Реализация принципа естественной безопасности в проекте БН-1200

Основные параметры реактора БН-1200 приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные параметры РУ БН-1200

Параметр

Значение

Тепловая мощность реактора, МВт

2800

Средняя температура натрия первого контура на входе/выходе активной зоны, °С

410/550

Температура натрия второго контура (нерадиоактивный) на входе/выходе парогенератора, °С

527/355

Температура острого пара, °С

510

 

Внутренняя самозащищенность и естественная безопасность

Свойства внутренней самозащищенности реактора БН-1200 (таблица 2) определяются положительными качествами натрия, а также конструктивным исполнением реактора и активной зоны [1, 2]. 

Из перечисленных в таблице 2 свойств внутренней самозащищенности новым по сравнению с проектами БН-600 и БН-800 является размещение всех систем с радиоактивными средами в корпусе реактора. В реакторах БН-600 и БН-800 имеются вынесенные из корпуса реактора система очистки натрия и система контроля его качества.

Таблица 2. Свойства внутренней самозащищенности РУ БН-1200

Характеристика

Достигаемый эффект

Большая теплоемкость реактора интегрального типа (все оборудование первого контура находится в баке реактора)

Низкая скорость роста температуры натрия в первом контуре (20°С в час) при полном прекращении теплоотвода после срабатывания аварийной защиты, что упрощает решение задачи аварийного отвода тепла от реактора

Размещение всех систем с радиоактивным натрием в пределах корпуса реактора

Исключение возможности выхода радиоактивного натрия в помещения РУ из внешних коммуникаций

Низкое коррозионно-эрозионное воздействие натрия на конструкционные материалы

Исключение опасности перегрева твэлов вследствие забивания проходного сечения ТВС и нарушения целостности корпуса реактора в связи с коррозией

Достаточно высокая температура кипения натрия: 883°С при атмосферном давлении

Низкое, около 0,15 МПа, абсолютное давление в газовой полости реактора (температура кипения натрия – 930°С); отсутствие фазовых переходов теплоносителя при разгерметизации первого контура с сохранением надежного охлаждения активной зоны

Эффективное удержание изотопов йода и цезия натрием (подтверждено опытом эксплуатации БН-600)

Практически полное исключение выхода наиболее опасных изотопов газоаэрозольной фракции продуктов деления в окружающую среду при нормальной эксплуатации и авариях

Устойчивый отрицательный коэффициент реактивности по мощности реактора (dK/dN = -2,6*10-6 МВт-1) и температуре материалов активной зоны (dK/dT = -2,3*10-5 °С-1)

Ограничение роста мощности реактора при несанкционированном вводе положительной реактивности, снижение уровня мощности при нерегламентном разогреве реактора

Ввод отрицательной реактивности в случае закипания натрия благодаря наличию в ТВС верхней натриевой полости

Снижение мощности реактора в аварии с перегревом активной зоны до температуры кипения натрия

Построение системы управления рабочими органами системы управления и защиты (РО СУЗ), исключающее одновременное извлечение из активной зоны более одного РО СУЗ

Исключение несанкционированного ввода большой положительной реактивности и опасного увеличения мощности реактора

 

В дополнение к свойствам внутренней самозащищенности для повышения уровня безопасности в проекте РУ БН-1200 предусмотрен ряд средств на основе пассивных принципов действия (таблица 3), часть которых использована также в проектах реакторных установок БН-600 и БН-800 [3].

Таблица 3. Характеристика пассивных средств обеспечения безопасности РУ БН-1200

Пассивное средство

Выполняемая функция и принципы действия

Гидравлически взвешенные поглощающие стержни (ПАЗ-Г)

Переводят реактор в подкритическое состояние, опускаясь в активную зону под собственным весом, при снижении расхода натрия ниже 50% от номинального без превышения пределов безопасной эксплуатации

Поглощающие стержни с  температурным принципом действия (ПАЗ-Т)

Переводят реактор в подкритическое состояние при повышении температуры натрия на выходе из активной зоны до установленного предела с исключением возможности тяжелого повреждения активной зоны

Система аварийного отвода тепла (САОТ)

Функционирует в соответствии с пассивным  принципом действия при естественной циркуляции натрия через встроенные в бак реактора теплообменники (первый и промежуточный контуры) и при самотяге воздуха через теплообменники «натрий-воздух» (ВТО)

Герметичное надреакторное помещение

При авариях с существенным повышением температуры и давления в реакторе радиоактивный газ и аэрозоли сбрасываются из газовой системы в это помещение, где происходит конденсация аэрозолей

Страховочный корпус реактора

Окружает основной корпус реактора для исключения выхода радиоактивного натрия в шахту реактора и его взаимодействия с воздухом; герметичность основного и страховочного корпусов постоянно контролируется

Поддон из тугоплавкого металла в нижней части корпуса реактора

Обеспечивает надежную локализацию и охлаждение кориума внутри реактора при постулируемой аварии с плавлением активной зоны

 

Среди пассивных средств безопасности реактора БН-1200 новым по отношению к РУ БН-800 являются поглощающие стержни для аварийной остановки реактора с температурным принципом срабатывания, более эффективная и действующая пассивным образом система аварийного отвода тепла, а также герметичное надреакторное помещение для удержания радиоактивных продуктов при авариях.

Повышение безопасности при обращении с ОТВС

В соответствии со Стратегией развития атомной энергетики России в первой половине XXI века, одним из основных требований принципа естественной безопасности является распространение свойств внутренней самозащищенности на весь топливный цикл. В пределах реакторной установки это относится, в первую очередь, к системе выгрузки отработавших ТВС.

Для исключения возможности аварий с выходом радиоактивности при выгрузке отработавших ТВС в проекте предусмотрен ряд мер. Благодаря снижению энергонапряженности активной зоны и длительной  выдержке отработавших ТВС во внутриреакторном хранилище (два года вместо полугода в проектах БН-600 и БН-800), их остаточное энерговыделение существенно уменьшается. Удельное энерговыделение в топливе снижено с ~6 до 2 Вт/см3. Такое снижение остаточного энерговыделения обеспечило возможность безопасной транспортировки и отмывки ОТВС перед их установкой  в бассейн выдержки. При этом из состава РУ удалось исключить барабан отработавших сборок как источник возможных аварий с радиоактивным натрием.

Конструктивные решения по исключению или ограничению течей натрия

Как следует из вышеизложенного, принятые в проекте БН-1200 технические решения позволяют исключить течи радиоактивного натрия в помещения реакторной установки, и, соответственно, исключить возможность натриевых пожаров с образованием радиоактивных аэрозолей.

Для повышения технической безопасности установки в проекте БН-1200 приняты также меры по сведению к минимуму возможности течей нерадиоактивного натрия. Это обеспечено за счет существенного (примерно в 2,8 раза по сравнению с БН-800) снижения протяженности трубопроводов второго контура благодаря переходу на парогенераторы корпусного типа, применению сильфонных компенсаторов и полному окожухованию трубопроводов.

Оценка эффективности технических решений, соответствующих принципу естественной безопасности

В проектах РУ БН-600 и БН-800 рассматриваются следующие аварии с тяжелыми последствиями:

обесточивание энергоблока и отказ системы аварийного отвода тепла (САОТ) от реактора;

обесточивание энергоблока и отказ систем остановки реактора.

В РУ БН-1200 авария с отказом САОТ возможна лишь в случае, если во всех ее четырех каналах не открылись шиберы (заслонки) воздушных теплообменников. Для обеспечения функционирования САОТ в полностью пассивном режиме прорабатывается вариант открытия шиберов без применения источников электроснабжения. Дополнительно рассматривается возможность работы САОТ с приоткрытыми шиберами при нормальной эксплуатации РУ с протечкой воздуха через воздушный теплообменник, минимально необходимой для исключения нарушения целостности корпуса реактора и тяжелого повреждения активной зоны. Реализация указанных решений позволит исключить аварию с полным отказом САОТ из числа технически возможных для РУ БН-1200.

Что касается аварии с полным обесточиванием энергоблока и отказом активных систем остановки реактора, то наличие в проекте дополнительно двух пассивных систем остановки, основанных на различных принципах действия, исключает возможность тяжелого повреждения активной зоны при указанном выше наложении на исходное событие сопутствующих отказов систем и элементов РУ.

Развитые свойства внутренней самозащищенности и наличие в проекте БН-1200 различных пассивных средств позволяют исключить необходимость эвакуации населения за пределами промплощадки при любых технически возможных авариях. Тем самым обеспечивается соответствие РУ БН-1200 принципу естественной безопасности.

Вернуться на главную