ГИДРОЁМКОСТЬ ДЛЯ ПАССИВНОЙ СИСТЕМЫ АВАРИЙНОГО ЗАЛИВА РЕАКТОРА Российский патент 2005 года по МПК G21C15/18 

Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано на атомных электрических станциях (АЭС) с водо-водяными реакторными установками в качестве системы аварийного залива и охлаждения активной зоны реактора.

Для обеспечения залива активной зоны водо-водяных реакторных установок (РУ) при аварийных течах в реакторных установках, наряду с насосными системами аварийного охлаждения зоны, на атомных электрических станциях предусмотрены системы гидроемкостей (ГЕ) с запасом теплоносителя, например, водным раствором борной кислоты. В случае аварийных больших течей из реакторных установок с целью быстрого повторного залива зоны реактора требуется большой расход теплоносителя, для чего на атомных электростанциях предусмотрены системы гидроемкостей со сжатым газом. Давления газа в гидроемкостях ниже рабочего давления среды в реакторных установках. Объем гидроемкостей не превышает объем теплоносителя в реакторной установке и рассчитан на кратковременную подачу теплоносителя в реакторную установку.

Для длительной подачи теплоносителя в зону реактора при крупных течах, протекающих с наложением потери источников переменного тока на АЭС, предусматриваются системы гидроемкостей с большим запасом теплоносителя, имеющие сравнительно низкое рабочее давление среды. Подача теплоносителя из них происходит за счет гидростатического столба. Включение этих систем гидроемкостей в работу происходит пассивным образом, но при давлении более низком, чем подключение гидроемкостей с газовой подушкой. Такого рода система гидроемкостей описана в изобретении под названием “Энергетическая установка” и охраняется патентом (МПК 7 G 21 С 15/18, RU 2108630 C1, опубл. 10.04.1998).

Система гидроемкостей, предложенная в этом патенте, принята для данного изобретения в качестве прототипа.

Согласно описанию прототипа гидроаккумулирующая емкость этой системы сообщается с реактором двумя патрубками. А именно, через нижний сливной патрубок, предназначенный для подачи теплоносителя в реактор, и через верхний входной патрубок, который трубопроводом связан с главным циркуляционным трубопроводом реакторной установки на участке выхода из парогенератора.

На трубопроводах, соединяющих гидроемкость с реактором, установлены обратные клапаны.

Обратный клапан, установленный на трубопроводе, соединяющий верхний патрубок гидроемкости с реакторной установкой, является клапаном типа невозвратно-открываемого. Он открывается при снижении давления в реакторной установке ниже заданной для системы величины. Защита гидроемкости от повторного давления осуществляется за счет установки предохранительных клапанов на трубопроводах.

Для изменения расхода теплоносителя из гидроемкости по мере ее опорожнения внутри гидроемкости установлен коллектор, профилирующий расход.

С точки зрения обеспечения безопасности реакторной установки, важнейшими проектными характеристиками гидроемкости являются величина максимального расхода воды из гидроемкости и время достижения максимального расхода после открытия невозвратно-открываемого клапана. Эти проектные величины определяются из условия обеспечения безопасности реакторной установки при максимальной проектной течи из реакторной установки с наложением потери источников переменного тока на АЭС.

Предложенная в прототипе гидроемкость имеет существенный недостаток, неприемлемый для безопасности реакторной установки. А именно, система залива, будучи выполненная из гидроемкостей с конструктивным исполнением, указанным в прототипе, будет иметь время выхода на проектный расход, значительно превышающее допустимое проектное время, и длительный период неустойчивой работы.

Основной причиной непроектной работы являются термически неравновесные процессы, неизбежно возникающие в гидроемкостях при взаимодействии пара, поступающего в емкость, с большой массой холодного теплоносителя (воды), содержащегося в гидроемкости.

В прототипе сливной коллектор представляет собой перфорированный по высоте цилиндр, расположенный внутри емкости. Такая конструкция коллектора создает трудности в работе по настройке или изменению расходной характеристики гидроемкости.

Задачей данного изобретения является использование конструктивных решений, максимально снижающих термически неравновесные процессы, с целью обеспечения проектной подачи теплоносителя из гидроемкости в реактор.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известной гидроемкости для пассивной системы аварийного залива водой реактора, содержащей, верхний - входной патрубок для пара и нижний - сливной патрубок для воды, новым является то, что гидроемкость внутри снабжена перфорированной пластиной и рассеивателем пара, при этом перфорированная пластина установлена в верхней части и горизонтально закреплена на боковой стенке гидроемкости, а рассеиватель установлен над перфорированной пластиной и сообщен с входным патрубком гидроемкости.

Кроме этого, гидроемкость может быть дополнительно снабжена внутри нижними сливными трубами разной высоты, выполняющими функцию сливного коллектора профилирующего расход теплоносителя.

Снабжение гидроемкости перфорированной пластиной и рассеивателем пара обеспечивает ограничение взаимодействия объема холодной воды с паром, что ускоряет процесс роста давления в гидроемкости до величины давления в реакторной установке.

Сливной коллектор должен обеспечивать заданный проектом реакторной установки темп снижения расхода теплоносителя из гидроемкостей в реактор. Одним из существенных положительных признаков данного изобретения является то, что коллектор предлагается выполнить в виде набора сливных труб разной высоты. При такой конструкции коллектора профилирование расхода и его настройка на объекте может осуществляться с помощью дроссельных шайб, размещаемых на наружных нижних концах сливных труб.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 дан эскиз гидроемкости.

На фиг.2 показана связь гидроемкости с реакторной установкой.

На фиг.3 показана расходная характеристика гидроемкости без перфорированной пластины и парового рассеивателя.

На фиг.4 показана расходная характеристика гидроемкости, оснащенная перфорированной пластиной и паровым рассеивателем.

Гидроемкость для пассивной системы аварийного залива реактора (фиг.1) представляет собой герметичный сосуд 1. Размеры сосуда (D и Н) и их количество выбираются исходя из потребного запаса теплоносителя. Гидроемкость имеет верхний входной патрубок 2 и внутри корпусные устройства: паровой рассеиватель 3; перфорированную пластину 4 (дырчатый лист) и сливной коллектор, состоящий из нижних сливных труб 5 разной высоты наименьшая из которых является нижним сливным патрубком. Перфорированная пластина 4 установлена внутри гидроемкости в верхней части и горизонтально закреплена на боковой стенке, перекрывая все сечение гидроемкости, и выполнена с равномерно распределенными отверстиями. Паровой рассеиватель 3 расположен над перфорированной пластиной 4, его выходные отверстия создают выход пара вверх.

В зависимости от конструкции сливного коллектора гидроемкость может иметь одну или несколько сливных труб 5 нижние наружные концы 6 которых сообщены между собой. Например, четырехступенчатому сливному коллектору гидроемкости, использованной при испытаниях, соответствует набор из четырех сливных труб 5 (фиг.1).

Гидроемкость для пассивной системы аварийного залива реактора работает следующим образом. При возникновении течей в реакторной установке (фиг.2), состоящей из реактора 7, горячей нитки главного циркуляционного контура 8, парогенератора 9 и холодной нитки главного циркуляционного контура 10, в реакторной установке падает давление. При снижении давления до определенной проектной величины открывается невозвратно-открываемый обратный клапан 11 на трубопроводе 12, соединяющем верх гидроемкости с главным циркуляционным трубопроводом реакторной установки. При образовании в реакторной установке пара в районе 13 соединения трубопровода 12 с холодной ниткой главного циркуляционного контура 10 в верхнюю часть гидроемкости начинает поступать пар (или смесь пара с газом). В гидроемкости пар распределяется с помощью рассеивателя 3 и, конденсируясь, нагревает воду в верхней части гидроемкости. Перфорированная пластина 4 ограничивает объем холодной воды, взаимодействующей с паром, что сокращает время роста давления в гидроемкости до величины давления в реакторной установке и приводит к открытию обратного клапана 14 на сливном трубопроводе 15, соединяющем гидроемкость с реакторной установкой. Сливной трубопровод 15 соединен с внутренним объемом гидроемкости с помощью нижних наружных концов 6 сливных труб 5.

На фиг.2 коллектор, например, схематически представлен в виде трех труб 5. В начале работы гидроемкости теплоноситель вытекает по всем трем трубам, и этим обеспечивается максимальный расход. По мере снижения уровня теплоносителя в гидроемкости число труб, по которым вытекает теплоноситель, ступенчато уменьшается, что создает ступенчато снижающийся расход теплоносителя из гидроемкости в реактор 7. В зависимости от величины необходимого начального расхода теплоносителя в реактор выбирается высота размещения гидроемкостей над реактором 7.

На фиг.3 показана расходная характеристика гидроемкости, при испытании не имеющей перфорированной пластины и рассеивателя, а на фиг.4 показана расходная характеристика гидроемкости, которая оснащена при испытании перфорированной пластиной и рассеивателем пара, и дано ее сравнение с проектной расходной характеристикой. Результаты испытаний показывают, что предложенные в данном изобретении конструктивные решения обеспечивают заданную расходную характеристику.

Конструкция гидроемкости, предложенная в данном изобретении, обладает новым положительным свойством, она обеспечивает заданный проектный расход из гидроемкости как по темпу нарастания, так и по величине, и тем самым обеспечивает проектный уровень температуры топлива в реакторной установке во время аварийной течи из реакторной установки. Конструкция сливного коллектора гидроемкости обеспечивает настройку проектного расхода с помощью дросселей, размещаемых вне гидроемкости.

Технико-экономический эффект изобретения состоит в повышении уровня безопасности реакторных установок, оснащенных гидроемкостями предложенной конструкции, при запроектных авариях с наложением течи из реакторной установки с потерей всех источников переменного тока на АЭС.

Изобретение применяется в атомной энергетике, в особенности на водо-водяных реакторных установках и предназначено для аварийного залива реактора при аварийных течах, протекающих с наложением потери источников переменного тока. Устройство представляет собой гидроемкость, выполненную в виде герметичного сосуда, расположенного выше реактора для обеспечения слива теплоносителя из сосуда в реактор за счет гидростатического напора. В верхней части гидроемкости устанавливают перфорированную пластину и рассеиватель пара. Перфорированная пластина и рассеиватель пара ограничивают объем холодной воды, взаимодействующей с паром, и стабилизируют расход теплоносителя из гидроемкости в реактор. Сливной коллектор, профилирующий расход теплоносителя из гидроемкости, выполняется в форме труб разной высоты, что дает преимущества при настройке темпа слива теплоносителя в реактор. Техническим результатом изобретения является повышение уровня безопасности реакторных установок, оснащенных гидроемкостями предложенной конструкции. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Гидроемкость для пассивной системы аварийного залива реактора, имеющая верхний входной патрубок для пара и нижний сливной патрубок для воды, отличающаяся тем, что гидроемкость внутри снабжена перфорированной пластиной и рассеивателем пара, при этом перфорированная пластина установлена в верхней части и горизонтально закреплена на боковой стенке гидроемкости, а рассеиватель установлен над перфорированной пластиной и связан с входным патрубком гидроемкости.2. Гидроемкость по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена нижними сливными трубами разной высоты.