Физический и энергетический пуски энергоблока АЭС

Под физическим пуском понимается процесс достижения ядерным реактором (ЯР) критического состояния, включающий в себя загрузку ЯР и проведение физических экспериментов на весьма малом и безопасном уровне мощности, когда отвод тепла от ЯР осуществляется за счет естественного теплового рассеяния. На этапе физического пуска ЯР решаются следующие основные задачи:

— загрузка штатной активной зоны;

— достижение критичности ЯР и вывод его на минимальный контролируемый уровень мощности (МКУ);

— экспериментальное определение и проверка ядерно-физических характеристик ЯР;

— определение эффективности действия аварийной защиты; проверка качества биологической защиты ЯР;

— другие задачи, определяемые программой физического пуска.

Основная часть физических экспериментов выполняется на мощности ЯР, составляющей 10—5 —10—2 % номинальной мощности. Необходимость проведения нейтронно-физических экспериментов состоит в том, что в процессе изготовления элементов активной зоны, твэлов, поглотителей существуют технологические отклонения размеров от расчетных значений, также имеются отличия в химическом и нуклид-ном составе. Поэтому действительные характеристики активной зоны могут отличаться от расчетных.

Для безопасного первого пуска ЯР необходимо знать с высокой точностью значения нейтронно-физических характеристик активной зоны. Знание этих характеристик также важно для последующей эксплуатации ЯР (при загрузках ЯР проводится последующее уточнение нейтронно-физических характеристик ЯР).

Физический пуск ЯР проводят в два этапа: холодный и горячий пуски. Холодный физический пуск ЯР осуществляется на таком уровне мощности, при котором можно пренебречь разогревом теплоносителя за счет деления ядер топлива. Сначала определяется критическая загрузка ЯТ. Под критической загрузкой топлива в ЯР понимается минимальная масса делящегося нуклида, которая при принятой геометрии размещения его в активной зоне обеспечивает протекание цепной реакции деления на стационарном уровне.

Критическая загрузка топлива зависит от ряда факторов: размеров и состава компонентов активной зоны, композиции топлива, типа замедлителя, конструкционных материалов и др. По мере загрузки в реактор ЯТ степень его подкритичности уменьшается. При проведении физических экспериментов для измерения потока нейтронов в корпус реактора, заполненного водой — замедлителем, вводят специальные (нештатные) детекторы нейтронов. Источниками нейтронов при физических экспериментах служат: нейтроны космического излучения, нейтроны спонтанного деления ядер урана и посторонние источники нейтронов мощностью до 10⁶ нейтр./с.

После набора критической массы реактор переводится в подкритическое состояние опусканием регулирующей группы СУЗ и введением в теплоноситель раствора борной кислоты с необходимой для ВВЭР концентрацией. Концентрацию раствора борной кислоты выбирают расчетным путем такой, чтобы после достижения РУ номинальной тепловой мощности в активной зоне оставалась только одна регулирующая группа СУЗ в полу погруженном состоянии. Дальнейшая загрузка ядерного реактора (ЯР) с доведением числа ТВС до полного комплекта проводится в подкритическом состоянии реактора, достигаемым с помощью органов управления.

Рассмотренный метод используется также для определения критического положения органов регулирования и компенсации. С этой целью для ВВЭР строится кривая обратного счета в зависимости от положения регулирующей группы СУЗ и концентрации борной кислоты. Критическое положение регулирующей группы СУЗ при полной загрузке всех ТВС является пусковым положением для первого эксплуатационного пуска ЯР.

Кроме определения критической загрузки ЯР топливом и критического положения органов регулирования и компенсации в процессе холодного физического пуска определяют:

• эффективность, интегральную и дифференциальную характеристики органов регулирования ЯР;
• коэффициенты реактивности различных компонентов ЯР; запас реактивности ЯР;
• подкритичность ЯР при полностью введенных поглотителях нейтронов.

Калибровка (определение эффективности) органов регулирования ЯР представляет собой определение изменения реактивности при перемещении поглотителя на единицу длины в различных сечениях активной зоны. С этой целью используются методы, основанные на различных физических закономерностях, в частности, по периоду разгона ЯР и метод компенсации.

В процессе горячего физического пуска, когда осуществляется разогрев ЯР, проводят следующие физические эксперименты:

• измерение температурного и мощностного эффектов реактивности;
• уточнение эффективности органов регулирования в горячем состоянии ЯР.

Эксперименты, проводимые во время физического пуска, позволяют подтвердить полученные при расчетах нейтронно-физические характеристики первой топливной загрузки ЯР, а также убедиться в надежности функционирования защит, блокировок и всей системы ядерно-физического контроля и ЯБ РУ. Полученные при физическом пуске характеристики активной зоны периодически уточняются в течение рабочей кампании.

Разрешение на загрузку ЯТ в реактор и физический пуск ЭБ АЭС выдает ГАН РФ и эксплуатирующая организация после проверки готовности ЭБ и его систем к этому этапу работ. Работы по загрузке ЯТ в реактор и проведение операций по физическому пуску выполняет эксплуатационный персонал АЭС, прошедший необходимую подготовку и аттестацию. С момента загрузки ЯР топливом эксплуатирующая организация несет полную ответственность за безопасную работу АЭС.

Энергетический пуск ЯР — это такой процесс ввода ЭБ АЭС в эксплуатацию, при котором ЭБ начинает производить энергию в соответствии с проектной технологической схемой и в течение которого проверяются режимы работы ЭБ на разных уровнях мощности вплоть до уровня, установленного для этапа опытной эксплуатации АЭС. По своей сути энергетический пуск является функциональной проверкой и испытаниями всего оборудования ЭБ при работе на рабочих параметрах оборудования и систем с выдачей тепловой и ЭЭ. Основными задачами энергетического пуска ЭБ являются: составление теплового баланса по контурам АЭС; тарировка измерителей нейтронной и тепловой мощности ЯР; проверка эффективности режима естественной циркуляции для охлаждения активной зоны ЯР:

• проверка функционирования СБ и всего оборудования АЭС в режиме обесточивания станции;
• проверка действия автоматических регуляторов, защит и блокировок при разных уровнях мощности;
• другие режимные испытания ЭБ, предусмотренные программой энергетического пуска.

Перед энергетическим пуском ЭБ должны быть подготовлены условия для надежной и безопасной эксплуатации ЭБ (пускового комплекса):

• укомплектован и обучен (с проверкой знаний) оперативный и ремонтный персонал;
• разработаны эксплуатационные инструкции и оперативные схемы, техническая документация по учету и отчетности;
• подготовлены запасы топлива, материалов, запасные части, средства ТОиР оборудования и систем;
• введены в действие СДТУ с линиями связи, системы пожарной сигнализации и пожаротушения, радиационного контроля, управления и защиты, вентиляции, устройства переработки и хранения радиоактивных отходов;
• получены разрешения на эксплуатацию оборудования и систем от ГАН РФ и других организаций Федерального надзора, санитарной инспекции, технической инспекции труда профессионального союза.

Для АЭС с различными типами ядерных реакторов, сооружаемых в РФ, имеются типовые «Программы энергетического пуска». В соответствии с типовой программой для каждого вновь пускаемого ЭБ руководством АЭС разрабатывается, а эксплуатирующей организацией утверждается конкретная программа энергетического пуска ЭБ. На основании этой программы выполняются все работы по энергетическому пуску ЭБ АЭС. Документы, регламентирующие проведение предпусковых работ и особенно физического и энергетического пусков, содержат перечни потенциально-опасных работ, а также мероприятия по предотвращению возможности возникновения аварийных ситуаций на ЭБ (пусковом комплексе) АЭС.

Энергетический пуск ЯР, исходя из соображений безопасности, проводится последовательно в несколько этапов. Первый этап осуществляется на 1 — 10 % номинальной мощности, а заключительный этап — на 55 — 100% номинальной мощности. Количество этапов и задачи каждого этапа определяются в конкретной программе энергетического пуска АЭС.

Энергетический пуск АЭС включает в себя:

• вывод ЯР в критическое состояние;
• перевод ЯР в надкритическое состояние;
• набор мощности до уровня, достаточного для пуска турбины;
• набор мощности до номинального или заданного значения.

В начальный момент времени энергетического пуска ЯР, полностью загруженный топливом, находится в подкритическом состоянии, причем подкритичность создана органами управления. Пуск ЯР производится последовательным подъемом сборок СУЗ. Каждым шагом перемещения органов СУЗ вносится положительная реактивность, уменьшающая подкритичность ЯР и увеличивающая его под-критическую мощность. Нейтронно-физические закономерности этих процессов аналогичны закономерностям изменения подкритичности ЯР при загрузке топлива.

Переход ЯР через критическое состояние в надкритическое возможен при плотности нейтронов может вызвать неконтролируемый разгон реактора (т.е. возникновение пусковой аварии). Поэтому важную роль играет чувствительность аппаратуры контроля мощности ЯР.

Когда активная зона загружена свежим необлученным топливом, то из-за малой плотности нейтронов контроль за пуском ЯР усложняется. В этом случае опасность пусковой аварии возрастает. Поэтому при первоначальных пусках ЯР иногда используют внешние источники нейтронов. После хотя бы однократного выхода нового ЯР на МКУ в активной зоне накапливаются продукты деления и продукты их распада, приводящие к появлению в реакторе собственных более мощных источников нейтронов, чем спонтанное деление и космическое излучение. Поэтому последующие пуски ЯР обычно не вызывают таких трудностей, как первоначальный.

После достижения МКУ осуществляется разогрев РУ за счет тепла, выделяемого в реакторе, а также за счет энергии работающих ГЦН. По мере разогрева теплоносителя, оборудования и трубопроводов РУ до рабочих параметров мощность ЯР возрастает до 1-3% номинальной. После этого продолжают повышать мощность ЯР, постепенно увеличивая параметры пара, генерируемого РУ. При достижении определенного давления пара приступают к прогреву паропроводов и пуску турбины и поэтапному набору мощности.

Таким образом, при энергетическом пуске ЭБ АЭС на каждом этапе проводится освоение режимов работы оборудования, автоматических регуляторов, СБ и других устройств и систем, обеспечивающих возможность и, главное, безопасность дальнейшего подъема мощности ЭБ.

Энергетический пуск, как комплексное опробование ЭБ АЭС, проводится персоналом АЭС. При этом должны быть включены предусмотренные проектом контрольно-измерительные приборы, блокировки, устройства сигнализации и дистанционного управления, защиты, АСУ ТП. Комплексное опробование ЭБ (пускового комплекса) АЭС считается проведенным при условии нормальной и непрерывной работы основного оборудования под нагрузкой в течение 15 сут при постоянной или поочередной работе всего вспомогательного оборудования по проектной схеме на номинальной мощности ЭБ в безопасном режиме.

Рабочая комиссия принимает по акту оборудование ЭБ (пускового комплекса) после комплексного опробования и устранения выявленных дефектов и недоделок, а также составляет акт о готовности законченных строительством зданий и сооружений для предъявления Государственной приемочной комиссии. После этого Государственная приемочная комиссия оформляет акт приемки в промышленную эксплуатацию оборудования с относящимися к нему зданиями и сооружениями.

По результатам энергетического пуска ЭБ составляется детальный отчет, который служит основанием для уточнения ТОБ ЭБ и АЭС в целом.

Алюминиевые вытяжные заклепки для монтажа конструкций на ТЭС и АЭС.