Реакторы атомных станций. Проектирование и эксплуатация

АЭС с реактором БН-350 в г. Актау (Шевченко) работала с 1973 по 2000гг. Остановлена по политическим причинам.

Реакторная установка имеет 6 петель охлаждения, в состав каждой из которых входят расположенные вне реактора отсекающие входная и выходная задвижки, циркуляционные натриевые насосы первого и промежуточного контуров, промежуточный теплообменник и парогенераторная установка в составе двух испарителей и одного пароперегревателя.

Таблица 5

Основные проектные показатели реакторов БН-350 и БН-600

Показатель

БН-350

БН-600

Электрическая мощность

Эквивалентная

350

600

непосредственная

150

600

Температура натрия на входе в реактор, ºС

300

380

Температура натрия на выходе из реактора, ºС

500

550

Давление пара на выходе из парогенератора, МПа

5

14

Температура пара на выходе из парогенератора, ºС

435

505

Одно из преимуществ жидкометаллического теплоносителя - возможность использования паротурбинных установок обычной теплоэнергетики, так как в связи с высокими температурами теплоносителя давление и температура пара перед турбиной могут быть существенно выше, чем для турбин на АЭС с водяным теплоносителем. С этой точки зрения параметры пара для АЭС с БН-350 могли быть выбраны существенно более высокие. Однако сооружение этой АЭС было связано с конкретной технологической задачей получения больших количеств опресненной морской воды для промышленных и бытовых нужд, а также для теплоснабжения г. Шевченко (современный Актау). Таким образом, АЭС с БН-350 является трехцелевой.

Топливные сборки активной зоны реактора БН-350 и зоны воспроизводства помещены в напорном коллекторе, смонтированном на напорной камере корпуса реактора. Активная зона состоит из топливных сборок с ядерным топливом – диоксидом урана значительного обогащения. По торцам и периметру она окружена экраном – зоной воспроизводства из диоксида обедненного урана. Торцевой экран смонтирован в сборках активной зоны, боковой экран образован топливными сборками с твэлами зоны воспроизводства. Корпус реактора представляет собой сосуд переменного диаметра (в наиболее широком месте – 6 м) из нержавеющей стали. Нижняя часть корпуса образует напорную камеру, в которой по трубопроводам поступает натрий от насосов. Протекая снизу вверх через активную зону и зону воспроизводства, натрий нагревается и через верхнюю смесительную камеру корпуса по трубопроводам направляется в теплообменники. Для предотвращения утечки натрия при разгерметизации основной корпус заключен в страховочный кожух. Внутренняя поверхность корпуса и выходные патрубки имеют экраны, снижающие температурные напряжения при быстром изменении температуры теплоносителя. Охлаждение корпуса обеспечивается «холодным» натрием, протекающим из напорной камеры в зазоре между стенками корпуса и тепловым экраном. В качестве материала биологической защиты вне реактора использованы железорудный концентрат, графит, сталь, бетон.

Топливные сборки загружают и выгружают комплексом механизмов: механизмом перегрузки, установленным на малой поворотной пробке и переставляющим ТВС внутри реактора; элеваторами загрузки-выгрузки, транспортирующими топливные сборки из реактора в перегрузочный бокс и обратно; механизмом передачи топливных сборок, расположенном в герметичном боксе и передающим отработанные топливные сборки из реактора во внешнее хранилище и свежие – из хранилища в реактор.

АЭС с реактором БН-600

Серийные паровые турбины обычной теплоэнергетики как высокого, так и сверхвысокого давления рассчитаны на начальный и промежуточный перегрев пара. Реакторы с натриевым теплоносителем предоставляют возможность использования таких турбин, которая реализована на третьем блоке Белоярской АЭС, работающем с 1980 г. с реактором БН-600.

Реактор (по сравнению с БН-350) имеет большую мощность, и что особенно важно, температура натрия после реактора и промежуточного натриевого теплообменника выше. Это позволило существенно увеличить температуру перегретого пара.

Компоновка реактора принята интегральная (бакового типа). Активная зона, насосы, промежуточные теплообменники и биологическая защита размещены совместно в корпусе реактора. Активная зона и зона воспроизводства смонтированы в напорной камере, где расход теплоносителя распределяется по топливным сборкам соответственно их тепловыделению.

Для АЭС с БН-600 применены серийные турбины мощностью 200 МВт с давлением пара перед турбиной 13 МПа. Однако присущие этой турбине температуры начального перегрева пара перед турбиной и промежуточная температура перегрева 540ºС не могли быть достигнуты из-за недостаточной температуры натрия после промежуточного теплообменника (520ºС). В связи с этим для турбин установки БН-600 и начальный, и промежуточный перегрев пара составляет 505ºС.

Газоохлаждаемые реакторы Реактор с графитовым замедлителем имеет более длинную историю, чем любой другой тип реакторов, поскольку первая критическая сборка, построенная под руководством Энрико Ферми в Чикаго в декабре 1942 г., представляла собой реактор с графитовым замедлителем на естественном уране.

Реакторы HTGR являются еще одним усовершенствованным типом газоохлаждаемого реактора. В HTGR в качестве замедлителя используется графит, а теплоносителем является гелий. Гелий – инертный газ, который не вступает в химическое взаимодействие с графитом даже при высоких температурах. Поэтому на выходе из реактора теплоноситель может иметь более высокую температуру, чем в AGR. Разработаны два прототипа реактора – с призматическими ТВС и шаровыми твэлами.

Атомные электростанции с натриевым теплоносителем Жидкометаллический теплоноситель может использоваться в реакторах, как на тепловых, так и на быстрых нейтронах, в последнем случае коэффициент воспроизводства ядерного горючего больше единицы. Преимущество такого теплоносителя – возможность работы при низких давлениях (0,5 МПа) в первом контуре. Значительная в сравнении с водным и газовым теплоносителями плотность жидких металлов позволяет перекачивать малые объемы, т.е. уменьшать диаметр трубопроводов и расходы на собственные нужды, а также обеспечивать высокий коэффициент теплоотдачи от поверхности оболочки твэла к теплоносителю, что позволяет при той же температуре оболочки получать более высокие температуры теплоносителя. Пока для АЭС используется в качестве теплоносителя жидкий натрий, но рассматриваются и исследуются варианты использования эвтектических сплавов Na-K, Pb-Bi, а также Hg.

Атомная энергетика