НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОДДЕРЖКА ЭКСПЛУАТАЦИИ АЭС С КАНАЛЬНЫМИ РЕАКТОРАМИ Драгунов Ю.Г., Петров А.А. МНТК-2010 ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «ОРДЕНА ЛЕНИНА НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И КОНСТРУКТОРСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГОТЕХНИКИ ИМЕНИ Н.А. ДОЛЛЕЖАЛЯ»

ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПО АЭС С РБМК ЗА 2009 ГОД энерговыработка – 75382,3 млн.кВт/ч (46,2% от общей выработки); коэффициент использования установленной мощности – 78,23%; коэффициент эксплуатационной готовности – 80,41%; количество нарушений – 13 (за 2008 год – 18); количество остановов со срабатыванием аварийной защиты – 7 (за 2008 год – 4). Примечание: В этот период проводились работы по модернизации и внедрению спецсистем на энергоблоках 4 Курской АЭС и 4 Ленинградской АЭС, что было связано с длительными остановами данных энергоблоков. 2

ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ НА ЭНЕРГОБЛОКАХ АЭС С РБМК, выполненные за вторую половину 2008 года – начало 2010 года при участии специалистов ОАО «НИКИЭТ» завершение работ по модернизации и реконструкции энергоблоков 4 Курской АЭС и 4 Ленинградской АЭС; разработка ОУОБ по энергоблокам 1 Смоленской АЭС и 3 Ленинградской АЭС; проведение работ по продлению срока эксплуатации энергоблока 3 Ленинградской АЭС; подготовка обоснований возможности эксплуатации энергоблоков 2 Курской АЭС, 2 и 3 Ленинградской АЭС на мощности 105% от номинальной; проведение испытаний энергоблоков 1 и 2 Курской АЭС и 2 Ленинградской АЭС на повышенной мощности. 3

Работы по внедрению КСКУЗ и других спецсистем на энергоблоке 4 Курской АЭС выполнены в рекордно короткий срок – 250 суток Модернизированный блочный щит управления 4

РАБОТЫ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ НЕЙТРОННО-ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И УЛУЧШЕНИЮ ТОПЛИВОИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕАКТОРОВ За период г. завершена модернизация активных зон с внедрением КСКУЗ на энергоблоках 3 Ленинградской АЭС, 3 и 4 Курской АЭС. Продолжалась замена органов регулирования СУЗ на кластерные. Проведены расчетно-экспериментальные исследования нейтронно-физических характеристик реакторов. Модернизация активных зон привела к улучшению нейтронно- физических характеристик и повышению ядерной безопасности реакторов. Изменения нейтронно-физических характеристик реактора на номинальном уровне мощности после модернизации активных зон показаны на примере энергоблока 4 Курской АЭС. 5

Нейтронно-физические характеристики реактора энергоблока 4 Курской АЭС (первое значение – по состоянию на март 2010 г. / второе – перед модернизацией в июле 2008 г.) 1.Эффективность АЗ – 3,6 β ЭФ / 2,4 β ЭФ 2.Эффективность АЗ, с учетом отказа одного наиболее эффективного органа – 3,28 β ЭФ / 2,06 β ЭФ 3.Эффект реактивности при обезвоживании КОСУЗ – 0,54 β ЭФ / 1,1 β ЭФ 4.Эффективность системы БСМ-СУЗ – 11,3 β ЭФ / 11,4 β ЭФ 5.Подкритичность расхоложенного разотравленного реактора с извлеченными регулирующими органами АЗ – 3,7% / 3,0% 6.Среднее выгорание топлива в АЗ – 14,76 МВт·сут/кг / 14,1 МВт·сут/кг 6

Внедрение кластерных регулирующих органов (КРО) на реакторах РБМК Год из программы внедрения КРО на реакторах РБМК

АЭС э/блока Количество КРО, шт. (по состоянию на март 2010 г./при полном переводе) Курская 173/ / / /166 (перевод завершен) Ленинградская 196/ / / /165 Смоленская 1155/ / /166 Итого: 1296/1700 Количество КРО в модернизированной системе КСКУЗ на реакторах РБМК

ПЕРЕВОД ЭНЕРГОБЛОКОВ РБМК-1000 НА УРАН-ЭРБИЕВОЕ ТОПЛИВО ПОВЫШЕННОГО ОБОГАЩЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК РЕАКТОРОВ 2001 год2009 год Рост энерговыработки выгружаемого топлива на различных АЭС Изменение суммарного количества ДП и средней энерговыработки топлива 9

Изменение требований к конструкции ТВС РБМК-1000 с внедрением ТВС нового поколения Конструкция ТВС РБМК-1000 штатная ТВСТВС нового поколения Среднее обогащение топлива по ТВС 2,8%3,0% Глубина выгорания топлива 30 МВтсут/кгU (3380 МВт сут/ТВС) 35 МВтсут/кгU (4000 МВт сут/ТВС) Назначенный срок службы 8 лет10 лет Относительное число отказов твэлов на энергоблок в год, не более - (1÷2)10 -5 Конструктивные особенности ТВС РБМК-1000 нового поколения Профилирование обогащения топлива по высоте ТВС Комплектация ТВС хвостовиком-фильтром Центральное закрепление твэлов 10

Комплектация ТВС хвостовиком-фильтром Рабочее положение фильтрующего элемента Фильтрующий элемент во «всплывшем» состоянии Зависимость перепада давления от расхода теплоносителя при рабочем и «всплывшем» состоянии фильтрующего элемента 11

Перспективная конструкция ТВС РБМК-1000 нового поколения Топливные таблетки 2,5% обогащения с содержанием эрбия 0,3% (длина 935 мм) Топливные таблетки 3,2% обогащения с содержанием эрбия 0,7% (длина 2590 мм) Опорные решетки, обеспечивающие центральное закрепление твэлов Хвостовик-фильтр 12

РАСЧЕТНО-АНАЛИТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РАБОТЫ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ РАСЧЕТНЫХ КОДОВ разработка оперативного трехмерного нейтронно- теплогидравлического кода на основе ПК SADCO (внедрение на энергоблоке 2 Ленинградской АЭС в 2010 г.); разработка ПК и расчетных моделей для трехмерных прецизионных нейтронно-физических расчетов реакторов РБМК методом Монте-Карло; проведение экспериментальных исследований на стенде ТКР (ЭНИЦ) хрупкого разрушения ТК и возможности зависимого разрушения соседних каналов (для верификации кода U_STACK); на стенде ПСБ-РБМК (ЭНИЦ) выполняется серия экспериментов в поддержку верификации расчетного кода RELAP5/Mod

Моделирование хрупкого разрушения ТК РБМК на стенде ТКР (совместная работа ЭНИЦ, ИЦП МАЭ и НИКИЭТ) Цель:получение информации о характеристиках высокодинамичных теплогидрвлических и структурно-механических процессов в кладке РБМК при хрупком разрушении трубы ТК. Результаты измерений предназначаются для верификации расчётных кодов и демонстрации поведения кладки и ТК вокруг разрыва в условиях инцидента с хрупким разрушением ТК. В методических опытах (стенд ТКР-Ф) и в полномасштабном эксперименте (стенд ТКР) выполнены следующие измерения: теплогидравликаструктурная механика давление в ТК пульсация давления в ТК температура среды в ТК температура в графитовой кладке температура аварийной трубы ТК расход теплоносителя в тракте аварийного ТК перемещение блоков периферийных колонн осевые деформации труб ТК окружения разрыва ускорения блоков периферийных колонн 14

Модуль реакторной кладки стенда ТКРХарактеристики опыта Параметры каналов охлаждения: давление – 8,0 МПа; температура на входе – 295°С; температура на выходе – 285°С; температура графита – 280°С. Разрыв аварийного ТК произошел при давлении 7,97 МПа и температуре 246°С. масштаб по нивелир- ным отметкам – 1:1; количество колонн – 45; давление в ТК – до 10 МПа; давление под кожухом – до 0,07 МПа; температура – до 300°С Температура и давление в аварийном ТК Расход теплоносителя в подводящем трубопроводе Моделирование хрупкого разрушения ТК РБМК на стенде ТКР (совместная работа ЭНИЦ, ИЦП МАЭ и НИКИЭТ) 15

Результаты обследования Зона разрушения в кладке МРК стенда ТКР Характер разрушения трубы ТК при моделировании хрупкого разрушения (стенд ТКР-Ф) Моделирование хрупкого разрушения ТК РБМК на стенде ТКР (совместная работа ЭНИЦ, ИЦП МАЭ и НИКИЭТ) 16

Эксперименты на стенде ПСБ РБМК для верификации теплогидравлических кодов Основные фактические параметры стенда ПСБ РБМК: масштаб по нивелирным отметкам – 1:1 количество петель – 1 число модельных ТВС – 4 электрическая мощность – 1300 КВт максимальный расход теплоносителя через контур – 67 кг/с температура питательной воды – °С максимальное давление в сепараторе – 10 МПа 1 - сепаратор; 2 - технологические конденсаторы; 3 - экспериментальные каналы; 4 - опускной трубопровод; 5, 6 - раздаточный групповой коллектор; 7 - напорный коллектор; 8 - баллоны САОР; 9 - насосы; 10 - всасывающий коллектор 17

ЭкспериментыОсновные результаты Отвод остаточных тепловыделений реактора при длительном обесточивании собственных нужд станции, в том числе при срабатывании и последующем незакрытии ГПК Смоделировано двухфазное течение в сложном контуре в условиях естественной циркуляции (ЕЦ), сопровождающееся низкочастотными колебаниями расхода. Достигнуты условия срыва ЕЦ, осушения экспериментальных каналов и роста температур моделей ТВС и стенок каналов. Разрыв паропровода за пределами помещений системы локализации аварии с обесточиванием собственных нужд энергоблока Смоделирована естественная циркуляция в сложном контуре в условиях достаточно быстрого снижения давления. Режим характеризуется осцилляцией общеконтурного расхода и всплесками температур моделей ТВС, подавленных за счет включения модели САОР. Разрывы коллекторов и подводящих трубопроводов (НК, РГК, опускная труба), включая частичные разрывы РГК и режимы с наложением отказов арматуры и насосов САОР Получены данные о динамике давления в контуре циркуляции и уровня в сепараторе в условиях большой, средней и малой течи. Смоделирована работа быстродействующей САОР и САОР длительного действия. Смоделированы процессы разогрева, повторного увлажнения и охлаждения твэлов. Эксперименты на стенде ПСБ-РБМК для верификации теплогидравлических кодов 18

ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ И ЭЛЕМЕНТОВ АКТИВНЫХ ЗОН РЕАКТОРОВ НА ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНОМ ЭТАПЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ Исчерпание хода телескопического соединения трактов (ТСТ) (наибольшие объемы работ на ЛАЭС-1, 2; КуАЭС-1; САЭС-1). Возможное искривление ячеек ТК и каналов СУЗ (на всех реакторах после 35 лет эксплуатации). Удлинение ТК (наиболее актуально для ЛАЭС-1, 2; КуАЭС-1, 2; САЭС-1, где установлены сильфонные компенсаторы старой конструкции и в меньшей степени для других блоков, где такие компенсаторы могут быть установлены частично). Увеличение внутреннего диаметра ТК (все энергоблоки, после 20 лет эксплуатации ТК второго комплекта). Причины: осевая радиационно-термическая деформация графитовых блоков; накопление радиационно-термических напря- жений в графитовых блоках, приводящее к их растрескиванию и, как следствие, искривлению графитовых колонн с ТК и каналами СУЗ; осевая и диаметральная деформации ТК, приводящие к исчерпанию хода нижних сильфонных компенсаторов, ухудшению теплоотдачи от ТВС и увеличению уровней их вибраций. 19

Технические мероприятия для обеспечения работоспособности элементов и оборудования активных зон реакторов в период эксплуатации с 35 до 45 лет 1.Мониторинг состояния графитовых кладок, в том числе наличия запаса хода ТСТ, искривления графитовых колонн, ТК и каналов СУЗ. 2.Своевременное превентивное устранение выявленных отклонений (восстановление запаса хода ТСТ, сохранение работоспособности исполнительных механизмом СУЗ, замена сильфонных компенсаторов и ТК с внутренними диаметрами, превышающими критические значения). 3.Проведение НИР и ОКР для улучшения прогнозирования поведения ТК и графитовых кладок, качества и условий измерений; снижения трудоемкости и дозозатрат при проведении контроля критических параметров; уточнения методик расчета и предельных значений критических параметров; разработки новых технологий восстановительных ремонтов. 20

СОСТОЯНИЕ ДЕЛ ПО ПРОБЛЕМЕ РАСТРЕСКИВАНИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ (СС) Ду300 ПО МЕХАНИЗМУ МКРПН 1.Количество сварных соединений постоянно растет за счет новых СС, образованных при ремонтах. На всех энергоблоках РБМК-1000 с 1998 по 2010 г. количество СС возросло на 2865 шт. (~20%). 2.Количество дефектных СС не сокращается. Процент дефектных СС от числа проконтролированных: ЛАЭС (1-ое поколение):3,3 – 4,5% ЛАЭС (2-ое поколение):8,3 – 14,0% КуАЭС:3,9 – 4,7% САЭС:1,6 – 3,2% 3.Проблемы контроля СС, не находящие решения уже несколько лет: отсутствие методик и аппаратуры для контроля недоступных для УЗК СС (~3% от общего количества СС); отсутствие аттестованных УЗК методик для автоматизтрованного контроля СС с односторонним доступом (около 30% от общего количества СС); неудовлетворительная выявляемость всеми применяемыми методиками трещин осевой ориентации, расположенных поперек СС, и трещин в литом металле СС. 21

Предложения по решению проблемы растрескивания сварных соединений Ду300 по механизму МКРПН 1.Доработать технологические процессы компенсирующих мероприятий по предотвращению МКРПН (высокотемпературная термообработка, перераспределение остаточных напряжений путем механического обжатия, ремонт методом наплавки, усовершенствованная сварка) и ремонтные технологии по результатам их внедрения и опыта применения. 2.Организовать централизованное административное и техническое управление процессом решения проблемы растрескивания СС Ду Последовательно, с учетом уже определенных приоритетов, выполнить «Программу работ по завершению решения проблемы сварных соединений аустенитных трубопроводов Ду300 РУ РБМК-1000». 4.Проводить мониторинг реального эффекта внедряемых технологий для определения возможностей снижения объемов и периодичности эксплуатационного контроля. 22

Вывод из эксплуатации энергоблоков 1 и 2 Белоярской АЭС Устранение дефицитов безопасности при хранении ОЯТ в БВ 1,2 Подготовка к вывозу ОЯТ с Белоярской АЭС Подготовка к выводу из эксплуатации энергоблоков 1 и 2 Белоярской АЭС - обоснование безопасности при хранении ОЯТ в БВ; - разработка и внедрение системы нейтронного и гамма сканирования кассет с ОЯТ - очистка реакторных шахт от длинномерных изделий (технология, оборудование); - проект обеспечивающих систем для разделки кассет на топливную и нетопливную составляющие; - обоснование безопасности на этапах удаления ОЯТ с энергоблоков - разработка системы контроля графитовых кладок с просыпями топлива; - создание и совершенствование 3D базы данных по выводу из эксплуатации 23

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ 1.Разработать и реализовать комплексную программу НИОКР, результаты выполнения которой позволят усовершенствовать методики оценки остаточного ресурса критических элементов реакторной установки на заключительном этапе эксплуатации. 2.С использованием улучшенных методик разработать для каждого энергоблока программу эксплуатации, позволяющую обеспечить оптимальные технико- экономические показатели, прогнозировать необходимый объем эксплуатационного контроля и восстановительного ремонта с тем, чтобы обеспечивать безопасность и работоспособность элементов активных зон реакторов на всех этапах дополнительного срока эксплуатации реакторных установок. 24