Реакторы атомных станций. Проектирование и эксплуатация

Атомная энергетика
Ядерные реакторы
Тепловые контуры атомных станций
Реактор ВВЭР
Кипящие реакторы
Реактор РБМК
Реакторная установка МКЭР -1500
Реакторы на естественном уране
Газоохлаждаемые реакторы
Реакторы HTGR
Атомные электростанции с натриевым
теплоносителем
АЭС с реактором БН-350

БРЕСТ: быстрый реактор брест со
свинцовым теплоносителем

 
Основы ядерной физики
Строение атомного ядра
ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ АТОМНЫХ ЯДЕР
И ДЕФЕКТ МАСС
Ядерная реакция
Закон радиоактивного распада
Цепная ядерная реакция
Термоядерный синтез
Реакторы на быстрых нейтрона
Элементарная частица
Позитрон. Аннигиляция
 
Использование атомной энергетики
для решения проблем дефицита пресной воды
Ядерное опреснение
Варианты  плавучего энергоблока и
опреснительных установок
Схема процесса многостадийной
флеш-дистилляции для опреснения воды
Принципиальная гидравлическая схема
энергоопреснительного комплекса
Опыт использования опреснительных установок
в России и регионах мира
 
Проектирование и строительство
атомных энергоблоков
Работы по подготовке технологических решений
объектов атомной энергетики
Состав разделов проектной документации
Разделы проектной документации
Состав проектной документации
Особенности проектирования и конструкций
Проектирование линейных объектов
Техническое обследование зданий
Экспертиза проектной документации
Особенности компоновки АЭС на примере
проектных решений АЭС с ВВЭР-1200
Основным режимом работы АЭС является
работа в базовом режиме на 100 % мощности
Корпус реактора
Привод системы управления и защиты
Компоновка реакторного контура
Паровая турбина
Генеральный план
Здания и сооружения ядерного острова
Концепция безопасности
Радиационная и ядерная безопасность
производства
Социально-экономический аспект
обеспечения безопасности
Радиационная безопасность человека
Государственное нормирование в области
обеспечения радиационной безопасности
Обеспечение защиты населения

Тепловые контуры атомных станций

Атомные электрические станции отличаются не только по типу реакторов, и материалов теплоносителя, но и по устройству тепловых контуров.

Назначение теплоносителя – отводить тепло, выделившееся в реакторе при высвобождении внутриядерной энергии. Для предотвращения любых отложений на тепловыделяющих элементах необходима весьма высокая чистота теплоносителя, поэтому для него необходим замкнутый контур. Еще одна причина замкнутости контура – в результате прохода через реактор теплоноситель активируется и его протечки, не говоря уже о полном сбросе (разомкнутом цикле), могли бы создать серьезную радиационную опасность. Поэтому основная классификация атомных станций зависит от числа контуров в ней.

Выделяют АЭС одноконтурные, двухконтурные, неполностью двухконтурные и трехконтурные. Если контуры теплоносителя и рабочего тела совпадают, то такую АЭС называют одноконтурной. В реакторе происходит парообразование, пар направляется в турбину, где, расширяясь, производит работу, превращаемую в генераторе в электроэнергию. После конденсации всего пара в конденсаторе конденсат насосом подается снова в реактор. Таким образом, контур рабочего тела является одновременно контуром теплоносителя, а иногда и замедлителя, и оказывается замкнутым. Реактор может работать как с естественной, так и с принудительной циркуляцией теплоносителя по дополнительному внутреннему контуру реактора, на котором установлен соответствующий насос.

Если контуры теплоносителя и рабочего тела (пара) разделены, то такую АЭС называют двухконтурной.

Соответственно контур теплоносителя называют первым, а контур рабочего тела – вторым. В таких схемах реактор охлаждается теплоносителем, прокачиваемым через него и парогенератор циркуляционным насосом. Образованный таким образом контур теплоносителя является радиоактивным, но он включает в себя не все оборудование станции, а лишь его часть. Если парообразование теплоносителя в реакторе отсутствует, то в систему первого контура вводится компенсатор объема, так как объем теплоносителя зависит от температуры, изменяющейся в процессе работы. Пар из парогенератора поступает в турбину, затем в конденсатор, а конденсат из него насосом подается в парогенератор. Образованный таким образом второй контур включает оборудование, работающее в отсутствии радиационной активности, это упрощает эксплуатацию станции. На двухконтурной станции обязательна парогенерирующая установка – элемент, разделяющий оба контура, поэтому она в равной степени принадлежит как первому, так и второму. Передача тепла через поверхность нагрева требует перепада температур между теплоносителем и кипящей водой в парогенераторе. Для водного теплоносителя это требует поддержания в первом контуре более высокого давления, чем давление пара, подаваемого на турбину. Стремление избежать в первом контуре закипания теплоносителя в каналах реактора приводит к необходимости иметь здесь давление, существенно превышающее давление во втором контуре. Соответственно тепловая экономичность такой станции всегда меньше, чем одноконтурной с тем же давлением в реакторе. Однако в действительности экономичность циклов практически одинакова, что обусловлено необходимостью принятия в одноконтурной схеме специальных мер против удаления продуктов коррозии сталей из воды, поступающей на турбину (регенеративный подогрев).

Атомная станция может работать как не полностью двухконтурная (или частично двухконтурная). В этом случае имеется как самостоятельный первый контур теплоносителя, так и совмещенный контур теплоносителя с собственно вторым контуром. Пар, образовавшийся в реакторе, осушается в барабане-сепараторе, поступает в парогенератор, конденсируется в нем и смешивается с реальной водой. Циркуляционный насос возвращает теплоноситель в реактор. Образовавшийся в парогенераторе насыщенный пар поступает для перегрева в реактор и поэтому является не только рабочим телом, но и теплоносителем. Далее пар проходит по всему второму контуру, который тем самым оказывается совмещенным с первым, но только в его паровой, наименее радиоактивной, части.

Существуют теплоносители, попадание в которые пара или воды вызывает бурное химическое взаимодействие. Это может создать опасность выброса радиационно-активных веществ из первого контура в обслуживаемые помещения. Таким теплоносителем является, например, жидкий натрий. Поэтому создают дополнительный (промежуточный) контур, с тем, чтобы даже в аварийных ситуациях можно было избежать контакта радиоактивного натрия с водой или водяным паром. Такие АЭС называются трехконтурными.

Основные типы энергетических реакторов

Реакторы-конверторы с тепловых спектром нейтронов

Легководные реакторы

В настоящее время в ядерной энергетике наибольшее распространение получили легководные реакторы двух типов: реакторы с водой под давлением и реакторы с кипящей водой. В легководных реакторах используется обогащенное урановое топливо, что позволяет использовать в активной зоне более широкий ассортимент конструкционных материалов, в том числе обычную воду, одновременно служащую замедлителем и теплоносителем. Вырабатываемая в реакторе теплота воспринимается водой первого контура, работающего при высоком давлении. Отсюда теплота передается теплоносителю второго контура, в парогенераторе которого производится пар, приводящий в движение турбогенератор. Реакторы этого типа являются наиболее мощными из используемых ныне 1300 МВт (эл.).

Реакторы с водой под давлением

Реакторы с водой под давлением появились в начале 50 годов как разработка двигательной установки для подводных лодок. Теплота, вырабатываемая в активной зоне реактора, передается от твэлов теплоносителю первого контура - воде. Циркуляция воды в первом контуре обеспечивается циркуляционными насосами. Из реактора вода поступает в парогенераторы, где отдает свое тепло во второй контур. Получаемый во втором контуре пар приводи в действие турбогенератор. Отработавший в турбине пар направляется в конденсатор. Откуда сконденсированная вода возвращается обратно в парогенератор. Теплота, выделяющаяся в конденсаторе, передается воде, которая идет на сброс в открытый водоем.

Наиболее известными реакторными установками с водой под давлением являются PWR и ВВЭР.

Атомная энергетика