Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania."— Zapis prezentacji:

1 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 1 Elementy budowy reaktora jądrowego WWER-440 związane z dynamiką jego podstawowych procesów technologicznych i z sterowaniem Przykładowy reaktor: WWER-440 Reaktor jądrowy energetyczny przewidziany do instalacji w EJ Żarnowiec (I lokalizacja) Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Schematyczny przekrój podłużny reaktora WWER-440

2 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 2 Wszystkie dotychczas budowane reaktory jądrowe energetyczne są reaktorami niejednorodnymi – paliwo jądrowe jest w nich mechanicznie oddzielone od chłodziwa i moderatora

3 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 3 Reaktory WWER-440 (wszystkie reaktory PWR) należą do grupy: reaktorów termicznych – procesy rozszczepienia jąder atomów izotopów paliwowych są powodowane w przeważającej mierze przez neutrony termiczne

4 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 4 wodno – wodnych – moderatorem i chłodziwem jest zwykła woda zbiornikowych – ciśnienie chłodziwa jest przenoszone przez zbiornik reaktora

5 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 5 słabo wzbogaconych – procent U-235 w świeżych prętach paliwowych zawiera się w granicach 1.6 – 3,6% (naturalny uran zawiera 0.720% U-235)

6 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 6 o gęstej siatce elementów paliwowych – skok siatki elementów paliwowych jest mniejszy lub porównywalny z drogą swobodnego przebiegu neutronów w moderatorze

7 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 7 Na początku pracy reaktora typu WWER-440 (PWR) możemy przyjmować, że jego rdzeń składa się z: jednego izotopu rozszczepialnego U-235 jednego izotopu rodnego U-238 moderatora - chłodziwa oraz materiałów konstrukcyjnych materiałów pochłaniających wprowadzonych do rdzenia w celach regulacyjnych

8 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 8 W okresie kampanii reaktora skład rdzenia ulega zmianie kilku izotopów rodnych U-238, Pu-240 moderatora - chłodziwa oraz materiałów konstrukcyjnych materiałów pochłaniających wprowadzonych do rdzenia w celach regulacyjnych Możemy w okresie kampanii mówić, że rdzeń reaktora składa się: kilku izotopów rozszczepialnych U-235, Pu-239, Pu-241 ale także substancji pochłaniających pojawiających się w rdzeniu jako skutek reakcji rozszczepienia – produkty rozszczepienia

9 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 9 Zmiana składu izotopowego paliwa jądrowego o początkowym wzbogaceniu e = 3% z - bezwymiarowy czas efetktywny pracy paliwa Przy, odpowiada kampanii paliwowej trwającej 3 lata

10 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 10 Schematyczny przekrój podłużny reaktora WWER-440

11 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 11 Z reaktorem WWER-440 związane były dwa podstawowe układy sterowania: 1. układ sterowania kasetami awaryjno – regulacyjnymi (KAR) kasety AR podzielone na 6 grup przemieszczanie grup kaset w górę i w dół odbywa się w określonej kolejności - w górę: 1 – 2 – 3 – 4 – w dół: 6 – 5 – 4 – 3 – Zadania: - sterowanie reakcją łańcuchową mnożenia neutronów - awaryjne wyłączenie reaktora

12 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 12 Kartogram pierwszego załadunku reaktora WWER- 440 z zaznaczeniem rozmieszczenia grup kaset awaryjno-regulacyjnych (KAR) n

13 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania przemieszczanie grup kaset może odbywać się w trzech trybach: - regulacyjny poszczególnych grup; prędkość v 1 = 2cm/s - awaryjny poszczególnych grup – zrzut awaryjny grawitacyjny; prędkość v 2 = 20 – 30 cm/s - awaryjny jednoczesny wszystkich grup – zrzut awaryjny grawitacyjny; prędkość v 2 = 20 – 30 cm/s

14 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 14 chwile rozpoczęcia ruchu kolejnej grupy są wyznaczone osiągnięciem określonego położenia grupy uprzedniej - ruch w dół: następna grupa rozpoczyna przemieszczanie w dół, gdy grupa aktualnie opuszczana osiągnie poziom podniesienia 50 cm - ruch w górę: następna grupa rozpoczyna przemieszczanie w górę, gdy grupa aktualnie podnoszona osiągnie poziom podniesienia 200 cm

15 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 15 podczas ruchu regulacyjnego ruch grupy kaset, można w każdej chwili wstrzymać podczas zrzutu awaryjnego poszczególnych grup, można podać sygnał wstrzymujący opadnięcie następnej grupy podczas zrzutu awaryjnego poszczególnych grup, ruchu opadającej grupy nie można wstrzymać podczas zrzutu awaryjnego jednoczesnego wszystkich grup, ruchu grupy kaset nie można wstrzymać

16 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania układ sterowania koncentracją kwasu borowego w chłodziwie Zadania: - kompensacja nadmiaru reaktywności - kompensacja ubytku reaktywności np. wskutek wypalenia, zatrucia i zapopielenia

17 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 17 Zwiększanie stężenia kwasu borowego w obiegu podawanie do obiegu wody ze stężeniem kwasu borowego 40g/kg z wydajnością 40t/h Czas uzyskiwania maksymalnego stężenia (od 0gh/kg do 12g/kg – 1.5 godz.) Minimalne stężenie kwasu borowego w obiegu 0g/kg Maksymalne stężenie kwasu borowego w obiegu 12g/kg Zmniejszanie stężenia kwasu borowego w obiegu podawanie do obiegu wody ze stężeniem kwasu borowego 0g/kg z wydajnością 40t/h Czas uzyskiwania maksymalnego stężenia (od 12gh/kg do 0g/kg – 7.5 godz.)

18 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 18 Schematyczny przekrój poprzeczny kasety paliwowej reaktora WWER- 440 Elementy konstrukcji reaktora jądrowego istotne w punktu widzenia jego dynamiki i jako obiektu sterowania

19 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 19 Schematyczny przekrój podłużny kasety paliwowej reaktora WWER- 440

20 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 20 Schematyczny przekrój podłużny pręta paliwowego reaktora WWER- 440

21 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 21 Przekrój podłużny i poprzeczny tabletki paliwowej reaktora WWER- 440

22 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 22 Schematyczny przekrój podłużny kasety podwójnej reaktora WWER-440

23 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 23 1 – drążek zębaty 2 – stojan silnika elektrycznego 3 – wirnik silnika elektrycznego 4 – przekładnia 5 – napędzające koło zębate 6 – magnes do wzębienia koła zębatego w drążek zębaty 7 – sprzęgło między drążkiem zębatym a drążkiem pośrednim 8 – drążek pośredni 9 – urządzenie uchwytowe kasety 10 – łożysko 11 – rdzeń liniowego wskaźnika położenia pręta 12 – liniowy wskaźnik położenia pręta 13 – część pochłaniająca kasety podwójnej 14 – wkładka pochłaniająca ze stali borowej 15 – część paliwowa kasety podwójnej 16 – wiązka elementów paliwowych 17 – tłumik hydrauliczny (amortyzator) 18 – górna rura ochronna 19 – dolna rura ochronna 20 – dolna płyta bloku rur ochronnych służąca do utrzymania kaset paliwowych w dolnym położeniu 21 – płyta denna kosza na kasety paliwowe 22 – dolna płyta sitowa w dnie szybu reaktora 23 - obszar rdzenia reaktora Schematyczny przekrój podłużny konstrukcji kasety podwójnej (a) i jej napędu (b) reaktora WWER-440

24 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 24 Schemat kinematyczny napędu kasety podwójnej AR reaktora WWER-440

25 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 25 Bilans reaktywności podstawą umiejętności sterowania reaktorem jądrowym REAKTOR JĄDROWY ENERGETYCZNY podstawowa wielkość sterowana to CAŁKOWITA MOC CIEPLNA

26 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 26 Zależność: CAŁKOWITA MOC CIEPLNA REAKTORA GĘSTOŚĆ STRUMIENIA NEUTRONÓW TERMICZNYCH GĘSTOŚĆ NEUTRONÓW TERMICZNYCH W określonej chwili kampanii reaktora - całkowita moc cieplna reaktora - energia przypadająca na jedno rozszczepienie i. izotopu rozszczepialnego - mikroskopowy przekrój czynny na rozszczepienie i. izotopu rozszczepialnego - średnia koncentracja jąder i. izotopu rozszczepialnego w rdzeniu reaktora - uśredniona po objętości rdzenia gęstość strumienia neutronów termicznych - objętość paliwa w rdzeniu reaktora - uśredniona po objętości rdzenia gęstość neutronów termicznych - średnia prędkość neutronów termicznych w rdzeniu

27 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 27 Możliwości sterowania mocą cieplną reaktora - całkowita moc cieplna reaktora - współczynnik proporcjonalności między całkowitą mocą cieplną reaktora a uśrednioną po objętości rdzenia gęstością neutronów termicznych - uśredniona po objętości rdzenia gęstość neutronów termicznych - czas życia neutronów natychmiastowych w rdzeniu - uśredniona po objętości rdzenia gęstość neutronów termicznych j. pokolenia - reaktywność rdzenia - efektywny współczynnik mnożenia rdzenia reaktora

28 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 28 Istota procesu sterowania mocą cieplną reaktora jądrowego ZMIANY REAKTYWNOŚCI ZMIANY GĘSTOŚCI NEUTRONÓW ZMIANY GĘSTOŚCI STRUMIENIA NEUTRONÓW ZMIANY MOCY CIEPLNEJ REAKTORA STEROWANIE MOCĄ CIEPLNĄ REAKTORA JĄDROWEGO jest związane z umiejętnością PROWADZENIA BILANSU REAKTYWNOŚCI

29 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 29 Procesy określające stan reaktora jądrowego Kinetyka neutronów Σ Efekty reaktywnościowe generacji i wymiany ciepła Generacja i wymiana ciepła Efekty reaktywnościowe zatrucia i zapopielenia Zatruwanie i zapopielanie Efekty reaktywnościowe wypalania paliwa jądrowego Wypalanie paliwa jądrowego Efekt reaktywnościowy działania układu sterowania i zabezpieczeń (kasety AR) Działanie układu sterowania i zabezpieczeń Efekt reaktywnościowy działania układu sterowania borowego Działanie układu sterowania borowego Oddziaływania szybkie Oddziaływania powolne Procesy szybkie Procesy powolne powiązania technologiczne powiązania informacyjne - reaktywność sumaryczna - uśredniona po objętości rdzenia gęstość neutronów termicznych - zapas reaktywności wbudowany - efekt reaktywnościowy zmian temperatury - efekt reaktywnościowy zmian mocy - efekt reaktywnościowy zmian zatrucia - efekt reaktywnościowy zmian zapopielenia - efekt reaktywnościowy zmian wypalenia i konwersji paliwa - efekt reaktywnościowy działania układu regulacji borowej - efekt reaktywnościowy działania układu sterowania i zabezpieczeń

30 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 30 Cechy reaktora jądrowego (WWER-440) jako obiektu sterowania Obiekt o parametrach rozłożonych (niejednorodność) Przykłady: Rozkład gęstości strumienia neutronów w rdzeniu Rozkład temperatury w rdzeniu Obiekt o parametrach zmiennych w czasie (niestacjonarność) Przykłady: Zmiany właściwości cieplno - fizycznych Zmiana składu izotopowego rdzenia Nasza droga postępowania Poznanie dynamiki procesów reaktora (WWER-440) poprzez ich modele punktowe Konieczność: Uśredniania po objętości rdzenia zmiennych i parametrów Ustatycznienia w pewnych przedziałach czasu zmienności parametrów

31 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 31 Przypadek: rdzeń ujednorodniony względna efektywna poprawka wysokości rdzenia Przykłady wskazanych cech OSIOWY ROZKŁAD GENERACJI CIEPŁA W REAKTORZE WWER funkcja osiowej generacji ciepła, przy czym Oznaczenia: gdzie: - współczynnik proporcjonalności - składowa osiowa przestrzennego rozkładu strumienia neutronów termicznych - maksymalna wartość strumienia neutronów termicznych w rdzeniu reaktora

32 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 32 Przykłady wskazanych cech OSIOWY ROZKŁAD TEMPERATURY W PRĘCIE PALIWOWYM REAKTORA WWER-440 Przypadek: sinusoidalny rozkład generacji ciepła kanał centralny całkowita moc cieplna reaktora wydatek objętościowy chłodziwa przez rdzeń temperatura chłodziwa na wlocie do rdzenia Oznaczenia: 1 – współczynnik przekazywania ciepła w szczelinie paliwo – koszulka 2 – temperatura powierzchni zewnętrznej tabletek paliwowych 3 – temperatura powierzchni wewnętrznej tabletek paliwowych

33 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 33 Przykłady wskazanych cech OSIOWY ROZKŁAD TEMPERATURY CHŁODZIWA W KANALE PALIWOWYM REAKTORA WWER-440 Przypadek: sinusoidalny rozkład generacji ciepła kanał centralny całkowita moc cieplna reaktora wydatek objętościowy chłodziwa przez rdzeń temperatura chłodziwa na wlocie do rdzenia Oznaczenia: 1 – współczynnik przekazywania ciepła na styku koszulka - chłodziwo 2 – temperatura chłodziwa 3 – temperatura powierzchni zewnętrznej koszulki paliwowej 4 – temperatura powierzchni wewnętrznej koszulki paliwowej

34 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 34 Przykłady wskazanych cech CIEPŁO WŁAŚCIWE UO 2 - ZALEŻNOŚĆ OD TEMPERATURY Oznaczenia: 1 – aproksymacja zależności za pomocą wzoru: gdzie: - ciepło właściwe UO 2, - temperatura UO 2,

35 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 35 Przykłady wskazanych cech WSPÓŁCZYNNIK PRZEWODNOŚCI CIEPLNEJ UO 2 - ZALEŻNOŚĆ OD TEMPERATURY Oznaczenia: 1 – aproksymacja zależności za pomocą wzoru: gdzie: - współczynnik przewodności cieplnej UO 2, - temperatura UO 2, Oznaczenia: 2 – aproksymacja zależności za pomocą wzoru: gdzie: - współczynnik gęstości teoretycznej UO 2,

36 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 36 Przykłady wskazanych cech ZMIANA KONCENTRACJI U W KASECIE O WZBOGACENIU 1.6% I 2.4% REAKTORA wwer-440

37 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 37 Przykłady wskazanych cech ZMIANA KONCENTRACJI U W KASECIE O WZBOGACENIU 3.6% REAKTORA wwer-440

38 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 38 Przykłady wskazanych cech ZMIANA KONCENTRACJI U W KASETACH REAKTORA wwer-440

39 Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania 39 Dziękuję za uczestnictwo w wykładzie i uwagę Zapraszam na kolejny wykład


Pobierz ppt "Sterowanie elektrownią jądrową 2012/2013Reaktor jądrowy jako obiekt sterowania Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Katedra Inżynierii Systemów Sterowania."

Podobne prezentacje


Reklamy Google