автореферат диссертации по энергетике, 05.14.03, диссертация на тему:Жидкостные системы воздействия на реактивность канальных ядерных реакторов

Основные термины и определения.

Перечень сокращений и обозначений.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ЖИДКОСТНЫХ СИСТЕМ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА РЕАКТИВНОСТЬ.

1.1. Предпосылки проведения обзора.

1.2. Классификация ЖСВР.

1.3. Принципиальные схемы и схемные решения.

1.3.1. Жидкостные системы с вводом поглотителя в объем реактора (реализованные и проектные решения).

1.3.2. ЖСВР с вводом поглотителя в каналы.

1.3.3. Системы со сливом замедлителя.

1.3.4. Основные решения ЖСВР различного типа.

1.4. Завоздушивание и опускное течение газожидкостных смесей в гидравлическом контуре СУЗ ядерного реактора.

1.4.1. Эжекционный захват воздуха в гидравлическом контуре. ф 1.4.2. Экспериментальные исследования характеристик опускных двухфазных потоков.

1.4.3. Общая характеристика опускного пузырькового течения.

1.4.4. Истинное объемное газосодержание двухфазного потока.

1.4.5. Расход эжектируемого газа.

1.4.6. Режим зависания газовой фазы.

1.5. Исследования эффективности жидкого поглотителя в каналах охлаждения СУЗ.

1.6. Экспериментальные исследования по перемешиванию.

1.6.1. Основные подходы к исследованиям.

1.6.2. Перемешивание при низких скоростях теплоносителя.

1.6.3. Перемешивание при больших скоростях теплоносителя.

1.7. Проблемы создания жидкостных систем воздействия на реактивность.

1.8. Выводы.

2. АНАЛИЗ СХЕМ И КОНСТРУКТОРСКИЕ РЕШЕНИЯ ЖСВРНАРУРБМК.

2.1. Концепция использования жидкостных систем длительного удержания реактора в подкритическом состоянии на РУ РБМК.

2.1.1. Структура стержне-приводных систем остановки реактора РБМК.

2.1.2. Возможность использования жидкостных систем в РУ РБМК.

2.1.3. Возможность использования каналов СУЗ для ввода жидкого поглотителя.

2.2. Структурные схемы.

2.2.1. Комбинированная СО с жидкостной системой длительного удержания.

2.2.2. Жидкостная система подкритичности.

2.2.3. Независимая система остановки с жидкостной (водной) системой удержания.

2.3. Принципиальные схемы.

2.3.1. Системы с вводом водных растворов поглотителей в КО СУЗ.

2.3.2. Водная система удержания.

2.4. Технологические схемы.

2.4.1. Состав системы.

2.4.2. Размещение технологического оборудования.

2.4.3. Режимы работы.

2.4.4. Способы выведения поглотителя.

2.5. Выводы.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЖСВР.

3.1.Исследование влияния геометрии проточной части каналов на их эжекционные характеристики.

3.1.1. Предпосылки экспериментальных исследований.

3.1.2. Экспериментальная установка.

3.1.3. Методика проведения экспериментов.

3.1.4. Результаты экспериментов.

3.2. Исследование влияния концентрации ЖП на его эффективность в каналах СУЗ.

3.2.1. Экспериментальная установка.

3.2.2. Методика измерения физической эффективности на критической сборке РБМК.

3.2.3. Результаты экспериментов.

3.2.4. Обобщение и анализ экспериментальных данных.

3.3. Исследование перемешивания ЖП в циркуляционном контуре.

3.3.1. Цель исследований.

3.3.2. Экспериментальный стенд.

3.3.3. Результаты экспериментов.

3.3Л. Обобщение и обсуждение экспериментальных данных.

3.4. Выводы.

4. РАСЧЕТНО-АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ЖСВР

4.1. Эжектирование газа и опускное течение во до-воздушных смесей в гидравлическом контуре СУЗ.

4.1.1. Анализ условий возникновения эжекционного захвата газа.

4.1.2. Безразмерные комплексы для обобщения данных по эжекционному захвату газа.

4.1.3. Расход эжектируемого газа и плотность газожидкостной смеси.

4.1.4. Плотность смеси в режиме с зависанием газовой фазы.

4.1.5. Примеры расчета расходов эжектируемого газа в каналах A3 РУ РБМК.

4.1.6. Эжекционное «набухание» динамического столба.

4.1.7. Эжекционное «набухание» в системе параллельных каналов.

4.2. Эффективность жидких поглотителей в каналах СУЗ РУ РБМК.

4.2.1. Эффективность ЖП в каналах со стержнями-поглотителями.

4.2.2. Методика оценки поглощающей эффективности ЖП.

4.2.3. Пример определения эффективности.

4.2.4. Выбор концентрации поглотителей в активной зоне.

4.2.5. Влияние количества каналов с ЖП на эффективность.

4.3. Основные технологические параметры

4.3.1. Порядок определения параметров.

4.3.2. Массы и объемы вводимого поглотителя.

4.3.3. Продолжительность ввода ЖП в контур в режиме с циркуляцией ЖП.

4.3.4. Определение диаметра подводящей трубы.

4.3.5. Ввод жидкого поглотителя по U-образной схеме.

4.3.6. Извлечение жидкого поглотителя из контура.

4.4. Дополнительные характеристики.

4.4.1. Тепловой режим.

4.4.2. Водный режим и радиолиз в каналах с пленочным охлаждением.

4.4.3. Влияние диаметра проточной части опоры и параметров потока на взрывобезопасность каналов.

4.4.4. Водный режим и радиолиз при использовании жидких поглотителей.

4.4.5. Коррозионное воздействие жидких поглотителей на конструкционные материалы.

4.4 Выводы.

5. РЕАЛИЗАЦИЯ СХЕМ И МЕТОДИК РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ

И ХАРАКТЕРИСТИК ЖСВР КАНАЛЬНЫХ ЯР.

5.1. Каналы A3 с пленочным охлаждением.

5.2 Жидкостные системы удержания реактора РБМК в подкритическом состоянии.

5.2.1. Жидкостная система подкритичности 5-го энергоблока Курской АЭС.

5.2.2. Дополнительная система удержания реактора в подкритическом состоянии 2-го энергоблока Игналинской АЭС.

1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ЖИДКОСТНЫХ СИСТЕМ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА РЕАКТИВНОСТЬ.24

1.1. Предпосылки проведения обзора.241.2. Классификация ЖСВР.241.3. Принципиальные схемы и схемные решения.261.3.1. Жидкостные системы с вводом поглотителя в объем реактора (реализованные и проектные решения).261.3.2. ЖСВР с вводом поглотителя в каналы.341.3.3. Системы со сливом замедлителя.381.3.4. Основные решения ЖСВР различного типа.391.4. Завоздушивание и опускное течение газожидкостных смесейв гидравлическом контуре СУЗ ядерного реактора.401.4.1. Эжекционный захват воздуха в гидравлическом контуре.40ф 1.4.2. Экспериментальные исследования характеристикопускных двухфазных потоков.451.4.3. Общая характеристика опускного пузырькового течения.461.4.4. Истинное объемное газосодержание двухфазного потока.491.4.5. Расход эжектируемого газа.511.4.6. Режим зависания газовой фазы.561.5. Исследования эффективности жидкого поглотителя, в каналах охлаждения СУЗ.58У»1.6. Экспериментальные исследования по перемешиванию.601.6.1. Основные подходы к исследованиям.601.6.2. Перемешивание при низких скоростях теплоносителя.611.6.3. Перемешивание при больших скоростях теплоносителя.621.7. Проблемы создания жидкостных систем воздействия на реактивность.651.8. Выводы.672. АНАЛИЗ СХЕМ И КОНСТРУКТОРСКИЕ РЕШЕНИЯ ЖСВРНАРУРБМК.692.1. Концепция использования жидкостных систем длительного удержания реактора в подкритическом состоянии на РУ РБМК.692.1.1. Структура стержне-приводных систем остановки реактора РБМК.692.1.2. Возможность использования жидкостных систем в РУ РБМК.702.1.3. Возможность использования каналов СУЗдля ввода жидкого поглотителя.712.2. Структурные схемы.742.2.1. Комбинированная СО с жидкостной системойдлительного удержания.742.2.2. Жидкостная система подкритичности.762.2.3. Независимая система остановки с жидкостной (водной)системой удержания.762.3. Принципиальные схемы.782.3.1. Системы с вводом водных растворов поглотителей в КО СУЗ.782.3.2. Водная система удержания.822.4. Технологические схемы.842.4.1. Состав системы.842.4.2. Размещение технологического оборудования.902.4.3. Режимы работы.912.4.4. Способы выведения поглотителя.952.5. Выводы.963. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЖСВР.983.1.Исследование влияния геометрии проточной части каналовна их эжекционные характеристики.983.1.1. Предпосылки экспериментальных исследований.983.1.2. Экспериментальная установка.1003.1.3. Методика проведения экспериментов.1023.1.4. Результаты экспериментов.1033.2. Исследование влияния концентрации ЖПна его эффективность в каналах СУЗ.1063.2.1. Экспериментальная установка.1063.2.2. Методика измерения физической эффективностина критической сборке РБМК.1093.2.3. Результаты экспериментов.1093.2.4. Обобщение и анализ экспериментальных данных.1123.3. Исследование перемешивания ЖП в циркуляционном контуре.1153.3.1. Цель исследований.1153.3.2. Экспериментальный стенд.1153.3.3. Результаты экспериментов.1213.3Л. Обобщение и обсуждение экспериментальных данных.1263.4. Выводы.1324. РАСЧЕТНО-АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ЖСВР.1344.1. Эжектирование газа и опускное течение во до-воздушныхсмесей в гидравлическом контуре СУЗ.1344.1.1. Анализ условий возникновения эжекционного захвата газа.1344.1.2. Безразмерные комплексы для обобщения данныхпо эжекционному захвату газа.1364.1.3. Расход эжектируемого газа и плотность газожидкостной смеси.1444.1.4. Плотность смеси в режиме с зависанием газовой фазы.1444.1.5. Примеры расчета расходов эжектируемого газа. в каналах A3 РУ РБМК.1444.1.6. Эжекционное «набухание» динамического столба.1464.1.7. Эжекционное «набухание» в системе параллельных каналов.1504.2. Эффективность жидких поглотителей в каналах СУЗ РУ РБМК.1514.2.1. Эффективность ЖП в каналах со стержнями-поглотителями.1514.2.2. Методика оценки поглощающей эффективности ЖП.1524.2.3. Пример определения эффективности.1544.2.4. Выбор концентрации поглотителей в активной зоне.1564.2.5. Влияние количества каналов с ЖП на эффективность.1574.3. Основные технологические параметры4.3.1. Порядок определения параметров.1584.3.2. Массы и объемы вводимого поглотителя.1594.3.3. Продолжительность ввода ЖП в контурв режиме с циркуляцией ЖП.1614.3.4. Определение диаметра подводящей трубы.1624.3.5. Ввод жидкого поглотителя по U-образной схеме.1654.3.6. Извлечение жидкого поглотителя из контура.1654.4. Дополнительные характеристики.1674.4.1. Тепловой режим.1674.4.2. Водный режим и радиолиз в каналах с пленочным охлаждением.1684.4.3. Влияние диаметра проточной части опоры и параметров потокана взрывобезопасность каналов.1724.4.4. Водный режим и радиолиз при использовании жидких поглотителей. 1744.4.5. Коррозионное воздействие жидких поглотителейна конструкционные материалы.1764.4 Выводы.1775. РЕАЛИЗАЦИЯ СХЕМ И МЕТОДИК РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВИ ХАРАКТЕРИСТИК ЖСВР КАНАЛЬНЫХ ЯР.1815.1. Каналы A3 с пленочным охлаждением.1815.2 Жидкостные системы удержания реактора РБМКв подкритическом состоянии.1835.2.1. Жидкостная система подкритичности 5-го энергоблока Курской АЭС. 1845.2.2. Дополнительная система удержания реактора в подкритическом состоянии 2-го энергоблока Игналинской АЭС.190ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.191Список литературы.193ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯАварийная защита - функция безопасности, состоящая в быстром переводе активной зоны в подкритическое состояние и поддержание ее подкритическом состоянии.

Авария запроектная - авария, вызванная не учитываемыми для проектных аварий исходными событиями или сопровождающаяся дополнительными по сравнению с проектными авариями отказами систем безопасности сверх единичного отказа, реализацией ошибочных решений персонала.

Авария проектная - авария, для которой проектом определены исходные события и конечные состояния и предусмотрены системы безопасности, обеспечивающие с учетом принципа единичного отказа систем безопасности или одной, независимой от исходного события ошибки персонала ограничение ее последствия установленными для таких аварий пределами.

Аварийная остановка — быстрая остановка объекта при возникновении аварийной ситуации для предотвращения аварии или сведения к минимуму ее последствий.

Апробированостъ, опробованность — использование в новых системах элементов, технических решений, принципов работы, опробованных опытом эксплуатации, испытаниями или соответствующими исследованиями. Арматура запорная - арматура, предназначенная для перекрытия потока рабочей среды со степенью герметичности, определяемой в соответствии с требованиями нормативной документации.

Арматура регулирующая - арматура, предназначенная для изменения параметров рабочей среды путем изменения ее расхода.

Вентиляция - процесс удаления газообразных и/или распыленных твердых и жидких веществ из газовой полости посредством организации подачи в вентилируемый объем вентилирующего газа, разбавления удаляемых веществ до безопасной концентрации, отвода полученной смеси за пределы объема.

Вытеснитель - тело, посредством которого изменяют количество жидкости в объеме (канале). Вытеснитель может быть твердотельным, газовым или паровым.

Газосодерэюание - характеризует количество газа в жидкой фазе, бывает расходное и объемное, определяет количество газа в жидкости. Газосодержание расходное - доля газовой фазы в единице объема газожидкостной смеси, проходящей за единицу времениЖидкий поглотитель (ЖП) - жидкость, с которой нейтроны интенсивно взаимодействуют посредством реакций, приводящих к исчезновению нейтронов как свободных частиц. К ЖП относятся следующие вещества: водные растворы борной кислоты, пентабората натрия, нитрата гадолиния, жидкометаллические расплавы.

Жидкостная система воздействия на реактивность — система управления количеством воздействующей на реактивность жидкости (поглощающей, замедляющей, отражающей) в активной зоне реакторной установки. Жидкостная система подкритичности (ЖСП) - система, обеспечивающая поддержание остановленного стрежнями A3 реактора в подкритическом состоянии и предотвращающая самопроизвольный выход из безопасного остановленного состояния, в т.ч. после аварийной остановки, с помощью поглощающей жидкости при запроектном отказе - невводе в зону стержней СУЗ. Относится к системам по управлению запроектными авариями. Жидкостная система удержания (ЖСУ) - то же, что и ЖСП. Входит в состав дополнительной СО. Относится к системам безопасности.

Завоздушивание - снижение плотности теплоносителя (жидкости) в результате попадания в него воздуха.

Задвижка - арматурное изделие, в котором запирающий элемент перемещается возвратно-поступательно и перпендикулярно направлению потока рабочей среды. Используется преимущественно как запорная арматура, т.е. запирающий элемент обычно находится в крайних положениях «открыто» или «закрыто».

Зависание газовой фазы - режим опускного пузырькового течения когда беспорядочно движущиеся в объеме жидкости газовые пузырьки удерживаются в нем потоком жидкости. Является переходным между спутным движением фаз, т.е. когда жидкая и газовая фаза движутся в одном направлении, и противотоком, когда жидкая и газовая фазы движутся в противоположных направлениях. Завоздушивание - снижение плотности теплоносителя (жидкости) в результате попадания в него воздуха.

Замедлитель — вещество, обладающее способностью при взаимодействии с нейтронами снижать их энергию. Составная часть активной зоны ЯР на тепловых и промежуточных нейтронах.

Исполнительный механизм (ИМ) - устройство, состоящее их привода, рабочих органов и соединительных элементов, предназначенное для изменения состояния объекта регулирования.

Критическая сборка — установка, в которой может поддерживаться самопроизвольная управляемая цепная реакция, и которая предназначена для работы с небольшим уровнем мощности.

Набухание ээ/секционное - увеличение высоты столба из-за эжекции газа в канал, приводящей к уменьшению плотности жидкостиОтсечное устройство - устройство, предназначенное для быстрого перекрытия трубопровода и отсечения какого-либо оборудования.

Пассивная система - система, функционирование которой связано только с вызвавшим ее работу событием и не зависит от работы другой активной системы, например, управляющей системы безопасности, энергоисточника и т.п.; - включает управляющую, исполнительную, контрольно-диагностическую и обеспечивающую подсистемы.

Пассивный принцип действия, пассивность - срабатывание (исполнение защитного действия) непосредственно от аварийного события (режимного параметра); срабатывание без подачи энергии и/или включения активных управляющих устройств; срабатывание при потере питания (обесточивание, потеря давления и т.п.).

Пленочное охлаждение - охлаждение каналов пленкой (тонким слоем) жидкости, стекающей по стенкам канала. Применяется преимущественно в вертикальных каналах. Обеспечивает более эффективное охлаждение стенки канала за счет увеличения скорости жидкости, существенно уменьшает количество жидкости в поперечном сечении канала, создает газовую полость для беспрепятственного прохождения рабочих органов, газа и т.п.

Поглотитель нейтронов — материал (вещество) при взаимодействии с которым, нейтроны исчезают как. свободные частицы. Используется как материал поглощающих элементов или для приготовления жидких растворов или расплавов. Простота - применение технических решений, максимально упрощающих систему без снижения ее функциональных свойств.

Проточная часть - часть гидравлического тракта с выполненной определенным образом геометрией. Внутреннее пространство трубопровода, оборудования, предназначенного для протекания потока жидкости (газа). Профилирование проточной части — организация проточной части устройства (канала), обеспечивающая требуемые параметры путем соответствующего выполнения внутренней геометрии и формы. Профилирование используется для изменения количества и расположения жидкости в канале.

Рабочая среда (газ, оюидкость) - среда (газовая, жидкая), выполняющая работы по удержанию, разгону, перемещению, торможению рабочего органа. Рабочий орган, орган управления - элемент системы управления, воздействующий на состояние объекта путем изменения своего положения, ориентации или состояния. Может быть твердотельным или текучим (сыпучим, жидким, газовым).

Разнообразие - применение для выполнения заданной функции в разных системах или в разных каналах одной системы различных средств или аналогичных средств, различающихся по размещению, принципу действия, конструктивно, использующих различные каналы управления, источники энергии и т.п.

Резервирование - структурная, функциональная, информационная и временная избыточность относительно требуемого объема (минимально необходимого и достаточного для выполнения заданных функций).

Реэ/сим работы - состояние установки (системы): ожидание срабатывания; срабатывание; выполнение действия; переходные процессы. Ручное приведение в действие — воздействие оператора на исполнительный механизм ручным приводом по месту установки ИМ.

Система безопасности — все системы, важные для безопасности, предназначенные для обеспечения в любых условиях аварийной остановки реактора и удаления тепла из активной зоны и(или) для ограничения последствий предвидимых нарушений функционирования и аварийных состояний.

Система основная, первичная - в случае нескольких систем, выполняющих одну и ту же функцию, система, осуществляющая защиту по всем параметрам, способная независимо от состояния дополнительной системы полностью выполнить защитную функцию, и срабатывающая первой при необходимости осуществления защиты.

Система остановки — система, предназначенная для перевода активной зоны реактора в подкритическое состояние и поддержание ее в подкритическом состоянии с помощью средств воздействия на реактивность.

Система остановки дополнительная (вторая, независимая) — в случае нескольких систем, выполняющих одну и ту же функцию остановки реактора, система, осуществляющая остановку по основным параметрам, способная независимо от состояния основной системы полностью выполнить защитную функцию и срабатывающая при достижении режимным параметром величины свидетельствующей о невыполнении защитной функции основной системой. Построена на ином принципе действия, чем основная. Имеет, как правило, большее быстродействие. Время восстановления может быть более продолжительным, чем время восстановления основной системы.

Система удержания - система, предотвращающая самопроизвольный выход установки из безопасного подкритического состояния, в т.ч. после аварийной остановки.

Смесь газожидкостная (двухфазная) - смесь тяжелой (жидкость) и легкой (газ, пар) фаз. Различают пузырьковую, снарядную, слоистую и другие формы смеси.

Система управления и защиты (СУЗ) - совокупность средств технического, программного и информационного обеспечения, предназначенных для обеспечения безопасного протекания цепной реакции. СУЗ - системы важные для безопасности, совмещающие функции нормальной эксплуатации и безопасности, и состоящие из элементов контроля и управления, защитных, управляющих и обеспечивающих систем безопасности.

Срабатывание - активация системы, находящейся до этого в режиме ожидания, с целью осуществления ею своих функций.

Срабатывание ложное - срабатывание системы в условиях, когда это не требуется по условиям эксплуатации. Может происходить вследствие отказа или случайных, не зависящих от оператора событий (например, внешних воздействий), ошибочного действия оператора.

Средство автономное - средство (устройство, механизм, система и др.), работающие без посторонних источников энергии.

Управление запроектной аварией - действия, направленные на предотвращение развития проектных аварий в запроектные и на ослабление запроектных аварий. Для этих действий используются любые имеющиеся в работоспособном состоянии технические средства, предназначенные для нормальной эксплуатации, обеспечения безопасности при проектных авариях или специально предназначенные для уменьшения последствий запроектных аварий. Управление ручное - управление, осуществляемое работниками (персоналом) ручным способом.

Эжекция, ээюекционный захват газа - захват газа потоком жидкости, обладающим необходимой для этого кинетической энергией, и сопровождающийся образованием двухфазной (газожидкостной) смеси.

Ээюекционная вентиляция — вентиляция газовых полостей (в каналах) с помощью эжекционного захвата газа потоком (струей, пленкой, вихрями) жидкости. Эксплуатация нормальная — эксплуатация АС в определенных проектом эксплуатационных пределах и условиях.

Эффективность - комплексная характеристика, качественно и количественно характеризующая выполнение системой своей функции.

В настоящее время безопасность ядерных реакторов (ЯР) обеспечивают, главным образом, за счет увеличения количества систем безопасности и оснащения системами, рассчитанными на выполнение функций управления запро-ектными авариями (ЗПА), а для достижения более высокого уровня безопасности используют разнопринципные системы - активные и пассивные [3-6]. Одной из запроектных аварий является отказ стержнеприводной системы остановки (СО) реактора - неввод стержней системы управления и защиты (СУЗ) в активную зону [5]. Эту проблему на большинстве реакторов решают с помощью использования жидкостных систем воздействия на реактивность (ЖСВР), построенных на ином принципе действия, чем стержне-приводные системы остановки [3,4].

Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы показывают, что на реакторах типа РБМК для управления аварией, связанной с отказом стержне-приводной СО, актуально применение ЖСВР, использующей каналы контура охлаждения СУЗ [8-17].

Большое количество систем с вводом жидкого поглотителя в объем реактора реализовано и успешно эксплуатируется на всех водо-водяных реакторах с водой под давлением и кипящих (PWR, ВВЭР, BWR), канальных тяжеловодных (CANDU, PHWR)[ 16].

Системы с вводом ЖП в отдельные каналы реализованы на тяжеловодных реакторах [3,16]. В НИКИЭТ имеется опыт разработки систем с вводом жидкого поглотителя в автономные или полуавтономные каналы [3].

Однако имеющихся данных по принципиальным схемам, расчетным методикам, экспериментальным обоснованиям существующих ЖСВР для различных РУ недостаточно для разработки и обоснования таких систем на РБМК из-за особенностей реактора [17].

В связи с этим актуальной является разработка работоспособной схемы ЖСВР, которая обеспечит надежное ее функционирование, с учетом условий канальных реакторов.

Особенность ЖСВР канальных ЯР заключается в том, что используемая в них воздействующая на реактивность жидкость (вода) может быть [3,5]:- охладителем;- средой, влияющей на эффективность стержней-поглотителей;- поглотителем нейтронов (при заполнении каналов по высоте активной зоны);- средой, выделяющей радиолитические газы (в том числе взрывоопасные);- средой, эжектирующей и транспортирующей радиолитические, вентилирующие и другие газы в растворенном виде и/или в виде газовых пузырьков;- средой для принятия раствора более эффективного поглотителя и транспортировки его в активную зону реактора.

Существующие результаты экспериментов и методики по определению эжекции газа применительно к условиям каналов охлаждения СУЗ реактора РБМК [18-20] позволяют определять отдельные эжекционные параметры (например, только расход эжектируемого газа или только плотность образующейся двухфазной смеси). Эти методики не учитывают взаимосвязь эжекционных параметров, а также их влияние на положение столбов жидкости и водородную безопасность каналов, что ограничивает их применение.

Результаты существующих экспериментов по вводу жидкого поглотителя нейтронов (ЖП) в объем теплоносителя-замедлителя и его перемешиванию применимы в основном только для реакторов корпусного типа [21].

Отсутствуют данные по определению основных характеристик ЖСВР. Все эти обстоятельства делают невозможным корректные разработки ЖСВР для канальных реакторов.

В связи с этим актуальны вопросы по обоснованию ЖСВ, а именно, по получению экспериментального обоснования ее параметров и характеристик, по разработке инженерных методик расчета основных параметров (перемешивания и распространения ЖП по контуру, поглощающей эффективности ЖП и его концентрации, временных характеристик, массы и объемов ЖП и т.п.) [21-24].

Объектом исследования данной работы являются жидкостные системы воздействия на реактивность канальных реакторов.

Предмет исследования — принципиальные схемы, технические параметры и характеристики ЖСВР.

Цель работы состоит в следующем:- анализ и разработка схем жидкостных систем воздействия на реактивность канальных реакторов, прежде всего РБМК, использующих каналы контура охлаждения (КО) СУЗ, и их обоснование;- получение параметров ЖСВР экспериментальным и расчетным путем;- разработка физически обоснованных методов расчета комплекса параметров ЖСВР.

Научная новизна работы по жидкостным системам воздействия на реактивность канальных ЯР определяется следующим. Для реактора РБМК впервые разработана жидкостная система удержания реактора в подкритическом состоянии, использующая каналы СУЗ для ввода жидкого поглотителя. При разработке не удалось взять готовых решений по похожим системам, используемым на реакторах другого типа. В связи с этим проведен обзор и критический анализ существующих отечественных и зарубежных реализованных и возможных решений по системам с жидким поглотителем нейтронов. Систематизированы известные данные по ЖСВР ЯР.

Разработана классификация ЖСВР по основным характерным признакам; определены проблемы и задачи, которые требуется решать при создании этих систем.

Обоснованы принципиальные схемы ЖСВР, использующих проточные части каналов СУЗ для ввода жидкого поглотителя (растворов борной кислоты, нитрата гадолиния, обычной воды), и которые могут входить в состав дополнительных СО, как системы длительного удержания реактора в подкритическом состоянии, или являться самостоятельными системами управления ЗПА.

Несмотря на то, что литература, которая привлекалась в процессе работы, содержит отдельные принципиальные положения, расчетные рекомендации и экспериментальные данные по ряду вопросов, для жидкостных систем воздействия на реактивность канальных реакторов пришлось разрабатывать расчетные методики, получать экспериментальные значения определяющих критериев, параметров и характеристик.

К настоящему времени для установления полуэмпирических закономерностей и получения численных значений, определяющих критериев и параметров проведены экспериментальные исследования. Получены представительные пневмо-гидравлические и нейтронно-физические характеристики и зависимости в стендовых и реакторных (на критсборке) условиях. В процессе получения этих характеристик изучены: влияние формы профилирования проточной части канала на эжекционные характеристики; влияние концентрации жидкого поглотителя и типа вытеснителей стержней СУЗ на эффективность канала с ЖП; процесс ввода ЖП в циркуляционный контур, перемешивание и распространение поглотителя по контуру, влияние параметров контура (расхода, объема, конфигурации).

В работе впервые проведено подробное исследование процессов ввода ЖП в циркуляционный контур, его распространения и перемешивания по контуру с использованием визуализации течения. Обобщение экспериментальных данных (собственных и других авторов) проведены с использованием критериальных методов обработки.

При разработке расчетно-аналитических методик определения параметров ЖСВР использованы основные законы механики жидкости и газа и методы оценки нейтронно-физической эффективности поглотителей, а также аппробированные физические модели и математические методы.

При этом:- выведены расчетные формулы и выбраны критерии для определения эжекционных параметров (расхода газа и плотности газожидкостной смеси, эжекци-онного «набухания» динамического газожидкостного столба) каналов с опускным течением в режимах со спутным движением фаз и зависанием газовой фазы.- наряду с использованием известных параметров, характеризующих течение двухфазных потоков (расходного и истинного газосодержаний, критериев Рейнольдса, Архимеда и Фруда), выведены новые критерии, характеризующие эжекционный захват и количество жидкости в канале и представляющие собой простые симплексы; предложена новая методика определения эжекционных параметров;- предложена методика оценки эффективности (поглощающей способности) жидких поглотителей нейтронов в каналах СУЗ, позволяющая на начальных стадиях разработки системы определять эффективность водных растворов борной кислоты и нитрата гадолиния в каналах СУЗ с разными типами вытеснителей стержней поглотителей;- определены расчетные выражения параметров для ЖСВР с вводом концентрированного поглотителя в циркуляционный контур: концентрации, массы и объемов ЖП, размеров баков и подводящих трубопроводов, продолжительности ввода поглотителя в контур и вывода из контура; установлено их взаимное влияние, и показан порядок их определения.

Разработанные схемы ЖСВР с вводом поглотителя в каналы СУЗ, ее расчетные параметры и характеристики могут использоваться при создании и внедрении такой системы на реакторах РБМК.

Их применение на РУ РБМК обеспечит реактор дополнительным средством управления запроектной аварией, соответствующим современным требованиям нормативных документов по безопасности [12].

Методики определения эжекционных параметров и рекомендации могут быть использованы для оптимизации нижней проточной части каналов охлаждения аварийной защиты с пленочным течением в них охлаждающей жидкости, с точки зрения обеспечения их нормальной эксплуатации (эффективной вентиляции от радиолитических газов, положения уровней и др.)[24].

Созданный научный задел, состоящий из принципиальных схем, методик расчета и расчетных зависимостей, экспериментальных характеристик, может быть использован при разработке и обосновании различных жидкостных систем воздействия на реактивность, создаваемых для разных реакторов.

По жидкостным системам воздействия на реактивность ЯР при участии автора выпущено 10 отчетов, 5 технических заданий, 3 проекта для отечественных реакторов РБМК (для ЛАЭС, КуАЭС), 1 техническая спецификация для зарубежного реактора (для ИАЭС), опубликовано 6 статей.

В соответствии с решаемыми задачами настоящая работа имеет следующую структуру.

В главе I рассматривается состояние вопроса по ЖСВР различных РУ, анализируются схемы, имеющие ценность в конструкционном, теоретическом и экспериментальном отношениях, предлагается классификация систем и определяются проблемы их разработки.

В главе II проводится анализ схем и конструкторско-технологических решений по ЖСВР РУ РБМК: схемы ввода-вывода; режимы работы; размещение баков, запорной арматуры и средств контроля.

В главе III описываются: экспериментальная установка и методика проведения исследований по влиянию формы проточной части канала с пленочным охлаждением на его эжекционные характеристики; экспериментальная установка и методика получения экспериментальных данных по поглощающей эффективности растворов нитрата гадолиния в каналах СУЗ реактора РБМК;работы по исследованию процессов ввода поглотителя в циркуляционный контур и перемешивания, методика проведения экспериментов на стенде КО СУЗ-ЖСП, и получение необходимых опытных данных.

Проводится анализ результатов экспериментальных исследований и сравнение их с данными других авторов.

В главе IV приводятся расчетно-аналитические методы определения основных параметров жидкостных систем с использованием данных главы III: методика расчета параметров эжекционного захвата в каналах с опускным течением (расхода эжектируемого газа, плотности газожидкостной смеси) и величины набухания динамического столба в каналах с пленочным охлаждением; методика оценки поглощающей эффективности ЖП в каналах СУЗ в зависимости от концентрации ЖП и типа вытеснителя стержней СУЗ; методика определения основных технологических параметров (массы, объемов, продолжительности ввода, вывода поглотителя); подходы в определении дополнительных параметров.

Глава V посвящается практической реализации результатов работы: при обосновании эжекционных параметров гидро-газового контура A3 на первой очереди Ленинградской АЭС, втором энергоблоке Курской АЭС; в техническом проекте жидкостной системы подкритичности для 5-го энергоблока Курской АЭС; при внедрении дополнительной системы удержания реактора в подкритическом состоянии на 2-ом энергоблоке Игналинской АЭС (Литва).

Автором так же составлен перечень основных терминов и определений, используемых специалистами, которые разрабатывают и исследуют системы безопасности ЯР, в том числе и ЖСВР. Трактовка общепринятых терминов по безопасности проводилась по материалам МАГАТЭ, федеральным нормам и правилам в области использования атомной энергии [25] и разработкам лаборатории нетрадиционных средств управления и безопасности ядерных энергетических установок ФГУП НИКИЭТ.

1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ЖИДКОСТНЫХ СИСТЕМ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА РЕАКТИВНОСТЬ1.1. Предпосылки проведения обзораНа протяжении многих лет жидкостные системы воздействия на реактивность применяются на многих ядерных энергетических установках (ЯЭУ): на всех водо-водяных реакторах под давлением и кипящих (PWR, BWR, ВВЭР), тяжеловодных (CANDU, PHWR).

Несмотря на большой опыт эксплуатации ЖСВР продолжается их усовершенствование. Вновь сооружаемые и проектируемые ЯЭУ также оснащаются такими системами, а новые конструкционные решения по ЖСВР находят применение в проектах разрабатываемых реакторов повышенной безопасности.

Подробные обзоры по разработкам ЖСВР в 1960-80-ых годах представлены в работах [25-29], в которых отражены практически все реализованные зарубежные ЖСВР. Сведения о последних разработках ЖСВР изложены в многочисленных научных статьях [4,18,19,30-49]. Поэтому здесь проводится краткий обзор и анализ этих систем.

1.2. Классификация ЖСВРНа основании общих принципов классификации, представленных в работе [27,29], предложена классификация ЖСВР по следующим признакам:- назначение (характер использования): многоцелевые (комбинированные, совмещающие функции охлаждения регулирования остановки реактора) и одно-целевые (аварийная остановка реактора и/или длительное удержание в подкритическом состоянии);- принцип (физический процесс) воздействия на реактивность: поглощением нейтронов; изменением утечки нейтронов за пределы активной зоны (слив или вытеснение отражателя); изменением спектра нейтронов (например, слив замедлителя и др.);- метод воздействия на реактивность: изменением концентрации поглощающих ядер (в охлаждающей или замедляющей жидкости); введением поглощающей жидкости в приемные камеры; изменением объема (плотности) воздействующей на реактивность жидкости;- размещение воздействующей на реактивность жидкости в активной зоне: в объеме реактора (замедлителе, теплоносителе); в каналах, распределенных по зоне (в приемных камерах, в каналах со стержнями поглотителями) или на ее периферии (в отражателе);- скоростная эффективность: быстро- (аварийная защита, аварийная остановка) и медленно - действующие (для длительного удержания);- химический состав воздействующей на реактивность жидкости:- водные растворы (соединения бора и гадолиния); чистая вода (обычная, тяжелая); жидкие металлы;- место размещения объема поглотителя: собственные емкости за пределами или внутри объема реактора, емкости других реакторных систем (аварийного охлаждения и др.);- способ удержания воздействующей на реактивность жидкости вне зоны: давлением реакторной среды, управляющего газа; запорной арматурой;- способ подачи поглотителя в реактор: насосами (активный традиционный), самотеком и/или давлением газовой (паровой) подушки (пассивный);- тип источника управляющего газа: собственный отдельный аккумулятор или пространство над/под уровнем поглотителя/замедлителя, газовое хозяйство реакторной установки, пар из компенсатора объема или объема реактора;- способ подключения источника управляющего газа к объему с поглотителем:- постоянный (без арматуры на газовой линии); при срабатывании запорного или обратного клапана;- способ стабилизации уровня: газодренажные трубки с косым срезом или стабилизационными отверстиями; стабилизационные баки с трубками-стабил изаторам и;- способ управления: от управляющей системы, от прямого воздействия режимного параметра, от пассивных инициаторов, от ключа оператора, ручное;- место ввода поглотителя: подводящие трубопроводы теплоносителя; опускной участок реактора; нижний объем реактора; парогазовый объем (над зоной);- способ разводки труб для подвода поглотителя:- групповая или индивидуальная, вне реактора (стыковка с трубопроводом теплоносителя, с патрубками реактора, с приемными камерами) и/или внутри (подвод поглотителя непосредственно в активную зону);- способ предотвращения попадания управляющего газа в реактор: гидрозатвор; отключающие устройства (поплавковые); диафрагмы (мембраны), разделяющие газ и жидкость; устройства для сброса избыточного давления газа;- контролируемые параметры: концентрация поглотителя в канале; положение уровня жидкости или высоты ее столба; объем газа над уровнем воздействующей на реактивность жидкости в канале (при косвенном контроле положения уровня жидкости);- способ контроля положения уровня жидкости: термоэлектрический (по перепаду температуры на границе фаз жидкость-газ); пневматический (барботаж-ный) (с подводом газа к границе раздела фаз); перепад давления под и над столбом и др.

1.3. Принципиальные схемы и схемные решения1.3.1. Жидкостные системы с вводом поглотителя в объем реактора (реализованные и проектные решения) ЖСВР с вводом жидкого поглотителя нейтронов в объем теплоносителя используются в основном в корпусных реакторах типа PWR, BWR и ВВЭР (рис.1.1,а,б). При этом в большинстве систем впрыск поглотителя осуществляется насосами [31,48]. Пассивные системы с впрыском поглотителя в объем замедлителя реализованы на всех тяжеловодных и на некоторых экспериментальных кипящих реакторах (рис.1,1,в)[3,16,25-28].

В реакторах с водой под давлением ЖП используется в основном для компенсации медленных эффектов реактивности таких, как выгорание топлива и компенсации температурных эффектов. Помимо регулирования жидкий поглотитель используется для остановки реактора в случае отказа стержне-приводной системы остановки. В корпусных одноконтурных кипящих и тяжеловодных реакторах жидкостные системы применяются для остановки ЯР, в случае отказа основной стержнеприводной системы.

Борная кислота является наиболее подходящим поглотителем нейтронов для использования в реакторах благодаря коррозионной стойкости контактирующих с ней материалов и ее радиационной стойкости в больших потоках нейтронов и у-излучения. Однако в кипящих реакторах в качестве поглотителя используется пентаборат натрия. Это объясняется тем, что у пентабората натрия растворимость существенно выше, чем у борной кислоты. В связи с этим раствор пентабората натрия с необходимой рабочей концентрацией можно держать при комнатной температуре, не опасаясь выпадения его в осадок [11].

В тяжеловодных реакторах ввод раствора нитрата гадолиния в тяжелой воде производят в объем замедлителя по горизонтальным трубам через систему сопел (рис. 1.1,в). Удержание ЖП в баках осуществляется гидростатическим давлением столба замедлителя в каландре реактора. Для исключения попадания раствора в замедлитель предусмотрена линия выравнивания давления, связывающая газовые объемы над замедлителем и над уровнем жидкого поглотителя в баке. Впрыск ЖП в замедлитель осуществляется давлением гелия с после открытия запорной арматуры, соединяющей бак с ЖП и газовые аккумуляторы, что обеспечивает быстродействие системы.

Быстродействие этой системы превышает быстродействие основной СО реактора, что позволяет использовать в ней завышенные уставки значений аварийных сигналов срабатывания. Этим снижается частота срабатывания этой системы, что сглаживает основной ее недостаток - неоперативный возврат в исходное состояние. Для предотвращения попадания газа в объем замедлителя при срабатывании системы, в баках с поглотителем установлены запирающие поплавковые устройства, в виде плавающих шаров [3,16]. В некоторых индийских реакторах канадского типа инжекция раствора поглотителя производится по трубам, расположенным не только в нижней части каландра, но и в верхней [16]. Это сделано для уменьшения времени распространения поглотителя по объему замедлителя.

В проектах современных реакторов повышенной безопасности {HSBWR(G.E.)[30], ВПБЭР[35], АР-600 (США)[45], MS-600 (Япония) [76], В-392 [16], ВК-300[16] и др.} большое внимание уделяется разработке систем с пассивным вводом жидкого поглотителя в активную зону. При этом используются принципиальные и конструкторские решения, принятые в системах аварийного охлаждения реактора, такие как ввод поглотителя нивелирным перепадом и/или давлением газа (рис. 1.2, рис. 1.3).

Использование нивелирного перепада для ввода поглотителя позволяет обеспечить ввод поглотителя в реактор, например, при снижении давления в объеме реактора или открытии запорной арматуры на линии ввода ЖП, и не допускает попадания управляющего газа в объем реактора.

Если ввод поглотителя осуществляется давлением газа, то необходимо использовать устройства, препятствующие попаданию управляющего газа в реактор (см.рис.1.3,б).

Как правило, в большинстве систем в качестве управляющего газа используется азот. В этих системах для предотвращения попадания азота в реактор применяют отсечные, газосбросные или предохранительные устройства. Например, отсечная запорная арматура [45], устанавливаемая на линии ввода поглотителя (рис. 1.3,б) в реактор, перекрывает подачу поглотителя при достижении им определенного уровня в баке; устройство сброса давления газа [46], устанавливаемое в нижней части бака (рис. 1.4,б), обеспечивает прекращение подачи поглотителя в реактор за счет сброса давления управляющего газа при снижении уровня ЖП в баке; газожидкостный поплавковый клапан [16], устанавливаемый на сливе из гидроемкости с ЖП, перекрывает сливное отверстие при снижении уровня до определенной отметки (см.рис.1,2,в).

В некоторых ЖСВР [42,42] предлагается использовать смешанный ввод поглотителя, т.е. напором главного циркуляционного насоса (ГЦН) или самотеком - в холодную ветку теплоносителя на всас ГЦН, далее этим насосом в реактор (рис.1.5). Такое решение обеспечивает гарантированную подачу поглотителя при обесточивании циркуляционного насоса за счет его выбега.

В большинстве ЖСВР ввод поглотителя осуществляется после открытия удерживающей арматуры (обратных или запорных клапанов) на линиях ввода поглотителя. Для надежности срабатывания системы используется блок из двух параллельных клапанов на каждой подводящей линии [40]. В некоторых системах для этой цели используются клапаны, построенные на разных принципах действия [35].

Для придания системе свойства прямодействия запорные клапаны предлагается открывать пассивными инициаторами, которые срабатывают при отказе стержневой системы остановки или от технологических параметров (снижение/рост давления, расхода, температуры и др.)[35]. Для исключения ложного ввода поглотителя удерживающую арматуру размещают последовательно, особенно в случае использования обратных клапанов на ветках подачи поглотителя в реактор [40] (см.рис.1.3, а,б).

С точки зрения принципа резервирования, существуют следующие подходы к размещению жидкого поглотителя: — по 4-х канальному варианту эффективностью по 25% [41,42]; - по 2-х канальному варианту эффективностью по 100% [45]; - по 4-х канальному варианту с эффективностью по 33% (см.рис.1.3, а,б)[35,45].

Как правило, в каждом канале находится по одному баку с ЖП (см.рис.1.2). Для увеличения продолжительности подачи ЖП в реактор в некоторых системах в каждом канале находится по два бака, с последовательным их включением в работу по мере снижения давления в реакторе (см.рис.1.3, б,в)В некоторых системах, особенно использующих в качестве поглотителя борную кислоту, в баках устанавливаются нагреватели, поддерживающие постоянную температуру раствора в целях предотвращения выпадения осадка поглотителя (см.рис.1.2, б) [16].

Способ обеспечения равномерного распространения поглотителя по активной зоне зависит от места подачи поглотителя в реактор: в опускной участок реактора или непосредственно в активную зону.

Например, если ввод ЖП производят в опускной участок, то подачу его в реактор осуществляют по четырем отдельным веткам [41,42] или по одной/двум веткам через распределительный трубопровод [40], расположенный по периметру опускного участка. Для ввода ЖП непосредственно в активную зону через собственный патрубок используют распределительные устройства с соплами для впрыска, расположенные над/под активной зоной [45].

Очистка теплоносителя от растворенного в нем поглотителя осуществляется на специальных ионообменных или выпаривающих установках [40].

1.3.2. ЖСВР с вводом поглотителя в каналыЖСВР, в которых ввод жидкого поглотителя производится в приемные камеры (каналы), относятся к канальным системам. Для этого могут использоваться отдельные каналы, предусмотренные только для введения жидкого поглотителя, или каналы с размещенными в них стержнями СУЗ. Такие системы, как правило, быстродействующие, поэтому используются в качестве аварийной защиты.

Канальные ЖСВР получили широкое распространение на тяжеловодных реакторах и на реакторах бассейнового типа. Охлаждение элементов таких систем, включая поглощающую жидкость, осуществляется окружающей реакторной средой (жидким замедлителем, теплоносителем, отражателем) [43], поэтому не требуется организация отдельных контуров для их охлаждения.

Одной из первых канальных ЖСВР была жидкостная аварийная защита реактора SGHWR (Англия), в которой использовался впрыск поглотителя давлением газа в отдельные каналы из автономных аккумуляторов, вынесенных за пределы реактора (см.рис.1.1,г, исп. А)[26]. Поглотитель удерживался в аккумуляторе трехходовым быстродействующим клапаном сложной конструкции. В аварийной защите реактора CIRENA (Италия) использовались U-образные каналы, в которых уровень поглотителя под активной зоной удерживался давлением газа и быстро вводился в зону действием силы тяжести жидкости при выравнивании давления газа выше и ниже уровня жидкости (см.рис.1.1,г, исп. Б) [27].

Выравнивание давления происходило в результате открытия быстродействующего клапана на пневматической линии. Переключение газовых каналов осуществлять намного легче, чем гидравлических. Требуемая скорость движения жидкости в этом случае обеспечивается благодаря достаточному диаметру каналов управления. В некоторых системах к движущей силе тяжести жидкостидобавляется сила давления газа над верхним столбом жидкости.

Как и в системах с вводом ЖП в объем реактора, подача поглотителя давлением газа может привести к попаданию газа в а.з., что уменьшит эффективность системы [25].

Одной из особенностей канальных ЖСВР является присутствие свободных уровней жидкости в канале управления, которые требуется установить в некотором заданном положении (например, под активной зоной) и, которые могут колебаться относительно требуемого положения из-за колебаний давления управляющего газа. Для этого осуществляют стабилизацию уровня, например, с помощью сбросной газовой трубки, которая не даёт опускаться уровню жидкости из-за сброса избытка давления газа [23,28]. Для регулирования сброса газа по стабилизационной трубке на ней устанавливают дросселирующие устройства. Другой способ поддержания требуемого уровня жидкости в канале управления - это стабилизация разности уровней в напорном баке (канале) и в приемной камере [25]. Более подробный анализ способов стабилизации уровней представлен в работе [28].

Канальные ЖСВР широко используются для пространственного регулирования энергораспределения в активной зоне реакторов. Некоторые реализованные технические решения таких систем могут быть использованы при разработке ЖСВР, предназначенных для остановки реактора. Среди таких решений можно выделить следующие:- ввод ЖП в каналы в виде жидкостного столба при изменении расхода жидкости [3];- использование пневмогидравлического контура для охлаждения каналов регулирования и для организации ввода поглощающей жидкости в канал управления [28];- заполнение каналов со стержнями поглотителями поглощающей жидкостью снизу и с отводом газа через дроссельное устройство в буферный бак [27];- использование автономных гильз со встроенными аккумуляторами, расположенными над активной зоной. ЖП заполняет приемные камеры, располагаемые в активной зоне, по трубке перетока, связывающей приемную камеру и аккумулятор [32].

В качестве поглотителей в канальных ЖСВР используются вода (легкая), водные растворы солей бора и гадолиния (борная кислота, нитрат гадолиния). Водные растворы подвержены сильному радиолизу, поэтому при их использовании уделяют внимание удалению газа, образующегося при радиолизе и выде-ляющегося-в газовые полости над уровнем поглощающей жидкости.

Для этого организуют продувку газовых полостей, используют флегмати-зирующие смеси для разбавления и нейтрализации продуктов радиолиза, баки с ЖП размещают за пределами активной зоны [16].

В России разработка новых канальных ЖСВР связана с созданием канальных уран-графитовых реакторов АТУ-2, МКЭР и повышением безопасности действующих РБМК. Для реакторов АМ-2 [3] и МКЭР[43] разработана жидкостная аварийная защита, построенная на том же принципе действия, что аварийная защита в реакторе CIRENA (рис. 1.6,а).

В разработке другой жидкостной системы для РБМК используется принцип ввода раствора поглотителя в теплоноситель контура охлаждения системы управления и защиты (рис. 1.6,в) [47]. Введение поглотителя в нижнюю часть контура с низким давлением позволило организовать его подачу самотеком в функционирующий контур и в пустые каналы по U - образной схеме при обезвоживании контура. Особенность этой системы заключается в возможности сухого хранения поглотителя при нормальной работе энергоблока и приготовлении раствора в баке непосредственно перед срабатыванием системы. Это исключает несанкционированный ввод жидкого поглотителя в реактор при нормальной эксплуатации и делает возможным использование в качестве баков для ЖП свободных емкостей каких-либо вспомогательных систем РУ.

1.3.3. Системы со сливом замедлителяВ тяжеловодных реактора CANDU и PHWR, помимо ЖСВР с вводом ЖП в объем замедлителя, используется слив замедлителя 13 в приемный ресивер 11, расположенный под каландром (см.рис. 1.1 в) [16]. При нормальной работе реактора замедлитель удерживается в каландре (от слива с приемный бак) давлением газа и гидрозатвором.

Удерживающий газ может подаваться от насоса или пневмоаккумулятора. При аварии открывается быстродействующий клапан сброса гелия 9, избыточное давление в нижней камере (в сливном баке), расположенной ниже активной зоны, исчезает, и замедлитель быстро стекает под активную зону весь либо понижает свой уровень.

Опасность засорения сбросных трубопроводов устраняется применением кольцеобразного сливного канала (U-образной формы) в нижней части бака замедлителя [3,16].

Более подробно анализ ЖСВР со сливом замедлителя представлен в работах [15,16].

1.3.4. Основные решения ЖСВР различного типаНа основе проведенного анализа можно выделить следующие основные принципиальные решения, характерные для ЖСВР различного типа, которые представлены в сравнительной таблице 1.

Таблица 1.

Захват воздуха в элементах циркуляционного контура. Анализ схемы КО СУЗ показал, что местами такого захвата могут быть (рис. 1.7): - переливной трубопровод из аварийного бака (АБ) в циркуляционный бак; - воздушник сифонного участка напорного трубопровода, расположенного в АБ.

Захват воздуха в переливном трубопроводе может происходить при переливе воды в циркуляционный бак (ЦБ) по переливному трубопроводу в случае повышения уровня воды в АБ (рис. 1.8,а). Из-за захвата газа текущей водой, в переливном трубопроводе образуется газожидкостная смесь, которая поступает в ЦБ. Часть газа, поступившего с газожидкостной смесью, будет сепарироваться в ЦБ, а часть уноситься в контур и транспортироваться вместе с охлаждающей водой в каналы СУЗ.

Эжекционный захват воздуха через воздушник сифонного участка может произойти в случае снижения уровня в АБ (рис. 1.8, б). В результате такого захвата в напорном трубопроводе образуется газожидкостная смесь, которая транспортируется в каналы СУЗ и далее вниз в активную зону (рис. 1.8, в).

В случае захвата воздуха в элементах КО СУЗ происходит поступление газожидкостной смеси в каналы СУЗ - завоздушивание каналов СУЗ, которое сопровождается снижением плотности охлаждающей воды в активной зоне. Следовательно, снижение плотности раствора поглотителя в каналах СУЗ может привести к несанкционированному уменьшению эффективности ЖСВР.

АварийныйРис.1.8. Схема эжекционного захвата в циркуляционном контуре: а - в переливном трубопроводе; б - в сифонном участке; в - в канале с опускным течением; г - в канале с пленочным течениемНа рис. 1.9 приведен пример схемы движения фронта (границы) газожидкостной смеси по участкам контура СУЗ от АБ до низа активной зоны, при условии, что на границе между водой и водо-воздушной смесью плотность меняется скачкообразно.

Эжекционный захват газа в каналах с пленочным течением. В каналах быстрой аварийной защиты (A3) реактора РБМК организовано пленочное течение охлаждающей воды (см.рис.1.7). Пленка охлаждающей воды, стекая по стенкам канала, в нижней части канала переходит в столб жидкости, образуя в канале газовую полость (ГП) (рис.1.8, г). Стекающая пленка воды захватывает газ из этой ГП и, при входе в столб, транспортирует его на некоторую глубину. В проектном диапазоне изменения расхода воды в канале A3 (3,6-4,6 м /ч) образуется газожидкостное опускное течение со спутным движением жидкой и газовой фаз [18-20] или с режимом ЗГФ. При прохождении газожидкостного потока через циркуляционный бак, захваченный газ выделяется в газовую полость ЦБ (см.рис. 1.7).

Проточная часть каналов A3 организуется так, чтобы уровень газожидкостного столба всегда находился ниже нижнего сечения активной зоны. Эжекция газа может привести к подъему уровня столба из-за образования газожидкостной смеси с меньшей, чем у воды плотностью. При этом происходит, так называемое, «набухание» столба жидкости в канале и повышение его уровня. Размещение уровня в активной зоне повлияет на физические свойства активной зоны, т.к. приведет к паразитному поглощению нейтронов.

При облучении воды в ядерном реакторе в результате радиолиза образуются водород и кислород, которые выделяются в ГП каналов A3 и удаляются вместе с эжектируемым газом. Поэтому концентрация водорода в ГП в основном зависит от расхода эжектируемого газа. Из-за того, что расход газа неопределен возникает неопределенность в эксплуатации каналов A3 с точки зрения их взрывобезопасности.

Таким образом, важность эжекции газа в каналах с пленочным течением определяется тем, что она:- обеспечивает вентиляцию газовых полостей, способствуя удалению радио-литических газов;- приводит к подъему уровня в нижней части каналов с пленочным течением из-за уменьшения плотности среды.

1.4.2. Экспериментальные исследования характеристик опускных двухфазных потоковДля обеспечения безопасной работы реактора и надежной эксплуатации каналов СУЗ необходимо знать количество попадаемого в них газа в результате эжекционного захвата, а также плотность образующейся газожидкостной смеси. Для этого проводится обзор имеющихся в литературе данных по опускным двухфазным течениям.

Вопросам теоретического и экспериментального исследования гидродинамики двухфазных газо-(паро-)жидкостных потоков посвящено большое количество работ, в которых содержится наиболее полный анализ и обобщение выполненных исследований, например, в книгах Уолиса Г. [51], Кутателадзе С.С. и Стыриковича М.А.[52], Мамаева В.А. и соавторов [53], Лабунцова Д.А. и Ягова В.В.[54] и многих других. Большинство работ посвящено изучению пароводяных смесей при высоких давлениях и скоростях потока.

Малое число работ посвящено спутному опускному течению с низкими скоростями фаз при давлениях газо-жидкостного потока близких к атмосферному, а также течениям, образованным эжекционным способом.

В НИКИЭТ и МГТУ им. Баумана проведены экспериментальные и теоретические исследования опускных двухфазных течений в каналах, образованных эжекционным способом, применительно к условиям каналов СУЗ РУ РБМК. Результаты этих исследований отражены в работах Ганчева Б.Г.[18,55], Ионайтиса P.P., Крючкова И.И., Шведова H.J1.[24,56], Пересадько В.Г. [19,57], Бургасова В.С.[58]. В приведенном ниже обзоре этих работ в основном уделено внимание определению величины эжекционного захвата газа (расход газа) и плотности образующейся газожидкостной смеси (рсм).

1.4Л. Общая характеристика опускного пузырькового теченияДвухфазные потоки могут быть охарактеризованы параметрами Q*, Qr (объемные расходы жидкой и газовой фазы), определяющими расходное объемное газосодержание:P=(MQr+Q«), (1.1)откуда Qr=[p/(l-p Шж; (1.2)и приведенными скоростями жидкой и газовой фаз, соответственно:w«0=Q«/F, wro=Qr/F, (1.3)где F - площадь проходного сечения канала.

Истинное объемное газосодержание ф (доля сечения потока занятая газовой фазой) определяет плотность смеси:Рсм=(1-Ф)Рж+ФРг. (1.4)Для случая, когда рж >ргРсм=(1-ф)Рж. (1.5)Многочисленные исследования режимов течения двухфазных потоков [3,8,9,50-57], основанные на визуальных наблюдениях, предполагают наличие различных форм течения, которые определяются распределением фаз по сечению трубы. По структуре потока режимы течения различаются на пузырьковый, эмульсионный, снарядный, кольцевой.

Существование той или иной структуры зависит от соотношения объемных долей фаз, скорости смеси и геометрии канала, а так же теплофизических свойств воды и газа (вязкость, плотность, поверхностное натяжение).

По данным исследований [18,19,56] пузырьковый режим течения осуществляется при значениях расходного газосодержания Р<0,7 и истинных газосодержаниях ф< 0,5 (табл. 2, рис. 1.10). Количественные расхождения в результатах обусловлены различиями в условиях экспериментов. Теоретически максимальная величина ф, при которой возможен пузырьковый режим, соответствует плотной упаковке пузырьков (при условии, что в потоке находятся пузыри одинакового радиуса) и составляет ф =0,74 [54].

Таблица 2.

В работах [53,54] отмечается, что в цилиндрических каналах пузырьки движутся по траектории близкой к прямолинейной, а в кольцевых - траектория движения пузырьков может носить вихревой характер с отдельными вращениями газовых пузырьков вокруг внутренней трубы.

В большинстве работ [51,53,54] о характере движения газовой и жидкой фаз предлагается судить по зависимости истинного газосодержания от расходного (см. рис. 1.10). В области ф>Р скорость жидкости выше скорости пузырей газа, в ней преобладают силы Архимеда и поверхностного натяжения. В области 0,8*Р< ф< Р усиливается влияние инерционных сил, а пузыри газа движутся быстрее, чем жидкость. При ф=Р двухфазная смесь представляет собой гомогенный поток, в котором скорости жидкой и газовой фаз равны. В области Р< (0,1-0,2) всегда ф >Р,т.е. скорость газовой фазы меньше скорости жидкости. При этом разность (ф-Р) уменьшается с ростом скорости газа.

1.4.4. Истинное объемное газосодержание двухфазного потокаПодробный анализ способов определения истинного газосодержания, проведенный в работе [8], показал, что имеющиеся в литературе модели и зависимости для расчета истинного объемного газосодержания потока количественно и качественно отличаются друг от друга, а в некоторых случаях противоречат экспериментальным результатам; нельзя так же использовать соотношения, полученные для подъемных течения, которые являются наиболее изученными. На основании результатов собственных экспериментов по исследованию опускных двухфазных течений, образующихся эжекционным способом, автором [19] делается вывод, что при спутном движении фаз истинное газосодержание определяется следующими параметрами: абсолютной скоростью и температурой жидкости; отношением скоростей жидкой и газовой фазы; диаметром канала и способом организации подвода жидкой и газовой фаз.

Для определения влияния приведенной скорости жидкости \уж0 и ее температуры на величину истинного газосодержания ф данные [19, 57] могут быть представлены в виде зависимостей (ф/Р)=А^жо) и (ф/р)=^ж) (рис. 1.11), из которых видно, что для смесей, образованных эжекционным способом, с увеличением скорости жидкости \ужо при P=const, истинное газосодержание ф уменьшается (см.кривая 1, рис. 1.11), а скорость эжектируемого газа увеличивается.

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0ЖО'Рис. 1.11. Зависимость параметров двухфазного потока от приведенной скорости жидкости и температуры [19]:1 - 9^=^*0); 2 - cpf=f(t); р=0,1-0,22 МПа; dK=52 ммВлияние температуры жидкости на истинное газосодержание противоположно влиянию скорости (см.кривая 2, рис.1.11): с ростом температуры среднее истинное газосодержание ср увеличивается, соответственно расход эжек-тируемого газа уменьшается. Влияние статического давления на истинное газосодержание в области низких давлений (0,12 - 0,22 МПа) практически не проявляется.

Истинное газосодержания изменяется по высоте канала и определяется в основном изменением статического давления потока. В канале относительно небольшой длины (2-3 м) изменение ср незначительно и близко к линейному. Так относительное уменьшение ср от входа к выходу канала высотой 2 м составило всего Аф/фвх12%.

В канале большой длины (19 м) изменение ср характеризуется значительной нелинейностью.В верхней части канала, где абсолютное значение величины ф большее, изменение ф с ростом статического давления характеризуется большей скоростью, чем в нижней части канала. В канале высотой 19 м абсолютное истинное газосодержание снижается по высоте канала в 3 раза, соответственно плотность смеси увеличивается. При этом характер изменения ф не зависит от величины приведенных скоростей жидкости и газа при прочих равных условиях.

Приведенные в работе [19] результаты визуальных наблюдений показывают уменьшение размера пузырьков вниз по потоку (с 6-8 мм в верхней части канала до 1-2 мм в нижней), что так же является следствием увеличения абсолютного давления по высоте канала.

Однако для того чтобы воспользоваться выражением (6) для определения истинного газосодержания необходимо, чтобы было известно расходное газосодержание р.

1.4.5. Расход эжектируемого газаИсследования, проведенные на стендах ФГУП НИКИЭТ и МГТУ [3,24,56], показали что, расход эжектируемого газа в канале с пленочным течением зависит расхода жидкости, площади поперечного сечения трубопровода и температуры жидкости. Исследованы диапазоны основных параметров опускных во-довоздушных пузырьковых потоков, образованных эжекционным взаимодействием газа с жидкостью, соответствующих параметрам КО СУЗ РБМК (табл.3).

В работе [58] определены условия возникновения эжекции газа в канале с пленочным течением, обобщенные зависимостью для пороговой плотности орошения, ниже которой направленное движение газа отсутствуетГЧир' Рж*жКа3/ „ 4тг„лп\ =l,05-0,41g(Z), где Гпор - пороговая плотность орошения;- плотность жидкости; число Капицы Ка =(тж/(Рж g v,k ); стж - коэффициент поверхностного натяжения; L =L/Dr - относительная длина канала; Dr - гидравлический диаметр канала, по стенкам которого течет пленка.

Методика для определения расхода эжектируемого газа в каналах с пленочным течением, предлагаемая в работе [58], построена на экспериментальных данных, полученных в условиях пленочного течения в каналах без его перехода в столб жидкости, что отличается от реальных условий [5].

Зависимость коэффициента А от температуры носит экспоненциальный д — (L 1 О —0,065/характер л — о, lj • с (рис. 1.12,б) и уменьшается с ростом температуры.

Для обобщения зависимости расхода газа от температуры при различных расходах воды автором [24] предлагается использовать коэффицент эжекции, равный отношению объемных расходов эжектируемого газа и жидкости (рис. 1.13):КигКУО,. (1.9)Однако при этом наблюдается зависимость коэффициента эжекции от диаметра канала, в котором происходит перемешивание эжектируемого газа и воды, и от температуры воды (см.рис. 1.13).

1.4.6. Режим зависания газовой фазыРежим опускного пузырькового течения газожидкостного потока с зависанием газовой фазы является переходным режимом между опускным течением фаз и противотоком — опускным течением жидкости и подъемным течением газа [19].

Режим ЗГФ характеризуется тем, что расходное газосодержание опускного потока и средняя скорость газовой фазы в потоке равны нулю, а имеющиеся в потоке с истинным объемным газосодержанием ср>0 пузырьки газа беспорядочно движутся в некотором объеме, удерживаясь в нем опускным потоком жидкости. В диапазоне скоростей, обеспечивающих существование режима ЗГФ, сила Архимеда, действующая на пузырьки газа в жидкости, уравновешивается силой сопротивления при обтекании пузырьков газа опускным потоком жидкости [19].

Впервые режим ЗГФ в каналах с пленочным течением был экспериментально исследован в работах НИКИЭТ[56] и Пересадько В.Г.[19]. Результаты были получены практически похожие, поскольку выполнялись при одинаковых условиях.

Нижним пределом существования режима ЗГФ является значение приведенной скорости жидкости 0,06 м/с. При скоростях ниже этого значения образуется противоток.

Авторами [19, 56] исследовано образование режима ЗГФ в каналах с пленочным течением и свободным уровнем. В таких каналах в отличие от каналов с полным заполнением режим ЗГФ сопровождается небольшими расходами газа. Отмечается, что характерные для режима ЗГФ расходы газа составляют от 4-5 л/ч до 100-200л/ч, большие расходы газа соответствуют режиму спутного движения фаз.

По данным работ [19, 56] газосодержание потока по высоте двухфазного слоя изменяется с ф=0,5-0,6 до 0.

1.5. Исследования эффективности жидкого поглотителя в каналах охлаиедения СУЗОдним из самых важных параметров любой жидкостной системы воздействия на реактивность является ее нейтронно-физическая эффективность.

В ЖСВР в качестве поглотителя нейтронов широкое применение получил бор в виде борной кислоты, которая используется для мягкого регулирования и остановки реактора на АЭС с реакторами под давлением. Поэтому на начальных этапах разработки жидкостной системы подкритичности для реактора РБМК анализировалась возможность использования в качестве жидкого поглотителя раствора борной кислоты, вводимого в теплоноситель реактора (см.рис.6,в). Для этого проводились исследования по оценке нейтронно-физической эффективности растворов бора в топливных каналах и каналах охлаждения СУЗ [23].

Эффективность соединений бора в топливных каналах и каналах СУЗ реактора РБМК была определена на критическом стенде РБМК в совместной работе РНЦ КИ и института Paul Sherrer (Швейцария). При этом в качестве референтного блока рассматривался 3-й энергоблок Смоленской АЭС. В ходе работы производилось физическое взвешивание растворов с концентрациями бора в диапазоне 0-6140 ppm (1ррш=1 мг/кг) в канале с внутренним диаметром 80 мм со следующими загрузками: с топливной сборкой; с вытеснителем диаметром 74 мм; со стержнем поглотителем; без загрузки.

Эффекты реактивности (Арс) от использования бора в каналах для каждого случая загрузки определялись следующим образом: Дрс = рс - ро где рс - реактивность канала с заданной загрузкой, заполненного раствором борной кислоты заданной концентрации С; ро - реактивность канала с заданной загрузкой, заполненного чистой водой.

На основании полученных результатов авторами сделаны следующие выводы:- в канале с топливной сборкой, борная кислота наиболее эффективна при концентрации бора 3700 ррш, что соответствует концентрации природной борной кислоты равной Снзвоз=21,3 г/л. При этом эффективность такого канала равна «весу» стержня-поглотителя (кривая 1, рис. 1.15);- эффективность бора в канале со стержнем поглотителем очень мала во всем исследованном диапазоне концентраций (кривая 4, см.рис.1.15);- эффективность бора в канале без загрузки (кривая 2, см.рис.15) немного больше чем в канале с вытеснителем (кривая 3, см.рис.15), однако, эта разница перестает существовать при концентрации бора начиная с 6000 ррт (Сцзвоз=35 г/л). Следовательно, при этой концентрации борная кислота становится черным телом.-0,1 -0,2-0,3 -0,4 -0,5 -0,6 -0,7-0,8 Ар,Р -0,90 10 00 20 00 30 00 40 00 50 00 60 00 ---- --—i- \ i 3 Ч 27 i\ \ 1 Рис. 1.15. Зависимость эффекта реактивности от концентрации бора в канале с внутренним диаметром 80 мм:1 - с топливной сборкой; 2-е водяным столбом; 3-е вытеснителем диаметром 74 мм; 4-е имитатором стержня-поглотителяКроме этого при концентрациях бора больших 6000 ррт эффективность раствора бора практически перестает зависеть от самой концентрации. На основании чего сделан вывод о возможности использования борной кислоты (природной) в каналах СУЗ только при концентрациях до 6000 ррт.

Авторами предложено использовать полученные в ходе исследований данные для верификации нейтронно-физических расчетов по определению эффективности поглотителя. Так же эти данные могут быть использованы при проведении предварительной оценки физической эффективности борной кислоты в каналах СУЗ. В качестве другого возможного поглотителя нейтронов, вводимого в охлаждающую воду КО СУЗ, предлагается использовать растворы нитрата гадолиния Gd(NOs)3 -6Н20 [23]. Поскольку данных по эффективности растворов нитрата гадолиния в каналах СУЗ РБМК нет, требуется проведение таких исследований для выявления характерных зависимостей, а так же для верификации проводимых нейтронно-физических расчетов.

1.6. Экспериментальные исследования по перемешиванию1.6.1. Основные подходы к исследованиямПри вводе растворов поглотителей в объем реактора происходит перемешивание поглотителя с теплоносителем (замедлителем), процессы, происходящие при этом, зависят от способа и места ввода поглотителя, вводимого объема поглотителя и продолжительности его ввода [59-62].

Рассмотрим некоторые имеющиеся экспериментальные исследования процессов перемешивания и распространения при вводе поглотителя в объем теплоносителя (табл.4). Более подробно анализ экспериментальных исследований перемешивания представлен в работе [20].

Таблица 4.

1.6.2. Перемешивание при низких скоростях теплоносителяВ работе [59] приведены результаты исследования перемешивания при низких скоростях теплоносителя, соответствующих условиям естественной циркуляции. Здесь существенное влияние на перемешивание оказывало соотношение плотностей поглотителя и теплоносителя, т.е. когда плотность раствора поглотителя больше плотности теплоносителя из-за более низкой температуры раствора и высокой концентрации.

Моделирование экспериментального участка осуществлялось по числу1 ИФруда, представленному в виде: Fr= w/(g(Ap/p)D) где Др= pi-p;, рг плотность впрыскиваемого раствора, р;— плотность жидкости на входе в рабочий участок; w и D- характерные скорость и диаметр; g=9,81 м/с2 - ускорение силы тяжести.

При такой модели эффективность смешивания (е) предлагалось определять как долю инжектирумого поглотителя, которая в действительности поступаетbpa-(QR+Qi)на выход из рабочего участка: е=-, где Apo=po-Pi; Api=pi-pi ро bpi-Qi•jплотность потока на выходе из рабочего участка, кг/м ; pi - плотность потокал ^на выходе из секции, кг/м ; р; - плотность впрыскиваемого раствора, кг/м ; Qj -расход впрыскиваемого раствора, л/с; QR- расход циркуляции по рабочему участку, л/с.

Авторами [59] установлено следующее:- при полном (100%) смешивании - зависимость между квадратом расход теплоносителя на рабочем участке и отношением плотностей (поглотителя и теплоносителя) линейная;- запаздывание подачи раствора поглотителя в а.з. зависит от объема рабочего участка (V), от расхода впрыскиваемого раствора (Qi ) и расхода циркуляции теплоносителя по рабочему участку QR и определяется выражением:т=У/(Оя+оо.

1.6.3. Перемешивание при больших скоростях теплоносителя В работах [60-62] исследовались процессы перемешивания в условиях разбавления чистой водой концентрированного раствора поглотителя, находящегося в объеме реактора. Такое возможно при авариях, связанных с быстрым снижением концентрации бора в активной зоне реакторов PWR и ВВЭР в случае попадания воды с низким содержанием поглотителя в объем реактора с высокой концентрацией поглотителя.

Процессы, происходящие при разбавлении и при вводе поглотителя похожи, поэтому результаты экспериментов по разбавлению интересны для анализа процессов перемешивания.

В экспериментах по вводу поглотителя в опускной участок реактора, представленных в работах [61,62], не учитывается влияние разности плотностей на процесс перемешивания, ввиду большой скорости потока при впрыске поглотителя. При проведении этих экспериментов принят следующий подход к моделированию. Все эксперименты проводились на уменьшенных в несколько раз моделях при числах Рейнольдса Re=5-103-s-2,5-105, что соответствует области развитого турбулентного течения. При этом качественных различий перемешивания и распространения не происходило, на основании чего, авторами было сделано предположение, что и при больших значениях чисел Рейнольдса,7 облизких к реальным (Re=2,7 -10 -И-10 ), характер перемешивания будет таким же или более интенсивным.

В работе [61] процесс перемешивания при впрыске в опускной участок моделировался в соответствии с объемно-расходным соотношением, полученным из равенства критериев гидродинамической гомохронности (Но) для модели и натуры: Но = wMxM/LM = ШцТц/Ь,,. Равенство этих критериев для модели и натуры обеспечивает подобие безразмерных полей концентрации в любой момент времени.

Авторами [59,60] использовались солевая и флуоресцентная методики исследования перемешивания. Степень перемешивания (с) определялась, как отношение показаний средств измерений на входе в активную зону и на входе в опускной участок: с= Па-3/П оп, где Поп - показания на входе в опускной участок, Па.з. - показания на входе в а.з. При этом каждое показание прибора соответствует определенной концентрации поглотителя. При с=0 - изменение концентрации не происходит; с=1 - соответствует полной замене на вводимую жидкость.

В работе [61] используется температурная методика, в которой в качестве величины, характеризующей степень смешивания используется относительная температура, моделирующая относительную концентрацию бора:где Tmin и Ттах - температуры минимальная, соответствующая холодной пробке, и максимальная, соответствующая исходному теплоносителю в реакторе, Т - текущая температура.

Проведенные в работах [60-62] прямые измерения концентраций поглотителя в зависимости от времени показали следующее:- промежуток времени, в течение которого объем имитатора достигает входа в активную зону, обратно пропорционален объемному расходу в канале;- при вводе конечных объемов поглотителя в реактор происходит быстрое изменение концентрации поглотителя, за которым может следовать медленное ее восстановление, т.е. может происходить чередование пробок с высокой и низкой концентрацией поглотителя.

Последнее объясняется тем, что во всех рассмотренных экспериментах продолжительность впрыска была более чем в 1,5 раза меньше продолжительности циркуляции теплоносителя по контуру: в работе [62] эти времена составили 14 с и 20 с, соответственно, а в работе [62] - 8 с и 20 с, соответственно;- соотношение объемов впрыскиваемого раствора и опускного участка влияет в основном на ' качество распространения поглотителя по опускному участку.

Таким образом, качество и продолжительность распространения поглотителя по активной зоне во многом зависит от расхода теплоносителя на участке, где вводится ЖП, геометрии проточной части, объема вводимого жидкого поглотителя, а также в условиях малых скоростей в месте ввода ЖП - от отношения плотностей вводимого ЖП и теплоносителя. Очевидно, что все эти положения требуют проверки для ЖСВР с вводом ЖП в циркуляционный гидравлический контур.

1.7. Проблемы создания жидкостных систем воздействия на реактивностьИз проведенного обзора данных по ЖСВР можно сделать вывод, что создание и разработка любой ЖСВР сопровождается решением целого ряда проблем и задач, которые вызваны протекающими в них процессами, условно показанными на рис. 1.16: •оптимизация схемных решений (по организации питания-ввода-вывода ЖП и контроля его положения, по конструкциям баков ЖП и запорной арматуры и их размещению, по развязке гидравлических и газовых трактов);•обеспечение требуемого времени срабатывания (быстродействия); •обеспечение требуемой нейтронно-физической эффективности разными поглотителями в каналах и полостях разной геометрической формы;• обеспечение перемешивания поступающего концентрированного раствора поглотителя в объем теплоносителя, замедлителя в объем реактора и его равномерного распространения по активной зоне, исключение чередования прохождения через а.з. поглотителя разной концентрации;•исключение попадания управляющего газа высокого давления в объем реактора (способы стабилизации уровня жидкости в баках, каналах; газо-защитные устройства);•положительные и отрицательные аспекты эжектирования воздуха расходом жидкости;•изменение водно-химического режима теплоносителя при вводе в него ЖП; •нейтрализация, вентиляция радиолитического водорода, выделяющегося в имеющиеся и/или в образующиеся газовые полости;•образование радиоактивного аргона, создание вентиляции и сокращение выбросов в атмосферу;•оптимизация способов и устройств вывода ЖП из активной зоны после срабатывания (очистка теплоносителя, замедлителя; промывка каналов);• имитация прохождения поглотителя при проверках работоспособности ЖСВР на стенде и в штатных условиях при пуско-наладочных работах.

2. Несмотря на многообразие схемных решений по ЖСВР, наибольший интерес вызывают систем с пассивным принципом вводом поглотителя в реактор (самотеком или давлением газа). Отмечено, что существующие решения по ЖСВР различных ЯР не применимы для отечественных реакторов РБМК из-за особенностей реактора. Показано, что для РБМК целесообразными являются ЖСВР, использующие для ввода поглотителя каналы охлаждения СУЗ.

3. Показано, что в гидроконтурах, в которых циркулирующая вода контактирует с атмосферой (в баках, в каналах), существует возможность образования двухфазных (газожидкостных) смесей эжекционным способом. При этом может происходить завоздушивание каналов с ЖП, что приводит к снижению эффективности ЖСВР за счет уменьшения плотности раствора поглотителя. Эжекция в каналах с пленочным охлаждением обеспечивает вентиляцию ГП от накопления в них водорода, а также приводит к набуханию столба в нижней части каналов из-за уменьшения плотности охлаждающей воды. Отмечена важность в определении расходов эжектируемого газа и плотности образующейся газожидкостной смеси.

4. Проведен обзор литературных данных по двухфазным опускным пузырьковым течениям с малыми скоростями фаз при давлениях газо-жидкостного потока близких к атмосферному, а также по течениям, образованным эжекционным способом.

Показано, что разными авторами получено множество обобщающих полуэмпирических зависимостей для определения эжекционных параметров газожидкостных потоков в размерном и безразмерном видах. Однако полученные зависимости и методики применимы только в исследуемых этими авторами диапазонах параметров и условий. Каждая отдельная методика направлена на определение только одного параметра (расхода газа или плотности смеси), без учета их взаимосвязи. Все это ограничивает их применение.

5. Показана возможность применения растворов борной кислоты в качестве поглотителя нейтронов в ЖСВР для реактора РБМК на основе результатов экспериментов на критсборке реактора. Отмечено, что эффективность раствора бора в каналах реактора РБМК зависит от объема раствора и его концентрации в канале. Отмечается необходимость проведения таких исследований для обоснования использования растворов нитрата гадолиния в каналах СУЗ реактора.

6. В ЖСВР с вводом ЖП в объем реактора (теплоносителя-замедлителя) процессы перемешивания исследуются экспериментально. Показано, что на качество перемешивания поглотителя оказывают влияние объем вводимого ЖП, расходы ЖП и теплоносителя, геометрия проточной части, условий подвода ЖП в а.з. Отмечена необходимость проверки этих положений для ЖСВР с вводом ЖП в циркуляционный контур охлаждения СУЗ реактора РБМК.

7. Определены проблемы, возникающие при создании и разработке любой ЖСВР (оптимизация схемных решений, обеспечение быстродействия, перемешивание, обеспечение поглощающей эффективности и др.).

В последующих главах показаны пути и способы решения этих проблем при разработке ЖСВР канальных реакторов, применительно в основном к реактору РБМК.

2. АНАЛИЗ СХЕМ И КОНСТРУКТОРСКИЕ РЕШЕНИЯЖСВР НА РУ РБМКВ настоящем разделе представлена концепция использования ЖСВР, предназначенных для удержания реактора в подкритическом состоянии на РУ РБМК, показано назначение этих систем и возможные варианты их использования. Разработаны и проанализированы принципиальные схемы и конструкторские решения, показаны возможные режимы работы системы, включая проверку работоспособности на реакторе [63-67].

2.1. Концепция использования жидкостных систем длительного удержания реактора в подкритическом состоянии на РУ РБМК2.1.1. Структура стержне-приводных систем остановки реактора РБМКВ настоящее время для управления и аварийной остановки реактора РБМК используются две независимые системы остановки: быстрого снижения мощности (БСМ) и аварийной защиты (A3). A3 и БСМ осуществляют быстрое автоматическое прекращение цепной реакции и длительное удержание РУ в подкритическом состоянии во всех аварийных ситуациях, предусмотренных техническим проектом РУ (п.2.3.1.4, 2.3.1.5 ПБЯ РУ АЭС). В этих системах в качестве органа воздействия на реактивность используются твердотельные стержни-поглотители.

При обосновании безопасности РУ РБМК рассматривается запроектная авария - гипотетический отказ по общей причине системы БСМ, т.е. неввод стержней БСМ в зону, например, в результате отказа автоматики, деформации каналов [65,66].

В соответствии с современными подходами к обеспечению безопасности ядерных реакторов на РУ должны быть предусмотрены технические средства и меры, предназначенные для управления такой запроектной аварией (п.1.2.3,п.4.1.3 ОПБ АС 88/97; п.2.1.6 ПБЯРУАС).

Для этого возможно использование любых имеющихся в работоспособном состоянии технических средств, предназначенных для нормальной эксплуатации, обеспечения безопасности при проектных авариях или специально предназначенных для уменьшения последствий запроектных аварий (см.определение №54, ПБЯ РУ АС).

Поэтому для предотвращения развития такой запроектной аварии требуется система, построенная на ином принципе действия, чем существующие СО, которая будет осуществлять удержание расхоложенного, разотравленного реактора, остановленного стержнями A3, в подкритическом состоянии. Необходимость ввода такой системы в действие возникает только при отказе стержневой системы БСМ.

Следует отметить, что оснащение РБМК системой удержания в подкритическом состоянии при отказе стержней БСМ будет являться дополнительной (страховочной) мерой по обеспечению безопасности РУ на случай запроектной аварии [8].

Нитрат гадолиния в контуре КМПЦ использовать не возможно из-за его термической и химической нестабильности при высоких температурах.

Однако при введении раствора борной кислоты в КМПЦ возможно образование отложений на твэлах и концентрирование коррозионно-агрессивных соединений. Возможен также унос борной кислоты с паром на турбину и загрязнение конденсатно-питательного тракта. Кроме того, из-за сильной разветвленное™ КМПЦ возможна сорбция борной кислоты коррозионными пленками, находящимися на поверхности конструкционных материалов, и шламом продуктов коррозии, который будет осаждаться в застойных зонах КМПЦ. К тому же для выведения ЖП из КМПЦ потребуется значительное количество ионообменной смолы и, соответственно, многократная перегрузка фильтров. На основании выше сказанного можно сделать вывод о нецелесообразности реализации ЖСВР с вводом в контур КМПЦ.

Через проточную часть каналов, в которых размещены исполнительные механизмы системы управления и защиты, циркулирует охлаждающая вода. Объемы воды в этих каналах зависят от размеров кольцевых зазоров между каналом и стержнем, вытеснителем, соединяющей их тягой (рис.2.1). В таблице 5 представлены среднее количество каналов с разными видами стержней поглотителей, используемых на реакторе РБМК, и объемы воды в этих каналах в области активной зоны (Va.3.), отнесенные к объему пустого канала (VK), при размещении стержней-поглотителей в крайнем верхнем положении [16].

Таблица 5.

Относительные объемы воды в каналах СУЗВид поглощающего стержня Количество, шт. V,3/VKС опущенным вытеснителем (ОВ) 132-160 0,47Укороченный стержень-поглотитель (УСП) 32 0,19С пленочным охлаждением (БАЗ) 21-24(33) 0,08С надвигающимся поглотителем (НП) - 0,15Кластерный рабочий орган (КРО) - 0,08Из таблицы 5 видно, что объем воды в каналах СУЗ в области активной зоны может составлять от 8 до 47% от полного объема канала.

Вода является сильным поглотителем в уран-графитовых реакторах. Считается, что поглощающая способность столба воды составляет —1/3 от поглощающей способности стержня СУЗ [3]. Тогда в зависимости от типа используемых стержней, находящихся в рабочем положении, положительный эффект реактивности при аварийном обезвоживании каналов СУЗ может достигать 1 - 4 Р [10].

На основании вышесказанного можно сделать следующие выводы:- в каналах СУЗ имеются достаточные объемы воды для размещения в нем водного раствора другого более эффективного, чем вода поглотителя;- благодаря достаточно сильным поглощающим свойствам охлаждающая вода в каналах СУЗ может использоваться как поглотитель нейтронов.

Рис.2.1. Размещение жидкого поглотителя в каналах со стержнями-поглотителями:а - с опущенным вытеснителем; б - с укороченным стержнем-поглотителем; в - с набегающим поглотителем; г - с пленочным охлаждением; д - кластерного типаВсе стержни показаны в крайних верхних положениях2.2. Структурные схемыЗдесь рассматриваются возможные структуры систем остановки РУ РБМК, включающие ЖСВР, использующие каналы охлаждения СУЗ.

2.2.1. Комбинированная СО с жидкостной системой длительного удержанияЖСВР [5,12,47,49,64,65] с вводом ЖП в контур охлаждения СУЗ предложена в составе второй комбинированной СО реактора (рис.2.2). В состав комбинированной СО входят:- быстродействующая стержневая система, обеспечивающая быструю аварийную остановку реактора, использующая стержни A3 или дополнительные страховочные стержни A3;- жидкостная система удержания реактора в подкритическом состоянии (далее называемой ЖСУ), которая вводится в случае отказа основной СО.

При такой структуре систем остановки реактора целесообразен их ступенчатый ввод в действие (табл. 6).

Таблица 6.

Структура систем остановки РБМКНазначение Параметры срабатывания Исполнительные органы, время срабатыванияСистема остановки реактора (стержнями СУЗ) Остановка и длительное удержание в подкритическом состоянии при всех авариях (кроме системного отказа) Нейтронно-физические и теплогидравлические, требующие остановки ЯР Стержнеприводные ИМ СУЗ, тс —12-14 сБыстрая аварийная защита Аварийная остановка Удержание в подкритическом состоянии 20-25 ч Требующие остановки и/или свидетельствующие об отказе СУЗ ИМ A3 с газовым вытеснителем, тс= 22,5 сЖидкостная система удержания реактора в подкритическом состоянии (ЖСУ) Длительное удержание в подкритическом состоянии при запроектных авариях Массовый неввод стержней СУЗ, обезвоживание контура СУЗ Каналы охлаждения с ЖП и тс =15-20 мин.

Страховочные стержни A3 Аварийная остановка при запроектной аварии (отказ A3). Удержание в подкритическом состоянии 20-25 ч Свидетельствующие о невыполнении функции быстрой остановки стержнями БАЗ Страховочные гибкие стержни, тс = 3-4 сОсновная СОРежимы:Длительное удержаниеИспользуемые средства:Вытеснитель воды yf (твердотельный)Режимы:Аварийная остановкаИспользуемые средства:к к га со т. <0и. 5 о S о. СП 3 П!из ш со Стержень БАЗГазовый / вытеснительДлительное удержание>s л X л■J о X шm *о аX <иго а. Б6 Рис.2.2. Структурная схема СО с жидкостной системой удержанияУставки срабатывания каждой ступени формирования аварийного сигнала собственные, определенные нейтронно-физическими и теплогидравлическими расчетами. Они сдвинуты относительно уставок предыдущей ступени для обеспечения последовательности срабатывания. При этом ввод жидкого поглотителя осуществляется автоматически с регулируемой задержкой по времени на 1024 ч или вручную при получении информации о недостаточном количестве введенных стержней СУЗ в зону и о невозможности их введения. Такая задержка по времени на ввод ЖП обосновывается временем прохождения йодной ямы после остановки реактора системой A3, сопровождающимся введением положительной реактивности. При этом 24 ч соответствует продолжительности прохождения йодной ямы при остановке реактора с номинального уровня мощности, и когда происходит высвобождение максимальной реактивности [8,17].

Такая задержка по времени так же делает возможным отмену ввода жидкого поглотителя при восстановлении требуемого количества стержней в активной зоне.

2.2.2. Жидкостная система подкритичности ЖСВР с вводом ЖП в контур охлаждения СУЗ может быть использована в качестве самостоятельной системы управления запроектной аварией, связанной с отказом СО, обеспечивающей длительное удержание реактора в подкритиче-ском состоянии [66,67]. Далее такую систему будем называть жидкостной системой подкритичности (ЖСП). Как и ЖСУ, ЖСП вводится в действие на остановленном системой A3 и расхоложенном реакторе. Общая структура систем остановки реактора, оснащенного ЖСП, представлена на рис.2.3.

2.2.3. Независимая система остановки с жидкостной (водной)системой удержанияЖСВР, использующая в качестве поглотителя поглощающие свойства воды каналов СУЗ, предложена в составе второй независимой системе остановки (НСО) реактора, на котором осуществляется пленочное охлаждение каналов СУЗ [7,49,63].

Первая СОВторая СОСистема управления запроектной аварией (отказ основной СО)Режимы:УправлениеИспользуемые средства:АварийнаяостановкаЧ7Длительное удержаниеЖидкостная система удержания реактора в подкритическом состоянии- Каналы СУЗРис. 2.3. Структурная схема СО с жидкостной системой подкритичностиПри этом пленочное охлаждение предлагалось, как один из способов модернизации стержней СУЗ реактора РБМК, позволяющий решить следующие задачи: снижение эффекта обезвоживания контура СУЗ; повышение эффективности стержней СУЗ; существенное возрастание степени незастреваемости стержней.

Предлагаемая НСО включает:- быстродействующую часть - независимую аварийную защиту (НАЗ), использующую поглощающий газ, с эффективностью равной эффективности A3;- водную систему удержания реактора в подкритическом состоянии (ВСУ), использующую охлаждающую воду КО СУЗ с эффективностью равной половине эффективности СУЗ.

Общая структура СО РУ РБМК совместно с НСО представлена на рис.2.4. НСО срабатывает автоматически или от ключа оператора при отказе основной системы остановки, включая аварийную защиту, или при превышении уровня мощности сверх защищаемого A3 (от внутриреакторных детекторов или автономных встроенных устройств аварийного сигнала).

2.3. Принципиальные схемы2.3.1. Системы с вводом водных растворов поглотителей в КО СУЗСледует отметить, что ЖСУ и ЖСП построены на одинаковом принципе действия и имеют одинаковые принципиальные схемы. Поэтому дальнейшие рассуждения, проводимые для ЖСП, распространяются и на ЖСУ.

Принцип действия ЖСП заключается в заполнении каналов СУЗ раствором жидкого поглотителя. В данном случае рабочим органом является столб поглощающей жидкости, которая заполняет кольцевые зазоры между каналом СУЗ и вытеснителем стержня СУЗ. В качестве поглотителей нейтронов могут применяться водные растворы азотнокислого гадолиния Gd (N03)3-бНгО и борной кислоты Н3ВО3, широко используемые в ЖСВР других реакторов.

Ввод ЖП в верхнюю часть контура представляет определенные трудности из-за сравнительно высокого давления в этой части контура (до 0,35 МПа). Для ввода ЖП в контур нивелирным перепадом баки с поглотителем необходимо размещать выше уровня воды в АБ СУЗ, либо использовать для ввода ЖП давление газа [65].

Жидкий поглотитель целесообразно подавать в сливной трубопровод КО СУЗ с низким избыточным давлением меньшим 0,1 МПа. Это позволяет: поместить поглотитель в бак с атмосферным давлением; осуществить ввод поглотителя в контур за счет нивелирного перепада между баком и местом подачи ЖП в контур (рис.2.5). Для подачи ЖП в контур открывается запорная арматура, поглотитель самотеком подается в сливной трубопровод КО СУЗ.

Особенность разработанной принципиальной схемы ЖСП заключается в том, что в ней используются элементы штатного оборудования КО СУЗ (каналы, трубопроводы, баки, средств контроля и др.). Другая особенность схемы заключается в том, что поглотитель может подаваться в каналы СУЗ в двух режимах:- без циркуляции поглотителя - с заполнением «пустых» (обезвоженных) каналов СУЗ по U-образной схеме;- с циркуляцией поглотителя по КО СУЗ - при работе насосов СУЗ.

Объем ЖП в баках (БЖП) и высота их размещения выбираются такими,чтобы обеспечить ввод ЖП в обоих режимах. Для того чтобы ввод ЖП осуществлялся в каналы СУЗ по U-образной схеме, производится перекрытие сливного трубопровода ниже места ввода поглотителя с помощью запорной арматуры, размещенной перед теплообменниками СУЗ. Это делается для того, чтобы ЖП не сливался в циркуляционный бак, и чтобы минимизировать объемы вводимого поглотителя.

Для обеспечения работы системы используется газовый контур, включающий газовые дыхательные трубки, одним концом выходящие в газовое пространство на столбом воды в канале, а другим — через газожидкостной клапан — в газовую систему реактора (рис.2.6).

Действие ВСУ заключается в следующем: в случае отказа (неввода) стержней СУЗ газовые полости каналов СУЗ заполняются водой из аварийного бака с атмосферным давлением после сброса давления газа из газовой полости канала (см.рис.2.6).

Особенность водной системы удержания реактора: - отсутствие запасов поглотителя и затрат на его приобретение, не требуется очистка (промывка) контура от поглотителя [16].

Однако для внедрения ВСУ на РУ РБМК требуется модернизация существующей системы СУЗ: частичное изменение исполнительной, контрольно-диагностической и обеспечивающей частей СУЗ, которое необходимо для перевода исполнительных механизмов СУЗ на пленочное охлаждение, а именно замена стержней СУЗ на стержни, аналогичные стержням БАЗ, с доработкой конструкции по усилению верхней биологической защиты, прокладка дополнительных трубопроводов газового контура к каналам СУЗ, изменения в гидроконтуре СУЗ.

2.4. Технологические схемыПоскольку ЖСП с вводом поглотителя в КО СУЗ является наиболее актуальной для РУ РБМК, в этом разделе подробно рассмотрены технологические схемы и конструкторские решения, разработанные для этой системы.

2.4.1. Состав системыРазработанная схема ЖСП состоит из следующих основных блоков (подсистем), обеспечивающих: питание; подачу ЖП в каналы (контур) СУЗ; удержание поглотителя в активной зоне; вывод ЖП; управление и контроль параметров [16, 67].

В блок питания входят: баки для приготовления раствора ЖП; емкости для хранения сухого поглотителя (ЕСП) и имитатора поглотителя (ЕИП); устройство для перемешивания раствора ЖП (УП); линию подачи дистиллята в БЖП для приготовления раствора (рис.2.7, рис.2.8).

Для подачи ЖП в каналы СУЗ используются собственное оборудование (трубопроводы и запорная арматура) и трубопроводная арматура и штатное оборудование КО СУЗ.

В ЖСП контролируются следующие параметры: уровень и температура поглотителя в баке ЖП; давление в подводящем ЖП трубопроводе; концентрация поглотителя в БЖП и в КО СУЗ; уровень поглотителя в каналах СУЗ при работе в режиме без циркуляции.

Работоспособность и эффективность ЖСП зависит от состояния контура, куда будет вводиться жидкий поглотитель. Поэтому для обеспечения ее эффективности в случае нарушения герметичности контура, приводящего к его обезвоживанию, желательно иметь не менее двух контуров для ввода ЖП, что обеспечит системное резервирование ЖСП (см.рис.2.7,а). Это возможно, например, при разделении КО СУЗ на две части, которое к тому же способствует снижению эффекта обезвоживания КО СУЗ [10,11].

Для обеспечения системного резервирования подачи ЖП в один контур используются две независимые ветки подачи поглотителя в контур. При этом каждая ветка обеспечивает выполнение системой своей функции. Такая схема необходима в основном для систем безопасности.

Для ЖСП, которая является системой управления запроектной аварией (СУ ЗПА) и относится к 4 классу безопасности, такая мера является излишней, поскольку усложняет систему. Поэтому такая ЖСП может состоять их одной ветки ввода ЖП в контур [65,66].

При вводе ЖП в КО СУЗ с работающими насосами следует исключить возможность чередования прохождения через активную зону участков с чистой водой и с поглотителем. Для этого, как показали экспериментальные исследования (см.гл. 3), продолжительность ввода ЖП в КО СУЗ с работающими насосами должна быть не менее времени его распространения (прохождения) по контуру, которое равно времени полного оборота объема контурной воды, участвующего в циркуляции. Поэтому для обеспечения требуемого времени ввода на линии ввода возможна установка насос или регулирующей арматуры (см.рис.2.8, а). Насосы могут использоваться для ускорения ввода поглотителя. Если не требуется быстрый ввода ЖП в контур, наиболее просто требуемое время ввода поглотителя обеспечивать установкой трубы соответствующего диаметра и уровнем размещения БЖП относительно места ввода. Регулирующая арматура может быть использована при необходимости более точной настройки продолжительности ввода поглотителя.

Для организации такого контура была предложена следующая схема: раздаточный коллектор соединяется с баком с помощью трубопровода, который при нормальной эксплуатации РУ перекрыт запорной арматурой. Для обеспечения отвода тепла от раствора поглотителя используется теплообменник, установленный на соединительном трубопроводе. Циркуляция осуществляется с помощью насоса ЖСП, установленного на трубе ввода поглотителя в контур. Особенность такой схемы: сложность ввода в действие (заполнение горячих каналов, организация циркуляции), которое требует тщательного обоснования, а также установки дополнительных трубопроводов и насосно-теплообменного оборудования, что усложняет конструкцию системы.

Этих недостатков лишена схема ввода ЖП в КО СУЗ с работающими насосами СУЗ, поскольку для циркуляции ЖП через каналы СУЗ и для охлаждения используется только штатное оборудование (теплообменники, насосы, трубопроводы и т.д.) (рис.2.9). Однако такая схема требует большие массы поглотителя и, соответственно, большие затраты на очистку контурной воды. Работоспособность такой схемы зависит от состояния контура, поскольку остановка всех насосов, разрыв РК или течь напорного бака приведут к потере поглотителя из а.з. [65].абРис. 2.9. Схема ЖСП с вводом поглотителя в каналы СУЗ в режиме с циркуляцией поглотителя:АБ - аварийный бак; Н СУЗ - насосы СУЗ; СВО-3 - система водной очистки; РК - раздающий коллектор. Остальные обозначения см. рис.2.8.

2.4.2. Размещение технологического оборудованияБаки. В качестве баков для ЖП могут использоваться баки, предназначенные только для приготовления раствора поглотителя, или баки каких-либо штатных систем, например, которые используются при ремонте, и при нормальной эксплуатации реактора заполнены водой. Возможно использование двух баков меньшего размера, которые соединены друг с другом общим трубопроводом (см.рис.2.8) [65].

Для отбора проб поглотителя при контроле его концентрации в процессе приготовления раствора в баке и замера в них температуры раствора предусматриваются штуцера. Для предотвращения попадания инородных тел в КО СУЗ вместе с раствором ЖП на дно каждого бака на входе в трубу подачи ЖП устанавливаются механические фильтры.

В процессе НЭ реактора бак может быть заполнен высококонцентрированным раствором поглотителя либо чистой водой, либо быть пустым. В последних двух случаях хранение поглотителя осуществляется в сухом виде. При этом, он может находиться в отдельном помещении, на складе энергоблока, на другом энергоблоке или даже на другой станции. Поскольку от момента ввода стержней A3 в активную зону до срабатывания ЖСП имеются сутки для подготовки раствора к вводу в контур.

При постоянном размещении поглотителя в БЖП в период нормальной эксплуатации реактора существует опасность ложного ввода ЖП. В случае, когда при НЭ РУ бак заполнен чистой водой или находится в пустом виде, несанкционированный ввод поглотителя в контур исключается. Поэтому ниже рассмотрены различные схемы размещения запорной арматуры, удерживающей поглотитель в баках до срабатывания.

Запорная арматура. Для обеспечения защиты от ложного (несанкционированного) ввода жидкого поглотителя в контур охлаждения (см.рис.2.7,б) предложено последовательно устанавливать два запорных клапана (задвижки): один из клапанов (с электроприводом) может открываться кнопкой с пульта БЩУ, другой ручным способом.

Между запорными клапанами организуется дренаж, который направлен в систему приема жидкого поглотителя, и необходим для определения протечки через арматуру и проверки арматуры на работающем блоке. Следует отметить, что схемы с двумя последовательно установленными задвижками характеризуется высокой вероятностью отказа на требование ( 10"3 1/треб.) [66].

Для снижения вероятности ложного ввода ЖП подводящий трубопровод может быть выполнен с конструкционным разрывом, расположенным между запорными задвижками. Для ввода ЖП необходимо устранить разрыв и открыть обе задвижки (рис.2.7, в,г) [16]. Через этот разрыв может быть подключен бак, предназначенный для проверки ввода поглотителя с использованием его имитатора (см.рис.2.7,в).

При сухом хранении ЖП баки находятся в пустом виде, т.е. без поглотителя, и/или заполнены чистой водой. Все эти меры исключают несанкционированный (ложный) ввод поглотителя при НЭ РУ. Поэтому можно использовать только одну задвижку на линии ввода ЖП (см.рис.2.8,а ).

Однако для увеличения надежности срабатывания ЖСП на линии ввода поглотителя в контур целесообразно устанавливать две параллельные задвижки на разных принципах действия - с ручным управлением и электроприводная, которые в режимах нормальной эксплуатации находится в закрытом состоянии (см.рис.2.8,б, см.рис.2.9 ).

Для исключения свободного уровня контурной воды в подводящей трубе необходимо, чтобы запорная арматура была установлена ниже свободного уровня в трубе. Положение этого уровня определяется давлением в сливной магистрали в месте врезки трубы ввода ЖП в КО СУЗ. В противном случае, начальный момент ввод поглотителя будет сопровождаться эжекционным захватом газа и поступлением водо-воздушной смеси в КО СУЗ (см. §1.4.1).

2.4.3. Режимы работыЖСП может работать в двух режимах: с циркуляцией поглотителя по КО СУЗ и без циркуляции с вводом поглотителя в пустые обезвоженные каналы СУЗ по U -образной схеме.

На реакторе, в котором эффект обезвоживания КО СУЗ очень мал, например за счет использования стержней СУЗ типа КРО (см. рис.2.1,д), этот режим предлагается использовать в качестве основного, как более простого (по технологии ввода ЖП) и не дорогого (по количеству используемого поглотителя) варианта. Для этого предлагается производить принудительное обезвоживание каналов СУЗ непосредственно перед подачей поглотителя в каналы. В случае недостаточного расхолаживания реактора, ввод ЖП рекомендуется осуществлять в режиме с циркуляцией [65].

Для обеспечения заполнения каналов СУЗ по U-образной схеме после обезвоживания контура задвижки на входе и выходе в теплообменники закрываются. После чего ЖП из БЖП самотеком по U-образной схеме поступает в «пустые» каналы СУЗ- до отметки выше верхнего сечения активной зоны на 23 м, в сливную трубу КОО до этой же отметки и сливную трубу КО СУЗ до задвижек на входе в теплообменники и может удерживаться там длительное время (см.рис.2.8). В этом режиме каналы БАЗ и КОО поглотителем не заполняются. После опорожнения контура уровень в сливных магистралях будет таким же, как и в циркуляционном баке, т.е. в нижней части контура будет образовываться несливаемый объем воды. Если задвижки на входе в теплообменники находятся ниже уровня в ЦБ после обезвоживания контура, то в той части контура, куда будет вводиться ЖП, будет находиться чистая вода.

В этом случае будет происходить разбавление вводимого ЖП чистой водой. Чтобы это исключить, целесообразно перед вводом ЖП снизить уровень в сливных трубопроводах ниже отметки ввода ЖП, сливая часть воды из циркуляционного бака, например, в систему трапных вод [66]. Если этого не удается произвести, то процесс разбавления вводимого раствора ЖП необходимо учитывать при определении концентрации вводимого раствора ЖП и его объема.

Ввод ЖП в КО СУЗ с циркуляцией поглотителя. Для ввода ЖП в контур СУЗ открывается запорная арматура на трубопроводе подачи ЖП из БЖП в КО СУЗ. Раствор поглотителя, находящийся в подводящей трубе, под действием гидростатического давления вытесняет из трубы контурную воду, а затем самотеком поступает в сливную трубу КО СУЗ, перемешиваясь в ней с контурной воды. Далее разбавленный раствор ЖП поступает в ЦБ, где происходит еще большее разбавление поглотителя. Из ЦБ жидкий поглотитель подается в РК СУЗ с помощью НСУЗ и далее в каналы СУЗ и БАЗ. При этом осуществляется циркуляция ЖП по контуру (см.рис.2.9).

При НЭ в КО СУЗ постоянно производится отбор воды на систему водной очистки (СВО) [65,66]. Это приведет к постепенному снижению концентрации поглотителя в КО СУЗ. Что бы этого не происходило, целесообразно до ввода ЖП в КО СУЗ прекратить отбор воды на СВО.

В некоторых случаях достаточно сложно установить запорную арматуру, отсекающую БЖП от контура СУЗ, так чтобы в подводящей трубе не образовывался свободный уровень. Здесь рассмотрен случай, когда в трубе, подводящей жидкий поглотитель в КО СУЗ, есть свободный уровень, т.е. запорная арматура размещена высоко, а подводящая труба заполнена водой до уровня, который определяется давлением в сливном трубопроводе.

Выше этого уровня труба заполнена воздухом. После открытия задвижки поглотитель под действием гидростатического давления поступает в подводящую трубу, заполняя ее. При этом текущая вода будет захватывать (эжектиро-вать) газ из газовой полости и уносить его в сливные магистрали КО СУЗ.

Таким образом, в течение всего этого времени в сливные магистрали КО СУЗ будет поступать двухфазная (водо-воздушная) смесь. Для того, чтобы это не привело к завоздушиванию контура, циркуляцию воды в контуре необходимо осуществлять через ЦБ. Поскольку тогда, при попадании в ЦБ водовоздушной смеси, скорость ее будет сильно снижаться, и газовая фаза будет выделяться в газовую полость бака.

Возможность образования двухфазного течения при вводе ЖП в контур повлияет на продолжительность его ввода, что это необходимо учитывать при определении времени срабатывания ЖСП.

Переходные процессы в КО СУЗ при вводе ЖП. С момента заполнения подводящей трубы и в течении опорожнения БЖП, в КО СУЗ ожидается повышение давления на участках: от места ввода ЖП до ЦБ; от места ввода до АБ. При этом процесс ввода будет сопровождаться вытеснением избытка воды в АБ и ЦБ. Поэтому по мере ввода ЖП в КО СУЗ, будет происходить попадание раствора поглотителя в аварийный и циркуляционный баки. За все это время туда вытиснится в общей сложности объем жидкости равный объему вводимого ЖП. Рост давления в контуре приведет к временному уменьшению расхода через каналы СУЗ. Уменьшение расхода через каналы СУЗ в данном случае не опасно, поскольку реактор остановлен и расхоложен, и контур СУЗ не выполняет функцию охлаждения.

Вытеснение воды в АБ приведет к росту уровня в баке и последующему переливу воды в ЦБ. Уровень в ЦБ повысится за счет вытеснения в него части воды при вводе ЖП и при переливе из АБ. В общей сложности объем жидкости в ЦБ увеличится на объем вводимого ЖП. Поэтому при определении массы ЖП, которая обеспечит требуемую концентрацию ЖП в контуре, необходимо учитывать увеличение объема воды КО СУЗ на объем вводимого ЖП.

Как правило, в КО СУЗ при нормальном функционировании аварийный и циркуляционный баки исключены из циркуляции. Слив из каналов A3 заведен в ЦБ, поэтому жидкий поглотитель из каналов A3 вместе с контурной водой будет сливаться в ЦБ.

Это приведет к постепенному уменьшению концентрации ЖП в контуре, поскольку ЦБ исключен из циркуляции. Поэтому, для учета переходных процессов в КО СУЗ при срабатывании ЖСП рекомендуется включать в циркуляцию ЦБ.

Таким образом, все параметры (массы, объемы ЖП) должны рассчитываться с учетом заполнения контура, включающего каналы, трубопроводы и циркуляционный бак и увеличения объема контурной воды на объем вводимого ЖП.

2.4.4. Способы выведения поглотителяПосле выполнения своего функционального назначения жидкий поглотитель вводится из КО СУЗ. При удалении поглотителя из воды КО СУЗ могут применяться ионообменные установки штатной системы очистки воды контура, использующие в качестве ионообменных смол для загрузки в фильтры ка-тиониты и аниониты. Для выведения борной кислоты требуется только анио-ниты, для выведения нитрата гадолиния потребуется применять последовательно включенные фильтры, загруженные катионитом и анионитом [12,66].

Другой способ очистки - это водообмен, в результате которого производится многократное дренирование контура и разбавление обессоленной водой. Так как остаточная концентрация поглотителя в воде контура на два-три порядка меньше исходной, то число дренирования контура будет многократным [12,66]. Это повлечет за собой большой расход обессоленной воды и, соответственно, образование большого количества сбросных вод.

Одним из оптимальных видов очистки от жидкого поглотителя воды КО СУЗ методом водообмена является сброс всей воды из контра в дренажный бак с последующим заполнением контура чистой водой и доведением качества воды на штатной системе водной очистки. Схемное решение КО СУЗ позволяет сбросить раствор поглотителя из контура практически полностью.

После опорожнения контура в воду заполнения попадает поглотитель, оставшийся на поверхности контура. Остаточное количество поглотителя может быть выведено на штатной установке очистки воды КО СУЗ [66].

962.5. Выводы1. Проанализирована возможность использования проточной части каналов СУЗ для ввода жидкого поглотителя и охлаждающей воды каналов СУЗ в качестве поглотителя нейтронов. В связи с этим рассмотрены следующие системы: жидкостная система удержания реактора в подкритическом состоянии с вводом водных растворов борной кислоты или нитрата гадолиния в каналы СУЗ; водная система длительного удержания на основе перевода каналов СУЗ на пленочное охлаждение, с пневматическим удержанием столбов воды вне активной зоны и вводом их в зону.

2. Предлагаемые системы могут входить в состав дополнительной СО реактора, как системы длительного удержания, дополняющие быстродействующую часть, а так же как самостоятельные системы, относящиеся к СУ ЗПА, и вводимые в действие на реакторе после срабатывания аварийной защиты в случае отказа основной стержне-приводной СО.

3. Разработаны принципиальные схемы ЖСП и ВСУ. В ЖСП жидкий поглотитель вводится в КО СУЗ из баков с атмосферным давлением самотеком в сливной трубопровод КО СУЗ. Такая схема подвода ЖП позволяет осуществить работу системы в двух режимах: без циркуляции поглотителя - с заполнением каналов СУЗ по U-образной схеме при неработающих насосах СУЗ; с циркуляцией поглотителя по КО СУЗ - при работающих насосах СУЗ. Принцип работы ВСУ заключается в заполнении газовых полостей каналов СУЗ водой из аварийного бака после сброса давления газа из ГП каналов. Вода заполняет каналы СУЗ по высоте а.з., вводя отрицательную реактивность. При этом циркуляция воды по контуру не прекращается.

4. Разработаны технологические схемы ЖСП для разных режимов ее работы. Для обеспечения работы ЖСП в режиме без циркуляции ЖП реактор должен быть охлажден до температуры графита, при которой не будет происходить вскипание раствора поглотителя, находящегося в каналах.

В схеме с циркуляцией поглотителя по КО СУЗ требуется отключение отбора контурной воды на систему водной очистки и включение в циркуляцию объема циркуляционного бака контура, чтобы исключить несанкционированное снижение концентрации ЖП в контуре.

5. При подходе к ЖСП, как к системе безопасности, подвод ЖП необходимо осуществлять по двум независимым веткам; как к системе управления ЗПА - достаточно одной ветки Работоспособность ЖСП зависит от состояния КО СУЗ, поэтому для обеспечения системного резервирования предложено деление КО СУЗ на два независимых контура.

6. Предложены способы обеспечения необходимой продолжительности (скорости) ввода ЖП: насосом или самотеком под действием гидростатического напора, в последнем случае продолжительность зависит в основном от гидравлического сопротивления подводящего трубопровода и высоты расположения бака относительно места ввода.

7. Разработаны способы удержания ЖП в баках: двумя последовательно установленными задвижками с разными принципами действия; одной или двумя задвижками, установленными параллельно. Использование двух параллельных задвижек наиболее целесообразно, т.к. при этом увеличивается надежность срабатывания системы. Для снижения вероятности ложного ввода ЖП подводящий трубопровод может выполняться с конструкционным разрывом, который восстанавливается перед вводом ЖП в контур.

8. Показаны возможные способы вывода растворенного в воде поглотителя: с помощью водообмена, с помощью штатной системы очистки воды КО СУЗ, комбинацией способов. Как наиболее приемлемый, предложен способ очистки с помощью штатной системы очистки воды.

9. Конструкции предлагаемых ЖСП и ВСУ для РБМК позволяют осуществить максимальное использование элементов штатного оборудования РУ: трубопроводов, баков, средств контроля и др.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЖСВРЗЛ.Исследование влияния геометрии проточной части каналов на их эжекционные характеристики3.1.1. Предпосылки экспериментальных исследованийДля обеспечения нормальной безопасной эксплуатации каналов с пленочным охлаждением в канале создается расход эжектируемого газа, обеспечивающий низкие концентрации водорода в газовой полости каналов [3]. Для этого нижняя часть таких каналов профилируется с помощью устройств, выполненных ввиде труб, которые одновременно являются опорами с устанавливаемыми на них демпферами, выполняющими функцию торможения стержня в случае обрыва ленты (рис.3.1, а) [24]. В конструкции этой опоры эжектируе-мый газ и охлаждающая вода поступает в центральную часть опоры через верхнее отверстие.

В связи с модернизацией сервоприводов A3 предложено использовать единую конструкцию опоры с гидробуфером (ГБ), совместной разработки Государственного Обуховского Завода и НИКИЭТ (рис.3.1, б). Попадание воды и эжектируемого газа в центральную часть предлагаемой опоры осуществляется через боковые отверстия (пазы) в верхней части опоры. Прежде чем попасть в центральную часть, эжектируемый газ проходит по кольцевому зазору между пленкой охлаждающей воды, стекающей по стенкам канала, и опорой, т.е. в отличие от существующей опоры в данной конструкции происходит уменьшение проходного сечения для газа.

Эжекционные характеристики канала с нижней проточной частью, образованной опорой с центральным подводом газа (см.рис.3.1, а), были исследованы на экспериментальном полномасштабном стенде СУЗ-РБМК (ФГУП НИКИЭТ) [24]. Для того чтобы установить, каким образом профилирование нижней проточной части канала влияет на его эжекционные характеристики, такие же эксперименты проводятся для каналов, у которых в нижней части установлена опора с кольцевым подводом газа (см.рис.3.1, б).

3.1.2. Экспериментальная установкаИспытания проводятся на полномасштабном стенде СУЗ РБМК (ФГУП НИКИЭТ) с прозрачным каналом, выполненным из оргстекла (рис.3.2). В головке канала установлена втулка для плекообразования. В нижней части канала установлена опора-гидробуфер, образующая исследуемую проточную часть.

Опора выполнена в виде трубы 56x5 мм общей длиной 4250 мм, в которой предусмотрены сквозные пазы и отверстия для прохода жидкости и газа в ее центральную часть.

Вода из циркуляционного бака (ЦБ) центробежным насосом (JIK22) подается по магистрали с расходомерной шайбой (вторичный прибор КСД-2-003, 0-2,5 кг/см ) и клапаном регулировки (КлР) расхода в головку канала и омывает стенки канала (К), образуя пленку и газовую полость, ограниченную снизу уровнем столба газожидкостной смеси. Высота образующегося столба зависит от параметров слива. Газожидкостная смесь поступает по сливной магистрали в полость (над уровнем жидкости) промежуточного бака (БП), который соединен с циркуляционным баком (см.рис.3.2). Сливная магистраль выполнена из гибкого шланга.

Газ, эжектируемый водой, через газовую трубку (ГТ), присоединенную к крышке канала, поступает в газовую полость канала и в составе газожидкостной смеси достигает промежуточного бака. Для измерения расхода газа к верхней части газовой трубки подсоединен газовый барабанный счетчик с жидкостным затвором (ГСБ-400), имеющий класс точности 1.

Для контроля высоты столба газожидкостной смеси в нижней части канала предусмотрен отбор давления, с подключенным к нему образцовым манометром. При этом манометр будет показывать массовую высоту столба.

Изменение (регулировка) расхода в канале производится с помощью клапана регулировки расхода. Различные положения уровня в канале в процессе экспериментов достигались с помощью изменения гидравлического сопротивлений слива. Последнее осуществлялось пережатием сливной магистрали струбциной (CI, С2) (см.рис.3.2).

Для определения влияния положения вентиляционных пазов относительно дна канала используется поставка в нижней части канала, на которую устанавливается опора.

3.1.3. Методика проведения экспериментовВ ходе исследования изучается влияние расхода воды на уровень в нижней части канала, где установлена опора, и на эжекцию газа. Уровни столба газожидкостной смеси в нижней части канала устанавливались с помощью различных гидравлических сопротивлений сливной магистрали, выполненной из шланга. Для имитации различных гидравлических сопротивлений сливной магистрали A3 использовалось поджатие ее с помощью струбцины. Изменяемыми параметрами являются расход воды и гидравлическое сопротивление слива.

Эксперименты выполнялись со сливом без поджатая струбциной и с поджатая. Поджатие сливной магистрали канала осуществлялось, таким образом, чтобы при расходе 4 м3/ч показание манометра, установленного на сливе, возрастало на 0,1 кгс/см2 и на 0,2 кгс/см2 относительно показания, соответствующего сливу без поджатая при этом же расходе. При этом происходило повышение уровня двухфазной смеси в канале, соответственно на 1 и на 2 м.

Для каждого слива (с поджатием и без него) расход воды через канал изменялся3 3в диапазоне от 3 до 5 м /ч с шагом 0,5 м /ч и в обратную сторону с этим же шагом. При установлении нового значения расхода воды показания снимаются не менее чем через 5 мин. для достижения установившегося режима течения.

При различных расходах воды для конкретного слива измеряются расходы эжектируемого воздуха. При измерении расхода воздуха фиксируются температура воды на сливе, давление в предусмотренной точке отбора, положение уровня, расход воды. При проведении измерений учитывается также температура и давление газа и воды в счетчике.

3.1.4. Результаты экспериментовПри размещении опоры на подставке, уровни двухфазной смеси находились ниже пазов при расходах воды равных 3-4,7 м /ч, и в районе пазов - прил5 м /ч (рис.3.3,а). При этом поджатие слива не производилось, а при повышении расхода жидкости уровень в канале повышался.

При размещении опоры в канале без подставки и поджатая слива уровни двухфазной смеси находились ниже вентиляционных пазов при расходах воды3 33-4 м /ч и в районе вентиляционных пазов - при 4-4,7 м /ч (см. рис.3.3, а).

Когда уровень двухфазной смеси находился внутри опоры, т.е. ниже пазов (зона I, см.рис.3.3, а), расход газа повышался с ростом расхода воды (см.рис. 3.3, б). При больших расходах воды, когда происходило заполнение канала в области пазов (зона II, см.рис.3.3, а), расход газа несколько уменьшался (см.рис.3.3,б).

При перекрытии пазов в опоре столбом двухфазной смеси, происходит образование двухфазного столба над верхней частью опоры (зона III, см.рис.3.3, а). Это объясняется тем, что после перекрытия пазов эжекция газа происходит уже в кольцевом канале. Скорость воды в нем будет выше, чем в центральной части опоры, соответственно расход газа взрастает. Все это приводит к резкому снижению плотности газожидкостной смеси и заполнению кольцевого зазора газожидкостной смесью.

Сборка собрана в графитовой кладке с размерами 4,5 х 4,5 х 4,1 м. В кладке расположены 324 вертикальных канала с трубами 088/80 мм из сплава САВ-6; решётка каналов - квадратная с шагом 250 мм. Высота активной зоны по топливу - 3,46 м.

Для измерения основных характеристик сборки - нейтронных полей, реактивности, положения стержней СУЗ - используется многоканальная система внутриреакторного контроля. Система содержит 68 измерительных каналов с нейтронными камерами КНТ-5 для исследования пространственного распределения плотности потока тепловых нейтронов.

Кроме того, для измерения реактивности используется реактиметр ПИР-4. В качестве нейтронных детекторов реактиметра применяются борные ионизационные камеры КНК-56. Подробное описание стенда приведено в работе [68].

После завершения экспериментов с этим раствором в него добавляли количество соли, необходимое для получения раствора следующей концентрации; так повторялось до значения концентраций нитрата гадолиния 8 г/л. Перед растворением очередной порции нитрата проводился анализ значения рН раствора, и при рН > 5,5 раствор "подкислялся" добавлением азотной кислоты.

Перед началом экспериментов с раствором данной концентрации и после их окончания проводился анализ для определения значения концентрации нитрата комплексометрическим методом. Погрешность определения концентрации нитрата оценена в ± 0,02 г/л и гадолиния ± 0,007 г/л.

При загрузке в канал с раствором вытеснителя и стержня СУЗ, а также при организации в канале "столба" жидкости, количество раствора в канале составляло 4,40 л, 10,95 л и 20,65 л, соответственно.

Исследованные элементы загрузки. В качестве макета штатного стержня СУЗ используется стержень из трех поглощающих звеньев в оболочке из алюминиевого сплава с наружным диаметром 70 мм и толщиной стенки 2 мм. Внутри звеньев - втулки из карбида бора размером 065,7x7,65 мм.

Общая длина такого стержня по поглотителю составляет 3036±5 мм. В местах соединения звеньев выполнен разрыв между втулками по 75 мм. Для исключения "столба" жидкости стержень имеет в нижней части укороченный вытеснитель диаметром 74 мм. При заполнении канала жидкостью она поступает и во внутреннюю полость звеньев поглотителя диаметром 46 мм.

Макет штатного вытеснителя состоит из трёх штатных звеньев и укороченного звена в нижней части макета. Оболочка звена выполнена из алюминиевого сплава 074x2,5 мм; внутри звена установлен графитовый вкладыш диаметром 68 мм (см. рис. 3.5, а). При заполнении канала жидкостью она поступает в кольцевой зазор между вытеснителем и каналом. Толщина зазора составляет 4 мм.

3.2.2. Методика измерения физической эффективности на критической сборке РБМКДля определения эффектов реактивности при заполнении водой и раствором нитрата гадолиния канала с моделями штатных поглотителя и вытеснителя СУЗ, а также незагруженного канала (эффективность "столба" жидкости), использован модифицированный метод "опорного периода" ("опорной реактивности"). Суть его - в определении разности значений реактивности сборки при одном положении стержней СУЗ, но разной загрузке (состоянии) экспериментального канала. За исходные, "опорные", принимаются значения реактивности сборки с поглотителем и вытеснителем СУЗ в канале без жидкости, или с незагруженным каналом без жидкости.

Влияние концентрации гадолиния в растворе на эффективность элемента канала СУЗ можно наглядно представить величиной приращения эффективности (Арс) при добавлении в воду разного количества нитрата гадолиния, как это было сделано в экспериментах с борной кислотой (см.$ 1.5): Лрс = Рс - Ро, где ро - реактивность канала с водой (без гадолиния) при выбранном положении стержней сборки с элементом загрузки; рс. реактивность канала с раствором нитрата гадолиния с тем же элементом загрузки.

3.2.3. Результаты экспериментовПосле определения эффектов заполнения водой и растворами нитрата гадолиния канала с поглотителем, вытеснителем и незагруженного, были получены значения эффективности соответствующих элементов, моделирующих канал СУЗ (рис. 3.6), и изменения эффективности этих каналов при добавлении нитрата гадолиния в каналы СУЗ в зависимости от концентрации (рис.3.7).? , 20 с БК, г/л 40Рис.3.6. Физическая эффективность канала СУЗ с жидким поглотителем: Нитрат гадолиния (НГ): • - канал со стержнем поглотителем; ■ - кольцо 5= 4 мм; А - столб D82 мм.

Борная кислота (БК): □ - кольцо 5= Змм; А- столб D80 мм;0 10 20 С,„, г/л 26,7|-1-,-,-1-Ё*-10 1 2 3 С нг, г/л 4Рис. 3.7. Изменение эффективности канала СУЗ при вводе ЖП: А - нитрат гадолиния; А - борная кислота.

Пунктиром показаны пересчетные зависимости для борной кислоты. На полях указаны наружные диаметры столбов, кольцевых зазоров и толщины кольцевых зазоров.

Относительная погрешность исходных измеренных значений реактивности оценена в -3% для отрицательных значений (но не менее ±0,002 0) и -2% (но не менее ±0,001 (3) для положительных значений реактивности. Не учитывалась погрешность за счет констант запаздывающих нейтронов (2. 3 %).

Полученные результаты показали, что в исследованном диапазоне концентрации полного "насыщения" зависимости эффективности от концентрации гадолиния в воде канала не происходит. Самое незначительное изменение эффективности с концентрацией наблюдается в случае поглотителем стержня СУЗ: на -10% от эффективности в канале с водой в диапазоне 0. 8 г/л и на -3% в диапазоне 4. 8 г/л. Однако и в этом случае приращение эффективности в последнем диапазоне увеличивается почти на 50% (см. рис.3.6).

Наиболее существенные абсолютные и относительные изменения эффективности с концентрацией гадолиния имеют место в случае вытеснителя, т.е. когда ЖП размещаются в кольцевом зазоре: на 325 % от эффективности в канале с водой во всем диапазоне концентрации. При этом в диапазоне 4. 8 г/л увеличение эффективности составляет около 60% от начальной её величины в канале с водой. При концентрации нитрата 8 г/л эффективность вытеснителя в растворе составляет около 70% от "веса" поглотителя СУЗ в таком растворе (вместо 18% для канала с водой).

Темп и величина изменения эффективности "столба" раствора в целом заметно слабее, чем в случае вытеснителя: на 90% от "веса" "столба" воды - во всем диапазоне концентрации, и на -10% в диапазоне 4.8 г/л. Однако абсолютная эффективность "столба" раствора велика и в области значений концентрации 4.8 г/л составляет около 95% от "веса" поглотителя СУЗ в том же растворе (вместо55% для канала с водой). Следует заметить, что в области малых концентраций (0.2,5 г/л) абсолютное приращение эффективности "столба" раствора превышает приращение эффективности вытеснителя (см.рис.3.7) [69].

3.2.4. Обобщение и анализ экспериментальных данныхРезультаты, полученные с нитратом гадолиния (см.рис.3.6 и рис.3.7), сравниваются с результатами физического взвешивания растворов борной кислоты (см.рис.1.10). Эксперименты с борной кислотой проводились в канале СУЗ с внутренним диаметром 80 мм, толщина исследуемого кольцевого зазора в канале с вытеснителем составляла 3 мм. Для сопоставления данных по эффективности борной кислоты, они были пересчитана для штатного канала с внутренним диаметром 82 мм. Пересчет ведется исходя из того, что физическая эффективность поглотителя пропорциональна объему слоя раствора, т.е для столба -Э082/Э08О 412/402 -1,05 (5%); для кольцевого зазора (5=3мм)-Э082/Э08о (412-3 82)/(402-3 72) -1,03.

Таким образом, экспериментально полученные значения физической эффективности канала с борной кислотой увеличены на 5% для столба и на 3% для вытеснителя (пунктирные линии, см. рис.3.7).

Сравнение полученных зависимостей для нитрата гадолиния с данными по борной кислоте показывает, что для создания одинаковой эффективности «столба», концентрация борной кислоты должна быть больше чем у нитрата гадолиния в » 6,7 раза. Это определило соотношение масштабов концентраций борной кислоты и нитрата гадолиния при построении всех полученных зависимостей [66]. При таком соотношении масштабов зависимостей изменения эффективности «столба» с раствором нитрата гадолиния и борной кислоты (см. рис.3.7) проходят достаточно близко друг с другом, т.е. практически совпадают.

Для анализа влияния толщины кольцевого зазора (8) в канале диаметром 82 мм на его физическую эффективность сделаны следующие предположения (рис.3.8):- одинаковый ход зависимостей у борной кислоты и нитрата гадолиния при соотношении их концентраций 6,7 к 1;- линейная зависимость между эффективностью и толщиной кольца.

Рис.3.8. Влияние толщины кольцевого зазора с ЖП на его физическую эффективность:На поле указаны концентрации ЖП: НГ - нитрата гадолиния; БК - борной кислоты в г/лПри построении зависимостей, определяющих влияние толщины кольцевого зазора с ЖП на его физическую эффективность, используются экспериментальные данные для колец: 5=3мм, 4мм и столбов 0 40 мм и 0 41 мм. Столбы с ЖП рассматриваются как кольца с толщиной равной радиусу столба, т.е. 5=40 и 42 мм, соответственно (см.рис.3.8).

Из полученных зависимостей видно, что при толщине зазора до 4 мм на*поглощающую способность поглотителя сильно влияет его объем, для колец свыше 4 мм влияние объема незначительно. При концентрациях больших 2,5 г/л и 16,7 г/л для нитрата гадолиния и борной кислоты, соответственно, эффективность практически перестает зависеть от толщины кольца, начиная с 5=4 мм (см.рис.3.8) [66,69].

Стержни СУЗ реактора РБМК имеют вытеснители, диаметр которых различен по высоте (см.рис.2.1) [66], т.е. ЖП размещается в различных кольцевых зазорах по высоте а.з. Поэтому для упрощения оценки физической эффективности канала с вытеснителем предлагается использовать эквивалентный зазор 8ЭКВ, который представляет собой кольцо толщиной, постоянной по всей длине канала, и в котором размещен весь объем жидкости, находящийся в канале с вытеснителем в области активной зоны. Исходя из этого эквивалентный зазор можно определить из следующего выражения (м):*« = о.5(4^М,.)} (3.1)где DK - внутренний диаметр канала, м; V - объем жидкости в канале с вытеснителем в области активной зоны, м3; h а з - высота активной зоны, м.

Значения эффективности эквивалентных зазоров штатных стержней СУЗ, полученных по выражению (3.1) с помощью зависимостей на рис.3.8, представлены в таблице 7.

Таблица 7.

Физическая эффективность штатных зазоров с поглотителями, ftТип стержня (см.рис.17) -толщина кольца, 8 экв, мм Концентрация Ос1(Ж)з)з(НзВОз), г/л 1,0(6,7) 1,4(9,3) 2,5(16,7) 4,0(26,7)КРО - 1,75 0,07/0,12 -0,10/0,17 -0,14/0,23 -0,19/0,32НП - 4,5 0,14/0,23 -0,19/0,32 -0,28/0,47 -0,32/0,53ОВ - 10 0,15/0,25 -0,20/0,33 -0,28/0,47 -0,32/0,53Примечание. Над чертой указана абсолютная эффективность, под чертой - отнесенная к весу стержня-поглотителя на кристенде (рстэ -0,6ft)Поскольку эквивалентные зазоры для вытеснителей стержней СУЗ с ОВ и НП составляют соответственно 10 и 4,5 мм, и их эффективности близки, значит и эффективности ЖП, введенного в КО СУЗ с этими стержнями будут так же близки.

Для того чтобы обеспечить одинаковые эффективности в канале СУЗ с кластерным стержнем (КРО) и со стержнями с ОВ и НП, в канале с КРО потребуются концентрации в 3-4 раза большие, чем со стержнями с ОВ и НП. Это происходит из-за малого кольцевого зазора между каналом и вытеснителем (8=1,75 мм) в канале с КРО.

3.3. Исследование перемешивания ЖП в циркуляционном контуре3.3.1. Цель исследованийЦелью экспериментальных исследований по вводу поглотителя в циркуляционный контур является изучение процесса ввода поглотителя, а именно:- влияние на продолжительность ввода (далее для краткости время) жидкого поглотителя: условий подвода ЖП, а именно конструкций тройников-смесителей, и условий отвода избытка воды из контура;- влияние ввода ЖП на параметры контура циркуляции и на происходящие при этом процессы;- влияние объема вводимого поглотителя и времени его ввода в контур на равномерность распространения поглотителя по контуру.

Характерной особенностью исследования является использование визуализации картин течения.

3.3.2. Экспериментальный стендХарактеристика стенда. Для изучения процессов перемешивания был доработан полномасштабный гидродинамический стенд - модель контура СУЗ-РБМК (ФГУП НИКИЭТ) (рис.3.9), который включает прозрачный канал и систему трубопроводов и арматур [22,66].

Была создана ветка ЖСП, которая подключалась на всасывающем трубопроводе насоса на сливе из канала с помощью тройника - смесителя (прямого, углового) (рис.3.10). Ветка ЖСП включает в себя бак для размещения имитатора поглотителя, подводящий трубопровод, запорный клапан и средства измерения.

Высота размещения бака с поглотителем обеспечивает ввод поглотителя в контур самотеком. Движущий напор поглотителя превосходит давление в контуре в месте подвода поглотителя. Удержание поглотителя в баке осуществляется запорным клапаном.

Диаметр подводящего трубопровода принимается по условиям требуемой продолжительности ввода ЖП в циркуляционный контур.

Заполнение контура осуществляется водой из напорного бака (НБ), дальнейшая циркуляция - насосом (Н). Отвод избыточного объема воды в контуре при вводе в него поглотителя происходит в напорный бак, через трубу (Т), соединяющую контур с НБ.

В качестве такой трубы использовались:- штатная труба (Т1), служащая для заполнения контура водой из НБ, с внутренним диаметром DN65, превышающим диаметр подводящей ЖП трубы; - труба (Т2) с внутренним диаметром DN10 таким же, как у подводящей ЖП трубы.

Давление в контуре фиксируется с помощью образцовых и технических манометров, установленных: на напорной трубе (на подаче воды в канал - Ml); на сливе из канала (непосредственно за дросселем М2, за петлей - МЗ); на подводящей поглотитель трубе до запорного вентиля ввода поглотителя М4.

Температура воды в контуре и в баке ЖП измеряется образцовым ртутным термометром.

Время опорожнения бака определяется секундомером. Уровень поглотителя в баке с ЖП измеряется линейкой.

Типы используемых приборов и их параметры представлены в таблице 8.

Таблица 8.

1) Определение влияния условий подвода-отвода на время ввода ЖП в КО СУЗ.

Для этого рассмотрены:- различные конструкции тройников смесителей: с прямым и угловым подводами жидкого поглотителя в контур (см. рис. 3.9);- трубы, соединяющие контур с расширительным объемом, для отвода избытка контурной воды при вводе поглотителя Т1 и Т2 различных размеров (диаметров и длин).

При исследовании каждой конструкции тройника-смесителя одновременно варьировались отводящие трубы Т1 и Т2.

В качестве "жидкого поглотителя" в данных экспериментах используется водопроводная вода. При проведении каждого эксперимента:- измерялись продолжительности ввода ЖП и опорожнения бака с ЖП;- фиксировались значения давлений в предусмотренных точках, расход воды в контуре, положение уровня в баке с ЖП до ввода поглотителя, и по окончании его ввода.

Температура воды в контуре определялась по температуре воды в напорном баке, из которого производилось заполнение контура.

Средний расход ввода ЖП в контур (СЬкп) определяется из выражения:СЪш=Ужп/х жп, (3.2)где Ужп объем вводимого ЖП; т Жп - продолжительность ввода ЖП.

2) Определение условий равномерного распространения и перемешивания поглотителя по контуру.

В процессе исследований изучалось влияние соотношения продолжительности ввода жидкого поглотителя и времени полного оборота контурной воды, а также объемов вводимого ЖП на равномерность его распространения по контуру.

Для имитации и визуализации распространения жидкого поглотителя по контуру использовался водный раствор нигрозина, красящего вещества, хорошо растворимого в воде, которое сильно зачерняет воду и не остается на стенках трубопроводов.

При проведении исследований варьировались объемы и расходы вводимого поглотителя, время ввода поглотителя в контур, а именно:- поглотитель вводился в контур с постоянным расходом за различные интервалы времени. Продолжительность ввода поглотителя имитировалась временным открытием клапана на линии подачи поглотителя;- за одинаковое время в контур вводились разные объемы поглотителя, путем изменения расхода вводимого поглотителя. Подвод поглотителя с разным расходом обеспечивался использованием в контуре труб Т1 и Т2 с различным гидравлическим сопротивлением (см.рис.3.9).

Время ввода ЖП в контур (т жгт) принималось следующим:- меньшим времени полного оборота контурной воды т п0;- равным времени полного оборота контурной воды и больше т по.

При этом время полного оборота объема контурной воды, участвующей в циркуляции, принимается равным отношению объема воды контура, участвующего в циркуляции, и расхода в контуре.

В каждом эксперименте наблюдалось (визуально) прохождение столба окрашенной воды по прозрачному каналу и фиксировались: время появления фронта поглотителя с момента его ввода в контур, продолжительности прохождения окрашенных и чистых участков.

По стабильности и характеру окраски контурной воды, проходящей по канал, делались выводы о степени равномерности распространения и перемешивания поглотителя с контурной водой.

Качественные выводы, сделанные по этим работам, достаточны, чтобы не проводить дополнительных исследований с настоящими поглотителями (борной кислотой и нитратом гадолиния) или их имитаторами, которые сопровождались бы взятием проб контурной воды для определения концентрации ЖП в контуре с момента его ввода или другими более сложными измерениями.

3.3.3. Результаты экспериментовВлияние конструкции смесителя на время ввода ЖП. Исследование двух конструкций тройников-смесителей (см. рис. 3.10) показали, что времена ввода поглотителя с угловым тройником и прямым тройником практически не различаются, несмотря на разное соотношение внутренних диаметров подводящей и основной труб. Продолжительность ввода поглотителя в обоих случаях составила 120-125 с.

Таким образом, форма тройников-смесителей не оказывает влияние на продолжительность ввода ЖП. Это происходит из-за того, что их гидравлические сопротивления незначительны по сравнению с сопротивлением самой подводящей трубы.

Влияние ввода жидкого поглотителя на параметры циркуляционного контура. Во всех проведенных экспериментах после открытия клапана на линии подачи жидкого поглотителя (КлЖП) сразу же начиналось опорожнение бака.

Опорожнение бак происходит с постоянным расходом, поскольку высота заполнения бака водой относительно его дна намного меньше высоты размещения бака относительно места ввода.

При открытии КлЖП происходит увеличение давления в контуре, что фиксируется по показаниям манометров (Мь М2, М3), установленных в контуре. Расход, поступающий в канал, уменьшается в среднем на 0,05 м3/ч (на-2%).

Показания приборов сохраняются в течение всего времени, пока полностью не опорожнится бак с ЖП, после чего показатели КИП постепенно восстанавливаются в исходное состояние (за время Дт150-300 с). Разница в показаниях приборов в контуре с разными трубами Т1 и Т2, при закрытом КлЖП объясняется тем, что они подключены в разных местах контура.

Наблюдается, что сразу же после открытия КлЖП избыток контурной воды вытесняется в напорный бак по трубам Т1 или Т2.

Результаты экспериментов представлены в таблицах 9 и 10.

Таблица 9.

Результаты экспериментов по вводу ЖП в контур с трубой Т2Параметры Значение Номер эксперимента 1 2 3Тип подвод Прямой Угловой Высота размещения бака БЖП относительно места ввода Н, м 37 36 36Время опорожнения бака с ЖП ^ЖП5 С 125 115 120Расход вводимого ЖП С)жп, м /ч 0,45 0,49 0,47Скорость истечения ЖП в контур (через DN=10 мм) w жп м/с 1,6 1,74 1,67Показания КИП, в зависимости от положения КлЖП закрыт/открыт Q, м3/ч 3,04/2,88 2,95/2,80 2,94/2,8Pi МПа 0,22/0,23 0,22/0,22 0,22/0,23Р2>МПа 0,22/0,25 0,23/0,25 0,23/0,25Р3 МПа 0,20/0,22 0,19/0,205Таблица 10.

Результаты экспериментов по вводу ЖП в контур с трубой Т1Параметры Номер эксперимента *) 1 2 3Высота размещения бака БЖП относительно места ввода Н, м 37 36 36Время опорожнения бака с ^жт ^ 260 250 250Расход вводимого ЖП С>жп, М3/Ч 0,22 0,23 Скорость истечения ЖП в контур W жп, М/С 0,77 0,8 0,8Показания КИП, в зависимости от положения КЖП, закрыт/открыт Q, м3/ч 2,96/2,91 3,00/2,95 2,94/2,89Pi МПа 1 > 0,19/0,34 0,19/0,35 0,19/0,35Рг, МПа 0,19/0,36 0,20/0,36 0,19/0,36Р3,МПа 0,17/0,33 0,16/0,32 0,15/0,33*) - Все эксперименты проводились - с тройником- смесителем с угловым подводом. Таким образом, на продолжительность ввода жидкого поглотителя в КО СУЗ существенное влияние оказывает гидравлическое сопротивление трубы, по которой происходит вытеснение избытка воды из контура при вводе в него поглотителя. Время ввода в контур с трубой Т1, гидравлическое сопротивление которой мало по сравнению с сопротивлением подводящей ЖП трубы, оказалось меньше, чем в контур с трубкой Т2 с гидравлическим сопротивлением, соизмеримым с сопротивлением подводящей трубы, и составило 120 и 260 с, соответственно.

Исследования распространения ЖП по контуру. Распространение "жидкого поглотителя" по контуру СУЗ при различных параметрах ввода поглотителя, представлены в таблице 11 (рис.3.11).

Таблица 11.

Параметры ввода ЖП в КО СУЗ при визуальных исследованияхОбъем вводимого ЖП, л Время ввода ЖП в контур тжп, мин. Отношение времен ввода ЖП и полного оборота контурной воды Поз. на рис. 3.111 Расход вводимого в контур ЖП-0,22 м /ч, тп0 =3,2 мин. 7,3 2 0,63 а9 2,5 0,78 б11 3 0,94 в14 3,5 1,1 г1 Расход вводимого в контур ЖП-0,44 м /ч, тпо =3,4 мин. 18,5 2,5 0,74 д25 3,4 i,o; еПри тжп <тп0 наблюдалось чередование чистых и окрашенных участков (рис.3.11, а, б, д) не зависимо от объема вводимого поглотителя без четкого раздела границ между окрашенным и чистым участками. Замечено, что продолжительность прохождения зачерненных (окрашенных) участков через участок наблюдения примерно равно времени ввода поглотителя в контур.

При тжп >т по после прихода фронта поглотителя на наблюдаемый участок канала последующего чередования чистых и окрашенных участков не происходило (рис. 3.11, г, е), а поглотитель равномерно распространился по объему циркуляционного контура.

Наблюдаемые картины распространения жидкого поглотителя по контуру в прозрачном канале в зависимости от продолжительности ввода показали, что для равномерного перемешивания поступающего в контур поглотителя необходимо, чтобы время ввода поглотителя в контур тжп было равно или даже несколько больше т „о

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1 Систематизированы и сопоставлены литературные данные по ЖСВР ЯР, включающие принципиальные схемы и конструкторские решения, экспериментальные исследования. Разработана классификация ЖСВР по 18-ти характерным признакам. Сформулированы и обобщены проблемы, возникающие при создании и разработке этих систем.

2. Разработаны и проанализированы различные схемы жидкостной систем удержания реактора в подкритическом состоянии для РУ РБМК, использующей для ввода ЖП каналы СУЗ, которые могут быть системами безопасности или системами по управлению ЗПА. Рассмотрены системы, использующие в качестве поглотителя охлаждающую воду и водные растворы борной кислоты и нитрата гадолиния.

3. Исследовано влияние формы проточной части канала с пленочным охлаждением на его эжекционные характеристики. Показано, что форма проточной части не влияет на расход эжектируемого газа, который зависит в основном от расхода и температуры воды, диаметра проходного сечения проточной части, где осуществляется захват газа.

4.Исследована возможность использования нитрата гадолиния в каналах СУЗ РБМК в качестве жидкого поглотителя. Установлено, что для создания одинаковой подкритичности концентрация нитрата гадолиния должна быть в ~6,7 раза меньше, чем у борной кислоты (природной). Для рассматриваемых ЖП разных концентраций получены единые зависимости, определяющие влияние толщины кольцевого зазора в канале, который заполняется жидким поглотителем, на его «эффективность» (поглощающую способность).

5. Исследованы процессы ввода ЖП в циркуляционный контур с использованием визуализации течения. Для характеристики степени равномерности распространения ЖП по контуру впервые предложен критерий z, представляющий собой отношение времени ввода ЖП в контур и времени полного оборота контурной воды. Определено условие равномерного распространения жидкого поглотителя по циркуляционному контуру: z >1.

6. Впервые получены полуэмпирические зависимости {/3/Ргжо^(1ж) и /Уф= f(Frсм)}, которые включены в разработанную инженерную методику расчета расхода эжектируемого газа и плотности образующейся двухфазной смеси в вертикальных каналах с опускным течением в режимах спутного движения фаз и зависания газовой фазы.

7. Разработана методика оценки эффективности жидких поглотителей (нитрата гадолиния и борной кислоты) в каналах СУЗ в зависимости от их концентрации, использующая результаты экспериментов по физическом взвешиванию ЖП в каналах СУЗ на критическом стенде.

8. Разработана методика расчета основных технологических параметров жидкостной системы подкритичности с вводом жидкого поглотителя в КО СУЗ (концентрации, массы и объемов, размеров баков и подводящих трубопроводов, продолжительности ввода поглотителя в контур и вывода из контура).

9. Результаты настоящей работы использованы:

- в работах по определению и обоснованию эжекционных характеристик каналов A3 РУ РБМК при изменении профилирования проточной части из-за установки новой конструкции опоры разработки ФГУП НИКИЭТ и ГОЗ для 2-го энергоблока КуАЭС и 1-го, 2-го энергоблоков ЛАЭС.

- в техническом проекте «Жидкостная системы подкритичности для 5 энергоблока Курской АЭС» и рабочей документации на ЖСП проектной организации (ФГУП «Атомэнергопроект»);

- в технических спецификациях и описаниях по дополнительной системе удержания реактора в подкритическом состоянии (с вводом раствора нитрата гадолиния в КО СУЗ), которая внедрена на 2-ом энергоблоке Игналинской АЭС.

10. Созданный научный задел, состоящий из принципиальных схем, методик расчета и расчетных зависимостей, экспериментальных характеристик, может быть использован при создании и обосновании различных жидкостных систем воздействия на реактивность, создаваемых для разных канальных реакторов.

1. Сорокин Н.М., Черкашов Ю.М., Черников О.Г. Опыт эксплуатации АЭС с реакторами РБМК// Канальные реакторы: проблемы и решения: Докл. меж-дунар.науч.-тех.конф., www.nikiet.ru. Москва-Курчатов, 2004. - 6 с.

2. Габараев Б.А., Стенбок И.А., Черкашов Ю.М. Безопасность АЭС с реакторами РБМК// Канальные реакторы: проблемы и решения.: Докл. между-нар.науч.-тех.конф., www.nikiet.ru. Москва-Курчатов, 2004. - 8 с.

3. Ионайтис Р.Р Нетрадиционные средства управления ядерными реакторами. -М.: МГТУ, 1992.-231 с.

4. Ионайтис P.P. Совершенствование системы аварийной остановки ЯР. //Годовой отчет НИКИЭТ-1992. М.: ГУП НИКИЭТ, 1992. - С.127-129.

5. Ионайтис P.P., Черкашов Ю.М. Послечернобыльские концепции, технические решения и разработки систем остановки //Уроки Чернобыля: Докл. ме-ждунар.науч.-тех.конф. Десногорск, 1996.- С. 10-15.

6. Ионайтис P.P., Мельников О.П. Итоги разработки и эксплуатации БАЗ РУ РБМК// Годовой отчет НИКИЭТ-1996. М.: ГУП НИКИЭТ, 1996. - С.85-88.

7. Ионайтис P.P. Разработка системы остановки с газовой A3 и водной системой длительного удержания//Годовой отчет НИКИЭТ-1995. М.: ГУП НИКИЭТ, 1995.- С.85-87.

8. RBMK Shut-down System: Swiss-Russian Co-Operation/E.Knolinger, Villigen, I.A.Stenbock.- ATW40.- Jg. 1995.-Heft 5-P. 319-323.

9. Ионайтис P.P. Концепция использования нетрадиционных средств безопасности ЗУII Годовой отчет НИКИЭТ-1996. М.: ГУП НИКИЭТ, 1996. - С. 123-124.

10. Ионайтис P.P., Петров А.А. Система остановки реактора РБМК с разделением гидроконтуров СУЗ и жидкостной системой удержания // Годовой отчет НИКИЭТ- 1996. М.:ГУП НИКИЭТ, 1996. - С.90-93.

11. Жидкостная система удержания реактора РБМК в подкритическом состоянии /В.Н.Васина, М.Ю.Голубев, P.P. Ионайтис и др. // Годовой отчет НИКИЭТ-1997. -М.: НИКИЭТ, 1997. Т. 1. - С. 181-184.

12. Особенности системы длительного удержания в подкритическом состоянии РУ РБМК 5-го энергоблока КуАЭС / В.Н.Гущин, P.P. Ионайтис, Т.А.Бубнова и др.//Годовой отчет НИКИЭТ-1998. М.: ГУП НИКИЭТ, 1998.- Т.2. -С.110-112.

13. Бубнова Т.А., Ионайтис P.P. Средства воздействия на реактивность (СВР) текучим поглотителем//Годовой отчет НИКИЭТ-2000. М.: ГУП НИКИЭТ, 2000.- С.135-136.

14. Стратегия развития атомной энергетики России в первой половине XXI века. Основные положения. М.: ЦНИИатоминформ, 2000. - 32 с.

15. Бубнова Т.А., Ионайтис P.P. Развитие жидкостных систем остановки ядерных реакторов//АТЗР. 2003.- №5.-С.З-12.

16. Бубнова Т.А., Ионайтис P.P. Состояние разработок жидкостных систем останова ядерных реакторов//Атомная энергия. 2003. - Т.94, вып.5. - С.344-353.

17. Доллежаль Н.А., Емельянов И .Я. Канальный ядерный энергетический реактор. М.: Атомэнергоиздат, 1980. - 208 с.

18. Ганчев Б.Г. Исследование движения и теплоотдачи при опускных течениях пленки и двухфазных газожидкостных потоков в вертикальных каналах// Тр. МВТУ. Сер.Исследование процессов в энергоустановках. 1979. - №307, вып.4.-С.21-54.

19. Пересадько В.Г. Экспериментальные исследования и разработка инженерной методики расчета гидродинамических характеристик опускных пузырьковых газожидкостных потоков: Дисс. канд.тех.наук. М., 1984. - 254 с.

20. Бубнова Т.А., Ионайтис P.P., Пересадько В.Г. Исследование процессов за-воздушивания вертикальных каналов при эжекционном взаимодействии воды и воздуха.// Годовой отчет НИКИЭТ-1996. М.: ГУП НИКИЭТ, 1996. -С.145-148.

21. Бубнова Т.А., Ионайтис P.P. Проблемы и экспериментальные исследования жидкостных систем остановки//Вопросы атомной науки и техники. Сер. Обеспечение безопасности АЭС. 2003. - Вып.2. - С.5-15.

22. Бубнова Т.А., Ионайтис P.P., Фатеев Ю.Д. Экспериментальные исследования по вводу жидкого поглотителя в КО СУЗ РУ РБМК// Годовой отчет НИКИЭТ-2000. М.: ГУП НИКИЭТ, 2000.- С.132-134.

23. Бубнова Т.А., Ионайтис P.P. Результаты физического взвешивания раствора нитрата гадолиния в каналах СУЗ на критическом стенде РБМК РНЦ КИ //Годовой отчет НИКИЭТ-2001. -М.:ГУП НИКИЭТ, 2001. С. 135-137.

24. Бубнова Т.А., Ионайтис P.P. Параметры и характеристики опускного участка гидрогазового контура каналов A3 РУ РБМК// Канальные реакторы: проблемы и решения: Тезисы докл. междунар.науч.-тех.конф. Москва-Курчатов, 2004. - С.73-74.

25. Термины и определения по ядерной и радиационной безопасности. Глоссарий: 2-изд. доп.и переработ. М.:НТЦ ЯРБ, 2004. - 445 с.

26. Ионайтис P.P., Миронов Ю.Л. Канальные системы жидкостного управления реакторами (обзор)//Атомная техника за рубежом . 1975. - №8. - С.11-23.

27. Ионайтис P.P. Шведов H.JT. Системы безопасности ЯР. Обзор АИНФ-614. -М.: ЦНИИАтоминформ, 1984. 100 с.

28. Ионайтис P.P. Гидравлическое регулирование ядерных реакторов: Дисс. доктора технических наук. — М.,1984. — 472 с.

29. Сивоконь В.П. Совершенствование A3 ядерных реакторов СССР// АТЗР. — 1988.- №9.- С.3-10.

30. Мурасс М. Концептуальный проект кипящего ВВР на естественной циркуляции, HSBWR-600// Межд. конф. по безопасн. тепл. реакторов. Сб.док/1-«: Авиньон.(Франция), '1935 .-Ч. I. С. 125-140.

31. Shirish Nawathe, Umashsnkary P. Development of liquid poison injection system (SDS-2) for 500 MWe PHWRs// Reactor Engineering Division, Government of India Bhabha atomic research center, 1991. 72 p.

32. Ионайтис P.P. Дополнительные (нетрадиционные) средства управления ЯР//Годовой отчет НИКИЭТ-1992. -М.:НИКИЭТ, 1992.-С. 129-131.

33. Зейгарник А.Н. Использование растворов нитрата гадолиния в системе аварийной жидкостной защиты реактора МКЭР-800//Годовой отчет НИКИЭТ-1992. М.:НИКИЭТ, 1992.-С.131-132.

34. Ионайтис P.P., Михайлов М.Н., Черкашов Ю.М. Особенности разработки технических средств аварийной остановки ЯР//Атомная энергия. 1992 — Т.72, вып.1. - С.5-11.

35. Энергетический реактор повышенной безопасности ВПБЭР-600 для АС нового поколения/ В.С.Кууль, Г.М.Антоновский, Ф.М.Митенков и др. //Атомная энергия. 1992. - Т. 73, вып.1. - С.6 -13

36. Dazhond W., Changwen М.А. China Plans first 200 MWt District Heating Reactor // Nucl. Eng. Int. 1994. - V. 39, №482. - P. 55-61.

37. Ионайтис P.P., Мельников О.П., Чернышев B.M. Послечернобыльские усовершенствования средств остановки реактора РБМК //Годовой отчет НИКИЭТ-1996. М.гНИКИЭТ, 1996. - С.81-86.

38. Yamaguchi К. et al. Develop, of an Advanced Boron Injection// Trans. ANS.1996.- V. 74. -P. 258-259.

39. Окамото К. Et al. Experimental Study on the Instability of Pressure Balance Injection System (PBIS)// Int.Conf.on. Nucl. Eng., ASME Tokyo, 1996. - V. 1, part. A.-P.215-218.

40. Энергоблок большой мощности с реактором УВР(1500)/Антоновский Г.М.,

41. Беляев А.А., Гуреева JI.B. и др.// Тр.11-го Межд. коорд.сов. по РУ, МХО Интератомэнерго .-Москва, 1999. -Прил.6. 19 с.

42. Петров А.А., Черкашов Ю.М. Реакторная установка повышенной безопасности с многопетлевым кипящим реактором электрической мощности 1000МВт// Тр.11-го Межд. коорд.сов. по РУ, МХО Интератомэнерго. -Москва, 1999. Прил.8. - 9 с.

43. Sung Jae Cho et al. The development of passive design features for the Korean Next Generation Reactor // Nucl.Eng.Des. 2000. - V.201, No.3. - P.259-271.

44. Juhu P., Kupitz J., Cho B. e. a. IAEA activities on passive safety systems andoverview of international development// Nucl.Eng. Des. 2000. - V.201, N.l. — P.41-59.

45. Tujikara Y., Oshibe Т., Kijima К. e a. Development of passive safety system for

46. Next Generation PWR in Japan// Nucl.Eng. Des. 2000. - V.201, N.l. -P.61-70.

47. Бубнова T.A., Ионайтис P.P., Петров A.A. Жидкостная система длительногоудержания РУ РБМК в подкритическом состоянии//Годовой отчет НИКИЭТ-2001. -М.: ГУП НИКИЭТ, 2001. С.61-63.

48. Денисов В.П., Драгунов Ю.Г. Реакторные установки ВВЭР для атомных электростанций. М.: ИздАТ, 2002. - 480 с.

49. Бубнова Т.А., Ионайтис P.P. Состояние и проблемы жидкостных систем остановки реакторов под давлением// Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР: Тез. докл. 3-й науч.-тех. конф. Подольск, 2003. - С. 33-44.

50. Ионайтис P.P. Исследование газожидкостных смесей для управления ядерным реактором// Атомная техника за рубежом. 1986. - №7. - С. 10-14.

51. Уолис Г. Одномерные двухфазные течения М.:Мир, 1972. - 440 с.

52. Кутателадзе С.С., Стырикович М.А.Гидродинамика газожидкостных систем. М: Энергия, 1976. - 296 с.

53. Движение газожидостных смесей в трубах / В.А.Мамаев, Г.Э.Одишория, О.В.Клапчук и др. М.: Недра,1978. - 270 с.

54. Лабунцов Д.А., Ягов В.В. Механика двухфазных систем. М.: МЭИ, 2000.347 с.

55. Некоторые вопросы теплофизики каналов жидкостного регулирования / Б.Г.Ганчев, В.А.Низовцев, В.Г.Пересадько и др. // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Реакторостроение. 1985. - Вып. 1 - С.42-51.

56. Емельянов И.Я., Ионайтис P.P., Крючков И.И. Теплогидравлические проблемы жидкостного регулирования ядерных реакторов// Тр. МВТУ. Сер. Исследование процессов в энергетических установках. 1979. — №307, вып.4.-С. 10-21.

57. Пересадько В.Г. Экспериментальное исследование опускного газожидкостного потока в пузырьковом режиме течения// Тр. МВТУ. Сер. Исследование процессов в энергетических установках. 1979. - №307, вып.4. - С. 54-65.

58. Бургасов B.C. Исследование гравитационных пленочных течений и разработка моделей эжекции газа в цилиндрических и кольцевых каналах стекающими пленками: Автореферат дисс.канд. тех.наук. М.: МГТУ им.Н.Э.Баумана. - 1991. - 16 с.

59. Theofanous Т. Boron mixing in the lower plenum of a BWR// Nucl.Engng.Des. -1991. V. 126, N 2. - P.245-255.

60. Grunwald G. Investigation of coolant mixing in PWR at the Rossendorf mixingtest facility ROCOM//Inst.Fur Sicherheitsforschung Forshungszentrum Rossendorf. Institute of Safety Research. Ann. Rep. 1998. - Jul. - P. 1-6.

61. Kiger К., Gavelli F. Boron mixing in complex geometries: flow structure detail.

62. Nucl. Engng. Des-2001. V. 208, N1. - P. 67-85.

63. Исследование разбавления бора в реакторе ВВЭР-1000/В.И. Мелихов, О.И.Мелихов, С.Е. Якуш и др. //Теплоэнергетика. 2002. - №5. -С. 22-26.

64. Ионайтис P.P., Поляков Б.А., Бубнова Т.А. Разработка нетрадиционной системы остановки реактора РБМК//Годовой отчет НИКИЭТ-1994. М.: НИКИЭТ, 1994. -С.127-129.

65. Разделение КО СУЗ РУ РБМК на два независимых контура / В.Н.Гущин, P.P. Ионайтис, Т.А.Бубнова и др. //Годовой отчет НИКИЭТ-1997. -М.:НИКИЭТ, 1997.- T.l.-С.184-187.

66. Бубнова Т.А., Ионайтис P.P., Петров А.А. Жидкостная система длительного удержания РУ РБМК в подкритическом состоянии//Годовой отчет НИКИЭТ, 2001.-М.:ГУП НИКИЭТ, 2001. С.61-63.

67. Параметры и характеристики жидкостной системы воздействия на реактивность (РУ РБМК) / В.Н. Васина, Р.Р.Ионайтис, Т.А.Бубнова и др. //ВАНТ. Серия: Обеспечение безопасности АЭС.-2003гВып. 2.— С. 17-31.

68. Бубунова Т.А., Гриорович С.М., Ионайтис P.P. Возможность использования жидкостной системы удержания РУ РБМК в подкритическом состоянии

69. Годовой отчетНИКИЭТ-2004. -М.:ГУПНИКИЭТ, 2004. -С.150-152.

70. Бубнова Т.А., Ионайтис P.P., Шведов H.JI. Завоздушивание и опускное течение водо-воздушных смесей в гидравлическом контуре СУЗ ядерного ре-актора//ВАНТ. Сер. Обеспечение безопасности АЭС. 2003гВып.2. - С.32-47.

71. Ионайтис P.P., Бубнова Т.А., Васина В.Н. Результаты физического взвешивания раствора нитрата гадолиния в канале СУЗ на критическом стенде РБМК РНЦ КИ// Годовой отчет НИКИЭТ-2000. М.:ГУП НИКИЭТ, 2000. -С.132-134.

72. Штеренлихт Д.В. Гидравлика. -в2-хкн.-М: Энергоатомиздат, 1991. 351 с.

73. Амосов А.А. и др.Вычислительные методы для инженеров / А.А.Амосов, Н.В.Копченова, Ю.А.Дубинский. М.:МЭИ, 2003. - 596 с.

74. Расчетные характеристики жидкостной системы обеспечения удержания РУ РБМК в подкритическом состоянии / М.И. Рождественский, Р.Р.Ионайтис, Т.А.Бубнова и др. //Годовой отчет НИКИЭТ- 1998. М.:НИКИЭТ,1998. -С.21-23.

75. Дементьев Кинетика и регулирование ядерных реакторов. М.: Атомиздат, 1973.-292 с.

76. Василевский В.П. Разработка симптомно-ориентированных аварийных ситуаций для энергоблоков с реакторами РБМК // Годовой отчет НИКИЭТ-2001.- М.: ГУП НИКИЭТ, 2001.- С.64-66.

77. Райт Р. Воздействие излучения на гетерогенные системы воздух-вода и азот-вода//Мирное использование атомной энергии: Доклад Р/445 на Международной конференции. М., 1956. - С.682-686.

78. Коэн П. Технологии воды энергетических реакторов: Пер. с англ. М.: Атомиздат, 1973 г.

79. Розловский А.И. Основы техники взрывобезопасности при работе с горючими газами и парами. М.: Химия, 1980. - 322 с.

80. Микеев А.К. Противопожарная защита АЭС. М.: Энергоатомиздат, 1990, 432 с.

81. Сполдинг Д.Б. Конвективный массоперенос: Пер. с англ./Под ред. А.В.Лыкова. -М.:Энергия, 1965.-383 с.

82. Бубнова Т.А., Ионайтис P.P. Анализ поведения радиолитического водорода в каналах охлаждения СУЗ РУ РБМК// ВАНТ. Сер. Обеспечение безопасности АЭС.-2003.-Вып. 2. С.48-59.

83. Ганжа В.Д., Коноплев К.А., Мащетов В.П. и др. Радиолиз растворов нитрата гадолиния. //Атомная энергия. 1985 . Т.59, вып.З. - С.204 - 208.

84. Герасимов В.В. Коррозия реакторных материалов. М.: Атомиздат, 1980. -240 с.

85. Исследование коррозионной стойкости сталей 0Х18Н10Т в растворах нитрата гадолиния при жидкостном регулировании реактивности ядерных реакторов/ В.Д.Ганжа, В.П.Мащетов, К.А.Коноплев и др. //Атомная энергия. -1985 . Т.59, вып.3. - С. 224 - 230.

86. Параметры и характеристики опускного участка гидрогазового контура каналов A3 РУ РБМК / В.Н.Гущин, И.Г.Куликов, Р.Р.Ионайтис и др. // Годовой отчет НИКИЭТ- 2004. М.: ГУП НИКИЭТ, 2004. - С.21-23.