ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2008 года по МПК G21C9/00 

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

Известна ядерная энергетическая установка, содержащая реактор с жидкометаллическим теплоносителем или его сплавами с размещенными под свободным уровнем активной зоной, парогенераторами, средствами циркуляции и системой защитного газа, включающей фильтр очистки газа, газовый компрессор, снабженная устройством ввода газовой смеси, расположенным под свободным уровнем теплоносителя в тракте циркуляции, в районе входа в активную зону, в парогенераторы и в средства циркуляции, на выходе устройства установлены одна или несколько труб с сопловыми насадками, подключенными к линии напора газового компрессора, линия всаса которого соединена с газовой полостью реактора, и к газовым баллонам с восстановительной смесью (патент на изобретение №2192052 от 27.10.2002 G21С 9/016, 19/28, 19/31).

Недостатком данного технического решения является то, что при потенциально опасной ситуации «межконтурная неплотность парогенератора» возможна переопрессовка реакторного контура, поступление воды в активную зону реактора, что может привести к его «разгону» и разрушению реакторного блока над парогенератором.

Задачи, решаемые изобретением, - совершенствование конструкции ядерной энергетической установки и обеспечение безопасности реакторного блока ядерной энергетической установки со свинцовым теплоносителем или его сплавами.

Технический результат - исключение переопрессовки реакторного контура, поступления воды в активную зону реактора и разрушения крышки над парогенераторным блоком.

Технический результат достигается тем, что в ядерной энергетической установке, содержащей реактор с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем или его сплавами с размещенными под свободным уровнем активной зоной, парогенераторами, средствами циркуляции и системой защитного газа, рабочая поверхность трубной системы парогенераторов выполнена из горизонтальных труб, а газовый объем в корпусе горизонтального парогенератора сообщен через разрывную мембрану, охладитель и фильтр с атмосферой.

В том числе данный технический результат достигается тем, что в ядерной энергетической установке трубная система горизонтального парогенератора выполнена в виде установленных по ходу теплоносителя пароперегревательных и испарительных горизонтальных труб, концы которых заделаны в трубные доски парогенератора, а также горизонтальные трубы парогенератора могут быть выполнены криволинейными, например, в виде горизонтальных плоских змеевиков.

В том числе данный технический результат достигается тем, что в ядерной энергетической установке газовый объем горизонтального парогенератора равен или больше объема теплоносителя в нем, а для обеспечения перемешивания теплоносителя в трубную систему последовательно сверху и снизу установлены гребенки, зубцы которых находятся между трубами горизонтального парогенератора.

Данный технический результат позволяет исключить при любом размере течи парогенератора попадание воды в активную зону реактора; а также позволяет исключить переопрессовку контура при любом размере течи парогенератора, включая гипотетический разрыв трубной системы.

На чертеже представлена схема ядерной энергетической установки, реализующей предлагаемое техническое решение. Объем теплоносителя в реакторе 1 с размещенной под свободным уровнем теплоносителя 2 активной зоной 3 сообщен с объемом в горизонтальном парогенераторе 4 и насосе 5. Теплообменная поверхность в горизонтальном парогенераторе 4 образована горизонтальными криволинейными трубами 6, выполненными в виде, например, плоских горизонтальных змеевиков. Поверхность горизонтального парогенератора может быть разделена по ходу теплоносителя на пароперегревательную и испарительную секции, трубы которых заделаны в трубные доски входной и выходной камер 8. Газовый объем горизонтального парогенератора равен или больше объема теплоносителя в нем и сообщен через разрывную мембрану 9, охладитель и фильтр с атмосферой. Газовый объем горизонтального парогенератора сообщен трубопроводами с конденсатором пара 10 и вентилятором 11. В горизонтальном парогенераторе по ходу теплоносителя последовательно сверху и снизу установлены гребенки 12, зубцы которых находятся между трубами горизонтального парогенератора.

Работа ядерной энергетической установки в потенциально опасном аварийном режиме «межконтурная неплотность парогенератора» осуществляется следующим образом.

В зависимости от расхода воды или пара в жидкометаллический теплоноситель можно выделить два состояния установки при этой аварии. В случае «А» - «малого расхода» с пузырьковым или струйным истечением воды или пара, признаком которого могут быть появление уровня конденсата в конденсаторе 10 и локальное повышение уровня в районе неплотности трубной системы горизонтального парогенератора. При этом давление газа в газовом объеме горизонтального парогенератора либо возрастает, либо возрастает незначительно. В этом случае вводится в работу вентилятор, пар конденсируется в конденсаторе 10 и возможна работа реакторной установки с последующим поиском и глушением аварийной трубки или места ее заделки в трубной доске.

Случай «В» - «большого расхода» пара или воды через аварийную неплотность - разрыв одной, нескольких или всех трубок секции парогенератора. Признаком такой аварии является резкое увеличение давления в газовом объеме парогенератора. Ввиду незначительного заглубления горизонтальных трубок 6 под уровень теплоносителя в объеме парогенератора реализуется кризис барботажа. При этом между местом истечения и газовым объемом образуется паровой (пароводяной) канал, а гребенки 12 улучшат сепарацию пароводяной смеси, ограничат область барботажа и ускорят реализацию кризиса барботажа. Уровень теплоносителя в аварийном парогенераторе и в другом оборудовании контура увеличивается незначительно - на величину объема парового канала.

В момент возникновения межконтурной неплотности и до разрыва мембраны 9 переопрессовки реакторного контура и гидравлического удара происходить не будет; давление в реакторе увеличится до величины давления разрыва мембраны 9 в сумме с незначительной величиной статического давления теплоносителя над аварийными горизонтальными трубами. После разрыва мембраны давление в контуре увеличивается на величину гидравлического сопротивления потока парогазовой смеси от газового объема горизонтального парогенератора до атмосферы.

После определения и отключения аварийного горизонтального парогенератора производится глушение труб горизонтального парогенератора.

Таким образом, достигается совершенствование ядерной энергетической установки путем обеспечения ее безопасности при потенциально опасной аварийной ситуации с разрывом одной или нескольких трубок горизонтального парогенератора, что не достигается в существующих проектных и работавших ранее установках со свинцовым теплоносителем и его сплавами. Наличие гребенок в горизонтальном парогенераторе позволяет интенсифицировать теплообмен, они являются турбулизаторами потока теплоносителя.

Применение предлагаемого технического решения позволяет:

- исключить поступление воды в активную зону реактора на быстрых нейтронах и его «разгон» при потенциально опасной аварийной ситуации «большая межконтурная неплотность парогенератора»;

- исключить переопрессовку контура и гидравлические удары в реакторном контуре при указанной аварии;

- увеличить расход теплоносителя в реакторном контуре за счет естественной циркуляции;

- обеспечить достаточно простое обнаружение аварийных трубок парогенератора и их глушение.

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано в реакторных установках с жидкометаллическим охлаждением. Изобретение позволяет усовершенствовать ядерную энергетическую установку и обеспечить безопасность реакторного блока установки. Ядерная энергетическая установка содержит реактор с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем или его сплавами с размещенными под свободным уровнем активной зоной, парогенераторами, средствами циркуляции и системой защитного газа. Рабочая поверхность трубной системы парогенераторов выполнена из горизонтальных труб, а газовый объем в корпусе горизонтального парогенератора сообщен через разрывную мембрану, охладитель и фильтр с атмосферой. Трубная система парогенератора выполнена в виде установленных по ходу теплоносителя пароперегревательных и испарительных горизонтальных труб, концы которых заделаны в трубные доски парогенератора. Горизонтальные трубы парогенератора выполнены криволинейными, например, в виде горизонтальных плоских змеевиков. Газовый объем парогенератора равен или больше объема теплоносителя в нем. В трубную систему парогенератора последовательно сверху и снизу установлены гребенки, зубцы которых находятся между трубами горизонтального парогенератора. 4 з.п. ф-лы, 1 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, отличающаяся тем, что рабочая поверхность трубной системы парогенераторов выполнена из горизонтальных труб, а газовый объем в корпусе горизонтального парогенератора сообщен через разрывную мембрану, охладитель и фильтр с атмосферой.2. Ядерная энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что трубная система парогенератора выполнена в виде установленных по ходу теплоносителя пароперегревательных и испарительных горизонтальных труб, концы которых заделаны в трубные доски парогенератора.3. Ядерная энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что горизонтальные трубы парогенератора выполнены криволинейными, например в виде горизонтальных плоских змеевиков.4. Ядерная энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что газовый объем парогенератора равен или больше объема теплоносителя в нем.5. Ядерная энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что в трубную систему парогенератора последовательно сверху и снизу установлены гребенки, зубцы которых находятся между трубами горизонтального парогенератора.