Исследование влияния пассивных систем на...

5-я научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»

Подольск, ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 29 мая – 1 июня 2007 г.

Исследование влияния пассивных систем на температурное

состояние твэл

И.В. Ёлкин, И.А. Липатов, С.М. Никонов,А.В. Капустин, А.В. Басов, А.А. Ровнов

ФГУП "ЭНИЦ", Электрогорск, Россия

В.И. ГудковМГТУ им. А.Н. Косыгина, Москва, Россия

5-я научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»

Подольск, ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 29 мая – 1 июня 2007 г.

Параметр Значение

Теплоноситель вода Масштаб установки: - объемно-мощностной - по нивелирным отметкам

1:300

1:1

Количество петель циркуляции 4

Первый контур

Давление до 20 МПа

Температура теплоносителя до 350 0С

Мощность в модели активной зоны до 10 МВт

Расход через сборку имитаторов твэл до 280 м3/ч

Число имитаторов твэл в сборке 168 шт.

Циркуляционные насосы Одно/двухфазная среда

Второй контур

Давление до 13 МПа

Температура пара до 320 0С

Температура питательной воды до 250 0С

Основные параметры стенда ПСБ-ВВЭР

5-я научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»

Подольск, ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 29 мая – 1 июня 2007 г.

Основная задача Получение экспериментальных данных для верификации системных расчетных кодов, ориентированных на анализ теплогидравлических процессов в РУ с ВВЭР

Вспомогательные задачи

Анализ методов и алгоритмов управления РУ при нарушении нормальных условий эксплуатации и аварийных режимах

Экспериментальное подтверждение работоспособности элементов и систем энергоблоков в различных режимах эксплуатации

Экспериментальная проверка инженерных решений, предлагаемых в новых проектах РУ

Назначение стенда ПСБ-ВВЭР

5-я научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»

Подольск, ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 29 мая – 1 июня 2007 г.

Новые системы стенда ПСБ-ВВЭР

• система имитации гильотинного разрыва "горячего" трубопровода (позволяет организовать и имитировать двухстороннее истечение теплоносителя из первого контура);• система имитации контейнмента (как граничное условие); • система, имитирующая СПОТ (как граничное условие);• система подачи газовой смеси на вход модели активной зоны; • система сдувки парогазовой смеси из "холодного" коллектора каждого парогенератора;• система гидроемкостей второй ступени.

5-я научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»

Подольск, ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 29 мая – 1 июня 2007 г.

Характеристика канала СПОТ

Система, имитирующая воздействие СПОТ

5-я научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»

Подольск, ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 29 мая – 1 июня 2007 г.

1 - сосуд ГЕ-2 (6 штук); 2 - трубопровод подачи воды;3 - уравнительная линия;4 - отсечной клапан уравнительной

линии;5 - отсечной клапан водяной линии;6 - регулирующие вентили.

Принципиальная схема канала ГЕ-2

5-я научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»

Подольск, ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 29 мая – 1 июня 2007 г.

5-я научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»

Подольск, ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 29 мая – 1 июня 2007 г.

0 10000 20000 30000t, c

-80

-60

-40

-20

0

20

D P , ê Ï à ë è í è ÿ d y 1 0

ë è í è ÿ d y 2 0

Перепад давления на уравнительном трубопроводе из трубы dy10 и dy20

5-я научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»

Подольск, ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 29 мая – 1 июня 2007 г.

Расходная характеристика канала системы ГЕ-2

0 1 0 0 0 0 2 0 0 0 0 3 0 0 0 0t, ñ

0

1 0

2 0

3 0

4 0

F , ã/ñ

0 .0

1 .5

3 .0

4 .5

6 .0

L , ìð àñõ î ä í àñòð î å í í û é

ð àñõ î ä çàä à í í û é

ó ð î â å í ü

5-я научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»

Подольск, ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 29 мая – 1 июня 2007 г.

ПараметрЗаданноезначение

Действительное значение

Погрешность измерения

Первый контур

Давление в ВКС, МПа 15,70 15,63 ± 0,05 МПа

Температура на входе в АЗ, С 291 293 ± 3,7 оС

Температура на выходе из АЗ, С 321 323 ± 4,2 оС

Мощность тепловыделяющей сборки, кВт 1500 1534 ± 15 кВт

Мощность на БУ, кВт 16,0 16,0 ± 0,4 кВт

Уровень теплоносителя в КД, м 8,8 8,9 ± 0,30 м

Второй контур

Давление, МПа 7,7 7,67÷7,74 ± 0,05 МПа

Уровень, м 2,23 2,21÷2,31 ± 0,08 м

Гидроемкости САОЗ

Давление, МПа 5,9 5,89÷5,93 ± 0,03 МПа

Уровень, м 5,67 5,60÷5,75 ± 0,07 м

Система имитации граничных условий контейнмента

Давление в емкости, МПа 0,3÷0,4 0,34 ± 0,02 МПа

Начальные условия экспериментовНачальные условия экспериментов

5-я научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»

Подольск, ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 29 мая – 1 июня 2007 г.

Сценарий экспериментаСценарий эксперимента = 0 сек: - открытие течи; - выбег всех ГЦН; - снижение мощности на рабочем и байпасном участке.L кд = 4,2 м: отключение электрической нагрузки компенсатора давления. = 6 сек: - прекращение сброса пара (имитация работы СРК турбины); - прекращение подачи питательной воды.Pвкс = 5,9 МПа: подключение штатных ГЕ САОЗ.Pвкс = 1,47 МПа: - подключение ГЕ-2; - начало подачи газовой смеси на вход в сборку имитаторов твэл. = 30 сек: подается команда на включение системы СПОТ в режим расхолаживания второго контура парогенераторов. Pвкс = 0,8 МПа: начинает закрываться запорная задвижка в линии течи со стороны парогенератора.Pвкс = 0,667 МПа: начинает закрываться запорная задвижка в линии течи со стороны реактора.Pвкс = 0,5 МПа: подключение системы имитации контейнмента. = 1000 сек: отсечение компенсатора давления от первого контура. = 84600 сек: окончание эксперимента.

5-я научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»

Подольск, ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 29 мая – 1 июня 2007 г.

Результаты экспериментовРезультаты экспериментов

Изменение давления первого и второго контура

0 30000 60000 90000t, c

0

4

8

12

16

P , Ì Ï à

0 40 80 120

0

4

8

12

16

Ï àð î ãå í åð àòî ð ¹ 1

Ï àð î ãå í åð àòî ð ¹ 2

Ï àð î ãå í åð àòî ð ¹ 3

Ï àð î ãå í åð àòî ð ¹ 4

Ï åð â û é ê î í òó ðÑ ð àá àòû â à í è å ÃÅ Ñ À Î Ç

Ñ ð àá àòû â à í è å ÃÅ-2

Ñ ð àá àòû â à í è å ÑÏ Î Ò Î òê ë þ ÷å í è å ÃÅ ÑÀ Î Ç

5-я научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»

Подольск, ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 29 мая – 1 июня 2007 г.

Результаты экспериментовРезультаты экспериментов

Расход из ГЕ-2

0 200 400 600t, c

0

10

20

30

40

50

F , ã/ñ

T H 0 7 F 0 1

T H 0 8 F 0 1

T H 0 9 F 0 1

T H 1 0 F 0 1

0 200 400 600t, ñ

-80

-60

-40

-20

0

D P , ê Ï à

0

1 5

3 0

4 5

6 0

F , ã/ñ

T H 0 7 F 0 1

T H 0 7 D P 0 1

Расход из одного канала ГЕ-2 и перепад давления на уравнительной линии

5-я научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»

Подольск, ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 29 мая – 1 июня 2007 г.

Результаты экспериментовРезультаты экспериментов

Расходная характеристика одного канала ГЕ-2

0 30000 60000 90000t, ñ

0

10

20

30

40

50

F , ã/ñ

ä åé ñòâ è òåë üí î å çí à÷å í è å

çàä à í í î å çí à÷å í è å

5-я научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»

Подольск, ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 29 мая – 1 июня 2007 г.

Результаты экспериментовРезультаты экспериментов

Изменение температуры прогретого слоя воды в зависимости от глубины прогрева

0 0.1 0.2 0.3 0.4h , ì

0

60

120

180

T , ° C

L 0 1 = 5 ,1 0 35 ,0 3 0 ì , t= 3 6 9 c

L 0 1 = 3 ,0 3 5,8 4 0 ì , t= 9 1 8 9 c

L 0 1 = 1 ,6 8 2,3 1 6 ì , t= 2 1 6 8 9 c

ê î í ä å í ñàò ï ð î ãð åâ â î ä û

5-я научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»

Подольск, ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 29 мая – 1 июня 2007 г.

Результаты экспериментовРезультаты экспериментов

Температура поверхности имитаторов твэл

0 30000 60000 90000t, c

0

200

400

600

800

Ò, ° Ñ â åð õ

ñåð åä è í à

í è ç

5-я научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»

Подольск, ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 29 мая – 1 июня 2007 г.

Оценка адекватности моделирования на стенде ПСБ-ВВЭР Оценка адекватности моделирования на стенде ПСБ-ВВЭР аварии с потерей теплоносителя при гильотинном разрыве аварии с потерей теплоносителя при гильотинном разрыве ГЦТ РУ ВВЭРГЦТ РУ ВВЭР

0 20000 40000 60000 80000

Время, сек

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

AA

Да

вл

ени

е в

РУ

ПСБ-ВВЭР. Гильотинный разрыв горячей нитки

0 20000 40000 60000 80000

Время, сек

0.000

0.004

0.008

0.012

0.016

0.020

AA

Тем

пе

ра

тур

а о

бо

ло

че

к Т

ВЭ

Л

ПСБ-ВВЭР. Гильотинный разрыв горячей нитки

Расхождение давления теплоносителя над активной зоной на

стенде ПСБ-ВВЭР и РУ ВВЭР

Расхождение температуры оболочек ТВЭЛ на стенде ПСБ-ВВЭР

и РУ ВВЭР

5-я научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»

Подольск, ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 29 мая – 1 июня 2007 г.

№ п/п Наименование явления

1 Истечение теплоносителя через разрыв

2 Сепарация фаз

3 Перемешивание и конденсация при впрыске воды САОЗ

4 Ограничение противотока

5 Образование водного бассейна в верхней камере

6 Теплообмен в активной зоне, включая кризис теплообмена

7 Унос жидкости в активной зоне и верхней камере

8 Влияние насоса на одно- и двухфазный поток

9 Тепловые потери и аккумулированное тепло

10 Двухфазный поток в первом и втором контуре ПГ

11 Захлебывание на верхней силовой решетке АЗ

12 Испарение капель в трубках парогенератора

13 Распространение фронта смачивания

14 Эффекты неконденсируемых газов

Перечень воспроизведенных явленийПеречень воспроизведенных явлений

5-я научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»

Подольск, ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 29 мая – 1 июня 2007 г.

ЗаключениеЗаключение

На стенде ПСБ-ВВЭР выполнены эксперименты, моделирующие аварию с разрывом

ГЦТ (гильотинный разрыв) на выходе из реактора с учетом работы пассивных систем

безопасности ГЕ-2 и СПОТ ПГ.

Анализ полученных экспериментальных данных показал:

- эффективность ГЕ-2 (при совместной работе со СПОТ) с точки зрения выполнения

критических функций безопасности - поддержание температуры поверхности твэл на

безопасном уровне;

- ГЕ-2 выходит на заданный расход в течение 5-7 с после её запуска;

- уравнительные линии полностью обезвоживаются в течение 300-400 с, при этом

наблюдается незначительное колебание расхода из ГЕ-2;

- из-за конденсации пара, поступающего через уравнительную линию в сосуды ГЕ-2,

имеет место увеличение количества воды в них, что приводит к увеличению времени

работы каждой ступени расхода.