Universitatea Polithenica Bucuresti,Facultatea de Energetica-Tema de Casa-

-Ingineria Reactoarelor Nucleare-Student: Frintu Alexandru

Grupa: 2403 ETN

Profesor: Gheorghe Negut

Sistemul Principal de Transport al Caldurii

Sistemul Primar de Transport al Caldurii are rolul de a raci combustibilul in timpul functionarii reactorului si dupa oprirea reactorului. Un alt rol foarte important este acela de a transporta caldura de la reactor la generatoarele de abur la CNE cu doua circuite, sau la turbina cu abur la CNE cu un singur circuit, scop specific pentru reactoarele energetice, cu tendinta de a obtine la iesirea din reactorul nuclear o temperatura cat mai mare.

Fig.1. Schema de principiu SPTCDESCRIEREA SI FUNCTIONAREA S.P.T.C.Una din pompele primare (P1) refuleaz AR ctre un colector de intrare, la fiderii individuali de intrare i distribuie AR n 95 canale de combustibil. AR trece prin reactor i se nclzete. Fiderii individuali de ieire conduc AR ctre colectorul de ieire i de acolo ctre GA (GA2).

Dup ce cedeaz cldura apei de alimentare i o vaporizeaz n GA, AR trece prin a doua pomp primar (P2) prin colectorul de intrare i apoi prin fideri, ctre un alt grup de 95 de canale de combustibil care sunt parcurse n sens invers fa de primele

Dup ce trece prin reactor agentul de rcire este transportat prin fiderii de ieire ctre colectorul de ieire i mai departe ctre GA (GA1) - unde cedeaz excesul de cldur i se ntoarce ctre aspiraia pompei primare P1, de unde a plecat. Aceast dispoziie asigur o curgere bidirecionala n canale adiacente din zona activ a reactorului, astfel nct fluxul de neutroni se aplatiseaz si realizeaza un circuit inchis in forma cifrei 8. Fiecare din cele dou bucle rcete 190 canale de combustibil i este independent - cu excepia presurizorului care este comun.

Existena a dou bucle are avantajul c n caz de accident de pierdere a AR(APAR, LOCA) la una din bucle, izolarea automat a celeilalte bucle face ca numai jumtate din ZA a reactorului s fie afectat de accident. Sistemul de transport a cldurii este cel mai solicitat sistem n timpul funcionrii CNE la plin sarcin; aici se ating cei mai ridicai parametri (temperatura AR - 312C; presiunea 112,3 bar), cele mai mari solicitri mecanice, problemele cele mai mari de securitate nuclear. Sistemul reprezint cea de-a doua barier n calea ieirii produselor de fisiune n mediu.Particularitile sistemului principal de transport al caldurii: cuprinde 2 bucle identice, fiecare bucla are: Doua generatoare de abur

Doua pompe principal de ciruculatie

Un presurizor comun celor 2 bucle

Doua colectoare de intrare

Doua colectoare de iesire

190 canal de combustibil (1/2 din Zona Activa)

380 de fiederi individuali de legatura canal-colector

16 ventile de inchidere rapida ( cate 8 pe fiecare bucla ) - este un dispozitiv mecanic carecontroleaz curgerea i presiunea unui fluid ntr-un sistem sau proces 4 flanse de izolare ( cate 2 pe fiecare bucla )

4 sunturi ( cate 2 pe fiecare bucla)

Valva de reglare a presiunii

Conducte aferente

Componentele Sistemul Principal de Transport al Caldurii

I. Generatorul de aburAR intr n colectorul GA cu un titlu pn la 4,4 % abur n greutate la presiunea nominal. 4 GA identice, verticale, AR circul prin evi n U - transmite cldura apei uoare care fierbe i produce abur - care trece prin cicloane de separare pentru eliminarea picturilor de ap. Fascicule de evi n U verticale, n manta cilindric. Partea de circuit primar a GA const din: colectorul de intrare, placa tubular, fasciculul deevi n U din incaloy sudate la placa tubular din oel carbon placat cu inconnel i mandrinat n interiorul plcii tubulare. Colectorul din oel carbon are 2 guri de vizitare. Partea de circuit secundar a GA: Manta cu: racord pentru intrarea apei de alimentare, racord pentru purjarea apei din GA, o gur de vizitare; instalaia de separare a aburului; icanele de prenclzire ale economizorului; plcile suport pentru evi; cmaa fasciculului de evi. Instalaia de alimentare (la 187C) n zona de economizor, prevzut cu icane i curgerepeste captul de ieire al D2O din fasciculul de evi. n economizor apa se nclzete pn la temperatura de saturaie, amestecndu-se cu apa saturat de recirculare. Amestecul ap-abur urc i trece prin separatoarele de umiditate. Aburul cu o umiditate de sub 0,25 % n greutate iese prin racordul de ieire al GA. Apa la saturaie curge din separatorul de umiditate printr-un orificiu inelar din interiorul mantalei: apa trece prin ferestrele din partea inferioar a cmii fasciculului tubular, ptrunde i curge peste partea de intrare a AR din fasciculul de evi n U.

Fig.2.Generatorul de aburi

Nivelul apei n GA este controlat prin msurtori de: nivel, de debit de abur produs i debit de ap de alimentare. Mrimile msurate n circuitul primar sunt:

presiunea de aspiraie a pompei principale de circulaie;

presiunea n colectoarele de intrare;

presiunea n cele 4 colectoare de ieire- msurare tripl pentru:

oprirea reactorului la presiune foarte joas;

reducerea presiunii la presiune;

oprirea reactorului la presiune foarte nalt,

temperatura n colectoarele de ieire - care se afieaz n camerele de comand principal i secundar;

diferena de temperatur ntre intrare si iesire AR din reactor - msurare fcut de 3 ori i folosit pentru a calcula puterea reactorului;

mrimile msurate la fiecare ansamblu pomp de circulaie-motor sunt:

presiunea uleiului de ungere a motorului pompei, temperaturile uleiului, nivelele uleiului

temperaturile lagrelor; viteza motorului; vibraii; presiunea aerului de frn.II. Pompele principale de circulatie

nlime pompare a pompelor primare este de 228,6 m.; Fiecare pomp are urmtoarele componente principale: lagre axiale verticale de sus i de jos; volantul, care prelungete timpul de funcionare dup oprirea pompei, viteza de scdere a debitului fiind similar cu scderea puterii dup declanarea pompei; frna, care mpiedic rotirea pompei la oprire; motorul de antrenare; rcitorul de aer pentru motorul de antrenare; etanarea la arborele pompei - pentru a reine scurgerile; lagrul pompei, lubrefiat cu agent primar; rotorul i carcasa pompei.

Pompe sunt centrifugale, verticale cu dubl refulare, aspiraie unic, cu o singur treapt. Fiecare pomp e legat de GA - printr-o simpl conduct de aspiraie i prin dou conducte de refulare - ctre un colector de intrare.

Fig.3.Pompa principala de circulatie

Pompa de circulaie din circuitul primar: 1- capac rezervor superior de ulei, 2- rezervor de ulei al lagarului superior, 3- ghidaj lagar axial, 4- rulment superior, 5-rulment inferior, 6- sistem serpentina de racire a lagarului superior, 7- tambur de franare, 8- axul motorului, 9- sistem de control al nivelului de ulei, 10- conducte de apa ale sistemului de racire, 11-sistem de racire cu aer al conductelor de apa, 12- cutia cu borne principala, 13- conducta de aer, 14- conducta de aer, 15 - inel ventilator, 16-ansamblu miez stator, 17- anasmblu rotor, 18- disc distantier, 19- saiba, 20- suport motor, 21-usi de acces la suportul motorului, 22-axul pompei, 23- etansare compartiment vapori, 24-etansare mecanica tertiara, 25- etansare mecanica secundara, 26-etansare mecanica principala, 27- lagarul pompei, 28--caracasa pompa, 29- inel de rezistenta al caracasei, 30 -conducte refulare pompa, 31-racord cu flanse pentru aspiratie, 32 -ansamblu de ghidare inferior al lagarului.III. Colectoarele si fiederii

In fig.4 se prezinta dispozitia conductelor de legatura dintre canalele tehnogice si colectoarele sistemului primar; in configuratia CANDU 6 avem 8 colectoare:4 colectoare intrare reactor (t=267C; p=11,23MPa; 482/57); 4 colectoare ieire reactor( t=310C; p=10,00MPa; 532/63).

Fiecare colector are racordai 95 fideri, cderea de presiune n canal: 758 kPa.

Fig.4.Fiderii si colectoareleIV. SISTEMUL DE REGLARE A PRESIUNII SI A INVENTARULUI DE AP GREACNE de tip PWR si PHWR sunt prevzute cu un sistem de control a presiunii i a inventarului de ap grea din SPTC. Un astfel de sistem asigur existena unei cantiti suficiente de agent de rcire n condiii adecvate, pentru evacuarea cldurii din combustibil

Funciile sistemului sunt:

Meninerea presiunii constante n circuitul primar n timpul funcionarii reactorului Protejeaz SPTC mpotriva suprapresiunilor;

Este prevzut cu un subsistem de transfer, stocare i recuperare care asigur: adausul sau extracia de agent termic n circuitul primar la dilatarea, contracia sau pierderea de AR, n vederea scderii sau creterii presiunii n circuit pn la cea normal ;

la pornirea CNE realizeaz presiunea AR n circuit; Elimin gazele n punctul cel mai nalt din circuit;

SPTC se constituie ntr-o barier de presiune i de aceea el trebuie s rmn intact.

Funcionarea la o presiune mai mare dect cea normal va crete probabilitatea producerii unei rupturi n SPTC i deci producerea unui LOCA (Loss of Coolant Accident - accident de pierdere a rcirii). LOCA va implica o pierdere de inventar de ap grea, ceea ce va conduce la o capacitate insuficient de rcire a combustibilului.

Funcionarea la presiune prea sczut va conduce la fierberea excesiv. Acest lucru, la rndul su, va implica supranclzirea combustibilului ca rezultat direct al fierberii n film (de tranziie). De asemenea, reducerea presiunii determin apariia cavitaiei la pompele primare i n consecin scderea debitului pe canale care poate avea ca urmare supranclzirea combustibilului; n plus, datorit coeficientului pozitiv de vid, puterea reactorului va crete, ceea ce va contribui la rndul su la fierbere i la supranclzirea combustibilului, dac nu se ia nici o msur corectiv de protecie. La reactoarelor CANDU-600, pentru a evita fierberea excesiv, la nivele ridicate de putere, este permis funcionarea cu o valoare limitat a cantitii de abur la ieirea din canale (fierbere nucleic la subrcire); se admite funcionarea cu un coninut de 4% abur la ieirea din canale, ceea ce duce la mbuntirea transferului de cldur de la combustibil la agentul de rcire.

Fig.5. Sistemul de Reglare a Presiunii si a Inventarului de Apa GreaI. PresurizorulPresurizorul funcioneaz la temperatura de saturaie (310C) corespunztoare presiunii din colectorul de ieire (100 bar) .

Presurizorul de la CNE Cernavoda este un rezervor cilindric vertical cu 1,981 m diametru interior si 13,386 m nlime, 45,31 m3 volum interior. Grosimea peretelui vasului presurizorului este de 135 mm (oel perlitic) i este placat la interior cu inox de 5 mm grosime. Grosimea izolaiei termice este de 114,3 mm pentru o temperatur de calcul de 55C la suprafa izolaiei.

Presurizorul este prevzut cu: nclzitoare - rezistene electrice (5x200 kW); ecran termic - pentru protejarea pereilor vasului; gur de vizitare pentru acces la revizii i reparaii; supori - la 2 nivele; pulverizator, alimentat cu D2O rece, pentru reducerea temperaturii presurizorului; dou supape de siguran pentru protecia la suprapresiune; conducte de legtur: n jos - spre colectoarele de ieire ale celor 2 bucle ap, n sus spre condensatorul -degazor -abur.

Fig.6. Sistemul de control presiune si a inventarului de agent de racireII. Condensatorul-DegazorulCondensatorul degazorul este un rezervor cilindric vertical prevzut cu: - pulverizatoare cu ap (D2O rece) - refulat de pompa de alimentare pentru condensarea aburului venit din presurizor; -nclzitoare electrice (2x25 kW=50 kW) - ca s menin presiunea n vas la 10 bari. El este racordat prin conducte i armaturi la celelalte componente ale sistemului.

Degazorul-condensator are urmtoarele funcii: S preia orice descrcare de D2O din SPTC; aceasta poate s fie n stare lichid (prin armturile de descrcare a presiunii din sistemul primar), sau poate fi sub form de vapori (din presurizor prin armturile de descrcare a aburului sau de protecie la suprapresiune). S reduc presiunea i temperatura oricror debite descrcate din SPTC de la aprox. 9-10 MPa i 3000C, la aproximativ 1 MPa i 1700C. S degazeze debitele de agent de rcire

III. RacitorulRcitorul rcete condensatul venit din condensatorul degazor nainte de a intra n rezervorul de stocare. La ieirea din rcitor, debitului de condensat rcit i se adaug un debit de ap de la sistemul de tratare D2O.IV. Pompele de alimentare

Pompele de alimentare (2x100 %) asigur ap rece la o presiune mare (12 MPa) pentru: - pulverizare n condensatorul-degazor; - rcirea etanrilor pompelor principale de circulaie (sistem rcire condensare pompe); - nlocuirea unor scurgeri de AR din circuitul primar - apa fiind luat din rezervorul de stocare de ctre pompele de alimentare i refulat n aspiraia pompelor primare de circulaie, prin ventilele de alimentare.

Normal funcioneaz o singur pomp; - n anumite condiii cnd se cere un debit mrit funcioneaz ambele pompe. Pompa este multietajat, orizontal, echipat cu 2 etanri mecanice la ambele capete, dublate cu cuzinei din carbon. Caracteristicile pompelor de alimentare sunt: debit nominal: 1000 litri/minut; inlime normal: 1128 m. Fiecare pomp de alimentare este prevzut cu o conduct de recirculare a debitului minim .V. Rezervorul de stocareRezervorul de stocare apa grea agent primar are urmatoarele functii:

Asigur o modalitate de stocare a apei grele de adaos necesar compensrii scurgerilor din SPTC,

Preia dilatarea/contracia apei grele agent primar care corespund tranziiei de la 0% Pn rece la 0% Pn cald,

Asigur NPSH-ul necesar pentru funcionarea pompelor de alimentare.

Sistemul de control presiune i inventar ap grea este amplasat n cldirea reactorului (anvelop). Cu excepia pompelor de alimentare, echipamentele sistemului nu sunt accesibile n timpul funcionrii reactoruluiCONTROLUL PRESIUNII IN SPTCControlul i reglarea presiunii se face pentru toate regimurile de funcionare ale reactorului, de la rece oprit i pn la 100% Pn. Cea mai mare cretere de volum, prin dilatare, are loc n procesul de nclzire a unitii pn la 2500 C; aceasta este aproape de trei ori mai mare dect cea care se produce cu reactorul cald de la 0% Pn la 100% Pn.

Rezult de aici, ca fiind adecvate, dou metode de control a presiunii n SPTC, n funcie de starea i de nivelul de putere a reactorului. Aceste dou metode (moduri de funcionare) sunt: modul solid i modul normal .

Fig.7.Reglarea presiunii in mediu solidApa grea agent de rcire purificat, este returnat n SPTC sau poate fi trimis n rezervorul de stocare aflat la o presiune apropiat de cea atmosferic. Rezervorul de stocare este cel care preia dilatarea agentului primar pe perioada de nclzire a unitii. n consecin, pentru stocarea i purificarea agentului primar este necesar ca acesta s fie att rcit ct i depresurizat. Nivelul n rezervorul de stocare se va modifica funcie de regimul de funcionare al reactorului.SISTEMUL DE PURIFICARE D2O AGENT PRIMAR

Impuritile n sistemul primar de transport al cldurii pot s apar datorit uzurii componentelor, coroziunii i eroziunii. Maina de ncrcare descrcare poate de asemenea s introduc impuriti prin cuplarea la canalele combustibile. Defectele de combustibil pot la rndul lor s elibereze impuriti radioactive.

Sistemul de purificare ap grea agent primar are dou funcii principale. El trebuie s menin agentul de rcire ct mai curat i s controleze pD-ul la o valoare ct mai ridicat.

Un bun control chimic este important din urmtoarele motive:

Apa grea este corosiv. Un pD ridicat al agentului de rcire reduce coroziunea componentelor din oel carbon ale circuitului primar.

Diferitele impuriti solide erodeaz materialele, se pot depune n interiorul echipamentelor i pot bloca liniile de instrumentaie. Etanrile pompelor primare se pot defecta datorit particulelor care au un efect abraziv asupra lor. Depunerile de produse de coroziune activate reprezint un pericol de radiaii n cazul operaiilor de ntreinere / reparaii.

Agentul de rcire conine produse de fisiune care provin din combustibilul defect i produse de coroziune activate. Aceasta duce la creterea cmpurilor de radiaii n jurul echipamentelor circuitului primar, n cazul depunerii unor materiale solubile (datorit precipitrii).

Scurgerile de ap grea sunt periculoase cnd agentul de rcire conine materiale radioactive. n cazul n care s-a detectat combustibil defect, este necesar, conform normativelor, creterea debitului n sistemul de purificare.

Fig.8. Conectarea sistemului de epurare la SPTCSISTEMUL INELAR DE GAZ

FUNCTII: izolarea termic a canalelor tehnologice, pentru a reduce pierderile de cldur prin pereii tuburilor de presiune.

s previn coroziunea componentelor canalelor tehnologice (tuburi de presiune, tuburi calandria, unele distaniere);

s menin un cmp redus de radiaii n sistemul de gaz pentru o expunere minim la radiaii a personalului;

s asigure detectarea scurgerilor din tubul de presiune i tuburile calandria i localizarea lor.

Gaze propuse pentru sistemul inelar de gaz sunt:

Heliul - are cost ridicat, conductivitate termic mare ;- nu a fost folosit ;

Aerul - folosit la NPH Rolphton i Douglas Point (primele CNE CANDU) - are dezavantajele: cmp de radiaii datorat argonului activ A41; efectul de coroziune datorat oxigenului O2, azotului N2 i vaporilor de ap.

Azotul N2 - folosit la CNE Pickering - dezavantaje: riscul formrii acidului azotic - coroziv ntr-un inel umed; riscul formrii C14. FUNCTIONAREA SISTEMULUI INELAR DE GAZ LA CNE CANDU

Gazul CO2 trece prin spaiul inelar a dou canale - parcurse n sens invers i se nclzete pn la 230C cu care intr n colectorul de ieire n primul rcitor gazul CO2 se rcete de la temperatura cu care iese din inele (230C) pn la 70C - rcire necesar pentru a reduce efectul asupra pereilor de beton prin care trec conductele de gaz (puul reactorului). Cel de-al doilea rcitor rcete gazul de la 70C pn temperatura mediului ambiant (20C).

Un separator de umiditate d indicaii asupra umiditii din sistem, semnaleaz existena unor scurgeri la tuburilor de presiune. Gazul este refulat de compresor, cldura rezultat prin comprimarea gazului fiind evacuat n rcitor. Gazul CO2 trece apoi printr-un usctor i un filtru -nainte de a se ntoarce n colectorul de intrare Pierderile din sistem sunt compensate prin alimentare de la buteliile de CO2 existnd dou baterii a cte 5 butelii (total 10 butelii) de CO2. Volumul de gaz CO2 este de 11 m3 din care 97 % se afl n inele.SISTEMUL DE RCIRE LA OPRIREn timpul funcionrii reactorului, o parte din cantitatea de cldur produs n reactor (6-7%), se datoreaz dezintegrrii produselor de fisiune. Dup oprirea reactorului, dezintegrarea acestor produse de fisiune continu s genereze cldur. La aproximativ o or dup oprirea reactorului, cantitatea de cldur produs n acest fel va fi n jur de 1% din cldura generat la funcionarea la putere nominal.

Aceast caracteristic a centralelor nucleare necesit pentru toate regimurile de funcionare o surs rece i un agent de rcire, att timp ct reactorul conine combustibil uzat. Acesta nseamn ca cel puin o poriune din SPTC s fie disponibil pentru a ndeprta cldura care se produce n combustibil dup oprirea reactorului. Sistemul care realizeaz acest lucru este alimentat cu energie electric din clasa III, pentru a asigura o modalitate sigur de evacuare a cldurii.

Funciile subsistemului sunt :

Rcete SPTC de la 177oC la 54oC , memtinndu-l la aceasta temperatur, ct este necesar ;

Asigura rcirea zonei active (de la 54oC la 38oC ) pe timpul perioadelor de ntreinere la generatoarele de abur si /sau pompele primare ,cnd circuitul primar este golit pana la nivelul colectoarelor ;

Asigura rcirea Reactorului n cazuri de urgena de la 267oC

n acest capitol vor fi descrise modalitile de evacuare a cldurii pe perioada opririi reactorului ct i dup oprire.

Fig.9. Schema de principiu a Sistemului de Rcire la Oprire (SRO)Schema tipic a sistemului care const dintr-o pomp i un schimbtor de cldur la fiecare capt al reactorului. n sistem nu exist pompe de rezerv, debitul total n sistem fiind de 10-15% din debitul vehiculat n SPTC.

Cantitatea de cldur evacuat este aproximativ 1-3% din cldura generat la putere nominal. Sistemului de rcire la oprire a circuitului primar este alctuit dintr-o pomp i un rcitor la fiecare capt al reactorului, racordate la colectoarele de intrare i ieire ale ambelor bucle.

Pompele de rcire la oprire sunt pompe centrifuge, verticale, cu motoare electrice de 225 kW (300 CP).

Rcitoarele de rcire la oprire sunt orizontale, cu evi n U, rcite cu ap de serviciu.

Sistemul de rcire la oprire utilizeaz ca agent de rcire n schimbtoarele de cldur aferente, apa din sistemul de rcire recirculat (ap demineralizat). Pentru lucrri de mentenan este utilizat rcirea de ntreinere, care se face cu ajutorul sistemului de rcire la oprire, cu specificaia c sistemul primar este golit parial pn la nivelul colectorilor