66483
Проект ЯЭУ ледокола с эффективной мощностью (мощность на винтах) 40МВт
Дипломная
Производство и промышленные технологии
Произведен расчет тепловой схемы установки оборудования I контура. Произведен тепловой гидравлический и прочностной расчеты ПГ расчет ГЦН I контура. Техническое освидетельствование один раз в год; оборудование реакторной установки должно охлаждаться водой третьего контура с температурой не выше 40оС...
Русский
2014-08-22
4.19 MB
41 чел.
Оглавление
Основные сокращения.
АЗ аварийная защита,
АЗР активная зона реактора,
БЗ биологическая защита,
ВВРД водо-водяной реактор под давлением,
ГВД газ высокого давления,
ГТЗА главный турбозубчатый агрегат,
ГЦН главный циркуляционный насос,
ЕЦ естественная циркуляция,
ЖВЗ железоводная защита,
ЗО защитная оболочка,
ИИ ионизирующее излучение,
ИОФ ионно-обменный фильтр,
КГ компенсирующая группа,
КО компенсатор объема,
ОЦТ основной циркуляционный тракт,
ПГ парогенератор,
ППУ паропроизводящая установка,
ПТУ паротурбинная установка,
РУ реакторная установка,
ТВД турбина высокого давления,
ТВС тепловыделяющая сборка,
ТВЭЛ тепловыделяющий элемент,
ТНД турбина низкого давления,
ХФ холодильник фильтра,
ЦНР Циркуляционный насос расхолаживания,
ЭУ энергетическая установка,
ЯППУ ядерная паропроизводящая установка.
Аннотация
В данной дипломной работе рассматривается проект ЯЭУ для ледокола, обеспечивающей эффективную мощность (мощность на винтах) 40МВт.
Произведен расчет тепловой схемы установки оборудования I контура. Для реактора произведены детальные тепловой, гидравлический, нейтронно-физический и прочностной расчеты. Произведен тепловой, гидравлический и прочностной расчеты ПГ, расчет ГЦН I контура. В работе также рассчитывается биологическая защита установки. Произведен экономический расчет по укрупненным показателям.
1,Введение
Разработка и внедрение промышленных способов использования ядерной энергии - одно из важнейших научных достижений. Атомным технологиям нет альтернативы, без ядерной энергетики не возможно развитие экономики страны в целом. Ядерная энергетика - мощный фактор оздоровления экологической обстановки, так как с самого начала своего развития атомная энергетика поддерживает непревзойденный другими отраслями уровень безопасности и экологической чистоты.
Ядерные энергетические установки обладают рядом достоинств, обусловленных высокой энергоемкостью ядерного топлива. Эти особенности позволяют создавать для кораблей и судов установки неограниченной мощности, не нуждающиеся в запасах топлива, что обеспечивает практически любую дальность плавания и открывает широкие возможности для увеличения грузоподъемности и скорости судов.
Огромный опыт эксплуатации гражданских морских судов с ЯЭУ убедительно свидетельствует о том, что при грамотном и ответственном техническом использовании, обслуживании и ремонте обеспечивается высокий уровень надежности и безопасности судовых ЯРУ. Развитие стационарной и судовой ядерной энергетике привело к тому, что использование ЯЭУ становится экономически выгодным на судах транспортного флота.
Значимость освоения Северного морского пути для экономического развития России признана давно. Освоение Севера и его природных богатств во все времена было и остается причиной создания и совершенствования судов с ЯЭУ. Экономическая целесообразность дальнейшего освоения приполярных регионов Западной и Восточной Сибири со временем будет только возрастать, т.к. потребуется освоение перспективных газовых, нефтяных и, возможно, других месторождений в этих регионах. Но практическое их освоение и эффективное включение приполярных регионов в экономику России невозможно без мощного атомного флота.
Принятые в проекте ЯРУ технические решения базируются на решениях, проверенных при эксплуатации ядерных установок атомного гражданского флота России. Все атомные ледоколы, а также ледокольно-транспортный лихтеровоз - контейнеровоз "Севморпуть" оснащены аналогичными ядерными установками с наиболее распространенным и освоенным в мировой практике корпусным водо-водяным реактором.
За последние десятилетия накоплен уникальный опыт эксплуатации установок данного типа. В настоящее время в составе Российского атомного флота находятся атомные ледоколы "Арктика", "Сибирь", "Россия", "Советский Союз", "Ямал","50 лет победы", ледоколы с ограниченной осадкой совместной российско-финской постройки "Таймыр" и "Вайгач", лихтеровоз - контейнеровоз "Севморпуть". После почти 20 лет успешной эксплуатации с данным типом реакторной установки выведен из действия, выработав назначенный срок службы судовых конструкций, родоначальник атомного флота - ледокол "Ленин". К настоящему времени суммарная наработка этих реакторных установок превысила 150 реакторо-лет, при этом не было отмечено ни одного инцидента с нарушением управления реакцией деления или недопустимым распространением радиоактивности
Многолетний опыт эксплуатации судовых ЯЭУ и перспектив дальнейшего улучшения их технико-экономических показателей дает основание считать, что в ближайшие десятилетия развитие судовой ядерной энергетики будет определяться качественным совершенствованием реакторных установок с водой в качестве теплоносителя-замедлителя, а также систем управления. При предельной минимизации габаритных характеристик предпочтительной может оказаться блочная компоновка оборудования, поэтому эволюция блочных реакторных установок будет продолжаться. Нельзя также исключать, что поиск принципиально новых проектных решений с использованием других теплоносителей вместо воды приведет к прорывным решениям, обеспечивающим новые потребительские качества, которые будут дополнительно стимулировать строительство судов разных типов с ядерными энергетическими установками.
2.Требования к установке.
Разработка ЯППУ производилась исходя из следующих требований:
В основу создания ЯППУ положены следующие принципы:
«Регистр России предусматривает, что атомное судно, оборудованное одной АППУ, должно быть снабжено резервным источником энергии или резервной механической установкой для обеспечения движения и энергоснабжения при выходе из строя АППУ». К резервному источнику предъявляются следующие требования:
В качестве резервного двигателя предполагается использование дизельной установки мощностью 2000 кВт, с запасом топлива, обеспечивающим дальность хода не менее 200 миль.
3.Выбор материалов и компоновочных решений установки.
Судовой ядерной энергетической установкой называется комплекс оборудования, который на основе использования и преобразования ядерной энергии обеспечивает выработку тепловой, электрической или механической энергии, обусловленных ее функциональным назначением.
Получение ядерной энергии и ее преобразование в тепловую осуществляется в реакторной установке.
Преобразование тепловой энергии в механическую или электрическую осуществляется в паротурбинной установке (ПТУ). Передача энергии на движители осуществляется через редукторную механическую передачу (ГТЗА), которая включается в состав ПТУ. В ЯЭУ используется ПТУ, значит в реакторной установке вырабатывается пар и она называется ядерной паропроизводящей установкой (ЯППУ).
При выборе параметров и разработке ППУ на базе ЯЭУ использовались параметры и конструкция узлов ранее разработанных установок, кроме того, учитывались ранее выполненные разработки подобного вида, прототипы и литературные рекомендации.
Число возможных типов судовых ЯЭУ велико. Поэтому, учитывая все достоинства и недостатки, жесткие ограничения по габариту и весу, близость к размещению обслуживающего персонала выбираю однореакторную энергетическую установку с водо-водяным реактором корпусного типа блочной компоновки.
Многолетняя эксплуатация нескольких поколений судовых ЯЭУ с реакторами на воде в качестве теплоносителя-замедлителя показала, что они имеют достаточно высокие характеристики и по ресурсной надежности, и по безопасности. К достоинствам водяного теплоносителя-замедлителя можно отнести, в частности, дешевизну и простоту получения, отработанность конструкторских решений ВВРД.
В качестве материала для топливного сердечника выбираю двуокись урана UO2. Этому выбору способствовали его характеристики, такие как высокая температура плавления 2880оС, стабильность под облучением, стабильность при температурах, близких к температуре плавления, химическая устойчивость по отношению к воде, пару, совместимость с различными типами сталей, отработанность технологии получения, хранения и переработки. Изготовление топливных таблеток UO2 ведется методом порошковой металлургии: прессованием и спеканием, с последующим шлифованием.
Материал оболочек ТВЭЛ сталь 08Х18Н10Т. Выбор данного типа стали обусловлен ее широкой применяемостью в силовом машиностроении; отсутствием реакции с паром, характерной для циркония; хорошей коррозионной и жаростойкостью.
Для судовых ЯЭУ компоновка оборудования реакторной части имеет определяющее значение, поскольку многие характеристики, в том числе оптимальность решения вопросов безопасности, массогабаритные показатели, конструкция основного оборудования, его ремонтопригодность, в значительной степени зависят от вида компоновки.
ППУ - двухконтурная, в ней теплоноситель, циркулируя по замкнутому контуру, переносит теплоту из реактора в ПГ, где она передается рабочему телу второго контура. Важной особенностью является то, что радиоактивные среды ограничены первым контуром, рабочее тело ПТУ нерадиоактивно, что обеспечивает доступ к оборудованию второго контура; БЗ необходима для оборудования, связанного с первым контуром. Однако по составу оборудования двухконтурные установки сложнее одноконтурных, а их КПД ниже.
4.Выбор основных параметров установки.
С учетом опыта многолетней эксплуатации судовых и корабельных ЯЭУ различных поколений принимаем следующие параметры установки (I контур):
Принимаем следующие параметры II контура:
5.Описание принципиальной схемы ЯППУ.
Выбор ЯЭУ с ВВРД обусловлен тем, что в настоящее время они широко используются на подводных и надводных судах и зарекомендовали себя как очень надежные. Для получения необходимого количества пара выбрали двухконтурную установку с одноступенчатым регенеративным подогревом питательной воды, выбранная ступень смесительная (деаэратор).
Регенеративный подогрев используется в настоящее время на всех транспортных установках, несмотря на то, что отборы усложняют конструкцию турбины и повышают стоимость установки.
В состав ППУ входят следующие устройства и системы:
Системы нормальной эксплуатации включают в себя:
Кроме того, предусмотрена страховочная система ввода жидкого поглотителя для запроектных аварий.
Функционирование всех систем обеспечивается системой энергоснабжения (электроэнергия, гидро- и пневмоприводы), автоматического и дистанционного контроля.
В части выполнения функций безопасности указанные системы в полной мере удовлетворяют требованиям, предъявляемыми системам безопасности. Повышенная безопасность установки обеспечивается за счет оптимизации проверенных в условиях эксплуатации аналогов технических решений и применения систем, не требующих внешних энергоисточников.
5.1.Система первого контура.
Система I контура представляет собой герметичную высоконадежную замкнутую систему, рассчитанную на работу под высоким давлением и при высокой температуре, предназначенную для обеспечения теплосъема и переносу тепла от АЗР к теплоносителю II контура через ПГ. Рабочей средой I контура является вода высокой чистоты. I контур работает при давлении 15 МПа, при средней температуре 310 оС. При нарушении нормальных условий эксплуатации допускается кратковременное повышение давления до 18,75 МПа.
Система I контура включает в себя:
Для постоянного контроля за работой ППУ предусмотрены приборы технологического контроля.
Основной циркуляционный тракт.
Предназначен для снятия тепла с АЗР и передачи тепла рабочему телу II контура. Выполнен в виде четырех петель теплообмена, в которые входят реактор, четыре ПГ, четыре двухскоростных насоса. Представляет собой блочную конструкцию, в которой ПГ и ГЦН соединены с реактором короткими патрубкам типа «труба в трубе».
Реактор ВВРД гетерогенный, однозаходный, топливом является U235 с обогащением 6% в топливной композиции UO2. Тепловая мощность реактора Nтепл=170 МВТ.
Парогенератор противоточный, змеевиковый, с движением среды II контура внутри трубок, число 4 шт., паропроизводительность кг/с каждый.
Главный циркуляционный насос центробежный, одноступенчатый, бессальниковый с герметичным двухскоростным электродвигателем, число 4 шт . Смазка трущихся поверхностей подшипников, а также охлаждение ротора, перегородки и статора электродвигателя осуществляется водой I контура.
Четырех петлевая схема циркуляции теплоносителя обеспечивает достаточный уровень резервирования основного оборудования, а следовательно достаточный уровень теплоотвода от АЗР. Дополнительно надежность теплоотвода обеспечивается также тем, что циркуляция теплоносителя через реактор возможна тремя способами:
Вся мощность реактора равномерно распределяется между четырьмя петлями теплоотвода. При отключении одной из петель работа установки может быть продолжена мощности не более 75% от номинальной. При отключении двух петель не более 50% от номинальной мощности.
Система очистки и расхолаживания.
Система предназначена для поддержания в заданных пределах состава (качества) теплоносителя и недопущения накопления долгоживущей радиоактивности в нем и для отвода остаточных тепловыделений при нормальном, аварийном и ремонтном расхолаживании ППУ.
В состав системы входят:
Данная система подключена параллельно системе ОЦТ. Циркуляция теплоносителя через нее осуществляется за счет напора ГЦН, в режиме расхолаживания за счет ЦНР.
Система компенсации объема.
Система предназначена для поддержания необходимого давления при работе установки на любых уровнях мощности. В данной ППУ используется газовая система компенсации, состоящая из:
Система КО соединена с I контуром по теплоносителю со сливной камерой реактора выше АЗР, а по газу с группами газовых баллонов.
Система подпитки, проливки и заполнения контура.
Предназначена для контуров теплоносителем, подпитки I контура, для компенсации технологических отборов и потерь теплоносителя вследствие утечек и дренажирования, а также для снятия тепла с АЗР в случае разгерметизации I контура.
Состоит из:
Система воздухоудаления и дренажа.
Предназначена для:
Система состоит из:
Удаление воздуха из оборудования проводится через воздушники. Удаление теплоносителя из контура производится сжатым воздухом давлением 3-5 атм., подаваемого в КО.
Система отбора проб.
Служит для контроля за качеством воды и водного режима I контура путем периодического отбора проб теплоносителя. Эта система подключена к системе очистки, что обеспечивает возможность отбора проб холодного теплоносителя.
5.2Система второго контура.
Второй контур предназначен для получения перегретого пара из питательной воды за счет отвода тепла от теплоносителя I контура в ПГ. Кроме того, II контур является нормальным и аварийным каналами расхолаживания ППУ.
При использовании II контура в качестве канала нормального расхолаживания, подача питательной воды на вход в ПГ осуществляется из штатной конденсатно-питательной системы с помощью специальных электрических резервных питательных насосов. Отвод среды II контура после ПГ (пар, двухфазный поток, горячая вода) происходит в конденсаторы расхолаживания, охлаждаемые забортной водой. Получаемый конденсат возвращается на вход в ПГ с помощью конденсатных насосов.
В режиме аварийного расхолаживания подача питательной воды в ПГ осуществляется из цистерны запаса питательной воды с помощью аварийных питательных насосов. Сброс среды II контура происходит по той же схеме, что и при нормальном расхолаживании. Этот канал расхолаживания позволяет снимать остаточные тепловыделения при срабатывании АЗР с любого уровня мощности.
С целью обеспечения надежности каналы аварийного и нормального расхолаживания через ПГ выполнены в виде двух петель. В состав каждой петли входят: два ПГ, резервный питательный насос, аварийный питательный насос, конденсатный насос, конденсатор расхолаживания, трубопроводы и арматура, датчики теплотехнического контроля.
5.3Система третьего контура.
Контур предназначен для охлаждения основного оборудования реакторной установки и бака ЖВЗ. III контур так же может быть использован в режиме аварийного расхолаживания установки, что обеспечивает независимый от конденсаторов путь расхолаживания.
В состав III контура входят:
Теплоноситель из напорного коллектора поступает на охлаждение оборудования, в ХФ. Затем теплоноситель попадает в сборный коллектор, а оттуда в бак ЖВЗ. Из бака ЖВЗ охлаждающая вода отводится за пределы ППУ. На байпасе напорного трубопровода установлен ИОФ. Компенсацию температурных расширений воды бака ЖВЗ осуществляет расширительный бак. Гремучая смесь из бака ЖВЗ отводится в расширительный бак, а оттуда на сжигание.
5.4Система четвертого контура.
IV контур предназначен для отвода тепла от III контура через теплообменники III-IV контуров к забортной воде, которая является конечным теплоносителем.
В состав системы IV контура входят четыре насоса забортной воды, два ТО III-IV контуров, механические фильтры, трубопроводы и арматура.
В контуре обеспечена возможность отключения неисправного оборудования и возможность прохождения нормальных и аварийных режимов реакторной установки при работе одного теплообменника и одного насоса. Под действием напора работающего насоса вода по трубопроводам поступает теплообменники III-IV контуров, в которых охлаждается вода III контура и отводится за борт. При нормальном функционировании IV контура в работе находятся два насоса и два теплообменника.
6.Описание основных режимов работы установки
6.1Ввод ППУ в действие.
Ввод ППУ в действие состоит из следующих этапов:
Подготовка оборудования.
Перед подготовкой установки к эксплуатации проводятся:
Для приведения ППУ к исходному состоянию:
После проведения данных операций ППУ находится в исходном состоянии.
Перед вводом в действие ППУ производится:
Пуск реактора.
Перед пуском производится расчет ожидаемого критического положения КГ с учетом всех эффектов реактивности, а также проверяется работоспособность каналов измерения мощности. Пуск реактора производится дистанционно оператором и начинается поочередным подъемом групп стержней АЗ. После выхода групп АЗ на верхние концевики, на пульт оператора поступает соответствующая информация. Вывод на мощность с заданным периодом до уровня 1-1,5% от номинальной осуществляется оператором.
Разогрев.
При достижении уровня мощности 1-1,5% начинается разогрев теплоносителя со скоростью не более 100оС в час да средней температуры теплоносителя и номинального давления. во время разогрева системы I контура необходимо следить за:
Скорость разогрева регулируется расходом рабочей среды II контура. Мощность поднимается ступенями до достижения 10% от номинальной. При достижении заданных параметров включается система автоматического регулирования. Установка выходит на заданную мощность.
6.2Рабочий режим ППУ.
Уровень мощности реактора может меняться оператором через задатчик режима работы в системе управления питательного клапана. Поддержание постоянного уровня мощности обеспечивается саморегулированием, основанным на отрицательном температурном коэффициенте реактивности. Состав АЗР обеспечивает поддержание средней фактической температуры в пределах 5оС, без вмешательства органов регулирования. Номинальным режимом работы является режим, при котором ППУ выдает 100% мощности, т.е. 100% количества пара заданных параметров. Этот режим обеспечивается работой всех ПГ и ГЦН на 100% мощности. В некоторых режимах требуемая паропроизводительность может быть обеспечена работой различного числа секций ПГ, при работе ГЦН как на малой (1000 об/мин), так и на большой (3000 об/мин) скорости. Длительная работа на малой скорости на рекомендуется, т.к. увеличивается нагрузка на подшипники насоса.
6.3Режим планового вывода ЯЭУ.
Особенностью вывода ЯЭУ из работы, по сравнению с другим типом энергетических установок, является необходимость снятия остаточных тепловыделений с АЗР после снижения его физической мощности до нуля, т.е. обеспечение достаточно длительной надежной циркуляции теплоносителя через АЗР для отвода выделяемого в ней тепла. Плановый вывод ЯЭУ осуществляется путем следующих основных этапов:
6.4Аварийные режимы работы ППУ.
Аварийные режимы работы установки связаны с выходом из строя того или иного оборудования. При этом возможны варианты работы ППУ:
При срабатывании АЗ первого или второго рода может произойти резкое снижение температуры теплоносителя, если расход питательной воды в ПГ остался прежним. Это ведет к появлению дополнительных температурных напряжений в конструкциях. С целью их исключения предусматриваются одновременно со срабатыванием АЗ, снижение расхода питательной воды. Обычно это уменьшение доводится до 1,5-5% от расхода по II контуру. Если срабатывания АЗ не было, то ППУ переводится на один из режимов расхолаживания.
К аварийным ситуациям, для которых предусматриваются сигналы АЗ первого рода, относятся:
К аварийным ситуациям, для которых предусматриваются сигналы АЗ второго рода, относятся:
Все неполадки и повреждения ППУ можно разделить на две категории:
Течь в системе I контура.
При появлении течи в I контуре падает давление и уровень в КО. В случае малой течи, когда уровень давления падает медленно и величина падения не достигает уровня срабатывания АЗ необходимо уменьшить мощность реактора до 50% от номинальной и вести поиск течи. При обнаружении течи произвести ликвидацию аварии.
В случае быстрого падения уровня воды и давления в КО, т.е. при средней течи, автоматически закрываются клапаны в системе ГВД. Установка переводится в режим расхолаживания.
В случае разрыва контура циркуляции теплоносителя срабатывают органы АЗ, включается система проливки АЗР водой III контура для предотвращения расплавления ТВЭЛ.
Течь в системе ГВД.
При появлении течи в системе ГВД падает давление в I контуре. В случае малой течи, когда величина падения давления не достигает уровня срабатывания АЗ, необходимо:
В случае быстрого падения давления и срабатывания АЗ реактора, установку перевести в режим расхолаживания.
Появление активности пара.
В случае появления активности пара, что свидетельствует о разрыве трубной системы ПГ и проникновении теплоносителя I контура во II, подается сигнал снижения мощности на 70%, 50%, 40%. Одновременно отсекается, если возможно, текущая секция ПГ или весь ПГ по питательной воде и пару. При появлении одновременной или последовательной течи во всех ПГ срабатывает АЗ реактора, закрываются клапаны по питательной воде, паровые задвижки, и ППУ переводится в режим расхолаживания.
В данной устанокве предусмотрена двойная запорная арматура по питательной воде и пару.
Для локализации и предотвращения развития аварийных ситуаций предусмотрены системы безопасности, которые можно разделить, в зависимости от их назначения на три категории:
7.Расчет ЯППУ
7.1. Расчет тепловой схемы
Расчет основного цикла
Принимаем относительную величину потерь давления в главном паропроводе и запорной арматуре ; абсолютная величина потерь давления кПа
Давление на входе в турбину:
МПа
Принимаем величину снижения температуры в главном паропроводе
температура пара на входе в турбину
0С
Теплофизические параметры определяем из [3], поправочные коэффициенты, коэффициенты в уравнениях связи и т.д. определяем из [1]
Энтальпия и энтропия пара на входе в турбину:
= 3014 кДж/кг
= 6,6 кДж/кгК
Давление пара перед сепаратором
кПа
Давление пара за сепаратором
кПа
Энтальпия кипящей воды:
Принимаем переохлаждение конденсата кДж/кг
Энтальпия кипящей воды для давления конденсатора = 5
кДж/кг
Энтальпия конденсата, удаляемого из конденсатора
кДж/кг
Наибольший теоретически возможный нагрев воды
кДж/кг
Координаты точек цикла при входе в сепаратор и при выходе из него (совпадающей с точкой отбора):
Принимаем параметры базовой турбины, работающей без отборов
= 2,66
С
энтропия пара на входе в турбину при 0С
удельный объем пара на входе в турбину при 0С
энтальпия пара на входе в турбину при 0С
Адиабатный теплоперепад базовой турбины:
,
где , - энтальпия и энтропия сухого насыщенного пара при давлении в конденсаторе ; - абсолютная температура насыщенного пара, в кельвинах, при давлении ; - энтропия пара при начальных параметрах и .
Относительный эффективный КПД , где
- относительный эффективный КПД при K
- поправочный коэффициент
Механический КПД турбины
Внутренний КПД
Внутренний теплоперепад базовой турбины
кДж/кг
Расход пара при работе без отборов
кг/с
Коэффициенты и - уравнения линии состояния пара в турбине (для исходного цикла).
.
Начальный объемный расход пара
принимаем
м3/с
Поправка на различные значения КПД участков высокого и низкого давления
Коэффициент
Коэффициент принят равным 0,34
Коэффициенты качества отбора, соответствующие координатам и для исходного цикла
Внутренний теплоперепад участка высокого давления базовой турбины
кДж/кг
Внутренний теплоперепад участка низкого давления базовой турбины
кДж/кг
Адиабатный теплоперепад на участке высокого давления
, где
кДж/кг энтальпия сухого насыщенного пара при давлении ,
С абсолютная температура сухого насыщенного пара при давлении ,
кДж/кгК энтропия сухого насыщенного пара при давлении ,
кДж/кг.
Внутренний относительный КПД участка высокого давления
Относительное уменьшение КПД на участке высокого давления вследствие понижения температуры пара
, где
КПД турбины высокого давления при заданном значении температуры
Адиабатный теплоперепад при заданном значении температуры
кДж/кг
Внутренний теплоперепад участка высокого давления
кДж/кг
Конечная энтальпия пара
кДж/кг.
Конечная влажность пара , где
кДж/кг энтальпия насыщенного пара при давлении ,
кДж/кг теплота парообразования при давлении ,
Принимаем влажность на выходе из сепаратора
Энтальпия и температура пара при давлении и принятой влажности:
кДж/кг
К
КПД цикла Карно
, где
К температура в конденсаторе при давлении ,
Принимаем в первом приближении и средний КПД ступени (на участке низкого давления без учета влияния влажности).
Энтальпия пара при давлении на линии состояния пара исходного цикла
кДж/кг
Температура пара при давлении и энтальпии на линии состояния пара исходного цикла: К
КПД цикла Карно при температурах и
Перегрев пара К
Определяем коэффициент = 1,46
Произведение ∙ = 0.381
Уменьшение внутреннего теплоперепада вследствие уменьшения начальной энтальпии на участке низкого давления
кДж/кг
Внутренний теплоперепад в ТНД
кДж/кг
Внутренний теплоперепад во всем турбоагрегате
кДж/кг
Коэффициент качества точки отбора для ресивера:
Относительное количество влаги, отделяемое в сепараторе
Расход пара при работе без отборов
кг/с
Тепло, сообщаемое одному килограмму пара
кДж/кг
Расход тепла
МВт
Термический внутренний КПД
Энтальпия и влажность пара на входе в конденсатор
кДж/кг
, где
кДж/кг - энтальпия сухого насыщенного пара при давлении
кДж/кг - теплота парообразования сухого насыщенного пара при давлении
Определение коэффициентов качества отборов ПТУ, работающей с сепарацией
Координаты точек отбора:
Коэффициенты качества отбора:
Расчеты приведены в таблице №7.1.1
Таблица № 7.1.1
Величины |
Ступень |
, Па |
|
, |
2635,1 |
, |
473,2 |
, |
47,1 |
, |
0 |
, |
0 |
, |
47,1 |
Давление в деаэраторе принято равным Па
Этому давлению соответствует энтальпия кипящей воды ,2 , в связи с чем недогрев в ступени:
,1
Определение коэффициентов количества отборов , произведений и с сепарацией пара
Расчеты приведены в таблице №7.1.2
Таблица № 7.1.2
Величины |
Ступень |
Энтальпия пара в точке отбора , |
2635,1 |
Конечная энтальпия питательной воды , |
473,2 |
Повышение энтальпии воды , |
356,4 |
Тепло, отдаваемое 1 кг пара , |
2658,1 |
Тепло, отдаваемое 1 кг конденсата, поступающего из сепаратора влаги , |
416,84 |
0,134 |
|
0,157 |
|
Коэффициент количества отбора |
0,1534 |
Коэффициент качества отбора |
0,467 |
Коэффициент качества отбора |
0,457 |
0,055 |
|
0,066 |
Относительное увеличение расходов пара и тепла
Относительное увеличение расхода пара, вызываемое регенеративными отборами
Экономия от регенерации
Истинный расход пара на главную турбину
кг/с
Истинный расход пара на главную турбину
кВт.
Расчет установки, работающей в основном режиме
Истинный относительный расход тепла на дополнительные потребители при расходе энергии на первый контур 100СА = 2,5 % и = 40 МВт, принимаем %. Потребителей работающих отработавшим паром нет, следовательно .
Внешние потери тепла
кВт
Предварительно принятые расходы пара и тепла на установку:
кг/с
МВт
Расчет дополнительных потребителей
Результаты расчета дополнительных потребителей сведены в таблицу № 7.1.3
Таблица № 7.1.3
Наименование потребителя |
,кг/с |
,кг/с |
,кг/с |
,кВт |
|
Свежий пар |
Деаэратор |
||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
ПГНД |
0,71 |
0,71 |
- |
0,74 |
1787,7 |
ЦНПК |
1,13 |
1,13 |
0,022 |
2,5 |
6395 |
Турбогенератор |
6,32 |
6,32 |
- |
6,78 |
17350 |
Испаритель грязных конденсатов |
0,605 |
0,605 |
- |
0,324 |
829 |
Пароструйные эжекторы |
0,183 |
0,183 |
-0,177 |
0,095 |
242 |
Конденсатор системы уплотнений |
0,08 |
- |
-0,077 |
-0,08 |
-210 |
Испаритель бытовой и котловой воды |
0,045 |
- |
0,005 |
0,074 |
189 |
Потери в ОС системой регенеративного подогрева |
- |
- |
0,003 |
0,004 |
9,6 |
Сумма по всем потребителям |
9,073 |
8,948 |
-0,224 |
10,437 |
26592,3 |
где
видимый расход пара у потребителя,
изменение количества пара, поступающего из точки отбора n,
- истинный расход пара на потребитель,
- истинный расход тепла на потребитель.
Относительные расходы пара и тепла на все дополнительные потребители
%
%
Поскольку полученные значения относительных расходов пара и тепла на дополнительные потребители близки к принятым при предварительном расчете установки величинам, расчет дополнительных потребителей закончен.
Расчет установки в целом.
Расход пара на установку
кг/с
Расход тепла на установку
МВт
Термический КПД установки
, где
- относительные внешние потери,
Тепловая мощность реактора
МВт
Видимый расход пара на турбину
кг/с
Количество пара, поступающего из турбины в конденсатор
кг/с кг/с
Относительная мощность турбины высокого давления
Невязка баланса мощности
.
В результате расчета тепловой схемы установки определили:
Термический КПД установки
Тепловую мощность реактора МВт
Расходы пара и тепла на установку кг/с, МВт
Невязку баланса мощности .
7.2. Расчет парогенератора
Расчет температурных напоров
Результаты расчета температурных напоров сведены в таблицу № 7.2.1
Таблица № 7.2.1
№ |
Наименование |
Обозначение |
Размерность |
Формула или источник |
Значение |
Примечание |
|
1 контур |
2 контур |
||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
1 |
Расход перегретого пара |
Dпе |
Из расчёта тепловой схемы |
16,56 |
|||
2 |
Температура и давление перегретого пара |
tпе |
°c |
Из расчёта тепловой схемы |
300 |
||
Pпе |
МПа |
Из расчёта тепловой схемы |
2,9 |
||||
3 |
Принятое значение гидравлических потерь по второму контуру |
МПа |
По прототипу |
2 |
С учётом дросселирования |
||
4 |
Температура и давление питательной воды |
tпв |
°c |
Из расчёта тепловой схемы |
112,5 |
||
Pпв |
МПа |
Pпе + |
4,9 |
||||
5 |
Теплофизические свойства перегретого пара |
iпе |
Таблицы [3] |
3022103 |
|||
ρпе |
Таблицы [3] |
11,58 |
|||||
Prпе |
- |
Таблицы [3] |
1,024 |
||||
6 |
Теплофизические свойства питательной воды |
iпв |
Таблицы [3] |
475,2103 |
|||
ρпв |
Таблицы [3] |
951 |
|||||
Prпв |
- |
Таблицы [3] |
1,544 |
||||
7 |
Принятые значения гидравлических потерь пароперегревательного участка |
МПа |
По прототипу |
0,1 |
уточняется |
||
8 |
Давление насыщения |
Ps |
МПа |
+ |
3 |
||
9 |
Параметры воды на линии насыщения |
ts |
°c |
Таблицы [3] |
234 |
||
i |
Таблицы [3] |
1008103 |
|||||
i” |
Таблицы [3] |
2802103 |
|||||
r |
Таблицы [3] |
1,77∙106 |
|||||
ρ |
Таблицы [3] |
822 |
|||||
ρ” |
Таблицы [3] |
15 |
|||||
10 |
Тепловая мощность экономайзерного участка |
Qэк |
Вт |
Dпе ∙ (i - iпв) |
8,83∙106 |
||
11 |
Тепловая мощность испарительного участка |
Qисп |
Вт |
Dпе ∙ r |
29,3 ∙ 106 |
||
12 |
Тепловая мощность пароперегревательного участка |
Qпе |
Вт |
Dпе ∙ (iпе - i”) |
3,65 ∙ 106 |
||
13 |
Средняя температура греющего водяного теплоносителя |
tср |
°c |
0,5 ∙ (tвх + tвых) |
310 |
||
14 |
Средняя теплоёмкость греющего водяного теплоносителя |
Таблицы [3] |
6910 |
||||
15 |
Массовый расход теплоносителя первого контура |
D1 |
383 |
||||
16 |
Температура теплоносителя на входе в испарительный участок |
tисп |
°c |
tвх - |
318,25 |
||
17 |
Температура теплоносителя на входе в экономайзерный участок |
tэк |
°c |
tисп - |
304,25 |
||
18 |
Средний логарифмический температурный напор пароперегревательного участка |
°c |
44,7 |
||||
19 |
Средний логарифмический температурный напор испарительного участка |
°c |
77,2 |
||||
20 |
Средний логарифмический температурный напор экономайзерного участка |
°c |
119,5 |
||||
21 |
Принятое значение xкр на испарительном участке |
xкр |
РТМ 108.031.05-84 |
0,5 |
|||
22 |
Мощность испарительного участка с пузырьковым кипением |
Вт |
xкр ∙ Qисп |
14,65 ∙ 106 |
|||
23 |
Мощность испарительного участка с ухудшенным теплообменом |
Вт |
Qисп - |
14,65 ∙ 106 |
|||
24 |
Температура теплоносителя на границе участков |
°c |
0,5 ∙ (tисп - tэк) |
311,25 |
|||
25 |
Соответствующие температурные напоры |
°c |
73,9 |
||||
°c |
80,9 |
Рисунок 2.1 График температурных напоров.
Расчет конструктивных характеристик ПГ
Результаты расчета конструктивных характеристик ПГ сведены в таблицу № 7.2.2
Таблица № 7.2.2
№ |
Наименование |
Обозначение |
Размерность |
Формула или источник |
Значение |
Примечание |
|
1 контур |
2 контур |
||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
1 |
Принятое значение наружного диаметра трубок ПГ |
dнар |
м |
ГОСТ на сортамент |
0,018 |
||
2 |
Принятое значение внутреннего диаметра трубок ПГ |
dвн |
м |
ГОСТ на сортамент |
0,014 |
||
3 |
Принятый поперечный шаг навивки |
S1 |
м |
принято |
0,024 |
||
4 |
Принятый продольный шаг навивки |
S2 |
м |
принято |
0,023 |
||
5 |
Принятое значение скорости перегретого пара в трубках |
принято |
46,5 |
||||
6 |
Плотность перегретого пара |
ρпе |
см. табл. 2.1 |
11,58 |
|||
7 |
Количество параллельно включённых трубок |
n |
шт. |
200 |
|||
8 |
Видимое количество цилиндрических змеевиков |
z |
шт. |
Принято |
15 |
||
9 |
Наружный диаметр центральной трубы |
Dтр |
м |
15 ∙ dнар |
0,27 |
||
10 |
Внутренний диаметр корпуса |
Dвн |
м |
Dтр + 2 ∙ z ∙ S1 |
0,99 |
||
11 |
Площадь проходного сечения по первому контуру |
f1 |
м2 |
0,178 |
Высота цилиндрической навивки змеевиковой сборки определяется общей площадью поверхности теплопередачи Fпг равная . Расчёт слагаемых величин сведён в пункты 7.2.4-7.2.7.
Расчет площади поверхности экономайзерного участка
Результаты расчета площади поверхности экономайзерного участка сведены в таблицу № 7.2.3
Таблица № 7.2.3
№ |
Наименование |
Обозначение |
Размерность |
Формула или источник |
Значение |
Примечание |
|
1 контур |
2 контур |
||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
1 |
Мощность экономайзерного участка |
Qэк |
Вт |
Таблица 7.2.1 |
8,83∙106 |
||
2 |
Средний логарифмический температурный напор экономайзерного участка |
°c |
Таблица 7.2.1 |
119,5 |
|||
3 |
Толщина стенки трубы |
м |
0,5 ∙ (dнар + dвн) |
0,002 |
|||
4 |
Коэффициент теплопроводности сплавов |
справочник |
15 |
При °с |
|||
5 |
Теплофизические свойства питательной воды при |
Таблицы [3] |
895,6 |
||||
1,75 ∙10-7 |
|||||||
Pr |
1.011 |
||||||
0,677 |
|||||||
6 |
Скорость течения питательной воды внутри трубок |
Wэк |
0,6 |
||||
7 |
Теплофизические свойства теплоносителя при |
Таблицы [3] |
721,4 |
||||
1,21 ∙10-7 |
|||||||
Pr |
0,871 |
||||||
0,558 |
|||||||
8 |
Скорость обтекания трубчатки |
W1 |
2,75 |
||||
9 |
Число Рейнольдса |
Re |
4,08 ∙105 |
48,21∙ 103 |
|||
10 |
Коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке (поперечное обтекание) |
28,2∙ 103 |
|||||
11 |
Коэффициент теплоотдачи от стенки к рабочему телу при течении внутри трубок |
6,23∙ 103 |
|||||
12 |
Термическое сопротивление теплопередаче |
Rt эк |
3,29∙10-4 |
||||
13 |
Коэффициент теплопередачи на экономайзерном участке |
Кэк |
3038,1 |
||||
14 |
Площадь поверхности экономайзерного участка |
Fэк |
24,3 |
Выполненное нулевое приближение корректируется по данным гидравлического расчёта, а также при смене величины z.
Расчет площади поверхности участка пузырькового кипения
Результаты расчета площади поверхности экономайзерного участка сведены в таблицу № 7.2.4
Таблица №7. 2.4
№ |
Наименование |
Обозначение |
Размерность |
Формула или источник |
Значение |
Примечание |
|
1 контур |
2 контур |
||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
1 |
Мощность испарительного участка с пузырьковым кипением |
Вт |
Таблица 7.2.1 |
14,65 ∙ 106 |
|||
2 |
Средний логарифмический температурный напор участка пузырькового кипения |
°c |
Таблица 7.2.1 |
73,85 |
|||
3 |
Толщина стенки трубы |
м |
0,5 ∙ (dнар + dвн) |
0,002 |
|||
4 |
Коэффициент теплопроводности сплавов |
справочник |
15 |
При °с |
|||
5 |
Теплофизические свойства воды теплоносителя при |
Таблицы [3] |
708,7 |
||||
1,2 ∙10-7 |
|||||||
Pr |
0,893 |
||||||
0,546 |
|||||||
Ps |
МПа |
3 |
|||||
6 |
Скорость обтекания трубчатки |
W1 |
2,8 |
||||
7 |
Число Рейнольдса |
Re |
4,19 ∙105 |
||||
8 |
Коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке (поперечное обтекание) |
28,32 ∙ 103 |
|||||
9 |
Плотность теплового потока на участке |
qs |
Решение уравнения * |
386,8 ∙ 103 |
|||
10 |
Площадь поверхности участка с пузырьковым кипением |
37,87 |
*) Для коэффициента теплоотдачи от стенки к жидкости используется эмпирическая зависимость:
Расчет площади поверхности участка с ухудшенным теплообменом
Результаты расчета площади поверхности участка с ухудшенным теплообменом сведены в таблицу № 7.2.5
Таблица №7. 2.5
№ |
Наименование |
Обозначение |
Размерность |
Формула или источник |
Значение |
Примечание |
|
1 контур |
2 контур |
||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
1 |
Мощность испарительного участка с ухудшенным теплообменом |
Вт |
Таблица 7.2.1 |
14,65 ∙ 106 |
|||
2 |
Средний логарифмический температурный напор участка с ухудшенным теплообменом |
°c |
Таблица 7.2.1 |
80,9 |
|||
3 |
Толщина стенки трубы |
м |
0,5 ∙ (dнар + dвн) |
0,002 |
|||
4 |
Коэффициент теплопроводности сплавов |
справочник |
15 |
При °с |
|||
5 |
Теплофизические свойства воды второго контура при |
* |
Таблицы [3] |
15 |
x = 0,75 |
||
1,13 ∙ 10-6 |
|||||||
Pr |
1,262 |
||||||
0,047 |
|||||||
6 |
Скорость течения воды второго контура внутри трубок |
35,9 |
|||||
7 |
Теплофизические свойства теплоносителя при |
Таблицы [3] |
692 |
||||
1,19 ∙ 10-7 |
|||||||
Pr |
0,928 |
||||||
0,531 |
|||||||
8 |
Скорость обтекания трубчатки |
W1 |
2,87 |
||||
9 |
Число Рейнольдса |
Re |
4,34 ∙ 105 |
4,44 ∙ 104 |
|||
10 |
Коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке (поперечное обтекание) |
28,5∙ 103 |
|||||
11 |
Коэффициент теплоотдачи от стенки к рабочему телу при течении внутри трубок |
2826 |
|||||
12 |
Термическое сопротивление теплопередаче |
0,52∙10-4 |
|||||
13 |
Коэффициент теплопередачи на участке с ухудшенным теплообменом |
1014,7 |
|||||
14 |
Площадь поверхности участка с ухудшенным теплообменом |
94,6 |
Расчет площади поверхности пароперегревательного участка
Результаты расчета площади поверхности пароперегревательного участка сведены в таблицу № 7.2.6
Таблица № 7.2.6
№ |
Наименование |
Обозначение |
Размерность |
Формула или источник |
Значение |
Примечание |
|
1 контур |
2 контур |
||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
1 |
Тепловая мощность пароперегревательного участка |
Qпе |
Вт |
Таблица 7.2.1 |
3,65∙106 |
||
2 |
Средний логарифмический температурный напор пароперегревательного участка |
°c |
Таблица 7.2.1 |
44,75 |
|||
3 |
Толщина стенки трубы |
м |
0,5 ∙ (dнар + dвн) |
0,002 |
|||
4 |
Коэффициент теплопроводности сплавов |
справочник |
15 |
При °с |
|||
5 |
Теплофизические свойства воды второго контура при |
Таблицы [3] |
13,25 |
||||
1,42 ∙ 10-6 |
|||||||
Pr |
1,102 |
||||||
0,047 |
|||||||
6 |
Скорость течения воды второго контура внутри трубок |
40,65 |
|||||
7 |
Теплофизические свойства теплоносителя при |
Таблицы [3] |
680,56 |
||||
1,18 ∙10-7 |
|||||||
Pr |
0,956 |
||||||
0,522 |
|||||||
8 |
Скорость обтекания трубчатки |
W1 |
2,92 |
||||
9 |
Число Рейнольдса |
Re |
4,44 ∙ 105 |
4,02 ∙ 105 |
|||
10 |
Коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке (поперечное обтекание) |
28,6∙ 103 |
|||||
11 |
Коэффициент теплоотдачи от стенки к рабочему телу при течении внутри трубок |
2473 |
|||||
12 |
Термическое сопротивление теплопередаче |
5,72∙10-4 |
|||||
13 |
Коэффициент теплопередачи на пароперегревательном участке |
1746,7 |
|||||
14 |
Площадь поверхности пароперегревательного участка |
46,7 |
Расчет полной площади поверхности теплообмена и высоты навивки
Полная площадь поверхности теплообмена
Fпг = = 203,5 м2
Длина одной трубки
lед =18 м
Число витков
Принимаем
Общая высота навивки
м
В результате расчета парогенератора определили:
Тепловая мощность экономайзерного участка Qэк = 8,83∙106 Вт
Тепловая мощность испарительного участка Qисп =29,3 ∙ 106 Вт
Тепловая мощность перегревательного участка Qпе = 3,65 ∙ 106 Вт
Площадь поверхности теплопередачи экономайзерного участка Fэк=24,3 м2
Площадь поверхности теплопередачи на участке пузырькового кипения
м2
Площадь поверхности теплопередачи на участке с ухудшенным теплообменом м2
Площадь поверхности теплопередачи пароперегревательного участка
Fпг = 46,7м2
Полная площадь поверхности теплообмена Fпг = 203,5 м2
3. Расчет реактора.
7.3.1 Физический расчет ядерного реактора
Расчет коэффициента размножения в водо водяном реакторе на тепловых нейтронах.
Геометрические параметры активной зоны:
Диаметр ТВЭЛ мм
Толщина оболочки ТВЭЛ мм
Толщина стенки оболочки ТВС мм
Количество ТВЭЛ в ТВС
Шаг расположения ТВЭЛ в ТВС мм
Удельное тепловыделение МВт/м
Обогащение топлива %
Ядерно физические константы приведены в таблице № 7.3.1.1
Таблица № 7.3.1.1
UO2 |
Сталь 08Х18Н10Т |
H2O |
|||||
U 235 |
U 238 |
Fe |
Cr |
Ni |
H |
O |
|
Молекулярная (атомная) масса М, г/моль |
269,82 |
55,02 |
18 |
||||
Удельный вес γ, г/см3 |
10 |
7,87 |
0,704 |
||||
Сечение поглощения (при стандартной энергии), см2 |
683 |
2,71 |
2,53 |
3,1 |
4,8 |
0,332 |
210-4 |
Сечение деления (при стандартной энергии) , см2 |
582 |
510-4 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
Сечение рассеяния (при стандартной энергии) , см2 |
14 |
8,3 |
11 |
3 |
17,5 |
38 |
4,2 |
Средний косинус угла рассеяния μ |
0,00284 |
0,0028 |
0,012 |
0,013 |
0,012 |
0,662 |
0,042 |
Среднелогарифмическая потеря энергии ξ |
0,0085 |
0,0084 |
0,036 |
0,038 |
0,034 |
1 |
0,12 |
Рисунок 3.1.1 - Геометрия активной зоны.
Расчет реактора в гомогенном приближении.
Определение объемного состава АЗР и ядерных концентраций элементов.
Площади материалов, входящих в состав ячейки:
Количество рядов ТВЭЛ в ТВС
Размер ТВС под ключ
мм
Шаг расположения ТВС в АЗР
мм
Площадь ячейки АЗР
мм 2
Площадь топливной композиции
мм2
Площадь оболочки ТВЭЛ
мм 2
Площадь кожуха ТВС
мм 2
Площадь теплоносителя
мм 2
Площадь межканального замедлителя
мм 2
Объемные доли материалов, входящих в состав АЗР:
Объемная доля топливной композиции
Объемная доля оболочки
Объемная доля для кожуха
Объемная доля теплоносителя
Объемная доля замедлителя
Проверка
Ядерные концентрации материалов и химических элементов приведены в таблице № 7.3.1.2
Таблица № 7.3.1.2
Материалы и химические элементы |
||||
UO2 |
U 235 |
U 238 |
H2O |
Ст 08Х18Н10Т |
0,0223 |
0,0002 |
0,0026 |
0,0236 |
0,0862 |
H |
O |
Fe |
Cr |
Ni |
0,0389 |
0,0249 |
0,0032 |
0,0008 |
0,0004 |
Расчет эффективных сечений для тепловых нейтронов.
Макроскопическое сечение поглощения при эВ
см-1
Замедляющая способность элементов при эВ
см -1
Сечение поглощения при температуре среды К
см -1
Температура нейтронного газа
К.
где а=1,4 коэффициент для водного замедлителя.
Энергия, соответствующая температуре нейтронного газа
эВ/К эВ
Энергия сшивки эВ
Определение макросечений.
Сечения взаимодействия приведены в таблице № 7.3.1.3
Таблица № 7.3.1.3
Сечение |
Элемент |
||||||
U 235 |
U 238 |
O |
H |
Fe |
Cr |
Ni |
|
поглощения при ,см2 |
409,79 |
1,626 |
0,0001 |
0,199 |
1,518 |
1,86 |
2,88 |
деления при см2 |
320,98 |
0,0003 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
транспортное ,см2 |
423,75 |
9,9 |
4,03 |
13,07 |
12,39 |
4,82 |
20,18 |
Величины макросечений приведены в таблице № 7.3.1.4
Таблица № 7.3.1.4
Тип макросечения |
Величина макросечения, см -1 |
поглощения Σа.Т |
0,087 |
деления Σf.T |
0,053 |
транспортное Σtr. |
0,757 |
рассеяния Σs.T |
1,653 |
полное Σtot |
1,74 |
Коэффициент диффузии
см
Расчет коэффициента размножения для гомогенного реактора в бесконечной среде
Количество быстрых нейтронов деления на один поглощенный тепловой нейтрон
, где
- количество вторичных нейтронов на одно деление U 235
Коэффициент теплового использования
Коэффициент размножения на быстрых нейтронах
Вероятность избежать резонансного захвата
Сечение, приходящееся на одно ядро U 238
эффективный резонансный интеграл
Коэффициент размножения для бесконечной среды
Расчет эффективного коэффициента размножения
Размеры АЗР:
Объем АЗР
м3
При помощи пакета MСad определили число рядов рабочих каналов в активной зоне
Число рабочих каналов в АЗР
Конструктивный радиус АЗР
м
Расчетный радиус АЗР
м
Высота АЗР
м
Определение возраста нейтронов
, где
-возраст нейтронов в чистом замедлителе,
см2
Квадрат длины диффузии
см 2
Площадь миграции нейтронов
см 2
Эффективная добавка отражателя
см
Геометрический параметр
см -2
Вероятность нейтрону избежать утечки
Эффективный коэффициент размножения
Расчет реактора в гетерогенном приближении.
Расчет состава и макроскопических констант двухзонной ячейки.
Результаты расчета сведем в таблицу № 7.3.1.5
Таблица № 7.3.1.5
Величина |
I зона |
II зона |
|
1 |
2 |
3 |
|
Площадь S, см 2 |
59,39 |
92,27 |
|
Расчетный радиус зоны R, см |
4,35 |
6,95 |
|
Объемные доли материалов в зоне |
Топливная композиция |
0,31 |
0 |
конструкционные материалы |
0,13 |
0 |
|
вода |
0,55 |
1 |
|
Ядерные концентрации элементов в зоне ρ, ·10 24/см 3 |
U 235 |
0,0004 |
|
U 238 |
0,0066 |
|
|
O |
0,027 |
0,0236 |
|
H |
0,0261 |
0,0471 |
|
Fe |
0,0004 |
|
|
Cr |
0,0001 |
|
|
Ni |
610-5 |
|
|
Макросечения, см -1 |
поглощения Σат |
0,1888 |
0,0094 |
транспортное Σtr |
0,6993 |
0,7104 |
|
рассеяния Σsт |
1,1709 |
1,8892 |
|
Коэффициент диффузии D, см |
0,48 |
0,47 |
|
Замедляющая способность ξΣs , см -1 |
1,0053 |
1,8022 |
|
Длина диффузии L см 2 |
1,59 |
7,07 |
Определение потоков нейтронов по зонам.
Средние потоки по зонам.
где
Значения необходимых функций Бесселя приведены в таблице № 7.3.1.6
Таблица № 7.3.1.6
3,1163 |
0,3223 |
0,5531 |
0,6199 |
1,2598 |
Средний поток по ячейке
Объемы зон
см3
см3
см3
Расчет коэффициента размножения в бесконечной среде.
Используемые константы сведены в таблицу № 7.3.1.7
Таблица № 7.3.1.7
Сечение |
Элемент |
||||||
U 235 |
U 238 |
O |
H |
Fe |
Cr |
Ni |
|
Полное сечение , |
5 |
4,5 |
0,25 |
1,38 |
3,6 |
3,5 |
3,35 |
Сечение деления , |
1,5 |
0,29 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
Сечение рассеяния, уводящего нейтрон под порог деления , |
2 |
2,47 |
0,17 |
1,38 |
1,41 |
1,32 |
1,35 |
Сечение радиационного захвата , |
0,1 |
0,04 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
, |
0,0765 |
||||||
, |
0,0019 |
||||||
, |
0,0585 |
||||||
, |
0,0003 |
||||||
, |
0,0158 |
Количество быстрых нейтронов деления на один поглощенный тепловой нейтрон.
Коэффициент размножения на быстрых нейтронах.
Вероятность нейтрона, родившись в блоке, испытать в нем соударение
Вероятность избежать резонансного захвата
, где
Площадь поверхности блока I зоны
см2
Масса резонансного поглотителя
г
Эффективный резонансный интеграл
см2
Коэффициент использования тепловых нейтронов
, где
Коэффициент использования тепловых нейтронов в I зоне
, где
- относительное поглощение в элементах I зоны
Коэффициент использования тепловых нейтронов в II зоне
Относительное поглощение в элементах II зоны
Коэффициент размножения для бесконечной среды
Длина диффузии
см 2
Возраст нейтронов в воде при
, где см 2 возраст нейтронов в чистом замедлителе
Площадь миграции
см 2
Эффективная добавка отражателя
см
Геометрический параметр
см -2
Вероятность избежать утечки
Эффективный коэффициент размножения
Коэффициенты неравномерности энерговыделений и средний поток нейтронов в реакторе
Коэффициент неравномерности энерговыделений по высоте
Коэффициент неравномерности энерговыделений по радиусу
Коэффициент неравномерности энерговыделений по объему
Средний поток нейтронов в реакторе
Максимальный поток нейтронов в реакторе
Результаты расчета сведены в таблицу № 7.3.1.8
Таблица № 7.3.1.8
приближение |
Гомогенное |
гетерогенное |
ν |
1,9034 |
1,9034 |
μ |
1,0019 |
1,0061 |
0,8731 |
0,9632 |
|
θ |
0,8004 |
0,7891 |
k∞ |
1,3327 |
1,4555 |
L2,см2 |
5,07 |
12,53 |
М2,см2 |
70,97 |
71,29 |
0,954 |
0,954 |
|
kэфф |
1,2714 |
1,3884 |
7.3.2 Расчет отравления и выгорания в реакторе на тепловых нейтронах. Управление реактором.
Константы для расчета отравления приведены в таблице № 7.3.2.1
Таблица № 7.3.2.1
, |
, барн |
, |
|
I |
0,056 |
7,0 |
0,2910-4 |
Xe |
0,003 |
1,72106 |
0,2110-4 |
Pm |
0,011 |
0 |
0,3610-5 |
Sm |
0 |
5,0104 |
0 |
Константы для расчета концентраций изотопов приведены в таблице № 7.3.2.2
Таблица № 7.3.2.2
, барн |
, барн |
, барн |
|
U235 |
683 |
582 |
101 |
U236 |
5,5 |
0 |
5,5 |
U238 |
2,71 |
0 |
2,71 |
Pu239 |
1026 |
746 |
280 |
Pu240 |
286 |
0 |
286 |
Pu241 |
1400 |
1025 |
375 |
Pu242 |
30 |
0 |
30 |
Выгорание и отравление реактора
Отравление Xe-135.
Стационарные концентрации I и Хе, установившиеся при длительной работе реактора на постоянной мощности
, где
Относительное стационарное поглощение нейтронов в Хе
Уменьшение реактивности из-за стационарного отравления Хе
Время достижения максимальной концентрации Xe при нестационарном отравлении, т.е. до наступления «йодной ямы»
ч
Максимальное уменьшение реактивности при нестационарном отравлении Хе
Максимальная глубина йодной ямы
Равновесная концентрация Pm, устанавливающаяся при работе реактора на мощности
Равновесная концентрация Sm
Относительное поглощение в Sm
Потеря реактивности при стационарном отравлении Sm
Время, в течение которого концентрация Sm достигает 90% от стационарного уровня
ч
Максимальная концентрация Sm после длительной остановки реактора
Максимальное относительное поглощение нейтронов Sm
Максимальная потеря реактивности при отравлении Sm
Глубина прометиевого провала
Т.к средний поток нейтронов в реакторе < 10 14 1/см 2·с, прометиевый провал не учитывается
Полная потеря реактивности за счет отравления
Приближенная оценка кампании
Запас реактивности горячей разотравленной АЗ на начало кампании
В первом приближении падение реактивности, обусловленное выгоранием
Эффективный коэффициент размножения в конце кампании
Рассчитанное значение у
,
где ,
Решение этого уравнения относительно у выполняется с помощью пакета MCad.
Полученный результат y = 0,505
Первоначальная загрузка
тонн
Количество разделившегося U 235
тонн
Приближенная кампания реактора (без учета влияния Pu-239 и Pu-241)
где
Уточненный расчет кампании
Связь между флюенсом нейтронов τ и глубиной выгорания у
Результаты расчета концентраций элементов в конце кампании приведены в таблице № 7.3.2.3
Таблица № 7.3.2.3
U-235 |
U-236 |
U-238 |
Pu-239 |
Pu-240 |
0,0016 |
0,0002 |
0,0004 |
7,73 |
1,18 |
Pu-241 |
Pu-242 |
шлаки U-235 |
Шлаки Pu-239 |
Общее кол-во шлаков |
9,11 |
9,99 |
0,0007 |
1,47 |
6,82 |
Удельная энерговыработка с 1 кг урана
Количество нейтронов деления
Вероятность избежать резонансного захвата
Коэффициент теплового использования
Эффективный коэффициент размножения с учетом деления Pu-239, Pu-241 в зависимости от глубины выгорания U-235
Рассчитанное значение у
Уточненное значение количества разделившегося U-235
тонн приближенное значение
тонн
Уточненное значение величины кампании реактора
сут приближенное значение
сут
год.
Оценка потребного количества стержней
Принимаем материал стержня B4C
Плотность и молярный вес карбида бора
Доля В10 в естественной смеси изотопов
Сечение поглощения В10
Транспортная длина свободного пробега
Радиус стержня
Расчетная константа для черного стержня
,
,
где
Длина линейной экстраполяции для черного стержня
Макросечение поглощения в стержне в пренебрежении сечениями поглощения В11 и С
Расчетная константа для серого стержня
,
где ,
- вероятность поглощения нейтронов в стержне, зависящая от размеров стержня и макроскопического сечения поглощения в нем.
Длина линейной экстраполяции для серого стержня
Эффективный радиус серого стержня
Эффективность пары стержней, расположенных на радиусе r, диаметрально противоположных друг другу и полностью погруженных в АЗР
,
где - функции Бесселя
Результаты расчета приведены в таблице № 7.3.2.4
Таблица № 7.3.2.4
R, мм |
N, шт |
||
76,4 |
6 |
3 |
0,0298 |
152,8 |
6 |
3 |
0,0257 |
202,1 |
12 |
6 |
0,0477 |
275,4 |
6 |
3 |
0,0212 |
333,0 |
6 |
3 |
0,0191 |
425,3 |
12 |
6 |
0,0314 |
464,6 |
12 |
6 |
0,0285 |
500,9 |
12 |
6 |
0,0259 |
596,6 |
12 |
6 |
0,0191 |
611,1 |
6 |
3 |
0,0091 |
625,2 |
12 |
6 |
0,0173 |
728,7 |
12 |
6 |
0,0112 |
752,3 |
12 |
6 |
0,01 |
763,8 |
6 |
3 |
0,0047 |
860,8 |
12 |
6 |
0,0054 |
Полное количество стержней в АЗР
шт
Эффективность всех стержней, полностью погруженных в АЗР
Запас реактивности, на который должны быть рассчитаны стержни
Коэффициент запаса по компенсируемой реактивности
7.3.3 Тепловой расчет активной зоны реактора.
Используемые теплофизические параметры
, , Дж/кгК,
Вт/мК, м2/с
Вт/мК, Вт/мК,
Определение расчетной скорости ТН, среднего и действующего теплового потока.
Проходное сечение канала
м 2
Число рядов рабочих каналов в активной зоне
где round(х) округляет до целого числа
Число рабочих каналов в активной зоне
Полное проходное сечение АЗ
м 2
Средняя скорость теплоносителя
м/с
Площадь ячейки
м 2
Площадь сечения АЗ реактора
м 2
где φАЗ = 1,0 принятый коэффициент пористости АЗР.
Коэффициенты неравномерности
По высоте
По радиусу
Объемный
Тепловая мощность расчетного (центрального) канала
Вт
Поверхность ТВЭЛ в канале
м 2
Средний тепловой поток с единицы поверхности ТВЭЛ расчетного канала
Вт/м 2
Средняя линейная плотность теплового потока
Вт/м
Средняя линейная плотность тепловыделения по реактору
Вт/м 2
Максимальная поверхностная плотность теплового потока
Вт/м 2
Максимальная линейная плотность теплового потока
Вт/м
Распределение удельных тепловых потоков по высоте центрального расчетного канала ( безразмерная координата)
где параметр
Расход и скорость теплоносителя в наиболее напряженном канале
кг/с,
м/с.
Полный подогрев теплоносителя в рабочем канале:
К
Распределение температуры ТН по высоте расчетного канала
.
Эквивалентный диаметр пучка
м
Плотность пучка
Эффективный диаметр пучка
м
Число Рейнольдса
Параметр тесноты пучка ТВЭЛ
Так как параметр тесноты меньше порогового значения 1,5, при расчете коэффициента теплоотдачи на участке конвективного теплообмена используется формула
Вт/м 2·К
Коэффициент теплоотдачи на участке теплообмена с развитым пристенным кипением
Вт/м 2·К
Коэффициент теплоотдачи при кипении в большом обеме
Вт/м 2·К
Распределение температуры теплоносителя при наличии пристенного кипения
Установление наличия пристенного кипения
Рисунок 7.3.3.1 Графики распределения температур ТН текущей и при пристенном кипении.
Видно, что пристенное кипение отсутствует по всей высоте АЗР. Следовательно, дальнейший расчет будет проводиться с использованием конвективного коэффициента теплоотдачи.
Распределение температуры наружной поверхности оболочки ТВЭЛ по высоте рабочего канала
Координата по высоте расчетного канала, которой соответствует максимальная температура оболочки ТВЭЛ
Полученный порядок величины является характерным для реакторов типа ВВРД
Средняя температура по высоте расчетного канала
ºС
Максимальное значение температуры наружной поверхности оболочки
ºС
Полученное значение значительно меньше допустимого (350 ºС) по условиям прочности и коррозионностойкости.
Температурный перепад по толщине оболочки
Температура внутренней поверхности оболочки ТВЭЛ
Принятая контактная проводимость газового зазора Вт/м 2·К.
Суммарное термическое сопротивление ТВЭЛ в 0 приближении
м 2·К/Вт
Температура топлива на оси топливного сердечника
Максимальная и минимальные температуры на оси топливного сердечника
С помощью пакета MathCAD при шаге дискретизации по координате определены температуры
ºС ºС
Для учета зависимости теплопроводности материала топлива от температуры и уточнения был применен расчетный модуль teplofiz.exe, написанный в среде QBasic. С помощью этого модуля получены следующие результаты
ºС ºС Вт/м·К
Полученное значение максимальной температуры топлива меньше допустимого по условиям плавления
Суммарное термическое сопротивление ТВЭЛ
м 2·К/Вт
Температура топлива на оси топливного сердечника
.
Рисунок 7.3.3.2 Распределение температур по высоте канала
Масштаб участка тепловой стабилизации
м
В безразмерном виде, исходя из того, что и
Относительная погрешность температуры
Абсолютная погрешность температуры
ºС
Критический тепловой поток определяем по формуле В.С.Осмачкина.
Теплофизические параметры сред в состоянии насыщения при PI=15МПа
Для воды: плотность , энтальпия
Динамическая вязкость
Для пара плотность , энтальпия
Энтальпию теплоносителя в диапазоне температур 290-300оС аппроксимируем зависимостью
Обогреваемый периметр
Эквивалентный тепловой диаметр
Число Вебера
где - коэффициент поверхностного натяжения
Обобщенное паросодержание
Число Рейнольдса для теплоносителя
Число Прандтля
где
Коэффициент температуропроводности теплоносителя
Эффективная длина канала
Величина
Критический тепловой поток
Вт/м2
Запас до кризиса
Рисунок 7.3.3.3 Зависимость теплового потока и запаса до кризиса от координаты
С помощью пакета MathCAD определено значение минимального запаса до кризиса:
.
В результате физического и теплового расчета АЗР были определены следующие основные параметры:
Число рабочих каналов в АЗР
Конструктивный радиус АЗР м
Расчетный радиус АЗР м
Высота АЗР м
Объем АЗР м3
Первоначальная загрузка топлива тонн
Величина кампании реактора год
Количество стержней в АЗР шт
Минимальный запас до кризиса
Установлено, что пристенное кипение отсутствует.
7.4. Расчет главного циркуляционного насоса первого контура.
Определение расхода теплоносителя на ГЦНПК
Определим давление на входе в насос (по линии насыщения воды) для температуры ,
Давление на входе: р (t = 340 °C) = 15МПа
Массовый расход теплоносителя через первый контур:
,
где = 170 МВт - мощность реактора
-энтальпии на входе и выходе реактора соответственно, кДж/кг;
Расход на один ГЦНПК:
,
где - плотность воды на входе в реактор (при установке ГЦНПК на «холодном» участке, т.е. после парогенератора),
;
Расчет проточной части.
Напор насоса Н = 50 м (0,36 МПа),
Угловая скорость вращения вала n = 1450 об/мин,
Коэффициент быстроходности насоса:
.
Таким образом в соответствии с классификацией типов колес по коэффициенту быстроходности приведенной в [2], имеем центробежное быстроходное колесо.
Расход через колесо насоса при объемном КПД насоса :
м3/с.
Приведенный диаметр (диаметр живого сечения) при входе потока в колесо:
Полный КПД насоса ,
где - гидравлический КПД насоса - отношение полезной мощности к сумме мощностей - полезной и затрачиваемой на преодоление гидравлических сопротивлений в насосе , принимаем ;
- объемный КПД насоса - отношение полезной мощности к сумме мощностей - полезной и теряемой вследствие внутренних протечек через зазоры и концевые уплотнения ();
- механический КПД, характеризующий потери энергии от механического трения в подшипниках и уплотнениях насоса и потери энергии при трении нерабочих поверхностей колес о жидкость (в зависимости от конструкции насоса ), принимаем .
КПД насоса .
Полезная мощность насоса:
кВт.
Момент на валу насоса:
.
Диаметр вала насоса при допускаемом напряжении сдвига Н/см 2:
Диаметр втулки с учетом размещения шпонки конструктивно:
Диаметр входа в колесо:
Диаметр расположения середины входных кромок лопаток принимаем равным:
Скорость воды на входе в колесо:
<10
позволяет иметь колесо с односторонним входом.
Скорость воды на входе в межлопаточные каналы принимаем равной м/с.
Коэффициент затеснения .
Меридианная составляющая скорости потока после входа в межлопаточные каналы: .
Окружная скорость входной кромки рабочей лопатки:
.
Строим треугольник скоростей на входе в колесо и определяем угол входа потока на лопатки:
Принимаем угол атаки i = 6,3 0.
Угол наклона лопатки на входе .
Теоретический напор насоса:
Коэффициент окружной скорости на выходе из колеса в первом приближении
Ku2 = 0,3.
Окружная скорость колеса на выходе:
.
Первое приближение величины D2:
.
Принимаем меридианную составляющую абсолютной скорости на выходе из рабочего колеса м/с.
Принимаем коэффициент затеснения на выходе , тогда имеем:
.
Строим треугольник скоростей на выходе из колеса.
Принимаем в первом приближении отношение .
Вычисляем величину угла наклона лопаток на выходе из колеса:
.
Число лопаток колеса:
.
Принимаем число лопаток в первом приближении z = 9.
Теоретический напор при :
.
Окружная скорость колеса на :
.
Второе приближение величины D2:
.
Ширина каналов на входе:
.
Ширина каналов на выходе:
.
Принимаем среднюю по длине толщину лопаток t = 5 мм.
Коэффициент затеснения потока на входе:
.
Коэффициент затеснения потока на выходе:
.
Меридианная скорость на входе во втором приближении:
.
Меридианная скорость на выходе во втором приближении:
.
Относительная скорость потока на входе в межлопаточные каналы:
.
Относительная скорость потока на выходе из межлопаточных каналов:
.
Уточненное отношение .
Угол входа потока на лопатки:
.
Угол наклона лопатки на входе .
Угол наклона лопаток на выходе из колеса:
.
Число лопаток колеса:
.
Окончательно принимаем z = 12(исходя из рекомендации z=68 округляем z в меньшую сторону).
Теоретический напор при z = ∞:
.
Окружная скорость колеса на :
.
Третье приближение величины D2 :
,
что удовлетворяет условию отклонения от предыдущего D2<3%.
Ширина каналов на выходе:
.
Окончательно принимаем:
диаметр входа в колесо
м диаметр расположения середины входных кромок лопаток
м внешний диаметр колеса
м ширина каналов на входе
м ширина каналов на выходе
м. диаметр втулки колеса с учетом размещения шпонки
диаметр вала насоса
Планы скоростей.
Построение велось по третьему приближению, со следующими условными обозначениями:
W1 , W2 - относительная скорость на входе и выходе ( , ),
u1 , u2 - переносная скорость на входе и выходе (, ),
Сm1 , Cm2 - меридианная скорость на входе и выходе, (, ),
С1 , С2 - абсолютная скорость на входе и выходе,
С1,0 , W1,0 - абсолютная и переносная скорости на входе при i = 0 0.
7.5. Расчет на прочность реактора и парогенератора
Прочностной расчет реактора
Расчетное давление, при котором работает реактор МПа
Предельно допускаемое давление I контура
Коэффициент запаса прочности реактора для сосудов и аппаратов под давлением из стального проката и поковок
Расчет цилиндрической части корпуса реактора
Материал корпуса реактора сталь 22К.
Временное сопротивление разрыву МПа
Предел текучести МПа
Допускаемое напряжение МПа
Толщина стенки в цилиндрической части
где
- внутренний диаметр корпуса без наплавки
- коэффициент прочности сварного соединения
мм
- отрицательный допуск
- поправка на коррозию
Принимаем толщину стенки мм
Суммарное напряжение в цилиндрической части
МПа
Коэффициент запаса
Расчет эллиптического днища
Принимаем высоту днища мм
Толщина корпуса в районе днища
мм
Принимаем толщину корпуса мм
Расчет крышки
Внутренний диаметр корпуса в верхней части мм
Расчетный коэффициент
Толщина крышки
мм
Принимаем толщину крышки корпуса реактора мм
Расчет шпилек и самоуплотняющей прокладки
Осевая нагрузка на крышку
МН
где м- диаметр крышки, находящийся под давлением
Усилие начальной затяжки шпилек
МН
Усилие, действующее на шпильку в рабочих условиях
МН
где - коэффициент внешней нагрузки
Начальное усилие затяжки из условия прочности прокладки
МН
где
МПа - предел текучести медной прокладки
м - наружный диаметр прокладки
м - внутренний диаметр прокладки
Усилие затяжки принимается равным наибольшему из двух
МН
Для шпилек используется сталь 2Х13
Предел текучести МПа
Допускаемое напряжение МПа
Минимальное поперечное сечение шпильки(шпилька 125х4)
м2
Количество шпилек не менее
Принятое количество шпилек шт
Прочностной расчет парогенератора
Расчету подвергается корпус ПГ, нагруженный внутренним давлением
МПа
Материал корпуса ПГ сталь 22К, материал крышки и днища аналогичный
Номинальное допускаемое напряжение МПа
Допускаемое напряжение МПа
где - принятый коэффициент конструкции
Толщина стенки корпуса
мм
где мм внутренний диаметр ПГ
- принятый коэффициент прочности
Принимаем толщину стенки корпуса мм
Расчет уплотнения и шпилек
Материал прокладки шириной и диаметром - медь, с допускаемым давлением обжатия МПа
Усилие, воспринимаемое шпильками
МН
МН
МН
Материал шпилек сталь 15Х1М1Ф с номинальным допускаемым напряжением МПа
Суммарная площадь шпилек м2
Принимаем общее число шпилек шт
Площадь одной шпильки м2
Диаметр шпильки м
Принимаем диаметр шпильки м
7.6. Расчет гидравлических сопротивлений тракта циркуляции I контура
Весь тракт по теплоносителю разбивается на характерные участки и для каждого из них определяются гидравлические сопротивления. Схема движения теплоносителя и характерные участки представлены на рисунке 6.1
Рисунок 6.1 Схема I контура для расчета гидравлических сопротивлений.
Точка А
Типы гидравлических сопротивлений:
-вход в канал с кромками заподлицо со стенкой (точка А1);
-вход в решетку тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) (точка А2).
Вход в канал
ξм = 0,5 ([8], приложение III)
Расход , где
Gполн полный расход ТН через активную зону реактора (АЗР)
nТВС количество ТВС в активной зоне
Характерный диаметр
Скорость потока , где
ρвх плотность ТН на входе в АЗР
Вход в решетку ТВЭЛ
ξм = 1,4 ([8], приложение V)
Расход
Характерные размеры: площадь сечения ТВС (без учета ТВЭЛ) SТВС, диаметр ТВЭЛ dТВЭЛ
Скорость потока
Типы гидравлических сопротивлений:
-потери на трение
, где
λтр = 0,03 принятый коэффициент трения
l = HАЗР длина участка, равная высоте активной зоны реактора (АЗР)
, - эквивалентный диаметр проходного сечения и эквивалентный диаметр ТВС
nТВЭЛ количество ТВЭЛ в ТВС
Расход
Характерные размеры: площадь сечения ТВС (без учета ТВЭЛ) SТВС, диаметр ТВЭЛ dТВЭЛ
Скорость потока
Типы гидравлических сопротивлений:
-выход из решетки ТВЭЛ;
-выход потока из ТВС через переливные окна с внезапным расширением
Выход из решетки ТВЭЛ
ξм = 1,9 ([8], приложение V)
Расход
Характерные размеры: площадь сечения ТВС (без учета ТВЭЛ) SТВС, диаметр ТВЭЛ dТВЭЛ
Скорость потока
Выход потока из ТВС через переливные окна с внезапным расширением
Принято ξм = 0,5
Расход
Характерные размеры: площадь сечения ТВС (без учета ТВЭЛ) SТВС
Скорость потока
Гидравлическим сопротивлением тракта на участке ВС пренебрегаем в силу значительного диаметра участка
Типы гидравлических сопротивлений:
-поворот на 90° при входе во внутренний патрубок
Принято ξм = 0,5
Расход
Характерные размеры: диаметр патрубка
Скорость потока , где
ρвых плотность ТН на выходе из АЗР
Типы гидравлических сопротивлений:
-потери на трение
, где
λтр = 0,03 принятый коэффициент трения
l = Lпатр длина участка, равная длине патрубка, соединяющего реактор и ПГ
Расход
Характерные размеры: длина патрубка Lпатр, диаметр патрубка
Скорость потока
Типы гидравлических сопротивлений:
- выход из внутр. патрубка на обечайку трубной бухты с последующим конфузорным течением и поворотом потока на 90º
Принято ξм = 0,9
Расход
Характерные размеры: диаметр патрубка
Скорость потока
Типы гидравлических сопротивлений:
-потери на трение в кольцевом зазоре а
, где
l = НDE высота участка от центра патрубка до верхней кромки обечайки трубной бухты
- эквивалентный диаметр участка
Расход
Характерные размеры: ширина кольцевого зазора а δа, средний диаметр кольцевого зазора
Скорость потока
Типы гидравлических сопротивлений:
- поворот на 180º через перегородку в межтрубном пространстве;
-вход в межтрубное пространство
Поворот на 180º через перегородку в межтрубном пространстве
Принято ξм = 1,0
Расход
Характерные размеры: ширина кольцевого зазора а δа, средний диаметр кольцевого зазора
Скорость потока
Вход в межтрубное пространство
Принято ξм = 1,5
Расход
Характерные размеры: внутренний диаметр обечайки трубной бухты
Скорость потока
Типы гидравлических сопротивлений:
-поперечное омывание коридорного пучка труб
, где
z2 число рядов парогенерирующих трубок (ПГТ) по высоте ПГ
Re число Рейнольдса для потока в трубной бухте
S1 поперечный шаг навивки змеевиков
- наружный диаметр одной парогенерирующей трубки
Число Рейнольдса для потока в трубной бухте , где
w скорость потока в трубчатке
- эквивалентный диаметр проходного сечения
ν кинематическая вязкость жидкости на входе в трубчатку
Расход
Характерные размеры: внутренний диаметр обечайки трубной бухты , поперечный шаг навивки змеевиков S1, диаметр центральной трубы Dтр, наружный диаметр одной трубки
Скорость потока , где
ρср средняя плотность ТН в парогенераторе
Типы гидравлических сопротивлений:
-выход из межтрубного пространства;
-поворот на 180° через перегородку
Выход из межтрубного пространства
Принято ξм = 1,5
Расход
Характерные размеры: внутренний диаметр обечайки трубной бухты , поперечный шаг навивки змеевиков S1, диаметр центральной трубы Dтр, наружный диаметр одной трубки
Скорость потока
Поворот на 180° через перегородку
Принято ξм = 1,5
Расход
Характерные размеры: внутренний диаметр обечайки трубной бухты
Скорость потока
Типы гидравлических сопротивлений:
-потери на трение в кольцевом зазоре b
, где
l = НDE высота участка от нижней кромки обечайки трубной бухты до среза кольцевой части патрубка «труба в трубе»
- эквивалентный диаметр участка
Расход
Характерные размеры: ширина кольцевого зазора b δb, средний диаметр кольцевого зазора
Скорость потока
Типы гидравлических сопротивлений:
-поворот на 90º при входе в сливной патрубок
Принято ξм = 0,5
Расход
Характерные размеры: ширина кольцевого зазора b δb, средний диаметр кольцевого зазора
Скорость потока
Типы гидравлических сопротивлений:
-потери на трение в кольцевом канале патрубка «труба в трубе»
, где
λтр = 0,03 принятый коэффициент трения;
l = Lпатр длина участка, равная длине патрубка, соединяющего реактор и ПГ
эквивалентный диаметр кольцевого канала; - наружный диаметр патрубка «труба в трубе» и толщина стенки внутренней трубы
Расход
Характерные размеры: длина патрубка Lпатр, диаметр патрубка , наружный диаметр патрубка «труба в трубе» , толщина стенки внутренней трубы
Скорость потока
Типы гидравлических сопротивлений:
- выход из внутр. патрубка на обечайку трубной бухты с последующим конфузорным течением и поворотом потока на 90º
Принято ξм = 0,9
Расход
Характерные размеры: диаметр патрубка , наружный диаметр патрубка «труба в трубе» , толщина стенки внутренней трубы
Скорость потока
Типы гидравлических сопротивлений:
-потери на трение в кольцевом зазоре с
, где
l = НHI высота участка от среза кольцевой части патрубка «труба в трубе» до нижней кромки корзины АЗР
- эквивалентный диаметр участка
Расход
Характерные размеры: ширина кольцевого зазора с δс, средний диаметр кольцевого зазора , высота участка от среза кольцевой части патрубка «труба в трубе» до нижней кромки корзины АЗР HHI
Скорость потока
Типы гидравлических сопротивлений:
-поворот на 180° через перегородку;
-затеснение потока наборным фильтром
Поворот на 180° через перегородку
Принято ξм = 1,5
Расход
Характерные размеры: внутренний диаметр обечайки корзины АЗР , ширина кольцевого зазора с δс, средний диаметр кольцевого зазора
Скорость потока
Затеснение потока наборным фильтром
Принято ξм = 2,0
Расход
Характерные размеры: внутренний диаметр обечайки корзины АЗР
Скорость потока
Результаты гидравлического расчета сведены в таблицу № 6.1
Таблица № 6.1
Точка/участок |
ξм |
G, кг/с |
w, м/с |
, Па |
A |
0,5 |
9,411 |
6,104 |
7,597103 |
1,4 |
9,411 |
3,736 |
2,127104 |
|
AB |
0,403 |
9,411 |
3,855 |
6,128103 |
B |
1,9 |
9,411 |
0 |
2,887104 |
0,5 |
9,411 |
2,383 |
7,597103 |
|
C |
0,5 |
397,6 |
4,663 |
7,597103 |
CD |
0,071 |
397,6 |
4,663 |
1,077103 |
D |
0,9 |
397,6 |
4,663 |
1,368104 |
DE |
0,091 |
397,6 |
4,909 |
1,385103 |
E |
1 |
397,6 |
4,909 |
1,519104 |
1,5 |
397,6 |
0,921 |
2,279104 |
|
EF |
35,158 |
397,6 |
3,532 |
5,342105 |
F |
1,5 |
397,6 |
3,423 |
2,279104 |
1,5 |
397,6 |
0,861 |
2,279104 |
|
FG |
0,044 |
397,6 |
1,636 |
669,612 |
G |
0,5 |
397,6 |
1,636 |
7,597103 |
GH |
0,132 |
397,6 |
3,798 |
2,011103 |
H |
0,9 |
397,6 |
3,798 |
1,368104 |
HI |
0,152 |
1,59103 |
3,425 |
2,314103 |
I |
1,5 |
1,59103 |
3,425 |
2,279104 |
2 |
1,59103 |
12,259 |
3,039104 |
Гидравлическое сопротивление I контура
Па
7.7. Расчет биологической защиты.
Принимаем среднюю температуру воды в экранах 0С
Плотность, соответствующая этой температуре кг/м3
Принимаем величину допустимого флюенса Н/см2
Необходимые для дальнейшего расчета величины приведены в таблице№ 7.7.1
Таблица № 7.7.1
Элемент |
Сечение выведения см2 |
Концентрация i-го элемента в АЗРсм-3 |
Сечение радиационного захвата см2 |
U 235 |
3,6 |
0,0002 |
112 |
U 238 |
3,6 |
0,0026 |
2,71 |
O |
0,99 |
0,0249 |
0 |
H |
1,0 |
0,0389 |
332 |
Fe |
1,98 |
0,0032 |
2,53 |
Cr |
1,87 |
0,0008 |
3,1 |
Ni |
1,89 |
0,0004 |
4,8 |
Линейные коэффициенты поглощения -излучения для материала, зависящие от энергии приведены в таблице№ 7.7.2
Таблица № 7.7.2
Элемент |
Энергия излучения, МэВ |
||||
0,5 |
2 |
4 |
6 |
8 |
|
Вода |
0,0966 |
0,0493 |
0,0339 |
0,0275 |
0,0240 |
Сталь |
0,649 |
0,333 |
0,260 |
0,239 |
0,232 |
Полиэтилен |
0,0889 |
0,0454 |
0,0312 |
0,0253 |
0,0221 |
Свинец |
1,725 |
0,525 |
0,478 |
0,495 |
0,521 |
Двуокись урана |
1,58 |
0,436 |
0,396 |
0,391 |
0,431 |
Значения коэффициентов разложения дозового фактора накопления представлены в таблице № 7.7.3
Таблица № 7.7.3
Элемент |
Энергия Е, МэВ |
А(Е) |
1(Е) |
2(Е) |
Вода |
0,5 |
24 |
0,138 |
0 |
2 |
6,4 |
0,076 |
0,092 |
|
4 |
4,5 |
0,055 |
0,1165 |
|
6 |
3,35 |
0,0495 |
0,124 |
|
8 |
3,05 |
0,0045 |
0,128 |
|
Сталь |
0,5 |
10 |
0,0948 |
0,012 |
2 |
5,5 |
0,0788 |
0,07 |
|
4 |
3,75 |
0,075 |
0,082 |
|
6 |
2,9 |
0,0825 |
0,075 |
|
8 |
2,35 |
0,0883 |
0,0546 |
|
Полиэтилен |
0,5 |
12,5 |
0,111 |
0,01 |
2 |
6,3 |
0,068 |
0,058 |
|
4 |
3,9 |
0,059 |
0,079 |
|
6 |
3,1 |
0,0585 |
0,083 |
|
8 |
2,7 |
0,057 |
0,0855 |
|
Свинец |
0,5 |
1,65 |
0,032 |
0,296 |
2 |
2,6 |
0,071 |
0,103 |
|
4 |
1,65 |
0,123 |
0,064 |
|
6 |
0,96 |
0,175 |
0,059 |
|
8 |
0,67 |
0,204 |
0,067 |
Определение радиационного ресурса корпуса
Расчетный диаметр АЗР
Конструктивный диаметр АЗР
Высота АЗР
Макросечение деления U-235
Принимаем толщину стенки корпуса м
Принимаем толщину одного стального слоя экрана м
Принимаем толщину одного водяного слоя экрана м
Принимаем толщину слоя воды между экраном и корпусом реактора
м
Принимаем количество стальных экранов
Принимаем толщину стенки корзины АЗР м
Принимаем величину кольцевого зазора для прохода теплоносителя
м
Суммарная толщина внутрикорпусных экранов
м
Оптическая толщина экранов
Фактор накопления
Длина релаксации быстрых нейтронов в АЗР
см
Поток быстрых нейтронов на поверхности АЗР
Интегральная экспонента второго порядка
Расчетный радиационный ресурс при выбранной толщине экрана
года
Принимаем использование двух колец из свинцовых блоков размером 100 мм вдоль радиуса:
м м м
Принимаем толщину стенки бака ЖВЗ м
Принимаем использование в баке ЖВЗ пакетов стальных пластин суммарной толщиной (по стали) м
Принимаем толщину слоя воды в направлении, не блокированном ПГ
м
Принимаем облицовку конструкций бака ЖВЗ снаружи блоками борированного полиэтилена толщиной м
Суммарная толщина защиты (включая внутренние экраны и корпус реактора)
Суммарная толщина стали
Будем рассматривать АЗР в геометрии усеченного конуса. Диаметр меньшего основания усеченного конуса принимаем равным высоте АЗР
Расчетный угол
Длины релаксации элементов и материалов, а также толщины слоя защиты приведены в таблице № 7.7.4
Таблица № 7.7.4
Материал |
Н2О |
сталь |
полиэтилен |
Pb |
0,103 |
0,07 |
0,082 |
0,10 |
|
t, м |
1,79 |
0,398 |
0,8 |
0,2 |
Относительная толщина защиты в длинах релаксации
Среднее удельное энерговыделение
Поток на расстоянии от АЗР
Относительная доза от быстрых нейтронов за защитой
Расчет дозы первичного -излучения на поверхности защиты
Объемные доли материалов в АЗР
Результаты расчета и используемые константы в зависимости от энергии -квантов представлены в таблице № 7.7.5
Таблица № 7.7.5
Энергия -квантов, МэВ |
0,5 |
2 |
4 |
6 |
8 |
0,586 |
0,194 |
0,165 |
0,157 |
0,165 |
|
84,73 |
36,21 |
28,47 |
26,36 |
25,72 |
|
4,7 |
2,56 |
0 |
0 |
0 |
|
2,5 |
3,81 |
1,0 |
0,28 |
0,025 |
|
7,2 |
6,37 |
1,0 |
0,28 |
0,025 |
|
1,73 |
2,87 |
3,99 |
1,25 |
1,26 |
|
368,86 |
32,68 |
18,66 |
15,59 |
14,32 |
где
- линейный коэффициент ослабления -излучения
- Относительная толщина защиты
- выход -излучения продуктов деления в k-ю энергетическую. группу
- выход мгновенного -излучения в k-ю энергетическую. группу
- полный выход -излучения
- мощность источников -излучения в АЗР, где - выход -излучения на захват.
Значения представлены в таблице № 7.7.6
Таблица № 7.7.6
Элемент |
U235 |
U238 |
O |
H |
Fe |
Cr |
Ni |
0,5 |
0 |
2,54 |
0 |
0 |
0,75 |
0,85 |
0,84 |
2 |
0 |
2,69 |
0 |
1 |
0,87 |
0,62 |
0,63 |
4 |
0 |
0,34 |
0 |
0 |
0,23 |
0,12 |
0,23 |
6 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,25 |
0,23 |
0,34 |
8 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,4 |
0,456 |
0,628 |
Дозовый фактор накопления -излучения k-й энергетической группы -
Поток -квантов за защитой, обусловленный -излучения АЗР
Относительная доза от первичного -излучения за защитой
Расчет вторичного -излучения.
В первом приближении объемные доли материалов в экранах соотносятся как линейные толщины .
Внутренний диаметр экранов (включая корзину)
Внешний диаметр экранов
Доля воды в экранах
Доля стали в экранах
Ядерные концентрации элементов в экранах представлены в таблице № 7.7.7
Таблица № 7.7.7
O |
H |
Fe |
Cr |
Ni |
0,037 |
0,017 |
0,002 |
5,636 |
2,807 |
Длина релаксации нейтронов в экранах
Распределение плотности источников захватного -излучения в экранах
Толщины материалов защиты за исключением внутрикорпусных конструкций представлены в таблице № 7.7.8
Таблица № 7.7.8
Материал |
Расчетная формула |
Значение , м |
H2O |
1,6 |
|
Fe |
0,298 |
|
Полиэтилен |
0,8 |
|
Pb |
0,2 |
Толщина экранов
Относительная толщина защиты без экранов и дозовый фактор накопления -излучения k-й энергетической группы
,
Результаты расчета и используемые константы в зависимости от энергии -квантов представлены в таблице № 7.7.9
Таблица № 7.7.9
Энергия -квантов, МэВ |
0,5 |
2 |
4 |
6 |
8 |
76,41 |
31,94 |
25,23 |
23,45 |
22,94 |
|
256,76 |
27,526 |
16,585 |
14,074 |
13,075 |
|
,1/см |
0,136 |
0,07 |
0,052 |
0,045 |
0,042 |
где - линейный коэффициент ослабления -излучения в экранах
Внешний радиус экранов
Расчетный угол
Поток -квантов за защитой, обусловленный -излучения внутрикорпусных экранов
Относительная доза от вторичного -излучения из экранов за защитой
Внутренний диаметр корпуса
Внешний диаметр корпуса
Ядерные концентрации элементов приведены в таблице № 7.7.10
Таблица № 7.7.10
Fe |
Cr |
Ni |
0,059 |
0,016 |
8,141 |
Длина релаксации и длина диффузии тепловых нейтронов в корпусе
Плотность источников захватного -излучения в корпусе, зависящая от энергии приведена в таблице № 7.11
Таблица № 7.7.11
Энергия -квантов, МэВ |
0,5 |
2 |
4 |
6 |
8 |
2,784109 |
2,755109 |
7,322108 |
9,227108 |
1,591108 |
Толщины материалов защиты, за исключением внутрикорпусных экранов и корпуса приведены в таблице № 7.7.12
Таблица № 7.7.12
Расчетная формула |
Значение , м |
|
H2O |
1,6 |
|
Fe |
0,178 |
|
Полиэтилен |
0,8 |
|
Pb |
0,2 |
Относительная толщина защиты без экранов и корпуса
Дозовый фактор накопления -излучения k-й энергетической группы
Линейный коэффициент ослабления -излучения в корпусе
Результаты расчета приведены в таблице № 7.7.13
Таблица № 7.7.13
Энергия -квантов, МэВ |
|||
0,5 |
68,62 |
223,403 |
0,089 |
2 |
27,947 |
23,553 |
0,045 |
4 |
22,108 |
14,761 |
0,031 |
6 |
20,578 |
12,707 |
0,025 |
8 |
20,158 |
11,98 |
0,022 |
Расчетный угол
Поток -квантов за защитой, обусловленный -излучения внутрикорпусных экранов
Относительная доза от вторичного -излучения из экранов за защитой
Полная относительная доза от вторичного -излучения
Полная относительная доза
Расчетная доза менее 0,5 ПДД, следовательно, защита удовлетворяет поставленным условиям и нормам безопасности.
7.8. Экономический расчет.
Определение стоимости установки по укрупненным показателям.
Расчетные нормативы
Средняя стоимость одного килограмма веса конструкций реактора у.е.
Стоимость человеко-часа монтажных работ у.е.
Используемые в дальнейшем расчете величины
кг/м3 плотность стали,
м внутренний диаметр корпуса реактора,
м наружный диаметр корпуса реактора,
м высота корпуса реактора,
м высота днища реактора,
- высота крышки реактора,
м наружный диаметр нажимного кольца,
м внутренний диаметр нажимного кольца,
м высота нажимного кольца.
Расчет строительной стоимости ЯЭУ
Вес корпуса с учетом внутрикорпусных конструкций без загрузки ТВС
где - доля площади отверстий под привода СУЗ и т.п. в крышке
Вес основных конструкций реактора
Принимаем вес внутрикорпусных конструкций
Принимаем вес патрубков и шпилек
Вес корпуса
Стоимость металла корпуса реактора
у.е.
Стоимость оборудования ППУ в целом у.е.
Стоимость монтажа головной ППУ
- число рабочих, участвующих в монтаже,
- число смен монтажа,
-время монтажа,
- коэффициент, учитывающий накладные расходы,
- коэффициент серийности для головной установки,
у.е.
Стоимость ППУ
у.е.
Принимаем оценочно долю стоимости системы автоматики
у.е.
Принимаем оценочно долю стоимости основного оборудования ПТУ
у.е
Принимаем оценочно долю стоимости вспомогательного оборудования ПТУ
у.е.
Принимаем оценочно долю стоимости основных и резервных движителей
у.е.
Принимаем оценочно долю стоимости обслуживающих систем (вентиляции и кондиционирования и т.п.)
у.е.
Стоимость оборудования ПТУ
у.е.
Принимаем долю стоимости монтажных работ в стоимости ПТУ
Стоимость ПТУ
у.е
Строительная стоимость ЯЭУ
у.е.
Эксплуатационные годовые расходы на ЯЭУ
Расходы на текущий ремонт
у.е./год
Расходы на капитальный ремонт
Принимаем долю стоимости заменяемого оборудования
у.е
Принимаем долю стоимости ремонтного оборудования
у.е.
Принимаем долю стоимости ремонтно-монтажных работ
у.е.
Принимаем продолжительность межремонтного периода
у.е./год
Расходы на ядерное топливо
Продолжительность кампании реактора года
Обогащение топлива
Обогащение сырья
Обогащение отвального урана
Параметр
Потенциал разделения
Работа разделения, необходимая для получения 1 кг горючего с обогащением z
ЕРР
Цена разделительных работ у.е.
Стоимость разделительных работ для 1 кг горючего
у.е.
Стоимость 1 кг природного урана
Стоимость природного урана, необходимого для получения 1 кг горючего
у.е.
Принимаем стоимость изготовления ТВЭЛ и ТВС в расчете на 1 кг горючего
Стоимость 1 кг топливной загрузки
у.е.
Плотность UO2 кг/м3
Диаметр топливного сердечника м
Высота АЗР м
Число ТВЭЛ в ТВС
Число ТВС в АЗР
Полная стоимость топливной загрузки
у.е.
Расходы на топливную загрузку
у.е./год
Принимаем расходы на содержание персонала
у.е./год, где
- численность экипажа,
Згод=5000у.е.- зарплата одного члена экипажа в среднем
Принимаем величину прочих расходов на ЯЭУ
у.е./год
Полные расходы на эксплуатацию ЯЭУ
у.е./год
Стоимость строительства ЯЭУ (включая первоначальную загрузку)
у.е.
1у.е.=31руб.
8.Радиационная безопасность.
ЯЭУ представляет собой источник различных видов излучений, наиболее опасными из которых являются нейтронное и -излучение. БЗ обеспечивает снижение уровня мощности ядерных излучений до величин, установленных в «НРБ-99». Для радиационного контроля установлен комплекс специальной аппаратуры. Радиационный контроль включает в себя: сбор, отображение и обработку информации в период работы, ремонта и перегрузке реактора; контроль доз облучения персонала. Для своевременного предупреждения обслуживающего персонала о превышении в рабочих помещениях уровня излучения или загрязнения воздуха предусмотрена система световой и звуковой сигнализации.
Особенно опасна, с точки зрения радиационной безопасности, перегрузка топлива, т.к. демонтаж оборудования на крышке реактора может вызвать разуплотнение I контура. Из-за этого возможно повышение аэрозольной активности в месте проведения работ, а затем и во всем реакторном помещении, если не принимать соответствующих мер (дополнительная вентиляция и очистка воздуха на месте проведения работ). Некоторое снижение всплеска аэрозольной активности при разуплотнении I контура достигается путем его промывки и замены теплоносителя. Снятие крышки реактора приводит еще и к увеличению дозы -излучения, поэтому здесь требуется размещение специальной защиты для снижения интенсивности излучения до допустимого уровня.
Все работы, связанные с перезарядкой реактора, должны проводиться при всестороннем дозиметрическом контроле в помещении и на рабочих местах, а также при строгом соблюдении правил индивидуального дозиметрического контроля непосредственными исполнителями опасных работ. По результатам замеров службой дозиметрии действительного уровня ядерных излучений на местах проведения работ корректируется время пребывания исполнителей, предусмотренное технологией, а следовательно, и количество рабочих, необходимое для выполнения цикла работ по перезарядке реактора.
Таким образом, соблюдение правил РБ и осуществление всего комплекса мероприятий по дозиметрическому контролю на судне позволяет оценить состояние радиационной обстановки в рабочих помещениях, своевременно выявить участки с повышенным уровнем излучения, оперативно принять необходимые меры для обеспечения безопасных условий труда обслуживающего персонала.
С точки зрения внешней безопасности к судам с ЯЭУ предъявляется требование, чтобы ни при каких условиях ( нормальных эксплуатационных и аварийных) ЯЭУ не могла служить источником прямой или косвенной радиационной опасности. Поэтому отходы установки (протечки теплоносителя, вышедшие из строя элементы конструкции, обладающие активностью, и др.) должны оставаться на судах. Для этого на них предусматриваются специальные хранилища, цистерны. При нормальной эксплуатации удаление радиоактивных отходов с судна может быть проведено следующими способами. Относительно слаборадиоактивные жидкости, газы разбавляются в соответствующих нерадиоактивных средах (вода, воздух) до концентрации около 10-7 мккюри/см3 в жидкости и около 10-10 мккюри/см3 в газах и выбрасываются в море или воздух.
Отходы, имеющие высокую радиоактивность, упаковываются в специальную тару, целостность которой рассчитана на длительное время, и захоранивается в море или на берегу в специально отведенных для этой цели местах. Воздух из помещений судна с повышенным уровнем радиации выбрасывается в окружающее пространство только после очистки в фильтрах.
Из соображений безопасности населения уровень ядерных излучений на поверхности подводной части судна не должен быть большим, поскольку это может привести к радиационному заражению морских животных и растительности, употребляемых в пищу, а через них и человека. Для безопасности водолазных работ также требуется значительное ослабление ядерных излучений в подводной части судна.
9.Охрана труда и окружающей среды.
АППУ выполнена и размещена на судне таким образом, чтобы обеспечить защиту экипажа и населения от облучения, а окружающую среду - от загрязнения радиоактивными веществами в пределах допустимых безопасных норм как при нормальной эксплуатации, так и при авариях установки и судна.
БЗ оборудования I контура обеспечивает снижение мощности дозы за защитой до величин, указанных в НРБ-99. Наибольшая опасность радиоактивного облучения в помещении, где расположена АППУ. Это помещение относится к разряду ограниченного пребывания персонала. Радиационное воздействие на персонал и население регламентируется нормативными документами, в основу которых положены отечественный опыт в области радиационной защиты и рекомендации Международной комиссии по радиологической защите:
Вход персонала в реакторное помещение невозможен. Вход в аппаратное помещение осуществляется через тамбур-шлюз, который оборудуется герметичными дверями с блокировкой, исключающей их одновременное открытие, датчиками активности, душевой.
На возможных путях выхода радиоактивных веществ в проекте предусмотрены четыре защитных барьера между ядерным топливом и окружающей средой:
Внутреннее пространство ЗО разделено по высоте герметичным настилом на два помещения: реакторное и аппаратное.
В реакторном помещении под БЗ, выполненной в виде объемных блоков размещено все оборудование I контура. Разъемы оборудования, имеющего заменяемые элементы, выведены в аппаратное помещение, что исключает демонтаж блоков защиты и разгерметизацию реакторного помещения при их замене. Для ремонтных работ и перегрузки АЗР в крышке ЗО имеется люковое отверстие, обеспечивающее возможность вертикальной транспортировки заменяемого оборудования I контура. Люковое отверстие герметизируется сваркой. Двери, люковое отверстие, проходки труб и кабельные коробки рассчитаны на те же параметры прочности и герметичности, что и ЗО.
Вентиляция ЗО осуществляется автономной системой, обеспечивающей работу как по замкнутому, так и по открытому циклу.
На байпасе вытяжного тракта системы установлены фильтры очистки, подключаемые при обнаружении активности воздуха внутри оболочки. На вытяжных и вдувных каналах установлены автоматические быстрозапорные клапаны, отсекающие и герметизирующие ЗО при повышении давления в аварийных ситуациях.
Для ослабления последствий предельно возможной аварии предусмотрены: система снижения аварийного давления и система проливки АЗР, система проливки ПГ.
Защитное ограждение призвано ограничить распространение радиоактивных веществ в другие части судна. Границами ограждения являются продольные и поперечные переборки реакторного отсека, третье дно и настил верхней палубы. Защитное ограждение полностью окружает ЗО и все имеющиеся источники ИИ. Все помещения в защитном ограждении подразделяются на зоны: контролируемую, наблюдаемую, свободную. Проход в первые две зоны осуществляется через санпропускник принудительного типа с полным переодеванием и санитарной обработкой персонала.
Особенностью ЯЭУ является необходимость исключения радиоактивного загрязнения окружающей среды.
Газообразные радиоактивные выбросы в процессе работы не незначительны (не более 10 Ки/г) и определяются инертными радиоактивными газами. Концентрация радионуклидов в воздухе за пределами ЯППУ, создаваемая упомянутой величиной газообразного выброса, не превышает допустимой концентрации, нормированной для лиц категории Б, что свидетельствует об отсутствии газообразных отходов или их минимальном значении.
Жидкие радиоактивные отходы при работе РУ на мощности, а также при проведении технического обслуживания практически отсутствуют, а образуются при проведении дезактивационных мероприятий и в результате накопления вод санпропускника.
Реализованные в РУ конструкторские решения позволили практически полностью исключить высокоактивные (контурные) жидкие радиоактивные отходы и наполовину сократить количество низкоактивных (дезактивационных). Средняя активность жидких радиоактивных отходов при эксплуатации ЭУ типа КЛТ-40 составляет Ки/кг, т.е. они относятся к низкоактивным, что не накладывает ограничений на обращение с ними. Для изоляции жидких радиоактивных отходов от биосферы и их локализации предусмотрена специальная система, осуществляющая осушение помещений контролируемой зоны, прием и хранение отработавших дезрастворов, выдачу жидких радиоактивных отходов за пределы комплекса.
Твердые радиоактивные отходы образуются в процессе эксплуатации реактора. Они включают в себя элементы оборудования РУ, отработавшие срок действия, трубопроводы, спецодежду, инструмент, различные приборы и детали, средства защиты, органические отходы. Твердые радиоактивные отходы хранятся в специальном герметичном хранилище окруженном БЗ. Контейнер заполненный отходами (измельченными, спрессованными и т.д.) заваривается и загружается в ячейку хранилища, что изолирует их от окружающей среды.
Оборудование I контура заменяемое при ремонте или выработавшее свой ресурс (выемной блок реактора, ГЦН, трубная система ПГ, приводы СУЗ, арматура) является высокоактивным, заменяется с помощью специального оборудования и размещается в специальных контейнерах длительного хранения.
Таким образом, безопасность АППУ обеспечена устройствами и системами нормальной эксплуатации и системами безопасности, предназначенными для надежного выключения реактора, отвода тепла от активной зоны и ограничения последствий возможных аварий.
10.Гражданская оборона.
Задачей ГО является защита экипажа от всех современных средств поражения. Решение этой проблемы на судне достигается укрытием экипажа во внутренних помещениях, и обеспечением экипажа индивидуальными средствами защиты.
Поражающие факторы ядерного взрыва и средства защиты от них:
Химическое бактериологическое оружие при боевом использовании способно поражать в основном незащищенных людей. В этих случаях основным условием обеспечения устойчивой работы судна является герметизация отсеков судна, применение экипажем средств индивидуальной защиты. На судне установлены средства обнаружения химического бактериологического оружия для своевременного предупреждения экипажа. Экипаж судна должен быть обеспечен необходимыми препаратами и медикаментами для борьбы с последствиями применения химического бактериологического оружия.
11.Заключение.
В данной работе с учетом всех требований ядерной безопасности и надежности была спроектирована ЯЭУ для ледокола, обеспечивающая эффективную мощность (мощность на винтах) 40 МВт. Выполнение этих требований достигается применением достаточной степени резервирования и других организационных и технических мер.
Расчетный срок службы корпуса реактора составляет 27 лет, и может быть продлен по результатам эксплуатации. Выбранное обогащение ядерного топлива определяет величину кампании реактора 3 года, что соответствует современным тенденциям.
В связи с прогрессирующим ростом цен на органическое топливо можно с уверенностью утверждать, что суда с ЯППУ, при соблюдении соответствующих норм безопасности, вполне конкурентоспособны по сравнению с судами с традиционными энергетическими установками, особенно при работе на номинальной мощности, например, на трансокеанских рейсах или обеспечении необходимыми товарами и топливом районов Крайнего Севера.
Литература.
129
А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать | |||
27587. | Задачи и функции (охранительная и регулятивная) уголовного права. Принципы уголовного права | 29 KB | |
Задачи и функции охранительная и регулятивная уголовного права. Принципы уголовного права. Задачи уголовного права сформулированы в ст. Задачи уголовного права реализуются в процессе осуществления основных функций данной отрасли законодательства 1 Предупредительная регулятивная функция заключается в установлении наказания тем самым предупреждая граждан об ответственности в случае совершения преступления. | |||
27589. | Задержание лица, совершившего преступление. Основания для задержания и условия правомерности действий по его задержанию. Отличие причинения вреда при задержании преступника от необходимой обороны | 29 KB | |
Задержание лица совершившего преступление. В соответствии с законом не является преступлением причинение вреда лицу совершившему преступление при его задержании для доставления органам власти и пресечения возможности совершения им новых преступлений если иными средствами задержать такое лицо не представилось возможным и при этом причиненный вред не превысил пределов необходимости. 91 УПК РФ: 1 если лицо застигнуто при совершении преступления или непосредственно после его совершения; 2 потерпевшие или очевидцы укажут на данное лицо как... | |||
27591. | Законодательное определение и критерии невменяемости. Уголовная ответственность лиц с психическими расстройствами, не исключающими вменяемости (ограниченная вменяемость) | 34.5 KB | |
Лицо находящееся в состоянии невменяемости не подлежит уголовной ответственности и не является субъектом преступления ст. Состояние невменяемости устанавливается заключением судебнопсихиатрической экспертизы. Юридический психологический критерий невменяемости имеет два признака: интеллектуальный признак т. | |||
27593. | Захват заложника | 32.5 KB | |
Захват заложника ст. Объективная сторона заключается в захвате или удержании лица в качестве заложника. Захват заложника это открытое либо тайное с применением насилия или угрозы его применения либо без такового ограничение свободы его передвижения которое сопровождается в последующем открытым сообщением об этом и выдвигаемых условиях его освобождения. | |||
27594. | Изнасилование (ст. 131 УК). Отличие этого преступления от насильственных действий сексуального характера (ст. 132 УК) и от понуждения к действиям сексуального характера (ст. 133 УК). Половое сношение и иные действия сексуального характера с лицом, не дост | 39.5 KB | |
изнасилование половое сношение с применением насилия или с угрозой его применения к потерпевшей или другим лицам либо с использованием беспомощного состояния потерпевшей. Объектом этого преступления является половая свобода женщины а если потерпевшей является несовершеннолетняя или малолетняя то половая неприкосновенность ее. Потерпевшей может быть только женщина. Необходимо отметить что угроза может касаться не только потерпевшей но и других лиц судьба которых важна для потерпевшей например угроза убить мужа или детей женщины... | |||