УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАЗАЦИИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ ПЕРВОГО КОНТУРА РЕАКТОРА, ОХЛАЖДАЕМОГО ВОДОЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ Российский патент 2001 года по МПК G21C19/28 G21C17/22 G21D1/02 

Изобретение относится к устройству для газации водородом жидкого теплоносителя первого контура реактора, охлаждаемого водой под давлением, причем реактор, охлаждаемый водой под давлением, снабжен емкостью компенсатора объема и по меньшей мере одним подключенным за ней насосом высокого давления.

В книге VGB-Kernkraftwerks-Seminar 1970, в частности с. 41, описана для реактора, охлаждаемого водой под давлением, система регулирования объема для теплоносителя первого контура. К этой системе, которая постоянно обтекается частью теплоносителя первого контура, относится также устройство газации водородом. За счет этого должно оказываться противодействие радиолитическому разложению теплоносителя в центральной области ядерного реактора. В этом известном устройстве газации водород задается в относящуюся к системе регулирования объема емкость компенсатора объема. Он присутствует здесь над уровнем жидкости в виде газовой подушки. Парциальное давление водорода в газовой подушке устанавливается в соответствии с желаемой концентрацией водорода в теплоносителе первого контура.

Недостаток этого устройства газации заключается в том, что в случае течей емкости компенсатора объема водород улетучивается, что может приводить к образованию взрывоопасного гремучего газа. Поэтому стремятся заполненные водородом газовые пространства, как в большинстве случаев в реакторной технике, избегать или по меньшей мере поддерживать возможно малыми. Другой недостаток этого устройства газации заключается в том, что отклонения концентрации водорода в теплоносителе первого контура по сравнению с парциальным давлением водорода, имеющим место в газовой подушке, компенсируются очень медленно.

Дальнейшее развитие вышеупомянутого устройства газации известно из немецкого патента DE 2828153. Газация водородом теплоносителя первого контура происходит там в расположенном параллельно к емкости компенсатора объема обходном трубопроводе. В этот обходной трубопровод, который впадает во всасывающий трубопровод между емкостью компенсатора объема и тремя параллельно работающими насосами высокого давления, расположены после места подпитки водорода смеситель и газоотделитель. К месту подпитки ведет питательный трубопровод водорода с регулировочным клапаном, который управляется регулирующим устройством. Регулирующее устройство не представленным более подробно образом снабжается значениями содержания водорода в охлаждающей воде и рабочего состояния газоотделителя.

Недостаток этого устройства газации заключается в том, что содержание водорода в теплоносителе первого контура не может устанавливаться точно. Это зависит от того, что насыщенный газом в обходном трубопроводе теплоноситель первого контура встречается во всасывающем трубопроводе с теплоносителем первого контура с другой концентрацией водорода, который приходит от емкости компенсатора объема, и смешивается. Кроме того, в описанном замысле регулирования в газоотделителе неизбежно имеется известное количество газообразного водорода. Концепция регулирования является относительно сложной и установка концентрации водорода требует сравнительно большого времени. Регулирующее устройство, кроме того, является довольно дорогим.

Выданный к патенту DE 2828153 дополнительный патент 2948297 развивает названное устройство газации таким образом, что водород подается в жидкостном струйном компрессоре, который работает с теплоносителем первого контура в качестве жидкости. Также и этому устройству присущи вышеназванные недостатки.

Из FR-A-2407554 известна система газации, в которой водород подпитывается непосредственно в насос высокого давления, чтобы достичь особенно высокой точности при регулировании содержания водорода.

Задачей изобретения является указание устройства названного выше вида, в котором имеющееся вне емкости компенсатора объема количество водорода удерживается по возможности малым и в котором относительно простыми средствами обеспечено быстрое и точное регулирование содержания водорода в теплоносителе.

Эта задача согласно изобретению решается устройством, которое отличается
a) местом подпитки для водорода во всасывающем трубопроводе между емкостью компенсатора объема и насосом высокого давления,
b) измерительной линией, которая ответвляется от напорного трубопровода после насоса высокого давления,
c) измерительным устройством, которое для измерения концентрации водорода расположено в измерительной линии,
d) регулирующим устройством, которое на стороне входа соединено с измерительным устройством и
e) регулировочным клапаном в питательном трубопроводе водорода, который ведет к месту подпитки, причем регулировочный клапан подключен к выходу регулирующего устройства.

Таким образом, согласно изобретению на напорной стороне насоса высокого давления предусмотрена измерительная линия (находящаяся в соединении с емкостью компенсатора объема или с дренажной системой). В эту измерительную линию включено устройство для измерения содержания водорода в теплоносителе. Так как отбираемое на напорной стороне насоса (насосов) высокого давления для целей измерения количество теплоносителя обычно от 5 до 15 литров в час является относительно малым, эта измерительная линия может быть, как упомянуто, соединена с дренажной системой ядерного реактора.

Решение согласно изобретению дает то преимущество, что содержание водорода в теплоносителе является регулируемым быстро и точно. Мертвые пространства для водорода ограничены до минимума. Газоотделитель не требуется.

Как упомянуто, устройство газации связано с регулирующим устройством для управления упомянутого регулировочного клапана. Согласно дальнейшей форме развития изобретения этот регулировочный клапан включен между запасом водорода и местом подпитки. Это позволяет осуществить автоматический режим газации теплоносителя водородом.

Согласно дальнейшей предпочтительной форме развития изобретения вниз по течению от места подпитки расположен смеситель. За счет смешивания уже в части низкого давления достигается то, что в части высокого давления имеет место практически только растворенный водород.

Предпочтительным образом предусмотрен обходной трубопровод, приданный емкости компенсатора объема. Это имеет следствием, что емкость компенсатора объема и таким образом также его газовое пространство могут поддерживаться малыми.

Согласно дальнейшей предпочтительной форме развития изобретения обходной трубопровод вверх по течению от места подпитки впадает в расположенный между емкостью компенсатора объема и насосом высокого давления всасывающий трубопровод. За счет этого весь подводимый к насосу высокого давления теплоноситель доводится в основном до равномерного содержания водорода.

Пример выполнения изобретения представлен на чертеже и более подробно описывается в последующем (на чертеже показана принципиальная схема).

Фигура показывает устройство для газации теплоносителя первого контура реактора, охлаждаемого водой под давлением. Ответвляющаяся от не представленного первого контура реактора, охлаждаемого водой под давлением, нитка трубопровода 2 ведет через ручной регулировочный клапан или арматуру 4 и измеритель расхода 5 в нижнюю часть емкости компенсатора объема 6. Емкость компенсатора объема 6 в своей нижней области 8 заполнена теплоносителем первого контура, например водой H₂O. Расположенное в емкости компенсатора объема 6 выше теплоносителя первого контура газовое пространство 10 через нитки трубопровода 12, 14 соединено с (не представленной) системой отработавшего газа и через подводящий трубопровод 16 с подключением азота. В нитке трубопровода 12 содержатся возвратный клапан 15, регулировочный клапан 16, измеритель расхода 18 и арматура 20; они являются составными частями известной по себе системы для регулирования расхода азота (сравни DE-PS 2828153). В нитке трубопровода 14 содержатся регулировочный клапан 22 и арматура 24; они являются составными частями известной по себе системы для регулирования давления азота и вероятно имеющегося водорода (сравни DE-PS 2828153). Газовое пространство 10 в основном заполнено азотом N₂. Азот N₂ может подводиться через подводящий трубопровод 16 и клапан 26, а также возвратный клапан 27.

Параллельно к емкости компенсатора объема 6 расположен обходной трубопровод 28 с регулировочным клапаном 30. Он ведет от нитки трубопровода 2 к подключенному снизу всасывающему трубопроводу 32; пропускная способность является устанавливаемой регулировочным клапаном 30 с двигательным приводом. С помощью регулировочного клапана 30 и арматуры 4 предпринимают следящее регулирование концентрации бора в емкости компенсатора объема 6. Подвод бора имеет место на входе трубопровода 2 и более подробно не представлен. Через арматуру 4 от главного потока непрерывно отбирают часть расхода, направляют в емкость компенсатора объема 6 и после смешивания с ее содержимым снова отводят через трубопровод 32.

Вниз по течению от устья обходного трубопровода 28 во всасывающем трубопроводе 32 предусмотрен смеситель 34. Он служит для ввода H₂. Питательный трубопровод 36 водорода впадает в месте подпитки 38 перед смесителем 34 во всасывающий трубопровод 32. Он может также вести в смеситель 34. Питательный трубопровод 36 водорода содержит возвратный клапан 40, исполнительный орган с двигательным приводом или регулировочный клапан 42, измеритель расхода 44 и запираемый через запорный клапан 46 запас водорода 48. Регулировочный клапан 42 связан по линии управления 50 с регулятором или регулирующим устройством 52 с устанавливаемым датчиком заданного значения 54. Здесь может устанавливаться заданное значение для желаемого содержания водорода. Регулирующее устройство 52 связано через измерительную линию 56 с измерительным устройством 58 для водорода H₂. В случае этого H₂-измерительного устройства 58 может идти речь, в частности, об измерительном устройстве, сбываемом фирмой Orbisphere laboratories, CH-2000 Neuchatel, Швейцария.

Вниз по течению от смесителя 34 предусмотрены в параллельных друг другу отрезках два насоса высокого давления 60, 62 с вентиляционными арматурами 64a, 64b или, соответственно, 66a, 66b, между которыми расположены газоизмерительные устройства 65 или, соответственно, 67 для установления наличия газа в соответствующих трубопроводах. Если газ обнаружен, то соответственно открывают наружную арматуру 64b, 66b, а внутреннюю арматуру 64a, 66a закрывают так, что газ может улетучиваться. Насосы 60, 62 включены между первым и вторым клапаном 68 и 70 или, соответственно, между третьим и четвертым клапаном 72 и 74. Насосы высокого давления 60, 62 подают теплоноситель первого контура по большей части из обходного трубопровода 28 через общий напорный трубопровод 76, измеритель расхода 78 и клапан 80 обратно к первому контуру.

Расположение емкости компенсатора объема 6 имеет различные задачи; во-первых, она заботится о компенсации колебаний уровня высоты теплоносителя первого контура на стороне всасывания насосов высокого давления 60, 62. Во-вторых, она заботится о резерве теплоносителя (например, 12,5 кубометра), в случае если какая-либо (не показанная), лежащая перед регулировочным клапаном 30 арматура запирает или ошибочно прерывает подачу теплоносителя первого контура к насосам высокого давления 60, 62. Эти насосы 60, 62 должны постоянно работать по причинам безопасности.

От напорного трубопровода 76 ответвляется измерительная или отводная линия 82. В этой измерительной линии 82 включены друг за другом клапаны 84, 86, измеритель расхода 88, измерительное устройство 58 для измерения в режиме реального времени содержания водорода в теплоносителе первого контура, дроссельное устройство 90 и возвратный клапан 92. Измерительная линия 82 ведет затем в нижнюю часть 8 емкости компенсатора объема 6. Альтернативно она может также вести в газовое пространство 10 или в дренажную систему 94. Последнее представлено с помощью намеченного штриховой линией трубопровода 82a. На измерительном приборе 58 для определения растворенного водорода предусмотрены еще ответвления 96, 98. Эти ответвления 96, 98 служат для того, чтобы подкалибровывать измерительный прибор 58 после известного времени эксплуатации (с помощью не показанной емкости для водорода) или, соответственно, при необходимости продувать или обезвоживать измерительную линию 82.

Через измерительную линию 82 ответвляют только относительно малые количества теплоносителя из напорного трубопровода 76, например от 5 до 10 л/ч. Отобранный теплоноситель или запитывают обратно в контур теплоносителя через емкость компенсатора объема 6 или отводят в дренажную систему 94.

Представленное устройство работает следующим образом. Установка насыщения водородом теплоносителя первого контура происходит через регулировочный клапан 42, который управляется регулирующим устройством 52, на стороне низкого давления обоих насосов высокого давления 60, 62, то есть на их стороне всасывания. Подпитка водорода происходит в месте подпитки 38. Регулируемая величина, а именно содержание водорода в теплоносителе первого контура (например, воде), однако, непрерывно измеряется на напорной стороне обоих насосов высокого давления 60, 62 посредством измерительного устройства 58 в измерительной линии 82. Регулирующее устройство 52 имеет задачей поддерживать концентрацию водорода в теплоносителе первого контура на уровне заданного значения, которое может составлять, например, 2,5 частиц/млн.

Представленное устройство позволяет осуществить однозначную газацию, то есть создание определенной концентрации водорода в теплоносителе (воде). Оно отличается простой конструкцией. Ненужные газовые пространства исключены.

Использование: в ядерном реакторе с контуром охлаждения для жидкого теплоносителя для обеспечения быстрого и точного регулирования содержания водорода в теплоносителе. Сущность изобретения: контур охлаждения предпочтительно содержит емкость компенсатора объема (6) и по меньшей мере один насос высокого давления (60, 62). Место подпитки (38) для водорода находится во всасывающем трубопроводе (32) на стороне всасывания насоса высокого давления (60, 62). На напорной стороне насоса высокого давления (60, 62) предусмотрена измерительная линия (82), находящаяся в соединении с емкостью компенсатора объема (6) или с дренажной системой (94). В эту линию включено устройство (58) для измерения содержания водорода в теплоносителе, которое соединено с регулирующим устройством (52). Регулировочный клапан (42) находится в питательном трубопроводе водорода (36). 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для газации водородом жидкого теплоносителя первого контура реактора, охлаждаемого водой под давлением, причем реактор, охлаждаемый водой под давлением, предпочтительно снабжен емкостью компенсатора объема (6) и, по меньше мере, одним насосом высокого давления (60, 62), местом подпитки (38) для водорода во всасывающем трубопроводе (32) насоса высокого давления (60, 62), регулирующим устройством (52), которое на стороне входа соединено с измерительным устройством (58), и регулировочным клапаном (42) в питательном трубопроводе водорода (36), который ведет к месту подпитки (38), причем регулировочный клапан (42) подключен к выходу регулирующего устройства (52), отличающееся тем, что измерительное устройство (58) для измерения концентрации водорода включено в измерительную линию (82), которая ответвляется от напорного трубопровода (76) за насосом высокого давления (60, 62) и ведет либо в имеющуюся при необходимости емкость компенсатора объема (6), либо в дренажную систему (94). 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что насос высокого давления (60, 62) запитывает отобранный из контура охлаждения теплоноситель первого контура снова в контур охлаждения. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что регулировочный клапан (42) расположен в питательном трубопроводе водорода (36) между запасом водорода (48) и местом подпитки (38). 4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что во всасывающем трубопроводе (32) расположен смеситель (34). 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что смеситель (34) расположен вниз по течению от места подпитки (38). 6. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что имеющейся при необходимости емкости компенсатора объема (6) придан обходной трубопровод (28) с клапаном (30). 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что обходной трубопровод (28) вверх по течению от места подпитки (38) впадает во всасывающий трубопровод (32) между емкостью компенсатора объема (6) и насосом высокого давления (60, 62). 8. Устройство по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что регулирующее устройство (52) выполнено в виде пропорционального регулятора.