СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ АКТИВНОЙ ЗОНЫ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 1997 года по МПК G21C13/00 G21C15/00 G21C15/18 G21D1/00 

Изобретение относится к ядерной энергетике, в том числе к исследовательским реакторам, и может быть использовано для аварийного расхолаживания ядерных реакторов с высоконапряженной активной зоной реакторов канального и корпусного типов с циркуляционными контурами под давлением.

Известна система охлаждения реактора РБМК [1] с герметичным циркуляционным контуром под давлением, содержащая сепараторы пара, циркуляционные насосы и обратные клапаны на напоре циркуляционных насосов, питательные насосы, гидроаккумулирующий узел, насосы САОР и емкость запаса воды.

Наиболее близким техническим решением является система охлаждения активной зоны исследовательского ядерного реактора МР [2] в которой циркуляционные петли герметичного контура под давлением содержат теплообменники, циркуляционные насосы и обратные клапаны на напоре циркуляционных насосов, аварийные насосы, магистральные трубопроводы и газовую систему поддержания давления.

Недостатком известных систем охлаждения является невозможность обеспечить расхолаживание высоконапряженной активной зоны исследовательского ядерного реактора при аварии с полным обесточиванием реакторной установки (потере одновременно как внешних, так и автономных источников электропитания).

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении надежности системы за счет обеспечения охлаждения активной зоны при аварии с полным обесточиванием реакторной установки (одновременной потерей как внешнего, так и автономного электроснабжения).

Указанный технический результат достигается за счет того, что в системе охлаждения активной зоны исследовательского ядерного реактора с циркуляционными петлями герметичного контура под давлением, содержащей теплообменники, циркуляционные насосы и обратные клапаны на напоре циркуляционных насосов, магистральные трубопроводы и газовую систему поддеpжания давления, в циркуляционных петлях установлены по две гидроемкости напорная и приемная, подсоединенные соответственно к напорной и всасывающей ветви в данной петле, напорная гидроемкость подсоединена на участке напорной ветви между обратным клапаном насоса и активной зоной, обе гидроемкости в своих верхних частях соединены между собой перепускным трубопроводом, на выходе из напорной гидроемкости в перепускном трубопроводе установлен обратный клапан, перепускной трубопровод присоединен к газовой системе поддержания давления, кроме того, в каждой циркуляционной петле напорная гидроемкость расположена выше приемной гидроемкости, кроме того, в каждой циркуляционной петле напорная и приемная гидроемкости дополнительно соединены водяной перепускной трубкой, причем к напорной гидроемкости трубка присоединена в верхней части емкости, а к приемной в нижней ее части, кроме того, напорная гидроемкость оснащена регулирующим дроссельным устройством, например, в виде трубки с открытым верхним торцом и переменной по высоте перфорацией стенок, которая установлена в нижней части гидроемкости на выходе в трубопровод, которым гидроемкость соединен с циркуляционным контуром. Кроме того, в верхней части напорной гидроемкости, в месте выхода перепускного трубопровода, имеется тупиковая буферная полость, которая выполнена, например, за счет того, что конец перепускного трубопровода опущен внутрь напорной гидроемкости.

Сущность изобретения поясняется на рисунке, где представлена схема системы охлаждения активной зоны исследовательского ядерного реактора.

Система охлаждения активной зоны исследовательского ядерного реактора выполнена, например, в виде трех отдельных циркуляционных петель герметичного контура под давлением, каждая циркуляционная петля контура содержит магистральные трубопроводы 1, теплообменник 2, циркуляционные насосы 3 и обратные клапаны 4, две гидроемкости: напорную 5 и приемную 6. Приемная гидроемкость 6 связана с всасывающей ветвью, а напорная гидроемкость 5 установлена выше приемной гидроемкости 6 и подключена к напорной ветви на участке между обратным клапаном 4 и активной зоной 7. Обе гидроемкости 5 и 6 в своих верхних частях по газовому объему соединены перепускным трубопроводом 8, к которому подключена газовая система поддержания давления 9. На выходе из напорной гидроемкости 5 в перепускном трубопроводе 8 установлен обратный клапан 10, который служит для предотвращения перетока воды из напорной гидроемкости 5 после ее заполнения в трубопровод 8. Для исключения случаев неготовности системы аварийного охлаждения к работе, в случае преждевременного срабатывания обратного клапана 10, напорная 5 и приемная 6 гидроемкости дополнительно соединены водяной трубкой 11, которая на выходе из напорной гидроемкости 5 снабжена дросселем 12. К напорной гидроемкости 5 трубка 11 присоединена в верхней части, а к приемной гидроемкости 6 к нижней ее части. Напорная гидроемкость 5 оснащена регулирующим дроссельным устройством, например, в виде трубы 13 с открытым верхним торцом и переменной по высоте перфорацией стенок, которая установлена в нижней части гидроемкости 5 на выходе в трубопровод, которым гидроемкость соединена с циркуляционным контуром. Количество и диаметр отверстий уменьшается к нижней части напорной гидроемкости 5 на выходе в трубопровод, которым гидроемкость соединена с циркуляционным контуром. В верхней части напорной гидроемкости 5 предусмотрена буферная тупиковая газовая полость 14, которая, например, может быть организована за счет того, что конец перепускного трубопровода 8 опущен вовнутрь гидроемкости 5.

Режим работы системы охлаждения включает в себя подготовительный период, рабочий и период аварийного охлаждения.

В процессе подготовительного периода циркуляционный контур заполняют водой таким образом, чтобы приемные гидроемкости 6 были заполнены водой, а напорные гидроемкости 5 оставались пустыми. После заполнения циркуляционного контура водой, газовой системой 9 в напорной гидроемкости 5 создают требуемое давление. Включают циркуляционные насосы 3. Поскольку напор циркуляционных насосов 3 превышает разность уровней между гидроемкостями 5 и 6, напорные гидроемкости 5 заполняются водой за счет откачивания ее из приемных гидроемкостей 6, при этом газовые объемы из напорных гидроемкостей 5 через перепускные трубопроводы 8 переходят в приемные гидроемкости 6. После заполнения напорной гидроемкости 5 вода поднимается до обратного клапана 10 на газовом перепускном трубопроводе 8, и обратный клапан 10 закрывается, предотвращая переток воды в приемную гидроемкость 6 по газовому перепускному трубопроводу 8.

В системах, снабженных перепускными трубками 11, продолжается постоянный переток из напорной гидроемкости 5 в приемную 6 с небольшим расходом через дроссель 12 на перепускной водяной трубке 11.

На этом подготовка циркуляционного контура к работе завершена, после чего реактор выводят на его номинальную мощность, и система охлаждения выходит на рабочий режим.

Основной расход теплоносителя, создаваемый циркуляционными насосами 3, проходит через активную зону 7 и обеспечивает отвод выделяемого в ней тепла в теплообменники 2 циркуляционного контура. Небольшой расход, ограничиваемый дросселем 12, проходит по байпасному контуру с гидроемкостями 5 и 6.

При аварийной ситуации, в случае полного обесточивания реакторной установки, и вызванного этим прекращения работы циркуляционных насосов 3, под действием разностей уровней и благодаря наличию установленных в контуре обратных клапанов 4, начинается переток воды из напорных гидроемкостей 5 через активную зону 7 в приемные гидроемкости 6. При этом по мере перехода воды из напорной гидроемкости 5 в приемную гидроемкость 6 газовая подушка перемещается по перепускному трубопроводу 8 обратно из приемной гидроемкости 8 в напорную 5, причем обратный клапан 10 не препятствует перетоку газа. Расход воды, обеспечивающий интенсивный отвод тепла от активной зоны, в начальный период обеспечивается за счет предусмотренной разности уровней между напорными и приемными гидроемкостями. В дальнейшем расход теплоносителя через активную зону постепенно снижается за счет уменьшения разностей уровней воды в напорных и приемных емкостях.

Наличие в напорной гидроемкости газового объема, находящегося под давлением в буферной полости 14, при аварийной ситуации ускоряет выход системы в режим аварийного охлаждения.

Наличие регулирующего дроссельного устройства 13 в напорной гидроемкости 5 позволяет приблизить характер изменения расхода охлаждающей воды через реактор к характеру изменения остаточного тепловыделения в активной зоне.

Объем воды, запасенной в гидроемкостях 5, выбран из условия такой длительности охлаждения активной зоны, которая позволяет после прекращения перетока воды перейти к эффективному охлаждению активной зоны за счет естественной циркуляции.

Предлагаемая система охлаждения позволяет справиться также с аварийными ситуациями, не связанными с полным обесточиванием установки, например, - обеспечить аварийное охлаждение активной зоны при ситуациях, связанных с отказом основных систем энергоснабжения циркуляционных насосов, или при ситуациях, возникших при разгерметизации циркуляционного контура. В этом случае предлагаемая система работает вместе с насосами аварийного охлаждения.

Таким образом, предлагаемая система охлаждения активной зоны исследовательского ядерного реактора обеспечивает надежную эксплуатацию ядерной установки как в рабочем так и при возникновении аварийных ситуаций.

Кроме того, данная система исключает необходимость применения отдельных компенсаторов объема и гидроемкостей для компенсации, связанных с разгерметизацией контура, благодаря тому, что приемные и напорные гидроемкости являются неотсекаемой частью контура и выполняют функции компенсаторов объема, а также обеспечивают достаточный запас воды, требуемый при авариях с разгерметизацией контура.

Сущность: система охлаждения активной зоны исследовательского ядерного реактора включает в себя циркуляционные петли герметичного контура под давлением, теплообменники, циркуляционные насосы и обратные клапаны на напоре циркуляционных насосов, магистральные трубопроводы и газовую систему поддержания давления. В циркуляционных петлях установлены по две гидроемкости - приемная и напорная, подсоединенные соответственно к всасывающей и напорной ветви в соответствующей петле, напорная гидроемкость подсоединена на участке напорной ветви между обратным клапаном насоса и активной зоной. Напорная - гидроемкость расположена выше приемной гидроемкости. Обе гидроемкости по газовому объему в своих верхних частях соединены между собой перепускным трубопроводом, на выходе из напорной гидроемкости в перепускной трубопровод установлен обратный клапан, перепускной трубопровод присоединен к газовой системе поддержания давления. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1 1. Система охлаждения активной зоны исследовательского ядерного реактора с циркуляционными петлями герметичного контура под давлением, содержащая теплообменники, циркуляционные насосы и обратные клапаны на напоре циркуляционных насосов, магистральные трубопроводы и газовую систему поддержания давления, отличающаяся тем, что в циркуляционных петлях установлены по две гидроемкости напорная и приемная, подсоединенные соответственно к напорной и всасывающей ветви в данной петле, причем напорная гидроемкость подсоединена на участке напорной ветви между обратным клапаном и активной зоной, обе гидроемкости в своих верхних частях соединены между собой перепускным трубопроводом, на выходе из напорной гидроемкости в перепускном трубопроводе установлен обратный клапан, перепускной трубопровод присоединен к газовой системе поддержания давления.2 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в каждой циркуляционной петле напорная гидроемкость расположена выше приемной гидроемкости. 2 3. Система по п.2, отличающаяся тем, что в каждой циркуляционной петле напорная и приемная гидроемкости дополнительно соединены водяной перепускной трубкой, причем к напорной гидроемкости трубка присоединена в верхней части емкости, а к приемной в нижней ее части.2 4. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что напорная гидроемкость оснащена регулирующим дроссельным устройством, например, в виде трубки с открытым торцом и переменной по высоте перфорацией стенок, которая установлена в нижней части гидроемкости на выходе в трубопровод, которым гидроемкость соединена с циркуляционным контуром.2 5. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в верхней части напорной гидроемкости, в месте выхода перепускного трубопровода, имеется тупиковая буферная полость, которая выполнена, например, за счет того, что конец перепускного трубопровода опущен внутрь напорной гидроемкости.