ОРГАНОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ

Пуск реактора, т. е. его вывод в критическое состояние, осуществляется путем извлечения из активной зоны органов регулирования по строго определенному алгоритму.

При пуске реактора необходимо, как правило, увеличивать реактивность активной зоны на несколько процентов, для чего требуется перемещение не только стержней АР (если они имеются в реакторе), но и «тяжелых» органов регулирования, т. е. КС или КР. Обозначим КРП комбинацию из органов регулирования (K или К + А ), которые должны перемещаться в процессе пуска. Перечень органов регулирования, входящих в состав пусковой комбинации КРП, и порядок их взаимного перемещения устанавливаются инструкцией по эксплуатации реактора.

Пуск реактора недопустим, если не обеспечена его аварийная защита. Поэтому прежде всего из активной зоны поочередно выводят в рабочее положение (на верхние концевики) все группы стержней AЗ, что дает возможность при необходимости быстро прекратить реакцию. Для надежного контроля за состоянием реактора группы AЗ поднимают с выдержкой времени 20-30 с между окончанием подъема одной группы и началом подъема следующей.

Для правильной реализации алгоритма пуска реактора необходимо заранее знать высоту подъема КРП от крайнего нижнего положения (НК) до положения, при котором реактор станет критическим, т. е. критическое или пусковое положение КРП (), а также до положений, при которых подкритичность активной зоны будет равна — 3 и — 1 %, т. е. и соответственно. Последнее необходимо для перехода к увеличенным выдержкам времени между шагами КРП в процессе приближения к критическому состоянию.

В зависимости от состояния активной зоны (температуры, глубины отравления ксеноном и самарием) и момента кампании имеет различные значения, которые должны быть оценены расчетным путем до начала пуска реактора.

Для активной зоны нового типа при ее первом физическом пуске на стенде завода-изготовителя оценивают на основе проектных расчетных данных, уточняют экспериментально и заносят в формуляр зоны. Это значение используется при первом пуске реактора на судне. Следует иметь в виду, что из-за различия температур зоны, конструкций отражателя и эффективности КРП на стенде и на судне критическое положение при первом пуске реактора на судне может отличаться на несколько миллиметров от . Это делает первый пуск реактора на судне особенно ответственным. Поэтому для повышения безопасности при первом пуске наряду со штатной пусковой аппаратурой, как правило, дополнительно используют более чувствительную нештатную пусковую аппаратуру, обеспечивающую контроль и защиту реактора при более низких уровнях мощности (начиная с мощности, устанавливающейся в реакторе после введение источника нейтронов).

При каждом последующем эксплуатационном пуске (рис. 7.1) критическое положение КРП, например , рассчитывают исходя из известных критических положений или при предыдущем пуске , или при остановке реактора, предшествующей рассматриваемому пуску . Рассчитать по всегда можно, поскольку всегда известно, в то время как может быть точно и не зафиксировано (например, при аварийной остановке реактора).

Рис. 7.1 График работы реактора во времени

(к расчету пусковых положений).

Различие в пусковых положениях КРП будет определяться, с одной

(7.1)

стороны, изменением запаса реактивности в активной зоне с момента предшествующего пуска до момента очередного пуска (включая время выхода на минимально контролируемый уровень) вследствие процессов выгорания и воспроизводства топлива, зашлаковывания и выгорания ВП, различия в температурах зоны, нестационарном отравлении ксеноном в самарием, а с другой стороны, изменением эффективности КРП в зависимости от температуры и энерговыработки активной зоны.

Рассмотрим один из возможных методов расчета .

Изменение запаса реактивности в активной зоне с момента предшествующего пуска (при ) до момента очередного пуска (при ) в общем случае можно представить в виде алгебраической суммы следующих составляющих:

(7.2)

Все слагаемые в (6.13) обычно определяют по графическим зависимостям, которые прилагаются к инструкциям по эксплуатации активной зоны. Качественный характер этих зависимостей представлен на рис. 7.2.

Рис. 7.2 Характеристики активной зоны, используемые при расчете пусковых положений:

а - зависимость запаса реактивности активной зоны от энерговыработкн; б -зависимость реактивности от средней температуры зоны; в – нестационарное отравление реактора ксеноном; г - нестационарное отравление реактора самарием (прометиев провал); д -зависимость стационарного отравления ксеноном от тепловой мощности реактора.

 

Первое слагаемое в (7.2) (рис. 7.2, а) представляет собой изменение запаса реактивности, обусловленное выгоранием и воспроизводством топлива, зашлаковыванием, выгоранием ВП, а также обычно стационарным отравлением самарием, которое не зависит от мощности реактора. Кривую строят в зависимости от энерговыработки или эффективных суток для холодного (Т = 20°С) разотравлеиного по ксенону реактора и без учета прометиевого провала реактивности. Величина равна алгебраической разнице и и может быть меньше и больше нуля, что необходимо учитывать в (7.2). Различие в энерговыработке реактора между двумя пусками определяется по (4.122) за время работы на мощности (см. рис. 7.1).

Второе слагаемое в (7.2) характеризует изменение запаса реактивности, обусловленное различием температуры активной зоны в предшествующем и очередном пуске,

, (7.3)

т. е. учитывает температурный эффект реактивности, который обычно возрастает с ростом энерговыработки реактора (рис. 7.2, б).

Третье слагаемое в (7.2) определяет различие в запасах реактивности активной зоны вследствие нестационарного отравления ксеноном (йодная яма), (рис. 7.2, в), а четвертое () - вследствие прометиевого провала (рис. 7.2, г).

Глубина отравления в йодной яме и прометиевом провале зависит от уровня мощности, при которой был остановлен реактор, времени стоянки реактора до пуска ( и ) и энерговыработки реактора. Для судовых реакторов, особенно на ледоколах, характерен режим работы с переменной мощностью. Поэтому необходимо найти среднюю мощность и , на которой работал реактор до остановки за период . Для оценки различия в нестационарных отравлениях ксеноном обычно достаточно установить среднюю мощность реактора за время , а для прометиевого провала — за время .

Если время стоянки или более трех-четырех суток, то величину отравления ксеноном в момент соответствующего пуска следует принять равной нулю, так как за это время распадется практически весь ксенон-135, который имелся к моменту остановки реактора, а также ксенон-135, образовавшийся в результате распада йода-135 после остановки реактора. Если время стоянки или более 15-20сут, то к моменту пуска будет достигнуто практически стационарное отравление самарием в прометиевом провале, прямо пропорциональное уровню мощности, при котором был остановлен реактор.

С учетом изложенного значения , и находят следующим образом (рис. 7.2, в и г):

(7.4)

 

(7.5)

 

 

Точность оценки запаса реактивности, который имеется в активной зоне к моменту пуска, зависит, очевидно, от точности используемых графических зависимостей. Для повышения точности этих графиков и а первую очередь зависимости реактивности от энерговыработки зоны их следует периодически корректировать (особенно для головных типов активных зон) по результатам нейтронно-физических измерений, проводимых в течение кампании.

При оценке по нет необходимости в использовании зависимости , так как энерговыработка за период стоянки, естественно, равна нулю, и, следовательно, = 0. Тогда изменение запаса реактивности активной зоны будет определяться различием в температурных эффектах на моменты пуска и остановки и различиями в глубине отравления ксеноном и самарием, т. е.

(7.6)

Здесь

(7.7)

(7.8)

 

(7.9)

Значение (, ) равно значению отравления реактора ксеноном перед остановкой реактора. Если 30 ÷ 40ч, то в качестве (, ) можно принять значение стационарного отравления ксеноном при мощности , т. е. () (рис. 7.2, д). Если < 30ч, то для определения (, ) следует использовать графики, так как за <30ч стационарное отравление ксеноном еще не достигается.

Если реактор находится в критическом состоянии (перед остановкой) или выводится в критическое состояние (при пуске), это значит, что запас реактивности активной зоны (, , ) соответственно был или будет полностью скомпенсирован равной по величине, но обратной по знаку реактивностью вводимой в зону при перемещении КРП. Поэтому для определения по известным или и найденным значениям следует использовать зависимость полной интегральной эффективности КРП от высоты ее подъема от нижнего концевика.

Эффективность КРП зависит от средней температуры зоны и, кроме того, изменяется в течение кампании в зависимости от энерговыработки W. Обычно зависимость строят при = 20°С (рис. 7.3, а), а для оценки влияния температуры используют зависимость коэффициента температурного утяжеления (для КРП) от средней температуры зоны (рис. 7.3, б). Тогда из очевидного равенства

(7.10)

следует, что при очередном пуске с помощью КРП нужно ввести в зону реактивность, равную

(7.11)

Рис. 7.3 Характеристики пусковой комбинации органов

регулирования (КРП):

а - зависимость интегральной эффективности КРП от положения в активной зоне; б - зависимость коэффициента температурного утяжеления КРП от средней температуры активной зоны: НК, ВК - крайние нижнее и верхнее положения КРП

 

Значение (, , 20°) находят из рис. 7.3, а по известным и , а значения () - из рис. 7.3, б по известным и .

По найденному значению (, , 20°) из рис. 7.3, а определяют ожидаемое критическое положение КРП при очередном пуске . Если расчет проводили по известному положению КРП в момент остановки, то в (7.11) следует заменить и на и .

При отсутствии зависимости ориентировочно можно оценить изменение критического положения. ΔH от или , если использовать среднее между и ожидаемым значение дифференциальной эффективности КРП ( / ) (20°). Тогда

(7.12)

Если известно , нетрудно найти по рис. 7.3, а значения и , заменяя в (7.11) на ( — 0,03) и ( —0,01) соответственно. Можно в этих целях использовать также () (20°), если определять и следующим образом:

(7.13)

(7.14)

Важно отметить следующее: пусковое положение может быть выше, ниже или даже равно или — все определяет характер зависимости , предшествующие условия работы реактора, время после остановки и температура реактора. Все уравнения в данном параграфе - алгебраические, поэтому ошибки в определении абсолютных значений , , , и особенно их знаков могут привести к существенным погрешностям в определении . Если в результате, ошибок получатся завышенные значения , это может вызвать пусковую аварию, т. е. разгон реактора после достижения критичности с недопустимо малыми периодами. Поэтому расчет критических положений и вывод реактора из подкритического состояния в критическое — весьма ответственные операции, которым следует уделять наибольшее внимание. Оператору, управляющему реактором, полезно запомнить одно важное правило, вытекающее из свойств подкритического реактора: если в подкрипшческом реакторе после очередного шага КРП (высвобождения реактивности) мощность реактора увеличится в два раза, то после следующего такого же шага (по реактивности) реактор станет критическим.

Если при выводе КРП из подкритического положения в ожидаемое критическое реактор не достигает критичности, то согласно инструкции по пуску реактора обычно разрешается дальнейший подъем КРП, по при этом необходимо уменьшить в два-три раза шаг, на который поднимается одновременно КРП или его некоторая часть, а выдержку времени между шагами увеличить в два-три раза, т. е.до 5—6 мин. Предельно допустимое превышение подъема КРП над расчетным значением определяется соотношением

(7.15)

где <1 — коэффициент, устанавливаемый инструкцией по эксплуатации, обычно 0,5 0,7. Например, при = 0,008 = 800· ед. реактивности, = 0,5, = 1,2 и = 20· получим

(7.16)

Указанное ограничение на обусловлено необходимостью исключить приближение к состоянию мгновенной критичности. Если даже при + реактор не достигнет критичности, пуск следует прекратить, КРП опустить в реактор на глубину, обеспечивающую его подкритичность не менее чем на 3 , т. е. в положение

, (7.17)

проверить расчеты пускового положения, а также работу систем управления КРП и контроля за мощностью реактора.

Повторный пуск разрешается только после точного установления причины, приведшей к срыву первого пуска.