a vver-1200 vízüzemének, vegyészetének, radioaktív

A VVER-1200 vízüzemének, vegyészetének, radioaktív hulladékkezelésének szakmai és biztonsági elemzése, értékelése, hatósági

kritériumok megfogalmazása Ősz J. (LG Energia Kft)

TSO Szeminárium

2015. április 29.

LG Energia Kft. z ö l d e n e r g e t i k a é s v í z ü z e m

Milyen ismeret alapján, milyen céllal?

• A VVER-1000 (-1200) blokkokról orosz szakirodalomban fellelhető hiányos információk.

• Személyes tapasztalat a Kalininszkaja AESZ VVER-1000/320 és Bushehr VVER-1000/446 blokkoknál.

• A paksi VVER-440 blokkok 30 év alatt felhalmozódott ismerete a megvalósult vízüzemi módosításokkal → VVER-1000 (és -1200), ill. a paksi 108 % VVER-440 összehasonlítása.

• Az oroszoknál nem használatos harmóniaelv (konstrukció, szerkezeti anyagok és vízkémia harmóniája) alkalmazása a NGB (primerkör) vízüzemére → a hazai nukleáris szakmának kell megfogalmazni az elvárt korszerű tervezési követelményeket az orosz tervezők felé – a finnekhez hasonlóan.

NGB névleges (számított) jellemzői

Jellemző Mértékegység VVER-1200 VVER-440

A fővízkör geometriai térfogata m3 290 205

A hurkok száma db 4 6

A hőhordozó névleges nyomása bar 162 125

A névleges nyomáshoz tartozó telítési hőmérséklet (ts)

oC 348,3 327,8

reaktorba lépő hőmérséklete (tGF) oC 298,2 266,0

reaktorból kilépő hőmérséklete (tR) oC 328,9 298

felmelegedése (Δt=tR-tGF) oC 30,7 32,0

ts-tR oC 19,4 29,8

térfogatárama m3/h 86000 41000

m3/s 23,889 11,389

Tömegárama ρ(162 bar, 298 oC)=728 kg/m3; ρ(125 bar, 266 oC)=783 kg/m3

kg/s 17391

8918

A reaktor számított hőteljesítménye MWth 3169 1487

VVER-1000 NGB fő és mellékvízkör

Konstrukció: hőhordozó áramlási és hőátviteli egyenlőtlenségeinek ismerete → multimédiás CFD modellel

• Üzemanyag: 4,79 % 235U, 3,3 % Gd2O3 tartalmazó UO2 pasztilla; fűtőelem-pálcák, kazetta: a hőfejődés egyenlőtlensége? ill. • Profilírozott fűtőelem kazetták: a hőfejlődés egyenlőtlensége <11 %.

• A hőhordozó átlagos áramlási sebességei → milyen mértékű egyenlőtlenségek fordulhatnak elő (nyitott kazetták)?

• A pálcafal és hőhordozó közötti átlagos hőátvitel → milyen mértékű egyenlőtlenségek fordulhatnak elő?

• A VVER-1200 11 %-al nagyobb felületi, 27 %-al nagyobb térfogati hőáram-sűrűség → nagyobb érzékenység a hőhordozó diszperz szennyeződéseire!

VVER-440 és VVER-1000 kazetta

Jellemző Mérték-egység

VVER-1200 VVER-440

Fűtőelem pálca dk/db mm 9,1/7,73 9,1/7,73

Pálca hossza mm 3750 2500

Pálca/kazetta db 312 126

Kazetta/reaktor db 163 312 munka

SZBV kazetta db (7+30)x126

Szabályzó (és BV) rúdcsoport db 121x18

SZBV rudak B4C+Dy2O3+TiO2

B4C

Reaktortartály és aktív zóna


Reaktortartály belső átmérője mm 4232 3524

falvastagsága mm 197,5 135

térfogata m3 130 105

Az aktív zóna ekvivalens átmérője mm 3160 3890

aktív magassága mm 3750 2500

térfogata m3 29,4 16,4

A fűtőelemek térfogata m3 12,4 6,4

A hőhordozó térfogata m3 17,0 10,0

névleges térfogati hőáram-sűrűsége MWth/m3 188,3 148,5

A fűtőelemek felülete m2 5449 3141

névleges felületi hőáram-sűrűsége kWth/m2 587 529

A fűtőelemek hossza m 190.710 98.280

Névleges lineáris hőáram-sűrűség kWth/m 16,8 15,1

VVER-440 és VVER-1200 reaktortartály

Hőhordozó átlagos áramlási sebességek


Hurkok csővezetékében Db mm 850 492

w m/s 10,5 10,0

Reaktortartály gyűrűbenDk/Db, mm 4232/3620 3524/3230

w m/s 6,3 7,3

Aktív zónában, A m2 4,533 3,698

w m/s 5,3 4,0

Védőcső-blokkban, A m2 9,420 4,563

w m/s 2,5 2,5

Gőzfejlesztő kollektorban Db mm 1,176 0,800

w m/s 5,5 3,8

Gőzfejlesztő hőátadó csövekben, A m2 1,456 0,757

w m/s 4,1 2,5

Pálcafal és hőhordozó közötti átlagos hőátadás


A pálca külső átmérője mm 9,1 9,1

falvastagsága mm 0,685 0,685

A pálca belső átmérője mm 7,73 7,73

A pálcaosztás típusa háromszög háromszög

Pálcaosztás mm 12,75 12,75

A pálcák száma egy kazettában db 312 126

A kazetta áramlási keresztmetszete m2 0,02959 0,00997

A csatorna hidraulikai átmérője mm 10,0 10,0

A hőhordozó átlagos áramlási sebessége m/s 5,3 4,0

A hőhordozó és a pálcafal közti hőátadási tényező kW/m2K 16,9 10,4

hőmérsékletkülönbség oC 14,9 16,8

A pálcafal külső hőmérséklete oC 328,4 298,8

A fővízköri nyomás telítési hőmérséklete oC 348,3 327,8

Telítési és fal külső hőmérséklet különbsége oC 19,9 29,0

A pálcafal belső hőmérséklete oC 346,5 315,3

hőmérsékletkülönbség oC 20,1 16,5

Szerkezeti anyag

• Reaktortartály: 15H2NMFA + 9 mm GF hőátadó csövek anyagminőségével azonos plattírozás.

• Hurkok: 08H18N10T, de vannak a kollektorok anyagminőségével megegyező blokkok is → ausztenites acél!

• Fűtőelem-pálcák: ZrNb1; pálcatartók, vezető és műszercsövek: ZrNb2,5. • GF hőátadó csövek: 08H18N10T, ill. 08H18N12T (pl. Bushehr) →

feszültségkorróziós hajlam csökkentése [Zubcenko]: • ausztenites- ferrites acél (>3-5 % δ-ferrit), • 03H21N32M3B (≈Incalloy-800), • 316 L „ 08H18N10T anyagminőséggel a 60 év élettartam nem biztosítható” [Karzov].

• Gőzfejlesztő kollektorok (és köpeny): 10GN2MFA + 6 mm plattírozás → 260-278, ill. 290 oC hőmérsékleten érzékeny a feszültségkorrózióra! → ausztenites acél, ill. a köpeny anyagminősége ne legyen érzékeny a SCC-re!

1995-ig 23 db VVER-1000 GF csere + 2 db felújított [Lukaszevics], 2007-ig 9 GF-ben 10+1 kollektor repedés [Harcenko]. Konstrukció módosítása, például

Vízkémia: a hőhordozó nagy tisztasága

• A pótvíz nagy tisztasága: • várt érték: κ25≈0,055 μS/cm, ill. újabban ρ25≈18,2 MΩcm és Cl-≤0,2 μg/kg,

SiO2≤3-5 μg/kg (τ≈8300 h/a);

• határérték: κ25≈0,1 μS/cm, ill ρ25≈10 MΩcm, Cl-≤1,0 μg/kg, SiO2≤10 μg/kg, (τ≈460 h/a);

• Nukleáris minősítésű szűrőanyagok (ioncserélő gyanták, jövőben a membránok) és vegyszerek használata.

• Zárt NGB → min. pótvíz-igény <1 t/h.

• A hőhordozó nagy tisztasága → paksi VVER-440 blokkoknál kialakult szakmakultúra elvárása az orosz tervezőktől!

A kloridion és oxigén koncentráció várt értéke/határértéke a fővízköri hőhordozóban

Jellemző Mértékegység U213-Pr-1744 paksi VVER-440

A hőhordozó kloridion koncentrációja mg/kg

• teljesítményüzemben /0,1 <0,05/0,1

•állás alatt /0,1 <0,1/0,15

A hőhordozó oxigén koncentrációja mg/kg

• teljesítményüzemben /0,005 0,000/0,01

•állás alatt telített telített

A hőhordozó bórsav koncentrációja [g/kg] a négy vegyészeti üzemállapotban Feltételezett változás teljesítményüzemben

Reaktor Teljesítményüzem Leállás Állás Indulás

VVER-440 7,6-0,0 0,0→>14,0 14,0-17,5 14,0→9,0→7,6

VVER-1200 8,5-0,0 0,0→>16,0 16,0-20,0 16,0→10,0→8,5

-

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000

c b

órs

av

[g

/kg

]

üzemidő [óra]

VVER-1200

VVER-440

A hőhordozó bórsav koncentrációjának szabályozása hígítással (M=257 t) teljesítményüzem végén ioncserével → 2VT OH gyantakapacitás?

0

5

10

15

20

25

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000

Mtk

[t/

100

óra

]

üzemidő [óra]

VVER-1200

VVER-440

Nagy (?) mennyiségű 41-46, ill. 16-20 g/kg bórsavoldat tárolása, időszakos tisztítása, az elpárolgó mennyiség (?) pótlása

A fővízköri hőhordozó hidrogén koncentrációjának szabályozása (N2H4 →) NH3 → H2 (30-60 Nml/kg helyett 2,25-4,5 mg/kg) vagy H2 adagolás (VVER-TOI) [Susakin] → jóval kevesebb adagolt vegyszer, kisebb gyantatérfogatok, és feldolgozandó hulladékvíz; De mennyivel?

A hőhordozó várható lítiumion-koncentrációja

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,2

2,4

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000

üzemidő [óra]

c lít

ium

ion

[m

g/k

g]

VVER-1200

VVER-440

4710 HeLinB

A VVER reaktorok 2005-től érvényes bórsav lúgosító kation koordinációja [U213-Pr-1744]

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

bórsav koncentráció [g/kg]

lúg

osít

ó k

ati

on

ko

ncen

tráció

[m

mo

l/kg

]

Lmax

Lmin

Lopt

]/[0,230,71,39

][ kgmmolccc

L NaLiK

Számított (Sweeton-Baes) oldott vas koncentrációk → kétszer nagyobb oldott (idővel diszperz) vas transzport a 30 oC-al nagyobb vízhőmérséklet miatt! → az 1VT korróziótermék-szűrője alig távolít el korrózióterméket, a VVER-TOI-nál már nem szerepel [Krickij]. Mi lesz helyette?

VVER-440

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9


old

ott

vas

ko

nc

en

trá

ció

[m

ikro

g/k

g]

266(Lmax)

266(Lmin)

266(Lopt)

298(Lmax)

298(Lmin)

298(Lopt)

VVER-1200

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9


old

ott

vas k

on

cen

tráció

[m

ikro

g/k

g]

298(Lmax)

298(Lmin)

298(Lopt)

329(Lmax)

329(Lmin)

329(Lopt)

A nagyobb (>60 MWthnap/kg U) üzemanyag-kiégés (és a kétszer nagyobb korróziótermék transzport) miatt a VVER-440-nél megszokottnál jóval több inhermetikus fűtőelemű kampányra számíthatunk! A fűtőelem-pálca oxidréteg vastagsága [μm] az üzemanyag kiégés [MWnap/kgU] függvényében (felső RBMK, alsó VVER) [Krickij]

Hazai feladatok közül néhány (szerintem)

• Az orosz megoldások újragondolása – a hazai VVER-440-nél megszerzett tudás (pl. zárt NGB hatása) és jobb megoldások (pl. szelektív hulladékvíz-gyűjtés, termikus regenerálású gyanta alkalmazása)!

• Több elemében (pl. hidrogéngáz-adagolás, nem működő 1VT korróziótermék-szűrés) az orosz szakemberek is változtatni akarnak, de hogyan?

• Hogyan várható el az 1 és 2 (?) VT vízkémia szabályozó funkciója nagy tisztaságú NGB-nél?

• Hogyan biztosítható a VVER-440-nél jóval több inhermetikus fűtőelemű kampányban a hatékony víztisztítás?

• Megközelíthető-e a 40-60 m3/1200 MWe (PWR) besűrített folyékony hulladék elvárt mennyiség?

• Indítás, leállás vízkémiájával mennyivel mérsékelhető a korróziótermék-felhalmozódás üteme?

• Ezek közül melyeket kell az OAH-nak megkövetelni – feltehetőleg az orosz tervezésnél szigorúbban?

Köszönöm a megtisztelő figyelmet!

a vver-1200 vízüzemének, vegyészetének, radioaktív

Documents