СПОСОБ РАСХОЛАЖИВАНИЯ АКТИВНОЙ ЗОНЫ Российский патент 2002 года по МПК G21C15/18 

Изобретение относится к области ядерной энергетики и может быть использовано для расхолаживания активной зоны водо-водяных реакторов при полном обесточивании атомной станции.

Известен способ расхолаживания активной зоны водо-водяного реактора, заключающийся в отводе тепла из активной зоны путем выпаривания теплоносителя второго контура из парогенераторов со сбросом пара в атмосферу через быстродействующие редукционные установки (БРУ-А) или предохранительные клапаны. (О.Б. Самойлов, Г.Б. Усынин, А.М. Бахметьев. Безопасность ядерных энергетических установок. М., Энергоатомиздат. 1989 г. с. 80).

Основной недостаток такого способа расхолаживания заключается в том, что действие систем расхолаживания на основе этого способа ограничено во времени. Время действия системы определяется запасом, который имеется в баках запаса воды.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ расхолаживания активной зоны, заключающийся в создании циркуляции через активную зону с помощью организации естественной циркуляции в первом контуре и передачей остаточного тепла к конечному поглотителю. (О.Б. Самойлов, Г.Б. Усынин, А.М. Бахметьев. Безопасность ядерных энергетических установок. М., Энергоатомиздат. 1989 г., с. 54).

Основной недостаток такого способа заключается в том, что отводимая мощность тепловыделения ограничена из-за невысоких скоростей воды, которые могут быть обеспечены с помощью естественной циркуляции. Между тем остаточное тепловыделение в остановленном реакторе типа ВВЭР-1000 даже через сутки составляет примерно 15 МВт, а к концу первой недели примерно 5 МВт. Если при обесточивании станции произойдет задержка в прекращении цепной реакции или цепная реакция не будет вообще прервана (наложение нескольких неблагоприятных факторов), тепло, выделяемое в активной зоне, не будет отведено - произойдет расплавление активной зоны со всеми вытекающими из этого последствиями.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении безопасности атомных станций за счет улучшения расхолаживания активной зоны в случае полного обесточивания атомной станции. Достижение технического результата создается за счет того, что циркуляцию теплоносителя через активную зону создают путем подачи теплоносителя со входа активной зоны на вход камеры смешения сверхзвукового инжектора, с выхода активной зоны на вход сверхзвукового инжектора, причем теплоноситель с выхода активной зоны предварительно дросселируют, а теплоноситель со входа активной зоны предварительно охлаждают, а образованную смесь с выхода сверхзвукового инжектора подают на вход активной зоны, причем образованную в инжекторе смесь предварительно подают в пусковую емкость.

Достижение технического результата создается также за счет того, что теплоноситель с выхода активной зоны дросселируют до давления Р_др, равного или меньшего давления насыщения при температуре воды на выходе активной зоны, Р_др<P_s. Охлаждение теплоносителя в теплообменнике проводят до температуры ниже температуры насыщения воды при давлении в камере смешения, выбранном из условия Р_кс<0,2Р_др.

Создание циркуляции теплоносителя через активную зону начинают при давлении в пусковой емкости, равном или превышающем давление в активной зоне.

При этом открывается обратный клапан, установленный на линии, соединяющей пусковую емкость и вход в активную зону.

На чертеже показана упрощенная схема расхолаживания активной зоны ВВЭР для реализации предлагаемого способа (показана для упрощения одна петля). Схема включает: 1 - реактор ВВЭР-1000, 2 - парогенератор, 3 - главный циркуляционный насос, 4 - компенсатор объема, 5 - дроссель, 6 - сверхзвуковой инжектор, 7 - теплообменник, 8 - обратный клапан, 9 - пусковая емкость, 10 - пусковой клапан, 11 - обратный клапан.

Способ расхолаживания осуществляется следующим образом. При обесточивании станции подается сигнал на открытие пускового клапана 10. После открытия клапана 10 вода с выхода и со входа активной зоны за счет перепада давления между давлением в активной зоне и давлением в пусковой емкости (равно атмосферному) поступает соответственно на вход сверхзвукового инжектора 6 и на вход камеры смешения сверхзвукового инжектора 6. Предварительно теплоноситель с выхода активной зоны поступает на дроссель 5 и со входа активной зоны в теплообменник 7. Дроссель 5 отрегулирован таким образом, чтобы при прохождении воды через него давление упало до значения давления Р_др, равного или меньшего давления насыщения при температуре воды на выходе активной зоны, Р_др<P_s, где P_s - давление на линии насыщения при температуре воды на выходе активной зоны. Таким образом, после прохождения дросселя на вход сверхзвукового инжектора 6 попадает вода при температуре, соответствующей температуре на линии насыщения. Вода со входа активной зоны попадает на вход теплообменника, где он охлаждается до соответствующей температуры. Расход воды и ее температура на входе во второй контур теплообменника 7 подобран таким образом, чтобы снизить температуру циркуляционной воды на выходе из теплообменника до температуры ниже температуры насыщения воды при давлении в камере смешения, выбранном из условия Р_кс<0,2Р_др. Это условие получено на основе многочисленных опытов, проведенных при оптимизации сверхзвукового инжектора. При такой температуре происходит полная конденсация выходящего из сверхзвукового сопла пара и, соответственно, входящего в смесительную камеру инжектора.

Давление в камере смешения выбрано из условия надежной работы сопла в сверхзвуковом режиме при истечении вскипающей воды. Пар, сконденсировавшийся в смесителе, передает воде, входящей в смесительную камеру, свою энергию, т. е. кинетическая энергия пара преобразуется в потенциальную энергию воды. Дальнейшее преобразование энергии происходит в диффузоре. После прохождения диффузора вода обладает достаточной энергией (потенциальной), чтобы создать циркуляцию в контуре и, соответственно, расхолодить активную зону. При этом вода подается в контур только после того, как она будет иметь соответствующую энергию. Этой энергии должно быть достаточно, чтобы преодолеть давление в контуре и создать необходимую циркуляцию. Это условие достигается тогда, когда давление в пусковой емкости станет равным или превысит давление в активной зоне. При этом условии открывается обратный клапан 8 и вода с большим запасом энергии поступает на вход активной зоны, увлекая (проталкивая) воду через активную зону и создавая соответствующую циркуляцию через нее. После выхода инжектора на стационарный режим циркуляция воды в контуре может продолжаться достаточно долго. При этом рассмотрении предполагается, что второй контур функционирует по нормальной схеме. В противном случае во втором контуре необходимо обеспечить съем тепла тем или иным способом (пассивные системы расхолаживания). В качестве примера рассмотрим работу способа при следующих условиях. Произошло обесточивание станции. Во втором контуре съем тепла обеспечен. Цепная реакция прервана. Тепло в активной зоне соответствует остаточному и равно 15 МВт. Давление на выходе активной зоны равно 16,0 МПа. Температура на выходе активной зоны равна Т_вых=330^oС. Давление на входе в активную зону Р_вх=16,0 МПа, температура на входе в активную зону 290^oС. Давление за дросселем Р_др=13,0 МПа, температура воды за дросселем Т_др=T_s= 330^oС, давление в камере смешения Р_кс=0,2Р_др=2,6 МПа, температура в камере смешения Т_кс=T_s=226^oС, температура на выходе теплообменника Т_х≤200^oС. Относительный расход теплоносителя, подаваемый на теплообменник, определяется из уравнения сохранения энергии (для выбранных параметров) - U=(i₀-i_н)/(i_н-i_x)= (1514-1284)/(1284-859)=0,54,
где i₀, i_н, i_x - энтальпия воды соответственно на выходе дросселя, инжектора и теплообменника.

Расход теплоносителя через теплообменник определяется исходя из энергетического баланса
G_к=Q/(i_н-i_к)=15000/(1284-859)=35,3 кг/с,
а расход через инжектор (через дроссель)
G₀=G_к/U=65,4 кг/с.

При этих условиях в инжекторе развивается напор воды, подаваемой на вход активной зоны, примерно равный 3 МПа. Этого напора достаточно, чтобы создать и поддерживать циркуляцию воды в контуре, достаточную для отвода тепла из активной зоны. Таким образом, предлагаемый способ расхолаживания позволяет создать и поддерживать циркуляцию теплоносителя через активную зону, достаточную для отвода тепла из активной зоны и предотвращения аварийной ситуации.

Изобретение относится к ядерной энергетике и предназначено для расхолаживания активной зоны водо-водяных реакторов при полном обесточивании атомной станции. Сущность изобретения: циркуляцию теплоносителя через активную зону создают путем подачи теплоносителя со входа активной зоны на вход камеры смешения сверхзвукового инжектора, с выхода активной зоны на вход сверхзвукового инжектора, причем теплоноситель с выхода активной зоны предварительно дросселируют, а теплоноситель со входа активной зоны предварительно охлаждают, а образованную смесь с выхода сверхзвукового инжектора подают на вход активной зоны, причем образованную в инжекторе смесь предварительно подают в пусковую емкость. Технический результат заключается в создании и поддержании циркуляции теплоносителя через активную зону, достаточной для отвода тепла из активной зоны, и в предотвращении аварийной ситуации. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ расхолаживания активной зоны ВВЭР преимущественно при полном обесточивании АЭС, заключающийся в создании циркуляции через активную зону, отличающийся тем, что циркуляцию теплоносителя через активную зону создают путем подачи теплоносителя со входа активной зоны на вход камеры смешения сверхзвукового инжектора, с выхода активной зоны на вход сверхзвукового инжектора, причем теплоноситель с выхода активной зоны предварительно дросселируют, а теплоноситель со входа активной зоны предварительно охлаждают, а образованную смесь с выхода сверхзвукового инжектора подают на вход активной зоны, причем образованную в инжекторе смесь предварительно подают в пусковую емкость. 2. Способ расхолаживания активной зоны по п. 1, отличающийся тем, что теплоноситель с выхода активной зоны дросселируют до давления Р_ДР, равного или меньшего давления насыщения при температуре воды на выходе активной зоны, P_ДР<P_S. 3. Способ расхолаживания активной зоны по п. 1, отличающийся тем, что охлаждение теплоносителя в теплообменнике проводят до температуры ниже температуры насыщения воды при давлении в камере смешения, выбранном из условия Р_КС<0,2Р_ДР. 4. Способ расхолаживания активной зоны по п. 1, отличающийся тем, что создание циркуляции через активную зону начинают при давлении в пусковой емкости, равном или превышающем давление в активной зоне.