NuScale - парогенераторы и DWO

Владимир Рычин, AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 06.06.2020

Процесс сертификации в США атомной станции малой мощности "NuScale" продвигается со сложностями. Регуляторы выдвигают к проекту всё новые и новые претензии.

О некоторых из них - например, о возможных ошибках при срабатывании системы аварийного охлаждения активной зоны ECCS - электронное издание AtomInfo.Ru уже писало.

Но, пожалуй, наиболее серьёзно выглядят возникшие у регуляторов претензии к проекту парогенераторов "NuScale".

Близость зоны

4 февраля 2020 года консультативный совет по реакторной безопасности при NRC (Advisory Committee on Reactor Safeguards, ACRS) собрался на своё очередное заседание. В повестку под номером пять был включён вопрос о проекте парогенераторов "NuScale". По программе на него отвели 45 минут, а само обсуждение сделали закрытым.

Презентацию, представленную представителями компании "NuScale Power" на этом заседании, позже опубликовали в открытом доступе. Из неё стало понятным, что эксперты регулятора заинтересовались колебаниями волн плотности (density wave oscillation, DWO).

В начале мая вопрос о DWO с экспертного уровня перешёл на уровень собственно регуляторной комиссии. В официальном письме NRC согласилась со следующим замечанием, сделанным экспертами ACRS по проекту парогенераторов "NuScale" - проект и эффективность парогенераторов не были в достаточной мере доказаны, так как имеются неопределённости, связанные с DWO по второму контуру.

На первый взгляд, претензии экспертов представляются носящими академический характер. Технически грамотный специалист способен указать на потенциально слабые места в рецензируемом проекте, но далеко не всегда они в самом деле слабы. Однако для случая с парогенераторами "NuScale" не всё так однозначно.

"Конечно, это всего лишь гипотеза и моё личное мнение, но особое внимание к этому парогенератору может быть связано с его геометрической близостью к активной зоне", - предположил в комментарии для AtomInfo.Ru специалист, занимающийся тематикой парогенераторов АЭС.

Любые нестационарные явления, происходящие в парогенераторах "NuScale", в принципе могут сказаться на реактивности, и их эффект может быть сильнее, чем в проектах с далёкими от зоны парогенераторами.

Поэтому, считает собеседник AtomInfo.Ru, регуляторы при сертификации "NuScale" с особой тщательностью присматриваются не только к проектной документации, но и к своим собственным нормам и требованиям, которые ориентируются на проекты с далёкими парогенераторами.

Парогенераторы "NuScale"

В проекте "NuScale" используются компактные парогенераторы типа HCSG (Helical Coil Steam Generators). В российской терминологии их можно называть спиральными.

В одном реакторном модуле содержится два независимых парогенератора. В каждом из них по 1380 теплообменных трубок длиной по 77-87 футов (23,5-26,5 метров) и внешним диаметром 5/8 дюйма (1,59 см).

Материал трубок - сплав 690TT. Второй контур в парогенераторе - трубки (tube side).

Основные характеристики парогенератора.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра

Расположение парогенераторов в реакторном модуле

Теплообменная трубка парогенератора "NuScale"

Проблема DWO

Колебания (или неустойчивость) волн плотности (DWO) - не новый для отрасли феномен. Начиная с 60-ых годов, его изучали для водяных кипящих реакторов.

В работе [1], которая так и называется "Колебания волн плотности", авторы определяют DWO следующим образом.

It appears that the most predominant instabilities are the so-called density-wave oscillations (DWO). They are oscillatory phenomena of low frequencies which often appear in boiling channels as a result of multiple regenerative feedbacks between the flow rate, vapor generation rate, and pressure drop. По-видимому, наиболее распространёнными неустойчивостями являются так называемые колебания волн плотности (DWO). Они представляют собой колебательные явления низких частот, которые часто возникают в кипящих каналах в результате многократных регенеративных обратных связей между расходами, скоростями парообразования и потерями давления. [1] - L.A.Belblidia, C.Bratianu "Density-wave oscillations". Annals of Nuclear Energy, vol.6, pp.425-444. Pergamon Press Ltd, 1979.

Изучается это явление и в российской атомной отрасли. Так его определяют, например, в работе [2].

Неустойчивость (или колебания) волн плотности (НВП) является одним из наиболее общих видов таких самовозбуждающихся колебательных процессов в системе параллельных парогенерирующих каналов. К ним относят межканальные пульсации, а также колебания в контурах естественной циркуляции с характерным пространственно-временным периодическим изменением плотности, распространяющимся со скоростью потока [2] - Ю.Н. Корниенко "Обобщение и анализ критерия неустойчивости волн плотности двухфазных потоков для каналов и подъемных ветвей ЯЭУ". МНТК-2007, Подольск, 2007.

В работе [1] можно найти подробную диаграмму механизма возникновения явления DWO. Приведём её на рисунке ниже.

Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра

Новый этап интереса к DWO стал следствием образовавшегося в отрасли интереса к спиральным парогенераторам.

Основные преимущества таких аппаратов - их компактность, простота в изготовлении и повышенная эффективность теплопередачи. За это конструктора находили им место в различных проектах ВТГР, малых реакторов и даже в некогда нашумевшем, но так и оставшемся на бумаге проекте реактора средней мощности IRIS.

Подробнее - в статье Junwei Hao et al. "Analysis of density wave oscillations in helically coiled tube once-through steam generator" (текст статьи есть в интернете).

Обсуждая DWO, нельзя пройти мимо ещё одного известного проекта малого реактора, а именно, аргентинского CAREM25, у которого имеются некоторые общие черты с "NuScale".

Разработчики CAREM видели, что их детище может быть восприимчиво к DWO. Этот вибрационный механизм, считали они, может стать доминирующим в режимах с естественной циркуляцией.

"При таких условиях массовый процент пара на выходе из активной зоны становится очень малым, а пустотная фракция может очень быстро увеличиваться в зависимости от качества потока. Небольшое уменьшение расхода на входе в активную зону приводит к значительному увеличению объёма пара на выходе из зоны. В режиме естественной циркуляции это приводит к прохождению волны низкой плотности", - говорится в одной из статей, посвящённых CAREM25.

Впрочем, выполненный разработчиками анализ подтвердил, что DWO не сказывается на общей стабильности реактора CAREM25. А вот у создателей "NuScale" сделать аналогичный вывод для своего аппарата пока не получается.

Дальнейшие действия

В чём именно заключаются возникшие у экспертов ACRS сомнения в "проекте и эффективности парогенераторов" "NuScale" в связи с DWO, сказать пока сложно, так как значительная часть технических обсуждений ведётся за закрытыми дверями.

Ясно одно - эксперты настроены серьёзно, и просто так "NuScale" не отпустят. В своих комментариях они подчёркивают, что без доказательств сохранения целостности парогенераторов выдавать заключение о безопасности проекта в целом нельзя.

Чтобы не тормозить процесс сертифицирования, регуляторы и компания "NuScale Power" обсуждают компромиссный вариант. Он заключается в том, что проекту выдадут сертификат, но без парогенераторов.

Для потенциальных потребителей это означает следующее. При подаче в NRC заявки на получение комбинированной (строительство и эксплуатация) лицензии им придётся одновременно тем или иным образом решить с регуляторами вопрос о парогенераторах.

Есть и ещё один вариант дальнейших действий. Дело в том, что сейчас сертифицируется проект "NuScale" мощностью 50 МВт(э). Однако такие реакторы компания-разработчик строить не собирается, потому что на рынок она теперь планирует выдвинуть реакторы мощностью 60 МВт(э) - при этой мощности реально достичь желаемой в проекте стоимости электроэнергии 65 долларов за мегаватт-час.

Соответственно, "NuScale Power" в 2022 году планирует подать в NRC заявку на сертификацию реактора 60 МВт(э) по упрощённой процедуре, занимающей всего 24 месяца против обычных для сертификации 42 месяцев. Вопросы по парогенераторам, таким образом, могут быть сняты в ходе сертификации варианта реактора с повышенной мощностью.

Наконец, ещё один компромиссный вариант - возложить решение вопроса о парогенераторах на процедуру ITAAC - инспекции, испытания, анализ и критерии одобрения (inspections, tests, analyses and acceptance criteria). Если быть кратким, то это означает, что все сомнения регуляторов по парогенераторам должны быть устранены до момента начала загрузки топлива в активную зону.

Ключевые слова: Парогенераторы, Малая энергетика, NuScale, Статьи, Владимир Рычин

---

Другие новости:

Премьер Болгарии считает АЭС "Белене" фантастически красивым проектом

Конкурсная процедура продолжается.

Лучшей атомной станцией России по итогам 2019 года признана Балаковская АЭС

Билибинская АЭС - второе место, Кольская и Курская АЭС - третье место.

На строительстве "Hinkley Point C-2" состоялось событие J0

Работы в графике.

---

---

---

---

Поиск по сайту: