Установка переработки Установка переработки натриевого теплоносителянатриевого теплоносителя

реакторной установки БН-350реакторной установки БН-350

19-21 мая 2010 года АСТАНА КАЗАХСТАН

Авторы: Васильев И.И., Плещенкова Л.К., Авторы: Васильев И.И., Плещенкова Л.К., Пугачев Г.П., Ровнейко А.В.Пугачев Г.П., Ровнейко А.В.

1-ая Международная выставка и конференция1-ая Международная выставка и конференция «Атомная энергетика и Промышленность» «Атомная энергетика и Промышленность»

KazAtomExpoKazAtomExpo

БН-350 - первый в мире БН-350 - первый в мире опытно-промышленный опытно-промышленный реактор на быстрых реактор на быстрых нейтронах с нейтронах с жидкометаллическим жидкометаллическим теплоносителем.теплоносителем.

Проектная тепловая Проектная тепловая мощность составляетмощность составляет

1000 МВт.1000 МВт. Физический пуск Физический пуск

осуществлен осуществлен 29.11.1972 г.29.11.1972 г. Энергетический пуск Энергетический пуск

осуществлен осуществлен 16.07.1973 г.16.07.1973 г.

Остановлен 16.03.1998 г.Остановлен 16.03.1998 г. Постановлением Постановлением

правительства РКправительства РК решение о снятии с решение о снятии с

эксплуатации принято эксплуатации принято 22.04.1999 г. 22.04.1999 г.

Реакторная установка БН-350Реакторная установка БН-350

Реактор БН-350 петлевого типа с Реактор БН-350 петлевого типа с трехконтурной схемой теплоотвода трехконтурной схемой теплоотвода

(натрий-натрий-вода)(натрий-натрий-вода) Принципиальная технологическая схема

Вывод РУ БН-350Вывод РУ БН-350

Состоит из 5-и основных направлений, в которые включены следующие Состоит из 5-и основных направлений, в которые включены следующие мероприятия:мероприятия:

1. Мероприятия по разработке Проекта вывода из эксплуатации 1. Мероприятия по разработке Проекта вывода из эксплуатации РУ БН-350.РУ БН-350.

2. Мероприятия по обеспечению безопасности реактора в переходный 2. Мероприятия по обеспечению безопасности реактора в переходный период.период.

3. Мероприятия по обращению с 3. Мероприятия по обращению с жидкометаллическим теплоносителем.жидкометаллическим теплоносителем.

4. Мероприятия по размещению отработанного 4. Мероприятия по размещению отработанного топлива реактора БН-350 на долговременное хранение.топлива реактора БН-350 на долговременное хранение.

5. Мероприятия по подготовке зданий, сооружений и инженерных 5. Мероприятия по подготовке зданий, сооружений и инженерных систем РУ БН-350 к безопасному длительному хранению.систем РУ БН-350 к безопасному длительному хранению.

Оценочные объемы натрия для переработки

первый контурпервый контур - - 610 м610 м33,, второй контурвторой контур - - 570 м570 м33,,

сплав натрий-калий (эвтектика) - 20 мсплав натрий-калий (эвтектика) - 20 м33

Оценочные объемы геоцементного камня

Переработка 1 куб.м Na 6,4 куб.м обходов первый контур - 3900 м3, или 2603 НЗК второй контур - 3650 м3 , или 2463 НЗК

Мероприятия по обращениюМероприятия по обращениюс жидкометаллическим теплоносителем РУ БН-350с жидкометаллическим теплоносителем РУ БН-350

Проведена Проведена очисткаочистка теплоносителя первого контура от теплоносителя первого контура от радионуклидов цезия. Удельная активность натрия 1 контура после радионуклидов цезия. Удельная активность натрия 1 контура после завершения процесса очистки - 10 мкКи/кг (370Бк/г);завершения процесса очистки - 10 мкКи/кг (370Бк/г);

Изготовлено и смонтировано оборудование для сверления Изготовлено и смонтировано оборудование для сверления напорного коллектора реактора и выполнено уникальное напорного коллектора реактора и выполнено уникальное сверлениесверление на глубине более 13,4 м в натриевой среде с температурой 280…на глубине более 13,4 м в натриевой среде с температурой 280…300ºС для выполнения проекта по дренированию теплоносителя;300ºС для выполнения проекта по дренированию теплоносителя;

30.11.2004 - осуществлено 30.11.2004 - осуществлено дренированиедренирование теплоносителя из корпуса теплоносителя из корпуса реактора БН-350. С учетом 100 м3 натрия, имевшегося в баках до реактора БН-350. С учетом 100 м3 натрия, имевшегося в баках до начала дренирования, количество натрия в баках системы хранения начала дренирования, количество натрия в баках системы хранения после дренирования составляет 600…610 м3; после дренирования составляет 600…610 м3;

Выполнены мероприятия по Выполнены мероприятия по безопасному хранениюбезопасному хранению натрия до его натрия до его переработки;переработки;

Поэтапно дренирован натрий из петель и ПТО второго контура;Поэтапно дренирован натрий из петель и ПТО второго контура; Реализован проект по Реализован проект по розливу натриярозливу натрия второго контура в 100 второго контура в 100

литровые барабаны и отправка его на АО «УМЗ» для использования литровые барабаны и отправка его на АО «УМЗ» для использования в танталовом производстве и утилизацию;в танталовом производстве и утилизацию;

Реализуется проект по переработке содержимого (смесь натрий-Реализуется проект по переработке содержимого (смесь натрий-калия и масла) барабана отработавших пакетов калия и масла) барабана отработавших пакетов (ВОП)(ВОП) методом методом водомасляной отмывки на специальном стенде;водомасляной отмывки на специальном стенде;

Реализуется проект по удалению остатков натрия методом Реализуется проект по удалению остатков натрия методом парогазовой отмывки и гидрокарбонизации (парогазовой отмывки и гидрокарбонизации (СУОН)СУОН);;

Успешно реализуется Успешно реализуется проект УПН и УП ГЦКпроект УПН и УП ГЦК по утилизации натрия по утилизации натрия первого контурапервого контура

Очистка теплоносителя 1-го контура от Очистка теплоносителя 1-го контура от Cs-137Cs-137 Цель проекта:Цель проекта: снижение количества радиоактивного цезия снижение количества радиоактивного цезия

в первом контуре реакторной установки в первом контуре реакторной установки БН-350.БН-350.

Начальная активность цезия в 1 контуре:Начальная активность цезия в 1 контуре: 3,73,710101414 Бк (10000 Ки), Бк (10000 Ки), удельная активность удельная активность

– 7,25– 7,25101088 Бк/кг натрия или ( Бк/кг натрия или ( 19 мКи/кг)19 мКи/кг) Удельная активность натрия 1 контура Удельная активность натрия 1 контура

после завершения процесса очистки после завершения процесса очистки снижена в снижена в 20002000 раз: раз:

3,73,7101055 Бк/кг ( Бк/кг (110 мкКи/кг)0 мкКи/кг)

Сорбент RVCвнутри ловушки

Дренирование натрия первого контураДренирование натрия первого контураСтенд для сверления внутрикорпусных конструкций реактора

Начало строительства здания УПННачало строительства здания УПН18 октября 2004 года.18 октября 2004 года.

Монтаж оборудования УПНМонтаж оборудования УПН

Завершение строительстваЗавершение строительства

Экзотермическое взаимодействие Экзотермическое взаимодействие щелочных металлов с водой щелочных металлов с водой

Экзотермическое взаимодействие Экзотермическое взаимодействие щелочных металлов с водой 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 + 2H2O 2NaOH + H2 + Q

2K + 2H2O 2KOH + H2 + Q

Структура технологической части УПНСтруктура технологической части УПН

Состав 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),Система очистки отходящих газов (10),обеспечивает очистку отходящих газов от вредных и обеспечивает очистку отходящих газов от вредных и радиоактивных частиц, сброс газов в атмосферу с содержанием радиоактивных частиц, сброс газов в атмосферу с содержанием вредных веществ, не превышающим значения предельно вредных веществ, не превышающим значения предельно допустимых выбросов, образующихся в технологическом допустимых выбросов, образующихся в технологическом оборудовании УПН во время работы.оборудовании УПН во время работы.

Система технологической, подпиточной и Система технологической, подпиточной и охлаждающей воды (1). охлаждающей воды (1).

обеспечивает подачу воды, необходимой для осуществления обеспечивает подачу воды, необходимой для осуществления химической реакции, а также сбор конденсата из химической реакции, а также сбор конденсата из конденсатора и регенерата из фильтров СООГ. конденсатора и регенерата из фильтров СООГ.

Система подачи азота (4)Система подачи азота (4)

от существующей от существующей азотно-кислородной азотно-кислородной станции РУ БН-350, станции РУ БН-350, где запас азота где запас азота хранится в четырех хранится в четырех специальных 4-х специальных 4-х ёмкостях ПЕ-200, ёмкостях ПЕ-200, объемом объемом 200 м3 каждая200 м3 каждаяпод давлениемпод давлением16 кгс/см2. 16 кгс/см2.

Система подачи водяного пара (2), Система подачи водяного пара (2), является вспомогательной системой и предназначена для подачи является вспомогательной системой и предназначена для подачи насыщенного водяного пара от парогенератора ПЭ-30 в кольцевую насыщенного водяного пара от парогенератора ПЭ-30 в кольцевую полость форсунки химического реактора для прогрева и промывки полость форсунки химического реактора для прогрева и промывки в случае её забивания. в случае её забивания.

Автоматизированная система управления и контроля Автоматизированная система управления и контроля технологических параметров технологических параметров

Общая мнемосхемаОбщая мнемосхема

Представление информации о процессе УПНПредставление информации о процессе УПН

Вывод технологической информации операторам УПН на два Вывод технологической информации операторам УПН на два мониторамонитора

максимально возможное отображение информации, необходимой максимально возможное отображение информации, необходимой для человеческого восприятия;для человеческого восприятия;

структурирование отображаемой информации на мониторе, с структурирование отображаемой информации на мониторе, с выделением наиболее важной информации, требуемой выделением наиболее важной информации, требуемой повышенного внимания оператора.повышенного внимания оператора.

Описание процесса переработкиОписание процесса переработки

1. 1. Приготовление исходного раствора гидроксида натрия.Приготовление исходного раствора гидроксида натрия.

2. Продувка всего оборудования азотом.2. Продувка всего оборудования азотом.

3. Подготовка к работе систем подпиточной, охлаждающей и 3. Подготовка к работе систем подпиточной, охлаждающей и технологической воды.технологической воды.

4. Разогрев оборудования и емкостей до температуры не менее 140 4. Разогрев оборудования и емкостей до температуры не менее 140 ооС.С.

5. Заполнение химического реактора исходным раствором гидроксида 5. Заполнение химического реактора исходным раствором гидроксида натрия.натрия.

6. Заполнение натрием суточных баков УПН из емкостей хранения 6. Заполнение натрием суточных баков УПН из емкостей хранения натрия РУ БН-350.натрия РУ БН-350.

7. Пуск систем подачи подпиточной и охлаждающей воды.7. Пуск систем подачи подпиточной и охлаждающей воды.

8. Подача натрия в химический реактор, заполненный гидроксидом 8. Подача натрия в химический реактор, заполненный гидроксидом натрия и подача технологической воды в реактор.натрия и подача технологической воды в реактор.

9. Отвод гидроксида натрия из химического реактора в ёмкость 9. Отвод гидроксида натрия из химического реактора в ёмкость разбавления.разбавления.

10. Разбавление гидроксида натрия до требуемой концентрации.10. Разбавление гидроксида натрия до требуемой концентрации.

11. Отвод гидроксида натрия на переработку.11. Отвод гидроксида натрия на переработку.

Технология переработкиТехнология переработки

Выбран метод растворения натрия при инжектировании его Выбран метод растворения натрия при инжектировании его расплава в щелочной раствор гидроксида натрия.расплава в щелочной раствор гидроксида натрия.

Физико-химическая основа процесса – экзотермическое Физико-химическая основа процесса – экзотермическое взаимодействие щелочных металлов с водой:взаимодействие щелочных металлов с водой:

2Na + 2H2Na + 2H22O O 2NaOH + H 2NaOH + H22 + Q + Q

2K + 2H2K + 2H22O O 2KOH + H 2KOH + H22 + Q + Q

Способ разработан и апробирован специалистами Способ разработан и апробирован специалистами ANL-W,ANL-W, США СШАРасплав натрия подаётся через форсунку с образованием Расплав натрия подаётся через форсунку с образованием

мелкодисперсных частиц под слой кипящего щелочного мелкодисперсных частиц под слой кипящего щелочного раствора. Вода проникает внутрь частицы и вступает в раствора. Вода проникает внутрь частицы и вступает в реакцию внутри неё, это взаимодействие происходит очень реакцию внутри неё, это взаимодействие происходит очень активно с микровзрывом, что приводит к возникновению активно с микровзрывом, что приводит к возникновению вибрации химического реактора.вибрации химического реактора.

Просмотр активностиПросмотр активностиСистема радиационного контроляСистема радиационного контроля

Вид рабочего экрана системы Вид рабочего экрана системы видеонаблюдения УПНвидеонаблюдения УПН

Приточно-вытяжная вентиляция Приточно-вытяжная вентиляция

Помещения УПН также оборудованы системами приточно-Помещения УПН также оборудованы системами приточно-вытяжной вентиляции, радиационного и газового контроля, вытяжной вентиляции, радиационного и газового контроля,

средствами пожаротушения, сигнализацией, средствами связисредствами пожаротушения, сигнализацией, средствами связи

ЗаключениеЗаключение

Основной особенностью проекта по Основной особенностью проекта по обращению с жидкометаллическим теплоносителем обращению с жидкометаллическим теплоносителем реактора БН 350 является международное реактора БН 350 является международное сотрудничество. На первом этапе, при реализации сотрудничество. На первом этапе, при реализации проектов по удалению радионуклидов цезия, проектов по удалению радионуклидов цезия, дренированию натрия первого контура и его дренированию натрия первого контура и его переработке использовался как опыт США, переработке использовался как опыт США, полученный в результате вывода из эксплуатации полученный в результате вывода из эксплуатации реактора ЕВреактора ЕВRR--IIII, так и значительная финансовая , так и значительная финансовая поддержка США. В последствии был дополнительно поддержка США. В последствии был дополнительно использован опыт Великобритании, полученный при использован опыт Великобритании, полученный при выводе из эксплуатации реакторов в г.Доунрей, и выводе из эксплуатации реакторов в г.Доунрей, и финансовая поддержка Британского Правительства. финансовая поддержка Британского Правительства.

Знания, полученные от иностранных коллег, и Знания, полученные от иностранных коллег, и высокая квалификация специалистов Республики высокая квалификация специалистов Республики Казахстан стали важнейшими факторами успешного Казахстан стали важнейшими факторами успешного выполнения проекта по обращению с выполнения проекта по обращению с жидкометаллическим теплоносителем жидкометаллическим теплоносителем

Реализация проекта переработки натрия на УПН Реализация проекта переработки натрия на УПН позволяет обеспечить безопасность при выводе РУ позволяет обеспечить безопасность при выводе РУ БН-350 из эксплуатации; снижение эксплутационных БН-350 из эксплуатации; снижение эксплутационных расходов; решение проблемы обращения с большими расходов; решение проблемы обращения с большими объемами химически активных щелочных металлов; объемами химически активных щелочных металлов; получение свободных объёмов для удаления получение свободных объёмов для удаления остатков натрия.остатков натрия.

Построенная УПН - уникальна (как и сама Построенная УПН - уникальна (как и сама реакторная установка БН-350), хотя она и является реакторная установка БН-350), хотя она и является модифицированной версией установки переработки модифицированной версией установки переработки натрия ЕВнатрия ЕВRR национальной лаборатории Айдахо. В национальной лаборатории Айдахо. В мире еще нет установок, рассчитанных на мире еще нет установок, рассчитанных на переработку таких больших объемов радиоактивного переработку таких больших объемов радиоактивного натрия – на реакторной установке БН-350 предстоит натрия – на реакторной установке БН-350 предстоит переработать порядка шестисот кубических метров переработать порядка шестисот кубических метров натрия первого контура.натрия первого контура.

После завершения реализации проектов После завершения реализации проектов переработки всего объема жидкометаллического переработки всего объема жидкометаллического теплоносителя РУ БН-350 в геоцементный камень теплоносителя РУ БН-350 в геоцементный камень планируется выполнить комплекс работ по планируется выполнить комплекс работ по приведению УПН в состояние безопасного хранения, приведению УПН в состояние безопасного хранения, в соответствии с принятой для РУ БН‑350 концепцией в соответствии с принятой для РУ БН‑350 концепцией вывода из эксплуатации вывода из эксплуатации

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!