Компенсатор давления

Монтаж корпуса компенсатора давления на АЭС.

Условная схема энергоблока с тяжёловодным реактором CANDU, компенсатор давления под цифрой 4.

Компенсатор давления — технический сосуд под давлением со специальной конструкцией, обеспечивающей компенсацию изменения объёма воды в замкнутом контуре при её нагревании. Он является конструктивной особенностью двухконтурных реакторов с водой под давлением в качестве теплоносителя (в том числе тяжёловодных), использующихся на атомных станциях, атомных подводных лодках и судах и рассматривается обычно в составе технологической системы, которая обеспечивает поддержание давления в первом контуре в стационарных режимах и ограничение отклонения давлений в переходных и аварийных режимах реакторной установки^{[1][2][3][4][5]}.

Компенсатор давления одновременно является системой обеспечения нужного давления и компенсации изменений объёма теплоносителя в первом контуре, поэтому имеет двоякое название — в технической документации и литературе он может называться как компенсатором давления, так и компенсатором объёма^[4].

Необходимость применения

Вода при высоких параметрах обладает относительно большим температурным коэффициентом изменения объёма и низкой сжимаемостью, что при замкнутом контуре приводит к недопустимо большим изменениям давления при изменении его температурного режима (даже при нормальных переходных режимах). Например уже при давлении 10 МПа и изменении при этом температуры от 250 до 300 °C удельный объём воды увеличивается на 11%, большинство же реакторов работают при ещё более высоких параметрах. Это обстоятельство требует организации в первом контуре реакторов под давлением специального компенсирующего объёма^[4].

Назначение системы

Технологическая схема системы компенсации давления в РУ с ВВЭР-1000/320.

Система компенсации давления первого контура предназначена:

• для ограничения давления в первом контуре, вызываемого изменением температурного режима во время работы РУ;
• для защиты первого контура от повышения давления;
• для создания давления в первом контуре в период пуска реакторной установки;
• для снижения давления в первом контуре при расхолаживании;

Система компенсации давления является системой нормальной эксплуатации, важной для безопасности^[3][4].

Состав системы

Пространственная схема первого контура с РУ ВВЭР-1000/320.

Система компенсации давления может включать в себя собственно компенсатор давления, импульсно-предохранительные устройства (ИПУ), барботажный бак, трубопроводы, арматуру и контрольно-измерительные приборы.

Компенсатор давления

Конструкция компенсатора давления ВВЭР-1000/320.
1 — горловина;
2 — крышка;
3 — днище;
4 — лестница;
5 — обечайка;
6 — обечайка блоков ТЭН;
7 — днище;
8 — блок ТЭН;
9 — коллектор;
10 — площадка.

Компенсатор обычно выполнен в виде вертикального сосуда, установленного на кольцевой опоре. В верхней части могут имеется люк для технического обслуживания и штуцера под трубопроводы впрыска теплоносителя, под трубопроводы сброса пара через ИПУ в барботёр, под уровнемеры и импульсные трубки для измерения параметров. В нижнем днище имеется патрубок под трубопровод, соединяющий горячую нитку одной из петель первого контура с компенсатором. Внутри установлено разбрызгивающее устройство, защитный экран и блоки трубчатых электронагревателей (ТЭН).

За счет тепла ТЭН достигается кипение воды, а образующийся пар собирается в верхней части компенсатора давления, создавая паровую подушку. Созданное в сосуде давление по трубопроводу соединяющему его нижнюю с горячей ниткой циркуляционной петли, передается в контур. Ограничение отклонений давления от номинального значения достигается за счет сжатия или расширения паровой подушки в компенсаторе. При значительном снижении давления в компенсаторе паровая подушка не в состоянии полностью восстановить исходное давление в контуре, тогда включаются дополнительные группы электронагревателей.

При значительном увеличении давления, то есть когда требуется его снизить, через разбрызгивающее устройство, расположенное в верхней части КД (в паровой подушке), подается теплоноситель из холодной нитки циркуляционной петли и происходит сжатие паровой подушки за счет частичной конденсации пара, что замедляет или прекращает рост давления в контуре.

Импульсное предохранительное устройство

Это разновидность предохранительной арматуры непрямого действия, высокопроизводительное устройство для массотвода воды в случае аварийного повышения её давления в контуре. Импульсные клапаны могут быть различных конструкций, чаще всего они сбрасывают среду в специальное устройство — барботажный бак, который в свою очередь оснащается своими средствами защиты от разрушения из-за резкого и сильного роста давления (обычно предохранительными мембранами).

Барботажный бак

Это горизонтальный цилиндрический сосуд с эллиптическими днищами. В его водяном объёме размещены два коллектора, через которые в водяной объём сбрасывается пар от протечек пара через ИПУ, а также при его срабатывании. На каждом коллекторе имеются сопла для эффективной конденсации пара. Барботёр чаще всего имеет предохранительные мембраны, которые через несколько секунд разрываются, если ИПУ срабатывает. Газовый объём барботёра постоянно вентилируется азотом для исключения образования взрывоопасной смеси водорода, образующегося при радиолизе воды в первом контуре^[3][4][4].

Примечания

1. ↑ И.Камерон Ядерные реакторы. — Москва: Энергоатомиздат, 1987. — С. 320.
2. ↑ I.R.Cameron, University of New Brunswick Nuclear fission reactors. — Canada, New Brunswick: Plenum Press, 1982.
3. ↑ ^{1 2 3} В.К.Резепов Реакторы ВВЭР-1000 для атомных электростанций. — Москва: ИКЦ «Академкнига»,ОКБ «Гидропресс», 2004.
4. ↑ ^{1 2 3 4 5 6} Описание систем важных для безопасности АЭС с реактором ВВЭР-1000. — Киев, 2009.
5. ↑ Prof.Dr.Böck Pressurized water reactor. Vienna University of Technology. Архивировано из первоисточника 2 мая 2012. Проверено 17 июля 2010.