4. Scheme si circuite
4.1. Generalităţi
Materialele din care este construit reactorul limitează temperatura şi presiunea maximă a agentului termic. Astfel la reactoarele răcite cu apă, temperatura maximă admisă este de 350°C, la cele răcite cu gaz 400°C, iar la cele răcite cu sodiu topit 500°C. Nici presiunea de lucru a agentului termic nu poate atinge valorile utilizate la centralele termoelectrice clasice. Aceste limitări sunt impuse din motive de securitate, orice avarie având aici urmări deosebite datorită pericolului de iradiere a mediului şi a persoanelor.
4.2. Scheme cu un singur circuit
Schemele termice cu abur cu un singur circuit presupun că reactorul produce direct abur saturat prin vaporizarea agentului de răcire (reactoare BWR sau BHWR). În mod obişnuit reactorul produce abur saturat uscat.presiunea ciclului este de circa 70 bar corespunzător nivelului de siguranţă impus de materialele nucleare. Destinderea în turbină are loc sub curba de saturaţie şi aburul ar putea atinge umidităţi nepermise, motiv pentru care este necesară uscarea şi supraîncălzirea intermediară.
Aceste operaţii de uscare a aburului se realizează prin mai multe metode:
- la intrarea în turbină, folosind în acest scop supraîncălzitoare sau tamburi separatori;
- între două trepte succesive de destindere folosind în acest scop separatoare mecanice şi supraîncălzitoare termice;
- în corpul de joasă presiune prin practicarea drenajului. Supraîncălzirea se poate realiza:
- în reactorul nuclear, care este prevăzut în acest scop cu canale supraîncălzitoare;
- într-un cazan supraîncălzitor în care se arde combustibil classic.
(prima figură) (a doua figură)
Prima figură: Schemă termică de CNE cu două circuite:
1. reactor;
2. generator de abur;
3. pompă sau suflantă;
4. circuitul secundar;
5. vas de menţinere a presiunii în circuitul primar.
A doua figură: Schema de principiu a unei CNE cu trei circuite:
1. reactor nuclear;
2. schimbător de căldură Na-NaK;
3. generator de abur;
4. turbină de abur;
5. generator electric;
6. condensator;
7. pompă de condens;
8,9. pompe magnetohidrodinamice pentru vehicularea metalelor topite.
Până în prezent reactorul BWR este o soluţie tehnică aplicată la un număr mare de CNE cu puteri electrice unitare de până la 1100 MW. Această schemă s-a folosit la primul reactor nuclear construit în lume de către echipa lui Enrico Fermi, la Chicago în 2 Decembrie 1942. Gazele se încălzesc în reactorul 1, apoi se destind în turbina cu gaze 2, şi se răcesc în schimbătoarele de căldură 6 şi 5 pentru a merge apoi în compresorul 3 de unde sunt trimise din nou în reactor, închizându-se astfel circuitul. Deoarece gazele trecând prin reactor nu devin radioactive, nu trebuie luate măsuri de protecţie biologică a turbinei cu gaze ca în cazul turbinelor cu abur. Se utilizează de regulă gaze inerte (He). Circuitul termic cuprinde de obicei trei trepte de comprimare şi o destindere unică, cu o răcire a gazelor după fiecare treaptă de comprimare (lucru nefigurat în figura de mai sus).
4.3. Scheme cu două circuite
Ideea de bază a acestei scheme este de a restrânge cât mai mult aria de contaminare radioactivă. La schemele termice cu două circuite, reactorul poate avea agenţi de răcire diferiţi: apă, apă grea, gaze sau lichide organice. Schimbătorul de căldură, denumit generator de abur este elementul care desparte centrala nucleară în două. Nivelul de presiune şi de temperatură în circuitul secundar depinde de tipul reactorului şi de agentul de răcire primar. În cazul agentului de răcire lichid (centrale PWR sau PHWR), temperatura din reactor este limitată aproximativ 300°C iar încălzirea apei în reactor se face cu doar 15-30°C, valoarea redusă fiind impusă de uniformitatea puterii de moderare şi a condiţiilor de schimb de căldură. Această schemă, cu două circuite, se aplică şi la centralele nuclearo-electrice CANDU (CANadium Deuterium Uranium), care folosesc drept combustibil uraniu natural, implementate şi la noi în ţară.
4.4. Scheme cu trei circuite
Acest tip de schemă se aplică în cazul utilizării reactoarelor cu neutroni rapizi, reactoare care se caracterizează prin densităţi termice în zona activă cu mult mai mari decât în cazul reactorului termic. Pentru evacuarea căldurii se folosesc săruri sau metale topite. Pentru evitarea unui posibil contact între mediul radioactiv din circuitul primar şi apa din circuitul termic al centralei se foloseşte un circuit intermediar cu sodiu topit sau amestec eutectic Na-K. Pentru evitarea contactului Na-H2O, generatorul de abur din circuitul secundar are o construcţie specială folosind în acest sens pereţii dubli, în spaţiul dintre ei circulând un fluid intermediar (mercur sau lichide organice).
