Автоматизированный поставарийный пробоотбор (АППО)

Химический анализ сред реакторов ВВЭР может дать достаточно много информации о состоянии активной зоны и систем реактора в режимах вывода из нормальной эксплуатации и аварийных режимах. Эта особенность стала одной из важнейших после аварии на АЭС «Фукусима-Дайичи» в марте 2011 г. Наиболее интересной с точки зрения определения хода аварии на ЯЭУ является именно водная среда, так как она несет наиболее полную информацию о состоянии систем аварийного блока, топлива в активной зоне и бассейне выдержки. Причем целостную картину может дать только многоканальный многоразовый отбор проб из различных точек ЯЭУ, включая защитную оболочку, аварийный бассейн (приямок) и топливный бассейн.

Применение АППО в составе систем управления авариями на реакторных установках отвечает требованиям Стандарта безопасности МАГАТЭ №SSR-2/1 от 2012 года о необходимости введения в проекты разрабатываемых и модифицируемых АЭС систем аварийного и поставарийного радиохимического и химического анализа проб технологических сред PASS (Post-Accident Sampling System) и обеспечивает:

  • биологическую защиту эксплуатационного персонала от радиоактивного излучения за счет изоляции отбираемой исходной пробы (в том числе радионуклидов, выделяющихся в газовую фазу) от окружающей среды и дистанционного автоматического управления операциями отбора и разбавления;
  • снижение суммарной радиоактивности исходной пробы до значений, приемле­мых для химического и радиохимического анализа в лабораторных условиях.

Модуль АППО в условиях проектных и запроектных аварий предназначен для дистанционного автоматизированного отбора и разбавления водой высокой чистоты в заданном соотношении 1:10, 1:100 и 1:1000 представительных исходных проб:

  • теплоносителя из корпуса реактора — 2 точки отбора;
  • воды из бака аварийного запаса борной кислоты (приямков гермооболочки реактора) — 2 точки отбора;
  • воды из бассейна выдержки и перегрузки облученного топлива — 3 точки отбора.

Используемые технические решения модуля АППО позволяют его интегрирование в системы управления авариями вновь проектируемых и действующих энергоблоков. В том числе, в условиях ограничения или потери электроснабжения энергоблока, применения пассивного теплообменника, регулятора расхода и давления «за собой», обеспечения достаточного расхода по тракту узла фасовки пробы без использования активных побудителей (насосов, устройств поддержания  внешнего избыточного давления или вакуумирования). Конструктивные особенности элементов тракта отбора и фасовки проб исключают выброс аэрозолей и растворенных в пробе газов (в том числе летучих радионуклидов) в окружающую среду и обеспечивают выделение взвешенных частиц из водной фазы с формированием пробы для дальнейшего гранулометрического, химического и изотопного анализа взвесей. Контроль представительности пробы в режиме предварительной проливки отбираемой жидкой среды в систему сбора организованных протечек или сосуд-сборник обеспечивается непрерывным измерением мощности дозы до стабилизации её значения внутри спиралевидной пробоотборной петли строгой геометрии объемом. Формирование сигнала автоматического выбора необходимой степени разбавления жидкой среды и схемы необходимых переключений по тракту фасовки по результатам оценки представительности пробы реализуется без участия оператора. При аварийных ситуациях с полной потерей электроснабжения все элементы модуля АППО могут подключаться к блоку надежного электропитания в составе блока автоматического дистанционного управления (АКУ), размещаемого в помещении постоянного пребывания персонала.

В состав технических средств нижнего уровня входят коллектор, пассивный теплообменник, шкафы подготовки и фасовки проб, размещаемые в необслуживаемых помещениях контролируемого доступа. Сигнал об окончании операции фасовки и возможности транспортировки емкости с фасованной пробой в лабораторию формируется датчиком мощности дозы, установленном в шлюзе отбора шкафа фасовки пробы, и отражается на пульте оператора блока АКУ. При нормальных условиях эксплуатации энергоблока регулярный контроль работоспособности модуля АППО и стабильности коэффициентов разбавления обеспечивается схемой калибровки петель в составе тракта фасовки с использованием нерадиоактивных стандартных образцов солевых растворов или выполнением операций разбавления образцов рабочих сред (в том числе теплоносителя из корпуса реактора) с последующим сопоставлением полученных результатов с данными регламентного контроля их суммарной радиоактивности и радионуклидного состава .

Для модуля АППО предусмотрены следующие режимы работы:

  • рабочие режимы функционирования модуля АППО:
    • автоматизированный режим отбора и фасовки пробы
    • автоматический режим отбора и фасовки пробы
    • ручной режим управления операциями отбора и фасовки пробы
    • режим аварийного завершения работы при возникновении нештатных ситуаций в рабочих режимах автоматического управления
  • вспомогательные технологические режимы:
    • режим деактивации
    • режим промывки
    • режим проверки степени разбавления
    • режим наладки
Основные технические характеристики
Температура отбираемой среды, °С до 365
Давление отбираемой среды, МПа до 17,6
Линейная скорость потока жидкой среды по тракту отбора проб, м/с не менее 1
Длина трасс линий отбора Ду10 до входа в модуль, м до 100
Тепловой запас пассивного теплообменника без водообмена не менее 8 отборов жидкой среды
Температура водной среды, отправляемой на сброс, °С не более 40
Объем разбавленной пробы жидкой среды, дм3 до 1
Пороговое значение мощности дозы для автоматической блокировки режима отбора пробы и принятия оператором решения о моменте инициализации ее разбавления после выдержки по данным радиационного контроля, мЗв/ч не более 3,0

По сравнению с известными аналогами главным преимуществом технических решений, защищенных патентом РФ № 2699141 от 04.03.2019 г. и реализованных в модуле АППО, является полное исключение ручных операций отбора и фасовки проб, требующих непосредственного контакта человека с высокорадиоактивными средами и значимого времени пребывания в необслуживаемых помещениях зоны контролируемого доступа.

Реализация каждого из режимов зависит от уровня санкционированного доступа поль­зователя к системе. Состояние системы, действия оператора и параметры технологического оборудования протоколируются на внутреннем носителе информации и доступны для по­следующего анализа. Для обеспечения вспомогательных режимов проектные решения должны предусматривать включение в состав системы аварийного отбора проб с использованием модуля АППО сосудов для приготовления и хранения дезактивирующих растворов и запаса воды высокой чистоты.

Полученные результаты испытаний опытного образца изделия в условиях крупномасштабного стенда, имитирующего рабочие теплогидравлические условия эксплуатации на энергоблоках АЭС с ВВЭР, являются достаточными для постановки изделия на повторяющееся производство с учетом отнесения к заданным конкретным проектом АЭС классу безопасности и условиям размещения.

Реализация каждого из режимов зависит от уровня санкционированного доступа поль­зователя к системе. Состояние системы, действия оператора и параметры технологического оборудования протоколируются на внутреннем носителе информации и доступны для по­следующего анализа. Для обеспечения вспомогательных режимов проектные решения должны предусматривать включение в состав системы аварийного отбора проб с использованием модуля АППО сосудов для приготовления и хранения дезактивирующих растворов и запаса воды высокой чистоты.