?

Log in

No account? Create an account

Fri, Mar. 2nd, 2018, 06:10 pm
Сегодня загружаем активную зону атомного реактора

Сегодня загружаем активную зону атомного реактора

    В комментарии к какому-то моему комментарию один из моих друзей написал, что он был уверен, что схема загрузки активной зоны реактора ВВЭР ядерным топливом заранее известна, рассчитана и оптимизирована. Сегодня расскажу, как это делается на практике.


   Я как раз сейчас готовлю отчет по предстоящей загрузке одного из наших блоков и все нужные программы у меня как раз под рукой. Итак, что нам заранее известно? Заранее нам известно, как должно быть расставлено топливо в активной зоне в общих чертах, начерно. Вот такая картинка является для нас отправной точкой для нашей работы.


    Здесь в каждой ячейке показан сверху тип топливной сборки (первая буква – вариант изготовления, две цифры – основное обогащение, далее признак оснащенности выгорающими поглотителями), а снизу – год работы сборки в активной зоне. Как видим, в реактор загружается 67 свежих сборок, они в большинстве своем используются две топливные кампании подряд, а некоторые, а именно 30 штук, остаются еще и на третью кампанию.

    Эта картинка, у нас называется картограмма, определяет для нас следующие вещи: места, где должны стоять свежие сборки и типы этих сборок; где должны стоят сборки второго и третьего года. Но это ограничение уже не столь строгое, а уж типы сборок второго и третьего годов работы и вовсе не фиксированы – какие мы оставим, те и будем расставлять по этим местам.

    Приступим же к формированию загрузки. Вот картограмма загрузки предыдущей кампании до перегрузки.

    Как видим, сборки второго и третьего года стояли немного не так, как предписывает нам образец, приведенный в начале. Но это допустимо, с помощью этого решались некоторые частные проблемы предыдущей кампании.

    Сначала надо выгрузить из реактора те сборки, которые мы не собираемся больше использовать. Это, конечно, во первых, те сборки, которые отработали уже по три кампании, во вторых на третью кампанию не допускаются сборки типа C44Z4 (ограничение завода-изготовителя), и, если останутся, сборки с самым высоким выгоранием (это значение показано на картограмме внизу). Программное средство, которое мы используем, не допускает пустых мест на картограмме, поэтому мы будем ставить на место выгружаемых сборок свежие. Как видно из рисунка 1 нам понадобится 24 сборки типа C49G6, 25 сборок типа C49Z4, и 18 сборок типа C44Z4 .

    Как видно из того же рисунка, сборки эти размещены симметрично. На картограмме можно выделить 6 одинаковых секторов, топливо в которых расположено одинаково. Поддержание такой симметрии сильно облегчает работу физика на АЭС, хотя догмой тоже не является. Итак, в первую очередь выгружаем сборки, отработавшие 3 кампании и сборки типа C44Z4. (Далее буду приводить количество сборок в секторе). Таких сборок ровно восемь, пять штук отработали 3 кампании и 3 – имеют неподходящий тип. 6 из них расположены симметрично, а две – одиночки. Но именно так размещаются свежие сборки типов C49G6 и C49Z4. Одну сборку последнего типа поставим в центр, заменив сборку очень низкого обогащения, которая там стояла в предыдущей кампании. Получаем такую картину.

    Осталось загрузить 18 сборок типа C44Z4 (3 штуки в секторе). Куда же их поставить? Вернее, правильный вопрос, какие сборки выгрузить? Ищем сборки с максимальным выгоранием. Делаем замену.


    Все свежее топливо пристроено в зону, самые отстойные сборки выгружены. Но, понятное дело, это еще не конец работы, ведь свежее топливо расставлено не так, как надо. Сперва поставим на свои места сборки типа C49G6 – они должны стоять симметрично. Для этого в нашей программе имеется возможность менять сборки местами – прямо с помощью компьютерной мышки. И если задать симметрию перестановок 60 градусов, меняться местами буду сразу шесть пар сборок.


    Потом поставим на свои мести и остальные свежие сборки.


    Чего еще не хватает? Конечно, топливо второго и, особенно, третьего года стоит не так. Поставим же сборки третьего года на свои места. При этом будем стараться сделать так. чтобы самые выгоревшие сборки оказались в «уголках» активной зоны – в самых крайних позициях внешнего ряда сборок каждого сектора.


    Вот, здесь подсвечены эти «уголки». Уф, работа закончена!

    Для очистки совести надо бы проверить (расчетным путем) характеристики этой новой загрузки. Для этого выведем на картограмму один из важных параметров – относительную мощность сборок и проведем расчет.


    Относительная мощность – 1.38. А допустимо 1.45. Ура, мы проходим! (Опытный глаз, конечно, сразу заметит неладное, но пойдем последовательным путем). Относительная мощность – коэффициент Kq в просторечье - не единственный параметр, который нам надо удерживать в рамочках. Да и расчет сделан только для начала кампании.

    Вот как выглядит картограмма загрузки, будучи раскрашенной в соответствии со значениями Kq.


    Запустим расчет посложнее. Будет рассчитано выгорание всей кампании, в том числе коэффициент Kq, температурный коэффициент реактивности по теплоносителю в начале кампании при всех извлеченных стержнях (коротко называемый ТКРом), эффективность регулирующей группы управляющих стержней и неравномерность мощности отдельных твэлов по всей активной зоне – так называемый коэффициент Kr. Посмотрим, что у нас получилось.

    Во первых Kq – оно сперва снижается, а потом, к середине кампании вырастает до 1.42 и снова снижается. Вот так


   Но формально – в допустимых пределах. ТКР – вон он там в окошке с параметрами, отрицателен - -0.24. Это тоже допустимо. Эффективность группы – (здесь ее не видно, она в другой распечатке) – от 0.74 до 0.80. Это тоже допустимо, можно иметь от 0.69 до 0.92. Измеряется она, кстати, в процентах реактивности.

    А вот коэффициент Kr подкачал – 1.60. А можно – не более 1.54. Придется с этим бороться.

    Кстати, такой хороший результат – 4 параметра из 5, удовлетворяющих требованиям при первой же попытке сложить загрузку – не случаен. Это результат того, что мы сразу расставили топливо в соответствии с картограммой на первом рисунке. Если бы мы ставили его абы как, методом проб и ошибок, мы бы не смогли удовлетворить ни одному из этих простых критериев. Эту картограмму разработал Научный Руководитель Проекта, а именно Курчатовский институт. Им за это и спасибо. Отклонения от этой картограммы допустимы, но делать их надо осторожно-осторожно. Не от того, что реактор взорвется, а от того, что чтобы сложить загрузку, вам придется очень и очень изрядно помучиться.

    Но что же делать с Kr-ом? Внимательно рассмотрев распечатку, видим. Что максимальный Кр достигается в сборке номер 82. Этот номер присвоен самой центральной сборке. И действительно, в ней и Kq самый большой. (А Kr, по секрету вам скажу, есть произведение этого самого Kq на коэффициент Kk, который в данном случае невелик). Может, постараться как-то уменьшить Kq в центральной ячейке? А как это сделать? Тут нам на помощь придет еще один расчетный параметр – коэффициент размножения нейтронов в бесконечной среде, рассчитываемый для каждой сборки. Выведем его на картограмму.

    Здесь я поставил kq наверх, а внизу этот самый коэффициент размножения. Чем он больше, тем сборка «свежее», производит больше нейтронов и лучше «горит». Вот, например, вокруг свежей центральной сборки стоят довольно «свеженькие» сборки с коэффициентом 1.02. Уберем их подальше, а вместо них поставим другие, «постарше».


    Вроде получше, но Kr все равно превышает… Вернем все назад.

    У нас получается, что мощные, высокообогащенные сборки с коэффициентом размножения 1.20 почти не горят на краю зоны, а «дохлые» сборки с коэффициентом 0.99 в середине горят, и очень даже хорошо.


    Предположим, что виной всему сборки, выделенные желтым маркером на картограмме. Может быть, они создают дефицит размножающих свойств на периферии? Переставим их симметричненько ближе к центру, а на их место какие-нибудь другие.


    Вот эту загрузку уже можно обсчитывать дальше. Хорошие запасы по всем коэффициентам (эффективность группы – от 0.72 до 0.75).

    Счету там еще довольно много, и тоже могут попасться параметры, не удовлетворяющие критериям. Тогда надо будет вернуться к только что описанному мною этапу и придумать, что еще переставить, чтобы параметр этот изменить и ввести в нужные рамки.

     Но и так видно, что каждая загрузка, в общем-то, индивидуальна, даже при наличии такой замечательной исходной картограммы. А уж если у вас вышла из строя кака-то сборка, и ее нужно заменить чем-то другим... Но тут Шахерезада прекращает дозволенные речи...

Mon, Mar. 5th, 2018 08:38 am (UTC)
elrond1_2eleven

Хороший пасьянс... Главное, всегда складывается.

Edited at 2018-03-05 08:38 am (UTC)

Mon, Mar. 5th, 2018 04:06 pm (UTC)
victor_chapaev

Если бы. Сходящихся вариантов мало

Mon, Mar. 5th, 2018 08:28 pm (UTC)
elrond1_2eleven

Ну я в том смысле, в каком всегда сходится виндоусный вариант "Свободной ячейки" - у вас же тоже предварительно просчитаны число и параметры потребных сборок, как там отобрано тридцать с чем-то тысяч сходящихся раскладов.