Transcript Pugachev
1 ая Международная выставка и конференция «Атомная энергетика и Промышленность» KazAtomExpo
Установка переработки натриевого теплоносителя реакторной установки БН-350
Авторы: Васильев И.И., Плещенкова Л.К., Пугачев Г.П., Ровнейко А.В.
19-21 мая 2010 года АСТАНА КАЗАХСТАН
Реакторная установка БН-350
БН-350 - первый в мире опытно-промышленный реактор на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем.
Проектная тепловая мощность составляет 1000 МВт.
Физический пуск осуществлен 29.11.1972 г.
Энергетический пуск осуществлен 16.07.1973 г.
Остановлен 16.03.1998 г.
Постановлением правительства РК решение о снятии с эксплуатации принято 22.04.1999 г.
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-350.
2. 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.
5. Мероприятия по подготовке зданий, сооружений и инженерных систем РУ БН-350 к безопасному длительному хранению.
Оценочные объемы натрия для переработки
первый контур второй контур
-
610 м
3 ,
570 м
3 ,
сплав натрий-калий (эвтектика) - 20 м
3
Оценочные объемы геоцементного камня
Переработка 1 куб.м Na
первый контур второй контур -
6,4 куб.м обходов
3900 м
3
, или 2603 НЗК
3650 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); Изготовлено и смонтировано оборудование для сверления напорного коллектора реактора и выполнено уникальное 280…300ºС для выполнения проекта по дренированию теплоносителя; сверление на глубине более 13,4 м в натриевой среде с температурой 30.11.2004 - 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; 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; 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) ; Успешно реализуется проект УПН и УП ГЦК по утилизации натрия первого контура
Очистка теплоносителя 1-го контура от Cs-137 Сорбент RVC внутри ловушки
Цель проекта: снижение количества радиоактивного цезия в первом контуре реакторной установки БН-350.
Начальная активность цезия в 1 контуре: 3,7
10 14 Бк (10000 Ки), – 7,25
10 8 удельная активность Бк/кг натрия или ( 19 мКи/кг) Удельная активность натрия 1 контура после завершения процесса очистки снижена в 2000 раз: 3,7
10 5 Бк/кг (10 мкКи/кг)
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 350. 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; 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-350.
7. 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.
Система радиационного контроля Просмотр активности
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. 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.
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