-за повышенной вероятности отложения крупнодисперсных частиц ПК в ТК "застойной" зоны после ППР на твэлах "свежих" TBC возможна реализация фитильного эффекта с образованием пор в пленке отложений, концентрированием в них примесей агрессивных составляющих еоды и зарождением на оболочках процессов язвенной локальной коррозии. В результате развития эти процессы спустя 2-3 года могут приводить к повреждению оболочек твэлов. Отложения крупнодисперсных частиц ПК приводят также к повышению гидравлического сопротивления в

результате которого в ТК с новыми, только что загруженными TBC, возможно самопроизвольное снижение расхода воды.

Для компенсации отмеченных эффектов в целях оптимизации условий эксплуатации TBC на Курской АЭС произведено опытное внедрение технического решения по минимизации загрузки "свежих" ÏBC в период остановов и пусков реактора, а в случае такой загрузки в ТК "застойной" зоны повышения расхода теплоносителя через них. Положительный вклад предложенных для уменьшения ' числа разгерметизаций твэлов мер, а также наблюдаемое снижение величины расхода теплоносителя в ТК "застойной" зоны из-за осаждения ПК на твэлах "свежих" TBC, позволило выбрать оптимальные величины уставок по снижению расходов теплоносителя и рекомендовать их для внедрения.

ВЫВОДЫ

Произведены анализ причин разгерметизации TBC на АЭС с РЗДС-ЮОО и поиск путей оптимизации условий их эксплуатации. Для этого впервые предложен и отработан универсальный структурно-динамический подход к анализу причин повреждения однородных элементов систем, основанный на сочетании системного вероятностно-статистического анализа для выявления причинных закономерностей и их экспериментального обоснования, что позволило провести работы по оптимизации условий эксплуатации TBC с минимальным воздействием на систему, исключающим возможность нарушения норм ядерной и радиационной безопасности.

Выявлены основные причины разгерметизации TBC РБМК-Ю00:

- разгерметизация при наработках (0-300) МВт.сут/ТВС кз-за дефектов изготовления, выросшая при переходе к выпуску тзэлое на автоматизированной лоск;

- разгерметизация при наработках (300-900) МВт.сут/ТВС, связанная с конструктивными особенностями TBC, выросшая для изготовленных после 1977 г. TBC после начала выпуска TBC с

обогащением тогшша 2,0%, повышения плотности таблеток и других конструктивно-технологически: изменений;

- повышенная разгерметизация TBC в ТК, заштанных от "застойной" зоны в предтупиковой части РГК, связанная с сепарацией вдоль РГК крупкодисперсных частиц ПК, накапливаемых в реакторах при их остановах для проведения ремонтных работ, и с их последующим осаждением на твэлах при подъеме мощности;

- разгерметизация твэлов из-за отклонений в работе систем контроля и управления реактором, связанных с возмущающими воздействиями стержней управления и защиты и с неточностями при контроле мощности TBC.

Экспериментальное обоснование последних основных эксплуатационных причин разгерметизации TBC позволило произвести опытное внедрение на Курской АЭС технического решения по минимизации загрузки "свежих" TBC в ТК "застойной" зоны в периоды остановок блоков и после них, а в случае такой загрузки повышения расхода теплоносителя через эти ТК, а также принять техническое решение по использованию метода корреляционных измерений мощности для выявления неточностей в показаниях датчиков контроля энерговыделения по радиусу реактора с целью их своевременной градуировки. Оценка эффективности предложенных для снижения числа разгерметизаций твэлов мер позволила выбрать оптимальные эксплуатационные характеристики и рекомендовать in для внедрения.

СПИСОК РАБОТ С ИЗЛОЖЕНИЕМ ОСНОВНЫХ П0Л02ЕНКИ ДИССЕРТАЦИИ

I. КолтухоЕский А.Г., Еестаков D.M. Методика оценки влияния условий эксплуатации на работоспособность твэлов и ее применение // Тез. докл. 4 отраслевого семинара по прочности и надежности элементов активных зон энергетических ядерных реакторов. Секция 2. Расчетко-энспериментальное обоснование методов оценки прочности и надежности элементов активных зон энергетических ядерных реакторов, Обнинск, апрель 1987 г., ДСП. - M.: LKTiiATOMLiK'IOPM, I9S7.- C.I37-I4I.

2. Иолтуховский А.Г., Панов Е.А., Шестаков Ю.М. О критериях негерметичности, выгрузки из активной зоны по негерметичности и отказа из-за разгерметизации тепловыделяющих сборок РБМК-ЮОО // Там же. - С.210-212.

3. Абагян A.A., Ларин Е.П., Абрамович М.Д., Иолтуховский А.Г., Велюханов В.П., Шестаков Ю.М. Анализ показателей надежности тепловыделяющих сборок реакторов РБМК-ЮОО и ВВЭР-1000 АЭС Минэнерго СССР // Атомные электрические станции (Вопросы аварийности и безопасности). Сб. статей / ВНИИАЭС. - M., 1987. - Вып.2. - C.I7-27.

4. Панов Е.А., ИолтухоЕский А.Г., Шестаков D.M. Разработка критериев негерметичности, выгрузки из активной зоны по негерметичности и отказа из-за разгерметизации тепловыделяющих сборок РБМК-ЮОО // Сб. докл. 1-го Всесоюзного научно-технического совещания "Проблемы надежности и безопасности эксплуатации АЭС", Нововоронекская АЭС, июнь 1987 г.; Инв. » 1751 (131), ДСП. - M., 1989. - С.312-315.

Тез. докл.; Khb.JS 1432 (83), ДСП. - М., 1987. - С.22.

5. Экспериментальное исследование особенностей влияния "застойных зон" в раздаточных коллекторах реакторов РБМК-ЮОО на работоспособность TBC: Отчет о НИР (Промежуточн.)/ ВНИИАЭС; Руководитель - А.Г.Иолтуховский. - Договор 227/89; JS ГР 01.880036695; Инв. J6 ГР 02.9.00004970, ДСП. - М., 1989. - 67 с. - Отв. исполн. D.M.Шестаков; Исполн.

A.Н.Андрианов; Г.А.Гордина; М.А.Хаснутдинова; С.А.Полянский;

B.В.Стасенко; В.В.Волков; А.Э.Речкиман.

61 Анализ результатов поиска причин разгерметизации TBC на АЭС с РБМК-ЮОО и выдача рекомендаций по оптимизации условий их эксплуатации. Определение эффективности опытного внедрения на Курской АЭС технического решения по оптимизации условий эксплуатации: Отчет о НИР (Промежуточн.)/ ВНИИАЭС; Руководитель - А.Г.Иолтуховский. - Заказ-наряд 181-86; JC ГР 01.880036695; Инв. № ГР 02.9.00003768, ДСП. - M., 1989. -130 с. - Отв.исполн. Ю.М.Шестаков; Исполн. А.Н.Андрианов, А.Г.Викулин, Г.А.Гордина, Н.Ю.Мешкова, М.А.Хаснутдинова, Ю.С.Филиппов, А.Э.Речкиман.

Библиографическое описание остальных работ автора по теме диссертации, е том числе депонированных во ВНТИЦентре отчетов, приведено в списке литературы диссертации.