A lezárt héj ( hermetikus burkolat [1] ; védőhéj [2] [3] ; elzárás [2 ] ; hermetikus zóna [2] ; konténment az angol konténmentből [2] ) az erősáramú atomreaktorok passzív biztonsági rendszere , a fő funkciója amelynek célja a radioaktív anyagok környezetbe jutásának megakadályozása súlyos balesetek során. A konténment egy különleges kialakítású, masszív szerkezet, melyben a reaktortelep fő berendezése található . A konténment az atomerőművek építészetileg legjellegzetesebb és biztonsági szempontból legfontosabb épülete , a radioaktív anyagok és az ionizáló sugárzás terjedésének utolsó fizikai gátja [4] [5] [6] .
Szinte minden, az elmúlt évtizedekben épített erőmű védőburkolattal van felszerelve. Használatuk védelemhez szükséges nagy csővezetékek szakadásával és hűtőfolyadék elvesztésével járó belső balesetek ( eng. LOCA, Loss-of-Coolant baleset ), valamint külső események esetén: földrengés , szökőár , hurrikánok , tornádók , repülőgép-balesetek , robbanások , rakéták stb. [4] [7] .
A konténment úgy van kialakítva, hogy ellátja funkcióit, figyelembe véve minden lehetséges mechanikai, termikus és kémiai hatást, amely a hűtőfolyadék kiáramlásának és a magolvadásnak az eredménye. A konténment leggyakrabban segédberendezésekkel rendelkezik: lokalizáló biztonsági rendszerek a gőzkondenzációhoz és ezáltal a nyomás csökkentéséhez, speciális szellőzőrendszerek , amelyek szűrőkkel vannak felszerelve a jód , cézium és más hasadási termékek radioaktív izotópjaitól való tisztításhoz [8] [9] .
A reaktor típusától és a konkrét külső fenyegetésektől (például szeizmicitás) függően a konténment kialakítása nagyon eltérő lehet. A legtöbb modern konténment (körülbelül 95%) különböző méretű betonból készült , megerősített vagy feszített héjszerkezet , leggyakrabban hengeres [4] [10] .
A hermetikus burkolat egy összetett szerkezet, amely magában foglalja a nagy méretű , összetett cső- és kábelátvezetések rendszereit is. A konténment speciális műszaki felügyelet alatt áll , működésüket rendszeres teszteléssel és állami szervek általi ellenőrzésekkel . Szigorú követelmények vonatkoznak az anyagokra, a telepítésre, az üzembe helyezésre és az üzemeltetésre [4] [11] .
A világ első konténmentje a Connecticut Yankee atomerőműben ( USA ) épült, amelyet 1968 -ban helyeztek üzembe .
A reaktortelep fő berendezései a nyomás alatti vizes reaktorok konténmentjében találhatók : a reaktor, primerköri keringtető hurkok , főkeringető szivattyúk, gőzfejlesztők , valamint a központi csarnok, a kiégett fűtőelem - medence , a sarki daru , néhány segédrendszer, ill. egyéb felszerelés. Szinte minden használt konténment úgynevezett „száraz” típusú [12] [6] .
A nyomás alatti vizes reaktorok esetében a konténment fontosságát meghatározó fő tényező a primer köri csővezetékek megszakadásával járó nyomásnövekedés miatti terhelés felvételének szükségessége . A konténmentben mindig enyhe vákuumot tartanak fenn, hogy csökkentsék a lökéshullám hatását. A fő segédrendszer egy locsolórendszer , amely a kupola alatti fúvókákból hideg vizet permetez a gőz kondenzálására és ezáltal a nyomás csökkentésére [9] [13] [14] .
A vasbeton és az előfeszített héjak először az USA-ban jelentek meg. Az első, vasbeton a Connecticut Yankee atomerőműben épült, amelyet 1968 -ban helyeztek üzembe . Az előfeszítést először egy atomerőműben használta Robert E. Jinnah( 1969 -ben indult ), de csak részben, függőlegesen a falakban. A falak és a kupola teljes előfeszítését először a Palisades-i atomerőműben alkalmazták ( 1971 -ben üzembe helyezték ). Ezután kezdett egyre szélesebb körben elterjedni az előfeszített vasbeton építési gyakorlat az USA-ban, Kanadában, Japánban, Belgiumban ( Tiange Atomerőmű , 1. blokk, 1975 ), Franciaországban ( Fessenheim Atomerőmű ), 1-2. blokk, 1977 ), Szovjetunió. A szovjet reaktorépületben először a Loviisai Atomerőműben használtak VVER-440 reaktorokat Finnországban (az első blokkot 1977-ben helyezték üzembe ) , majd a Novovoronyezsi Atomerőműtől kezdve (5. blokk, üzembe helyezés 1980-ban) VVER-1000- el a Szovjetunióban épültek , hermetikus kagylókkal [12] [15] .
A nyomás alatti vizes reaktorok konténmentjei nagyok: általában 75 000-100 000 m³, szovjet és orosz projektekben 65 000-67 000 m³. Ilyen nagy térfogat szükséges a baleset során felszabaduló energia érzékeléséhez. A legtöbb esetben 0,5 MPa belső nyomásra tervezték . Két megközelítés létezik:
Más típusok, kivéve a „száraz” konténmentet, nem épültek nyomottvizes reaktorokhoz az elmúlt évtizedekben. Korábban két további típust használtak kis mennyiségben, amelyek kisebbek voltak [12] :
Geometria
A konténerek leggyakrabban henger alakúak, félgömb alakú kupolával, amely beton alapon nyugszik.
Behatolások
A konténmenten belüli berendezések számos külső segéd- és vészhelyzeti rendszerhez csatlakoznak, így a falakon keresztül kell bevezetni a csővezetékeket, kábeleket, amelyekhez a konténmentben különböző méretű , tömített cső- és kábelátvezetések rendszere biztosított. Átlagosan körülbelül 120. A legnagyobb nyílások a következők: szállítónyílás a berendezések és az üzemanyag be- és kirakodásához - körülbelül 8 méter átmérőjű; fő- és vészzárak a személyzet áthaladásához - egyenként 3 méter; gőzvezetékek áthatolása - 1,3 méter [18] .
Maximális tervezési paraméterek baleset esetén
Feszültség és erő
Egy tipikus előfeszített konténment hengeres részének feszültsége normál üzem közben átlagosan 10 MPa érintőirányban és 7 MPa függőleges irányban, ami 40 MPa nagyságrendű vasbeton szilárdságát biztosítja [18] .
Szembenézve
A belső bélés, ha van, leggyakrabban acélból készül, 6 ... 8 mm vastag. A burkolatra van szükség a tömítés javítása és a nagyobb igénybevétellel szembeni ellenállás érdekében [18] .
Anyagfelhasználás
Ezek az értékek nagymértékben változnak a projekttől függően.
Egyhéjú béléssel (körülbelül 900 MW teljesítményű tápegységhez) [18] :
Anyag | visszatartás | Bázis | Teljes |
---|---|---|---|
Beton , m³ | 8000 | 5000 | 13 000 |
Szerelvények , t | 1000 | 800 | 1800 |
Előfeszített acél , t | 1000 | — | 1000 |
Acél burkolat, t | 500 | 150 | 650 |
Kettős héj, bélés nélkül (kb. 1400 MW teljesítményű tápegységhez) [18] :
Anyag | Belső héj | Külső burok | Bázis | Teljes |
---|---|---|---|---|
Beton , m³ | 12 500 | 6000 | 8000 | 26 500 |
Szerelvények , t | 1150 | 850 | 1500 | 3500 |
Előfeszített acél , t | 1500 | — | — | 1500 |
A legtöbb forrásvizes reaktor az Egyesült Államokban, Japánban ( General Electric és engedélyesei, Toshiba és Hitachi ), Svédországban ( ABB ) és Németországban ( Kraftwerk Union ) működik.).
Valamennyi forrásban lévő vizes reaktor konténment nyomáscsökkentő rendszerrel van felszerelve. A konténment két fő részből áll - a reaktor száraz aknájából (dry box) ( angol dry-well ) és buborékoló tartályból ( angol wet-well ). A konténmenten belüli hűtőfolyadék elvesztésével járó baleset esetén a gőzt védőburkolatok (vezetők) segítségével a vízzel feltöltött buborékoló tartályba irányítják, ahol lecsapódik. Ezenkívül vannak olyan rendszerek is, amelyek vízpermettel rendelkeznek a konténmentben. Ezzel a kialakítással kapcsolatban a héjak térfogata meglehetősen kicsi - körülbelül 1/6-a a nyomás alatti vizes reaktorok "száraz" héjának méretének. Szinte minden segédrendszer a konténmentet körülvevő épületben található. Ez az épület egy második konténment szerepét tölti be ( angolul másodlagos konténment ), gyenge vákuumot tart fenn [19] [20] [21] .
A General Electric és a különböző országokban működő engedélyeseinek korai projektjeinek többsége körte alakú acél belső héjjal rendelkezik, amely elválasztja a száraz dobozt a buborékoló tartálytól. Skandináviában az ABB egységei , például Svédországban és Finnországban ( Olkiluoto Atomerőmű ) feszített vasbetonból készült, acélburkolatú, felülről acélkupolával lezárt védőburkolatokkal vannak felszerelve. Az alap és a teteje csak részben van előfeszítve. Németországban a Kraftwerk Union erőművekkezdetben acél félgömb alakú védőhéjazattal szerelték fel, majd a tervezési megoldások feszített vasbeton hengeres héjakra változtak, acél béléssel, és a felső részben további védelemmel a repülőgépek lezuhanása ellen (a Gundremmingeni Atomerőmű B és C blokkjai ). A javított forrásvizes reaktorokkal rendelkező erőművekben , amelyeket a General Electric és engedélyesei Japánban és Tajvanon építenek, a konténment a reaktor épületébe van integrálva oly módon, hogy a szerkezet teljes mérete csökken, és a szeizmikus ellenállás megnő. a tömegközéppont süllyedése miatt [19] [20] [21 ] .
A forrásban lévő vizes reaktorokban a kisebb héjméret miatt sokkal akutabb hidrogén-akkumuláció megoldására a konténmentek korai tervezésénél a száraz reaktoraknát inert gázzal (például tiszta nitrogénnel ) töltötték fel. ) használják, a későbbi projektekben hidrogén utóégető rendszereket biztosítanak [9] [22] .
Tipikus jellemzőkGeometria
Egy tipikus héj egy henger (gyakran gömb alakú vastagodással az alján), amely egy masszív födémre van felszerelve, és a tetején egy feszített betonlap található, levehető fémsapkával a reaktorhoz való hozzáférés érdekében. A belső átmérő általában 26, a magassága 35 méter, a továbbfejlesztett forrásvizes reaktorokban az átmérő 3 méterrel nagyobb, 29,5 méter magasan [23] .
Behatolások
A lyukak száma körülbelül 100, a szállítónyílás alatt (a legnagyobb lyuk a nyomás alatti vizes reaktorok héjában) hiányzik. A személyzeti zárak átmérője 2,5 méter [23] .
Maximális tervezési paraméterek baleset esetén
A tervezési paraméterek átlagosan valamivel magasabbak, mint a túlnyomásos vizes reaktorok köpenyei: a nyomás általában 0,6 MPa, a hőmérséklet 170 °C [23] .
Szembenézve
Belső bélés 6…10 mm vastag acélból [23] .
A nehézvizes reaktorokat általában CANDU néven ismerik , amely a kanadai nemzeti fókusz. Kanada ezeket a reaktorokat Dél-Koreában, Pakisztánban, Romániában, Kínában és Argentínában is építette. Egy másik állam, ahol az ilyen típusú reaktorok nemzeti trendnek számítanak, India. Ezeket is a német Kraftwerk Unió építette, például az argentin Atucha atomerőműben .
A szabványos CANDU konténment kialakításra példa a Pickering Atomerőmű négy erőforrása . A primerköri berendezést és gőzfejlesztőket tartalmazó összes hengeres héjuk egy különálló, 82 000 m³ térfogatú „vákuum” szerkezethez kapcsolódik, amelyben 0,007 MPa vákuumot tartanak fenn. Abban az esetben, ha az egyik blokk konténmentjében megnövekszik a nyomás, a csővezeték membránja eltörik , és a vészhelyzeti egység a vákuumszerkezethez kapcsolódik. Így a túlnyomás kevesebb, mint 30 másodperc alatt teljesen felszabadul, még akkor is, ha a tápegységek vészhelyzeti rendszerei meghibásodnak. Mind a konténment, mind a vákuumberendezés sprinklerrel (permetezővel) és szellőzőrendszerrel van felszerelve a gőz kondenzálására és a nyomás csökkentésére. Szintén a vákuumépületben van egy további tartály vészhelyzeti vízellátással erre a célra. A reaktorhéjak tervezési nyomása vákuumszerkezettel 0,42 MPa, anélkül pedig 0,19 MPa. A konténmentek feszített vasbetonból, a vákuumszerkezet vasbetonból készülnek. A héjak belső bélése epoxigyanta és vinil alapú gumiból készült , üvegszállal megerősítve , vákuumos szerkezet bélés nélkül. A későbbi projektekben például a kanadai Bruce atomerőműben a héjakat acéllal bélelik, a vákuumszerkezet vasbetonját pedig előfeszítik [24] [25] [26] .
Az indiai reaktorok konténmentjei más irányba fejlődtek. A kanadai reaktorokkal ellentétben az indiai burkolatok kettősek, belső bélés nélkül és hermetikus térfogatú buborékoló tartállyal. A konténment vízálló válaszfalakkal van osztva egy száraz dobozra és egy buborékoló tartályra. Baleset esetén a gőz-víz keverék a szárazdobozból a szellőzőrendszeren keresztül a buborékoló tartályba kerül, és lecsapódik. A radzsasztáni atomerőmű tömbjei ( 1981 -ben indult ) az elsők lettek Indiában feszített vasbetonból (csak a kupola, a falak vasbetonból készültek). Egy későbbi projektben, a Madrasi Atomerőműben a térfogatok szárazdobozba és buborékolóba történő szétválasztását alkalmazták. Az állomás erőgépeinek konténmentje részben kettős, a belső héj feszített betonból, a külső héjazat monolit vasbetonból készült. Az evolúció következő szakasza a Narora atomerőmű elszigetelése volt , amelynek külső héja vasbetonból készült. Ezután a Kakrapar Atomerőműben a külső kupolát eltávolíthatóvá tették, hogy lehetővé tegyék a gőzfejlesztők cseréjét. Ezt a kialakítást számos indiai erőműben alkalmazták kisebb módosításokkal [24] .
Több országban (USA, Japán, Nagy-Britannia, Franciaország, Szovjetunió) fejlesztettek és üzemeltettek gyorstenyésztő reaktorokat , de jelenleg az oroszországi Belojarski atomerőműben a világon egyedüliként, a BN . Mivel az ilyen reaktorokban a hűtőközeg folyékony fém, és nem víz, a konténment, a beton vagy acél, sokkal alacsonyabb nyomásra van kialakítva - 0,05-0,15 MPa [27] .
A gázhűtéses reaktorok ( Magnox és AGR ) a nemzeti trend az Egyesült Királyság reaktoriparában. Az ilyen reaktorok nem rendelkeznek elszigeteléssel. A bennük lévő fő berendezés a maggal egy feszített vasbeton testbe van integrálva, amely így a konténment szerepét tölti be [27] .
A 60-as években magas hőmérsékletű gázhűtéses reaktorokat építettek, és a 80-as évek végére mindegyiket bezárták. Az Egyesült Államokban a General Atomics több erőművet épített a Fort St. Vrain állomásokon.és Peach Bottom . Hengeres vasbeton konténmentek kupolával, belül egy feszített vasbeton reaktor és a fő berendezés. Tervezési nyomás - 0,35 MPa. A THTR-300-as reaktor Németországban üzemeltNukem_ _konténment nélkül, feszített vasbetonból készült hengeres reaktorral [27] .
A Szovjetunióban épített RBMK reaktorokkal felszerelt erőművekben a reaktor nagy mérete miatt nem használtak konténmenteket. A konténment szerepét a reaktor körül kialakított betondobozok rendszere látja el, amelyben a fő berendezés található, valamint egy buborékoló medence vészhelyzet esetén a gőz kibocsátására [27] [28] .
A konténmentek építésének modern trendjei főként a passzív rendszerek növelésére irányulnak, vagyis olyanokra, amelyekhez nincs szükség energiaforrásra és jelzésre a rendszerek bekapcsolásához. Az utolsó, 3+ generációs reaktorok valamennyi vészhelyzeti rendszerét aktívan ebbe az irányba fejlesztették. Jelenleg négy VVER-1200-as ( Novovoronyezhskaya Atomerőmű-2 és Leningrádi Atomerőmű-2 ) épül Oroszországban, négy AP1000 -es (a Westinghouse -tól ) Kínában és négy EPR .( Areva a Siemensszel ) Finnországban, Franciaországban és Kínában. Oroszország már új megoldásokat alkalmazott a kínai Tianwan és az indiai Kudankulam atomerőmű építésénél . A világon számos más projekt is létezik különböző cégeknél, amelyek megvalósítása még nem kezdődött el.
Minden új projektben a konténment kettős, külső a külső hatások elleni védelem és belső a primer kör nyomáscsökkentésével járó balesetek lokalizálására. A VVER-1200-ban és az EPR-ben a külső héj vasbeton, a belső héj feszített vasbeton. Az AP1000-ben a belső héj acél. Valamennyi projektben a belső és a külső héj között természetes légáramlást szerveznek baleset esetén a belső héj lehűtésére [13] [17] [29] [30] [31] .
A biztonság növelésének másik iránya a konténment védelme a nukleáris üzemanyag megolvadása és a reaktortartályon keresztül történő égése esetén. Először építettek ilyen eszközt a tianwani atomerőmű konténmentjében VVER-1000- vel ( 2007 -ben helyezték üzembe ), és elfogadták a VVER-1200-as projektekhez. Az orosz konténmentekben az olvadékcsapda a reaktor alá van építve, tokjában töltőanyag található, főleg vas- és alumínium -oxidokból [32] . A töltőanyag feloldódik a tüzelőanyag-olvadékban, hogy csökkentse a térfogati energiafelszabadulást és növelje a hőcserélő felületet, és speciális csővezetékeken keresztül víz tölti meg ezt a tömeget [17] . Az EPR-ben a csapda másképpen van megszervezve - a testen átégett olvadék egy ferde felületre esik, amely egy vízmedencébe és egy speciális kialakítású hűtött fém fenékbe irányítja. Az AP1000 -ben nincs olvadékcsapda, de van egy rendszer, amely megakadályozza az edény átégését - ilyen baleset esetén a reaktoraknát vízzel töltik meg, ami kívülről hűti az edényt [30] [31 ] ] .
A passzív biztonság területén jól ismert innováció a katalitikus hidrogén-rekombinátor. Felszerelhetők már működő blokkokra is (a világ számos atomerőművében már fel vannak szerelve), az új projekteknél a kötelező elemkészletbe tartoznak. A rekombinátorok olyan kisméretű eszközök, amelyeket sok helyen telepítenek a konténmentben, és baleset esetén a hidrogénkoncentráció csökkentését biztosítják kibocsátásával. A rekombinátorok bekapcsolásához nincs szükség energiaforrásokra és parancsokra – ha kis hidrogénkoncentrációt (0,5–1,0%) érünk el, a rekombinátorok általi abszorpciója spontán módon megindul [30] [33] .
![]() | |
---|---|
Bibliográfiai katalógusokban |