ПАРОГЕНЕРАТОР Российский патент 2003 года по МПК F22B1/02 

Предлагаемое изобретение относится к области атомной техники и предназначено к использованию в АЭУ, преимущественно в установках с ВВЭР.

Актуальной задачей атомной техники является повышение безопасности атомных энергетических установок.

Одним из основных элементов АЭУ, определяющих их безопасность, является парогенератор. Создание конструкции парогенератора, которая позволит обеспечить безопасность АЭС в аварийных режимах, является одной из основных задач развития атомной энергетики на настоящем этапе.

Конструкция парогенератора в аварийных режимах LOCA, связанных с разгерметизацией по I контуру, при которой возможно частичное или полное осушение парогенератора по I контуру, должна обеспечивать расхолаживание реакторной установки через систему пассивного отвода тепла (систему СПОТ). Это повышает безопасность АЭУ и позволяет не вводить дополнительных систем безопасности.

Для решения поставленной задачи конструкция парогенератора должна обеспечивать в аварийных режимах LOCA удаление из верхних точек теплообменных труб смеси газов I контура, поступающих в парогенератор из активной зоны реактора. Удаление газов позволит обеспечить циркуляцию среды I контура по тракту "реактор-парогенератор", при которой будет осуществляться отвод тепла от теплоносителя I контура к среде II контура и от нее через теплообменник системы СПОТ атмосферному воздуху.

Известен парогенератор разработки ОКБ "Гидропресс" ПГВ-1000 (см. Парогенераторные установки атомных электростанций. М.: Энергоатомиздат, 1987, с. 67, 68, 69, рис. 4.12) для АЭС с ВВЭР-1000, содержащий горизонтальный цилиндрический корпус с расположенными внутри вертикальными цилиндрическими коллекторами ("горячий" и "холодный") греющего теплоносителя, поверхности теплообмена, выполненные из U-образных теплообменных труб, закрепленных концами в коллекторах греющего теплоносителя, сепараторов пара.

У парогенераторов этого типа из верхних точек вертикальных коллекторов греющего теплоносителя организовано удаление в аварийных режимах LOCA смеси газов I контура, поступающих в парогенератор из активной зоны реактора. Это даст возможность реализовать циркуляцию среды I контура по тракту "реактор-парогенератор" и, как следствие, использовать парогенератор в системе пассивного отвода тепла от реактора. Но парогенераторы этого типа обладают следующими основными недостатками:
1. Большие размеры в плане, что определяет большие размеры контайнмента (защитной оболочки) реакторной установки и, как следствие, большие капитальные затраты на ее изготовление.

2. Дополнительное увеличение массы парогенератора за счет размещения внутри корпуса ПГ толстостенных коллекторов греющего теплоносителя большой массы.

3. Увеличение массы парогенератора (по сравнению с парогенераторами с трубными досками) по причине большего расчетного давления корпуса ПГ, определяемого исходя из рассмотрения проектной аварии разрыва коллектора греющего теплоносителя полным сечением.

Известен вертикальный парогенератор (см. а.с. СССР 1019905, кл. F 22 B 1/06, опубл. 15.11.1984), содержащий корпус с пучком вертикальных ширм, образованных трубами, радиально подключенными конечными участками к центральному цилиндрическому коллектору греющего теплоносителя, разделенному на входную и выходную камеры внутренней обечайкой (см. фиг.1 описания изобретения к авторскому свидетельству 1019905).

У данной конструкции парогенератора из верхней точки вертикального коллектора греющего теплоносителя возможно организовать удаление в аварийных режимах LOCA смеси газов I контура, поступающих в парогенератор из активной зоны реактора. Это дает возможность реализовать циркуляцию среды I контура по тракту "реактор-парогенератор" и, как следствие, использовать парогенератор в системе пассивного отвода тепла от реактора.

Этот парогенератор в отличие от ранее рассмотренного имеет в плане минимальные размеры, что позволяет разместить реакторную установку в защитном контайнменте минимальных режимах.

Одними из основных недостатков этого типа парогенератора являются:
1. Дополнительное увеличение массы парогенератора за счет размещения внутри корпуса ПГ толстостенного коллектора греющего теплоносителя большой массы.

2. Увеличение массы парогенератора (по сравнению с вертикальными парогенераторами с трубными досками) по причине большего расчетного давления корпуса ПГ, определяемого исходя из рассмотрения проектной аварии разрыва цилиндрического коллектора греющего теплоносителя полным сечением.

Известен парогенератор (см. а.с. СССР 1225496, кл. F 22 B 1/02, опубл. 15.04.1986), содержащий вертикальный цилиндрический корпус, закрытый верхней и нижней сферическими крышками, U-образные теплообменные трубы, закрепленные концами горячей и холодной ветвей в нижней горизонтальной трубной доске, скрепленной с корпусом и образующей с нижней крышкой корпуса камеру греющего теплоносителя.

Конструктивное исполнение данного парогенератора наиболее близкое к заявляемому и в наибольшей степени удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к ПГ для АЭУ. Этот парогенератор имеет минимальные размеры в плане, наименьшую массу, минимальное расчетное давление корпуса ПГ по II контуру по сравнению с ранее рассмотренными конструкциями ПГ.

Однако в данном парогенераторе исключена возможность удаления из верхних точек U-образных теплообменных труб в аварийных режимах LOCA смеси газов I контура, поступающих в парогенератор из активной зоны реактора. Это исключает возможность использования парогенератора в системе пассивного отвода тепла от реактора, что сказывается на безопасности АЭС в целом.

Решаемая задача - повышение безопасности АЭС путем введения газоудаления из верхних точек U-образных теплообменных труб вертикального парогенератора.

Поставленная задача решается за счет того, что в парогенераторе, содержащем вертикальный цилиндрический корпус, входной и выходной коллектора, теплообменную поверхность, состоящую из U-образных труб, имеющих горячие и холодные ветви, в месте изгиба U-образных теплообменных труб установлен дополнительный промежуточный коллектор, в котором закреплены выходные концы горячих ветвей и входные концы холодных ветвей части периферийных труб, кроме того, промежуточный коллектор соединен с системой газоудаления.

В зависимости от конструкции парогенератора промежуточных коллекторов может быть установлено несколько.

Закрепление (объединение) выходных концов горячих ветвей и входных концов холодных ветвей части (количество определяется расчетом) периферийных теплообменных труб в месте изгиба в промежуточный коллектор, соединенный с системой газоудаления, позволяет при аварийных режимах LOCA (связанных с разгерметизацией по I контуру) производить расхолаживание реакторной установки через парогенератор, что происходит следующим образом.

При частично или полностью осушенном по I контуру парогенераторе парогазовая смесь поступает из реактора, входит в часть периферийных труб, у которых в месте изгиба выходные концы горячих ветвей и входные концы холодных ветвей закреплены в промежуточный коллектор. Пар, проходя по трубам, конденсируется, отдавая тепло среде II контура, конденсат I контура стекает вниз в полости входного и выходного коллектора I контура и оттуда в реактор.

От среды II контура отвод тепла осуществляется через теплообменник системы СПОТ атмосферному воздуху.

Газ, поступивший в парогенератор, собирается в полости промежуточного коллектора и из нее через систему газоудаления удаляется за пределы парогенератора. Постоянный процесс газоудаления обеспечивает и постоянный процесс отвода тепла по тракту "реактор-парогенератор".

Таким образом реализуется возможность использования парогенератора с вертикальными U-образными теплообменными трубами для отвода тепла от реактора системой пассивного отвода тепла на II контуре (системой СПОТ).

Суть изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен вертикальный разрез парогенератора.

На фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Парогенератор содержит вертикальный корпус 1, патрубок подвода питательной воды 2, патрубок отвода пара 3. В корпусе расположен дополнительный промежуточный коллектор I контура 4, полость которого соединена с системой газоудаления, например, через штуцер. В нижней части корпуса закреплена трубная доска 5, которая совместно с нижним сферическим днищем корпуса и внутренней перегородкой образует входной 6 и выходной 7 коллектора I контура. В корпусе 1 установлены U-образные теплообменные трубы, закрепленные на трубной доске 5 горячими ветвями к входному коллектору 6, холодными ветвями к выходному коллектору 7. Часть (количество определяется расчетом) периферийных теплообменных труб 8 в месте изгиба выходными концами горячих ветвей и входными концами холодных ветвей закреплены в промежуточном коллекторе 4. Остальная часть теплообменных труб 8 в промежуточном коллекторе не закреплены. Снаружи теплообменных труб 8 установлена разделительная обечайка 9. Между разделительной обечайкой 9 и корпусом 1 образован опускной канал котловой воды 10. В верхней части корпуса на разделительной обечайке 9 установлен центробежный сепаратор глубокой осушки 11 и коллектор питательной воды 12, подсоединенный к патрубку питательной воды 2.

Работа парогенератора при нормальных условиях эксплуатации происходит следующим образом.

Греющий теплоноситель из реактора поступает во входной коллектор 6, откуда раздается по U-образным теплообменным трубам 8, проходит по ним (для части теплообменных труб 8 с циркуляцией через промежуточный коллектор 4), отдавая тепло котловой воде, и поступает в выходной коллектор 7, откуда поступает снова в реактор. При этом промежуточный коллектор 4 отсоединен от системы газоудаления, например, запорной арматурой.

Питательная вода из патрубка 2 подается в питательный коллектор 12, откуда поступает в опускной канал 10 между разделительной обечайкой 9 и корпусом 1. Опускаясь в канале, питательная вода смешивается с отсепарированной водой и образовавшаяся смесь - котловая вода в нижней части корпуса разворачивается и поступает в межтрубное пространство теплообменных труб 8. Здесь котловая вода нагревается, кипит и пароводяная смесь поднимается вверх парогенератора, поступает в центробежный сепаратор 11, отсепарированная вода направляется в опускной канал 10, а насыщенный пар вверх и отводится через патрубок 3.

Работа парогенератора в аварийных режимах LOCA (при частично или полностью осушенном по I контуру парогенераторе) происходит следующим образом. Реактор "глушится". Парогенератор по II контуру через патрубки 2 и 3 подключается к системе пассивного отвода тепла (СПОТ). Парогазовая среда из реактора через входной 6 и выходной 7 коллектора поступает в часть периферийных теплообменных труб 8, которые в месте изгиба закреплены в промежуточном коллекторе 4. Система газоудаления соединяется с промежуточным коллектором 4 и через нее выделившиеся в I контуре реакторной установки газы и поступившие во внутренние полости теплообменных труб 8 удаляются. Пар I контура конденсируется на внутренних поверхностях теплообменных труб 8 и отдает тепло воде II контура. Пар II контура из парогенератора через патрубок 3 поступает в теплообменник СПОТ, где конденсируется, отдавая тепло атмосферному воздуху, и образовавшийся конденсат сливается в парогенератор через патрубок 2. Конденсат I контура из внутренних полостей теплообменных труб 8 через коллектора 6 и 7 сливается в реактор.

Таким образом остаточные тепловыделения в активной зоне реактора передаются через парогенератор непосредственно в окружающую среду.

Предлагаемая конструкция парогенератора позволяет повысить безопасность АЭС в целом благодаря возможности применения парогенератора в системе пассивного отвода тепла (СПОТ) для расхолаживания реакторной установки при аварийных режимах (LOCA), связанных с разгерметизацией по I контуру.

Изобретение относится к атомной технике и может быть использовано в установках с водо-водяными энергетическими реакторами. Сущность изобретения в том, что в месте изгиба U-образных труб теплообменной поверхности установлен дополнительный промежуточный коллектор, в котором закреплены выходные концы горячих ветвей и входные концы холодных ветвей части периферийных труб, кроме того, промежуточный коллектор соединен с системой газоудаления. Такое выполнение повышает безопасность АЭС путем введения газоудаления из верхних точек U-образных теплообменных труб вертикального парогенератора. 2 ил.

Парогенератор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, входной и выходной коллектора, теплообменную поверхность, состоящую из U-образных труб, имеющих горячие и холодные ветви, отличающийся тем, что в месте изгиба U-образных теплообменных труб установлен дополнительный промежуточный коллектор, в котором закреплены выходные концы горячих ветвей и входные концы холодных ветвей части периферийных труб, кроме того, промежуточный коллектор соединен с системой газоудаления.