8. атомные электростанции с натриевым теплоносителем

8. АТОМНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ С НАТРИЕВЫМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ
8.1. ЖидҚИИ НАТРИЙ ҚАҚ ТЕПЛОНОСИТЕЛЬ
Жидкометаллический теплоноситель может использоваться в реакторах как на тепловых, так и на быстрых нейтронах, в по-следнем случае коэффициент воспроизводства ядерного горючего больше единицы. Преимущество такого теплоносителя — воз- можность работы при низких давлениях (0,5 МПа) в первом контуре. Значительная в сравнении с водным и газовым тепло- носителями плотность жидких металлов позволяет перекачиватьОтносительно малые объемы, т. е. уменьшать диаметры трубо-проводов и расходы на собственные нужды, а также обеспечи-вать высокий коэффициент теплоотдачи от поверхности оболочкитвэла к теплоносителю, что позволяет при той же температуре оболочки получать более высокие температуры теплоносителя.
Пока для АЭС наиболее пригоден жидкий натрий.Жидкометаллический теплоноситель значительно осложняетоборудование АЭС и выдвигает довольно большое число инже-
нерно-технических проблем. Поэтому АЭС с жидкометалличе-скими теплоносителями разрабатывают только применительно креакторам на быстрых нейтронах, важность которых показанав Одно из преимуществ жидкого натрия как теплоносителя
асокие удельные энерговыделения в активной зоне, составляю-оны. В связи с этим вероятность вылета нейтронов из активнойие 400-800 МВт/м3, что приводит к малым размерам активнойоны относительно велика и может достигать даже 30%. Эти
бейтроны используются для воспроизводства топлива, для чегоaтивная зона окружается воспроизводящим экраном, содержа-щим обедненный (отвальный) уран. Еще одно преимуществожидкого натрия как теплоносителя возможность работы првысоких температурах. Это требует оболочек твэлов из стали08Х18Н10Т, но позволяет использовать парвысоких пара-метров.Жидкий натрий как теплоноситель выдвигает ряд требова-ний к оборудованию и его эксплуатации. Температура плавле.ния натрия 97°С, поэтому для пуска станции необходим предва-рительный электроразогрев всего оборудования и трубопрово-дов. В зависимости от тепловой схемы пускстанции может потребовать от трех до пя-ти недель.Если натрий радиоактивен, то бурнаяреакция его с водой может иметь особен-но негативные последствия. В связи с этимобязателен промежуточный натриевый кон-тур, т. е. АЭС работает как трехконтурная(рис. 8.1). Давление в промежуточном кон-туре поддерживается большим, чем в пер-вом контуре. Тем самым обеспечивается от-сутствие радиоактивности в промежуточ-ном контуре, т. е. исключается контакт во-ды с радиоактивным натрием при появле-нии протечек между контурами.Оборудование первого и промежуточно-го натриевых контуров существенно отли-чается от применяемого при других тепло-носителях. Так, в системе трубопроводов
должны быть предусмотрены установки дляочистки натрия от оксидов и гидридов, так называемые «хо-лодные ловушки», обеспечивающие охлаждение некоторой час-ти теплоносителя до температур, при которых оксиды выпада-ют в осадок и могут быть отфильтрованы.Особые требования предъявляются к арматуре и циркуляци-онным насосам. Арматура при использовании натриевого тепло-носителя должна быть кованой для предупреждения межкри-сталлитной коррозии. Учитывая высокую теплопроводность нат-рия, приходится выдвигать такое требование, как стойкостьарматуры против еплового удара, малая вязкость натриятребует применения для арматуры твердых материалов, репят-ствующих задиранию.Важное требование карматуре для жидких металлов — от-сутствие утечек через сальники. Оно обусловлено высокой стои-мостью жидкости, а также тем, что протечка даже небольшогоколичества натрия опасна. Обычные набивки в данном случаенестойки при высоких температурах, поэтому переходят к бес-ециальнымисальниковым конструкциямаCOуплотнениямииногда в комбинациис мораживаемымиуплотнениями и саль-никами.тносительныесложности эксплуата-ции АЭС с жидкоме-таллическим теплоно-сителем и наиболеевысокая их стоимостьпобуждают вести по-иск и других теплоно-сителей для реакторовна быстрых нейтронах.К их числу относятся,например, предложе-ния использовать в ка-честветеплоносителягелий. Имеются обо-CHORICYYYYРис. 8.2. Петлевая (контур-ная) компоновкареактораБH-350;1 - корпус реактора; 2 - большая поворотная пробка; 3 - малаяповоротная пробка; 4центральная колоннас механизмами СУЗ; 5 - механизм пе-сборок; 6 - перегрузоч-ный бокс; 7 -- элеватор загрузки-выгрузки;8 - верхняя неподвижнаязащита; 9 - механизм перегрузки; 10 - активнаязона; 11 - опора реактора; 12 -боковая защита (железорудныйконцентрат); 13 - бетонная защитаредачиснованные редложения о создании АЭС с пароохлаждаемымиреакторами на быстрых нейтронах, а также некоторые другиеварианты, находящиеся в стадии разработки.8.2. АЭС с КТОРОМ БH-350АЭС с реактором БH-350 вг. Шевченко работает с 1973 г.На рис. 8.2 приведенакомпоновка реактора, показаны вход ивыход натрия для одной из петель первого контура. Реакторнаяустановка имеет 6 петель, в состав каждой из которых входятрасположенные вне реактора отсекающие входная и выходнаязадвижки, циркуляционные натриевые насосы первого и проме-жуточного контуров, промежуточный теплообменник и парогенераторная установка в составе двух спарителей и одного паро-перегревателя. Общая технологическая схема оборудования для81Одно из пренмуществ жидкометаллического теплоносителявозможность использовання ротурбинных установок обычнойтеплоэнергетики, так как в связи с высокими мпературамитеплоносителя давленне н температура пара перед турбиноймогут быть ущественно выше, чем для турбин на АЭС с вод-ным теплоносителем. С этой точки рения параметры пара дляАЭС с БН-350 могли быть выбраны существенно более высоки-мн. Однако сооруженне этой АЭС было связано с конкретнойтехнологической задачей олучения больших количеств опрес-ненной морской воды для промышленности и ытовых нужд,а также для теплоснабжения г. Шевченко. Поэтому к установкебыли приняты турбины с противодавлением из числа выпускае-мых турбостроительными заводами, что и определило указанныепараметры пара для АЭС с БН-350. Перегретый пар, вырабаты-ваемый шестью парогенераторными установками, поступает вобщий паропровод низ него на три турбины мощностью по- 50 МВт. Таким образом, АЭС с БН-350" является ехцелевойэлектростанцией, которая решает вопросы снабжения электро-энергией, теплотой и дистиллятом.В соответствии с рис. 8.2 топливные сборки активной зоныи зоны воспроизводства помещены в напорном коллекторе, смонтированном на напорной камере орпуса реактора. Активнаязона 10 состоит из топливных сборок сядерным вомдиоксидом урана значительного обогащення. По торцам и пернметру онаокружена экраном зоной воспроизводства и82диоксида обедненного урана. Торцевой экран смонтироваи исборках активной зоны, боковой экрай образован топливнымисборками стволами зоны оизводства. рпус реактора Іпредставляет собой сосуд переменного диаметра (иаибольшийдиаметр 6000 мм) из нержавеющей аустенитной стали. Нимиячасть корпуса образует напорную амеру, в которую по трубо-Топливные сборки (см. рис. 8.2) загружают и выгружаюткомплексом механизмов: механизмом перегрузки 9, установлен-ным на малой поворотной пробке 3 и переставляющим топлив-ные сборки внутри реактора; элеваторами загрузки-выгрузки,транспортирующими топливные сборки из реактора в перегру-зочный бокс 6 и обратно; механизмом передачи топливных сбо-рок 5, расположенным в герметичном боксе и передающим отра-ботанные топливные сборки из реактора во внешнее хранилищеи свежие — из хранилища в реактор.Қак следует из тепловой схемы АЭС с БН-350 (рис. 8.2),жидкий натрий прокачивается по первому контуру через реак-тор 1 насосом 3 и по промежуточному контуру насосом 9. На-сос 3 имеет биологическую защиту, но конструктивно эти насосыодинаковы. Это центробежные консольные насосы со свободнофиксированным уровнем натрия и механическим уплотнением.Теплообменник 2 промежуточного контура представляет собойбак с погруженными в него змеевиками, внутри которых проте-кает натрий промежуточного контура.Натрий первого контура проходит дроссельную решетку,выравнивающую расход натрия по сечению теплообменника, иомывает змеевики теплообменника снаружи. Давление в первоми промежуточном контурах создается за счет газовой системы(используется аргон). Теплоноситель промежуточного контураОмывает снаружи змеевиковые поверхности нагрев паропере-гревателя 17 и испарителей 16 с естественной циркуляцией.В испарителях по стороне натрия в верхней части предусмотренгазовый объем для вывода газообразных продуктов реакциивзаимодействия натрия с водой при возможных аварийных раз-уплотнениях трубной системы. Газовые объемы всех спарителейсоединены со специальной емкостью вне парогенераторногопомещения. Перегретый пар поступает в общий паропровод 15и из него к турбинам 10, но может через редукционно-охлади-тельную установку (РОУ) 14 сбрасываться в технологическийконденсатор 13. Конденсат этого пара насосом 11 закачиваетсяв деаэратор.После турбин пар при давлении 0,6 МПа поступает в мощ-ные опреснительные установки по линии 12 с возвратом в деа-эратор 6 конденсата этого пара по линии 8. В деаэратор иопреснительной установки направляют также добавочную водудля восполнения убыли в системе станции. Из деаэратора питательный насос 5 через регенеративный подогреватель 4 подаетконденсат в испарительные поверхности парогенератора 16. 00разовавшийся в них насыщенный пар перегревается в паропере:гревателе 17.Конденсация пара в опреснительных установках исключаетприсос естественных примесей в питательную воду парогенера-торов, так как давление пара выше, чем испаряемой воды.84
7