Перегрузка топлива на АЭС: как меняют топливо в работающем блоке
Раз в год блок останавливают, снимают крышку реактора и меняют часть топлива под многометровым слоем воды. Разбираем порядок операций на ВВЭР, объясняем, почему часть сборок не меняют, а переставляют, и чем принципиально отличается перегрузка на реакторах канального типа.
Название статьи содержит ловушку, и это сделано намеренно. «Поменять топливо в работающем блоке» звучит так, будто реактор при этом продолжает выдавать мощность. На большинстве российских энергоблоков это не так: перегрузка идёт на остановленном и расхоложенном реакторе со снятой крышкой. Но реакторы, которые действительно перегружают на ходу, существуют, и разница между двумя подходами объясняет многое в устройстве станций.
Зачем вообще перегружать
Топливо в активной зоне работает не до полного израсходования урана, а до исчерпания запаса реактивности: часть урана-235 выгорела, накопились поглощающие осколки, компенсировать их больше нечем. Одновременно оболочки твэлов набирают свою дозу облучения и механических нагрузок, и держать их в зоне дольше расчётного нельзя. Поэтому раз в кампанию часть сборок выводится, а на их место приходят свежие.
Почему меняют не всё сразу
Если заменить всю зону целиком, свежее топливо даст огромный начальный запас реактивности, который придётся гасить высокой концентрацией бора, а это ухудшает температурный коэффициент. Кроме того, выгорание по зоне окажется крайне неравномерным: в центре топливо сработает быстрее, чем на периферии.
Поэтому перегрузка частичная. Меняют примерно треть или четверть сборок, а остальные переставляют по зоне по заранее рассчитанной схеме: свежие обычно ближе к периферии, частично выгоревшие смещаются внутрь. Эта схема — картограмма перегрузки — рассчитывается нейтронно-физическим расчётом на следующую кампанию и утверждается до начала работ. Отступление от неё недопустимо: каждая сборка идёт в строго определённую ячейку.
Порядок операций на ВВЭР
- Разгрузка блока и останов реактора. Цепная реакция прекращена, начинается расхолаживание.
- Борирование теплоносителя до высокой концентрации, чтобы зона гарантированно осталась подкритичной при любом положении органов регулирования.
- Расхолаживание до низкой температуры и сброс давления. Отвод остаточного тепла при этом продолжается непрерывно.
- Разуплотнение реактора: снятие теплоизоляции, отворачивание шпилек главного разъёма специальным гайковёртом, подъём верхнего блока и крышки.
- Заполнение шахты реактора водой. Вода одновременно охлаждает топливо и работает биологической защитой: над сборкой всегда остаётся многометровый слой.
- Работа перегрузочной машины. Мост с телескопической штангой перемещается над открытым реактором, захватывает сборку, поднимает её, не выводя из-под воды, и переносит либо в другую ячейку, либо в бассейн выдержки.
- Загрузка свежих сборок из хранилища свежего топлива по картограмме.
- Контроль герметичности оболочек выгруженных сборок, чтобы выявить дефектные.
- Обратная сборка: установка крышки, затяжка шпилек с контролем усилия, гидравлические испытания на плотность и прочность.
- Физический пуск: измерение нейтронно-физических характеристик новой зоны и сверка с расчётом. Затем энергетический пуск и подъём мощности по этапам.
Сама перегрузка занимает дни. Но её проводят внутри планово-предупредительного ремонта, когда на блоке одновременно ремонтируют турбину, парогенераторы, арматуру и проводят контроль металла, поэтому останов длится недели.
Сборка за всю перегрузку ни разу не показывается из воды. Вода здесь не вспомогательное средство, а часть защиты и часть технологии.
Где топливо действительно меняют на ходу
На реакторах канального типа активная зона собрана не в одном корпусе, а из множества отдельных технологических каналов, каждый со своим трактом. Это позволяет разгрузочно-загрузочной машине пристыковаться к одному каналу, разуплотнить его, извлечь отработавшую сборку и поставить свежую, пока остальная зона работает. Блок при этом продолжает выдавать мощность. Похожий принцип применяется и в тяжеловодных реакторах ряда зарубежных проектов.
| Признак | Корпусной реактор (ВВЭР) | Канальный реактор |
|---|---|---|
| Состояние блока при перегрузке | Остановлен и расхоложен | Работает на мощности |
| Что вскрывают | Главный разъём корпуса целиком | Один технологический канал |
| Средство перегрузки | Перегрузочная машина над открытым реактором под водой | Разгрузочно-загрузочная машина со стыковкой к каналу |
| Периодичность | Раз в кампанию, частичная замена зоны | Практически непрерывно, по отдельным каналам |
| Влияние на выработку | Останов на недели | Без останова |
Что находится под контролем всё это время
- Подкритичность зоны: концентрация бора, положение органов регулирования, показания пусковой аппаратуры контроля нейтронного потока.
- Отвод остаточного тепла от зоны и от бассейна выдержки без перерывов.
- Уровень и качество воды над сборками, мощность дозы на площадке обслуживания.
- Соответствие фактического размещения сборок картограмме, подтверждаемое телевизионным контролем.
- Учёт ядерных материалов: каждая сборка имеет номер, её перемещение оформляется учётными документами.
- Грузоподъёмные операции: исправность машины, блокировки, ограничение высоты подъёма.
Нормы, лицензии и люди
Перегрузка — одна из самых ответственных операций на блоке, и регулируется она соответственно. Требования к её проведению, к подкритичности, к контролю и к оборудованию установлены федеральными нормами и правилами из библиотеки ЯРБ, сама эксплуатация ведётся по лицензии в порядке закона №170-ФЗ, а перемещение ядерных материалов отражается в системе учёта и контроля, порядок которой для радиоактивных веществ и отходов задан постановлением №542. Операторы перегрузочной машины и руководители работ входят в число должностей, требующих разрешений Ростехнадзора. Подрядные организации, которые обслуживают перегрузочное и грузоподъёмное оборудование, выполняют контроль металла или работают с арматурой первого контура в ремонтную кампанию, обязаны иметь собственную лицензию на вид деятельности, действующую программу обеспечения качества и аттестованных специалистов.
Атом-Плюс готовит подрядные организации к работам в ремонтные и перегрузочные кампании: собирает комплекты документов на лицензию Ростехнадзора, разрабатывает программы обеспечения качества под конкретные виды работ и оформляет документы для получения разрешений работникам. Если вашей организации предстоит работа на площадке АЭС, оставьте заявку в форме ниже.
Фото: Petty Officer 2nd Class Anna Van Nuys, Wikimedia Commons, Public domain
