ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1998 года по МПК G21C15/18 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на атомных станциях с водоводяными реакторами в аварийных режимах.

Безопасность атомных станций во многом определяется возможностью отвода остаточных тепловыделений активной зоны реактора при авариях, связанных с потерей основного теплоносителя при разгерметизации первого контура, а также возможностью ограничения роста давления в защитной оболочке. Кроме того, требуется отводить тепло от отработавшего топлива, хранящегося в бассейне выдержки.

Для обеспечения охлаждения активной зоны в этих условиях требуется поддерживать запас воды в корпусе реактора как при высоком давлении в первом контуре, так и при низком давлении.

Для ограничения роста давления в защитной оболочке необходима подача воды в пространство оболочки через специальные разбрызгивающие сопла.

Известна схема аварийной подачи воды в реактор при высоком и низком давлении и подачи воды в пространство защитной оболочки [1]
В данной схеме подача воды в реактор при высоком давлении производится насосом системы аварийного охлаждения активной зоны (САОЗ) ВД, при низком давлении насосом САОЗ НД. Подача воды в пространство защитной оболочки - спринклерным насосом. В качестве бака аварийного запаса воды используется бак-приямок, в котором изначально запасен определенный запас воды, а при авариях с разрывом трубопроводов первого контура в него поступает теплоноситель, вытекающий из первого контура. Охлаждение бассейна выдержки отработавшего топлива осуществляется отдельной системой.

Данная схема имеет следующие недостатки:
избыточное количество механизмов (насосов, арматуры, трубопроводов) и соответственно большую требуемую мощность дизельгенераторов, большой объем контроля и управления;
использование дополнительного бака большого объема для аварийного запаса воды;
недостаточную надежность систем безопасности, поскольку в режимах нормальной эксплуатации системы не работают;
необходимость дополнительных линий для периодического опробования систем для подтверждения их работоспособности.

Известна схема [2] в которой в качестве бака аварийного запаса воды используется бассейн выдержки отработавшего топлива, а отдельная система охлаждения бассейна отсутствует, поскольку ее роль выполняет система аварийного охлаждения первого контура. Однако и в этой схеме имеются отдельные насосы, используемые для подачи воды в реактор при высоком и низком давлении в нем, а также для подачи воды в объем защитной оболочки с целью ограничения роста и снижения давления в пространстве защитной оболочки.

При аварии с течью теплоносителя первого контура при низком давлении в контуре насос аварийного расхолаживания обеспечивает одновременно подачу воды в реактор и в бассейн выдержки топлива. Для обеспечения требуемого распределения расходов в линии подачи воды в бассейн установлено дросселирующее устройство.

Если давление в контуре выше напора насоса аварийного расхолаживания, то подача воды в реактор осуществляется аварийным насосом высокого давления.

Подача воды в объем защитной оболочки производится спринклерным насосом, подключенным к бассейну выдержки и расположенным внутри защитной оболочки.

В данной схеме учтены недостатки описанной выше схемы, то есть в качестве бака аварийного запаса воды используется бассейн выдержки топлива, насос контура охлаждения бассейна выдержки выполняет при аварии функцию охлаждения активной зоны реактора при низком давлении в первом контуре. Однако, для выполнения функции подачи воды в реактор при высоком давлении и функции подачи воды в пространство защитной оболочки используются, как и в описанной выше схеме, дополнительные системы со своими насосами, арматурой и трубопроводами, которые в режимах нормальной эксплуатации не функционируют. Кроме того, в данной схеме для перераспределения расходов между первым контуром и бассейном выдержки используются дроссельные шайбы, которые выполняют свою функцию в узком диапазоне давлений первого контура, но не способны обеспечить работу системы в широком диапазоне давлений.

Основной целью предполагаемого изобретения является повышение надежности функций аварийного отвода остаточных тепловыделений активной зоны реактора, охлаждения топливного бассейна и ограничения роста давления в защитной оболочке при авариях с течью первого контура. Указанная цель достигается тем, что для выполнения указанных функций используется один и тот же насос, который в нормальных условиях эксплуатации обеспечивает охлаждение бассейна выдержки, а в условиях аварии продолжает работать, выполняя дополнительные функции, указанные выше. Таким образом исключается необходимость запуска дополнительных насосов и за счет этого повышается надежность системы, поскольку исключается возможность отказа при запуске насосов. Для обеспечения работы насоса во всех режимах используются струйные насосы.

Помимо основной цели предполагаемое изобретение обеспечивает снижение количества оборудования, упрощение технологической схемы и схемы управления оборудованием, а также снижение общей мощности дизельгенераторов, обеспечивающих электропитание оборудования систем безопасности в аварийных режимах с обесточиванием шин надежного питания.

На чертеже схематично изображена энергетическая установка.

Энергетическая установка содержит водоводяной энергетический реактор 1, парогенератор 2, который соединен с реактором посредством циркуляционных трубопроводов 3 и 4 соответственно для горячего и охлажденного теплоносителя. На чертеже показан один парогенератор и соответственно одна пара циркуляционных трубопроводов, однако установка содержит не менее двух парогенераторов и соответственно не менее двух пар циркуляционных трубопроводов, соединяющих парогенератор с реактором.

Энергетическая установка размещена в защитной оболочке 5, в нижней части которой предусмотрен приямок 6 для сбора теплоносителя, вытекающего в помещение при авариях с течью первого контура. В защитной оболочке размещен бассейн выдержки обработавшего топлива 7 и спринклерная система 8.

Энергетическая установка содержит систему аварийного и планового расхолаживания первого контура и охлаждения бассейна выдержки, которая включает в себя насос 9, теплообменник 10, всасывающие и нагнетающие трубопроводы насоса.

Всасывающий трубопровод 11 насоса подсоединен через отключающие задвижки к циркуляционному трубопроводу горячего теплоносителя 3, бассейну выдержки 7 и приямку 6. Подключение к бассейну выдержки выполнено на такой высоте, которая обеспечивала бы сохранение в бассейне уровня воды, достаточного для обеспечения биологической защиты от топливных элементов, размещенных в бассейне.

Напорный трубопровод насоса подсоединен к обратному клапану 12. За обратным клапаном установлено два струйных насоса большей 13 и меньшей 14 производительности, входные участки сопел которых соединены между собой и подсоединены к обратному клапану 12 нагнетательного трубопровода насоса расхолаживания 9, всасывающие патрубки обоих струйных насосов через обратные клапаны соединены со всасывающим трубопроводом 11 насоса расхолаживания, при этом диффузор струйного насоса большей производительности 13 подсоединен к циркуляционным трубопроводам для горячего 3 и охлажденного 4 теплоносителя, а диффузор струйного насоса меньшей производительности 14 подсоединен к патрубку для залива в бассейн выдержки топлива 7. Спринклерная система 8 подсоединена к диффузору струйного насоса большей производительности 13.

Энергетическая установка работает следующим образом. При нормальных условиях эксплуатации теплоноситель циркулирует по трубопроводам 3 и 4, нагреваясь в реакторе 1 и охлаждаясь в парогенераторе 2. Система аварийного и планового расхолаживания первого контура и охлаждения бассейна выдержки работает по контуру охлаждения бассейна 7, т.е. нагретая вода из бассейна 7, поступает во всасывающий трубопровод 11, предварительно отдав тепло в теплообменнике 10, и напором насоса 9 подается в струйный насос большей производительности 13 и далее в бассейн выдержки 7. Подача воды от системы аварийного и планового расхолаживания первого контура и охлаждения бассейна выдержки в первый контур и на спринклерную систему закрыта.

При аварии с течью первого контура линия подачи воды в бассейн выдержки 7 от струйного насоса большей производительности 13 закрывается. Открывается линия подачи воды в циркуляционные трубопроводы 3 и 4 соответственно для горячего и охлажденного теплоносителя. Для обеспечения охлаждения обработанного топлива в бассейне часть расхода через струйный насос меньшей производительности 14 подается в бассейн.

Если давление в первом контуре высокое (выше 2,3 МПа), то струйный насос большей производительности работает как гидравлическое сопротивление. Зависимость расхода от давления в первом контуре в этом случае определяется гидравлической характеристикой насоса 9. При снижении давления ниже 2,3 МПа начинается подсос среды в струйный насос и дальнейшая зависимость расхода подаваемой в первом контур среды от давления первого контура определяется характеристикой струйного насоса.

При необходимости ограничения роста давления в защитной оболочке открывается арматура на линии подачи воды к соплам спринклерной системы 8.

Сущность: устройство содержит напорный трубопровод насоса, присоединенный к обратному клапану 12, за которым установлено два струйных насоса большей 13 и меньшей 14 производительности. При нормальных условиях эксплуатации система работает по контуру охлаждения бассейна 7. При аварии с течью первого контура открывается линия подачи воды в циркуляционные трубопроводы 3 и 4 соответственно для горячего и охлажденного теплоносителя от струйного насоса большей производительности 13. Для обеспечения охлаждения отработавшего топлива в бассейне часть расхода через струйный насос меньшей производительности 14 подается в бассейн. При необходимости ограничения роста давления в защитной оболочке открывается арматура на линии подачи воды к соплам спринклерной системы 8 от струйного насоса большей производительности. 13. 1 з.п. ф-лы. 1 ил.

1. Энергетическая установка, содержащая установленные в защитной оболочке водяной реактор, подсоединенный циркуляционными трубопроводами для горячего и охлажденного теплоносителя к парогенератору, спринклерную систему, бассейн выдержки топлива, приямок, обратный клапан и систему аварийного и/или нормального расхолаживания, состоящую из теплообменника и насоса расхолаживания, всасывающий трубопровод которого подсоединен через отключающие задвижки к сливному патрубку бассейна выдержки топлива, приямку и циркуляционному трубопроводу для горячего теплоносителя, а нагнетающий трубопровод подсоединен с обратному клапану, отличающаяся тем, что она снабжена двумя струйными насосами большей и меньшей производительности, входные участки сопл которых сообщены между собой и подсоединены к обратному клапану нагнетательного трубопровода насоса расхолаживания, всасывающие патрубки обоих струйных насосов через обратные клапаны соединены с всасывающим трубопроводом насоса расхолаживания, при этом диффузор струйного насоса большей производительности подсоединен к циркуляционным трубопроводам для горячего и охлажденного теплоносителя, а диффузор струйного насоса меньшей производительности к патрубку для залива в бассейн выдержки топлива. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что спринклерная система подсоединена к диффузору струйного насоса большей производительности.