ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2002 года по МПК G21C9/16 G21C19/28 G21C19/31 

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано в реакторных установках с жидкометаллическим охлаждением.

Известна ядерная энергетическая установка, содержащая реактор с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем или его сплавами, с размещенными под свободным уровнем активной зоной, парогенераторами, средствами циркуляции и системой защитного газа, включающей фильтр очистки газа, газовый компрессор (см. Моргулова Т.Х. Атомные электрические станции. - М.: Высшая школа, 1984, с.251).

Недостатком данного технического решения применительно к ядерным энергетическим установкам с жидкометаллическим теплоносителем (ЖМТ) является необходимость в использовании гидродинамических и механических фильтров, а также применение "холодных" ловушек для очистки ЖМТ от оксидов теплоносителя. Эти фильтры не позволяют улавливать примеси, находящиеся на свободных поверхностях реакторного блока, теплопередающих поверхностях активной зоны и на теплопередающих поверхностях парогенераторов.

Задачи, решаемые изобретением, - совершенствование конструкции ядерной энергетической установки и обеспечение безопасности реакторного блока ядерной энергетической установки со свинцовым и свинец-висмутовым теплоносителем.

Технический результат - повышение эффективности очистки от отложений примесей - оксидов теплоносителя поверхностей реакторного блока, теплопередающих поверхностей активной зоны, теплопередающих поверхностей парогенераторов и исключение применения "холодных" ловушек, гидродинамических и механических фильтров.

Технический результат достигается тем, что ядерная энергетическая установка, содержащая реактор с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем или его сплавами, с размещенными под свободным уровнем активной зоной, парогенераторами, средствами циркуляции и системой защитного газа, включающей фильтр очистки газа, газовый компрессор, снабжена устройством ввода газовой смеси, расположенным под свободным уровнем теплоносителя в тракте теплоносителя, в районе входа в активную зону, в парогенераторы и в средства циркуляции, на выходе устройства установлены одна или несколько труб с сопловыми насадками, подключенных к линии напора газового компрессора, линия всаса которого соединена с газовой полостью реактора, и к газовым баллонам с восстановительной смесью.

Этот технический результат достигается тем, что устройство ввода газовой смеси выполнено в виде по меньшей мере одной направляющей несъемной трубы, в которой размещена съемная труба, включающая на нижнем участке гибкие сильфонные элементы, например, сильфонные компенсаторы перемещений, а к нижнему концу съемной трубы подсоединен сопловый насадок в виде перфорированного штуцера или штуцера с системой капиллярных труб переменного диаметра и длины, причем внутренний диаметр капилляров и их длина увеличиваются от верхнего ряда к нижнему.

На фиг.1 представлена схема ядерной энергетической установки, реализующей предлагаемое техническое решение, на фиг.2 - увеличенный узел устройства ввода газовых смесей в участки контура.

Ядерная энергетическая установка содержит ядерный реактор 1 с ЖМТ или его сплавами, с размещенным под свободным уровнем теплоносителя 2, активной зоной 3, парогенератором 4, средствами циркуляции, например, насосами 5, системой защитного газа, включающей фильтр 6 очистки газа, охладитель-конденсатор 7, газовый компрессор 8. В газовом объеме реактора 1 размещены конденсаторы 9 водяного пара, соединенные с линией 10 отвода конденсата в цистерну "грязных вод". Ядерная энергетическая установка снабжена устройством 11 ввода газовой смеси, расположенным под свободным уровнем теплоносителя 2 в тракте теплоносителя, в районе входа в активную зону 3, в парогенераторы 4 и в средства циркуляции, например, насосы 5, на выходе устройства 11 установлены одна или несколько труб 12 с сопловыми насадками 13, подключенных к линии напора 14 газового компрессора 8, линия всаса 15 которого соединена с газовой полостью 16 реактора 1, и к газовым баллонам 17 с восстановительной смесью, баллонами 18 с водородом и баллонами 19 с аргоном.

Устройство 11 ввода газовой смеси выполнено в виде по меньшей мере одной направляющей несъемной трубы 12, в которой размещена съемная труба 20, включающая на нижнем участке гибкие сильфонные элементы, например сильфонные компенсаторы 21 перемещений, а к нижнему концу съемной трубы 20 подсоединены сопловой насадок 13 в виде перфорированного штуцера (не показан) или штуцера с системой капиллярных труб переменного диаметра и длины, причем внутренний диаметр капилляров и их длина увеличивается от верхнего ряда к нижнему.

Работа ядерной энергетической установки в технологическом режиме очистки от оксидов теплоносителя и поверхностей ядерного реактора осуществляется следующим образом.

Основанием для проведения очистки является либо недопустимое увеличение содержания оксидов, либо регламентная очистка (по установленным срокам очистки), либо очистка после разуплотнения контура на период ремонта или вследствие аварии.

В том случае, если съемная труба 20 с сопловым насадком 13 не была установлена в направляющей несъемной трубе 12, то производится ее монтаж и подключение верхней части съемной трубы 20 к линии напора 14 газового компрессора 8. В баллоне 17 приготавливается восстановительная газовая смесь подачей газа из баллонов 18 и 19. Производится замена инертного защитного газа в газовой полости 16 реактора 1 на восстановительную аргоно-водородую смесь. Вводится в работу компрессор 8. Восстановительная газовая смесь подается через съемную трубу 20 и сопловый насадок 13 в виде мелкодисперсной газовой фазы в район входа в активную зону 3, в парогенератор 4, в насос 5 (последовательно или одновременно). Восстановительная газовая смесь в составе двухкомпонентного потока свинец-газ циркулирует по тракту теплоносителя. Примеси - оксиды свинца, находящиеся в объеме теплоносителя, образовавшие отложения на теплопередающих поверхностях (в активной зоне 3, в парогенераторах 4) и на свободных поверхностях восстанавливаются водородом с образованием "чистого" свинца и водяного пара. Водяной пар и, частично, восстановительная газовая смесь сепарируются на свободных поверхностях свинца и поступают в газовую полость 16. Вода конденсируется в конденсаторах 9, конденсат отводится в цистерну "грязных вод" по линии 10. Газовая смесь, содержащая частично непрореагировавший водород, поступает из объема реактора 1 в линию всаса 15 компрессора 8 через фильтр 6 и охладитель газа 7 и далее компрессором 8 подается вновь в линию напора 14, затем через съемные трубы 20 - в сопловые насадки 13. По мере уменьшения содержания ("срабатывания") водорода в составе циркулирующей восстановительной газовой смеси производится его подача в систему газа, с поддержанием концентрации водорода в смеси около 30 об.%. После завершения процесса очистки, контролируемого по уменьшению темпа убыли водорода в газовой смеси, прекращению накопления конденсата воды в конденсаторах 9 и по показаниям датчиков содержания кислорода в свинце, компрессор 8 останавливается. При необходимости производится демонтаж съемных труб 20 с сопловыми насадками 13 из направляющих несъемных труб 12.

Таким образом, обеспечение эффективной очистки свинцового теплоносителя и поверхностей в реакторном блоке достигается не применением громоздких (до 20% объема контура, который, например, в реакторе БРЕСТ-ОД-300 составляет 8•10³ м³) и малоэффективных фильтров, требующих периодической вырезки и захоронения, а установкой сопловых насадок - труб небольшого диаметра (40-60 мм) с соплами истечения газа, подключенных трубопроводами с арматурой к линии напора компрессора газа, линия всаса которого соединена с газовой полостью реактора, и переработкой незначительного количества "грязного" (слаборадиоактивного) конденсата водяного контура, отводимого из конденсаторов газовой системы.

Применение предлагаемого технического решения позволит:
- повысить эффективность очистки поверхностей реакторного блока от отложений примесей - оксидов теплоносителя, исключить образование отложений значительной толщины на теплопередающих поверхностях активной зоны с последующим ее разрушением, как это произошло на отечественной ЯЭУ АПЛ пр. 645, тем самым обеспечить безопасную эксплуатацию реакторной установки;
- исключить образование отложений примесей - оксидов теплоносителя на теплопередающих поверхностях секций парогенераторов, что позволит обеспечить номинальные параметры и паропроизводительность секции в течение срока службы, обеспечить эффективность работы теплопередающих поверхностей;
- исключить применение малоэффективных для очистки свинцового и свинец-висмутового теплоносителей "холодных" ловушек, гидродинамических и механических фильтров, имеющих значительную массу и требующих после выработки их емкости вырезки, захоронения и замены на новые;
- упростить и повысить эффективность средств и мероприятий очистки поверхностей реакторного блока от отложений примесей - оксидов теплоносителя.

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано в реакторных установках с жидкометаллическим охлаждением. Ядерная энергетическая установка снабжена устройством ввода газовой смеси, расположенным под свободным уровнем теплоносителя в тракте теплоносителя, в районе входа в активную зону, в парогенераторы и в средства циркуляции. На выходе устройства установлены одна или несколько труб с сопловыми насадками, подключенных к линии напора газового компрессора, линия всаса которого соединена с газовой полостью реактора, и к газовым баллонам с восстановительной смесью. Технический результат: обеспечение эффективной очистки от отложений примесей - оксидов теплоносителя поверхностей реакторного блока, теплопередающих поверхностей активной зоны, теплопередающих поверхностей парогенераторов и исключение применения "холодных" ловушек, гидродинамических и механических фильтров. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Ядерная энергетическая установка, содержащая реактор с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем или его сплавами, с размещенными под свободным уровнем активной зоной, парогенераторами, средствами циркуляции и системой защитного газа, включающей фильтр очистки газа, газовый компрессор, отличающаяся тем, что установка снабжена устройством ввода газовой смеси, расположенным под свободным уровнем теплоносителя в тракте теплоносителя, в районе входа в активную зону, в парогенераторы и в средства циркуляции, на выходе устройства установлены одна или несколько труб с сопловыми насадками, подключенных к линии напора газового компрессора, линия всаса которого соединена с газовой полостью реактора, и к газовым баллонам с восстановительной смесью. 2. Ядерная энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что устройство ввода газовой смеси выполнено в виде, по меньшей мере, одной направляющей несъемной трубы, в которой размещена съемная труба, включающая на нижнем участке гибкие сильфонные элементы, например, сильфонные компенсаторы перемещений, а к нижнему концу съемной трубы подсоединен сопловый насадок в виде перфорированного штуцера или штуцера с системой капиллярных труб переменного диаметра и длины, причем внутренний диаметр капилляров и их длина увеличиваются от верхнего ряда к нижнему.