СПОСОБ РЕКОНСТРУКЦИИ АКТИВНОЙ ЗОНЫ КАНАЛЬНОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

Изобретение относится к технике эксплуатации канальных ядерных реакторов, в частности касается способа реконструкции активной зоны канального ядерного реактора, и может быть использовано при проведении капитальных ремонтов по массовой замене технологических каналов.

В процессе эксплуатации реакторов РБМК-1000 технологические каналы (ТК) и графитовая кладка, являющиеся основными конструктивными элементами активной зоны, испытывают необратимые деформации и нарушения целостности материала [1]. Необратимые деформации технологических каналов обусловлены воздействием радиационного облучения при высоких температурах ~280^oС и давлении ~80 атм теплоносителя. Эти деформации приводят к увеличению диаметра, удлинению и в некоторой степени утонению стенок ТК. Необратимые деформации графитовых блоков обусловлены воздействием радиационного облучения и высоких температур (до 650^oС), что приводит к уменьшению диаметра отверстий графитовых блоков и высоты графитовых колонн. Под воздействием отмеченных выше факторов в переходных соединениях ТК могут появляться и развиваться в размерах трещины. Уменьшение диаметра отверстий графитовых блоков (радиационная усадка) и увеличение диаметра ТК (радиационная ползучесть) приводит к уменьшению и в конечном итоге к полному выбору технологического зазора в системе ТК - графит. Процесс исчерпания (уменьшения) технологического зазора в общем виде связан линейно с ростом поканальных энерговыработок (фиг. 1).

Ближайшим аналогом заявляемого изобретения является способ реконструкции активной зоны реактора РБМК-1000 [2] , который заключается в следующем. Массовую замену технологических каналов проводили в один прием с полной заменой всех технологических каналов по критерию предельно установленного (критического) значения достигнутой в ячейках поканальной энерговыработки. Срок полной замены каналов по этому критерию практически наступал через 16-17 лет. Учет энерговыработки ведется непрерывно по каждому каналу. Максимальная поканальная энерговыработка, по достижении которой эксплуатация реактора останавливается, (см. фиг. 2) определялась на основе измерений и вероятностных оценок. Полная массовая замена ТК (МЗТК) сопровождалась восстановлением проектного состояния технологического зазора методом расточки на исходный размер диаметра отверстий графитовых блоков. В процессе массовой замены ТК на энергоблоках ЛАЭС были проведены расширенные (~25% от общего числа) измерения внутренних диаметров ТК и диаметров отверстий графитовых блоков. Результаты измерений сводятся к следующим:
1. Разброс значений внутренних диаметров ТК в построенной зависимости Д = Д(Е) достигает 250%.

2. Разброс значений диаметров отверстий графитовых блоков в той же зависимости имеет более строгий вид и не превышает 50%.

3. При проведении МЗТК на энергоблоках были заменены и выведены из эксплуатации технологические каналы, совокупный остаточный ресурс которых составляет ~20% от использованного.

Недостатком такого способа реконструкции реакторов является неэффективное использование ресурса технологических каналов, т.к. при таком подходе удаляются заменяются и те каналы, которые еще фактически сохранили свою работоспособность и соответствуют критериям безопасной эксплуатации для системы технологический канал - графит.

В результате всестороннего анализа состояния извлеченных ТК, состояния графитовых блоков в ячейках с замененными ТК на базе прямых измерений и послереакторных исследований было установлено, что по критериям безопасной эксплуатации примерно в 70% ячеек реактора была допустима дальнейшая эксплуатация ТК без проведения их замены на первом этапе. Замена этих каналов могла осуществляться в последующие этапы с распределением по срокам до 8 лет.

Задача, решаемая изобретением, заключается в обеспечении максимально возможного использования ресурса каждого конкретного ТК, в увеличении выработки электроэнергии.

Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что в способе реконструкции активной зоны канального ядерного реактора, включающем операции по замене технологических каналов при достижении в ячейках реактора установленных поканальных энерговыработок, предложено замену технологических каналов производить поэтапно, при этом на каждом этапе заменять каналы, у которых совокупно энерговыработка и внутренний диаметр превысили пороговую для данного этапа величину, и те, у которых зафиксировано нарушение целостности металла технологического канала. Кроме того, предложено пороговую величину энерговыработки определять при заданном значении технологического зазора из графической зависимости величины зазора от энерговыработки, а пороговую величину внутреннего диаметра определять при заданном значении технологического зазора из графической зависимости величины внутреннего диаметра от технологического зазора, и при проведении УЗ-контроля выявлять и заменять те каналы, у которых в переходном соединении сталь - цирконий обнаружены трещины глубиной 0,3 мм и более.

Признак 1 - замену технологических каналов проводят поэтапно, а не в один прием. Известным признаком необходимости МЗТК является остановка реактора для полной замены ТК при достижении максимальных поканальных энерговыработок предельного значения. Существенное отличие признака 1 состоит в том, что при достижении в ячейках реактора предельных значений поканальных энерговыработок реактор останавливается для замены ТК и заменяют только те каналы, которые по накопленным поканальным энерговыработкам и в связи с этими накопленными значениями необратимых деформаций и состоянием целостности металла могут достичь предельного состояния. Признак 1 позволяет увеличить использование совокупного ресурса ТК до 8%. Признак 2 - в группе каналов, выделенной по признаку 1, проводят измерения внутреннего диаметра всех ТК и заменяют только те каналы, значение внутреннего диаметра которых превышают установленную предельную величину, например 81,50 мм. Признак 2 позволяет также увеличить использование совокупного ресурса ТК. Признак 3 - в группе каналов, выделенной для замены по признаку 1, за вычетом каналов, выделенных для замены по признаку 2, проводят УЗ-контроль всех ТК и заменяют все ТК с выявленными дефектами. Количество ТК, подлежащих замене по признакам 2 и 3, как показывает практика, составляет ~30% от общего числа, выделенных по признаку 1. В итоге многоэтапной замены использование признаков 1, 2, 3 позволяет увеличить использование совокупного ресурса ТК как минимум на 20%. Определение пороговых величин поканальных энерговыработок (Е₀), выше которой проводится контроль ТК и их замена по критериям внутреннего диаметра и УЗ-контроля, выполняется следующим образом:
1. На основе проведенного ранее выборочного контроля внутренних диаметров ТК и диаметров отверстий графитовых блоков строится консервативная (с учетом максимальных деформаций) зависимость уменьшения технологического зазора от поканальных энерговыработок, фиг. 1., где Δ - зазор технологический между ТК и графитовой кладкой, мм; Δ_o - исходное значение зазора, мм; Е - поканальная энерговыработка, МВт•сут.

В общем виде зависимость между величиной исчерпания (уменьшения) технологического зазора и поканальной энерговыработкой характеризуется выражением
Δ=К•10^-4•Е,
где Δ - величина исчерпания (уменьшения) технологического зазора, мм;
Е - поканальная энерговыработка, МВт•сут;
К - размерный коэффициент, характеризующий динамику формоизменения ТК и графита для данного реактора, мм/МВт•сут.

2. Устанавливается необходимый гарантированный запас технологического зазора (Δ₁), который обеспечивает безопасную работу реактора в течение срока до следующего этапа МЗТК, и в соответствии с этим по графику определяется Е₀ - предельно допустимая поканальная энерговыработка (МВт•сут). ΔЕ - интервал поканальных энерговыработок от порогового до максимального, в пределах которых проводится выявление каналов по признакам 2 и 3 для замены.

Характерный вид распределения ячеек (N) в зависимости от поканальных энерговыработок на первом и втором этапах показан на фиг. 2, где N - количество ячеек, шт. ; Е - поканальная энерговыработка, МВт/сут; E₁ - поканальная выработка для первого этапа; Е₂ - поканальная выработка для второго этапа.

Заштрихованная область - это ТК, которые подвергаются контролю и часть из которых (~30%) подлежит замене.

Заштрихованная область Е₀₂ объединяет ТК (ячейки), в которых проводятся те же работы, что и с ТК, находящимися в заштрихованной области первого этапа E₀₁. E₀₂ определяется аналогично E₀₁. В правой незаштрихованной области Е₀₂ (фиг. 2) заменяются ТК по измерениям первого этапа. Замена всех ТК реактора проводится в 3 - 4 этапа с интервалом между этапами 1,5 - 2,0 года.

Выбор порогового значения внутреннего диаметра, выше которого проводится замена ТК, аналогичен выбору Е₀.

1. На основе проводимого ранее выборочного контроля строится консервативная зависимость значения зазора от значения внутреннего диаметра ТК (фиг. 3).

2. Устанавливают необходимый гарантированный запас технологического зазора Δ₂, который обеспечивает безопасную работу реактора в течение срока до следующего этапа МЗТК, и в соответствии с этим по графику определяется Д₀₁.

Примечание: Δ₁ и Δ₂ относятся к различным (по характеристикам поканальных энерговыработок) группам ячеек и в общем случае не равняются между собой.

Способ реконструкции активной зоны поэтапно реализуется следующим образом:
1. Исходя из запланированного срока эксплуатации до следующего этапа МЗТК определяют нижнюю допустимую границу поканальных энерговыработок, ниже которых обеспечивается безопасная работа реактора в течение запланированного срока эксплуатации. Нижняя граница поканальных энерговыработок определяется на основе прямых измерений и консервативного подхода при обосновании дальнейшей безопасной эксплуатации ячеек с незамененными на данном этапе ТК.

2. Проводят измерения внутренних диаметров всех ТК в интервале поканальных энерговыработок от Emin до Еmax.

3. Исходя из запланированного срока эксплуатации определяют пороговое значение внутреннего диаметра ТК (Д₀₁), при значениях которого и ниже обеспечивается безопасная эксплуатация в течение запланированного срока. Дпор. определяется на основе полученной динамики формоизменения для каждого конкретного ТК и консервативного подхода при обосновании дальнейшей безопасной эксплуатации ячеек. Консервативный подход заключается в том, что при прогнозировании измерений в состоянии ТК и графита закладываются предельные максимальные характеристики.

4. Выделяется первая группа измеренных ТК для замены со значениями внутреннего диаметра > Дкр. ≥ Д₀₁.

5. Проводится ультразвуковой контроль с поканальной энерговыработкой от Emin до Еmах и со значениями внутреннего диаметра < Дкр.

6. Выделяется вторая группа ТК для замены с обнаруженными дефектами (трещинами) в соответствии с действиями, указанными в п.2 формулы изобретения.

7. Проводится замена первой и второй групп ТК.

При проведении второго и следующих этапов МЗТК последовательность операций способа замены сохраняется, при этом проконтролированные ранее ТК повторному контролю не подвергаются, т.к. ввиду сравнительно малых (до 2^х лет) интервалов между этапами МЗТК (XX) и известной динамики окружной ползучести для каждого конкретного ТК значения внутренних диаметров достаточно точно экстраполируются на момент очередного этапа МЗТК.

Источники информации
1. А. Н. Ананьев и др. Безопасность АЭС с канальными реакторами. М.: Энергоатомиздат, 1996 г.

2. В. И.Лебедев, Л.В.Шмаков и др. Безопасность АЭС с канальными реакторами. Реконструкция активной зоны. М.: Энергоатомиздат, 1997 г. (ближайший аналог).