Критерии работоспособности и ограничения

Условия и режимы работы

Съем тепла с поверхности твэлов осуществляется теплоносителем ПК, протекающим сверху вниз внутри кожуха ТВС. Снаружи кожух омывается холодным теплоносителем, текущим по зазорам между сборками снизу вверх с давлением, несколько большим, чем внутри ТВС. Этим обеспечивается устойчивость кожуха от раздутия.

Общие условия эксплуатации твэлов по теплоносителю приведены ниже:

· температура теплоносителя на входе/выходе ТВС, °С 50/до 98

· давление в реакторе, МПа 4,9

· перепад давления на активной зоне, МПа 0,6

Распределение энерговыделения в топливе характеризуется следующими максимальными коэффициентами неравномерности:

· по высоте 1,25

· по ячейкам активной зоны 2,16

· по сечению ТВС 2,06

· объемный 5,56.

По максимальному энерговыделению в топливе, имеющему место в течение кампании реактора, все ячейки активной зоны разбиты на пять групп (рис. 5.5). В соответствии с этими нагрузками проведено распределение по ячейкам потока теплоносителя, охлаждающего активную зону, с целью достижения одинакового для всех ячеек запаса до критических тепловых нагрузок на твэлах. Гидропрофилирование осуществляется установкой специальных дроссельных вставок под хвостовиками ТВС в опорной плите центральной зоны и стаканах КО.

Теплогидравлические условия и режимы работы твэлов представлены в таблице № 5.5.

Таблица № 5.5

Теплогидравлические условия работы твэлов ИР СМ-3 при нормальной эксплуатации

Параметр	Размерность	Значение для ячеек
Расход теплоносителя через ТВС	м^3/ч	40,2	49,9	37,8	65,7	121,8
Скорость теплоносителя	м/с	3,9	4,9	3,7	6,6	12,0
Максимальная за кампанию мощность твэла	кВт	32,2	39,8	29,7	51,6	84,2
Максимальная плотность теплового потока	МВт/м^2	7,0	8,4	6,3	10,8	17,6
Максимальная температура поверхности оболочки	°С
Средняя по радиусу и периметру температура:	°С
оболочки
матрицы

Тепловыделяющий элемент включает в себя два из пяти физических барьеров на пути распространения радиоактивных веществ: топливную матрицу и оболочку твэла. Остальными барьерами являются герметичный ПК установки, локализующая система герметичных помещений и система радиационной защиты.

Существует два механизма разрушения (или потери эффективности) твэльных барьеров при работе на мощности и расхолаживании РУ.

КО					КО
КО					41КО

Номер типовой ячейки в группе
Номера ячеек по группам	44, 43, 61, 66, 71, 76, 93, 94	45, 42, 51, 56, 81, 86, 92, 95	54, 53, 62, 65, 72, 75, 83, 84	55, 52, 82, 85	46, 41, 91, 96

Рис. 5.5 Распределение ячеек активной зоны РУ СМ-3 по максимально достижимому энерговыделению в топливе в течение кампании

Первый - расплавление твэла вследствие скачкообразного повышения температуры твэла в результате возникновения кризиса теплообмена. В табл. № 5.5 приведены критические значения мощности твэлов по группам ячеек при номинальных параметрах теплоносителя. Гидропрофилирование обеспечивает одинаковый для всех ячеек запас до кризиса теплообмена в условиях нормальной эксплуатации, равный 1,26 (см. 5.4.2).

Второй механизм повреждения твэльного барьера с выходом продуктов деления в ПК относится к твэлам с выгоревшим топливом и связан с потерей топливной матрицей при перегреве твэла способности удерживать газовые продукты деления и деформацией под их действием оболочки твэла с последующей ее разгерметизацией. Деформация (формоизменение) оболочки проявляется в образовании вздутий в ее впадинах. Причина образования вздутий - не распухание топливной композиции, а деформация оболочки под действием осколочных газов, выделившихся из топливной композиции при ее перегреве. На внутренней поверхности оболочки в характерных местах концентрации изгибных напряжений образуются межзеренные трещины, раскрытие которых приводит к разгерметизации оболочки и выходу осколочных газов [5.14, 5.15]. В реакторных условиях расплавление твэла может происходить уже на стадии начала деформации оболочки в результате сопровождающих этот процесс нарушений условий теплосъема в сборке.

Твэлы со свежим топливом выдерживают нагревы до 1000 ⁰С без каких-либо признаков изменений. Перегрев твэлов до 400 ⁰С со средней скоростью 0,4 ⁰С/с не приводит к разгерметизациям до значений выгорания топлива 60 %. Испытания твэлов при 700 ⁰С с выгоранием топлива до 20 % не вызывает их разгерметизацию, хотя происходящие при этом формоизменения оболочки (отслоения, образование вздутий) делают твэлы не пригодными для дальнейшей эксплуатации. Перегрев твэлов свыше 700 ⁰С с выгоранием, большем 30¸35 %, а также свыше 800 ⁰С с выгоранием >10% приводит к разгерметизации их оболочек.

По результатам термических испытаний твэлов [5.14, 5.16, 5.17] в качестве максимально-допустимой температуры сердечника с выгоранием до 30 % можно принять значение 680 °С. Это значение близко к основному проектному критерию работоспособности твэла СМ-2, в качестве которого разработчиками твэла рекомендуется максимальная температура топливной композиции, равная 700⁰С [5.18].

Дата добавления: 2015-06-04