2. Організація робіт з ядерним паливом
2.1 Загальні положення
Під організацією робіт з ядерним паливом на АЕС зазвичай розуміють весь комплекс робіт, виконуваних з ТВС. ПС СУЗ. СВП. Сюди включають:
- організацію замовлення на поставку ТВС (ПС СУЗ) з заводу
Власне процес експлуатації ядерного палива на АЕС починається з організації його замовлення, коли вирішуються такі основні завдання:
Ці завдання є для АЕС завданнями перспективного планування, при вирішенні яких необхідно врахувати фактор часу, який визначається дискретним характером споживання ядерного палива на АЕС. Дискретний характер топливоиспользования визначається тривалістю паливного циклу і календарним часом роботи паливних збірок в ядерному реакторі. Вартість завантажується в реактор (в чергову перевантаження) палива переноситься на вартість вироблюваної електроенергії (окупається) протягом довгого часу і частково. Частина палива знаходиться в обігу, тобто зберігається без перенесення його вартості на вартість електроенергії. Процес надходження свіжого палива на АЕС і його зберігання в УСТ йде протягом поточного року відповідно до замовлення, в той час як його витрата (завантаження в реактор) здійснюється дискретно (один раз на рік на блок). Схема замовлення може бути організована так, що все паливо, необхідне для чергової завантаження, може бути поставлено на АЕС з заводу безпосередньо перед його завантаженням у реактор. Але в цьому випадку створюються важкі умови для АЕС, яка повинна виконувати певні роботи з приймання ядерного палива і підготовці його до завантаження в реактор. Термін початку перевантаження реактора визначається графіком роботи АЕС протягом року до перевантаження, а кількість завантаженого свіжого палива - графіком роботи майбутньої паливного завантаження і кількістю ТВС, завантажених в попередні паливні кампанії. Необхідність знання графіка наступних завантажень (на 1-3 роки вперед) створює додаткові труднощі при формуванні замовлення.
Розробка схеми замовлення і отримання ТВС (ПС СУЗ) тісно пов'язана з плануванням термінів перевантаження ядерного палива в реакторі.
Розрахунок паливних завантажень - один з найважливіших етапів в організації режимів топливоиспользования на АЕС. Основне завдання розрахунку паливного завантаження - отримання схеми перестановки ТВЗ при перевантаженні, а також нейтронно-фізичні характеристики майбутнього паливного циклу. При цьому в якості вихідних параметрів для розрахунку задають ряд величин, одна з яких - необхідна тривалість роботи майбутньої паливного завантаження, яка вимірюється в ефективних добі. Решта умов проведення розрахунків при виборі схеми черговий паливного завантаження забезпечують безпечну експлуатацію ТВС протягом паливного циклу. До них відносяться:- необхідна підкритичність активної зони в різних станах;
- достатня ефективність органів аварійного захисту і керуючої групи ПС СУЗ;
- наявність негативних коефіцієнтів реактивності по температурі води і палива, а також по потужності;
- неперевищення допустимої потужності в максимально напружених ТВС і ТВЕЛах;
- інші НФХ активної зони.
Ці та інші параметри визначаються в процесі проведення розрахунків і порівнюються з встановленими межами. Після цього робиться висновок про допустимість використання обраній схеми перевантаження.
Для зручності проведення розрахунків і складання схем перестановок ТВС все осередки активної зони пронумеровані. Нумерація осередків ТВС може бути виконана як для всієї активної зони в цілому (№1-163), так і для окремих симетричних частин (30 0. 60 0. 120 0 симетрії). Нумерація осередків активної зони проводиться на відповідних картограма. При цьому в осередках з однаковими номерами, але знаходяться в різних секторах симетрії, повинні перебувати ТВС з однаковими розмножуються властивостями. В принципі в ці осередки можуть бути встановлені ТВС різного початкового збагачення, але при цьому у них повинна бути різна ступінь вигоряння. Це забезпечує рівномірність розмножуючих властивостей. На практиці такі операції використовують, наприклад, при заміні негерметичних ТВЗ, коли замість негерметичной ТВС в її осередок встановлюють вигорілий або свіжу ТВС, близьку по розмножуються властивостями з негерметичной. На малюнку 2.1 як приклад представлена схема завантаження ТВЗ і перестановки вигорілих ТВС для сектора симетрії 60 0 активної зони. Зі схеми випливає, що з осередки №3 вивантажується в БВ (на зберігання) відпрацювала ТВС, а на її місце завантажується ТВС з осередку №15. Свіжі ТВС (з чохла для свіжого палива, встановленого в БВ) встановлюються в осередки активної зони з №6,17,22,24,25,10,19 (для сектора симетрії 60 0).
Розрахунок схеми перестановки ТВЗ може бути виконаний таким чином, що необхідно проводити внутрішні перестановки частково вигорілих ТВС з комірки в комірку. Число цих перестановок сильно впливає на загальний обсяг операцій з ядерним паливом в ППР і, отже, на загальний час перевантаження реактора.
Для проведення перевантаження ядерного палива (відповідно до обраної схеми) розробляється "Робочий графік перевантаження", який є основним документом при проведенні операцій з переміщення ТВЗ (ПС СУЗ, СВП) в процесі перевантаження реактора. В "Робочому графіку перевантаження" (РГП) нумерація осередків, взята зі схеми перестановок, перетворюється на координати перевантажувальної машини цих осередків активної зони і БВ. Таким чином, кодується кожна операція з переміщення ТВЗ (ПС СУЗ) в межах активної зони і БВ.
По кожній операції з переміщенням ТВЗ (ПС СУЗ) в РГП вказані номер і тип ТВС (ПС СУЗ), координати осередку активної зони або БВ звідки витягується ТВС (ПС СУЗ), а також осередки, куди встановлюються переміщувані ТВС (ПС СУЗ). Особа, відповідальна за проведення перестановок ТВС (ПС СУЗ), робить відповідний запис в РГП. Залежно від того, чи проводиться повне вивантаження активної зони або її часткова перевантаження, чи буде проводитися КМО і відправка відпрацьованого палива на завод регенерації, різними за обсягом бувають і графіки перевантаження. При підготовці РГП враховується наявність вільних осередків в БВ, терміни проведення вивезення відпрацьованого палива з БВ, обсяги проведення КГО і т.д. Ці фактори іноді диктують необхідність проведення додаткових перестановок ТВС (ПС СУЗ) в БВ. При здійсненні повного вивантаження активної зони (1 раз в 4 роки) на перших етапах виконується вивантаження ТВЗ в БВ з урахуванням симетрії активної зони і типів ТВЗ. Це означає, що спочатку вивантажують, наприклад, тільки ТВС одного типу з симетричних осередків, потім вивантажують ТВС іншого типу, але також з симетричних осередків. Завантаження ТВС (після закінчення ремонту) в реактор здійснюється групами за типами ТВС з розміщенням цих груп по симетричним осередкам активної зони відповідно до картограмою майбутньої паливного завантаження. Першою (після проведення повного вивантаження активної зони) завантажується центральна ТВС, далі формується її оточення. Свіжі ТВС завантажуються упереміш зі зворотним завантаженням відпрацьованих ТВЗ, але призначених для подальшої експлуатації на 2-4 рік роботи. При виконанні часткового перевантаження велику кількість часу займають внутрішні перестановки в реакторі частини вигорілих ТВС, призначених для подальшої роботи. Проводиться заміна ПС СУЗ (що виробили свій ресурс) на свіжі, витяг відпрацьованих СВП, перестановка ПС СУЗ з одних ТВС в інші, які будуть в результаті внутрішніх перестановок встановлені в осередку активної зони в яких за проектом повинні бути розміщені ПС СУЗ.
Отримання і переміщення ТВЗ (ПС СУЗ) здійснюється відповідно до технологічних схем руху ядерного палива на АЕС з використанням проектних транспортно-технологічних способів поводження з ТВС (ПС СУЗ). Схеми потоків ядерного палива мають особливу важливість при організації обліку ТВС (ПС СУЗ). Схема руху ТВС на Калінінської АЕС складається з декількох етапів:
На першому етапі контейнери зі свіжими ТВЗ вивантажуються із залізничних вагонів в приміщення вузла свіжого палива (УСТ) і встановлюються у вигляді стелажів.
Далі свіжі ТВС витягуються з транспортних контейнерів і розміщуються в спеціальних чохлах для свіжого палива.
На наступному етапі завантажений чохол зі свіжим паливом (через транспортний люк зв'язку УСТ з транспортним коридором) вилучають із УСТ і переміщається (за допомогою самохідної залізничної платформи) під люк зв'язку центрального залу реакторного відділення і транспортного коридору. За допомогою крана центрального залу реакторного відділення чохол зі свіжими ТВЗ встановлюють в універсальне гніздо басейну витримки (БВ). Потім за допомогою перевантажувальної машини свіжі ТВС встановлюються в реактор відповідно до обраної схеми перевантаження.
Наступний етап (після отримання свіжого палива і його підготовці до завантаження) звернення з ТВС - це проведення перевантаження ядерного палива із завантаженням свіжих ТВЗ в реактор, вивантаженням в БВ і перестановкою відпрацьованих ТВЗ в реакторі, перестановкою і заміною ПС СУЗ, вивантаженням відпрацьованих СВП.
Після трирічної витримки ТВС в БВ проводиться заключний етап в схемі руху ТВС на КлнАЕС - відправка відпрацьованих ТВЗ на завод регенерації.
Більш докладно роботи з ТВС, характеристики обладнання і т.д. викладені у відповідних розділах курсу. Питання, пов'язані з вигоранням ТВС при роботі реактора, в даному курсі не розглядаються.