III. IRODALMI ÁTTEKINTÉS
III.1. A paksi atomerőmű működési elve
A Paksi Atomerőmű 4 db VVER-440 V213 típusú blokkból épül fel. A név a
"víz-vizes energetikai reaktor" orosz megfelelőjének rövidítéséből adódik, a "440" szám pedig arra utal, hogy egy atomerőművi blokk eredeti névleges villamos teljesítménye 440 MW. Az egyes blokkokon végrehajtott teljesítménynövelésnek köszönhetően ma már minden blokk 500 MW névleges teljesítményen üzemel. A VVER-440 V213 típusú reaktorok a nyomottvizes reaktorok (PWR) csoportjába tartoznak. A paksi atomerőmű reaktorainak üzemanyaga 235U-ban enyhén dúsított urán-dioxid (UO2). A blokkok könnyűvizes hűtéssel és moderálással (neutronlassítással) rendelkeznek. A kétkörös atomerőművi blokkok egy úgynevezett radioaktív primer körből és egy a normál üzemi állapotban inaktív szekunder körből állnak. A primer kör feladata a szabályozott nukleáris láncreakció során a reaktor aktív zónájában keletkező hőenergia felvétele és átadása a szekunderköri víznek. A szekunder körben történik a reaktorban megtermelt hő átalakítása mozgási, majd villamos energiává. [5, 6].
III.1.1. A primer kör
A primer kör feladata a maghasadás láncreakciójának szabályozása, a keletkező hő felvétele és átadása, valamint a gőzfejlesztőkben a turbinák üzemeléséhez szükséges száraz telített gőz előállítása [5, 6].
A primerkör fő berendezése a függőleges elhelyezésű, hengeres reaktortartály, amelyben az aktív zóna található. (A tartály magassága 13,75 m, külső átmérője 3,84 m.) A tartályon különböző magasságban helyezkedik el a hűtőközeg be- és kivezetésére szolgáló hat belépő és hat kiömlő csőcsonk. A reaktor üzemanyaga urán-dioxid (UO2), amit hengeres pasztillákká préselnek. Az uránpasztillákat cirkónium-nióbium ötvözetből készült, vékony falú csőbe helyezik el, hélium-gázzal töltik fel majd hermetikusan lezárják. Az üzemanyag pasztilla és a burkolat együtt jelentik a fűtőelempálcát. A fűtőelempálcákat kötegekbe rendezik, a fűtőelem kötegek (kazetták) hatszög keresztmetszetűek. Egy kazetta 126 db fűtőelem-pálcát tartalmaz. A kazettákban lévő UO2 üzemanyag 235U tartalma 1,6; 2,4; vagy 3,6 %. A paksi
atomerőműben jelenleg alkalmazott fűtőelemek 4,2%-ban dúsított 235U és Gd tartalmúak. Az aktív zónát összesen 349 db kazetta alkotja, melyből 312 db az üzemanyagkazetta, 37 db a szabályozó és biztonságvédelmi (SZBV) kazetta. A bóracélból készült SZBV kazetták közül 30 az aktív zóna fölött, felső véghelyzetben van állandóan kihúzva, és csupán 7 db kazettával végzik az üzem közbeni teljesítmény-szabályozást.
Az aktív zónában felszabaduló hő elszállítása a reaktor körül lévő, 6 darab hűtőkör, hurok feladata, amelynek térbeli elrendezése a III.1. ábrán látható. A reaktor felső csonkján távozó 297 – 298 °C hőmérsékletű, 123 bar nyomású hőhordozó a melegági csővezetékbe áramlik, amelyen keresztül a hűtőközeg a hat gőzfejlesztőbe jut, ahol a berendezés hőátadó felületén átadja hőjét a szekunderköri hőhordozónak. A gőzfejlesztő 2,3 m átmérőjű, 12 m hosszú, fekvő henger alakú hőcserélő, amelyben 5536 db 16 mm külső átmérőjű, ausztenites szerkezetű hőátadó acélcső található. A primerköri víz a gőzfejlesztőben lehűl, aminek következtében a hidegági hurokba kilépő hőhordozó hőmérséklete 266 – 267 °C lesz. A lehűlt hűtőközeg a hidegágon jut vissza a reaktorba, ahol az aktív zónán keresztül áramolva biztosítja az üzemanyag kazetták megfelelő hűtését, miközben maga felmelegszik. A III.1. ábrán látható, hogy a hat hurok mindegyike főelzáró tolózárral (FET) szakaszolható és minden hurokban a víz cirkulációját egy-egy főkeringtető szivattyú (FKSZ) biztosítja. A reaktorhoz kapcsolódó hurkok közül a nyomás szabályozás érdekében az egyik hurokhoz az un.
térfogatkompenzátor vagy nyomáskiegyenlítő (YP) kapcsolódik.
A primerköri vízüzem három, egymáshoz kapcsolódó rendszer, a fentiekben bemutatott fővízkör, továbbá a 1. számú víztisztító (1.VT) és a pótvíz rendszer (TK) működésének az eredménye. Az 1. számú víztisztító reaktorblokkonként van kiépítve, feladata a hasadványok és korróziós termékek eltávolítása a primerköri hőhordozóból.
A kapcsolódó berendezései a következők: regeneratív hőcserélő és utóhűtő, ioncserélő szűrő és a gyantafogó. Az ioncserélő szűrőn a fővízköri hőmérséklethez képest csak alacsony hőmérsékletű maximum 60 °C közeg áramoltatható, ezért a fővízköri magas hőmérsékletű vizet le kell hűteni, illetve a fővízkörbe való visszajuttatáshoz pedig fel kell melegíteni a hőhordozót. Ezt a hőcserét energiatakarékosan regeneratív hőcserélővel lehet megoldani. A hőcserélő 8 db egyforma, sorba kötött egységből áll, ezekből regeneratív hőcserélő 7 db, a nyolcadik az utóhűtő. A gőzfejlesztők és az 1.VT regeneratív hőcserélői között az alapvető különbség az, hogy az utóbbinál a köpenytérben nem gőzképződés, hanem a fővízkörből elvont primerköri hőhordozó
hűtése valósul meg az ioncserélő szűrők előtt. A lehűlt tisztítandó közeg a kevertágyas szűrőn megtisztul a korróziótermékek és hasadványok nagyobb részétől, és a regeneratív hőcserélő csőterében 35 °C-ról 255 °C-ra felmelegedve jut vissza a fővízkörbe.
III.1. ábra: A VVER-típusú reaktorblokk térbeli elrendezése
A pótvíz rendszer fő feladata normál üzemben a hőhordozó részáramú termikus gáztalanítása. További feladatai a tiszta kondenzátum és bórsav beadagolása a primerkörbe a lassú reaktitivitás változások kompenzálására, valamint vegyszerek beadagolása az előirt víznormák biztosítása érdekében [7].
A reaktor teljesítményszabályozására a primerköri hőhordozóba orto-bórsavat adagolnak. A primer körben kálium-hidrazinos (reduktív) vízüzemet alkalmaznak. Ez azt jelenti, hogy a bóros szabályozás mellett kálium-hidroxidot és hidrazint is használnak. A bórsav ugyanis jelentősen csökkenti primerköri hőhordozó pH értékét, melynek ellensúlyozása kálium-hidroxid adagolásával történik [8]. A víz nemkívánatos radiolízisének visszaszorítására hidrazint adagolnak a primerköri hőhordozóba. A hidrazin megfelelő koncentrációban adagolva megköti a jelenlévő oxigént, másrészt a
Gőzfejlesztő (GF)
Reaktortartály Reaktortartály Reaktortartály
Gőzfejlesztő (GF)
Reaktortartály Reaktortartály Főkeringtető szivattyú
(FKSZ)
Főelzáró tolózár (FET)
Gőzfejlesztő (GF)
Reaktortartály
feleslegéből bomlással keletkező ammónia radiolízisével biztosítani lehet az előírt hidrogén mennyiséget.
III.1.2. A szekunder kör
A szekunderkör feladata a reaktorban megtermelt hő primerkörből történő elvonása és átalakítása mozgási, majd villamos energiává. Felépítése megfelel egy hagyományos erőmű víz-gőz körfolyamatának [5, 9].
A gőzfejlesztő biztosítja a primer- és a szekunderköri hűtőközeg hermetikus elválasztását, s rajta keresztül valósul meg az aktív zónában keletkező hőmennyiség szekunderkörbe történő átadása. A primerköri víz a hőátadó csövek belsejében áramlik, míg a gőzképződés a csövek külső felületén megy végbe. Az így előállított gőz minimális 0,5-2,5 % nedvességtartalommal rendelkezik.
A gőzfejlesztő háza szénacélból készült. Fekvő elrendezésű, hőátadó csőkötegekkel rendelkező hengeres hőcserélő (III.2. ábra). A fekvő konstrukció alkalmazásának oka, hogy a párolgási felület viszonylag nagy, ezért kisebb a gőz párolgási sebessége. Ebből következik, hogy a kilépő gőz nedvességtartalma kisebb, ezáltal egyszerűbb cseppleválasztó berendezést igényel. Hátránya a geometriai elhelyezkedés megoldása.
III.2. ábra: A VVER-440-es blokk gőzfejlesztő berendezése [7]
A gőztérben helyezkedik el a nedvességleválasztó zsalu. A hullámos lemezek között a gőz az áramlási irányát megváltoztatja, és ennek következtében a vízcseppek kicsapódnak a lemezen, majd visszacsurognak a vízfelületre. A zsalus cseppleválasztó után, egy perforált lemez található, amely a gőz egyenletes elosztását végzi. A száraz telített gőz 5 db vezetéken keresztül áramlik egy gyüjtő kollektorba, s innen a főgőz vezetéken keresztül jut a turbinákba [10-11].
A gőzfejlesztőből kilépő, mintegy 450 t/h tömegáramú gőz a főgőz rendszeren keresztül kerül a turbinára, melynek feladata a gőz hő és mozgási energiájának forgó mozgássá történő átalakítása. Egy adott blokkban lévő 6 gőzfejlesztőből 3 táplál egy turbinát, így egy reaktor (azaz három-három hurok) két turbó gépcsoportot lát el gőzzel.
A turbina egy nagy nyomású és két kis nyomású részből áll, a két nyomáslépcső között egy cseppleválasztó és túlhevítő egység van, amelyet friss gőzzel fűtenek. A már munkát végzett gőz a kondenzátorba kerül. A cseppfolyósodott munkaközeget különböző tisztító és előmelegítő berendezéseken keresztül a tápszivattyúk visszajuttatják a gőzfejlesztőbe [9].
III.2. KORRÓZIÓS - KONTAMINÁCIÓS FOLYAMATOK