Výklad

Primární okruh jaderné elektrárny s tlakovodním reaktorem je uzavřený systém naplněný chladivem – obyčejnou vodou pod tlakem. Kdyby byl systém pevně uzavřený, docházelo by vzhledem k rozdílné teplotní roztažnosti materiálů potrubí a vody ke změně vzájemného poměru jejich objemů, což by vedlo k nežádoucímu nárůstu nebo poklesu tlaku v primárním okruhu. Každý okruh proto obsahuje speciální zařízení, které se za provozu stará o udržení konstantního tlaku chladiva prostřednictvím kompenzace jeho zvětšujícího nebo zmenšujícího se objemu.

Kompenzátor objemu je vlastně taková expanzní nádoba uzavřeného primárního okruhu, využívající fázové přeměny voda – pára.

Kompenzátor objemu je vertikální tlaková nádoba z nízkolegované oceli, na vnitřní straně opatřena asi centimetrovým nerezovým návarem. Tvoří autonomní systém umístěný nad úrovní primárního okruhu, s nímž je neoddělitelně spojen potrubím připojeným k horké větvi jedné ze smyček. Neoddělitelně znamená, že je k okruhu připojen ještě před hlavní uzavírací armaturou, aby vždy zůstal spojen s reaktorem a pracující částí primárního okruhu.

V hrnci je udržována rovnováha mezi vodou a párou při atmosférickém tlaku, v kompenzátoru při tlaku primárního okruhu a teplotě asi 320 °C.

Vnitřní prostor kompenzátoru je asi ze dvou třetin naplněn primární vodou. Zbylou třetinu nad hladinou vody vyplňuje buď inertní plyn (např. dusík) – u kompenzátorů s plynovým polštářem, nebo vodní pára – v tomto případě mluvíme o parním polštáři. V minulosti častěji používané plynové polštáře využívaly dobrou objemovou stlačitelnost plynu, byly energeticky nenáročné, ale měly i některé nevýhody, které později vedly k jejich náhradě za kompenzátory s parním polštářem. K těmto nevýhodám patřil především velký pracovní objem kompenzátoru, rozpouštění plynu v primárním chladivu a ovlivňování chemického režimu nebo možné namrzání směsi plynu a vodní páry při kritickém průtoku pojistnými ventily.

Kompenzátor objemu s parním polštářem pracuje na principu rovnováhy vodní a parní fáze ve stavu nasycení. Voda je v kompenzátoru, na rozdíl od celého primárního okruhu, ohřátá až na teplotu sytosti při daném tlaku. Malé změny tlaku chladiva dokáže kompenzátor regulovat zcela samostatně. Například při zvýšení teploty chladiva vzroste jeho objem, část chladiva z okruhu přeteče do kompenzátoru a „píst vody“ stlačí parní polštář. Tlak páry nad hladinou se zvýší, ale tomuto tlaku již neodpovídá rovnovážná teplota nasycení. Přesycená pára začne částečně kondenzovat, čímž se zmenší její objem a tím i tlak nejen páry v kompenzátoru, ale i chladiva v celém primárním okruhu. Naopak, při poklesu teploty chladiva se zmenšuje jeho objem, z kompenzátoru odtéká část média do okruhu, zvětšuje se objem a snižuje tlak parního polštáře. Původní teplota nasycení již neodpovídá sníženému tlaku a dochází k varu vody a vývinu páry až do doby, kdy jsou parní polštář a voda opět v rovnováze (ve stavu sytosti).

V dolní části kompenzátoru objemu se nachází řada elektrických ohříváků, pracujících na stejném principu jako ohříváky teplé vody v elektrickém bojleru.

Pohled na vnější část kompenzátoru objemu s prstenci elektrických ohříváků

Pokud jsou změny objemu (tlaku) primárního chladiva větší, zapojují se do činnosti pomocné regulační systémy kompenzátoru. Výraznější pokles tlaku pomáhají zvládat skupiny elektrických ohříváků v dolní části kompenzátoru, které zvyšují teplotu a zintenzivňují var vody, důsledkem čehož je zvětšení parního objemu a zvýšení tlaku. V opačném případě, když je potřeba výrazně snížit tlak v primárním okruhu, sprchuje se parní prostor kompenzátoru chladnější vodou ze studené větve smyčky. Přitom analogicky část páry zkondenzuje a tlak se sníží. Zapínání a vypínání elektrického ohřevu i regulaci vstřikové vody řídí automatika udržování tlaku. Kromě tlakových a teplotních čidel vstupují do algoritmů řízení také hladinoměry, hlídající aktuální poměr fází v nádobě.

Třetím způsobem regulace tlaku (jen snižování tlaku, když už sprchový systém nestačí) v primárním okruhu je automatické nebo manuální přepouštění části syté páry přes odlehčovací a pojistné ventily do barbotážní nádrže s chladnou vodou. Pára ve vodě rychle zkondenzuje, čímž se nebezpečný nárůst tlaku eliminuje.

Kompenzátor objemu primárního okruhu je velmi důležité zařízení, chránící primární potrubí před mechanickým poškozením v důsledku vysokého tlaku a zabezpečující v každém režimu, aby se primární voda nezačala vařit při náhlém poklesu tlaku.

1