Авария на блоке №3 Ленинградской АЭС, связанная с разгерметизацией технологического канала
Состояние блоке перед аварией
24 марта 1992 г. энергоблок №3 находился на номинальной мощности (Nтепл – 3154 мВт) с нагрузкой турбогенераторов (ТГ) №5 и №6 по 500 МВт (эл.). Системы защит, сигнализации, управления, электрические схемы и схемы технологического оборудования были задействованы в проектном режиме.
Технологический канал (ТК) № 52-16 работал с кассетой 2.4% обогащения повторного использования, загруженной 21.10.91 г. Параметры ТК №52-16 перед аварией в 02 ч. 20 мин. (02.20) были следующими: расход ТН – 20.7 м3/ч, уставка по снижению расхода воды (СРВ) -20 м3/ч, мощность канала – 1.96 МВт, запас до кризиса теплоотдачи – 1.1, степень открытия запорно-регулирующего клапана (ЗРК) – 5.5 делений.
Содержание и развитие аварии 24.03.92 г.
В 02.34 расход.по ТК № 52-16 снизился до нуля. На панелях БЩУ появились сигналы, вызванные прекращением циркуляции ТН в этом канале: — “снижение расхода воды”, “аварийная защита (АЗ-5, БАЗ-Т, АЗ-Т1)”, а также сигнал, указывающий на разгерметизацию канала – “давление в реакторном пространстве (РП) повышено”. Стержни быстрой аварийной защиты (БАЗ) и СУЗ вошли в активную зону до нижних концевых выключателей. Давление в РП достигло 1329 вод.сл. Сработал гидрозатвор 1.8 м парогазового сброса в помещение 001 (под реактором), давление в РП снизилось до 980 мм вод.ст.
В 02.35 давление в РП достигло максимального значения 1890 мм вод.ст, а затем снова стало снижаться. Замеры расхода ТН в ТК 16 52-16 показывали его отсутствие.
В 02.37 персоналом был открыт ЗРК до положения 8.0 делений. Поскольку расход ТН по каналу при этом остался нулевым, ЗРК был прикрыт до исходного положения 5.5 делений, и было начато аварийное расхолаживание реактора с регламентной скоростью ? 30°C/ч .
В 02.50 давление в камере выдержки башни локализации аварии (БЛА) поднялось до 50 мм вод.ст. Неожиданно при этом давлении произошел разрыв мембраны БЛА, и неконденсирующиеся газы начали поступать из камеры выдержки в атмосферу. Только в 03.40 гермоклапаны сброса газа в атмосферу были закрыты персоналом, и этот сброс был переведен на установку подавления активности (УПАК).
В 03.25 были отключены вентиляционные системы аварийного блока, кроме систем, обеспечивающих тепловую защиту бетона строительных конструкций, охлаждение приводов питательных узлов и систему контроля герметичности оболочек твэлов (КГО).
В 03.40 персонал повторил попытку восстановления расхода через ТК № 52-16 путем полного открытия ЗРК. Появились показания расхода, и ЗРК был прикрыт до 3-х делений с расходом 10 м 3/ч.
К 04.10 продувка РП с гелиево-азотной смеси была переведена на азот (расход 270 мм 3/ч) со сбросом через газгольдер выдержки на УПАК.
В 08.30 была произведена подпитка гидрозатвора 1.8 м сброса парогазовой смеси (ПГС) с последующим поддержанием уровня в нем.
В 09.30 химический анализ показал повышенную концентрацию водорода в РП (0.6% вместо допустимой по регламенту 0.4 об%). Для исключения возможности накопления водорода в пароотводящем тоннеле (помещение 001) вода из конденсационной камеры БЛА в 12.30 была слита, что обеспечило прямое поступление ПГС из помещений локализации аварии в УПАК.
Результаты и последствия аварии
Вследствие сокращения расхода воды через ТК наступил кризис теплообмена, произошло значительное повышение температуры оболочек твэлов, запаривание ТК и последующее повышение температуры трубы канала. Началась неравномерная радиальная деформация циркониевой части канала, приведшая к его разрушению в наиболее напряженном месте. Промежуток времени между снижением расхода в канале и его повреждением составил 5-45 с и по показаниям приборов не может быть уточнен, поскольку время опроса значений расхода ТН по всем ТК составляет 30-40 с.
Послеаварийный осмотр ТК № 52-16 с помощью телекамеры показал, что канал имеет продольный разрыв длиной более 700 мм (между отметками +9000 мм и +9713 мм) с максимальным раскрытием канала около 120 мм в нижней части разрыва. Часть твэлов загнулись и переместились в разрыв (в графитовую кладку), часть твэлов оказались оборванными.
Разрыв ТК привел к утечке ТН в РП с расходом пароводяной смеси около 60 м3/ч в пересчете на воду, что привело к быстрому росту давления в РП. Через 23-25 с после разрыва сработал гидрозатвор, и ПГС поступила в пароотводящий тоннель системы локализации аварии (СЛА) и далее, в пароприемную и конденсационную камеры БЛА. Полной конденсации пара из ПГС в конденсационной камере не произошло, о чем свидетельствует наблюдаемое парение на кровле БЛА после разрыва мембраны и быстрый рост давления в камере выдержки БЛА.
Разрыв мембраны произошел при давлении среды в камере выдержки 50 вместо 300 мм вод.ст., что предусмотрено проектом и сертификатом на мембрану. Гермоклапаны, находящиеся перед мембраной в открытом (по проекту) положении, по сигналам повышения давления в РП, к сожалению, не закрываются автоматически – такая ситуация проектом не предусмотрена.
В процессе аварии (в период 02.37-02.40) по системе дозиметрического контроля “Горбач” было зафиксировано увеличение радиоактивных выбросов в венттрубу: по радиоактивным благородным газам (РБГ)- с 4.0·10-9 до 8.4.10-7 Ки/л, по изотопам йода – с 1.7.10-14 до 2.6·10-12 ки/л .
Радиационная обстановка почти на всей территории АЭС. сохранялась нормальной и характеризовалась значением мощности экспозиционной дозы 20+35 мкР/ч . Исключение составила территория вблизи БЛА, где мощность дозы увеличилась до 100-300 мкР/ч .
Радиационная обстановка в рабочих помещениях энергоблока №3 характеризовалась в начальный период аварии возрастанием концентрации радиоактивных аэрозолей в несколько раз по сравнению с нормальной эксплуатацией. Максимальное значение мощности дозы 10-30 мкР/ч было отмечено в центральном зале (ЦЗ). В этот период персонала в ЦЗ не было.
В зоне наблюдения Ленинградской АЭС с 03.00 24.03.92 г. радиационная обстановка оставалась нормальной как по общему радиационному фону, так и по удельной концентрации радионуклидов в воздухе. Мощность экспозиционной дозы изменялась в пределах 15?20 мкР/ч . Таким образом, авария не привела к радиационному воздействию на население.
В предположении разгерметизации отдельных твэлов, а альфа-активность воды СЛА свидетельствует о контакте воды с ядерным топливом, из поврежденного топлива в БЛА могло поступить до 140 Ки J-131 и до 5000 ки РБГ, а измеренный выброс активности в венттрубу составил 0.18 ки по J-131, а по РБГ-1100 Ки . Выброс через открытые гермоклапаны БЛА в атмосферу оценивается в 0.7?2.5 ки по йоду и около 4000 Ки по РБГ.
После расхолаживания энергоблока №3 была осуществлена попытка выгрузить ТВС из аварийного ТК. С помощью перегрузочной машины (РЗМ) была извлечена только гамма-камерная подвеска с куском несущей трубки ТВС длиной около 540 мм. При последующей попытке извлечения ТК вместе с ТВС была вынута только его верхняя часть длиной около 5 м от верхнего усикового соединения.
Причины аварии
Оказалось, что при проведении ремонтных работ было разрушено торовое уплотнение седла дросселя ЗРК. Кроме того, при заводских испытаниях клапана, либо опять при проведении ремонтных работ на АЭС произошел полный разрыв втулки седла по сечению расположения отверстий для штифтов. Причиной такого разрушения могло быть закрытие ЗРК недопустимым крутящим моментом или низкое качество материала втулки седла.
Оторванная нижняя часть втулки седла была заклинена в корпусе ЗРК элементами разрушенного торового уплотнения. В таком состоянии было выставлено нулевое (закрытое) положение клапана и установлен расход при его открытии. Под действием перепада давления (снизу вверх) и вибрации нижняя часть втулки переместилась вверх и перекрыла проходное сечение клапана. При этом расход ТН через ЗРК упал до значения не выше 3 м 3/ч. При таком низком расходе шарик датчика расходомера не вращается в направляющей канавке, и система измерения расхода дает нулевые показания.
Действия персонале и работа системы локализации аварий
В 02.37 персонал приоткрывал ЗРК с положения 5.5 до 8.0 делений, что не дало результатов. Регламент предписывает в такой ситуации полное открытие клапана. Только через 1 ч.06 мин. после разгерметизации ТК персонал, выполнив требования регламента, восстановил расход через аварийный ТК.
При срабатывании СЛА динамическим напором ПГС была выброшена вода из бака гидрозатвора. Последующий разрыв мембраны произошел при непредусмотренно низком давлении в камере выдержки БЛА (50 мм вод.ст.), что привело к отмеченному выше выбросу активности на территорию АЭС. Этот выброс можно было бы уменьшить, если бы персонал АЭС оперативно перекрыл гермоклапаны перед мембраной. Хотя в конденсационной камере БЛА не произошло полной конденсации поступившего после разрыва ТК пара, вследствие, по всей видимости, значительного динамического напора ПГС, система локализации в целом выполнила свои основные функции.
Здесь уместно подчеркнуть отличие СЛА блоков ЛАЭС (блок №3) и ЧАЭС (блоки №1,2). На ЛАЭС при разгерметизации ТК или трубопроводов КМПЦ парогазовая (пароводяная) смесь поступает в БЛА, где пар конденсируется в конденсационной камере. Рост температуры в камере до 40-50°С приводит к запуску переливных сифонов БЛА и насосно-теплообменной установки с соответствующим повышением интенсивности конденсации пара (в данном случае такого повышения температуры не произошло). Неконденсирующиеся газы поступают далее в камеры выдержки БЛА. Объемы приемных камер и воды для конденсации пара при барботаже ПГС достаточно велики и рассчитаны на значительные по размерам разрывы.
На Чернобыльской АЭС локализация аварии с разрывом ТК производится с использованием систем газового контура (ГК). При аварийном повышении давления в РП разрушается разрывная мембрана, и ПГС через трубопроводы ГК поступает в “мокрый” газгольдер, расположенный у основания венттрубы. В свою очередь, при определенном повышении давления под колоколом “мокрого” газгольдера происходит выбивание его гидрозатвора и выброс смеси в венттрубу. Относительно малые объемы локализации не позволяют принять ПГС при значительных разрывах без выбросов в венттрубу.
Сравнение описанной аварии с аварией на блоке №1 ЧАЭС 09.09.82 г. (см.п.4.2.1.) говорит о заметном отличии радиационных последствий аварий. На ЧАЭС при практически аналогичной ситуации произошел выброс горячих частиц (продуктов деления топлива) в венттрубу, загрязнение территории АЭС и заметное облучение десятков человек из числа персонала АЭС.
