4 Sistemele Moderatorului Carte

8/20/2019 4 Sistemele Moderatorului Carte

1/37

53

II. SISTEMELE CIRCUITULUI PRIMAR

Centrala nuclearoelectrică (CNE) este un ansamblu de sisteme, unsistem complex de instalaţii care transformă energia nucleară în energieelectrică. CNE sunt organizate pe sisteme; un sistem este un grup decomponente - instalaţii, echipamente sau /şi dispozitive legate funcţional,care formează un tot unitar din punct de vedere al funcţiei şi careîndeplinesc o funcţie bine determinată. Sistemele CNE se pot clasifica in:

- Sistemele de proces care funcţionează la operarea normală a grupuluinuclear şi sunt implicate direct în producerea energiei. Acest tip desisteme asigură procesul tehnologic al CNE in funcţionarea normala.Dupa locul de amplasare, sisteme pot fi sisteme din partea nuclear sausisteme din partea secundara a centralei.

- Sistemele de securitate sunt sisteme ţinute în rezervă şi proiectate săintervină şi să acţioneze numai în caz de accident pentru prevenireaavariilor sau limitarea urmărilor acestora; aceste sisteme funcţionează

numai la avarie. - Sistemele speciale de securitate sunt sisteme special prevăzute

având ca scop protecţia la avarie a sistemelor de proces (deexemplu: anvelopa, SRAZA, sistemele de oprire rapidă SOR -1 şiSOR-2).

- Sistemele suport de securitate sunt sisteme care asigură condiţiilefuncţionării sistemelor speciale de securitate (de exemplu:alimentarea cu energie electrică în caz de avarie, apa de serviciu,

aerul comprimat).Sistemele CNE mai pot fi clasificate ca principale sau auxiliare.

Exemplu: Sistemul primar de transport al caldurii este un sistem de proces principal din partea nucleara; Sistemul de ventilaţie este un sistemauxiliar.

In aceasta sectiune a lucrarii, sunt tratate cele mai importantesisteme ale partii nucleare cu un acent deosebit pe CANDU 6, tinandseama ca Romania detine doua unitati de acest tip.


2/37

SISTEMELE CENTRALEI NUCLEAROELECTRICE CANDU

54

2. SISTEMELE MODERATORULUI

2.1 CARACTERISTICILE MODERATORULUI APA GREA

2.1.1 APA GREA MODERATOR

Reactoarele nucleare din filiera canadiană CANDU au camoderator apa grea (D2O).

Moderatorul are rolul de a reduce energia neutronilor de la nivelul

de neutroni rapizi 40 0

2 ; 10 / E MeV v km s , până la nivelul termic

1 00.025 ; 2.2 / E eV v km s . Reducerea energiei neutronilor se face în

special prin ciocniri elastice între neutroni şi nuclee de moderator;deoarece neutronii rapizi pierd mai multă energie în ciocnirile cu nucleeleuşoare (ca la biliard), moderatorii utilizaţi conţin elemente cu număr deordine mic (atomi uşori: H1, D2, C). Moderatorul trebuie să aiba:

secţiune efectivă macroscopică de difuzie mare: s s N ;

puterea de încetinire mare: 0

1

s

E ; ln

E ;

secţiune efectivă de absorbţie cât mai mică: a a N ;

raportul de moderare: s s

a a

.

Tabelul 2.1 Proprietăţile principalelor substante moderatoare

Puterea de

încetinire

Raportul de

moderare

Absorbţia neutronilor

D2O s

cm-1

Val.

relativa

Val.

relativa

a

cm-1

Val.

relativa

a ,

cm

H2O 1,36 1,000 62 1,0 0,02200 1,00 0,660

Grafit 0,06 0,044 165 2,6 0,00036 0,07 0,005D2O(99,75%) 0,18 0,132 5000 33,0 0,00007 0,04 0,011

D2O are cel mai mare raport de moderare (cea mai scăzutăabsorbţie); H2O are cea mai mare putere de încetinire; din acest motiv şiţinând cont că raportul de moderare este mic, apa uşoară necesită uraniuîmbogăţit pentru a menţine reacţia de fisiune în lanţ; D2O permiteutilizarea U natural având raportul de moderare cel mai mare; Grafitul -utilizat la RN tip GCR – având o putere de încetinire scăzută şi un raportde moderare mediu, permite utilizarea uraniului natural metalic, dar cugrad de ardere mic (3000 MW/tU).

s

a

s

a


3/37

2. Sistemele din primar. Sistemele moderatorului

55

În reactorul CANDU-600 - spre deosebire de cele precedente,nivelul moderatorului în calandria este menţinut constant: nivelulmoderatorului nu este folosit pentru controlul reactivităţii si nu se prevede

golirea moderatorului pentru oprirea rapidă a reactorului. Reglarea reactorului prin variaţia nivelului moderatorului D2O s-afolosit la reactoarele nucleare Candu din prima generatie(NPD, DouglasPoint, Pickering, Gentilly-1etc). Oprirea ra pidă a reactorului se poate face prin evacuarea apei grele din rezervorul moderatorului în rezervorul degolire.

Figura 2.1 Evolutia reactoarelor cu apa grea tip CANDU

La CNE Bruce şi CANDU-600 s-a renunţat la acest sistem pentrua se reduce inventarul de apă grea (de la 1 la 0,8 t/MWe) şi datoritădificultăţilor de realizare a golirii rapide a volumelor mari de apă grea.

Filiera CANDU, prin utilizarea apei grele drept moderator, prezinta o serie de particularitati, ce-i confera o serie de avantaje dar sidezavantaje.

2.1.1.1

Moderatorul separat de agentul de răcire

Pritre avantajele separarii moderatorului de agentul de racirementionam: presiune şi temperatura scazută a moderatorului; posibilitatearăcir ii zonei active în caz de LOCA; moderatorul este un mediu de

dispersie pentru „otrăvuri”; concentraţie izotopică a moderatorului


4/37


56

diferită de a agentului de racire(AR); barele de control acţionează într -unmediu de presiune scăzută.

2.1.1.2 Presiunea scăzută.

Reactoarele CANDU au în locul vasului de presiune un recipientcilindric orizontal, numit calandrie (are pereţi subţiri, e simplă şi ieftină).Vasul calandria nu suportă presiuni interne mari, este din oţel inoxodabilde grosime 28,6 mm. Calandria nu are nevoie să fie presurizată pentru a preveni fierberea apei la presiuni mari în ca cazul filierelor LWR (70 bar- BWR, 160 bar - PWR, VVER);

Presiunea moderatorului în vasul calandria este 110 kPa.Presiunea moderatorului este presiunea gazului de acoperire (He).

Presiunea moderatorului în sistemul de circulaţie (răcire) este de 1,2 MPala refularea pompei moderatorului - variind în funcţie de presiunea cerutăde echipamentele alimentate;

în schimbătoarele de căldură (răcitoarele) ale moderatorului presiunea D2O trebuie să fie mai mare decât presiunea H2O derăcire, ceea ce are ca consecinte:H2O nu poate pătrunde în D2Omoderator (degradare D2O) ; spargerea ţevii duce la infiltrarea D2Otritiate în apa de răcire, cu oprirea instalaţiei pentru înlocuirea apeigrele pierdute şi oprirea evacuării tritiului în mediu;

presiunea necesară circulaţiei debitului prin sistemul de epurare.

Presiunea maximă a moderatorului în calandria este determinatăde presiunea de rupere a discurilor de rupere ale calandriei - 140 kPa - pentru protecţia calandriei şi a sistemului moderator.

2.1.1.3 Temperatura redusa

Temperatura moderatorului este menţinută redusă la cca.70°C pentru a nu reduce proprietăţile moderatoare ale D2O - cu posibilitatea

păstrării bilantului optim al neutronilor în reactor. Temperaturamoderatorului trebuie menţinută intre temperatura de inghet(3.8°C) sitemperatura de fierbere.

Controlul temperaturii moderatorului se face prin reglareadebitului apei de răcire la fiecare schimbător de căldură (răcitor) almoderatorului.

Limitele de temperatură ale moderatorului trebuie să previnăapariţia eforturilor termice între calandria şi protecţiile de capăt, care au

sisteme de răcire separate.


5/37


57

2.1.1.4 Moderatorul acţionează ca un răcitor de avarie

(LOCA).

In caz de LOCA, prin tubul de presiune crăpat, agentul de răcire

fierbinte pătrunde în spaţiul gazului inelar şi se raceste, prin intermediultuburilor calandria, în contact cu moderatorul rece.

2.1.1.5 Moderatorul este un bun mediu de dispersie

Moderatorul serveşte ca mediu de dispersie pentru otrăvuri,controlul otrăvirii moderatorului(vezi tabelul 2.2) fiind metoda principală pe termen lung de control a reactivităţii; de asemenea oprirea rapida areacturului CANDU se poate face prin injecţie cu otravă înmoderator(Sistemul de oprire rapida a reactorului, SOR-2).

Avantaj, in acest caz, consta in faptul ca otrăvurile dizolvate înmoderator nu intră în circuitul primar la temperaturi mari, nu se depun pe pereţii elementelor combustibile , ţevile generatoarelor de abur si în pompe.

Tabelul 2.2 Metode de control a reactivităţii la reactorul CANDU -600

Metoda principală de control petermen lung

1. Alimentarea cu combustibil2. Controlul otrăvirii moderatorului

Reglajul reactorului 1. Controlul zonal cu H2O2. Bare de absorbţie verticale

Oprirea reactorului 1. SOR-1 - cădere bare de oprire liberă 2.SOR-2 - injecţie de otravă înmoderator

2.1.2 CONCENTRATIA (PURITATEA) IZOTOPICA

Concentraţia izotopică se defineste ca:

2

2

2 2

masa D O100

masa D O+masa H O D O

C ,% ,

Concentraţia (puritatea) izotopică a moderatorului este mai maredecât a agentului de răcire (99,75 % faţă de 97,50). Agentul de răcire poate avea o concentraţie mai redusă - deci este mai ieftin.

Concentraţia tritiului este mai mare în moderator decât în AR(scurgerile de D2O din circuitul primar sunt mai puţin active).

Mecanismele pentru controlul reactivităţii functioneaza in mediide presiune scăzută, deci siguranţă mai mare.

Separarea moderatorului de agentul de racire are urmatoareleefecte negative: pierderi mari de energie si complexitatea instalaţiilor

suplimentare:


6/37


58

moderatorul evacuează o parte din căldura produsă în reactor; laCernavodă 120 MWt din 2180 MWt = 5,5 % la putere nominală - ceeace face ca reactorul CANDU să aibă un randament al reactorului

redus: r = 94 % faţă de 100 % la LWR; apare necesitatea sistemelor moderatorului (principal + auxiliare) carelipsesc la alte tipuri de CNE şi care au ca efect: a) complicarea instalaţiei - cele mai complexe CNE sunt CANDU; b) creşterea consumului de energie pentru serviciile proprii; c) creşterea investiţiei specifice (mai mare ca la LWR)

2.1.2.1 Concentraţia izotopică (C); influenta asupra

performantelor

Absorbţia neutronilor în D2O este influenţată de concentratiaizotopica prin secţiunile macroscopice de absorbţie ale apei si apei grele(v. Eroare! Fără sursă de referință.).

Prin scăderea lui C, puterea de încetinire ( s ) creşte; (H2O are

o putere de încetinire mai mare (1,36 faţă de 0,18cm-1 la D2O,) în schimbcreşte absorbţia de neutroni( echivalent cu introducerea unei bare absorbante sau a unei otrăvilichide).

Concentraţia izotopică standard a moderatorului CANDU este

99,75 % . La această concentraţie este garantat gradul de ardere mediunominal 7500 10 % MWt.zi/tU şi numărul mediu de fascicule(mănuchiuri de 37 EC ) înlocuite zilnic la echilibru şi la puterea nomina:15,7 fascicule/zi.

Domeniul acceptabil: C=(99,50 % - 100 % (99,85). Dacă C scadesub 99,50 % trebuie efectuată oprirea reactorului.

Se exemplifica calculul numărului mediu de fascicule înlocuitezilnic la echilibru şi la puterea nominală pentru CNE Cernavoda:

2.1.2.2

Efectele scăderii concentraţiei izotopice a

moderatorului

Scade reactivitatea: creste absorţia de neutroni in apa; la limită ,reactorul devine subcritic.

Modificarea concentratiei izotopice a moderatorului are oimfluenta mult mai mare asupra reactivitati decit modificareaconcentratiei la agentul de racire (v. tabelul 2.3).


7/37


59

Tabelul 2.3 Efectele scaderii concentratiei izotopice a moderatorului

Moderator Agent de răcire Variaţia concentraţiei izotopice a D2O cu 0,1 % 0,1 %

Modificarea reactivităţii k 3,6 mk 0,5 mkVariaţia costului combustibilului 1000000 $/an 100000 $/anZero - corespunde concentraţiei 99,75 % 97,50 %

Creşte consumul de combustibil deoarece neutronii absorbiţi în H2Ovor trebui compensaţi prin adaos de combustibil proaspat în plus.Surplusul de combustibil produce neutronii absorbiţi suplimentar înH2O.

Viteza de alimentare cu combustibil creşte - pentru a produce aceeaşi

cantitate de energie electrică se consumă mai mult combustibil şi seva mări rata de alimentare(15,7 fascicule/zi); Cresc cheltuielile cu combustibilul - crescând consumul de

combustibil pentru aceeaşi energie produsă - va creşte cheltuiala cucombustibilul şi costul de productie al energiei electrice. De exemplu,scăderea C cu 0,1 % (de la 99,75 % la 99,65 %) la un grup de 514MWe al CNE Pickering conduce la o cheltuială suplimentară de 1milion dolari / an.

Scade gradul de ardere al combustibilului. Gradul de ardere arată câtă

energie produce o tonă de combustibil: dacă pentru aceeaşi energie produsă e nevoie de mai multe tone de combustibil - A scade.

2.1.2.3 Efectele funcţionării la limita inferioară a

concentratiei

La scaderea reactivitatii (pentru a putea menţine criticitatea) estenecesară o compensare a acesteia, care se poate realiza prin: retragerea barelor de compensare - scoaterea lor din ZA (retragerea

barelor de compensare nu este un mod eficient de operare al

reactorului); scăderea nivelului de lichid din sistemul de control zonal cu H2O

(absenţa lichidului de control nu permite preluarea vârfurilor de fluxneutronic în zona activă adică aplatizarea fluxului pe reactor).

Dacă aceste două acţiuni nu sunt suficiente - reactorul trebuieoprit. Oprirea reactorului se face:

până se aduce apa grea cu concentraţia standard; sau până se purifică (redeuterează) moderatorul (durează săptămâni).


8/37


60

Dacă concentraţia izotopică scade sub 99,50 % este necesarăredeuterizarea. Redeuterizare se face în deuterator, în timpul funcţionăriinormale a CNE.

Dacă concentraţia izotopică a moderatorului scade sub 99,75 %,rămânând însă deasupra valorii 99,50 % - deci o scădere până la 0,3 %,compensarea de reactivitate pe termen scurt se face prin: - se scot barelede compensare din reactor; - se scade nivelul mediu al lichidului însistemul de control zonal

Efecte pe termen lung: rata de alimentare cu combustibil creşte pentru readucerea nivelului de lichid din sistemul de control zonal şi a barelor de compensare în poziţia normală; gradul de ardere mediu alcombustibilului scade sub 7500 MWt/tU.

2.1.2.4

Efectele creşterii concentraţiei izotopice amoderatorului:

Pentru o crestere lenta efecte pe termen scursunt mici; efecte petermen lung sunt: rata de alimentare cu combustibil scade (< 15 ); gradulde ardere mediu al combustibilului creşte (> 7500).

Din experienţa de exploatare a CNE CANDU din Canada seconstată că majoritatea timpului se funcţionează cu concentraţii mai maridecât cea standard(C= ~ 99,85 %)- având urmatoarele avantaje: reducereaconsumului de combustibil; reducerea ratei de alimentare cu combustibil;reducerea cheltuielilor de combustibil; reducerea costului energieielectrice produse; creşterea gradului de ardere.

Dezavantaje :costul mai ridicat al apei grele cu concentraţie maimare

2.1.2.5 Cauzele scăderii concentraţiei izotopice a

moderatorului

Adaos accidental de H2O sau D2O degradată - din eroare de personalsau defectare echipament;

Completarea cu D2O cu concentraţie izotopică mai redusă Infiltrare de aer şi vapori de H2O pe returul rezervoarelor sistemului

de colectare a moderatorului

Infiltrare de aer şi vapori de H2O în gazul de acoperire. Pentru menţinerea concentraţiei standard (99,75 %) în moderator se

fac adaosuri periodice de D2O proaspăt.

2.1.2.6

Concluzii

Funcţionarea CNE Cernavoda la parametrii nominal ( grad deardere mediu nominal de 7500 10 % MWT.zi/t; numărul mediu de


9/37


61

fascicule înlocuite zilnic la puterea nominală, la echilibru de 15,7fascicule/zi) este garantat dacă concentraţia izotopică a moderatorului arevaloarea standard 99,75 %.

Creşterea concentraţiei izotopice a moderatorului peste aceastăvaloare (99,85 %) este justificată dacă: economia de combustibil care seobţine este mai mare decât sporul de cost al apei grele cu o concentraţiemai mare. Situaţii favorabile în acest sens sunt în cazurile: apa grea este fabricată în aceeaşi ţară: ex.: Canada, România (Fabrica deapă grea Turnu-Severin) se poate comanda apa grea cu o concentraţie maimare. În cazul când D2O este importată - e mai scumpă.

Costul combustibilului nuclear fabricat pentru reactorul CANDUeste mare rezervele de combustibil nuclear din ţară sunt reduse sau se

duce o politică de cruţare a rezervelor proprii interne de combustibilnuclear.

2.1.3 PRODUSE DE ACTIVARE IN MODERATOR

2.1.3.1

Radioactivitatea produsa de tritiu

Moderatorul D2O devine radioactiv în timpul funcţionăriireactorului CANDU datorită absorbţiei de neutroni termici în deuteriulmoderatorului din calandria.

, D2( N ,)T 3 cu formarea tritiului oT3, producerea de apă tritiată, care este puternicradioactiva. Tritiul emite radiaţie :

Aceste radiatii nu poat străbate pereţii vasului în care se află, asfelîncât pericolul de radiaţie apare numai dacă apa tritiată se scurge dinsistemul care o conţine (de exemplu în schimbătoarele de căldură -răcitoarele moderator).

Activitatea tritiului este independentă de funcţionarea reactorului -

timpul său de înjumătăţire de 12 ani este atât de lung, încât concentraţiade tritiu rămâne practic constantă în timpul opririlor. Deoarecemoderatorul D2O devine mai tritiat decât D2O decât agentul de răcire: moderatorul nu trebuie să ajungă în contact cu agentul de răcire; redeuterarea moderatorului se face separat de redeuterarea agentului

de răcire.

2.1.3.2 Acumularea tritiului în moderator

Concentraţia de tritiu în moderator ( Curie/kg D2O) creşte încet

până la o valoare la echilibru din cauza timpului de înjumătăţire mar e a

1

2

0

1

1

3 D n T

323

1 HeT


10/37


62

tritiului (12 ani). Dacă reactorul ar funcţiona la puterea maximă continuutimp de 50 de ani fără înlocuire sau adaos de moderator, concentraţia deechilibru ar fi de 50 - 80 Ci/kg D2O.

În practică acumularea tritiului este mai mică din urmatoarelecauze: coeficientul de utilizare a puterii instalate (factorul de sarcină = load

factor) este subunitar;

periodic se fac adăugări sau înlocuiri de D2O în moderator. Concentraţia de tritiu la Pickering a fost de 18-20 Ci/kg D2O după

7 ani de funcţionare.

2.1.3.3 Măsuri de protecţie contra radiaţiilor datorate

tritiului

Soluţia pe termen lung este realizarea unei unitai de separare atritiului la centrală. Instalaţa este scumpă, a fost experimentată de OntarioHydrola Darlington; este prevazuta a se realiza si la CNE Cernavoda).

Soluţia pe termen scurt: se scoate apa grea tritiată din circuitul primar al CNE în funcţiune şi se toarnă în sistemele moderatorului - laCNE noi cu adaos de D2O proaspătă cu concentraţie 99,85 %. Sistemelecircuitului primar sunt reumplute cu D2O netritiată (proaspătă).

Concentraţia de echilibru a tritiului în sistemul circuitului primar

este de 30 - 40 ori mai mică decât în sistemul moderator deoarece: Fluxul de neutroni termici în D2O agent de răcire este de două ori maimic decât în moderator;

Timpul de circulaţie al AR în zona activă este mai mic decât timpulcât stă moderatorul reactor;

Activitatea tritiului în agentul de răcire D2O este menţinută sub 2Ci/kg D2O prin adaos de apă grea pură sau apă grea mai puţin activă -deoarece circuitul primar este la presiune mare (de 100 - 110 bar) şiconţine multe puncte potenţiale de scurgere - mai mult decât sistemul

moderator. Scurgerea admisă este de 1-2 kg D2O/oră. Agentul de răcire D2O cu un conţinut de tritiu mai mare de 2 Ci/kgse utilizează ca adaus în sistemul moderator - după o redeuterare.

2.1.3.4 Radioactivitatea produsa de alte gaze

Cei mai importanti izotopii şi activi sunt produşi prin reacţii deabsorbţie de neutroni cu izotopii naturali ai oxigenului (O16 şi O18):

, Neutronii din aceste reacţii sunt neutroni termici din interiorul

reactorului şi sunt prezenţi numai în timpul funcţionării reactorului.

8

16

0

1

7

16

1

1O n N p 8

18

0

1

0

190O n


11/37


63

Alte reactii nucleare cu producerea de izotopi radioactivi inmoderator sunt prezentate in tabelul 2.4

Tabelul 2.4 Reactii nucleare la iradierea D2 O

Figura 2.2 Câmpurile deradiaţii datorateizotopilor de N-16 şi O-19

N16 şi O19 au timpi de înjumătăţire reduşi (7 secunde şi respectiv27 secunde) - astfel încât la câteva minute după oprirea reactorului,

câmpul de radiaţii (în special ) datorat acestor izotopi, practic dispare.

Izo-

topul

Abundenta

naturala

Reactia

nucleara

t 1/2,

(s),pentru

izotopul

produs

Tipul si energia radiatiei

emise, MeV

n

O16 99,76 O16(n,p)N16 7,43 3,32; 4,3;10,4

6,13; 7,1 -

O

16

99,76 O16(p,)N13 600 1,2 (+) - -O17 0,0374 O17(n,p)N17 4,14 3,7 - 0,92

O17 0,0374 O17(n,)C14 18.1010 0,155 - -

O18 0,204 O18(p,n)F18 6840 0,65 - -

O18 0,204 O18(n,)O19 29,43 4,5 0,2;1,36 -

H2 0,015 H2(n,)H3 39.106 0,018 - -

H2 0,015 H2(,n)H1 - - - -


12/37


64

Din cauza radiaţiilor ale izotopilor radioactivi N16 şi O19 sistemulmoderatorului nu este accesibil în timpul funcţionării reactorului.Echipamentul moderatorului necesită protecţie biologică.

2.1.3.5

Măsuri de protecţie.

Echipamentele moderatorului - în care apar câmpuri de radiaţii intense, emise de N16 şi O19 în timpul funcţionării reactorului trebuieizolate în zone cu acces controlat luându-se măsurile: accesul pentru întreţinerea şi/sau inspectarea echipamentelor în timpul

funcţionării reactorului este controlat; se pun indicatoare de interdicţie pentru modificarea nivelului de

putere a reactorului în timpul ocupării zonei de acces controlat -

pentru ca fluxul de neutroni din reactor şi câmpurile de radiaţii emise de N16 şi O19 - să nu crească; accesul în zona controlată se face pe bază de autorizaţie de lucru, iar

dozele încasate în timpul accesului se înregistrează în jurnalulradiologic al fiecărei persoane;

protecţia personalului care intră în zona cu acces controlat prinscăderea de către operator a puterii la care funcţionează reactorul - subvaloarea specificată în manualul de exploatare.

2.2

SUBSISTEMELE MODERATORULUI

În figura. 2.4 si figura 2.5 se prezintă scheme principiale deansablu cu sistemul moderatorului continind subsistemele acestuiadefinite dupa functiile indeplinite.

2.2.1 SISTEMUL PRINCIPAL (DE RACIRE) AL MODERATORULUI

2.2.1.1 Scopul şi funcţiile sistemului

Sistemul principal al moderatorului trebuie sa îndeplinească

urmatoarele cerinţe: 1) în toate condiţiile de funcţionare ale reactorului, sistemul

trebuie sa asigure un debit corespunzator de D2O de răcire prin calandria pentru:a limita vîrfurile de temperatura în moderator(sa reducă eforturile termicedin calandria);să previna fierberea moderatorului;să minimizeze producerea si antrenarea de D2 în sistem;

2) sistemul trebuie sa evacueze 120 MWt, sarcina termica a

moderatorului cu reactorul la putere nominală;


13/37


65

3) în timpul functionarii normale a reactorului sistemul trebuie samenţină moderatorul la un nivel constant; la oprirea reactorului, sistemultrebuie sa asigure un debit corespunzator de D2O de racire pentru a

îndeparta caldura reziduală. In figura 2.3 se prezinta sintetic rolul sistemului.

Figura 2.3 Rolul sistemului de racire al moderatorului

Sursele de caldura din moderator sunt:

caldura rezultata în urmamoderarii, care este proportionala cu fluxulde neutroni rapizi;

absorbtia în moderator a radiatiilor prompte (ce apar la fisiune); absorbtia radiatiilor de la produsele de fisiune;

transferul de caldura prin radiatie si conductie de la tuburile de presiune;

absorbtia de radiatii si emise de componentele activate alesistemului;

caldura introdusa în sistem prin functionarea pompelor moderatorului.

2.2.1.2 Schema sistemului de racire

Schemele sistemului de răcire a moderatorului sunt indicate infigururile 2.4, 2.5 si 2.6.

Schema serie/paralel a schimbatoarelor de caldură şi a pompelor permite functionarea oricarei pompe împreuna cu cele doua schimbatoarede caldură si asigură disponibilitatea unei capacitaţi de răcire amoderatorului de minim 70 % cînd una din pompe sau un schimbator decaldura este izolat pentru întretinere.

Una din cele două pompe este în funcţiune (100 %) - cealaltă în

rezervă - trage apa grea din partea de jos a calandriei şi refulează prin 2schimbătoare de căldură (răcitoare (2x50 %) în paralel şi o returnează în


14/37


66

calandria - la diametrul orizontal, prin două surse de injectare care fac caapa grea să circule prin tot vasul calandria (diametral opuse) - pentru aasigura o răcire uniformă.

De la sistemul principal sînt prevazute conexiuni la sistemele: gazde acoperire, de adaos otrava lichida, de colectare, de purificare-epurare,de probe si de umplere cu D2O.

2.2.1.3

Componentele sistemului de racire

Pompele moderatorului

Pompele moderatorului sunt de tip centrifugal, cu dublă absorbţie,cu ax vertical. Motoarele principale sunt cuplate direct şi cu motoareleauxiliare. Pe axul pompei se află două dispoziţive de etanşare mecanică.

Scurgerile prin cele 2 dispozitive mecanice de etanşare sunt recuperate desistemul de colectare a apei grele. Debitul pompei este de 940 l/s laînălţimea de refulare de 55 m si la 1490 rot/min. Motoarele principale ale pompei au 750 kW (1000 CP), complet capsulate, cu un schimbător decăldură pentru răcire internă. Debitul apei de răcire prin schimbător este37 l/s si răceşte aerul care circulă prin coloane. Motoarele auxilare au 15kW (20 CP), cu reductoare de viteză integrate, 245 rot/min., 400 V.Motorul auxiliar, montat pe fiecare pompă, acţionează la 1/4 din vitezanormală pentru a menţine răcirea moderatorului cu un debit redus - după

oprirea reactorului.Pompa de rezervă intră în funcţiune în cazul defectării pompei în

funcţiune. Pompa principală a moderatorului produce în timpulfuncţionării 0,7 MWt căldură.

Pompele sistemului principal al moderatorului, ventilele sischimbatoarele de caldura sînt amplasate la aceeasi cota pe una din fetelereactorului. Conductele de aspiratie ale pompelor si conductele de iesiredin schimbatoarele de caldura sînt prinse prin intermediul unor ancoreîntr -o etansare rigida la penetrarea putului calandriei pentru a preveni

orice scurgere de apa din putul calandriei.Schimbătoarele de căldură

Cele două schimbătoare de căldură (2 x 50 %) trebuie săfuncţioneze împreună pentru a răci moderatorul la puterea nominală areactorului. Dacă se defectează un schimbător de căldură putereareactorului trebuie redusă, pentru a micşora căldura intrată în moderator. Schimbatoarele sunt verticale, cu manta şi ţevi în U: apa grea trece pr ininteriorul ţevilor în U, iar apa uşoară de răcire curge în exteriorul ţevilor

evacuând căldura


15/37


67

Figura 2.4 Sistemele moderatorului


16/37


68

Figura 2.5 Schema principiu a sistemelor moderatorului


17/37


69

Figura 2.6 Sistemul de răcire al moderatorului

Schimbătoarele de căldură răcesc apa grea, la puterea nominală areactorului, cu 28°C (de la 77-la 49C)

Temperatura moderatorului în calandria este menţinută constantă prin reglarea automata a debitul apei de răcire în schimbătoarele decăldură. Reglarea se realizeaza prin comenzile calculatorului de proces.

2.2.1.4 Amplasarea sistemului si a componentelor

Pompele sistemului principal al moderatorului, ventilele sischimbatoarele de caldura sînt amplasate la aceeasi cota pe faţa de est areactorului. Conductele de aspiratie ale pompelor si conductele de iesiredin schimbatoarele de caldura sînt prinse prin intermediul unor ancoreîntr -o etansare rigida la penetrarea putului calandriei pentru a preveniorice scurgere de apa din putul calandriei.Spatiul sistemului este prevazutcu un sistem de recuperare a vaporilor de apa grea.

Utilajul sistemului nu este acesibil in timpul functionariireactorului.


18/37


70

Tabelul 2.5 Parametrii de control ai moderatorului pentru CANDU 6

Parametru Domeniu

acceptabil

Valoare

dorită

Observaţii

pH* (25C) 4,5 - 7 5,5 Este necesar ca apa grea sa fieusor acida pentru a se evita

precipitarea gadoliniului

Conductivitate

mS/m (25C)

< 0,5


19/37


71

Controlul nivelului moderatorului pentru reglarea reactorului.

Gazul de acoperire este heliul avind urmatoarele avantajele:

Realizează o atmosferă necorozivă, heliul fiind gaz inert nu

reacţionează chimic cu apa grea şi părţile interne ale sistemului; Heliul nu devine radioactiv; He are o secţiune de absorbţie a

neutronilor redusă, astfel că nu devine radioactiv cu uşurinţă.Radiaţiile date de tritiul T3, azot N16 şi oxigen O19 se datoreazăvaporilor de D2O si gazelor provenite din radioliza (D2 şi O2 ) dingazul de acoperire;

puritatea heliului poate fi menţinută uşor. Dezavantajele folosirii heliului in sistemul de acoperire a moderatorului

sunt: menţinerea etanşeităţii la axele compresoarelor, vane, ventile,

supape siguranţă etc este dificila; heliul are un cost ridicat.

2.2.2.2

Schema sistemului

Schema sistemului este prezentata in figura 2.7.

2.2.2.3 Funcţionarea sistemului

Amestecul de gaze aflate în calandr ia deasupra niveluluimoderatorului (heliul, gazele de radioliză (D2 si O2), vaporii de D2O,eventuale urme de aer (azot, argon, oxigen)) - este aspirat de unul din

compresoare prin două din cele patru conducte de descărcare, racordate la partea superioar ă a calandriei la discurile de rupere. Gazele refulate decompresor trec mai întâi printr -un separator de picături, apoi prin unul dincele doua unităţi (2x100 %) de recombinare catalitică a gazelor deradioliză (compuse din opritoarele de flăcări, încălzitoarele electrice şiinstalaţiile de recombinare catalitică).

Instalaţia de recombinare catalitică conţine în calitate decatalizator, paladiul, care determină recombinarea deuteriului sioxigenului. Reacţia de recombinare produce o mare cantitate de căldură,

care ridică temperatura amestecului de gaze :2 D2 + O2 2 D2O + căldură

Opritoarele de flăcări aşezate la capetele unităţii previn aprindereagazelor .

Încălzitoarele electrice aşezate înainte de intrarea în instalaţia derecombinare exclud posibilitatea condensării vaporilor de D2O pesuprafaţa catalizatorului, atunci când reactorul este oprit.

Din cauza temperaturii mari - apa grea recombinată se află sub

formă de vapori. Vaporii de D2O produşi, precum şi celelalte gaze , trec


20/37


72

printr-un răcitor, unde condensează şi se scurge la rezervorul principal almoderatorului şi de aici înapoi în calandria, prin celelalte două conductede descărcare.

Pentru a creste presiunea în sistem, se prevede alimentareaautomată de la butelii de heliu, iar în cazul depăşirii presiunii admisibilese face eşaparea gazului de acoperire prin supape de siguranţă şi dacaeste cazul, prin discurile de rupere.

Se mai prevăd racorduri la: un cromatograf care indicăconcentraţia de D2 şi O2; butelii de O2. Volumul gazului de acoperire estede 7,6 m3

Figura 2.7 Schema subsistemului gazului de acoperire


21/37


73

2.2.2.4

Componentele sistemului

Compresoarele de heliu

Rolul compresoarelor este să menţină presiunea He la 110 kPa -adică o presiune mai mare ca cea atmosferică pentru a preveni pătrunderea aerului în gazul de acoperire ( p în compresor este 10 kPa laun debit de câţiva l/s). Compresoarele trebuie să funcţioneze continuu,deoarece dacă se opresc va pătrunde aer în sistemul de gaz si se acumuladeuteriu care poate produce explozie.

Pătrunderea aerului în gazul de acoperire are urmatoarele efectelenegative:

se produce acid azotic prin efectul combinat al azotului,

oxigenului şi vaporilor de D2O în prezenţa radiaţiilor. Acidulazotic în moderator poate duce la: creşterea radiolizei înmoderator; D2O D2 + O2 (creşterea concentraţiei dedeuteriu în gazul de acoperire şi a pericolului de explozie(excursia deuteriului); creşterea coroziunii moderatorului;scăderea vieţii răşinilor schimbătoare de ioni ai moderatorului(din cauza sarcinii suplimentare de îndepărtare a aciduluiazotic)).

producerea izotopului argon 41(Ar 41) care este radioactiv;

(Ar 40

din aer devine Ar 41

: Ar 40

+ on1

Ar 41

+) cu timpul deinjumatatire de 110 minute.

În funcţionarea normală unul din cele două compresoare e înfuncţiune, celălalt în rezervă. Ambele instalaţii de recombinarefuncţionează. La ieşirea din instalaţiile de recombinare - amestecul de Heşi vapori de D2O fierbinţi este răcit; lichidul rezultat este drenat dinrăcitor la rezervorul principal al moderatorului.

Compresorul de rezervă porneşte automat în cazurile: dacăconcentraţia de D2 detectată de cromatograful de gaz este mai mare de 2%; dacă compresorul în funcţiune se opreşte.

Instalaţiile d e recombinare

Instalaţiila de recombinare consta intr -un vas de oţel care conţineun coş cilindric umplut cu şpan sau plăci de paladiu. Contactul cu paladiul determină întreaga cantitate de gaz, deuteriu si oxigen să serecombine formând D2O: vaporii de D2O produşi prin recombinare seîntorc în calandria. În prezenţa catalizatorului (paladiu) reacţia produce omare cantitate de căldură; de aceea sunt necesare dispozitive care să


22/37


74

protejeze sistemul. La epuizarea catalizatorului se înlocuieşte toatăinstalaţia.

Înainte şi după instalaţiile de recombinare se prelevează probe

din perna de gaz, analizate de cromatograful de gaz şi se măsoarătemperatura la intrare şi ieşire. Debitul printro instalaţie este de 2,4 N l/s,cu un maxim de 4,7 N l/s când funcţionează ambele compresoare.

Încălzitoarele electrice

În funcţionarea normală, căldura rezultată din reacţia derecombinare este suficientă pentru uscarea catalizatorului. Catalizatorulse umezeşte în timpul opririi reactorului. Un catalizator umed nu poaterealiza recombinarea.

Încălzitoarele sunt rezistenţe electrice de 250 W montate într -omanta cilindrică. Ele sunt plasate în amonte de instalaţiile derecombinare avind rolul de a usuca catalizatorul. In acest mod se exclude posibilitatea condensării vaporilor D2O pe suprafaţa catalizatorului,atunci când reactorul este oprit şi nu au loc reacţii de radioliză.Încălzitorul electric asigură o temperatură a catalizatorului mai maredecât temperatura de fierbere a apei grele.

Opritoarele de flacari

Opritoarele de flăcări previn aparitia flacării prin răcireaamestecului de gaze (la concentraţia de explozie, amestecul D2 + O2+Hese aprinde la 600°C). Sunt recipienti de oţel care împiedică răspândireagazelor incendiate; conţin o umplutură de plasă de sârmă, sub formă despirală şi discuri din oţel inoxidabil; sunt amplasate în amonte şi aval defiecare instalaţie de recombinare; permit trecerea liberă a gazului şistingerea flăcării care ar tinde să se propage în instalaţie.

Butelii de oxigen

Raportul O2/D2 necesar recombinării acestor gaze in instalatia de recombinare este 1/2; dacă acest raport scade sub 1/2, in sistemul gazuluide acoperire trebuie introdus oxigen. Cauzele reducerii concentraţiei deO2 faţă de D2 pot fi: coroziunea materialelor sistemului de gaz deacoperire şi a sistemelor de control a zonei cu lichid; reacţia de oxidareîn care O2 din radioliză se combină cu uleiul sau cu particule de răşinăschimbătoare de ioni.

Buteliile de heliu

Pentru a compensa pierderile de gaz din sistem (scurgerile la:

axurile compresoarelor, la ventile, vane, supape de siguranţă, fisuri în


23/37


75

instalaţii şi conducte) şi pentru a menţine presiunea gazului de acoperirela o valoare constantă de 110 kPa, se adaugă automat heliu prin ventilelede reglare a presiunii din buteliile de He. Sistemul este prevazut cu 4

baterii independente a 8 butelii fiecare, in total 32 butelii de He. Analizorul concentratiei de gaze

Cromatograful de gaz masoara si controlează concentraţiile de D2, N2, O2. din gazul de acoperire Probleme de securitate ale sistemului

2.2.2.5

Protectia la suprapresiune

Protecţia la suprapresiune a sistemului gazului de acoperire esteasigurata prin: ventilele de purjare; supapele de siguranta şi discurile derupere.

Ventilele de purjare

Ventilele de purjar e se deschid când: presiunea gazului de acoperire este mai mare de 110 kPa;

concentraţia D2 în perna de gaz creste peste 2 % ; se detecteaza urme de azot N2 .

Dacă în timpul funcţionării normale, presiunea gazului deacoperire depăşeşte 110 kPa, amestecul de gaze se evacuează prinventilele de purjare către sistemul de recuperare a vaporilor din zonareactorului, deoarece în gaz se află vapori de D2O. Presiunea gazului deacoperire trebuie menţinută constantă la 110 kPa, deoarece se menţineastfel o presiune constantă a moderatorului în vasul calandria.

Creşterea presiunii gazului de acoperire poate fi provocata deurmatoarele cauze:

introducerea de otravă în moderator (creşte volumulmoderatorului);

dilatarea moderatorului la creşterea puterii reactorului;

introducerea unui volum prea mare de He din buteliile de He.Deschiderea ventilelor de purjare se produce şi la depăşireaconcentraţiei deuteriului în perna de gaz pentu evitarea explozieiamestecului de gaze.

Supapele de siguranţă.

Sistemul este prevazut cu două supape de siguranţă (2x100 %) cuorificiul scaunului 75 mm. Supapele de sigursnta (de descărcare) sedeschid la funcţionarea SOR -2. Supapele de sigursnta asigură protecţia la

suprapresiune a sistemului gazului de acoperire în timpul funcţionării


24/37


76

SOR-2. La oprirea de avarie a reactorului se injecteaza în moderatorotravă (gadoliniu) prin SOR -2. In acest caz se introduc suplimentar înmoderator 0,8 tone de apă grea cu gadoliniu, ceea ce face să scada

volumul gazului de acoperire si deci sa cr ească presiunea din sistem. Alimentarea cu Heliu de la butelii (ventilele de reglare a presiunii,ventilele de purjare şi supapele de siguranţă) reglează presiunea gazuluide acoperire în diferite situaţii de funcţionare a reactorului sub valoareade rupere a discurilor.

Cele două supape de eşapare a heliului se deschid când două dincele trei traductoare de presiune existente detectează presiuni înalte(logica 2 din 3). Dacă ambele ventile de eşapare nu se deschid în 30secunde după primirea semnalelor se indică defectarea buclei de reglare

printr-o avertizare sonoră. Discurile de rupere

Sunt 4 discuri de rupere la capetele conductelor de evacuare, cu 457 mm. Presiunea de acţionare a discurilor de rupere ale calandriei este140 kPa - care este suprapr esiunea maximă a moderatorului. Discurile derupere asigură protecţia la suprapresiune în ansamblul calandriei în cazuride accidente grave: spargerea (ruperea) tubului de presiune (aflat la 100 bar) şi apoi a tubului calandria cu pătrunderea agentului de răcire

fierbinte în moderator; explozia (excursia) deuteriului în sistemul gazuluide acoperire.

2.2.2.6 Evitarea exploziei deuteriului

La iradierea apei grele se formeaza o serie de radicali liberi, ca deexemplu D si OD. Ca urmare a interactiunii dintre acesti radicali sidiferite specii moleculare (analog cu radioliza H2O), apar ca produsi airadiolizei D2 si O2. Intr-un sistem de puritate 100 %, închis, se va ajungela un echilibru între descompunerea si recombinarea apei grele, momentîn care nu mai apare o descompunere neta a D2O. Impuritatile solubiledin apa vor creste rata de descompunere. Într -un circuit în care exista unspatiu de gaz - heliu, deasupra apei (moderatorului), va rezulta o productie neta de D2 si O2.

Limita superioara a concentratiei deuteriului (D2) in perna de gaz, pentru functionarea normala este 2% si a fost aleasa pe baza criteriului potrivit caruia concentratiile componentelor potential explozive nutrebuie sa depaseasca 25 % din limitele inferioare de explozie. Pentruamestecul de deuteriu, oxigen si heliu (D2, O2, He), limita inferioara deexplozie este de 8 % deuteriu (D2), 4 % oxigen (O2) si heliu (He) înechilibru. Excursiile de deuteriu se considera a fi iesita de sub control, în


25/37


77

cazul in care concentratia depaseste 6 % la o proba sau 4 % la doua probe succesive, prelevate la interval de o ora, cazuri în care reactorulurmeaza a fi oprit, astfel încît scazînd radioliza apei grele, va scadea rata

de producere a deuteriului.Funcţionarea instalaţiei de recombinare şi a răcitorului aşezatdupă această instalaţie, în care condensează vaporii de D2O şi iese heliufără urme de deuteriu, reglează parţial transferul de gaz de la moderatorla perna de gaz. Se stabileşte astfel un regim de echilibru care asigură oconcentraţie de deuteriu în perna de gaz sub limita normală. In tabelul 2.6 sînt prezentate conditiile care pot duce la concentratii mari de deuteriu sicauzele lor posibile.

Tabelul 2.6 Conditii care dau nastere la concentratii mari de D2

Conditia Cauze posibileConductivitate mare amoderatorului

Gd/B în moderatorfunctionare cu rasini schimbatoare de ioni epuizatedebit insuficient de purificare

patrundere de aeradaus accidental de rasini încarcate cu litiu pentrucircuitul primar, în moderator

Particule de rasini în moderator patrunderea rasinilor din coloanele schimbatoarede ioni prin site;

Ulei/materiale organice în

moderator

scapari de ulei de la compresoarele cu He

apa grea uleioasa adaugata în moderator Cresterea ratei de radioliza_ cresterea puterii rectorului

Descresterea ratei de recombinare catalizatorul unitatii de recombinare acoperit cuapadebit scazut de recombinare

Cresterea eliberarii de D2dizolvat în moderator

cresterea temperaturii moderatoruluireducerea presiunii gazului de acoperireturbulenta crescuta a moderatorului

Măsurile care se iau la detectarea unei concentraţii de deuteriumai mare de 2% - de către cromatograful de gaz sunt: se pune în funcţiune compresorul de rezervă care să mărească

volumul de gaz circulat respectiv de deuteriu recombinat în D2O; se introduce oxigen din buteliile de O2 (dacă e prea mult deuteriu,

înseamnă că s-a stricat echilibrul D2/O2 ); se deschide ventilul de purjare a gazului de acoperire prin care să se

elimine o parte din deuteriu;

se verifică funcţionarea sistemului de epurare a moderatorului. Rata de descompunere radiolitică a D2O şi deci de producere a D2

poate fi micşorată şi deci concentraţia de D2 poate fi redusă prinurmatoarele metodele:


26/37


78

Creşterea solubilităţii deuteriului în moderator prin reducereatemperaturii moderatorului (cresterea debitului de apă de răcire).Creşterea temperaturii moderatorului şi descreşterea presiunii pernei

de gaz duc la creşterea concentraţiei de deuteriu în perna de gaz.Aceasta arată importanţa menţinerii constante a temperaturii (70°C)moderatorului si presiunii (110 kPa) gazului de acoperire pentrumenţinerea în limite admisibile a concentraţiei deuteriului.Verificarea funcţionării instalaţiei de răcire a moderatorului (sistemul principal de răcire) şi a concentraţiei de deuteriu în perna de gaztrebuie făcută la funcţionarea reactorului la puterea maximă, atuncicând se produce cantitatea cea mai mare de căldură în reactor sireacţia de radioliză este mai intensă, datorită fluxului de neutroni

maxim. Reducerea conductivităţii moderatorului printr-o mai bună epurare a

moderatorului. reducerea conţinutului de azot (dacă se constată lacromatograf că există) prin deschiderea ventilului de purjar e. Se previne formarea acidului azotic în moderator (care accelereazăradioliza apei grele).

Concentraţia deuteriului trebuie supravegheată permanent dar maiales la pornirea CNE, când excursiile de deuteriu sunt mai probabile, curisc de explozie a gazului de acoperire.

După oprirea reactorului radioliza apei grele cu eliberare dedeuteriu in moderator continuă, ca rezultat al radiaţiilor şi a interacţiuniineutronilor rapizi în D2O; continuă deci producerea deuteriului şi ca urmare compresoarele şi recombinatoarele trebuie să funcţioneze şi dupăoprirea reactorului.

La rectoarele CANDU fără rezervor de golire (CANDU-600,Bruce(8x800), Darlington (4x900) - volumul gazului de acoperire estemai mic ca la reactoarele care au rezervor de golire. De aceea,concentraţia deuteriului creşte mai rapid la aceste reactoare decât la CNE

cu reactor cu rezervor de golire (CNE Pickering) (aceeaşi cantitate de D 2 produsă prin radioliză - într -un volum mai mic de gaz de acoperire). LaCNE Cernavoda volumul gazului de acoperire este mic - 7,6 m3.

Sistemul gazului de acoperire are şi rolul de a efectua ventilaţiaunor mecanisme de reactivitate şi a unor sisteme (otrăvire, colectare) carecomunică cu sistemul moderatorului: bare de reglare, bare de compensare, bare de oprire la avarie (SOR-1)

tuburi verticale şi orizontale pentru detectoare de flux

sistemul de injecţie a otrăvurilor lichide - rezervoare de stocare otravă


27/37


79

rezervoarele de colectare a moderatorului.

După golirea calandriei de moderator, calandria se umple cu aer(mai ieftin decât heliu). După umplerea calandriei cu o nouă cantitate de

moderator, în calandria mai rămâne o cantitate de aer ceea ce poate aveaconsecinţe negative (producerea de acid azotic, de Ar 41).

2.2.2.7

Amplasarea echipamentelor sistemului de gaz de

acoperire

Echipamentele sunt amplasate în zona accesibilă a clădiriireactorului (anvelopei) cu excepţia staţiei de butelii de heliu (He) şioxigen (O2) care sunt amplasate în clădirea serviciilor auxiliare nucleare,aşa cum s-a arătat în schema sistemului gazului de acoperire .

2.2.3 SISTEMUL DE OTRAVIRE CU LICHID A MODERATORULUI

2.2.3.1 Rolul sistemului

Rolul (figura 2.8) principal al sistemului de otravire cu lichid amoderatorului este de a compensa excesul de reactivitate al reactorului

nuclear. In acest scop se utilizeaza acidul boric sau nitratul de gadoliniu,

Gd(NO3)36H2O (degradarea produsa de H2O în acest compus hidratateste neglijabila, de aceea nu este necesara deuterarea).

Borul se foloseşte pentru controlul de lungă durată al reactivităţiiiar gadoliniul se foloseşte pentru controlul de scurtă durată si la oprireade avarie a reactorului prin SOR-2.

Reglarea reactivitatii prin introducerea controlată de otrăvurisolubile absorbante de neutroni în moderator se face in urmatoarelecazuri:

pentru compensarea excesului de reactivitate a combustibilului în primele 200 de zile de funcţionare a reactorului cu încărcătură nouăde combustibil);

pentru compensarea lipsei de xenon după o oprire îndelungată, după ooprire mai mare de 30 ore .

Este necesar ca sistemul :

să asigure destulă otravă în moderator pentru a preveni criticitatea întimpul opririi.

să asigure un mijloc de reducere a reactivităţii (împreună cu altedispozitive de reglare) pentru compensarea reactivităţii datorate de

supraalimentării cu combustibil.


28/37


80

Figura 2.8 Rolul sistemului de otravire cu lichid a moderatorului

Avantajele sistemului de control al reactivităţii prin otrăvire încomparaţie cu sistemul cu bare sunt :

efectul reactivităţii este uniform distribuit în calandria ; în cazulotrăvurilor solubile în moderator nu există distorsiuni locale alefluxului de neutroni ca la un sistem de bare;

echipamentul se poate amplasa în exteriorul anvelopei fiind accesibilcând reactorul funcţionează;

ratele de creştere ale reactivităţii la înlăturarea otrăvirii sunt lente,comparativ cu ratele de creştere ale reactivităţii in cazul defectăriisistemelor mecanice cu bare.

Dezavantaje sistemului sunt:

posibilitatea pierderea otrăvii în cazurile: la precipitarea otrăvii sau aconcentrării otrăvii la fundul calandriei , în special în cazul borului.

costul mai mare al răşinilor necesare deuterării şi de-deuterării răşiniişi al depozitării răşinilor uzate radioactive.

Eliminarea otrăvurilor din sistemul moderatorului poate fi făcută prin:

prin epurarea moderatorului in coloanele schimbătoare de ioni ;

ardere în fluxul de neutroni (ardere = consumare, eliminare).

Simulare ardere combustibilproaspat:

- la prima pornire,

- la realimentarea cucombustibil in functionarenormala,

- pe perioada oprire MIDpentru intretinere/reparatii-Oscilatii de Xe

ADITIE BOR pentru:

- Compensarea variatiilor dereactivitate din combustibilulproaspat

ADITIE GADOLONIU pentru:

-Compensareavariatiilor de reactivitatedatorate tranzientei Xe

-- Realizare GSS

SISTEMUL DEOTRAVIRE CU

LICHID AMODERATORULUI


29/37


81

Tabelul 2.7 Comparaţie între otrăvirea cu B (bor) şi Gd (gadoliniu)

Formula chimică B2O3 acid boric Gd (NO3)3 .6H2Onitrat de gadoliniu

Forma fizică cristale albe cristale albeIzotopi care absorb neutronii B10 Gd155, Gd157

Reacţia de absorbţie a neutronilor B10 + n1 Li7+ Gd155+ n1 Gd156+

Gd157+ n1 Gd158+

Valoarea reactivităţii la 1 mgotravă/kg D2O moderator

8 - 9 mk 30 - 37 mk

Ardere completă a otrăvii supusefluxului de neutroni la puteremaximă

Incet

t1/2 prin ardere 20zile

Rapid

t1/2 prin ardere 12ore

Timpul de înlocuire a 28 mk deotravă de către schimbătoarele deioni la debit maxim

40 ore 6 ore

Cantitatea de răşină schimbătoarede ioni necesară pentru înlocuireaotrăvii

mare2-3 coloane pentru28 mk înlocuite

redusă 1 coloană pentru10x28 mk înlocuiţi

Conductivitate în D2O scăzută 0,01 mS/m per

2mgB / kgD O

Înaltă 0,2 mS/m per

2mgB / kgD O

Tabelul 2.8 Avantajele şi dezavantajele otrăvirii cu B sau Gd

Otrava Avantaje Dezavantaje

B Preferat în operaţii lungi (zile) dincauza: arderii mai lente; îndepărtăriimai grele prin schimbători ioni;

probabilitate mai mică de excursiede D2 (având conductivitate maimică ca Gd)

Solubilitate mai mică ca Gd, poate precipita la temperaturi joase, blocând conductele şireducând până la nesiguranţăvaloarea k în sistem.

Necesită mai multă răşinăschimbătoare de ioni pentru

îndepărtarea sa per mk (faţă deGd)

Gd Preferat în operaţii scurte (< 2 zile): ardere mai rapidă; înlocuire mairapidă în schimbători ioni; solubilitatea mare permite atingereaunei valori ridicate a mk fără caotrava să precipite; necesită mai

puţină răşină schimbătoare de ioni pentru îndepărtarea sa, per mk decâtB.

Conductivitate mai mare ca laB, ceea ce creşte risculexcursiei de D2 datorităcreşterii efectelor radiolizei


30/37


82

2.2.3.2

Schema sistemului de otravire

Schemele sistemului de otravire sunt prezentate in figura 2.9 si 2.10

Figura 2.9 Schema simplificataa sistemului de otravire

Presiunea D2O dupărăcitoarele moderatoruluiasigură circulaţia princonducta dintre răcitorul

moderatorului şirezervoarele de stocare agadoliniului şi borului. Peconducta de refulare amoderatorului, înainte derezervoare, se dispune unrezervor de întârziere careface ca radiaţia de la N16 şiO19 să-şi piardă intensitatea,

ceea ce permite amplasarea rezervoarelor de stocare într -o zonăaccesibilă personalului.

Fiecare rezervor are: agitator, dispozitiv adaos, aerisire.Agitatorul asigură o bună omogenizare şi dizolvare a otrăvurilor, mai alesa borului. Spaţiul de gaz al rezervoarelor de stocare este ventilat pentrurecuperarea vaporilor de moderator.

2.2.3.3 Componentele sistemului

Rezervorul de întârziere (tampon) este cilindric, vertical, din oţel

inoxidabil, cu şicane interioare, cu partea superioară plată. volumulrezervorului este de 36,8 litri.Rezervorul asigură o întârziere de 80 secunde, iar conductele dealimentare încă 60 secunde (t1/2 al N16 şi O19 sunt 7 şi respectiv 27secunde), ceea ce permite eliminarea celor doi izotopi radioactivi prezenţiîn fluid.

Rezer voarele de otrăvuri. Sistemul este prevazut cu douărezervoare identice, verticale, cilindrice, din oţel inoxidabil, avindcapătul superior plat si volumul fiecaruia de 425 litri.


31/37


83

Rezervoarele servesc la amestecarea şi stocarea soluţiilor deotravă având fiecare:agitator cu elice pentru omogenizare;dispozitiv pentru introducerea otrăvii (o pâlnie, un flotor); aerisire cu zăvor

hidraulic (asigură ventilaţia deasupra rezervoarelor pentru a reducedozele de tritiu la operatori); circuit pentru prelevarea pr obelor( o pompăşi un recipient pentru prelevare probe); discuri de rupere contrasuprapresiunii. Nivelele în rezervoarele de stocare sunt indicate local şila cerere pe display în camera de comandă. Nivelul scăzut în rezervoreste prevăzut cu semnalizare.

Rezervoarele de stocare a otrăvurilor se află în clădireareactorului. Toate echipamentele sistemului sunt accesibile în timpulfuncţionării normale, cu excepţia rezervorului de întârzire (tampon).

2.2.4 SISTEMUL DE COLECTARE

2.2.4.1 Scop sistemului

Sistemul urmăreşte recuperarea pierderilor (figura 2.10) (unsistem de apă grea absolut etanş ar fi mai scump şi mai puţin practic)reducând:

Figura 2.10 Functiile sistemului de colectare moderator

eşapările de vapori de D2O în atmosfera încăperilor unde se amestecăcu vapori de H2O şi se degradează;

concentraţia de tritiu în spaţiul din jurul echipamentelor

moderatorului.


32/37


84

Sistemul de colectare pierderi moderator recupereaza scurgerile deD2O de la punctele unde pot apare, face proba de D2O colectat şitrimite lichidul înapoi în sistemul moderatorului sau după caz la

epurare.

Figura 2.11 Schema sistemului de oravire cu lichid a moderatorului

2.2.4.2 Descrierea sistemului

Punctele de colectare ale scurgerilor moderatorului (figura 2.12)sunt:

etanşările pompelor moderatorului (câte 2 dispozitive de etanşaremecanică pe axul fiecărei pompe);

etanşările compresoarelor de He din sistemul gazului de acoperire; vane de reglare, izolare, supape siguranţă (presetupe, armături);

aerisiri ale echipamentului moderatorului;


33/37


85

uscarea răşinilor ionice ale filtrelor sistemului de epurare amoderatorului;

drenări ale rezervorului de heliu şi sistemului de injecţie SOR-2

(gadoliniu).Se colectează câteva kg/oră, umplând rezervorul odată la câteva

zile

2.2.4.3 Funcţionare

Pierderile de D2O din punctele de colectare se scurg pringravitaţie , prin conducte individuale , în patru conducte principale decolectare (de diametru 12,5 mm), fiecare conductă fiind prevăzută cu unvizor. Cele 7 conducte sunt conectate la un colector (cu diametrul de 25,4

mm) - din care se scurge în rezervorul de colectare.

Figura 2.12 Schema sistemului de colectare moderator

Rezervorul e ventilat pentru recuperarea şi condensarea vaporilorde D2O şi prevăzut cu gaz de acoperire He. O pompă trimite apa dinrezervor în sistemul principal al moderatorului la aspiraţia pompei demoderator - după ce se face proba compoziţiei chimice şi a concentraţieiizotopice - dacă este necesar - moderatorul trece mai întâi prin sistemul

de epurare.


34/37


86

O linie de recirculare ia apa grea după pompă şi o reîntoarece înrezervor după ce asigură răcirea pompei şi prelevarea pro bei.

Sistemul de recuperare pierderi moderator este amplasat in

clădirea serviciilor auxiliare nucleare, alături de sistemul de epurare almoderatorului.

2.2.4.4

Componentele sistemului

Principalele componente ale sistemului sunt: Rezervorul de colectare - cilindric, orizontal, oţel inox, 310 litri

Pompa de colectare - centrifugală, cu motor capsulat, oţel inoxaustenitic, debit 1,1 l/s, la 30 m coloană de apă.

Vizoarele de scurgeri - de sticlă în ramă de oţel inoxidabil austenitic.Debitul normal la dispozitivele de etanşare ale pompei 0,1 - 0,3 mililitri pe secundă - circa 4 picături/secundă. Vizoarele semnalizează oricecreştere a prizei de scurgere.

Sorbul - din oţel inoxidabil, cu sită de 60 ochiuri - împiedică particulele în suspensie să pătrundă în pompa de colectare.

Cu pierderi normale de 0,2 - 0,6 ml/s de la dispozitivele deetanşare ale pompei moderatorului frecvenţa pornirii pompei este prevăzută odată la 4 - 12 zile. În timpul acestei perioade de colectare se

prevăd probe prelevate zilnic pentru a stabili calitatea apei. Dacă probelearată calitate necorespunzătoare se va verifica sursa murdăriei, apacolectată fiind trimisă la sistemul de epurare a D2O.

2.2.5 SISTEMUL DE TRATARE A MODERATORULUI

Sistemul de tratare a moderatorului se compune din: sistemul deepurare şi sistemul de deuterizare şi de-deuterizare.

2.2.5.1

Scopul sistemuluiSistemul de tratare a moderatorului are drept scop:

Limitarea coroziunii şi depunerilor de produse de coroziune; Limitarea radiolizei, controlul concentraţiei de D2 (< 4 %) în pătura

de He;

Menţinerea purităţii izotopice în limitele admisibile (99,75 %); R educerea concentraţiei otrăvurilor solubile (B, Gd) în funcţie de

cerinţele de reactivitate.


35/37


87

Scopul sistemului de deuterizare este înlocuirea H2O din răşinileionice proaspete, cu D2O iar al sistemului de de-deuterizare esterecuperarea D2O din răşinile ionice uzate si extragerea otrăvurilor

solubile (B, Gd) după oprirea R. Din debitul de moderator se prelevează câteva procente de la

ieşirea din schimbătoarele de căldură răcitoare (77-49°C); acest debittrece prin filtrele schimbătoare de ioni (SI) ale sistemului de epurare(coloane schimbătoare de ioni). Locul prelevării este ales deoarece: este temperatura cea mai scăzută din sistemul moderatorului pentru a

reduce posibilitatea supraîncălzirii răşinilor schimbătoare de ioni; are presiunea necesară circulaţiei debitului epurat prin sistemul de

epurare (diferenţa de presiune între presiunea la ieşirea din răcitor şi

presiunea la admisia în pompă); este asigurată presiunea necesară transportului hidraulic al răşinilor

uzate şi a celor proaspete. Pentru extragerea otrăvurilor solubile (B şi Gd) sunt prevăzute coloanespeciale.

2.2.5.2 Schema sistemului

Schemele sistemului sunt prezentate in figura 2.13 si 2.14.

Figura 2.13 Schema simplificata a sistemului de tratare a D2 O moderator

Deoarece răşinile schimbătoare de ioni proaspete conţin iniţial 55% H2O şi de aceea ar putea impurifica D2O cu H2O - în sistemul dedeuterizare - prin curgerea unui debit mic de D2O peste masa de răşină


36/37


88

schimbătoare de ioni se face înlocuirea H2O cu D2O. Debitul de D2Oimpurificat cu H2O este colectat şi recondiţionat.

In sistemul de de-deuterizare are loc recuperarea D2O din răşinile

ionice uzate, prin trecerea unui debit de H2O peste masele schimbătoarede ioni uzate. Debitul de H2O conţinând D2O este colectat şirecondiţionat.

Figura 2.14 Schema sistemului de tratare a D2 O moderator2.2.6 SISTEMUL DE UMPLERE – GOLIRE A MODERATORULUI

Scop sistemului este:

umplerea şi golirea sistemului cu D2O moderator; adaus de moderator în cazurile aparitiilort scurgeri şi pierderi accidentale reducerea sau creşterea concentraţiei izotopice a

moderatorului în afara

limitelor admise creşterea activităţii moderatorului.

Adaosul se face de obicei cu D2O cu o concentraţie mai maredecât cea standard (în cazul scăderii concentraţiei D2O). Pentru reducereaactivităţii moderatorului se face înlocuirea unei părţi din moderator cuD2O agent de răcire (care are o activitate mai redusă, cu mai puţin tritiu,dar are o concentraţie izotopică mai mică (97,50 %)). În funcţionareanormală, în cazul unei scăderi lente a concentraţiei masice (datorită deexemplu infiltrării de vapori H2O în sistemul de colectare) creşterea

concentraţiei la valoarea standard se poate face în sistemul deuterator.


37/37


2.2.7 SISTEMUL DE PRELEVARE PROBE

In figura 2.15 se prezinta schema de sinteza a sistemelormoderatorului.

Prelevarea de probe pentru analiză se face în următoarele locuri:

Figura 2.15 Sistemul moderator (SINTEZA )

înainte şi după sistemul de epurare - pentru a verifica dacă epurarea afost eficientă, la rezervoarele de stocare a Borului şi Gadoliniului - pentru a verifica dozarea otrăvii;

înainte şi după instalaţiile de recombinare - probe de gaz pentru a fianalizate de cromatograf (concentraţia de D2);

după pompa de colectare - pentru a stabili calitatea D2O dinrezervorul de colectare.

Documents

4 Sistemele Moderatorului Carte