Ниже собственно сам опус, не то это перевод, не то это вольный пересказ. Но авторство приписывается некоему SMITH(у), Для ATOMINFO.RU Если же это(а скорее всего по стилю это так) доклад/презентация, то вот вам отличный пример, как не надо работать. Это я по поводу оригинала. Бездарно донельзя…
Опубликовано 25.09.2017. Картинки упомянуты, но публиковать их нет смысла. Ничего интересного.

Мы публикуем статью, подготовленную для электронного издания AtomInfo.Ru, давним активным участником нашего форума. По его просьбе, в авторстве указывается только его ник на форуме Smith.
Статья подготовлена по материалам доклада Брюса Мак-Доэулла из американской Pacific Northwest National Laboratory, который был представлен в апреле 2017 года на конференции, организованной под эгидой министерства обороны США.

Классика не подходит

В первой части доклада отмечается, что все современные реакторы типа LWR изначально предназначены для работы только в базовом режиме несения нагрузки.
Одновременно с этим их мощность составляет от 500 до 1400 МВт(э), а численность обслуживающего персонала – от 500 до 1000 человек. Затраты на сооружение подобного энергоблока в настоящее время оценивается около 7 миллиардов долларов.
Основными преимуществами реакторов типа LWR являются: надёжная работа в режиме базовой генерации, длительный срок эксплуатации (60 лет и выше), относительно низкие операционные затраты, применение хорошо обкатанной технология, отсутствие выбросов парниковых газов.
Типичный пример подобной АЭС с реакторами LWR – это станция “Susquehanna”, которая состоит из двух блоков по 1257 МВт(э) каждый и снабжает электроэнергией 1,89 миллионов домовладений.

Рис.1. АЭС “Susquehanna”.

Ряд особенностей современных энергоблоков с реакторами типа LWR препятствуют их применению для нужд министерства обороны США.
Прежде всего, это относится к выдаваемой мощности, которая во много раз превышает потребность военных объектов.
Площадь подобной станции занимает до 100 га, а зона аварийной защиты составляет до 10 миль.
На это накладывается большая стоимость сооружения, необходимость наличия солидного источника воды рядом с площадкой размещения для охлаждения установки, необходимость наличия резервных источников питания и ограниченная возможность маневрирования (следования за нагрузкой сети).
Ну и конечно же, со стратегической точки зрения немаловажен тот факт, что такая станция легко идентифицируется с воздуха и является лёгкой целью для потенциального противника.

Плюсы инноваций

В противовес традиционным энергоблокам с реакторами типа LWR можно рассматривать АЭС малой мощности (АСММ) в диапазоне от 5 до 300 МВт(э) в зависимости от требований конкретной площадки размещения.
Как правило, конструкция подобных энергоблоков предусматривает применение пассивных систем безопасности и значительно более низкую температуру теплоносителя, что благотворно сказывается на общей безопасности объекта.
Затраты на сооружение малой АЭС относительно невелики, а занимаемая площадь значительно меньше, чем у старшего собрата. Помимо этого, существуют варианты подземного размещения АСММ, что выгодно со стратегической точки зрения в случае использования для нужд минобороны.
Модульный принцип сооружения позволяет заметно сократить сроки сооружения и обеспечить постепенное наращивание установленной мощности на площадке размещения вслед за ростом потребности в генерации.
К этому можно добавить снижение потребности в обслуживающем персонале для АСММ в сравнении с классическими энергоблоками с LWR.
К этому следует добавить, что некоторые разрабатываемые проекты АСММ предусматривают использование перспективных теплоносителей (жидкосолевой, жидкометаллический или гелиевый) и топлива оригинального проекта (шарообразные твэлы).
Все перечисленное в совокупности существенно расширяет потенциал использования АСММ для нужд минобороны, включая применение энергии атома не только для генерации электроэнергии, но и для опреснения или получения высотемпературного тепла.

Многообразие проектов

В таблице 1 приведены основные характеристики классических энергоблоков с реакторами типа LWR, простых АСММ и инновационных разработок.


В таблице 2 приведены основные характеристики вновь разрабатываемых реакторных технологий на североамериканском континенте с точки зрения специалистов Pacific Northwest National Laboratory.

Примечание от AtomInfo.Ru: Компания “Upower” в настоящее время имеет название “Oklo”.

Опыт инноваций

Изначально ВМС США были пионерами в деле освоении малых ядерных установок, которые использовались для нужд оснащения подводных лодок, авианосцев и крейсеров.
По состоянию на середину 2015 года на площадке “Hanford” в штате Вашингтон было размещено 127 реакторных отсеков выведенных из эксплуатации установок, ожидается поступление ещё 100 штук.
Помимо этого, докладчик отметил, что имеющийся опыт разработки и эксплуатации инновационных концепций реакторных технологий в национальных лабораториях США включает в себя два крупных проекта.
С апреля 1982 года по апрель 1992 года на площадке “Hanford” функционировал многопрофильный исследовательский реактор с натриевым охлаждением “Fast Flux Test Facility” (FFTF) мощностью 400 МВт(т).
Вплоть до 1994 года на территории лаборатории “Argonne” в штате Айдахо эксплуатировался “Experimental Breeder Reactor-II” (EBR-II) мощностью 62,5 МВт(т), также с натриевым теплоносителем.

Несомненная польза

Применение современных реакторов малой мощности может способствовать глобальному усилению национальной безопасности США. Нередко происходящие в стране стихийные бедствия, такие как торнадо или наводнения, могут нарушить линии передачи электроэнергии, что приводит к ограничению или полному обесточиванию критически важных объектов федерального уровня.
И в этом смысле АСММ, благодаря присущим им особенностям, могут служить надёжным автономным источником электроэнергии, способствуя созданию так называемого энергетического острова (Power Islanding).
Размеры площадки размещения типовой АСММ на примере “NuScale” – охраняемая зона 17 га, общая занимаемая площадь 210 га (Рис.3).

Рис.2. Реакторный модуль NuScale.

Примечание автора статьи. К сожалению, в докладе не уточняется, какова мощность (количество модулей) площадки “NuScale” на Рис.3, что существенно затрудняет оценку корректности сопоставления занимаемой площади с АЭС “Vogtle”.

Сокращение занимаемой площади строительства в случае АСММ закономерно приводит к сокращению затрат на выкуп или аренду земельного участка, снижению объёма потребляемых стройматериалов, уменьшению воздействия на окружающую среду, включая снижение различных шумовых и визуальных эффектов.
Всё перечисленное добавляет привлекательности и увеличивает шансы на принятие положительного решения по реализации вновь разрабатываемых проектов АСММ.
Сокращение требуемых объёмов воды для целей охлаждения реакторной установки АСММ как в нормальном, так и в аварийном режиме эксплуатации позволяет высвободить этот ресурс для других целей (сельское хозяйство, создание мини-ГЭС и т.п.).
Также благодаря этому факту, заметно расширяется количество возможных мест размещения АСММ. Ещё больше сократить потребление воды можно за счёт применения сухих методов охлаждения.

Рис.3. Размеры площадки АСММ в сравнении с типовой АЭС с LWR.

Важной особенностью АСММ является возможность работы в манёвренном режиме, отслеживая динамику энергопотребления в течение суток. Это в будущем позволит балансировать мощности ВИЭ, которые последнее время широко внедряются в электросети по всей территории США.
Разработчики энергоблока “NuScale” предлагают три различных варианта маневрирования.
Во-первых, в процессе эксплуатации возможно отключение одного или нескольких модулей АСММ в случае продолжительного периода стабильной генерации ВИЭ.
Во-вторых, возможно частичное снижение мощности одного или нескольких модулей станции на непродолжительное время с целью компенсации ежечасных (более-менее предсказуемых) колебаний возобновляемой генерации.
В-третьих, возможно применение байпасирования паровой турбины для максимально быстрого реагирования на изменения в генерации ВИЭ.

Планы TVA

К настоящему моменту компания-оператор TVA подала в NRC предварительную заявку на размещение АСММ на площадке под названием “Clinch River” (Рис.4).
Планируемый поставщик реакторной технологии пока неизвестен. Однако известно, что максимально возможная надёжность проектируемой АСММ будет обеспечиваться подземным размещением и традиционным для проектов малых станций применением пассивных систем безопасности, возможностью длительной автономного охлаждения активной зоны в случае аварии.
По планам TVA реализация проекта по сооружению АСММ на площадке “Clinch River” должна способствовать решению целого ряда важных задач.
Прежде всего, это обеспечение энергетической безопасности, которое подразумевает надёжное энергоснабжение объектов федеральной важности в случае сетевых аварий, последствий стихийных бедствий или даже террористических атак.
Немаловажным является и вклад подобной установки в дело сокращения эмиссии парниковых газов.

Рис.4. Планируемая площадка размещения АСММ компании TVA.

Мировая гегемония

В настоящее время в США под контролем минэнерго реализуется программа по поддержке инновационных разработок в атомной отрасли (Gateway for Accelerated Innovation in Nuclear, или сокращённо GAIN).
Данная программа подразумевает организацию эффективного государственно-частного партнёрства, целью которого является предельно быстрое и экономически оправданное развитие инновационных ядерных энергетических технологий с учётом текущих рыночных реалий.
Необходимость реализации подобной инициативы связана с осознанием американским отраслевым сообществом того факта, что в мире наблюдается существенный рост спроса на ядерные энерготехнологии в то время, как позиции США в этом смысле заметно просели.
При этом эксперты отмечают, что близка точка невозврата, после прохождения которой на весьма успешной в недавнем прошлом американской атомной отрасли можно будет по сути поставить крест.
Глобальная цель GAIN заключается в том, чтобы уже к 2030 году США смогли не только существенно переоснастить свою атомную промышленность (технологическое лидерство), но и возглавить мировой ядерно-энергетический клуб для обеспечения человечества чистой энергией (руководящая миссия).

Рис.5. Стратегические цели GAIN.

От частного к общему

Финансирование частного сектора в рамках программы GAIN стартовало в 2016 году, когда восемь предприятий получили в сумме около 2 миллионов долларов на реализацию программ своих исследований.
Эти деньги пошли на предоставление малым предприятиям доступа к широкому спектру исследовательских возможностей национальных лабораторий минэнерго США и других профильных научных центров.
Планируется, что это должно помочь в деле ускорения процесса разработки и успешного внедрения самых разных инновационных разработок (Таблица 3).

Таблица 3. Разработки, финансируемые в рамках GAIN.

Комментарии от редактора:

Автор (выше):
Ряд особенностей современных энергоблоков с реакторами типа LWR препятствуют их применению для нужд министерства обороны США. Прежде всего, это относится к выдаваемой мощности, которая во много раз превышает потребность военных объектов.

Комментарий:
Интересно понять откуда автор знает о потребностях нужд обороны США? Нет, они разумеется есть, но какие? И почему скажет размещаемый в районе относительно прибрежной военной базы плавучий блок с LWR или подземный же блок с LWR не отвечают требованиям? Вполне себе отвечают. Или автор тупо перевел опус Брюса Мак-Доэулла? Так это же смешно. Свои-то мысли «автора» в этом опусе есть? Буду комментировать безотносительно к «авторству».

Автор (выше):
Площадь подобной станции занимает до 100 га, а зона аварийной защиты составляет до 10 миль. На это накладывается большая стоимость сооружения, необходимость наличия солидного источника воды рядом с площадкой размещения для охлаждения установки, необходимость наличия резервных источников питания и ограниченная возможность маневрирования (следования за нагрузкой сети).
Ну и конечно же, со стратегической точки зрения немаловажен тот факт, что такая станция легко идентифицируется с воздуха и является лёгкой целью для потенциального противника.

Комментарий:
Зона аварийной защиты? Кстати, 100 ГА это 10 на 10 Га, или 100 на 1000 метров. Всего 1 кв. км. Это совсем не много. И все-таки разговор о большой станции или о малой, но с LWR? Путаница начинается вот тут и продолжается дальше. И автор серьезно думает, что индентифицировать малую станцию сильно сложнее? С воздуха? Для чего?

Автор (выше):
Как правило, конструкция подобных энергоблоков предусматривает применение пассивных систем безопасности и значительно более низкую температуру теплоносителя, что благотворно сказывается на общей безопасности объекта. (Далее по тексту…)

Комментарий:
Более низкая температура сразу и резко снижает эффективность и к тому же ухудшает использование TW. Автор (по-видимому) не знаком с концептуальной разницей и конструкцией, а также с режимами работы и управлением малых установок. Причем именно малых LWR.
Экономика всех малых АЭС пока еще считается по принципу пол-стены-потолок. Суждения об этом и о минимизации затрат на строительство крайне противоречивы. Более того, многие авторы склоняются к тому, что на режим аналогичных затрат по сравнению с большими станциями малые выходят при строительстве группы в 6 и более реакторов на станцию.
Что касается дизайна и прочего, то в реальности можно говорить лишь именно о LWR и ЖМТ. Остальное пока далекая экзотика.

Автор (выше): о многообразии проектов, опыте и инновациях. И о прочем…

Комментарий:
Дальше нет смысла следовать тексту, поскольку в нем начинается полная каша. Весьма упрощенная позиция. Если автор говорит о военных проектах, назовем их установками специального назначения, то странно говорить об инновациях в гражданском секторе. Особенно применительно к США. Где до сих пор, кстати в отличие от России, установки специального назначения есть тайна за семью печатями. Более того, в кучу смешано все, прототипы, исследовательские, перспективные установки, умершие проекты.
Автором совершенно не представляются особенности и специфика проекта NuScale. Причем найти информацию в открытых источниках довольно легко. Кроме того, потребность воды для станции с несколькими блоками типа NuScale, огромна и не только соизмерима со однореакторной станцией равной мощности, но в проекте даже и превышает ее. Это, кстати является некоторой проблемой в переговорах.

В общем, «три с минусом» за усердие и труды. Не более того. И самому автору и переводчику. В общем, ни о чем, шлак.

Tagged with:  

Изучая процесс и формальное описание описание того, что называется TAV (Technical Analysis) или формальную техническую экспертизу, вероятно это наиболее точный смысловой перевод этого термина, столкнулся с отсутствием единого подхода даже в пределах одной организации. Тем более, что процесс TAV различен для эксплуатации, научных исследований или, например, заявок на гранты. И поскольку, теперь придется еще и выполнять нечто аналогичное, пришлось разработать свою матрицу, ну и конечно, для пристрелки, оценить парочку проектов.

Screen Shot 2014-01-18 at 1.58.24 PM

 

На самом деле, ничего замысловатого. По вертикали, оценки по 5-ти бальной системе, от “отлично” до “крайне плохо”. По горизонтали, основные признаки проекта подлежащие оценке. Признаки могут быть скоординированы между всеми экспертами.

Может кто-то делал нечто подобное и раньше, но передо мной такая задача встала впервые. Как, по возможности объективно оценить чей-то проект?

А вот тут “наш ответ Чемберлену”. Попробовал на примере моего “любимого” проекта: DOE NuScale Letter Вряд ли я что-то смогу поменять в ситуации, деньги будут потрачены “на презентации”, на замыливание ситуации, но письмо такое я написал и отправил в администрацию. Посмотрим, какова будет реакция. В Штатах, обязаны огласить любое письмо пришедшее в адрес Конгресса, на заседании соответствующей комиссии. Получил звонок, от знакомого, что письмо прочел один конгрессмен и весьма заинтересовался ситуацией.

(под контролем)

 

Tagged with:  

Чего ж еще ждать, сборище посредственностей и откровенных бездарностей. Море апломба и то, что в России называют едким словечком, “понты”. действительно рад, что несмотря на довольно жесткое личное противостояние (вплоть до интереса со стороны частных и не частных деятелей “шпионского сыска”) и идиосинкразию на Русских специалистов, набор клинических баранов и бездарностей неспособных думать (с зарплатами более 100 тысяч долларов в год), конфликты с расчетами за исследования, нечистоплотность в бизнесе и некоторым количеством плагиаторов, в составе сотрудников, все-таки можно констатировать, что NuScale изо всех сил пытается хоть как-то учить уроки.

Долгое время я критиковал и разбирал проблемные места в их конструкции, и вот, они придумали, точнее зарегистрировали, “новый/очередной” т.н. патент US008437446 обеспечивающий циркуляцию через АЗ при размыкании контура. Значит, то, что я пишу, хоть как-то им помогает включать мозги. В смысле, они читают мою критику. Правда, решения подобные этому были придуманы еще 30-35 лет назад в ОКБМ (интересно, да… хоть и выдаются NuScale в печати и в сети за их собственные инновации). В приличном обществе это называется воровство плагиат.

Как уже говорилось, подобные решения давно имеются, и даже проще чем решения представленные в упомянутом выше патенте. Но хоть так. Но ведь это еще не все. Хотя появление такой разработки означает, что им придется перекраивать алгоритмирование, и перерабатывать все их “супер-системы” безопасности. Кроме того, это косвенно свидетельствует о том, что у них пока не все в порядке с пониманием процессов в контуре и даже с моделью в RELAP(е). Пускай пороются, пускай поищут идеи и даже на этом ресурсе. Долго им еще и … дорого, улучшать дизайн. И не вижу в этом никакого смысла. Создавать копию 30-летнего морского реактора с зоной 40-летней давности? И называть это инновациями и выпрашивать за это бюджетные деньги…

Правда, впрочем как всегда, они не указали причину этих своих разработок, как впрочем не указывали и раньше, например мое имя в отчетах по MASLWR. А снова лишь громогласно объявили и написали, что это решение найдено ими самостоятельно и уже даже запатентовано. Но у меня есть четкое свидетельство, что они лукавят и публикации об этом появились значительно раньше. Когда многие из них еще ходили в детский сад. Написать им, что ли? А интересно, какие это будут юридические последствия.

Предстоит очная встреча с персонажами на конференции, где мне делать доклад. Какую позицию занять? Поязвить или оставить их в покое?

 

Ну а сами картинки можно поглядеть ниже (без разбора конструкций):

 

Рисунки из официального патента США #US008437446.

Tagged with:  
Пост для дальнейшей дискуссии в LinkedIN:

Довольно длительное время занимаясь малыми реакторными установками и будучи автором последнего и пожалуй наиболее современного учебника по SMR и соответствующего курса который предложено преподавать в Университете, нагло думаю, что что-то в них понимаю.

Сегодня, когда многие пробуют посмотреть на существующее положение дел, я, как бы не пытался, никак не могу взять в толк, почему многие специалисты не рассматривают очевидные проблемы в их развитии. Или же, почему дискуссия строится исключительно на сравнении красивых картинок и, якобы, преимуществ того или иного проекта. Хотя по сути, никаких преимуществ и разницы между проектами собственно и нет. Не надо скатываться на сравнение технических особенностей, что бессмысленно. Попробуйте подумать концептуально и беспристрастно.
  1. Легко-водные реакторы: Ни один из существующих Американских проектов не является техническим прорывом и даже близко не приближается к действительно современным конструкциям. А проект NuScale частично повторяет проекты Военно-Морских реакторов 30 летней давности. что же в них нового? Более того, совершенно понятно, что некоторые из этих проектов не могут быть реализованы и никогда не будут реализованы. Самое большее, в варианте одного или двух блоков с последующей смертью проекта. Оправдает ли это затраты? Вряд ли. Даст ли возможность сохранить и/или развить технологии? Скорее да, чем нет.
  2. Жидко-металлические реакторы: направление использования Натрия, в свете даже оценки гипотетически возможной аварии, делает проблему крайне опасной. Свинец-Висмут имеет больше преимуществ и свои проблемные стороны, которые впрочем, вполне решаемы для стационарных объектов. Вполне готовы к развитию и реализации. Но основной опыт сосредоточен за океаном, в России.
  3. Газоохлаждаемые реакторы: Требуют длительных исследований и действительного прорыва в материаловедении. Работы ведутся, активно и настойчиво. Но прорыва пока не видно.
  4. Реакторы со сверхкритическими параметрами пара (LW но скорее уже G-V): Перспективны и наиболее близки к развитию в обозримый отрезок времени. Имеют серьезные заделы переходящие от легководных установок, как в части системных решений, так и в части материалов. Наиболее перспективны в обозримом будущем и способны заменить легководные установки.
Возвращаясь к легководным установкам, надо заметить следующее. Совершенно очевидно, что наивысшего развития, и практически возможного на сегодняшним уровне совершенства, установки такого типа уже достигли в составе корабельных пропульсивных комплексов. Однако, как и говорилось выше, мало какая преемственность видна в любом из представленных на рынке Американских проектов. Разве что очень и очень отдаленные признаки. Создается впечатление, что проектанты абсолютно игнорируют позитивный опыт и пытаются проломить стену лбом, переделывая большие реакторы в маленькие и применяя не работающие схемы и принципы проектирования.

Огромное сомнение вызывает анализ эксплуатационных параметров и самой концепции эксплуатации и управления объектами. Нет никакой возможности увидеть в этом аспекте проектов что-то новое и прогрессивное. Все решения довольно старые и не могут претендовать на инновации. А некоторые идеи явно неприемлемы для подобных объектов и систем. Затраты на создание и сроки проектирования установок перевели часть из них в утопию и создали негативный фон в части экономики проектов. Оптимизация параметров слабая, под параметры больших установок, экономика не подтверждена достоверными расчетами и исполнялась без объективных данных, “на глазок”…

Намедни (01 Nov 2013) Предложили написать статью на эту тему…

 

ОБЗОР И АНАЛИЗ НЕКОТОРЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПРИМЕНЕННЫХ ПРИ РАЗРАБОТКЕ АМЕРИКАНСКИХ LW SMR 

 

Часть 2. О системах безопасности малых реакторов

 

3.   О РАБОТЕ СИСТЕМ БЕЗОПАСНОСТИ УСТАНОВОК LW SMR

Отдельный и очень детальный разговор требуется для анализа работы систем безопасности и вывода любой установки малой мощности. Абсолютно очевидно, что системы безопасности проектируемые в разных странах отличаются радикально. Это также касается и работы систем при нормальном, и при аварийном выводе. К примеру, предложенные NuScale схемные решения, на мой взгляд, абсолютно не удовлетворяют необходимым и достаточным требованиям безопасности требуемой именно для малых установок. А в США, такая концепция популярна, но для больших реакторов. Что было с этой концепцией в Фукушиме, весьма наглядно.

Во всех презентациях NuScale, да и других проектантов, указывается (декларируется) наличие надежных пассивных систем расхолаживания в конструкции установки. Но детально не рассматривается их использование, последовательность срабатывания оборудования, подключение этих систем в работу. Поэтому, в отсутствие информации приходится руководствоваться лишь относительно здравым смыслом и строить рассуждения на допущениях, догадках и понимании того, как эти системы работают. Планируется, что рассмотрение проектов прочих разработчиков будет выполнено в продолжениях анализа и других установок.

 

3.1.   КАНАЛЫ ОТВОДА ТЕПЛА ПРИ АВАРИЙНОМ РАСХОЛАЖИВАНИИ

Не требует специального обоснования постулат о том, что для безопасного вывода установки/реактора любого типа, необходимо несколько путей/каналов отвода аккумулированного в контуре тепла и остаточных тепловыделений из/от АЗ. Пока нами не рассматривается циркуляция теплоносителя первого контура, в этом процессе, а это отдельный и весьма интересный разговор. Для начала, идентифицируем каналы отвода тепла  в установке и рассмотрим требования к таким каналам:

  • Первый канал (основная система отвода тепла), это сброс пара, пароводяной смеси или воды (в разных режимах) из парогенератора через паропроводы, на главный конденсатор (ГК). При выводе установки с использованием этого канала, обычно включаются в работу пусковые питательные насосы (ППН) и работают конденсатные насосы (КН), а сброс отепленной среды осуществляется на ГК с предварительным увлажнением пара холодной водой. Затем переходит в режим сброса паро-водяной смеси и в окончании, отепленной воды. На каком-то этапе, теплоотвод переводится/переключается на системы  длительного расхолаживания.

Электро-питание при таком выводе присутствует, все задействованные системы установки работают штатно. Отвод пика остаточных тепловыделений (ОТВ) не затруднен. Реактор переводится в режим обычного (длительного) расхолаживания или в краткосрочный режим нерасхолаживания. Это зависит от характера аварии и сигнала по которому сработала а/з.

  • Второй канал расхолаживания, имеет как правило 2 независимых ветви (работает при аварии основной системы отвода тепла), включается в работу, если повреждена паровая или конденсатно-питательная система (КПС), а также ГК и/или его система охлаждения, иными словами, повреждена основная система отвода тепла. В этом случае необходим резервный канал теплоотвода. Обычно это сброс пара и/или паро-водяной смеси из парогенератора на специальные теплообменники погруженные в охлаждаемый бассейн и организация ЕЦ в схеме ПГ-ТО. За исключением правильной конструкции и расчетов, теоретически тут проблем нет. Но сразу возникает несколько вопросов, из которых главные уже были озвучены выше: «А как же быть с уровнем первого контура? Как обеспечить циркуляцию по первому контуру?» Вопросы эти, очень важны. Без детального объяснения, это остается серьезной проблемой дизайна и серьезным сомнением в правильности принятых технических решений.
  • Третий канал (резервный, работает при аварии основной системы отвода тепла и/или как дополнение ко второму каналу). Организация циркуляции из заполненного водой контейнмента, в который погружен реактор, в опускную часть реактора через специальные патрубки на его корпусе.

Возможно ли это при разомкнутом контуре, когда ТН-1 выпаривается в контейнмент, и конденсируясь на охлаждаемых стенках контейнмента, попадает его нижнюю часть и оттуда, через патрубки попадает в опуск реактора и затем снова в АЗ. Довольно странная схема и с точки зрения надежности (а ну как откажет один из клапанов, или того хуже сработет на мощности), и с точки зрения обеспечения теплоотвода. Но этот вариант интересен, а обсуждать его “в воздух”, без оппонентов, бессмысленно. И снова, здесь же, появляется интересный вопрос неоднократно звучавший выше, по отводу тепла от АЗ и наличии циркуляции по 1К. Правда в этом случае, уровень явно будет “потерян”.

 

3.2.   СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ LW SMR НА ПРИМЕРЕ ПРОЕКТА NuScale

Рассмотрим работу систем безопасности представленных в названном проекте. Особенно интересна работа, систем пассивной безопасности и расхолаживания при авариях, отказах и соответственно при срабатывании а/з реактора. Проект NuScale оговаривает две системы: уже упоминавшуюся выше CHRS (отвод тепла через контейнмент) и DHRS (отвод тепла через ПГ и второй контур).

 

3.2.1.   Работа DHRS

Попробуем разобрать ситуацию с работой системы расхолаживания со срабатыванием а/з реактора, по какому-либо неприятному сигналу. Например полное обесточивание установки или авария турбинной части установки, при которой невозможен сброс пара в ГК, т.е. авария основной системы отвода тепла.

Начнем с первого из двух сигналов а/з упомянутых выше: потеря электропитания всеми потребителями установки. В такой ситуации последовательно происходит следующее:

  • Теряют питание ИМ СУЗ и поглотители под собственным весом опускаются/вводятся в АЗ, заглушают цепную реакцию
  • Прекращается подача ПВ в ПГ (на выбеге насосы подачи АВ продолжают частично заполнять ПГ водой). Временные задержки срабатывания паровой и водяной арматуры должны соответствовать задаче процесса
  • Происходит соответствующая перекладка арматуры, отключение КПС и подключение систем безопасности, в данном случае DHRS
  • Следует помнить, что ни одна из систем управления не работает и контроля за параметрами тоже нет, это в самом худшем варианте.

В принципе, этих вводных достаточно для первичного анализа представленной на схеме системы DHRS NuScale. В особенности/преимущества представленной системы включены:

  • Два независимых ветки подачи ПВ в 2 ПГ. Это значит, что схема, в принципе соответствует корабельной, с двумя бортами (четырьмя секциями ПГ, по 2 на борт). Каждая такая ветвь должна обеспечить снятие пика тепловыделений после сброса а/з и продолжить отвод тепла от АЗ остановленного реактора достаточно длительное время, до организации работ по ликвидации аварии и подключении в работу насосного оборудования установки
  • После отключения питания обоих ПН (по условию рассмотрения нами ситуации произошло обесточивание, в ином случае смысла в этом нет) пусковые ПН не запускаются. Мы уже отмечали, что какое-то, довольно короткое время основные ПН работают на выбеге и по инерции продолжают подавать ПВ в ПГ. Обычно, паровая арматура закрывается быстрее, чем арматура на трубопроводах ПВ. Таким образом, при снижающемся в этот момент времени тепловыделении в АЗ, максимально заполняется водой ПГ
  • В это же самое время, должна осуществляться перекладка арматуры подключающая систему пассивной безопасности. Обычно арматура системы безопасности работает в противофазе с аппаратурой на основных паро- и трубопроводах ПВ
  • Выпаривание ПВ в ПГ отводит существенную часть тепла аккумулированного теплоносителем и выделяющегося в АЗ в первые секунды после сброса а/з, и как показывает практика (не могу знать, что в реальности показывают расчеты NuScale), ПГ может быть полностью осушен (см. выше). Пар частично вытесняется в паропроводы и обратным током вытолкнет воду в трубопроводы ПВ, на короткое время остановит поступление воды в ПГ. Вода под давлением, из аккумуляторов запаса воды будет проталкиваться в ПГ. Но, указанная в данных проекта длина трубок ПГ очень велика, по данным NuScale до 22 метров и продавить выпаривающуюся воду в трубопроводы такой протяженности очень затруднительно. Кроме того, в первые моменты времени в ПГ будет образовываться много пара и он практически остановит поступление ПВ в ПГ. Разумеется, для детального анализа надо иметь на руках данные и разговаривать с расчетчиками более конкретно
  • В первые моменты после закрытия паровой арматуры, резко увеличивается объем пара в контуре системы DHRS и пар выдавливает ПВ из ПГ встречным движением. В этот момент, пар может попасть даже в компенсационные баки и там происходит его конденсация. Этот момент может быть определен как паровой режим работы DHRS
  • В этот же момент необходимо следить за параметрами первого контура. При минимальном перепаде на участке АЗ-ПГ циркуляция может быть затруднена. При этом, важно следить за уровнем теплоносителя в первом контуре. Если он будет разомкнут, то возникает вопрос отвода тепла и вероятно проблема охлаждения АЗ и далее по цепочке все отрицательные последствия с перегревом
  • Постепенно пар конденсируется (смесительная конденсация в баках DHRS), и циркуляция переходит в паро-водяной режим. ПГ заполняется водой из системы и циркуляция по контуру надежно устанавливается. Но самыми важными для АЗ будут именно первые несколько минут
  • Далее, система переходит в водяной режим циркуляции при ЕЦ и теплоотвода. В это время подразумевается подключение систем установки, но это не значит, что возможностей системы не достаточно для теплоотвода и без помощи прочих систем установки. Вся подача ОВ в ПГ осуществляется из системы DHRS, в емкостях (аккумуляторах запаса воды) которой содержится некоторый резерв очищенной воды системы, резерв этот должен быть достаточен, для организации работы системы во всех режимах. Но на схеме нет очень важных частей системы, которые заканчивают процесс расхолаживания
  • Теплоотвод осуществляется в довольно большой бассейн, как это показано на презентациях проекта NuScale. Но может осуществляться также и в специальные цистерны, или же иную, резервную систему охлаждения, например через градирню или даже воздушный теплообменник.

Вторая группа сигналов, по которым должна включаться в работу DHRS возможна по нескольким причинам. Но при этом, есть существенное отличие от разобранного нами режима “обесточивание”. Если системы установки имеют электроснабжение и находятся в работе, это означает, что после сброса а/з развитие сценария возможно по двум направлениям:

  • ПВ продолжает поступать в ПГ, так как главный конденсатор в порядке и задействован, загрязнения конденсата нет, подача охлаждающей воды происходит по обычной схеме, а сигнал а/з связан с отказом работы турбины или иного оборудования ПТУ
  • ПВ в ПГ поступает только от ЦЗПВ (ограниченный объем) и ГК выведен из работы, например, по причине отсутствия охлаждающей воды или по причине неплотности трубной системы.

В принципе, эти режимы менее напряженные, чем первый и их детальный анализ возможен при наличии более точного списка оборудования и схем систем установки. Но в обоих случаях, эти режимы практически не отличаются от режимов штатного вывода установки. И могут быть резервированы работой DHRS.

 

ПРИМЕЧАНИЕ: Еще раз необходимо напомнить о детальном разборе работы системы первого контура в аварийных режимах. Это отдельная и серьезная дискуссия, которая рано или поздно потребуется разработчикам. Элементарный анализ показывает, что как только уровень в реакторе будет потерян, разомкнется контур циркуляции и теплоотвод от АЗ будет серьезно затруднен. Если циркуляции по контуру не будет, как поведет себя АЗ? Как будет вести себя топливо и оболочка ТВЭЛов при выпаривании и неочевидно достаточной конденсации в верхней части корпуса? Насколько верно была поставлена задача для расчета такой аварийной ситуации? Все ли выполненные расчеты достоверны и верифицированны?

По моему мнению, для продолжения охлаждения АЗ и отвода остаточных тепловыделений системой DHRS, необходима организация циркуляции ТН по первому контуру, в режиме ЕЦ. Источник тепла, в виде остаточных тепловыделений, в АЗ присутствует, а это значит, что для организации циркуляции, ПГ в верхней части реактора должен охлаждаться. Иначе движения теплоносителя по контуру не добиться. На первый взгляд это аксиома, но некоторые специалисты так не считают. Конечно, можно постараться отводить избыточное тепло через стенку корпуса реактора, для этого в NuScale придумали дополнительную систему CHRS. Но этот способ имеет свои недостатки и скорее должен быть дополнительным, а не основным. Эта система эффективна для отвода очень незначительных тепловыделений, и никак не предназначена для отвода пиковых тепловыделений сразу после сброса а/з. И вероятно, должна включаться в работу в какой-то момент, лишь поддерживая работу DHRS. Ниже поговорим об этой схеме.

 

3.2.2.   Работа CHRS

Работает ли CHRS при полном обесточивании? И в какие режимы предполагается ее использование? В какой момент она подключается к работе? Оставим, на время, эти вопросы в стороне. Рассмотрим то, как работает система CHRS абстрактно, в отрыве от обоснования аварийного режима. В начале заметим, что NuScale уже изменило первоначальный дизайн этой системы, и подключения выполнены не к парогенератору, как это указано в патенте #8,170,173, а непосредственно к корпусу реактора. Это косвенно указывает на то, что расчеты не дали желаемого результата, а первично предложенная система не подтвердила свою эффективность уже на начальном  этапе проектирования.

С этого места начинается самое интересное, что требует расчетов и широких дискуссий научно-технической общественности. В итоге, после определенных манипуляций контур циркуляции CHRS размыкается и по задумке проектанта должна брать воду из зазора, между контейнментом и корпусом реактора, через 2 патрубка с двумя клапанами на каждом, обеспечивать подачу ее в опускной участок реактора, далее, происходит подогрев и кипение ТН в АЗ, пар поднимается вверх, выдавливается в контейнмент через вентиляционные клапана (2 независимые линии), создает избыточное давление в верхней части контейнмента, конденсируется на его стенках. Как мы помним, контейнмент помещен в бассейн и охлаждается через стенки. Конденсат, стекает вниз по внутренним стенкам и попадает снова в объем из которого через патрубки подается в корпус реактора. Вполне возможно, что система будет обеспечивать надежную работу, особенно в режимах отвода тепловыделений после снятия пиковых тепловыделений в первые моменты после срабатывания а/з. То есть, и судя по всему, CHRS выполняет вторичные функции и не рассматривается, в качестве приоритетного канала отвода тепла от АЗ в аварийных режимах.

 

3.2.3.    Работа первого контура 

Приступим к самому важному. К рассмотрению работы 1К в различных, уже упомянутых выше режимах. Если при аварийной ситуации 1К окажется разомкнут, как это предполагают специалисты NuScale, уже к 150… 200-й секунде после сброса а/з (см. графики отчетов), то ни о какой надежной циркуляции по контуру внутри реактора речи не идет. Несмотря на то, что пик остаточных тепловыделений снимается довольно быстро, что необходимо подтвердить расчетами, далее предстоит довольно рутинный, затяжной по времени, отвод остаточных тепловыделений. Система, или комбинация нескольких систем, по требованиям безопасности должны отработать минимум 3 суток (72 часа – время разотравления, критичная величина влияющая на запас реактивности к моменту пуска, в конце кампании). В запасе DHRS, по задумке проектантов, имеется около 15,000 м3 воды. Огромный объем, в закрытом пространстве, с обеспечением качества воды, циркуляцией, сменяемостью и вероятно с собственной системой очистки. Ведь это единственный источник запаса воды высокой чистоты на установке. Для примера, на корабельных установках  такой запас составляет примерно в 1,000 раз меньше, а на наземных установках малой мощности примерно в 100.

Насколько эффективен теплообмен в АЗ в этот период? Установится ли за это время ЕЦ по контуру DHRS если нет циркуляции по первому контуру? Это вопросы требующие ответа не только по результатам расчетов, но и по результатам размышлений и первичной экспертной оценки. В любом случае, если осуществляется проливка ПГ, а пар, затем пароводяная смесь, а затем и отепленная вода циркулируют по контуру, как минимум требуется не только канал теплоотвода, но и источник тепла, коим в данном случае является пар из АЗ. И как интенсивно будет передаваться тепло от образующегося пара в ПГ, если контур циркуляции в реакторе разомкнут?

Для резонного и надежного управления процессом расхолаживания планируется, что системы будут задействованы до тех пор, пока не установится режим стабильного теплоотвода/теплообмена. Пока ответить на все поставленные вопросы трудно, достаточно ли этого. Некоторые выводы указывают, что не достаточно. Нет более детального описания схем, нет расчетов, а представленные презентационные материалы годятся скорее для показа широкой общественности, нежели для технических дискуссий.

Если же нет циркуляции по контуру, а судя по графикам из доклада NuScale по системам безопасности, контур гарантированно размыкается через 150… 200 сек после сброса АЗ. А значит:

  • Вариант первый, без подачи воды в реактор, не обойтись. Для этого, надо сбросить давление в реакторе, открыть клапана вентиляции в верхней части корпуса. Что мгновенно повлечет за собой объемное вскипание нагретой воды. Есть риск полностью потерять контроль над теплообменом в АЗ
  • Вариант второй, предусмотреть циркуляцию на пониженном уровне ТН-1 в корпусе, что не реализовано в конструкции, а при реализации потребует серьезных доработок. И вряд-ли возможно с представленной конструкцией ПГ
  • Вариант третий, … (не представлен)

Но это пока предположения. Таким образом, по предложению специалистов NuScale, в разбираемой ситуации (похоже, что это течь 1К) отвод остаточных тепловыделений осуществляется через гильзу и стенки корпуса реактора и, в основном, за счет кипения теплоносителя в АЗ. Кипение весьма эффективный теплоотвод, бесспорно. Но если это течь, зачем открывать контур? Действительно, существует несколько мнений по процедуре локализации такой аварии. Никакими расчетами на этой стадии тут пока не поможешь.

Но все же, как в этом случае работает система отвода тепла из контейнмента? Совсем не лучший выход, это погрузить реактор в бассейн с 4-мя миллионами (!!!) галлонов воды. Понятно, что в большей степени эта система предназначена для отвода тепла при серьезных течах, потерях ТН-1 и прочих авариях, как система “последнего шанса”. А что делать со всеми остальными реакторами в составе АЭС? А как отводить тепло от самого бассейна в такой ситуации? В любом случае, это более чем сомнительное техническое решение, подверженное серьезной критике как со стороны конструктивной, так со стороны эксплуатационной.

 

Выводы: 

А теперь надо вернуться к началу обзора и посмотреть на декларируемые (например на сайте NuScale) преимущества подобного проекта. Действительно ли они существуют эти преимущества? Удастся ли их добиться в существующих условиях?

  • Повышенная безопасность 
  • Простота конструкции
  • Малые габариты 
  • Экономичность. 

Это вряд-ли…

 

ОБЗОР И АНАЛИЗ НЕКОТОРЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПРИМЕНЕННЫХ ПРИ РАЗРАБОТКЕ АМЕРИКАНСКИХ LW SMR

 

Часть 1. О конструкции и системах безопасности малых реакторов

 

ВВЕДЕНИЕ:

Начнем с того, что основными декларируемыми преимуществами Американских малых и средних реакторов рассматриваемого типа LW SMR (разговор ниже пойдет исключительно об этом типе реакторных установок (РУ)) являются предположения разработчиков, о том, что удешевление проектов и их экономическая конкурентоспособность с прочими источниками электроэнергии будет достигнута за счет:

  • возможности использовать стандартные компоненты для активной зоны (АЗ) (кассеты стандартного типоразмера для серийного BWR (решетка из 17 x 17 стандартных ТВЭЛов, в зоне из 32 ТВС, при Hcore около 1.8 m). Надо ли обсуждать, что такой вариант компоновки не подходит для малых установок?
  • сравнительно небольших массо-габаритных показателей корпуса (прежде всего диаметр), позволяющих полностью изготовить его в заводских условиях, с соответствующим контролем качества и без затруднений транспортировать корпус РУ до места его монтажа, что вполне успешно делается и сейчас, в том числе и для «больших» реакторов
  • высокого уровня пассивной безопасности при использовании 100% ЕЦ, при нормальной эксплуатации и/или в переходных режимах, при плановом вводе/выводе, длительном расхолаживании, и особенно в аварийных ситуациях, при экстренном выводе РУ. Прогрессивные и надежные системы обеспечения безопасности
  • отсутствия или резкого снижения возможностей для возникновения LOCA, это не касается одного из проектов (HolTec) имеющего ПГ вынесенные из корпуса, где минимизация возникновения LOCA не может быть строго аргументирована
  • высокого уровня внешней безопасности и сейсмо-устойчивости. Этот постулат не совсем понятен в применении исключительно лишь к SMR. Разве подобный вариант не рассматривается и для «больших» установок? Да и преимущество это скорее относится к дизайну здания и помещений для размещения РУ и оборудования, а не к дизайну собственно реактора. Компонент «сейсмо-устойчивость», подлежит техническому анализу при рассмотрении всей конструкции и для любой АЭС.

Прочие, незначительные преимущества или недостатки вариантов дизайна здесь и сейчас не обсуждаются, так как не критичны для представленного уровня рассмотрения и не оказывают существенного влияния на концепцию создания SMR.

Конечно, кроме доступных для анализа презентаций разработчиков интересно было бы сделать аудит реальных инженерных и экономических расчетов и сравнений и обсудить данные с разработчиками. Увы, такой контакт не представляется возможным. Однако, имеющихся в доступных источниках данных вполне достаточно, чтоб проанализировать декларируемые преимущества проектов детально. То есть, можно говорить о серьезных аргументах за и против в концептуальных проектных решениях, а можно найти множество мелких недочетов, сводящих на нет любую, самую хорошую идею. Как говорится: «Дьявол кроется в мелочах».

Просмотрев на все 4 основных типа дизайна LW SMR развиваемые разными Американскими фирмами (NuScale, Westinghouse, B&W ALWR и HolTec HI-SMUR), напрашивается предварительный вывод о примерной равенстве цены постройки одного такого реакторного блока с SMR. На это наталкивают следующие данные:

  • похожие массо-габаритные размеры блока и корпусных конструкций реакторной установки (с кое-какими исключениями)
  • похожие/соизмеримые размеры АЗ и конструктивный состав, число ТВС, ТВЭЛов, тип топлива и обогащение
  • практически идентичные теплотехнические параметры контуров (I и II), а значит соизмеримые размеры турбин и соответственно размеры и дизайн турбинной части установок.

Из линейки предлагаемых несколько выпадает проект NuScale, но исключительно по генерируемой мощности. Все остальные его параметры и преимущества оцениваются и обосновываются проектантом по аргументации представленной выше.

Сегодня невозможно корректно оценить затраты на эксплуатацию малых и средних реакторов, какие бы аргументы «за» и данные расчетов не приводились. Более того, зачастую, первичный анализ некоторых технических решений явно указывают на то, что их кажущаяся, на первый взгляд их выйгрышность и целесообразность, повлечет за собой существенные расходы на обслуживание и эксплуатацию установки в дальнейшем.

 

1.   ЗАМЕЧАНИЯ О КОНСТРУКЦИИ АКТИВНЫХ ЗОН LW SMR

Собственно, по размерам АЗ реакторов типа LW SMR совсем уж малой не является и похожие по размерам АЗ, примерно 1.4…1.50 м в диаметре и при соответствующей высоте (в упомянутых проектах до 1.8 м) могут быть довольно энергонапряженными. Современные корабельные АЗ для ВВР нового поколения, к примеру имеют размеры: Dcore ~ 1.4 m и Нcore ~ 1.0 m. То есть, за исключением того, что высота рассматриваемых в проектах АЗ для SMR превышает указанную выше практически в 2 раза. По прочтении части презентаций всех разработчиков сразу возникает ряд вопросов. Поэтому, несколько замечаний относительно АЗ, следует сделать дополнительно и с самого начала:

  • проблемы неравномерностей нейтронного поля в АЗ такого размера и состава, на практике  могут решаться несколькими основными способами:

a)  постоянным регулированием нейтронного поля за счет применения СУЗ (активной работы), но тогда их будет довольно много, а размещение приводов на крышке реактора, при сравнительно небольшом диаметре корпуса, очень затруднено конструктивно. Это решаемая задача и оптимизировать количество ИМ СУЗ хоть и затруднительно, но возможно и затратно, поэтому, сразу снижаются продекларированные экономические преимущества

b)  «глубоким физическим профилированием» АЗ. Экзотика с использованием редких материалов типа Эрбия (Er) или Гадолиния (Gd) может быть весьма дорогой, тогда как борированная (изотопом B10) сталь дешева и может быть вполне приемлемым и не дорогим решением, но даже на первый взгляд, явно недостаточным для АЗ таких размеров. Это значит, что все-таки, потребуется профилирование более экзотическими и дорогими материалами. Но на этот вопрос можно ответить точно только после ознакомления с детальными расчетами и выполнении сравнительного анализа всех вариантов составов АЗ для SMR. Некоторые вопросы вызывают сложности, в основном из-за незнания Американских регулирующих документов. На такие вопросы можно будет ответить в перспективе, например:

  • Могут ли перемещаемые поглотители СУЗ выполнять совмещенные функции системы а/з и регулирования? Возможно ли это по требованиям NRC USA? Это требует дополнительного уточнения по документам NRC и возможность снижения количества ИМ СУЗ по этому показателю, в настоящем анализе не рассматривается

Другая группа вопросов относится к дизайну АЗ и РУ:

  • Можно ли задачу физического профилирования АЗ решить конструктивным возвращением к конструкции т.н. «компенсирующей решетки»? Сделать ее не просто перемещаемой по высоте, а действительно компенсирующей выгорание в разных зонах, в разные моменты кампании? Вероятно, что да, но тогда возникает проблема обеспечения достаточного уровня ЕЦ, так как проходное сечение АЗ изменится существенно
  • Как обеспечить кампанию (по загрузке) для АЗ, при условии строгих ограничений на обогащение для гражданских объектов? Если для реактора типа NuScale это меньшая проблема из-за пониженной мощности, то для реакторов превышающих мощность реактора типа NuScale в 3…5 раз, при равных размерах АЗ, это уже куда как более серьезная задача. Частые же остановки для перегрузок серьезно снижают экономические показатели эксплуатации
  • Можно улучшить габариты и конструкцию АЗ, но в рассматриваемом случае, этот фактор критичен и жестко поддерживается проектантом, так как определенные/заданные размеры АЗ, которых требуется жестко придерживаться  и их уменьшение потребует серьезной работы по созданию новой конструкции АЗ, что с т.з. ссылки на экономический параметр дешевой АЗ для проекта сразу теряет смысл
  • Кроме того, сомнительно решение, использовать традиционную для больших реакторов компоновку ТВЭЛ и ТВС еще и с точки зрения обеспечения теплотехнической надежности, поскольку таблеточное топливо в ТВЭЛах не имеет гарантированного контакта с оболочкой и возникает серьезная проблема с теплообменом, особенно в режимах ЕЦ на частичных уровнях мощности
  • Компоновка АЗ в разряженной квадратной решетке серьезно мешает обеспечению критичности в любой момент компании, а применение топлива и ТВЭЛов (конструкции которых более 35-40 лет) обычных для гражданских реакторов ставит под серьезное сомнение возможность упрощения алгоритмирования и опять же увеличивает проблемы при эксплуатации необходимостью усложнения систем управления.

Данных о расчетах экономических показателей, на этой фазе развития проектов мы практически не имеем, а слова и красивые презентации, некоторых разработчиков, предлагающие принять на веру их выводы, без предоставления серьезных доводов и аргументов подкрепленных расчетами выглядят более чем сомнительно[i].

Исходя из первых, изложенных выше критических предположений, несмотря на имеющиеся ограничения изначально заложенные в конструкции АЗ, кажется, что разработчикам необходимо продолжить исследования в области оптимизации параметров реактора и АЗ и принять радикальное решение об изменении конструкции. Рассматриваются ли реализаторами проекта пути такого «отступления»? К примеру, хотя бы на один шаг, перейти на использование стандартных типоразмеров ТВЭЛов, но с изменением дизайна ТВС? Это также неизвестно. Подобные предложения появлялись еще 10 лет назад, но реализаторы некоторых проектов, по необъясняемым ими причинам, упорно стоят на своем, хотя уже понятно, что ранее декларируемые “преимущества” стандартной компоновки “испарились” и совсем не так привлекательны как пояснялось в начале разработок. Скорее наоборот.

Таким образом, уже на первом этапе анализа, вместо вполне обоснованного использования АЗ – «таблетки», для проектируемых в США SMR, предлагается дизайн АЗ в виде вытянутого в высоту цилиндра. Далее понадобится рассмотреть расчеты искажения нейтронного потока, еще и по высоте. Их тоже придется компенсировать и серьезно. Иначе, верх АЗ практически не будет работать и выгорание в верхней части АЗ будет незначительным. Причин этому несколько:

  • Первая, нахождение в верхней части АЗ кластеров (подвесок стержней) СУЗ заглушающих реакцию «локально».
  • Вторая, низ зоны, при выгорании будет существенно раньше накапливать продукты деления и надо помнить, что при таких размерах (малых) АЗ и гражданском назначении реактора, процент негерметичных ТВЭЛ(ов) должен быть снижен радикально.

Снова появляются дополнительные вопросы к разработчикам такой конструкции АЗ и этих вопросов достаточно много, например:

  • Учитывались ли приведенные выше соображения при экономических расчетах и обоснованиях использования стандартных ТВС?
  • Предлагалось ли иное инженерное решение для профилирования «физического веса» поглощающих стержней и изменения их геометрии?
  • Учитывалось ли, что в АЗ к концу компании  будет оставаться довольно много не использованного топлива, поскольку выгорание будет очень неравномерным и при этом, нижняя часть АЗ будет работать на пределе по накоплению продуктов распада?
  • Предлагались ли иные технические решения удешевляющие использование топлива, включая повторную загрузку и частоту перезагрузки? Например «составная АЗ», из сборок разделение которых по высоте возможно и позволило бы тусовать и использовать уже отработавшие часть времени ТВС в последующих загрузках
  • Как было учтено влияние термо-гидравлики и расчета ЕЦ на нейтронно-физические характеристики АЗ проектантами? Создавались ли и использовались ли особые модели для расчетов?

На все эти вопросы ответ можно получить либо в открытой очной беседе/дискуссии, либо через специальные запросы, и то, если разработчики согласятся ответить, а не будут ссылаться на неубедительную «коммерческую тайну».

Почти все указанные выше Американские проекты, это проекты с ЕЦ. при этом, АЗ современных реакторов с ЕЦ, как правило с подкипанием (малокипящие), до 8…10% от объемного расхода для обеспечения лучшей ЕЦ, и следовательно, в АЗ и выше нее допускается некоторое наличие пара. Понятно, и очевидно, что пар этот локализован вверху АЗ. А если мы предполагаем наличие пара в АЗ и в корпусе ЯР, то сразу встает вопрос об алгоритме управления и регулировании параметров первого контура (температура на выходе из АЗ на линии насыщения при давлении в корпусе). Требуется внимательно рассмотреть и проанализировать PLT диаграмму такой установки и обоснованность применения конкретного закона регулирования:

  • При постоянной средней температуре в АЗ
  • При поддержании постоянной температуры на выходе?
  • По температуре на выходе изменяющейся по определенному закону?

На первый взгляд, конструкция АЗ и PLT, это не связанные между собой аспекты дизайна, но только на первый взгляд. На самом деле связь между конструкцией, составом АЗ, алгоритмированием и эксплуатацией самая прямая. К примеру, Твых существенно влияет на параметры пара и работу турбины, и косвенно на стоимость эксплуатации, через поддержание влажности пара и соответственно через эрозию лопаток последней ступени турбины и соответственно ремонты и обслуживание. На первый взгляд, это несущественный на этой стадии вопрос, очень серьезен, так как от его формализации зависит создание алгоритмов  управления установкой и в том числе стоимость эксплуатации, ремонтов, обслуживания.

Вполне вероятно, что в этой части рассуждений основной вопрос даже не параметры первого или второго контуров, а скорее конструкция и оптимизация количества агрегатов и узлов систем установки и последующий переход к анализу и оптимизации параметров, а также, вопрос алгоритмирования и организации эксплуатации. Тем не менее, вопросы к представляемым конструкциям LW SMR существуют и судя по представленным разработчиками данным, вряд ли они решены полностью. А значит, вряд ли они были учтены и в предлагаемых экономических обоснованиях цены одного kWe получаемого от подобной установки. На это указывает очень приближенное значение продекларированной стоимости.

 

2.      ПЕРВЫЙ КОНТУР И КОРПУС РЕАКТОРА 

Поскольку, в настоящий момент, наибольшее количество данных (презентаций) доступно именно по реактору NuScale, то с него целесообразно и начать рассмотрение этого дизайна. Дело в том, что на примере NuScale очень хорошо видны все недостатки конструкции и просчеты проектантов, частично характерные и для других проектов. Начнем с конструктивных элементов первого и второго контуров установки.

Вполне понятно, что температура перегретого пара и его параметры (давление, влажность) перед турбиной, жестко определены параметрами теплоносителя на выходе из АЗ (температура на выходе и как следствие, давление 1К). Эти параметры, как правило довольно стандартны, определяются исключительно потребностями паровой турбины и обычно жестко задаются при проектировании. Здесь появляется некоторое количество дополнительных вопросов и комментариев именно к дизайну этого, конкретного проекта:

  • Трубная система ПГ, навитая, вокруг подъемной (тяговой) шахты вполне технологична, экономична, но тогда, конструкционный вопрос, как через навивку проходят тяги периферийных ИМ СУЗ? Или же периферийные сборки АЗ все-таки не регулируются и все СУЗ локализованы лишь в центральной части АЗ? Тогда как быть с количеством ИМ СУЗ их размещением на крышке (см. выше в тексте)?
  • Еще один конструкционный вопрос, который тянет за собой целую цепочку проблем. Для перегрузки АЗ исполнен разъем поперек корпуса реактора чуть выше верхнего уровня АЗ. Как осуществляется уплотнение? Точнее, как осуществляется разъем и обратная сборка под уровнем воды в большом бассейне, по сути напротив АЗ и под биозащитой? Какими-то особыми устройствами? При том, что все эти конструкции будут иметь существенную наведенную активность (и загрязнение), то хранить их придется в отдельном бассейне и потребуется специальное условие/процедура для переноса этих конструкций в такой бассейн, или особые условия для дезактивации. А если предположить, что часть ТВЭЛов может быть повреждена при эксплуатации и эта часть может серьезно загрязнить общий бассейн? Понятно, что такое решение не удешевит операционные расходы и не улучшит экономические показатели установки/станции
  • А как удалить из АЗ поглотители при перегрузке блоком, если нижняя часть реактора не сдренирована, удалена целиком, а стержни ИМ СУЗ должны вернуться на место, в новую АЗ? Понято, что это будет отдельная операция, но как такие манипуляции отразятся на экономических показателях? Потребуется второй комплект поглотителей?
  • Каково обоснование надежности ПГ при заявленной длине трубок? Какое количество сварных швов и соединений ПГ при заявленной длине единичной трубки в десятки метров? Как рассчитывается его/их надежность всей конструкции ПГ? Предусмотрена ли полная замена ПГ или лишь глушение части трубок? Каким образом осуществляется такая замена? Кто это будет делать и какой уровень радиации в этом месте (в общем бассейне)?
  • На первый взгляд, даже если у NuScale если выходит из строя один ПГ (половина), должна меняется вся система. Как и в каком конкретном месте могут быть исполнены такие операции по замене ПГ? Ведь корпус полностью в контейнменте и условия выполнения и трудозатраты такой работы непонятны. А специфика разборки корпуса существенно затруднит такую операцию. По представленным данным получается, что в блоке всего 2 секции ПГ и в случае течи отсекается половина? То есть, на каждое действие с ПГ или на любую операцию обслуживания потребуется разборка контейнмента и выполнение работ в большим количеством демонтажа.
  • Есть ли тяговые трубы у топливных сборок АЗ? Или же, рассчитанного движущего напора и гидравлическое профилирование достаточно и без них (см. выше вопрос про нейтронно-физические процессы в АЗ и наличие паровой составляющей)?
  • Даже на первый взгляд, основная (главная) тяговая шахта не имеет каких-либо особенностей по конструкции, позволяющих обеспечивать циркуляцию через АЗ в аварийных режимах. Понятно желание проектантов снизить толщину корпуса, чтобы обеспечить надежный теплоотвод через стенку, но сразу снижаются параметры 1К и общий КПД установки не соответствует заявленному. Это легко проверяется расчетами.

Кроме того, если просмотреть презентации прочих перспективных Американских проектов LW SMR, понятно, что обязательно и отдельно надо поговорить и о “присоединениях” к корпусу реактора. Так всегда, разбираясь с одним вопросом, цепляешь какую-то мелочь и сразу вытаскиваешь наружу целый ком несоответствий. Например: почему, интегральный (моноблочный) дизайн в предложенной NuScale конструкции существенно снижает и даже исключает возможность образования течи? Кто это сказал и как он это рассчитал? Где подтверждения расчетов? Можно ли говорить о том, что в реакторе такого типа полностью исключены подключения к системам? Разве на корпусе реактора нет ни одного патрубка? Есть, и довольно много. При этом, в сравнении, количество подключений трубопроводов реактора NuScale на порядок превышает количество подключений к корабельным реакторам и примерно на 2 порядка превышает их по суммарной площади сечений подключаемых трубопроводов.

Посмотрим, какие присоединения должны быть у реально существующего или же у перспективного реактора LW SMR, и какие должны быть диаметры трубопроводов подключений (по данным разработчиков):

  • Реактор необходимо заполнять и пополнять теплоносителем. А значит, надо подать в корпус воду, и по возможности в достаточном объеме и быстро. Быстро, потому, что этот же патрубок используется для подпитки и аварийной подачи воды при образовании течи (снова вопрос к эксплуатации реактора в аварийных режимах). Такие трубопроводы, как правило подают воду в пространство над АЗ. Поскольку подача холодной воды под АЗ, может существенно поменять реактивность. Часто это патрубок «труба в трубе» системе очистки, размер Ду = 3… 4”.
  • Реактор необходимо периодически дренировать. Дренирование обычно осуществляется с дна, из нижней точки. Диаметр такой дренажной трубы, как правило, не очень большой, Ду = 1″. Но, тем не менее, такое подключение на корпусе всегда имеется.
  • Система очистки и (иногда) система длительного расхолаживания. Вода из реактора охлаждается на теплообменнике-рекуператоре и пройдя ФИО возвращается в контур. Иногда это эпизодическая операция и зависит она от состояния АЗ. Но всегда имеет место при эксплуатации. Без использования теплообменника-рекуператора, эта система может исполнять функцию системы длительного расхолаживания. Как правило, система подключена к тому же патрубку, что и система подпитки (см. выше)
  • Система подачи газа высокого или среднего давления. Аналогичный трубопровод используется для воздухоудаления, при первичном заполнении и расположен в максимально возможной верхней точке крышки/корпуса. Диаметр подключения этого трубопровода не очень большой, с Ду = примерно 1″
  • Обычно 2, как в проекте NuScale, или 4 на корабельных установках, трубопровода подачи питательной воды в ПГ. Количество зависит от количества секций парогенератора. Диаметры этих трубопроводов примерно Ду = 6…8″. И соответственно 2 (или 4) паропровода отвода перегретого пара. Эти диаметры довольно значительны и составляют примерно Ду = 10″. При том, что надежность ПГ не высока, фактор допускающий такую течь весьма важен.

Примерно таковы и стандартные подключения к корпусу любого корабельного реактора. Выше не упомянуты подключения уровнемеров, термопар, прочих датчиков, расположение их на крышке реактора. Давление в контуре обычно измеряется датчиками установленными на трубопроводах подключенных систем, до запорной (отсечной) арматуры. Остальные датчики обычно имеют собственные места подключений на специальных патрубках, в верхней части корпуса и проходят сквозь конструкйии ЯР до места выполнения замеров. Эти принципы вполне понятны и применимы для малых установок гражданского назначения.

  • Теперь несколько дополнительных слов о чисто Американской «экзотике». Правда в США, эти подключения не считаются экзотическими в силу иного подхода к аварийному расхолаживанию. Это т.н. “вентиляционные/предохранительные клапана”. Их как минимум 2, независимых, и включаются они в работу, если происходит несанкционированное повышение давления в контуре. В основном, после сброса АЗ и при активном кипении ТН-1 в отсутствие отвода тепла от АЗ реактора, или же при нарушениях работы систем управления и контроля. Диаметр таких патрубков на NuScale достаточно велик и составляет Ду = 3″.

В принципе, выше представлен практически полный перечень и для расчетов вероятности появления течей его можно использовать. Если бы не одно дополнительное но о котором поговорим ниже…

Есть особая система, для отвода тепла от реактора, через стенку контейнмента. Подобная система часто применяется на гражданских больших ЯР. Называется эта система, Containment Heat Removal System (CHRS) и ее работа будет рассмотрена ниже, во второй части анализа.

Отсечение CHRS от внутренней полости первого контура осуществляется 2-мя клапанами по каждой линии, которых также 2. Предполагается по 2 рециркуляционных патрубка на сторону, с Ду = 4″ каждый, по воде и пару. То есть, еще 4 патрубка, не считая 2-х аварийных линий с предохранительными клапанами, указанных выше.

Не правда ли достаточно большой список подключений? Можно ли, посмотрев на него полностью исключать возможность течи? Можно ли исключить вероятность образования гильотинного разрыва трубопровода довольно большого диаметра? Не уверен. Но желательно посчитать еще и вероятность течей и отказов срабатывания клапанов CHRS, интенсивность возможных течей, а также, возможность организации циркуляции в разомкнутом контуре CHRS, ну и возможность циркуляции и надежного охлаждения при отказе одной ветви системы. Это отдельная и длительная дискуссия, часть которой мы продолжим позже.


[i] Вступить в открытую дискуссию с разработчиками не представляется возможным по независящим от нас причинам. 

 

Я бы добавил, он еще и интернационален.


Я давний и последовательный критик нескольких технических проектов в Атомной сфере. И пишу об этом в профессиональное сообщество. Точнее в несколько таких сообществах. Занимаюсь поиском информации о конкретных проектах и разбираю их практически по алгоритмам современных “стресс-тестов”. 20 лет назад мы и не знали, и думать не думали, оказывается, то что мы делали, это стресс-тесты, а теперь смотри какое умное словечко придумали. Всего-то, Фукушима случилась.
Так вот, мной написано примерно 20 постов о недостатках в конструкции современного атомного реактора. Недостатки настолько понятные и очевидные, что требуют или серьезной аргументации в споре, или уверения в доработках. Есть также особые условия исполнения проекта, за которые, разработчики выйти не могут. Но разговор не про это. Разговор про то, как реагирует на критику фирма, с годовым бюджетом примерно в 350,000,000 долларов. Не супер, но тем не менее.

  • Перво-наперво, они обратились к хостеру и регистратору домена ( см. 44) с просьбой заблокировать мои посты по причине “нарушения копирайта”. Что собственно уже ложь с самого начала. Поскольку данные получены из открытых источников. Но их лоер, которому похоже платится немало, притянул сюда несколько иное. А конкретно, им не понравилось, в каком контексте информация подана. Иными словами не понравилась критика. Я поиздевался, удалил картинки, чего с высокооплачиваемым дураком дискутировать, сделаю собственные. Скопировал их письмо почти дословно и потребовал в нем удалить с их сайта и из печатных изданий свои изображения. Их было примерно 10. Шутка удалась. Удалили с сайта, годовой отчет даже убрали. А вот как удалят из презентаций в DOE  или в МАГАТЭ…?
  • Второ-навторо: Я написал соответствующий пост в особую группу LinkedIN, где последовательно высказывал свою точку зрения и имел немало именно Американских специалистов со мной согласных. Откуда мой пост был немедленно удален, а я из группы был исключен. Хотя до этого было полно приглашений на конференции. Даже за бесплатно… Ну это понятно, против спонсора не попрешь. Это мне, в частном порядке и пояснили сами Американцы забаненные раньше меня в этой группе и покинувшие ее по “идейным” соображениям.
  • И третье, мне ответил Американский юрист в другой группе, что дело мутное, не имели они права так поступать. Русский юрист, специалист по копирайту из ЖЖ также разъяснил суть проблемы. Я в общем-то прав, так как использовал открытые источники информации. Но себе дороже с ними валандаться. Плевать.

Ну ОК, нет проблем. Жизнь продолжается. Вроде бы, конфликт можно считать исчерпанным? Ан нет. Это оказалось только начало.

Пишет мне в LinkedIN уже вице-президент этой конторы по финансам. Такой жирный бюрократ, на заре молодости бывший инженером 40 лет назад. Типа, ты сиди, занимайся (в намеке на русскую иммиграцию) продажей подержанных автомобилей, а мы такие великие, сами все знаем. Естественно, получает от меня в ответ “по сусалам” и вызов на открытую дискуссию. Дальше небольшая серия постов за и против, с лайками. Резкий всплеск интереса к моему профайлу. Причем со стороны сотрудников этой конторы. И как финал, интерес ко мне уже персонажей из некой структуры безопасности. Негосударственной. Им больше делать нечего? Или все как у нас? Такие же дебилы?

В развитие, несколько более серьезных постов с поддержкой уже от Американцев, и несколько личных сообщений о ситуации. Поглядим. Повеселимся. Но… красивые картинки, без внятных объяснений, есть плохой тон. В любой презентации. А особенно в научной. Ну а кроме того, несмотря на то, что мной были придуманы основные идеи в алгоритмировании управления, более того, даже выполнен первый дизайн экрана системы управления стендом MASLWR в 2003 году, эти деятели не то, что не удасужились не включить меня в отчет, но в наглую пользуются моими идеями даже без ссылки на них. Ниже принт-скрин моей работы из официального отчета INEEL.

Screen Shot 2013-05-30 at 12.35.52 PM

 

(Продолжение последует по ходу развития ситуации)

Tagged with:  

… и может начнем говорить о mPower SMR от B&W. Уточнения для скажу, что итоговая статья находится на редактировании и будет опубликована.

Но надо закончить про NuScale. Ниже, то, что вполне очевидно сегодня, о чем я написал персонажам из NuScale, и что не имеет ответов:

  1. АЗ. В заданных условиях (из стандартных FA) практически невозможно получить малую зону работающую экономично, длительное время, с хорошим выгоранием, нужного размера и геометрии.
  2. ПГ. Представленный вариант является технологичным, но устаревшим и серьезно ограничивает возможности DHRS. Расчетные параметры и данные указывают на недочеты в дизайне.
  3. Контейнмент. Хорошая идея, но при условии частых перегрузок и обслуживания серьезно ограничивает доступ к оборудованию. Зазор с корпусом ставит под вопрос размещение дополнительного оборудования и его обслуживание. Практически, объем работ “на корпусе” увеличивается вдвое, так как все то же самое придется делать и на корпусе контейнмента.
  4. Корпус. Разъем в нижней части ставит вопрос о работе в этой зоне при перегрузках. необходимость дополнительного, специально спроектированного оборудования.
  5. DHRS. В представленном схемном варианте лишь часть системы, а с учетом п.2 есть проблема в надежной ее работе.
  6. CHRS. В представленном варианте работающая, но вспомогательная система, которая лишь поддерживает DHRS.
  7. Бассейн. Единый для всех реакторов означает, что в случае повреждений АЗ одного, работы проводятся в общем бассейне.
  8. Концепция управления, один оператор на 3-4 реактора не выдерживает никакой критики.
  9. Отдельный разговор про работу систем и ЕЦ в первом контуре, уровень в реакторе  в разные моменты работы, и прочее “мелочи”, например LOCA.

Итог: Даже такой реактор и NPP может быть построен, и даже в представленном виде. Но комбинация всех указанных факторов указывает на серьезные проблемы в разработке и отсутствие реальных решений. Как следствие серьезное удорожание эксплуатации. Правда и конечно, придется вернуться к вопросу еще раз, итоговая статься будет опубликована попозже. Да и в LinkedIN дискуссия только разворачивается. Правда на личном уровне со злопыхательством пузатых начальников.

И в мыслях не было оставить в стороне прочие дизайны. А теперь, чтоб уж успокоить персонажей, кои восприняли ситуацию с критикой как личное оскорбление (наплевать на самом деле на их мнение), в следующем посте переходим к другому реактору, другого разработчика.

 

Final short notes about NuScale problems without answers:

  1. Core. In the given conditions (standard FA 17 x 17) is almost impossible to get a good core running efficiently for a long life time, with a good burnout and size (core dimensions). CRD numbers and n-flow unifications/leveling quite problems. Core geometry (H/D) is quite if problem also.
  2. SG. Presented option is technological, probably reliable, but outdated and severely restricts DHRS capability. Calculated parameters and data indicate weaknesses in the design, specially pipes length (22 m -?).
  3. Containment. Actually, good idea, but on the condition and maintenance of frequent congestion severely limits access to the reactor equipment. The gap to the reactor vessel question the placement of additional equipment (valves for example) and maintenance. In practice, the amount of work “on the r-vessel” is doubled, because the same thing will have to do on the case and containment. Specially during refueling operations. Shielding? No answer yet.
  4. R-vessel. Connections at the bottom part puts the question of work in the core area in case of overloading/refueling process. The need for additional, specially designed equipment. And develop special operating aspects for NPP.
  5. DHRS. In the illustrated embodiment, a schematic of the system, and with the point 2 above there is a problem in the reliability of its operation.
  6. CHRS. In the embodiment shown to work, but the auxiliary system, which only supports DHRS.
  7. Pool. Same for all reactors means that in case of damage core one, work is carried out in the general pool.
  8. The operating concept, “one operator for 3-4 the reactor” does not hold any critics. No comment.
  9. Complex problems with NC in primary, primary coolant parameters, coolant levels during operating, LOCA and other operating aspects and operating expends.

Bottom line: This reactor and NPP can be built, of cause, even as they are designed. But the combination of all these factors points to serious problems in the development and the lack of real design solutions. All these problem cause economical issued for future operating. Final article will be published.

Tagged with:  

44.1. NuScale vs. NuCon.US discussion…

On November 30, 2012, in SMR, Разное, by admin

I have been actively analyzing and criticizing the technical and other design solutions in SMR, specially, but not only the NuScale reactor and power plant project. My opinion being presented not only in SMR LinkedIN group, but here in NuCon.US also and my own professional experience. Naturally, using open sources as references, with sources named below of the each article. In particular, from the NuScale website, DOE etc. And yesterday I received a notification from so-called NuScale lower, and he is asking to remove pictures and copy of presentations pages from some articles on NuCon.US blog, which related to NuScale source and the fact that I do not use them as I would like to the owner. Surprise-surprise…

Rather, they were waiting for praise and admiration, and they are not. Did I really break the law (DMCA) or it is a struggle with criticism? As an option I consider excessive zeal of not smart people. Respond to criticism they do not want me to have too shallow, and the attempt to ban criticism is. By the way, this (same) message being instantly removed from the Platt’s SMR group in LinkedIN and I wonder why? Which reason? What is wrong here? Any thought? Just because NuSclae is Platt Conference sponsor.

Sure… I will change all NuScale pictures in NuCon.US blog on special note, temporary, before I try solve this problem. Probably, NuScale have nothing to do with design or do not have capability, and they are have a lot of time for this kind of activities. And looks like they are attacking me personally. Let’s see… I did find my personal images on NuScale website and did send them my letter as an answer. Do I need fight back? Just for fun I sent them this letter, and will present here letter from NuScale:

 

Tagged with:  

Просмотрев практически все презентации перспективных проектов реакторов SMR, понял, что надо поговорить еще и о “присоединениях”. Разбираясь с одним вопросом, цепляешь какую-то мелочь и сразу вытаскиваешь наружу целый ком несоответствий. Ну вот например. Почему, интегральный (моноблочный) дизайн существенно снижает возможность образования течи? Кто это сказал и как он это подсчитал? Да и можно ли говорить о том, что в реакторе такого типа полностью исключены подключения к системам? Что, нет ни одного патрубка? Есть, и довольно много.

Посмотрим, что должно быть у реально существующего или перспективного реактора и какие должны быть диаметры трубопроводов подключений.

  1. Реактор необходимо заполнять. А значит, надо подать в корпус воду, и по возможности в достаточном объеме и быстро. Быстро, потому, что этот же патрубок используется для подпитки и аварийной подачи воды при образовании течи. Такие трубопроводы, как правило подают воду в пространство над АЗ. Поскольку подача холодной воды под АЗ может поменять реактивность.
  2. Реактор необходимо периодически дренировать. Как минимум при перегрузках. И дренирование обычно осуществляется с дна. Диаметр этой трубы, как правило, не очень большой, около 1″. Но, тем не менее, подключение имеется.
  3. Система очистки и (иногда) система длительного расхолаживания. Вода из реактора охлаждается на теплообменнике-рекуператоре и пройдя ионо-обменный фильтр 1К (ИОФ-1) возвращается в контур. Операция эпизодическая и зависит от состояния АЗ. Но имеет место. Без использования теплообменника-рекуператора, эта система может исполнять функцию системы длительного расхолаживания. Как правило, система подключена к тому же патрубку, что и система подпитки.
  4. Система подачи газа высокого или среднего давления. Этот же трубопровод используется при воздухоудалениях, при первичном заполнении и расположен в максимально возможной верхней точке крышки/корпуса. Диаметр не очень большой примерно 1″.
  5. 4 (или 2) трубопровода подачи питательной воды. Количество зависит от количества секций парогенератора. Диаметры примерно 4…5″. И соответственно 4 (или 2) паропровода отвода перегретого пара. Эти диаметры довольно значительны и составляют примерно 8…10″.
Таковы стандартные подключения к “бочке”. Выше не упомянуты подключения уровнемеров, термопар, прочих датчиков. Давление в контуре обычно измеряется датчиками установленными на трубопроводах подключенных систем, до запорной (отсечной) арматуры. Остальные датчики обычно имеют собственные места подключений.
Теперь несколько слов об “экзотике”. Правда в США, эти подключения не считаются экзотическими. Это дополнительные т.н. “вентиляционные предохранительные клапана”. Их как минимум 2, независимых, и включаются они в работу, если происходит несанкционированное повышение давления в контуре. В основном, после сброса АЗ и при активном кипении ТН-1 в отсутствие отвода тепла от АЗ реактора. Диаметр таких патрубков достаточно велик и составляет 3…4″.
В принципе, это практически полный перечень и для расчетов вероятности появления течей можно его использовать. Если бы не одно но… Есть такая схема придуманная для отвода тепла от реактора, через стенку контейнмента. Называется CHRS.
Ну а дальше, самое интересное. Как и в России, отсечение первого контура осуществляется 2-мя клапанами.  По факту, похоже все-таки предполагается 2 рециркуляционных патрубка по 4…5″ каждый. То есть, 4 “дырки”, не считая 2-х аварийных линий с предохранительными клапанами.
Теперь найти бы программу и посчитать, вероятность течей и отказов этих клапанов, интенсивность течей, а также, возможность ЕЦ в разомкнутом контуре CHRS, ну и возможность циркуляции при отказе одной линии. Ну оч-чень интересно.

 

(For additional information: www.NuScalePower.com and presentations) 

 

Tagged with:  

В работе разбор вот этого стейтмента (картинка временно отсутствует) о барьерах безопасности. Хотя, честно говоря, особо разбирать его особого смысла нет. Кто же спорит, что выкопать яму, упрочнить ее стены железобетоном, заполнить водой (15 млн. литров, на минуточку 15,000 м.куб), серьезное и уж очень иновационное изобретение. Похоже и здесь, главное, сколько за него заплатили, а не что нового изобрели.

Традиционно, три барьера безопасности представляются как:

  • топливная композиция и оболочка ТВЭЛа
  • корпус реактора
  • контейнмент.
Тем страннее технические решение о сбросе давления первого контура при аварии. А если произошло разрушение АЗ? Недавние события ничему не научили?
Далее, предложено считать дополнительными барьерами:
  • уже упомянутую и усиленную ж/б “яму”, наполненную водой
  • крышку над ямой
  • здание “реакторного цеха”.

Персонажи из NuScale возмутились использованными материалами и временно, по их просьбе были удалены все картинки. Придется постепенно поставить обновленные, уже собственного производства…

 

 

(For additional information: www.NuScalePower.com and presentations) 

 

If we consider the reasons/causes for which the reactor must be urgently taken out of operating (by scram cause), most of all, they should be divided into several different groups:

  1. Accidents and failures associated with the reactor’s core work/operating (rho, tau, neutronics power)
  2. Accidents and failures associated with the primary circuit operating (coolant outcoming high temperature and/or increasing primary pressure in the reactor)
  3. Accidents and failures associated with the reactor (coolant) leaks of different intensity (coolant level and internal reactor pressure decreasing)
  4. Accidents related to the turbine part (plant) faults (different reasons, technical or operatings), steam and feed-water (FW) (FW pressure and secondary steam pressure and temperature)
  5. Accidents related to equipment operating (electric power supply loss and/or failures of important machines, agregates, etc)
  6. Accidents related to crew operating errors and mistakes.

In amount, all we can consider about 12-15 signals, some of which somehow overlap. For each signal (or group), during scram and cooling process variously operated equipment, which can be used to transient mode power plant unit it to the emergency cooling regime. So, different ways and cooling, emergencies and long-term heat removal process. Let’s do some simple and pretty understandable overview:

  • The first two groups have in common is that the power plant (reactor) has no the failure of major equipment and systems, and hence shutdown and heat dissipation can be made rapidly, but in a regular (standard systems and heat removing channels).
  • The third group, which includes leaks reasons (small, medium, large, pipes break and/or LOCA), by a strange coincidence, and estimated the designers and inventors are partially not considered (?) for LW-SMR. Specially LOCA.
  • The fourth group of the accidents related to faults pumps (FW or Condensate pumps), main condenser (MC), main turbine, pipes breaking off, valves, problems with feed water supply and steam distribution.
  • The fifth group related to the blackout not only failure of major equipment (see fourth group), but also to the complete loss of control over the power plant operating and is more worst fourth variant.
  • And the sixth group, which we are not discussing here.

So, before we found out that for the safe shutdown procedures (algorithms) of the power plant (reactor) need several heat removal ways (channels). While we do not consider the circulation of primary coolant yet, which is a separate and very interesting point of discussion.

The first channel (normal heat removal process) is the way to drop the steam, steam-water mixture or water (in various regimes) from the steam-generator (SG) through the steam pipes, to the MC. In this case, starting-up feed-water pumps and condensate pumps are working normally, also. And, feed-water going through SG, after going into the MC with pre-wet steam with cold water. Then transient to steam-water mixture regime, and in the end only heating water regime. Electric power connected normally and available, all the power plant supporting systems working normally, also. Residual heat peak removal process is not difficult after this types of scrams. The reactor will be transferred to the normal cooling mode without any problem.

The second channel, if steam lines/pipes has being damaged, SG or condensate – feed-water system, and the MC and/or main cooling system. In this case we need a special backup heat removal channel. In the design variant types like NuScale DHRS (or CAREM (?) for example, etc) it is dropping steam and/or steam-water mixture from the SG to the separate and special heat exchanger (HE) submerged in the huge pool behind the containment and in the organize of a natural circulation (NC) pattern SG-HE. Except for the calculations, in theory there is probably no problem. But once there is a number of questions: What about the level of the primary circuit (again?). And containment when working constantly immersed in the pool? The second question is not so important, probably safety automatically increase if we will put reactor in the pool (sarcastic). But the first question still to be really important. Without a detailed explanation, this is still to be design problem. And US Patient 80,170,173 not actually exist in project any more? O-ops…

 

Surprise, surprise… we will talk about third way below. Lot of interesting stuff we can find about design’s conception here. The third channel of heat removal be connected up during the most heavy accidents. Organization of cooling water from the water-filled reactor’s containment, to the reactor lower plenum. Is this possible in/with open circulation loop, when the coolant evaporating through pipes with valves on top of the reactor vessel? Evaporated coolant is condensing on the cooled containment walls (which submerged into the pool), the water pour down to the containment bottom. Where, through the open “circulation” pipes with valves (same like on top) falls into dropping the reactor again to the core from bottom, going through the core, heating, partially vaporized and then through the top part of the reactor going out into containment again. Looks good. In theory yet.

 

Quite a strange scheme CHRS and in terms of engineering reliability and in terms of the heat sink from the core. In terms of equipment fault (turns out) that in addition to the pressure relief/vent steam valve (or two), there are several individually controlled valves (probably, at least 8) on large enough diameters pipes, connecting the internal volume of the reactor with containment cavity (O-ops!!!). Probably 4 on top and 4 below in lower plenum area, just right after the SG (see p. 40 also ).

This design solution is so uncertain and does not hold water, in terms of reliability, and that discussing it “into the air” with no opponents responds not possible. There’s even no LOCA not talk about the absence of which so confidently say the designers of the reactor and this kind of system (sorry, but NuScale again). Interesting to see calculations algorithm. But with opponents, it would be fun to argue. Indeed, there is no connections and target definitions, and several pipes is out, valves faults, well, come off … It happens to everyone.

Again, there is an interesting question for our heat removal from the core and the organization of the primary circulation loop. The truth, in this case, the primary coolant level in the reactor “lost”, and we can not to say exactly, what is going on with the reactor core. What are the risks, designers must also consider.

And, for this kind of design and this kind of technical solutions people can get Government grants? But we are still talk about economy of the SMR here…

 

(For additional information: www.NuScalePower.com and presentations) 

Итак, ранее мы выяснили (см. 39.1.), что для безопасного вывода установки/реактора определенного типа, необходимо несколько путей/каналов отвода тепла. Пока нами не рассматривается циркуляция теплоносителя первого контура, а это отдельный и интересный разговор.

Первый канал, это сброс пара, пароводяной смеси или воды (в разных режимах) из парогенератора через паропроводы, на главный конденсатор. В этом случае, обычно включаются в работу пусковые питательные насосы и работают конденсатные насосы, а сброс отепленной среды осуществляется на главный конденсатор с предварительным увлажнением пара холодной водой. Затем переходит в режим сброса паро-водяной смеси и в окончании, отепленной воды. Элетропитание присутствует, остальные системы работают штатно. Отвод пика остаточных тепловыделений не затруднен. Реактор переводится в режим обычного расхолаживания.

Второй канал, включается если повреждена паровая или конденсатно-питательная система, а также главный конденсатор и/или его охлаждение. В этом случае уже необходим резервный канал теплоотвода. В варианте типа NuScale (CAREM – ?) это сброс пара и/или паро-водяной смеси из парогенератора на специальные теплообменники погруженные в бассейн и организация естественной циркуляции в схеме ПГ-ТО. За исключением расчетов, теоретически тут проблем нет. Но сразу возникает несколько вопросов: А как же быть с уровнем первого контура? И контейнмент при работе постоянно погружен в бассейн? Второй вопрос не так важен. А вот первый важен. Без детального объяснения, это пока проблемка.

Третий канал. Организация циркуляции из заполненного водой контейнмента, в который погружен реактор, в опускную часть реактора. Возможно это при разомкнутом контуре, когда выпаривается теплоноситель первого контура и конденсируясь на охлаждаемых стенках контейнмента, он попадает его нижнюю часть. Откуда попадает в опуск реактора и снова в АЗ. Довольно странная схема и с точки зрения надежности и с точки зрения теплоотвода. Получается, что кроме предохранительного клапана (двух), есть еще несколько индивидуально управляемых клапанов (минимум 4…8, скорее  всего 8), достаточно большого Ду, соединяющих внутренний объем реактора с полостью контейнмента. Похоже, что 4 вверху реактора и 4 в средней части опускного участка, чуть ниже ПГ. Тут никакого LOCA не надо при отказах и несанкционированном открытии любого из этих клапанов, или же при несрабатывании в аварийной ситуации. Этот вариант настолько не выдерживает критики, с точки зрения инженерной или теплотехнический надежности, и что обсуждать его “в воздух”, без оппонентов, бессмысленно. А вот с оппонентами, было бы занятно подискутировать. И снова здесь же появляется интересный вопрос по отводу тепла от АЗ и циркуляции по первому контуру. Правда в этом случае, уровень явно будет “потерян”. Чем это чревато, конструкторам надо еще подумать.

 

(For additional information: www.NuScalePower.com and presentations) 

Virtually all of the LWR SMR designs submitted to NRC and DOE in the US demonstrate connections for fuel loading/refueling on the upper level of core’s “pan” (bottom part of reactor vessel). Can someone explain how and who/what will ensure the monitoring of the compound deep undo the bio-protection shielding. And besides, in the pool, as it is shown in a promotional video NuScale, for example. How to ensure purification water to such an extent and volume?
In the USSR, and in Russia, the lid of the reactor is connected to the vessel via a special ring and through the so-called “extended (?) studs.” Before tightening the nuts, each stud stretches hydraulic jack to provide tightening, not only with the power hydraulic tool.
What is the procedure at the reactors of “western” design? How to ensure the connection density and construction, strength of the connection if there is no human’s access to the area? Strange, but I do not believe in the complete automation of the process in the “pool”.

 

(For additional information: www.NuScalePower.com and presentations) 

 

Animation: http://www.nuscalepower.com/video_loading.php

 

 

И что? Честно признаюсь. Точнее, не люблю бездарей и деляг с апломбом “ученых” в ее рядах. Это даже при том, что моя фотка у них на веб-сайте красуется. Да, поэтому отношусь предвзято и дотошно копаюсь в их публикациях. Не, ну чо, ну все понятно. Осваивают парни бюджет с пафосом рассказывая о собственном “величии”. И похоже, они знают мое к ним отношение. Тем более, что человек 10 оттуда я знаю персонально и едко комментирую все их “достижения”. После нескольких моих комментариев, они убрали все, за исключением последней, презентации про свой “иновационный” дизайн. Ну еще мне удалось прочитать про патент Хосе Раеза (вполне себе коммерсанта от науки, но очень толкового в автомодельности) и Джона Грума (необразованного но надежного дурака), на т/н “иновационную” систему пассивной безопасности. Жаль пока не выходит поглядеть картинки и более убедительно поязвить на эту тему. Но я позволю себе поязвить. Вот этот “патент”, U.S. Pat. No. 8,170,173, нами разбирался ажныть в 1984 году.

А вот сегодня, они меня очень повеселили. Анонсировали симулятор для атомной станции. 12 одинаковых рабочих мест для 12 модульной станции в одном помещении. Ну скажите, для чего? Я поиздевался. Поглядим, что ответят и ответят ли.

 

Аргументация “защиты” странная. Это не симуляторы блоков, а симулятор control-room. И все управляющие консоли сосредоточены в одном помещении для слаженной работы в так называемых переходных режимах. Например, при авариях типа Японской, или при отключении охлаждающей воды. Удивительно слабый аргумент. Более того, предполагается, что всего 12-ю блоками будут рулить 3 оператора. По одному на 4 реактора. Сумашествие какое-то. И все это, громко называется “концепция управления”.

 

(продолжение следует)

 

(For additional information: www.NuScalePower.com and presentations)