назад
На данной странице обсуждается моделирование энергоблока РБМК 2ого поколения
Расчетная модель реакторной установки, приведенная в данном разделе, предназначена для исследований аварийных режимов, связанных с отказами оборудования (отключение ГЦН, ПЭН, ТГ и другие) по коду «улучшенной оценки».
Модель реакторной установки включает в себя:
В зависимости от особенностей аварийного режима базовая модель реакторной установки может быть изменена в соответствующих разделах данной работы.
1. Контур многократной принудительной циркуляции
Контур многократной принудительной циркуляции реактора РБМК состоит из двух независимых, практически одинаковых, половин. Гидравлическое объединение обеих половин осуществлено через систему паропроводов (см. Рис. 7). Схема одной из половин КМПЦ приведена на Рис 1.
Расчетная модель контура многократной принудительной циркуляции также состоит из двух половин, при этом одна из них, условно называемая в дальнейшем "аварийная", моделируется более подробно по сравнению со второй половиной, также условно называемой в дальнейшем "неаварийной".
1.1. Моделирование неаварийной половины реактора
Модель неаварийной половины реактора показана на Рис. 2.
Топливные каналы неаварийной половины реактора моделируются тремя каналами: одним эквивалентным каналом (22, 31) средней мощности и средним расходом теплоносителя; одним эквивалентным каналом (23, 32) максимальной мощности; одним эквивалентным каналом (24, 33) с дополнительным поглотителем со средним (для каналов с ДП) расходом и нулевой мощностью. Эквивалентный канал состоит из некоторого числа осевых и радиальных объемов, которые моделируют твэл или ДП, канальную трубу и графитовый блок. Эквивалентные каналы с одной стороны подсоединены к РГК (516) через ЗРК (6, 215, 216) и нижние водяные коммуникации (12, 13, 15), а с другой стороны к БС (8) через отводящую пароводяную коммуникацию (40, 41, 42).
Из смесителя БС (78) циркуляционная вода, смешанная с питательной водой поступает в опускные трубы. Все опускные трубопроводы моделируются одной эквивалентной трубой (80). Из опускных труб теплоноситель попадает во всасывающий коллектор ГЦН (82), откуда по всасывающим трубопроводам (92) поступает в ГЦН. Все работающие ГЦН моделируются одним эквивалентным насосом (94). Неработающие насосы в схеме не моделируются. По напорным трубопроводам ГЦН (96, 98, 100) вода попадает в напорный коллектор ГЦН (76), откуда по подводящим трубам (2) раздается по РГК (516). На напорном трубопроводе ГЦН моделируется дроссельно-регулирующий клапан (99), при помощи которого осуществляется регулирование расхода циркуляции.
В схеме моделируется подача питательной воды (277) в смесители БС (78), отвод пара в систему паропроводов (188, 189), подача воды САОР в РГК (509, 512), а также байпас между НК ГЦН и коллекторами САОР (419).
1.2. Моделирование аварийной половины реактора
Модель аварийной половины реактора приведена на Рис. 3.
По сравнению с моделью неаварийной половины приведенная модель более подробно описывает тракты от напорного коллектора ГЦН (75) до БС (5). ГЦН (85) вместе с всасывающими и напорными трубопроводами моделируются также как на неаварийной половине одним эквивалентным трактом.
В аварийной половине выделено три эквивалентных РГК: выделенный (514), "аварийный" (513) и эквивалентный (515), моделирующий 20 раздаточных групповых коллекторов этой половины реактора.
Топливные каналы, подсоединенные к "выделенному" РГК и ТК, подсоединенные к "аварийному" РГК, моделируются эквивалентными каналами соответственно максимальной мощности (19, 95), средней мощности (17, 58) и минимальной мощности (18, 84). Остальные каналы аварийной половины, подсоединенные к 20 РГК, моделируемых компонентой (515), моделируются эквивалентными топливными каналами с максимальной мощностью (20), средней мощностью (16) и одним эквивалентным каналом с ДП (21).
Такой уровень детализации позволяет исследовать поведение теплогидравлических параметров каналов разной мощности практически во всех аварийных режимах с ухудшением теплоотдачи от твэлов и канальных труб к теплоносителю.
В аварийной половине предусмотрены подводы воды в смесители БС (77) от системы подачи питательной воды (319, 321), от САОР в РГК (491, 494, 497, 500, 503, 506), отвод пара в систему паропроводов (186, 187), а также байпас между НК ГЦН и коллекторами САОР (430).
1.3. Модель эквивалентного топливного канала
На Рис. 4 показан топливный канал реактора РБМК. Как отмечалось выше, все топливные каналы реактора моделируются некоторым количеством эквивалентных каналов. Компоненты, описывающие теплопередачу через топливо и графит («тепловые структуры») моделируют только активную зону (верхние и нижние отражатели не моделируются). Каждый твэл в эквивалентном канале моделируется восемью радиальными контрольными объемами: пятью объёмами топлива, одним объёмом газового зазора и двумя объёмами оболочки. Канальная труба, кольца "твердого" контакта и графитовая колонна (последняя представлена эквивалентным цилиндром) состоят из 12 осевых объёмов. В радиальном направлении графитовый блок представлен четырьмя объёмами, кольца "твердого" контакта одним, канальная труба тремя. Теплопередача через кольца "твердого" контакта описывается эквивалентным коэффициентом теплопроводности. Распределение энерговыделений по радиусу каждой тепловой структуры принимается равномерным.
Теплообмен излучением моделируется при помощи коэффициентов взаимного облучения (угловых коэффициентов).
1.4. Модель барабан-сепаратора
Барабан-сепаратор показан на Рис. 5, модель барабана-сепаратора на Рис. 2 и Рис. 3.
Модели барабан-сепараторов для обеих половин реактора одинаковые, поэтому в данном разделе подробно описывается модель только для одной (аварийной) половины. Модель другой половины ясна из Рис. 2.
Барабан-сепаратор в модели представлен восемью компонентами 4, 5, 61 ÷ 64, 66 ÷ 67.
Компонента (67) - объект типа "pipe" (в модели представлен тремя контрольными объемами) - моделирует однородную паровую область верхней части сепаратора. Из этой компоненты осуществляется отбор пара в систему паропроводов.
Компонента (66) - объект типа "pipe" - (в модели представлен тремя контрольными объемами) - моделирует паровую и двухфазную область от погружного дырчатого листа до верхнего штуцера уровнемера со шкалой ± 315 мм.
Компонента (62) - объект типа "pipe" - моделирует двумя контрольным объемами пароводяную область от низа закраины ПДЛ до погружного дырчатого листа.
Компонента (63) - объект типа "branch" - моделирует область от верха коробов до закраины ПДЛ.
Компонента (61) - объект типа "branch" - моделирует закраину погружного дырчатого листа барабана-сепаратора.
Компонента (5) - объект типа "branch" - моделирует короба БС, в которые поступает из топливных каналов пароводяная смесь.
Компонента (64) - объект типа "pipe" (в модели представлена 3 объемами) - моделирует межкоробовое пространство барабана-сепаратора.
Компонента (4) - объект типа "pipe" (в модели представлена двумя объемами) - моделирует нижнюю водяную часть сепаратора. Вода из этой компоненты поступает в смеситель БС (77).
Поддержание давления и уровня в барабан-сепараторах осуществляется регуляторами давления и уровня системы регулирования тепловых параметров.
2. Модель газового объема в пределах реакторного пространства
Модель газового объёма в пределах реакторного пространства представлена на Рис. 6. Эта модель используется для описания теплообмена между графитовыми колоннами и обеспечивает достаточную степень приближения к реальным температурам графитовой кладки в стационарных и аварийных режимах работы реактора. Модель газового объёма состоит из трех объёмов газа: одного внутри активной зоны, представляемого компонентой типа 'pipe', которая разбита на 12 контрольных объемов, и двух объёмов за пределами активной зоны, представляемых компонентами типа 'tmdpvol'. К газовому объему внутри активной зоны подсоединяются тепловые структуры графитовых колонн эквивалентных топливных каналов. Для моделирования перетока тепла задаются коэффициенты теплоотдачи от внешней поверхности графитовых колонн к этому объему. Остальные два объема служат для задания граничных условий.
3. Моделирование системы паропроводов
На Рис. 7 показана схема паропроводов. Соответствующая ей модель системы паропроводов приведена на Рис. 8.
В модели все 4 главных паропроводов моделируются четырьмя соответствующими эквивалентными главными паропроводами.
Представленная модель учитывает все возможные перетоки пара по паропроводам и позволяет анализировать режимы с разрывом главного паропровода от малой до максимальной течи при любом местоположении разрыва, а также рассматривать аварийные режимы с ложным открытием и последующим незакрытием любого количества ГПК с разными параметрами настройки.
По трубопроводам отбора пара из БС (101 - 104) теплоноситель попадает в паровые коллекторы (105 108), откуда по главным паропроводам поступает в СРК первой (203, 206) и второй (204, 205) турбин. В модели описывается сброс пара в конденсаторы турбин через БРУ К (198, 200, 201), в СЛА через ГПК (207 ÷ 214) и в коллектор собственных нужд через БРУ Д (202). Расход пара на БРУ К и турбогенераторы определяется работой тепловой автоматики и зависит от текущих значений степени открытия регулирующих клапанов и давления в БС. Расход пара через ГПК определяется уставками открытия/закрытия, пропускной способностью, временными задержками на открытие/закрытие и давлением в БС.
4. Моделирование системы подачи питательной воды
Схема подачи питательной воды показана на Рис. 9, модель на Рис. 10.
Подача питательной воды от деаэраторов (230) осуществляется насосами ПЭН (234) марки СПЭ-1650-75 и АПЭН 1, 2, 3 (247) марки ПЭ 250-75.
Давление в деаэраторе принимается заданной функцией времени. Насосная группа ПЭН описывается одним эквивалентным насосом (234). От напорного коллектора ПЭН (240) вода подается в питательные узлы каждой половины реактора, затем в раздающие коллекторы питательной воды внутри БС (277, 319, 321) и далее в смесители БС. Питательный узел каждой половины реактора представлен в модели тремя параллельными трубопроводами с регулирующими и обратными клапанами на каждом из них. На трубопроводах каждого питательного узла (308, 310, 312; 303, 305, 307 и 298, 300, 302 аварийной половины; 260, 262, 264; 265, 267, 269 и 270, 272, 274 неаварийной половины) установлены по одному основному регулирующему питательному клапану (301, 306, 311; 263, 268, 273). Эти клапаны предназначены для регулирования подачи питательной воды в КМПЦ при работе реактора в основном энергетическом диапазоне (~ 10 100 % Nном). Опыт эксплуатации показывает, что для работы реактора на номинальной мощности достаточно двух любых ниток с основными регулирующими питательными клапанами, то есть третья питательная нитка с основным регулирующим клапаном является резервной.
Подача воды на аварийную половину реактора, по сравнению с неаварийной, моделируется более подробно: трубопроводы от напорного коллектора ПЭН (240) до раздающих трубопроводов питательного узла (291, 295) в модели представлены двумя эквивалентными трубопроводами (286, 290), что позволяет исследовать аварийные режимы с разрывами трубопровода питательной воды в наиболее опасном месте. От напорного коллектора ПЭН (240) предусмотрен отбор питательной воды в САОР – третий канал быстродействующей САОР.
Насосная группа АПЭН 1, 2, 3 моделируется одним эквивалентным насосом (247). Вода из всасывающего коллектора ПЭН (232) по трубопроводам (241, 243, 244) поступает во всасывающий коллектор АПЭН 1, 2, 3 (245), откуда насосами АПЭН 1, 2, 3 (247) может подаваться в напорный коллектор АПЭН 1, 2, 3 (252) и далее по трубопроводу (253) в напорный коллектор ПЭН (240). Во всасывающие трубопроводы АПЭН 1, 2, 3 (243), в соответствии с проектом, предусмотрена подача воды насосами НДК из БЧК.
Для проведения расчётов аварийных режимов реакторной установки, работающей на малом уровне мощности (пусковой режим), в модели предусмотрены пусковые магистрали. На аварийной половине вода, подаваемая насосами АПЭН, забирается из трубопроводов (291, 295), подводящих питательную воду к питательному узлу, и по трубопроводам (292, 294, 293, 315, 317), на которых установлены пусковые регулирующие клапаны (314), подаётся в сборный коллектор (313) питательного узла и далее в раздающие патрубки питательных коллекторов внутри БС (319, 321).
На неаварийной половине вода забирается в пусковую магистраль из трубопровода (255), подающего воду к раздаточному коллектору питательного узла (259), и по трубопроводам (324, 278, 280, 282) с пусковым регулирующим клапаном (279), как и на аварийной половине, подаётся в раздающие патрубки питательных коллекторов внутри БС (277).
В модели системы подачи питательной воды с помощью контрольных переменных моделируется работа следующего оборудования:
САОР состоит из двух подсистем: быстродействующей подсистемы (БД САОР) и подсистемы длительного расхолаживания (ДР САОР). Каждая подсистема имеет три независимых канала подачи воды в реактор. Принципиальная. Модель САОР приведена на Рис. 12.
5.1. Модель быстродействующей подсистемы САОР
Быстродействующая подсистема спроектирована на охлаждение реактора в течение первых двух минут аварии, последующее охлаждение осуществляется подсистемой длительного расхолаживания.
Модель БД САОР учитывает подачу охлаждающей воды в РГК аварийной половины из гидробаллонов и от ПЭН. Два канала быстродействующей подсистемы САОР, подающей воду в реактор из гидробаллонов, моделируются одним эквивалентным каналом. Два гидроаккумулирующих узла, состоящих из 6 гидробаллонов в каждом, моделируются компонентой (350) типа accumulator. Вода из гидробаллонов (350) по трубопроводам (351, 352, 353) поступает в раздающий тройник (354) и далее, в зависимости от типа аварии и соответственно от состояния быстродействующих задвижек (360, 372), только по трубопроводам (355, 357, 361, 363, 365) в коллектор САОР (366) аварийной половины, или в коллектор САОР (378) неаварийной половины по трубопроводам (367, 369, 371, 373, 375, 377). Из соответствующих коллекторов САОР вода поступает по трубопроводам (489, 491, 492, 494, 495, 497) в РГК правой (аварийной) половины реактора, а по трубопроводам (507, 509) в РГК левой половины. С использованием аппарата контрольных переменных по сигналу включения быстродействующей подсистемы САОР смоделировано открытие быстродействующих задвижек (360, 372). Также при помощи контрольных переменных смоделировано закрытие отсечных задвижек (356, 368) в зависимости от уровня воды в гидробаллонах.
В аварийных режимах без обесточивания собственных нужд в составе БД САОР используются ПЭН (третий канал), которые подают воду из деаэраторов в коллекторы САОР. Из напорного коллектора ПЭН (240) вода подается по трубопроводам (474, 476) до распределяющего тройника и далее, в зависимости от состояния быстродействующих задвижек (481,487), по трубопроводам (478, 480, 482, 410) в коллектор САОР (411) аварийной половины и/или по трубопроводам (484, 486, 488, 416) в коллектор САОР (417) неаварийной половины. Из соответствующих коллекторов САОР (411 и/или 417) вода поступает по трубопроводам (498, 500; 501, 503; 504, 506) в РГК аварийной половины и/или по трубопроводам (510, 512) в РГК неаварийной половины.
5.2. Модель подсистемы САОР длительного расхолаживания
Подсистема САОР длительного расхолаживания включается в работу не позднее 2-х минут от начала аварийного процесса.
Подсистема ДР САОР, состоящая из трех независимых каналов, подает воду в РГК обеих половин реактора от насосов САОР. На аварийную половину реактора вода подается насосами НОАП (384, 399) из бассейна-барботера (379), а на неаварийную из баков чистого конденсата насосами НОНП (448, 462).
Два канала ДР САОР с насосами НОАП 11, 12, 21, 22 и насосами НОНП 1, 2, гидравлически связанные с трубопроводами, подающими воду из ГБ САОР, моделируются одним эквивалентным каналом.
В модели насосы НОАП 11, 12, 21, 22 моделируются одним эквивалентным насосом (384), подающим воду из бассейна-барботера (379) по трубопроводам (380, 382, 383, 385, 387, 389) до тройника, распределяющего воду по половинам реактора, и далее в зависимости от состояния задвижек (390, 393) по трубопроводам (391 или 392, 394) через узлы смешения (364 или 376) в коллекторы САОР (366 или 378) и далее в РГК. В эти же коллекторы САОР, в зависимости от состояния задвижек (472, 469), два насоса НОНП 1, 2, моделируемые компонентой (462), подают воду из БЧК (440). По трубопроводам (441, 444, 461, 463, 465, 467) вода подается этими насосами до тройника, распределяющего воду по половинам реактора, и далее по трубопроводам (471, 473, или/и 468, 470) до мест врезки в трубопроводы (365, 377), подводящие воду в КСАОР от ГБ САОР.
Третий канал ДР САОР моделируется отдельным эквивалентным каналом. Вода из бассейна-барботера (379) насосами НОАП 31, 32, моделируемых компонентой (399), подается по трубопроводам (395, 397, 398, 400, 402, 404, 405 до тройника, распределяющего воду по половинам реактора и далее, в зависимости от состояния задвижек (407, 413) по трубопроводам (406, 408, 409 или/и 412, 414, 415) до мест врезки в трубопроводы (410, 416), подающие воду от ПЭН в КСАОР (411 или/и 417). В эти же коллекторы САОР подается вода из БЧК (440) насосом НОНП 3 (448) по трубопроводам (441, 442, 444, 445, 447, 449, 454) и далее, в зависимости от состояния задвижек (455, 457), определяемого типом аварийного режима, по трубопроводам (456 или/и 458) до мест врезки в трубопроводы (409, 415), подающие воду в реактор от насосов НОАП 31, 32. В модели описаны перемычки (430, 432, 433, 434, 436, 437, 439 – аварийная половина; 419, 421, 422, 423, 425, 426, 428 – неаварийная половина) между напорными коллекторами ГЦН (429, 418) и соответствующими коллекторами САОР (366, 411; 378, 417).
6. Система автоматического регулирования тепловых параметров энергоблока
Модель системы автоматического регулирования тепловых параметров описывает работу регуляторов уровней воды, давления в БС и работу регулятора БРУ К. Также в наборах, используемых для анализа аварийных режимов реакторной установки 3 блока Курской АЭС, подробно смоделирована работа КСКУЗ.
Регулятор уровня в БС воздействует на регулирующие клапаны в питательном узле. Управляющий сигнал регулятора формируется с использованием сигналов расхода пара, расхода питательной воды, текущего и заданного значений уровней в БС. В модели регулятора учтены реальные параметры настройки измерительного и электронного блоков (время интегрирования, коэффициент передачи, зона нечувствительности, зона возврата, длительность импульса и т.д.) и реализован пропорционально-интегральный закон регулирования.
Регулятор уровня воды в БС на каждой половине реактора на стационарном уровне мощности воздействует на один основной питательный клапан. При этом, если регулятором вырабатывается команда на открытие клапана, то он воздействует на наиболее закрытый основной питательный клапан, а если формируется команда на прикрытие клапана, то воздействие оказывается на наиболее открытый клапан. В аварийных и переходных режимах по сигналам АЗ, БСМ -БУСМ-1,2,4 каждый регулятор обоих питательных узлов реактора отрабатывает вносимые возмущения одновременным воздействием на оба основных питательных клапана, то есть регуляторы работают в "парном" режиме.
6.2. Пусковой регулятор уровня в БС
Пусковой регулятор уровня в БС воздействует на пусковой регулирующий питательный клапан. Управляющий сигнал регулятора формируется с использованием сигналов текущего и заданного значения уровней в БС и текущего значения положения регулирующего клапана. В модели учитываются реальные параметры настройки измерительного и управляющего блоков и реализуется пропорционально-интегральный закон регулирования.
Регулятор БРУ-К воздействует на регулирующие клапаны, через которые пар сбрасывается в конденсаторы турбин. Управляющий сигнал регулятора формируется как разница текущего и заданного давлений в барабане-сепараторе. Модель регулятора учитывает реальные параметры настройки и реализует пропорционально-интегральный закон регулирования.
Регулятор давления БРУ-К автоматически включается в работу при повышении давления в БС до соответствующей уставки, или при отключении оборудования – в соответствии с реальными алгоритмами работы БРУ-К. Кроме этого предусматривается регулирование давления в БС с помощью БРУ-К во время работы реактора на минимально-контролируемом уровне мощности.
Регулятор давления воздействует на стопорно-регулирующие клапаны турбин, через которые пар поступает на турбину.
Управляющий сигнал регулятора формируется как разница текущего и заданного значений давлений в барабанах-сепараторах.
Регулятор давления реализует пропорционально-интегральный закон регулирования. В модели учтены реальные параметры настройки измерительного и регулирующего блоков (время интегрирования, коэффициент передачи, зона нечувствительности, зона возврата, длительность импульса).
Регулятор давления при работе реактора на стационарном уровне мощности, поддерживая заданное значение давления в БС, воздействует на СРК одной, выбранной заранее оператором, турбины. Вторая турбина работает на постоянной мощности. В режимах АЗ, БСМ, БУСМ 1, БУСМ 2 регулятор давления управляет обеими турбинами в "парном" режиме.
В модели КСКУЗ реактора реализованы основные функции этой системы: поддержание заданного уровня мощности при нормальной эксплуатации (перемещением стержней АРВ или АРБ), быстрое управляемое снижение мощности до 60 % или 50 % номинального значения по сигналам БУСМ-2 или БУСМ-1 (перемещением стержней АРВ и ПКАРВ), а также заглушение реактора по сигналам БСМ или АЗ (вводом всех стержней КСКУЗ в активную зону).
Рис. 1. Схема петли КМПЦ.
Рис. 2. Модель неаварийной половины контура циркуляции.
Рис. 3. Модель аварийной половины контура циркуляции.
Рис. 4. Топливный канал.
Рис. 5. Барабан-сепаратор.
Рис. 6. Модель газового контура в пределах РП.
Рис. 7. Схема паропроводов.
Рис. 8. Модель системы паропроводов
Рис. 9. Схема подачи питательной воды.
Рис. 10. Модель системы подачи питательной воды
Рис. 11. Принципиальная схема САОР.
Рис. 12. Модель системы САОР.