Реактор MAGNOX на естественном уране с графитовым замедлителем

Особенности конструкции реакторов типа Magnox показаны на примере, построенных в Великобритании реакторов для АЭС мощностью 1190 МВт (эл.) в Вильфе Хед, Северный Уэльс, имеющей два энергетических блока. Эта АЭС начала работать в январе 1971 г.

Первые реакторы типа Magnox имели большой сферический корпус из нержавеющей стали, удерживающий высокое давление и связанный каналами с установленными вне его парогенераторами. Создание конструкции стального корпуса с размерами, необходимыми для размещения в нем большой активной зоны реактора Magnox, представляет довольно сложную техническую задачу, и единичные мощности последних реакторов этого типа практически подошли к пределу возможности изготовления корпусов необходимых размеров. Дальнейшее увеличение размера корпуса реактора оказалось возможным только при изготовлении его из предварительно напряженного бетона. В таком корпусе размещается весь первый контур, включающий активную зону, циркуляционные насосы и парогенераторы. Интегральная компоновка оборудования в массивном бетонном корпусе и высокая надежность последнего по отношению к любым катастрофическим разрушениям ослабили требования к месторасположению АЭС. В результате более поздние АЭС с AGR, корпус которых сделан из предварительно напряженного бетона, размещены в районах с высокой плотностью населения. Эта концепция имеет значительные преимущества с точки зрения

компактности установки, а также экономики и безопасности АЭС, но потребовались большие усилия, чтобы решить проблему защиты бетона от возможности его контактов с горячим газовым теплоносителем. Эта задача была решена установкой с внутренней стороны стенки корпуса стальной оболочки, охлаждаемой водой. Для установки газодувок и парогенераторов предусмотрены проходки.

На рис. 33. показана схема компоновки первого контура реактора на АЭС в Вильфе. Диаметр внутренней сферической поверхности бе- тонного корпуса равен 293 м, а минимальная толщина бетонной стен- ки корпуса составляет 3,3 м. Внешний профиль корпуса представляет собой ряд цилиндрических поверхностей. Предварительное сжатие бе- тона осуществляется тремя системами металлических стяжек.

Рис. 33. Поперечное сечение реактора Magnox: 1 – корпус реактора; 2 – твэлы; 3 – графитовый замедлитель; 4 – загрузочные каналы; 5 – система направляющих труб; 6 – каналы с предохранительными клапанами; 7 – крышка; 8 – загрузочное устройство; 9 – нейтронная защита; 10 – парогенератор; 11 – радиальная решетка; 12 – газодувка; 13 – двигатель газодувки; 14 – струны, создающие предварительное натяжение бетона; 15 – нагревательная камера; 16 – люк для доступа персонала; 17 – канал для CO2; 18 – опорные колонны; 19 – паропроводы и трубопроводы для питательной воды

Первая из них состоит из набора обручей, охватывающих внешние стенки корпуса и скрепленных 16 вертикальными стяжками. Вторая система стяжек проходит в вертикальных плоскостях через боковые стенки, а третья система стягивает верхнюю и нижнюю крышки корпуса. В каналах и стенках корпуса установлены четыре одноступенчатые осевые газодувки, нагнетающие газовый теплоноситель в общую камеру и затем через входной кольцевой канал в активную зону реактора. Пройдя через активную зону, СO₂ при температуре 414 °С выходит через верхний кольцевой канал и поступает в парогенераторы, которые установлены с внешней стороны боковой защиты реактора. Давление в контуре поддерживается на уровне 2,8 МПа.

Необходимость насколько возможно уменьшить размеры корпуса реактора привела к разработке компактной конструкции парогенерирующей установки. Поэтому был выбран паровой цикл с одним уровнем давления с компактным одноходовым парогенератором, в котором экономайзер, испаритель и перегреватель пара расположены вдоль од- ной оси вплотную друг за другом. Такая конструкция позволила исключить дополнительные проходки через стенку корпуса реактора, которые были бы необходимы в случае системы с двумя уровнями давления. Парпаровой подогреватель обеспечивает необходимую сухость пара, отбираемого из турбины.

Внутренняя поверхность корпуса защищена стальной газонепроницаемой оболочкой толщиной 19 мм. К внешней поверхности этой оболочки приварены трубы, по которым прокачивается вода, отводящая теплоту. Защита парогенераторов от нейтронного и y-облучения обеспечивается двумя концентрично расположенными баками с водой, между которыми установлены стальные плиты и графитовые блоки.

Конструкции активной зоны и защиты опираются на радиальную решетку, установленную на роликах в корпусе реактора. Твэлы с естественным ураном вставлены в вертикальные каналы в графитовых блоках, собранных в конструкцию диаметром 17,4 м и высотой 9,2 м. 6150 каналов образуют квадратную решетку с шагом 19,7 см. Твэлы с металлическим ураном представляют собой цилиндрические стержни диаметром 28 мм и длиной 1 м. В каждом канале размещены 8 таких стержней друг за другом вдоль оси канала. Урановые стержни заключены в оболочку, сделанную из сплава А1-80 Magnox. На поверхности оболочки предусмотрено «елочное» оребрение, фиксирующее твэлы в каналах (рис. 34). Поверхность твэлов разделена на четыре сектора ря- дом выступов, которые обеспечивают центровку твэла в канале и препятствуют его изгибу. Ребра на поверхности твэла расположены таким образом, чтобы обеспечить пространство для прохода газа в примыкающих секторах. Формы двух соседних секторов представляют собой зеркальное отражение друг друга. Это обеспечивает устойчивость твэлов в потоке газа.

Реактор в Вильфе, как и все реакторы типа Magnox, перегружается под нагрузкой. Перегрузочная машина установлена на верхней горизонтальной поверхности реактора. Доступ в активную зону обеспечивается через загрузочные каналы, проходящие через верхнюю крышку. Каждый из загрузочных каналов оборудован вращающимся загрузочным желобом, позволяющим обслуживать несколько топливных кана- лов через один загрузочный канал. В отличие от первых АЭС с реакторами Magnox на АЭС в Вильфе нет бассейна для хранения отработанных твэлов. Твэлы хранятся в вертикальных герметичных трубах в атмосфере СO₂. Их охлаждение обеспечивается естественной конвекцией воздуха.

Рис. 34. Твэл реактора Magnox: 1 – подставка из спрессованного алюминия; 2 – оболочка из сплава Magnox; 3 – винтообразное ребро; 4 – продольное ребро; 5 – трубка-подставка из графита; 6 – фланец из сплава Magnox

Изменение реактивности при выгорании топлива компенсируется выравнивающими выгорающими поглотителями, которые загружаются перегрузочной машиной. Секторное регулирование реактора обеспечивается 32 стержнями из малоуглеродистой стали, работающими в автоматическом режиме. Это обеспечивает контроль температуры газа на выходе из 16 зон. Для компенсации большого изменения реактивности при запуске остановленного холодного реактора и его выходе на полную, мощность используются стержни из борированной стали, полный вес реактивности которых составляет 6,5 %.

Г.Н. Колпаков, О.В. Селиваникова
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
КОНСТРУКЦИИ ТВЭЛОВ, КАНАЛОВ И АКТИВНЫХ ЗОН ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕАКТОРОВ

Обсудить на форуме