«ТЫ­СЯЧ­НИ­КИ»(Эво­лю­ция ВВЭР-1000)

 

Текст: Сер­гей Панов

С мо­мен­та пуска пер­во­го водо-​водяного «ты­сяч­ни­ка» на пло­щад­ке Но­во­во­ро­неж­ской АЭС про­шло уже более 35 лет. В Рос­сии и за ее пре­де­ла­ми успеш­но экс­плу­а­ти­ру­ют­ся де­сят­ки по­доб­ных ре­ак­тор­ных уста­но­вок. На­коп­лен­ный за эти годы опыт экс­плу­а­та­ции реак­торов типа ВВЭР-1000 поз­во­лил су­ще­ствен­но оп­ти­ми­зи­ро­вать их кон­струк­тив, по­вы­сить без­опас­ность и кон­ку­рен­то­спо­соб­ность. В ре­зуль­та­те порт­фель экс­порт­ных за­ка­зов Ро­са­то­ма на со­ору­же­ние АЭС с совре­мен­ны­ми про­ек­та­ми ВВЭР-1000 по­сто­ян­но рас­тет, под­тя­ги­вая за собой за­ка­зы на топ­ли­во и сер­вис­ное об­слу­жи­ва­ние.

Мы про­дол­жа­ем серию ма­те­ри­а­лов, по­свя­щен­ных эво­лю­ции тех­но­ло­гии ВВЭР. На этот раз мы крат­ко рас­ска­жем об ис­то­рии раз­ви­тия про­ектов ре­ак­то­ров типа ВВЭР-1000, рас­смот­рим их кон­струк­тив­ные осо­бен­но­сти в части ос­нов­но­го обо­ру­до­ва­ния и при­ме­ня­е­мых си­стем без­опас­но­сти.

ПИ­ЛОТ­НЫЙ ПРО­ЕКТ

В 1969 году стар­то­ва­ли ра­бо­ты по ре­ак­тор­ной уста­нов­ке ВВЭР-1000, со­ору­же­ние ко­то­рой было запла­ни­ро­ва­но на пятом энер­го­бло­ке Но­во­во­ро­неж­ской АЭС. Тех­ни­че­ский про­ект пер­во­го водо-​водяно- го ре­ак­то­ра элек­три­че­ской мощно­стью 1000 МВт, ко­то­рый по­лу­чил обо­зна­че­ние В-187, был ре­ко­мен­до­ван к ре­а­ли­за­ции в 1971 году. При­ме­ча­тель­но, что тогда же был вве­ден в экс­плу­а­та­цию пер­вый ВВЭР-440 на тре­тьем блоке Но­во­во­ро­неж­ской стан­ции.

В про­ек­те В-187 впер­вые в отече­ствен­ной прак­ти­ке была ре­а­ли­зо­ва­на ком­по­нов­ка с ис­поль­зо­ва­ни­ем за­щит­ной гер­ме­тич­ной обо­лоч­ки из пред­ва­ри­тель­но на­пря­жен­но­го же­ле­зо­бе­то­на (кон­тей­н­мент), рас­счи­тан­ной на мак­си­маль­ное дав­ле­ние в ре­зуль­та­те наи­бо­лее тя­же­лой про­ект­ной ава­рии, воз­ни­ка­ю­щей при раз­ры­ве глав­но­го цир­ку­ля­ци­он­но­го тру­бо­про­во­да диа­мет­ром 850 мм.

Ре­ше­ние ма­те­ри­а­ло­вед­че­ских про­блем, воз­ник­ших в связи с уве­ли­че­ни­ем га­ба­ри­тов ос­нов­но­го обо­ру­до­ва­ния В-187 (кор­пус реак­тора, па­ро­ге­не­ра­тор, глав­ные цир­ку­ля­ци­он­ные тру­бо­про­во­ды) по срав­не­нию с про­ек­та­ми мень­шей мощ­но­сти, за­ня­ло несколь­ко лет и по­влек­ло сдвиг сро­ков со­ору­же­ния энер­го­бло­ка и его ввода в экс­плу­а­та­цию на три года.

Зна­чи­тель­ное по­вы­ше­ние мощ­но­сти энер­го­бло­ка с ре­ак­то­ром ВВЭР-1000 по срав­не­нию с пред­ше­ствен­ни­ка­ми обес­пе­чи­ва­лось не толь­ко за счет уве­ли­че­ния теп­ло­вой мощ­но­сти не­по­сред­ствен­но ре­ак­то­ра, но и за счет по­вы­ше­ния эф­фек­тив­но­сти па­ро­си­ло­во­го цикла, ре­а­ли­зо­ван­но­го путем уве­ли­че­ния дав­ле­ния ге­не­ри­ру­е­мо­го пара. В ре­зуль­та­те дав­ле­ние пара в па­ро­ге­не­ра­то­ре было уве­ли­че­но с 32 атм. до 64 атм., ко­эф­фи­ци­ент по­лез­но­го дей­ствия тур­бо­ге­не­ра­то­ра — с 28 % до 33 %.

Важно от­ме­тить, что теп­ло­вая мощ­ность ре­ак­то­ра уве­ли­чи­ва­лась при со­блю­де­нии усло­вий для обес­пе­че­ния транс­пор­ти­ро­ва­ния ос­нов­но­го обо­ру­до­ва­ния по же­лез­но­до­рож­ным путям (в ос­нов­ном это ка­са­лось со­хра­не­ния пре­дель­ных га­ба­ри­тов кор­пу­са ре­ак­то­ра). При этом эф­фек­тив­ный диа­метр ак­тив­ной зоны прак­ти­че­ски не ме­нял­ся, а теп­ло­вая мощ­ность по­вы­ша­лась за счет умень­шения нерав­но­мер­но­сти теп­ло­вы­де­ле­ния, по­вы­ше­ния рас­хо­да теп­ло­но­си­те­ля через зону, уве­ли­че­ния теп­ло­съе­ма с твэ­лов.

По­след­нее, в свою оче­редь, было до­стиг­ну­то за счет умень­ше­ния диа­мет­ра ис­поль­зу­е­мых твэ­лов с 10,2 мм до 9,1 мм по срав­не­нию с ВВЭР-400. Кроме того, при пе­ре­хо­де к ВВЭР-1000 были уве­ли­че­ны вы­сота ак­тив­ной зоны и общая за­груз­ка по урану. В ре­зуль­та­те теп­ло­вая мощ­ность В-187 со­ста­ви­ла 3000 МВт про­тив 760 МВт у В-1 (пер­вый энер­го­блок Но­во­во­ро­неж­ской атом­ной стан­ции).

Эко­но­ми­че­ская эф­фек­тив­ность пи­лот­но­го энер­го­бло­ка с ре­а­кто­ром типа ВВЭР-1000 по срав­не­нию с пред­ше­ствен­ни­ка­ми обес­пе­чи­ва­лась не толь­ко уве­ли­че­ни­ем еди­нич­ной мощ­но­сти, но и ра­ди­каль­ным улуч­ше­ни­ем по­ка­за­те­лей топливо-​ ис­поль­зо­ва­ния: по­вы­ше­ние энер­го­на­пря­жен­но­сти топ­ли­ва более чем в два раза (с 20 до 45 КВт/кгЦ), уве­ли­че­ние глу­би­ны вы­го­ра­ния ядер­ного топ­ли­ва более чем в три раза (с 12 до 43 МВт • сут/кгЦ).

ЗА­ПУСК В СЕРИЮ

Кон­струк­ци­он­ные ре­ше­ния, приме­нен­ные в В-187, легли в ос­но­ву так на­зы­ва­е­мой «малой серии», к кото­рой от­но­сят­ся про­ек­ты В-302 (Юж­но-​Украинская АЭС-1) и В-338 (Юж­но-​Украинская АЭС-2 и Ка­ли­нин­ская АЭС-1, 2). Ос­нов­ные от­ли­чия «ма­лой серии» от го­лов­но­го ре­ак­то­ра: пе­ре­ход к при­ме­не­нию бес­чех­ло­вых ТВС, за­мет­ное умень­ше­ние ко­ли­че­ства при­во­дов СУЗ (со 109 до 49 шт. на пер­вом блоке Южно-​Украинской АЭС и до 61 шт. на осталь­ных бло­ках серии), за­ме­на вы­го­род­ки из пла­стин внут­ри шахты ре­ак­то­ра вы­го­род­кой из цель­но­ко­ва­ных колец.

Из­на­чаль­но в тех­ни­че­ском за­да­нии на мо­дер­ни­зи­ро­ван­ную ре­ак­тор­ную уста­нов­ку типа ВВЭР-1000 было на­ме­че­но при­ме­не­ние 49 при­во­дов СУЗ (с уче­том уве­ли­че­ния числа по­гло­ща­ю­щих эле­мен­тов с 12 до 18 по срав­не­нию с про­ек­том В-187). Одна­ко уточ­нен­ные рас­че­ты спе­ци­а­ли­стов Кур­ча­тов­ско­го ин­сти­ту­та по­ка­за­ли, что для до­сти­же­ния оп­ти­маль­ной эф­фек­тив­но­сти функ­ци­о­ни­ро­ва­ния СУЗ необ­хо­ди­мо уве­ли­че­ние ко­ли­че­ства при­во­дов до 61. К этому мо­мен­ту уже имел­ся зна­чи­тель­ный задел по из­го­тов­ле­нию круп­ных узлов ре­ак­то­ра (крыш­ка верх­не­го блока, блок защит­ных труб, днище шахты). В ре­зуль­та­те, после по­лу­че­ния до­пол­ни­тель­ных обос­но­ва­ний от спе­ци­а­ли­стов Курча­тов­ско­го ин­сти­ту­та о воз­мож­но­сти без­опас­но­го функ­ци­о­ни­ро­ва­ния бло­ка с ре­ак­то­ром типа ВВЭР-1000 с 49 при­во­да­ми СУЗ, ру­ко­вод­ством отрас­ли было при­ня­то ре­ше­ние о со­ору­же­нии един­ствен­но­го энер­го­бло­ка с ре­ак­то­ром про­ек­та В-302, тогда как все осталь­ные се­рий­ные блоки имели уже по 61 при­во­ду.

Сле­ду­ет также от­ме­тить, что пилот­ный энер­го­блок с ре­ак­то­ром В-187 — един­ствен­ный водо-​водяной тысяч­ник, на ко­то­ром ис­поль­зу­ют­ся две

ЭВО­ЛЮ­ЦИЯ ВВЭР-1000

1980 ф В-187 Пи­лот­ная РУ

Но­во­во­ро­неж­ская АЭС

1982 Ф В-302, В-338 «Малая серия» Южно-​Украинская АЭС

1984 ф В-320 «Боль­шая серия» За­по­рож­ская АЭС

В-428

Тянь­вань­ская АЭС (Китай)

В-446

АЭС «Бушер»

В-412

АЭС «Ку­дан­ку­лам» (Индия) В-392М

Но­во­во­ро­неж­ская АЭС

РУ по­вы­шен­ной без­опас­но­сти

тур­би­ны элек­три­че­ской мощ­но­стью по 500 МВт каж­дая, тогда как в даль­ней­шем на всех ВВЭР-1000 при­ме­ня­лось ре­ше­ние с одной тур­би­ной.

Уже в 1978 году (за два года до вво­да в строй пя­то­го энер­го­бло­ка Ново­во­ро­неж­ской АЭС с ре­ак­то­ром В-187) были ини­ци­и­ро­ва­ны про­ра­бот­ки ре­ак­тор­ной уста­нов­ки про­ек­та В-20, ба­зовой для «боль­шой серии». При этом перед раз­ра­бот­чи­ка­ми было по­став­лено усло­вие со­хра­нить ос­нов­ные па­ра­мет­ры уста­нов­ки и обя­за­тель­но учесть оп­ти­ми­за­ци­он­ные реше­ния по клю­че­во­му обо­ру­до­ва­нию, ко­то­рые были при­ня­ты при кон­стру­и­ро­ва­нии и про­ек­ти­ро­ва­нии проектов-​предшественников (В-187, В-302, В-338).

Клю­че­вые от­ли­чия В-320 от преды­дущих про­ек­тов за­клю­ча­ют­ся в от­казе от глав­ных за­пор­ных за­дви­жек Ду 850, пе­ре­хо­де на «мок­рую» пере­груз­ку внут­ри­кор­пус­ных устройств (в кон­струк­ции ре­ак­тор­ной уста­нов­ки преду­смот­рен бас­сейн ре­ви­зии с двумя ко­лод­ца­ми), усо­вер­шен­ство­вании си­сте­мы пе­ре­груз­ки топ­ли­ва, а также при­ме­не­нии мо­дер­ни­зи­ро­ван­но­го глав­но­го цир­ку­ля­ци­он­но­го на­со­са (ГЦН-195М).

Оста­но­вим­ся по­дроб­нее на ре­ше­ни­ях об от­ка­зе от ис­поль­зо­ва­ния глав­ных за­пор­ных за­дви­жек Ду 850 и приме­нении ГЦН-195М в про­ек­те В-320.

В го­лов­ном про­ек­те и ре­ак­то­рах ВВЭР-1000 «малой серии» приме­нение Ду 850 поз­во­ля­ло в слу­чае необ­хо­ди­мо­сти от­клю­чить выбо­рочно одну или две петли с соот­вет­ству­ю­щим сни­же­ни­ем мощно­сти энер­го­бло­ка. Ре­ше­ние об от­ка­зе от их ис­поль­зо­ва­ния было ос­но­ва­но, в част­но­сти, на том, что экс­плуа­тация энер­го­бло­ков с ре­ак­то­ра­ми про­ек­та В-320 пред­по­ла­га­лась в до­ста­точ­но мощ­ной энер­го­си­сте­ме, по­зво­ля­ю­щей без­бо­лез­нен­но отклю­чить от сети весь блок-​гигаваттник. Кроме того, ис­клю­че­ние из проек­та за­дви­жек Ду 850 дало воз­мож­ность су­ще­ствен­но оп­ти­ми­зи­ро­вать ком­по­нов­ку ре­ак­тор­ной уста­нов­ки, умень­шить длину и со­про­тив­ле­ние петли глав­но­го цир­ку­ля­ци­он­но­го кон­ту­ра, уве­ли­чить сей­смо­стой­кость и сни­зить ко­ли­че­ство свар­ных швов на глав­ном цир­ку­ля­ци­он­ном тру­бо­про­во­де.

Что ка­са­ет­ся ГЦН-195М, то его мо­дер­ни­за­ция была ос­но­ва­на на опыте экс­плу­а­та­ции ГЦН-195. В ре­зуль­та­те при раз­ра­бот­ке на­со­са были приме­нены ре­ше­ния, поз­во­ля­ю­щие реа­ли­зо­вать его мак­си­маль­ную герме­тич­ность, ав­то­ном­ность (сни­же­ние за­ви­си­мо­сти от вли­я­ния об­слу­жи­ва­ю­щих си­стем АЭС). Путем заме­ны го­рю­чих масел на воду в си­сте­ме смаз­ки под­шип­ни­ков и элек­тро­дви­га­те­ля по­вы­си­ли по­жар­ную без­опас­ность. Еще одно пре­иму­ще­ство — усо­вер­шен­ство­ван­ный насос со­хра­ня­ет це­лост­ность и ра­бо­то­спо­соб­ность в усло­ви­ях от­сут­ствия пода­чи охла­жда­ю­щей воды при дли­тель­ном обес­то­чи­ва­нии АЭС.

УПОР НА БЕЗ­ОПАС­НОСТЬ

Во вто­рой по­ло­вине 1980-х годов, по ито­гам все­сто­рон­не­го ана­ли­за ава­рий, про­изо­шед­ших в граж­дан­ской ядер­ной энер­ге­ти­ке (на АЭС «Три-​Майл-Айленд» в США и на Чер­но­быль­ской АЭС в СССР), перед кол­лек­ти­вом раз­ра­бот­чи­ков была по­став­ле­на за­да­ча раз­ра­бот­ки про­ек­та АЭС с ре­ак­то­ром ВВЭР-1000 но­во­го по­ко­ле­ния, от­ве­ча­ю­ще­го по­вы­шен­ным тре­бо­ва­ни­ям к без­опас­но­сти. В част­но­сти, в этом про­ек­те долж­ны были быть све­де­ны на нет риски ава­рий с раз­ру­ше­ни­ем ак­тив­ной зоны.

Новый про­ект, по­лу­чив­ший обозна­чение В-392, в целом ба­зи­ро­вал­ся на тех­ни­че­ских ре­ше­ни­ях и модер­ни­зи­ро­ван­ном обо­ру­до­ва­нии хоро­шо за­ре­ко­мен­до­вав­ше­го себя в про­цессе экс­плу­а­та­ции про­ек­та В-320. Что ка­са­ет­ся без­опас­но­сти, то в В-392 при­ме­ня­ет­ся ком­би­на­ция пас­сив­ных и ак­тив­ных си­стем с неза­ви­си­мыми ка­на­ла­ми раз­ных прин­ци­пов дей­ствия.

К новым пас­сив­ным си­сте­мам без­опас­но­сти про­ек­та В-392, не при­ме­няв­шим­ся ранее на ре­ак­тор­ных уста­нов­ках типа ВВЭР, от­но­сят­ся: си­стема быст­ро­го ввода бора (СБВБ), си­сте­ма от­во­да оста­точ­ных тепло­вы­де­ле­ний (СПОТ), до­пол­ни­тель­ная

си­сте­ма пас­сив­но­го за­ли­ва ак­тив­ной зоны (ГЕ-2).

Кроме того, в про­ек­те В-392 приме­нены усо­вер­шен­ство­ван­ные актив­ные си­сте­мы без­опас­но­сти и кон­цеп­ция «течь перед раз­ры­вом» для тру­бо­про­во­дов пер­во­го кон­ту­ра, что дает воз­мож­ность при­нять свое­вре­мен­ные меры для предот­вра­ще­ния ава­рии. Эф­фек­тив­ность ава­рий­ной за­щи­ты по­вы­ше­на, в част­но­сти, за счет уве­ли­че­ния ко­ли­че­ства орга­нов ре­гу­ли­ро­ва­ния СУЗ (121 про­тив 61 в В-320), что поз­во­ля­ет в слу­чае необ­хо­ди­мо­сти под­дер­жи­вать реак­тор в под­кри­ти­че­ском ре­жи­ме при рас­хо­ла­жи­ва­нии до 100 °С без ввода бор­но­го рас­тво­ра.

В про­ек­те В-392 преду­смот­рен двой­ной кон­тей­н­мент. Внеш­няя обо­лоч­ка вы­пол­ня­ет­ся из мо­но­лит­но­го же­ле­зо­бе­то­на и за­щи­ща­ет внут­рен­нюю от внеш­них воз­дей­ствий (ура­га­нов, смер­чей, воз­душ­ной удар­ной волны, па­де­ния са­мо­ле­та и тому по­доб­ных). Внут­рен­няя обо­лоч­ка со­сто­ит из пред­ва­ри­тель­но на­пря­жен­но­го желе­зо­бе­то­на со сталь­ной гер­ме­ти­зи­рую­щей об­ли­цов­кой. Между внут­рен­ней и внеш­ней обо­лоч­ка­ми осу­щест­вля­ет­ся отсос воз­ду­ха с очист­кой на филь­трах для со­зда­ния раз­ря­жен­ной ат­мо­сфе­ры.

Ин­те­рес­ный факт: в чи­стом виде про­ект В-392 так нигде и не был реа­ли­зо­ван. Од­на­ко за­ло­жен­ные в него ре­ше­ния легли в ос­но­ву таких зару­беж­ных про­ек­тов Ро­са­то­ма, как АЭС «Ку­дан­ку­лам» (В-412), АЭС «Тянь- вань» (В-428) и АЭС «Бушер» (В-446).

При раз­ра­бот­ке ин­дий­ско­го проек­та были при­ня­ты во вни­ма­ние не­ко­то­рые до­пол­ни­тель­ные тре­бо­ва­ния ин­дий­ской сто­ро­ны, свя­зан­ные со спе­ци­фи­кой пло­щад­ки со­ору­же­ния: раз­ра­бот­чи­ки рас­ши­ри­ли пе­ре­чень учи­ты­ва­е­мых про­ект­ных и за­про­ект­ных ава­рий, а также учли сей­сми­че­ские осо­бен­но­сти и требо­вания к ма­нев­рен­но­сти энер­го­бло­ка .

ТАБ­ЛИ­ЦА 2. КОН­СТРУК­ТИВ­НЫЕ ОСО­БЕН­НО­СТИ ОБО­РУ­ДО­ВА­НИЯ РЕ­АК­ТО­РОВ ТИПА ВВЭР-1000   ЗНА­ЧЕ­НИЕ ХА­РАК­ТЕ­РИ­СТИ­КА В-187 В-302, В-338 В-320 В-392, В-412, В-428, В-446 Год и место пуска пер­во­го блока 1980, Но­во­во­ро­неж­ская АЭС 1982, Южно-​Укра- 1984, За­по­рож­ская ин­ская АЭС АЭС 2006, Тяньвань-​ ская АЭС (Китай) Рас­ход теп­ло­но­си­те­ля через ре­ак­тор при ра­боте на че­ты­рех на­со­сах, м3/ч 84 800 88 000 88 000 86 000 Услов­ная ха­рак­те­ри­сти­ка ре­ак­то­ра го­лов­ной малая серия се­рий­ный по­вы­шен­ной без­опас­но­сти Про­ект­ный срок служ­бы, лет   РУ - 30, КР и ПГ - 40 РУ - 40, КР и ПГ - 50 КОР­ПУС РЕ­АК­ТО­РА Длина, мм   10 897 11 185 Место уста­нов­ки образцов-​свидетелей   в шахте ре­ак­то­ра на стен­ке кор­пу­са Ма­те­ри­ал сталь 15Х2НМФА, сталь 15Х2НМФА-​А сталь 15Х2НМФА-​А, сталь 15Х2НМФА-​кл 1 ШАХТА РЕ­АК­ТО­РА Ко­ли­че­ство опор на днище шахты, шт. 151 163   Креп­ле­ние опор днища шахты упор­ные винты ре­шет­ка Зазор между дни­щем кор­пу­са и упо­ра­ми шахты (мин), мм 80-90 5-10 Креп­ле­ние упру­го­го эле­мен­та, прижи­ма­ю­ще­го шахту на флан­це шахты на бурте блока за­щит­ных труб Вы­со­та шахты, мм 10 425 10 725 ТЕП­ЛО­ВЫ­ДЕ­ЛЯ­Ю­ЩИЕ СБОР­КИ ТипТ­ВС чех­ло­вая бес­чех­ло­вая усо­вер­шен­ство­ван­ная бес­чех­ло­вая Несу­щий кар­кас ТВС чехол 18 НК Ма­те­ри­ал кар­ка­са   сталь Zr+1 %Nb Ко­ли­че­ство ТВС в а.з., шт. 151 163 Шаг между ТВС, мм 241 236 СИ­СТЕ­МА УПРАВ­ЛЕ­НИЯ И ЗА­ЩИ­ТЫ Тип при­во­да СУЗ ЛШП ШЭМ ШЭМ-3 Срок служ­бы при­во­да СУЗ, лет 5 5 30 Ко­ли­че­ство при­во­дов СУЗ в ре­ак­то­ре, шт. 109 49 (В-302) 61 (В-338) 61 85-121

	ЗНА­ЧЕ­НИЕ
ХА­РАК­ТЕ­РИ­СТИ­КА	В-187	В-302, В-338	В-320	В-392, В-412, В-428, В-446
СИ­СТЕ­МА УПРАВ­ЛЕ­НИЯ И ЗА­ЩИ­ТЫ
Общее ко­ли­че­ство па­труб­ков, шт.	128	80 (В-302) 92 (В-338)	92	142
Срок служ­бы сбор­ки СУЗ, лет	5	10
Ко­ли­че­ство ПЭЛ в сбор­ке СУЗ, шт.	12		18
По­гло­ти­тель		в4с		DY2O; ТЮ2; B4C
ГЛАВ­НЫЙ ЦИР­КУ­ЛЯ­ЦИ­ОН­НЫЙ НАСОС
Тип ГЦНА	ГЦН-195	ГЦН-195М		ГЦНА-1391
Си­сте­ма под­шип­ни­ков	внеш­няя мас­ля­ная си­сте­ма	смаз­ка и охла­жде­ние водой
Элек­тро­дви­га­тель	од­но­ско­рост­ной	двух­ско­рост­ной
Смаз­ка	тур­бин­ное масло	него­рю­чая смаз­ка

 

Ис­точ­ник