Slide 1 ЦПАЗ ННЦ ХФТИ Центр по Проектированию Активных Зон ННЦ ХФТИ, г. Харьков А.Абдуллаев, В.Байдуллин, С.Слепцов, Г.Кулиш , г.Подольск Некоторые вопросы обоснования безопасности смешанных топливных загрузок

Slide 2 ЦПАЗ ННЦ ХФТИ Содержание Введение Методология анализа безопасности внедрения опытных ТВС Конструкционные особенности опытных ТВС Оценка эффектов смешанной зоны Выбор проектных ИС для подробного анализа и пример Заключение

Slide 3 ЦПАЗ ННЦ ХФТИ Введение На блоке 3 ЮУ АЭС были установлены опытные ТВС компании Вестингауз в рамках Программы квалификации ядерного топлива для Украины. Одним из основных вопросов было определение подхода к выполнению обоснования безопасности на этапе внедрения опытных ТВС.

Slide 4 ЦПАЗ ННЦ ХФТИ Цели Анализа Безопасности Демонстрация безопасности эксплуатации РУ и что система управления и защиты реактора обеспечивает непревышение установленных нормами пределов по повреждению топлива во время НУЭ и ННУЭ или, другими словами, отсутствие кризиса теплоотдачи. При авариях системы безопасности совместно с системой управления и защиты ограничивают повреждение топлива в установленных пределах.

Slide 5 ЦПАЗ ННЦ ХФТИ Методология анализа для опытных ТВС При установке опытных ТВС не предусматривается модификация систем реактора и не предполагается пересмотр критериев безопасности Основа подхода обоснования безопасности базируется на демонстрации того, что установка опытных ТВС в активную зону не приведет к нарушению принятых критериев безопасности и действующий анализ безопасности остается приемлемым. Это обеспечивается следующим:

Slide 6 ЦПАЗ ННЦ ХФТИ Методология анализа для опытных ТВС (продолжение) Присутствие опытных ТВС не влияет неблагоприятно на поведение активной зоны блока 3 ЮУАЭС при переходных режимах, рассматриваемых в существующем анализе безопасности, так как проектные запасы не снижаются. В связи с относительно большим КГС ДР опытной ТВС по отношению к КГС ДР резидентного топлива ядерно- физическое проектирование опытной ТВС и расположение их в активной зоне обеспечивает тепловыделение в каналах опытных ТВС ниже максимально проектных.

Slide 7 ЦПАЗ ННЦ ХФТИ Методология анализа для опытных ТВС (продолжение) Максимально теплонапряженный канал находится в резидентном топливе для всех загрузок с опытными ТВС. Опытные ТВС не оказывают неблагоприятного воздействия на эксплуатацию резидентного топлива, на характеристики активной зоны и ключевые параметры безопасности. Ключевые параметры - это характеристики активной зоны, которые могут изменится при перегрузке активной зоны и последствия ИС чувствительны к их изменениям.

Slide 8 ЦПАЗ ННЦ ХФТИ Некоторые конструкционные характеристки опытной ТВС 15 решеток, расположеных соответственно аксиальному расположению ДР резидентных ТВС Конструкция хвостовика и головки ТВС, обеспечивают соответствующее сопряжение с БЗТ и опорными стаканами, а также поперечное позиционирование и опору для топливных сборок Конструкция обечайки решетки и элементов головки и хвостовика, исключает непреднамеренное зацепление между опытными и резидентными сборками Прочное соединение решетки и направляющего канала Величина КГС ДР выше по отношению к ДР резидентного топлива

Slide 9 ЦПАЗ ННЦ ХФТИ Гидравлические характеристики активной зоны

Slide 10 ЦПАЗ ННЦ ХФТИ Оценка эффектов смешанной зоны С использованием корреляционных функций W-3 и Безрукова для расчета критического теплового потока программой VIPRE были выполнены расчеты DNBR для различных представительных с точки зрения кризиса теплоотдачи условий, соответствующих различным состояниям активной зоны. для каждого расчетного состояния как для активной зоны с одним типом топлива, так и для смешанной активной зоны была найдена мощность, при которой достигался коэффициент запаса до кризиса теплоотдачи, принятый как реперный. 30-и канальное разбиение 1/6 активной зоны в расчетной модели VIPRE

Slide 11 ЦПАЗ ННЦ ХФТИ Результаты расчетов Описание состояния РУ для оценок запаса до кризиса теплоотдачи (W-3 =1.3),% (Bezrukov= 1.2),% 1 Номинальные параметры, N=N ном, G мин =80000м 3 /ч,Т вх =286°С,Р 1к =15.7МПа Р 1к + Т вх для ИС с увеличением топлоотвода со стороны 2к или расхолаживание, вариант 1, N=N ном, G 1K =G мин, Т вх =271.1°С, Р 1к =11.0МПа Р 1к + Т вх для ИС с увеличением топлоотвода со стороны 2к или расхолаживание, вариант 2, N=N ном, G 1K =G мин, Т вх =282.2°С, Р 1к =12.1МПа Р 1к + Т вх для ИС с уменьшением топлоотвода со стороны 2к, вариант 1, N=N ном, G 1K =G мин, Т вх =298.9°С, Р 1к =14.6МПа Р 1к + Т вх для ИС с уменьшением топлоотвода со стороны 2к, вариант 2, N=N ном, G 1K =G мин, Т вх =304.4°С, Р 1к =15.7МПа Р 1к + Т вх для ИС с неуправляемым движением группы ОР СУЗ, N=N ном, G 1K =G мин, Т вх =310°С, Р 1к =16.6МПа Р 1к + N ном для ИС с неуправляемым движением группы ОР СУЗ, N=120%N ном, G 1K =G мин, Т вх =286°С, Р 1к =16.6МПа G для ИС со снижением расхода т/н 1 к, вариант 1, N=N ном, G 1K = 75%G мин, Т вх =286°С, Р 1к =15.7МПа G для ИС со снижением расхода т/н 1 к, вариант 2, N=97%N ном, G 1K =80%G мин, Т вх =288°С, Р 1к =15.6МПа

Slide 12 ЦПАЗ ННЦ ХФТИ Нейтронно-физическое проектирование опытной ТВС Выбор обогащения, радиальное профилирование и расположение ТВЭЛ с выгорающими поглотителями (ZrB 2 ) в опытной ТВС, а также расположение ТВС в активной зоне обеспечивают выполнение требуемых условий по энерговыделению в каналах опытных ТВС

Slide 13 ЦПАЗ ННЦ ХФТИ Выбор проектных аварийных режимов для анализа По следующим причинам анализ может быть ограничен только аспектами, связанными с топливом: Присутствие опытных ТВС не влияют на характер воздействия активной зоны на пределы безопасной эксплуатации. Никаких изменений в системах защиты реактора, системах безопасности, в уставках срабатывания систем не требуется. Эксплуатационные процедуры не меняются.

Slide 14 ЦПАЗ ННЦ ХФТИ Выбор проектных аварийных режимов для анализа Нейтронно-физическое проектирование ТВС и активной зоны могут обеспечить нахождение опытных ТВС не в предельных с точки зрения тепловыделения условиях эксплуатации. Однако, в переходых и аварийных режимах с асимметричным распределением поля энерговыделения опытные ТВС могут оказатся в максимально нагруженных условиях.

Slide 15 ЦПАЗ ННЦ ХФТИ Выбор проектных аварийных режимов для анализа Для подробного анализа были выбраны следующие переходные режимы и аварии: Выброс ОР СУЗ Разрыв паропровода до БЗОК Заклинивание ротора ГЦН Ошибочная загрузка ТВС в неправильную ячейку (по требованию Комитета по Ядерному Регулированию Украины)

Slide 16 ЦПАЗ ННЦ ХФТИ Пример: анализ разрыва паропровода до БЗОК на МКУ Некоторые допущения принятые в анализе: Отказ на отключение ГЦН Расход питательной воды в начале переходного режима соответствует номинальному на мощности Учет характерного распределения температуры на входе в активную зону на основе результатов испытаний Застревание наиболее эффективного ОР СУЗ в холодном секторе

Slide 17 ЦПАЗ ННЦ ХФТИ Пример: анализ разрыва паропровода до БЗОК на МКУ Характерное распределение температуры на входе в активную зону на основе результатов испытаний РАЭС 3

Slide 18 ЦПАЗ ННЦ ХФТИ Распределение поля энерговыделения на мощности 30,3% от Nном. Все ОР СУЗ на НКВ за исключением ОР СУЗ 14 25, min DNBR = 2,05 в опытной ТВС и 1,67 в резидентной ТВС Пример: анализ разрыва паропровода до БЗОК на МКУ

Slide 19 ЦПАЗ ННЦ ХФТИ Распределение поля энерговыделения на мощности 31,9% от Nном. Все ОР СУЗ на НКВ за исключением ОР СУЗ 14 29, min DNBR > 3 в опытной ТВС и 1,54 в резидентной ТВС Пример: анализ разрыва паропровода до БЗОК на МКУ

Slide 20 ЦПАЗ ННЦ ХФТИ Заключение Подход к обоснованию безопасности основывался на рассмотрении ИС связанных только с топливом и был выполнен ограниченный анализ проектных ИС. Отличие гидравлических характеристик опытных ТВС от резидентного топлива привело к ограничению мощности для опытных ТВС в смешанной активной зоне, которое было компенсировано ядерно-физическим проектированием. Анализ подтвердил выполнение критериев приемлимости для топлива и применимость действующего анализа безопасности (ТОБ блока 3) для активной зоны с 6-ю опытными ТВС.