УСТРОЙСТВО (ЛОВУШКА) ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ, ОХЛАЖДЕНИЯ И УДЕРЖАНИЯ РАСПЛАВА АКТИВНОЙ ЗОНЫ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 1997 года по МПК G21C9/16 

Устройство относится к атомной энергетике, а именно к системам безопасности ядерной энергетической установки при авариях, приводящих к плавлению топлива и материалов активной зоны.

Известно устройство для охлаждения и улавливания плавящейся или расплавленной активной зоны ядерного реактора [1] представляющее собой охлаждаемую ванну, изготовленную из термопроводного металла и расположенную в помещении под корпусом реактора (в шахте реактора). Внутренняя сторона охлаждаемой ванны покрыта засыпкой из жароупорного материала. Над охлаждаемой ванной расположены колосники, служащие в качестве защитной решетки от попадания тяжелых деталей реактора. Нижняя сторона охлаждаемой ванны опирается на охлаждаемую камеру, заполненную теплоносителем. Пар по паропроводам отводится в наружные помещения.

К недостаткам этого устройства следует отнести: относительно низкую эффективность теплоотвода из-за термического сопротивления засыпки, отсутствие поглотителей кинетической энергии падающего расплава, что может привести к значительным динамическим воздействиям на элементы ванны, возможное накопление критической массы, отсутствие дополнительного барьера по охлаждению и удержанию расплава в случае проплавления ванны.

Известно устройство для удержания расплавленных материалов из активной зоны [2] расположенное под корпусом реактора, под перекрытием противоаварийной оболочки, представляющее собой изолированную цилиндрическую обечайку (шахту), внутри которой находятся приспособления для задержания падающих деталей после расплавления активной зоны. Под цилиндром (шахтой) сооружен улавливатель (теплообменник) для приема расплавленных материалов, прошедших сквозь шахту. Форма поперечного сечения теплообменника исключает накопление критической массы. Теплообменник имеет тонкую замкнутую водяную рубашку с верхним и нижним трубопроводами, внутреннюю облицовку из хорошо проводящего тепло материала. К основным недостаткам этого устройства следует отнести: сосредоточение всей массы расплава в едином объеме, большие высотные габариты одного теплообменника, отсутствие дополнительных барьеров распространению расплава в случаях повреждения, проплавления стенки теплообменника.

Наиболее близким к заявленному является устройство для удержания расплавленных материалов их активных зон (патент США N 4442065, кл. 376-280), взятое за прототип.

Задачей изобретения является повышение безопасности ядерной энергетической установки путем равномерного распределения расплава по объему ловушки, улучшением охлаждения, созданием дополнительных барьеров распространению расплава, уменьшением высотных габаритов.

Поставленная задача решается тем, что в корпусе ловушки, установленном под корпусом реактора на днище бетонной шахты, закрытом тонкой фигурной металлической крышкой, выполнены и закреплены: ферма из жаростойкого материала; накопительная камера с переливными окнами; выравнивающая решетка из жаростойкого материала с отверстиями, закрытыми легкоплавкими вставками; распределительная камера с выходными переливными окнами и отверстиями, соединенными с трубопроводами для отвода расплава; отводящие трубопроводы расплава, выполненные из жаропрочного материала, как минимум, один приемник расплава в виде торовой емкости (1-й барьер), выполненный из жаропрочного, хорошо проводящего материала, соединенный, как минимум, с одним трубопроводом расплава, при этом приемник расплава либо его половинки располагаются под небольшим углом к горизонтальной плоскости для организации естественного растекания расплава, а выходной конец трубопровода расплава внутри приемника расплава развернут по касательной к его оси; кольцевой поддон из жаропрочного материал (2-й барьер), расположенный под приемником расплава; кольцевой коллектор охлаждающей воды с патрубками, проходящими через днище поддона и подводящими охлаждающую воду в помещение приемника расплава, под приемник расплава, расположенный под поддоном; трубопроводы с пассивным и активным подводом охлаждающей воды к кольцевому коллектору, паропроводы для отвода пара из помещения приемника расплава, опорные конструкции.

На фиг. 1 показан общий вид устройства для случая использования одного приемника расплава, соединяемого двумя трубопроводами расплава с распределительной камерой; на фиг. 2 дан вид А-А устройства.

Устройство (ловушка) для улавливания, охлаждения и удержания расплава активной зоны ядерного реактора соответственно формуле изобретения расположена под корпусом реактора 1, в бетонной шахте 2 реактора 1, на днище 3 бетонной шахты 2 реактора 1 и состоит из корпуса 4 ловушки, выполненного из жаростойкого материала и служащего для размещения, закрепления внутрикорпусных устройств, предотвращения выхода расплава активной зоны в объем бетонной шахты 2 реактора 1. Сверху корпус 4 ловушки закрыт фигурной металлической крышкой 5 с обтекателем 6, которая на начальном этапе истечения расплава дополнительно предназначена для частичного распределения расплава по сечению ловушки, предотвращения его выплеска за корпус 4 ловушки и снижения кинетической энергии. Под крышкой 5 расположена ферма 7 из жаростойкого материала, элементы которой имеют трапециональное или треугольное поперечное сечение, служащая для задержания падающих деталей из реактора, частичного распределения по сечению ловушки и снижению его кинетической энергии. Ниже расположена накопительная камера 8, днищем которой служит выравнивающая решетка из жаростойкого материала с отверстиями, равномерно распределенными по поверхности решетки и закрытыми легкоплавкими вставками 10, на внутренней поверхности корпуса 4 ловушки в объеме накопительной камеры 8 равномерно по периметру расположены переливные окна 11. Под выравнивающей решеткой 9 располагаются распределительная камера 12 с отверстиями в нижней части камеры и с переливными окнами 11 на внутренней поверхности корпуса 4 ловушки, равномерно распределенными по периметру. Переливные окна 11 накопительной камеры 8 соединены каналами, проходящими в стенке корпуса 4 ловушки, с аналогичными переливными окнами распределительной камеры 12 и предназначены для перелива расплава из накопительной камеры 8 в распределительную камеру 12 при больших скоростях истечения расплава, когда время накопления расплава мало по сравнению с временем проплавления легкоплавких вставок 10. Отверстия в нижней части распределительной камеры 12 соединены с отводящими трубопроводами 13 расплава, выполненными из жаропрочного материала.

В бетонной шахте 2 реактора 1, за корпусом 4 ловушки расположено помещение 14 приемников расплава, в котором находится приемник 15 расплава (1-й барьер), выполненный в виде торовой емкости из жаропрочного, хорошо проводящего материала, снабженный воздушником 16, опоры 17 приемника 15 расплава, под приемником 15 расплава располагается кольцевой поддон 18 (2-й барьер), через отверстия в днище которого проходят патрубки 19 кольцевого коллектора 20 охлаждающей воды и его опоры 21, трубопровод 22 подвода охлаждающей воды к кольцевому коллектору 20, паропроводы 23. Приемник 15 расплава соединен трубопроводами 13 расплава с нижней частью распределительной камеры 12.

Устройство (ловушка) работает следующим образом.

Расплав активной зоны ядерного реактора из корпуса реактора 1 истекает вниз на фигурную металлическую крышку 5 корпуса 4 ловушки, где частично распределяется по сечению ловушки и теряет кинетическую энергию. 0форма боковой поверхности крышки 5 препятствует выплеску расплава за корпус 4 ловушки. Далее расплав попадает на ферму 7, где задерживаются отдельные детали внутрикорпусных устройств реактора, а расплав распространяется по сечению ловушки и теряет часть своей кинетической энергии. Пройдя ферму, расплав попадает на поверхность выравнивающей решетки 9, растекается по ее поверхности и накапливается в накопительной камере 8 за период времени, равный времени проплавления легкоплавких вставок 10. Если скорость истечения расплава велика, то расплав через переливные окна 11, минуя выравнивающую решетку 9, переливается в распределительную камеру 12. Такая картина истечения расплава будет сохраняться до тех пор, пока не проплавятся легкоплавкие вставки 10 и уровень расплава в накопительной камере 8 не опустится ниже переливных окон или не произойдет уменьшение скорости истечения. Далее расплав поступает в распределительную камеру 12, из которой по трубопроводам 13 расплава подается в приемник 15 расплава, где, благодаря наклону обеих половинок торовой емкости к горизонтальной плоскости и кинетической энергии потока на выходе из трубопровода, растекается по объему приемника 15 расплава. Содержащийся в приемнике расплава воздух и выделяющиеся в процессе истечения расплава газы удаляются через воздушники 16 в помещение 14 приемников расплава и далее, перемешиваясь в паром, через паропровод 23 выводятся за пределы ловушки. Другая часть воздуха и газа, образующаяся по тракту движения расплава, выводится через корпус 4 ловушки в бетонную шахту 2 реактора 1 и далее в объем защитной оболочки. В приемнике 15 расплава (1-й барьер) происходит интенсивное охлаждение расплава за счет выпаривания охлаждающей воды, находящейся в помещении приемника расплава. Образующийся пар выводится за пределы ловушки через паропроводы 23. В начальный момент охлаждения расплава на стенках приемника 15 расплава образуется слой охлажденного "замерзшего" или твердого расплава. Образуется своеобразный тигель с охлаждаемыми стенками, что способствует надежному удержанию расплава. Если произойдет проплавление стенки приемника 15 расплава (гипотетический случай), то расплав выльется на кольцевой поддон (2-й барьер) и будет охлаждаться непосредственно водой.

Использование: в атомной энергетике. Сущность изобретения: приемник расплава представляют собой торовые емкости, расположенные в горизонтальных плоскостях в объеме помещения приемников расплава, расположенного за корпусом ловушки. В корпусе ловушки происходит улавливание и распределение расплава по приемникам расплава с помощью трубопроводов. Как минимум, один приемник расплава соединен, как минимум, с одним трубопроводом расплава. Тепло от расплава отводится испарением охлаждающей воды, находящейся в помещении приемников расплава. Имеются два барьера, не считая основной плиты здания (защитной оболочки), способных удерживать расплав от выхода за пределы здания. 2 ил.

Устройство (ловушка) для улавливания, охлаждения и удержания расплава активной зоны ядерного реактора, содержащее корпус ловушки из жаропрочного материала, расположенный в бетонной шахте под корпусом ядерного реактора, внутри которого расположены и закреплены из жаростойкого материала выравнивающая решетка с легкоплавкими вставками и ферма, образующие между собой накопительную камеру с переливными окнами, фигурную крышку корпуса ловушки, линия подвода и отвода охлаждающего теплоносителя, отличающееся тем, что под выравнивающей решеткой расположена распределительная камера с отверстиями в днище и переливными окнами, как минимум один приемник расплава в виде торовой емкости, соединенный как минимум одним трубопроводом расплава с распределительной камерой, при этом под торовой емкостью установлен кольцевой поддон.