Установка переработки натриевого теплоносителя реакторной установки БН мая 2010 года АСТАНА КАЗАХСТАН Авторы: Васильев И.И., Плещенкова Л.К., Пугачев Г.П., Ровнейко А.В. 1-ая Международная выставка и конференция «Атомная энергетика и Промышленность» KazAtomExpo

БН первый в мире опытно-промышленный реактор на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем. БН первый в мире опытно-промышленный реактор на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем. Проектная тепловая мощность составляет Проектная тепловая мощность составляет 1000 МВт МВт. Физический пуск осуществлен Физический пуск осуществлен г г. Энергетический пуск осуществлен г. Энергетический пуск осуществлен г. Остановлен г. Остановлен г. Постановлением правительства РК Постановлением правительства РК решение о снятии с эксплуатации принято г. решение о снятии с эксплуатации принято г. Реакторная установка БН-350

Реактор БН-350 петлевого типа с трехконтурной схемой теплоотвода (натрий-натрий-вода) Принципиальная технологическая схема

Вывод РУ БН-350 Состоит из 5-и основных направлений, в которые включены следующие мероприятия: 1. Мероприятия по разработке Проекта вывода из эксплуатации РУ БН Мероприятия по обеспечению безопасности реактора в переходный период. 3. Мероприятия по обращению с жидкометаллическим теплоносителем. 4. Мероприятия по размещению отработанного топлива реактора БН-350 на долговременное хранение. топлива реактора БН-350 на долговременное хранение. 5. Мероприятия по подготовке зданий, сооружений и инженерных систем РУ БН-350 к безопасному длительному хранению.

Оценочные объемы натрия для переработки первый контур м 3, первый контур м 3, второй контур м 3, второй контур м 3, сплав натрий-калий (эвтектика) - 20 м 3 сплав натрий-калий (эвтектика) - 20 м 3 Оценочные объемы геоцементного камня Переработка 1 куб.м Na 6,4 куб.м обходов первый контур м 3, или 2603 НЗК второй контур м 3, или 2463 НЗК

Мероприятия по обращению с жидкометаллическим теплоносителем РУ БН-350 Проведена очистка теплоносителя первого контура от радионуклидов цезия. Удельная активность натрия 1 контура после завершения процесса очистки - 10 мкКи/кг (370Бк/г); Проведена очистка теплоносителя первого контура от радионуклидов цезия. Удельная активность натрия 1 контура после завершения процесса очистки - 10 мкКи/кг (370Бк/г); Изготовлено и смонтировано оборудование для сверления напорного коллектора реактора и выполнено уникальное сверление на глубине более 13,4 м в натриевой среде с температурой 280…300ºС для выполнения проекта по дренированию теплоносителя; Изготовлено и смонтировано оборудование для сверления напорного коллектора реактора и выполнено уникальное сверление на глубине более 13,4 м в натриевой среде с температурой 280…300ºС для выполнения проекта по дренированию теплоносителя; осуществлено дренирование теплоносителя из корпуса реактора БН-350. С учетом 100 м3 натрия, имевшегося в баках до начала дренирования, количество натрия в баках системы хранения после дренирования составляет 600…610 м3; осуществлено дренирование теплоносителя из корпуса реактора БН-350. С учетом 100 м3 натрия, имевшегося в баках до начала дренирования, количество натрия в баках системы хранения после дренирования составляет 600…610 м3; Выполнены мероприятия по безопасному хранению натрия до его переработки; Выполнены мероприятия по безопасному хранению натрия до его переработки; Поэтапно дренирован натрий из петель и ПТО второго контура; Поэтапно дренирован натрий из петель и ПТО второго контура; Реализован проект по розливу натрия второго контура в 100 литровые барабаны и отправка его на АО «УМЗ» для использования в танталовом производстве и утилизацию; Реализован проект по розливу натрия второго контура в 100 литровые барабаны и отправка его на АО «УМЗ» для использования в танталовом производстве и утилизацию; Реализуется проект по переработке содержимого (смесь натрий- калия и масла) барабана отработавших пакетов (ВОП) методом водомасляной отмывки на специальном стенде; Реализуется проект по переработке содержимого (смесь натрий- калия и масла) барабана отработавших пакетов (ВОП) методом водомасляной отмывки на специальном стенде; Реализуется проект по удалению остатков натрия методом парогазовой отмывки и гидрокарбонизации (СУОН); Реализуется проект по удалению остатков натрия методом парогазовой отмывки и гидрокарбонизации (СУОН); Успешно реализуется проект УПН и УП ГЦК по утилизации натрия первого контура Успешно реализуется проект УПН и УП ГЦК по утилизации натрия первого контура

Очистка теплоносителя 1-го контура от Cs-137 Цель проекта: Цель проекта: снижение количества радиоактивного цезия в первом контуре реакторной установки БН-350. снижение количества радиоактивного цезия в первом контуре реакторной установки БН-350. Начальная активность цезия в 1 контуре: Начальная активность цезия в 1 контуре: 3, Бк (10000 Ки), удельная активность – 7, Бк/кг натрия или ( 19 мКи/кг) 3, Бк (10000 Ки), удельная активность – 7, Бк/кг натрия или ( 19 мКи/кг) Удельная активность натрия 1 контура после завершения процесса очистки снижена в 2000 раз: Удельная активность натрия 1 контура после завершения процесса очистки снижена в 2000 раз: 3, Бк/кг (10 мкКи/кг) 3, Бк/кг (10 мкКи/кг) Сорбент RVC внутри ловушки

Дренирование натрия первого контура Стенд для сверления внутрикорпусных конструкций реактора

Начало строительства здания УПН 18 октября 2004 года.

Монтаж оборудования УПН

Завершение строительства

Экзотермическое взаимодействие щелочных металлов с водой Комплекс технологических систем УПН предназначен для переработки натрия первого контура и эвтектики натрий- калиевого контура холодных фильтр-ловушек реактора БН-350. Выбран метод растворения натрия при инжектировании его расплава в 50 % щелочной раствор гидроксида натрия. Физико-химическая основа процесса переработки – экзотермическое взаимодействие щелочных металлов с водой: 2Na + 2H 2 O 2NaOH + H 2 + Q 2K + 2H 2 O 2KOH + H 2 + Q

Структура технологической части УПН

Состав УПН Химический реактор (5), в котором происходит равномерная управляемая химическая реакция натриевого теплоносителя с водой с постоянным расходом подаваемого натрия, отводимого гидроксида натрия и отходящих газов

Система подачи натрия (3) обеспечивает круглосуточную, бесперебойную подачу натрия с заданными параметрами в химический реактор и приём натрия из РУ БН Во время подачи натрия на переработку в химический реактор из одного расходного бака, второй заполняется натрием из бакового хозяйства РУ БН-350. Представлены суточные расходные баки натрия.

Система отвода и разбавления гидроксида натрия (6) обеспечивает рециркуляцию раствора гидроксида натрия в корпусе химического реактора, отвод полученного гидроксида натрия из химического реактора в емкость разбавления щелочи, разбавление 50% раствора гидроксида натрия до концентрации до 35 % и отвод разбавленного гидроксида натрия из емкости разбавления на УПГЦК. В случае остановки процесса переработки (кратковременной или на длительное время) гидроксид натрия циркуляционным насосом перекачивается в емкость хранения гидроксида натрия 7, а трубопроводы промываются водой, опорожняются и продуваются азотом для слива остатков воды через спускные трубопроводы.

Система очистки отходящих газов (10), обеспечивает очистку отходящих газов от вредных и радиоактивных частиц, сброс газов в атмосферу с содержанием вредных веществ, не превышающим значения предельно допустимых выбросов, образующихся в технологическом оборудовании УПН во время работы.

Система технологической, подпиточной и охлаждающей воды (1). обеспечивает подачу воды, необходимой для осуществления химической реакции, а также сбор конденсата из конденсатора и регенерата из фильтров СООГ.

Система подачи азота (4) от существующей азотно-кислородной станции РУ БН-350, где запас азота хранится в четырех специальных 4-х ёмкостях ПЕ-200, объемом 200 м3 каждая под давлением 16 кгс/см2.

Система подачи водяного пара (2), является вспомогательной системой и предназначена для подачи насыщенного водяного пара от парогенератора ПЭ-30 в кольцевую полость форсунки химического реактора для прогрева и промывки в случае её забивания.

Автоматизированная система управления и контроля технологических параметров Общая мнемосхема

Представление информации о процессе УПН Вывод технологической информации операторам УПН на два монитора максимально возможное отображение информации, необходимой для человеческого восприятия; максимально возможное отображение информации, необходимой для человеческого восприятия; структурирование отображаемой информации на мониторе, с выделением наиболее важной информации, требуемой повышенного внимания оператора. структурирование отображаемой информации на мониторе, с выделением наиболее важной информации, требуемой повышенного внимания оператора.

Описание процесса переработки 1. Приготовление исходного раствора гидроксида натрия. 2. Продувка всего оборудования азотом. 3. Подготовка к работе систем подпиточной, охлаждающей и технологической воды. 4. Разогрев оборудования и емкостей до температуры не менее 140 о С. 5. Заполнение химического реактора исходным раствором гидроксида натрия. 6. Заполнение натрием суточных баков УПН из емкостей хранения натрия РУ БН Пуск систем подачи подпиточной и охлаждающей воды. 8. Подача натрия в химический реактор, заполненный гидроксидом натрия и подача технологической воды в реактор. 9. Отвод гидроксида натрия из химического реактора в ёмкость разбавления. 10. Разбавление гидроксида натрия до требуемой концентрации. 11. Отвод гидроксида натрия на переработку.

Технология переработки Выбран метод растворения натрия при инжектировании его расплава в щелочной раствор гидроксида натрия. Физико-химическая основа процесса – экзотермическое взаимодействие щелочных металлов с водой: 2Na + 2H 2 O 2NaOH + H 2 + Q 2K + 2H 2 O 2KOH + H 2 + Q Способ разработан и апробирован специалистами ANL-W, США Расплав натрия подаётся через форсунку с образованием мелкодисперсных частиц под слой кипящего щелочного раствора. Вода проникает внутрь частицы и вступает в реакцию внутри неё, это взаимодействие происходит очень активно с микровзрывом, что приводит к возникновению вибрации химического реактора.

Просмотр активности Система радиационного контроля

Вид рабочего экрана системы видеонаблюдения УПН

Приточно-вытяжная вентиляция Помещения УПН также оборудованы системами приточно- вытяжной вентиляции, радиационного и газового контроля, средствами пожаротушения, сигнализацией, средствами связи

Заключение Основной особенностью проекта по обращению с жидкометаллическим теплоносителем реактора БН 350 является международное сотрудничество. На первом этапе, при реализации проектов по удалению радионуклидов цезия, дренированию натрия первого контура и его переработке использовался как опыт США, полученный в результате вывода из эксплуатации реактора ЕВR-II, так и значительная финансовая поддержка США. В последствии был дополнительно использован опыт Великобритании, полученный при выводе из эксплуатации реакторов в г.Доунрей, и финансовая поддержка Британского Правительства. Основной особенностью проекта по обращению с жидкометаллическим теплоносителем реактора БН 350 является международное сотрудничество. На первом этапе, при реализации проектов по удалению радионуклидов цезия, дренированию натрия первого контура и его переработке использовался как опыт США, полученный в результате вывода из эксплуатации реактора ЕВR-II, так и значительная финансовая поддержка США. В последствии был дополнительно использован опыт Великобритании, полученный при выводе из эксплуатации реакторов в г.Доунрей, и финансовая поддержка Британского Правительства. Знания, полученные от иностранных коллег, и высокая квалификация специалистов Республики Казахстан стали важнейшими факторами успешного выполнения проекта по обращению с жидкометаллическим теплоносителем Знания, полученные от иностранных коллег, и высокая квалификация специалистов Республики Казахстан стали важнейшими факторами успешного выполнения проекта по обращению с жидкометаллическим теплоносителем

Реализация проекта переработки натрия на УПН позволяет обеспечить безопасность при выводе РУ БН-350 из эксплуатации; снижение эксплутационных расходов; решение проблемы обращения с большими объемами химически активных щелочных металлов; получение свободных объёмов для удаления остатков натрия. Реализация проекта переработки натрия на УПН позволяет обеспечить безопасность при выводе РУ БН-350 из эксплуатации; снижение эксплутационных расходов; решение проблемы обращения с большими объемами химически активных щелочных металлов; получение свободных объёмов для удаления остатков натрия. Построенная УПН - уникальна (как и сама реакторная установка БН-350), хотя она и является модифицированной версией установки переработки натрия ЕВR национальной лаборатории Айдахо. В мире еще нет установок, рассчитанных на переработку таких больших объемов радиоактивного натрия – на реакторной установке БН-350 предстоит переработать порядка шестисот кубических метров натрия первого контура. Построенная УПН - уникальна (как и сама реакторная установка БН-350), хотя она и является модифицированной версией установки переработки натрия ЕВR национальной лаборатории Айдахо. В мире еще нет установок, рассчитанных на переработку таких больших объемов радиоактивного натрия – на реакторной установке БН-350 предстоит переработать порядка шестисот кубических метров натрия первого контура. После завершения реализации проектов переработки всего объема жидкометаллического теплоносителя РУ БН-350 в геоцементный камень планируется выполнить комплекс работ по приведению УПН в состояние безопасного хранения, в соответствии с принятой для РУ БН 350 концепцией вывода из эксплуатации После завершения реализации проектов переработки всего объема жидкометаллического теплоносителя РУ БН-350 в геоцементный камень планируется выполнить комплекс работ по приведению УПН в состояние безопасного хранения, в соответствии с принятой для РУ БН 350 концепцией вывода из эксплуатации

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!