Изобретение относится к ядерной установке с защитной оболочкой, к которой присоединен трубопровод сброса давления. Оно относится также к способу сброса давления в подобной установке.
В АЭС в случае аварийных ситуаций независимо от данной аварийной ситуации и принятых, при необходимости, ответных мер, например инертизации атмосферы защитной оболочки, приходится считаться с возможным значительным повышением давления внутри защитной оболочки. Для того чтобы избежать, возможно, вытекающих из этого структурных нарушений самой защитной оболочки или расположенных в ней системных компонентов, АЭС могут быть сконструированы для сброса давления в защитной оболочке в случае необходимости посредством выпуска ее атмосферы (вентиляция). Для этого к защитной оболочке ядерной установки обычно присоединен трубопровод сброса давления.
В атмосфере защитной оболочки обычно содержится, однако, радиоактивный материал, например инертные газы, йод или аэрозоль, который при вентиляции может попасть в окружающую АЭС среду. В частности, в сравнительно тяжелых аварийных ситуациях с возможным проникновением расплава активной зоны захваченные воздухом радиоактивные вещества (аэрозоли) внутри защитной оболочки могут возникать в особенно высоких концентрациях, так что при наличии больших негерметичностей или при возникновении недопустимого повышенного давления может произойти выброс значительных количеств подобных аэрозолей или радиоактивных веществ в окружающую ядерную установку среду. Подобные захваченные воздухом радиоактивные вещества, в частности, из-за длительных периодов полураспада, возможно, уносимых компонентов, например изотопов йода или цезия, могут вызвать продолжающееся сравнительное длительное время заражение местности. Во избежание этого предусмотренные для вентиляции атмосферы защитной оболочки системы сброса давления снабжены обычно фильтровальными или задерживающими устройствами, которые должны предотвращать утечку уносимых, захваченных воздухом радиоактивных веществ в окружающую среду.
Для этой цели, например, из ЕР 0285845 В1 известна конструкция для сброса давления в АЭС, у которой в присоединенный к защитной оболочке трубопровод сброса давления последовательно включены скруббер Вентури, выполненный в виде фильтра для задержания захваченных воздухом радиоактивных веществ, и дроссель. Скруббер Вентури включает в себя определенное число расположенных в наполненной в резервуар моющей жидкости труб Вентури, в которые подают направляемый по трубопроводу сброса давления газовый поток.
Трубы Вентури имеют выполненное в виде сопла место сужения, в котором протекающий газовый поток ускоряется до особенно высокой скорости течения. В зоне этого места сужения предусмотрены впускные отверстия для моющей жидкости, причем поступающая моющая жидкость захватывается протекающим газовым потоком. За счет сравнительно высокой скорости течения газового потока в этом месте происходит дробление моющей жидкости, причем уносимые газовым потоком, захваченные воздухом радиоактивные вещества или аэрозоли, проникают в возникающие за счет этого капельки жидкости. За счет последующего осаждения капелек из газового потока возможно тем самым удаление большой части уносимых аэрозолей или захваченных воздухом радиоактивных веществ.
У описанной в ЕР 0285845 В1 системы включенный последовательно со скруббером Вентури дроссель рассчитан на эксплуатацию с так называемым критическим расширением. При критическом расширении в трубопроводной системе устанавливаются условия давления, т.е., в частности, падение давления посредством дросселя, таким образом, что протекающая в трубопроводе среда протекает через дроссель со скоростью звука. У системы в ЕР 0285845 В1 этот эффект используется для того, чтобы в случае необходимости, т.е. при сбросе давления в защитной оболочке, установить постоянный по времени объемный расход в трубопроводе сброса давления.
В основе изобретения лежит поэтому задача создания ядерной установки описанного выше рода, у которой в случае сброса давления даже мельчайшие захваченные воздухом радиоактивные вещества или аэрозоли задерживались бы в скруббере Вентури с особенно высокой надежностью, так чтобы их выброс в окружающую среду был исключен с особенно высокой надежностью. Далее должен быть создан способ сброса давления в подобной ядерной установке.
В отношении ядерной установки эта задача решается, согласно изобретению, за счет того, что скруббер Вентури и дроссель рассчитаны с возможностью установления в скруббере Вентури при критическом расширении протекающего в трубопроводе сброса давления паровоздушной смеси скорости течения паровоздушной смеси более 150 м/с, преимущественно более 200 м/с.
Этот расчет осуществляют предпочтительным образом так, что эта высокая скорость господствует, в основном, во всем рабочем диапазоне повышенного давления осадителя независимо от соответствующего рабочего давления, например 2-10 бар. Потери давления Вентури, например, >0,5 бар при давлениях 1 бар и, например, >2 бар при давлениях >5 бар 1, возникающие при более высоком рабочем давлении скруббера для создания соответствующего ускорения газов более высокой плотности, устанавливаются при этом за счет комбинации скруббера Вентури и дросселя пассивно по всему рабочему диапазону.
Изобретение исходит из того факта, что для осаждения захваченных воздухом радиоактивных веществ или аэрозолей в скруббере Вентури или трубе Вентури посредством подачи воды внутрь трубы вследствие господствующих там условий течения возникает сравнительно мелкий капельный туман, причем осаждаемые, захваченные воздухом радиоактивные вещества или аэрозоли могут проникнуть в такие капельки и тем самым могут быть удалены вместе с ними из газового потока. Таким образом, особенно высокое осаждающее действие также для мельчайших аэрозолей достигается за счет поддержания на особенно высоком уровне вероятности, с которой аэрозоли проникают в подходящие водяные капельки, в частности при поддержке соответственно большими количествами моющей жидкости, и заключаются в них.
Как неожиданным образом оказалось, именно в трубах Вентури, в которых по типу пассивной конструкции обеспечена подача моющей жидкости внутрь них посредством господствующего в месте сужения разрежения и тем самым без внешних приводных средств, вероятность проникновения и заключения даже мельчайших аэрозолей в капельном тумане возрастает в значительной, далеко сверхпропорциональной степени, так что при очень высоких скоростях течения газового потока в трубе Вентури могут быть достигнуты степени осаждения в моющей жидкости смешанных аэрозолей с размером частиц около 1 мкм свыше 99,9%, а сравнительно мелких аэрозолей с размером частиц менее 0,5 мкм - 98% и более. Система сброса давления и задержания радиоактивных веществ в ядерной установке рассчитана поэтому на соблюдение подобных высоких скоростей течения в случае сброса давления.
Чтобы обеспечить при этом подобную высокую степень осаждения именно в отношении изменяющихся в тяжелых аварийных ситуациях, возможно, в течение всей аварийной ситуации в большом объеме характеристических параметров, например давления в установке на каждом этапе возможной аварийной ситуации, и тем самым в максимально возможном объеме предотвратить выброс заражающих компонентов в окружающую среду на каждом этапе аварийной ситуации, система сброса давления и задержания радиоактивных веществ в ядерной установке рассчитана, кроме того, на подобную высокую степень осаждения почти независимо от системного давления, господствующего в защитной оболочке ядерной установки. При этом целенаправленно используется тот факт, что у работающего с так называемым критическим расширением дросселя текучая среда протекает через него независимо от имеющегося давления на входе с его звуковой скоростью.
В состоянии критического расширения объемный расход тем самым является постоянным за счет дросселя независимо от давления на входе. Благодаря подходящей комбинации скруббера Вентури с дросселем и, при необходимости, с металлическим мелкоаэрозольным дополнительным фильтром можно тем самым гарантировать, что в случае критического расширения через дроссель объемный расход протекающей среды можно будет поддерживать почти постоянным посредством скруббера Вентури и, при необходимости, мелкоаэрозольного дополнительного фильтра независимо от системного давления, господствующего в защитной оболочке и переданного на входную сторону дросселя. За счет комбинации дросселя со скруббером Вентури можно тем самым почти в течение всей аварийной ситуации, а именно до тех пор, пока вследствие господствующих условий давления не возникнет критическое расширение через дроссель, обеспечить постоянно высокую степень осаждения на скруббере Вентури и, при необходимости, на мелкоаэрозольном дополнительном фильтре.
Для этой цели скруббер Вентури и дроссель по типу согласования друг с другом соответственно рассчитаны подходящим образом, так что при имеющемся на дросселе критическом расширении устанавливаются желаемые условия течения с особенно высокой скоростью течения в скруббере Вентури и, при необходимости, с оптимальной скоростью в мелкоаэрозольном дополнительном фильтре. Требуемая для желаемой высокой степени осаждения минимальная скорость течения протекающей среды в скруббере Вентури может зависеть при этом от точного состава протекающей среды и смещаться при изменяющихся составах газа, например при более высоком содержании Н2, в сторону более высоких значений.
Как оказалось, однако, для протекающих сред, возможно, возникающих в случае сброса давления в защитной оболочке ядерной установки, особенно высокая степень осаждения может быть достигнута за счет того, что комбинация скруббера Вентури и дросселя по типу поверки или эталона выполнена и рассчитана таким образом, что в случае протекающей в трубопроводе сброса давления паровоздушной смеси при возникновении на дросселе критического расширения в скруббере Вентури скорость течения паровоздушной смеси составляет более 150 м/с, преимущественно более 200 м/с. Скорость течения протекающей среды определяют при этом, в частности, в зоне места сужения соответствующей трубы Вентури.
Установленная за счет комбинации скруббера Вентури и дросселя высокая скорость при изменяющихся составах газа, например при более высоком содержании Н2, может смещаться из-за более высокой скорости звука в сторону еще более высоких значений. Было обнаружено, что в скруббере Вентури в двухфазной смеси, состоящей из газовой смеси и моющей жидкости, устанавливается критическая максимальная скорость 270-300 м/с. За счет предпочтительного выбора особенно высокой расчетной скорости Вентури, например 200 м/м, соответствующей примерно 2/3 максимальной скорости двухфазной смеси около 300 м/с, можно тем самым гарантировать, что даже при наличии смесей с более высокой скоростью звука становится возможным надежное ограничение расхода, а последующие задерживающие устройства надежно защищены от перегрузки.
Предпочтительным образом скруббер Вентури содержит большое число труб Вентури. Они могут быть выполнены в виде так называемых коротких труб Вентури, выходные отверстия которых расположены ниже предусмотренного заданного уровня моющей жидкости, так что трубы Вентури, в основном, полностью погружены в моющую жидкость. При этом оказывается особенно предпочтительным, что вышележащая осадительно-фильтровальная секция за счет сливного затвора защищена от возникающего подпора воды, так что также у этого варианта становится возможным уменьшение высоты компонентов. У этого выполнения для особенно сильного общего осаждения особенно предпочтительной оказывается комбинация с подключенным металловолокнистым фильтром.
За счет выдувающих сначала выше моющей жидкости труб Вентури можно минимизировать определяющий размер компонентов подпор воды и установить значительно более высокую скорость через пустые трубы в скруббере Вентури. Следствием являются значительно меньший диаметр скруббера Вентури и меньшая высота компонентов, а также соответственно меньший расход моющей жидкости. За счет обеспечиваемой этим компактной конструкции, особенно в комбинации с имеющимися резервуарами для воды, становится возможной легкая интеграция устройства также в особенно защищенных частях здания установки, например реакторном здании, при уменьшенных затратах на экранирование.
Предпочтительным образом сравнительно большая часть труб Вентури выполнена в виде так называемых длинных труб Вентури, выходные отверстия которых расположены выше предусмотренного заданного уровня моющей жидкости. Для предотвращения, кроме того, осаждения в зоне резервуара, которое могло бы привести к повышенной потребности в обслуживании и уходе, скруббер Вентури в другом предпочтительном выполнении рассчитан на сравнительно интенсивные завихрение и циркуляцию моющей жидкости при эксплуатации. Для этого предпочтительно малая часть труб Вентури, преимущественно до 10%, с направленным вниз направлением выхода расположена внутри резервуара и ниже заданного уровня моющей жидкости.
Особенно благоприятным для обеспечения высоких степеней осаждения оказалось установление сравнительно большого объема воды в скруббере Вентури, например более 5 л, преимущественно более 10 л, моющей жидкости на 1 м3 газа. Для обеспечения этого трубы Вентури в другом предпочтительном выполнении имеют простирающееся по периферии сопел кольцевое щелевое питание с углом раскрытия 20-85°, преимущественно 30-45°. Для подобной большой подачи воды трубы Вентури скруббера Вентури имеют далее предпочтительно отношение площади сечения своего желобка к входной площади для моющей жидкости менее 10:1, преимущественно около 3:1. Площадь сечения желобка указывает при этом свободно омываемую протекающей средой площадь сечения в месте сужения внутри соответствующей трубы Вентури.
В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения трубы Вентури скруббера Вентури выполнены с возможностью обеспечения пассивных всасывания и распределения моющей жидкости за счет созданного протекающей средой разрежения вплоть до зоны сердцевины струи внутри трубы Вентури. Для этого трубы Вентури скруббера Вентури выполнены предпочтительно в виде круглых труб Вентури с шириной желобка менее примерно 80 мм, преимущественно менее примерно 40 мм, или в виде плоских сопел Вентури с шириной желобка менее примерно 100 мм. Дополнительно или в качестве альтернативы трубы Вентури скруббера Вентури имеют предпочтительно отношение высоты к ширине желобка более 20, преимущественно более 50.
Особенно компактная конструкция системы сброса давления и задержания радиоактивных веществ для ядерной установки с соответствующим сокращением производственно-монтажных затрат, а также с возможностью легкого размещения в защищенной зоне установки достигается за счет того, что оснащенный скруббером Вентури резервуар предпочтительным образом со стороны моющей жидкости соединен с дополнительным накопителем моющей жидкости. Таким образом, находящуюся в самом резервуаре моющую жидкость можно поддерживать в сравнительно малом количестве, причем в случае необходимости, т.е., в частности, при возникающем расходе моющей жидкости, может быть предусмотрен долив из дополнительного накопителя моющей жидкости. Неактивный в этом смысле, в частности больший, резервуар с моющей жидкостью может быть при этом размещен в отдельном резервуаре и служить, в частности, для долива испарившейся моющей жидкости. Уровень в резервуаре может быть пассивно задан за счет расположения дополнительного накопителя моющей жидкости на той же геодезической высоте или с помощью управления поплавком. В качестве дополнительного накопителя моющей жидкости могут быть использованы также, в частности, и так предусмотренные дополнительные резервуары для воды, например резервуар для сточных вод, деионата и т.п., причем при необходимости долив моющей жидкости в резервуар может происходить за счет перепада или посредством эксплуатируемых из пневмоаккумулятора мембранных насосов независимо от возможных перебоев электроснабжения.
Особенно эффективное задержание радиоактивных веществ достигается за счет того, что система сброса давления и задержания радиоактивных веществ ядерной установки в особенно предпочтительном выполнении рассчитана на рециркуляцию при необходимости осажденных в моющей жидкости, захваченных воздухом радиоактивных веществ или аэрозолей внутрь защитной оболочки. Для этого снабженный скруббером Вентури резервуар в особенно предпочтительном выполнении соединен со стороны моющей жидкости посредством трубопровода обратного питания с внутренним пространством защитной оболочки ядерной установки. За счет такого выполнения можно при необходимости, т.е., в частности, постоянно или с периодическими интервалами, находящуюся в резервуаре, загрязненную удаленными из газового потока радиоактивными веществами или аэрозолями моющую жидкость полностью или частично возвратить в защитную оболочку, так что требующие, в целом, обработки радиоактивные вещества надежно остаются в защитной оболочке. За счет достигнутого посредством возврата уменьшения количества радиоактивных веществ в моющей жидкости минимизируются возникающие эффекты ресуспензии, которые могли бы привести к утечке радиоактивных веществ в подключенные фильтровальные устройства.
При этом долив моющей жидкости в резервуар может происходить, в частности, из дополнительного резервуара моющей жидкости. За счет подобной рециркуляции или возврата радиоактивных веществ можно поддерживать особенно низкими количество и концентрацию содержащихся, в целом, в моющей жидкости радиоактивных веществ, так что можно поддерживать особенно низкими, например, также эффекты ресуспензии, приводящие к утечке радиоактивных веществ в подключенные фильтровальные устройства. За счет этого в комбинации с высокой степенью осаждения возможно уменьшение заполнения фильтров и тем самым требуемых фильтрующих поверхностей. В частности, при сравнительно длительном режиме вентиляции в течение нескольких дней достигается значительное улучшение задержания радиоактивных веществ, в частности йода и аэрозолей.
Далее за счет возврата или рециркуляции осажденных в скруббере Вентури радиоактивных веществ возникающее за счет аэрозолей или захваченных воздухом радиоактивных веществ остаточное тепловыделение удерживается далеко от резервуара и смещено внутрь защитной оболочки, так что возникающие из этого возможные нагрузки в резервуаре, например за счет испарения жидкости, могут поддерживаться особенно низкими, так что благодаря этому становится возможным сравнительно длительный режим вентиляции в течение нескольких дней и недель, не перегружая подключенных металловолокнистых тонких фильтров ресуспендированными аэрозолями и осаждением йода на йодосорбционном фильтре в результате ресуспензии йода. Такие требования к расчету с длительным режимом вентиляции могут быть особенно экономично выполнены тем самым также для новейших реакторных установок с повышенными требованиями к овладению тяжелых аварийных ситуаций, например в комбинации с независимым доливом моющей жидкости, например, посредством мембранных насосов и т.п., и возвратом радиоактивных веществ через ограничивающие количество дроссели в защитную оболочку.
Именно за счет достигаемого этим предотвращения испарения моющей жидкости возникает, в целом, т.е. также с учетом, возможно, предусмотренного долива моющей жидкости в резервуар, сокращение потребности в моющей жидкости.
Для поддержания особенно малым числа необходимых, рассчитанных в отношении значительных требований к безопасности вводов через защитную оболочку ядерной установки трубопровод обратного питания в другом предпочтительном варианте осуществления изобретения соединен через трубопровод сброса давления с внутренним пространством защитной оболочки. Рециркуляция или обратное питание происходит при этом за счет подачи струи в центральную зону трубопровода сброса давления, так что в противотоке газовому потоку сброса давления может происходить перевод загрязненной радиоактивными веществами моющей жидкости внутрь защитной оболочки.
Предпочтительным образом за скруббером Вентури установлен двукратный гравитационный капельный осадитель с возвратом капель. Для капельного осаждения использован преимущественно центробежный осадитель, эксплуатируемый с высокими скоростями >10 м/с, который одновременно может быть использован за счет достижения дросселирующего эффекта для перегрева. У подключенной, при необходимости, ступени с металлическими фильтрами не возникает тем самым скопления капель, так что этот блок может быть расположен также ниже или на той же высоте, что уменьшает потребность в пространстве и его высоту.
Для дальнейшего удаления влаги и предварительной фильтрации предпочтительным образом волокнистый осадитель в потоке уносимого воздуха с волокнами <50 мкм комбинирован с предварительно фильтровальным блоком с волокнами <20 мкм, преимущественно с волокнами убывающей толщины. Тонкая фильтрация происходит преимущественно с волокнами <5 мкм, так что даже малые количества проникающих мелких аэрозолей с размером частиц <0,5 мкм могут еще в значительной степени задерживаться. Фильтрующие элементы изготовлены преимущественно из волокон высококачественной стали. Тонкая фильтрация может происходить также посредством фильтров из спеченных волокон с диаметром пор <2 мкм.
Для эффективного осаждения органического йода в длительном режиме эксплуатации задерживающей системы за дросселем предусмотрено молекулярное сито, например, покрытое нитратом серебра или другими соединениями серебра и т.д. Перегрев газового потока перед вхождением в молекулярное сито может происходить при этом целесообразно сначала посредством дросселирования по отношению к максимальному рабочему давлению, по меньшей мере, на 50% еще имеющегося в распоряжении перепада давлений, например >2 бар. За счет этого обеспечиваются пассивный и простой перегрев газового потока в йодосорбционном фильтре.
Задерживающие устройства, т.е. скруббер Вентури и металловолокнистые фильтры, могут быть размещены внутри резервуара также по высоте уступами, причем вышележащие фильтры снабжают входным затвором, так что возникает особенно малая конструктивная высота.
Для обеспечения при этом обратного питания по типу полностью пассивной системы без привлечения внешних активных компонентов резервуар в другом предпочтительном выполнении расположен геодезически, по меньшей мере, примерно на 5 м, преимущественно, по меньшей мере, на 10 м, выше места выхода трубопровода сброса давления из защитной оболочки. Таким образом, возможно обратное питание загрязненной радиоактивными веществами моющей жидкости по трубопроводу сброса давления внутрь защитной оболочки только за счет геодезического давления в водяном столбе между трубопроводом сброса давления и резервуаром, так что обратное питание струи в противотоке газовому потоку может происходить без дополнительных активных вспомогательных средств.
Предпочтительно моющая жидкость выполнена в особой степени для эффективного задержания йода или йодсодержащих соединений. Для этого моющая жидкость в резервуаре имеет предпочтительно рН-показатель, по меньшей мере, 9, причем этот рН-показатель может быть достигнут, например, посредством добавления NaOH, других щелочей и/или тиосульфата натрия. Дозирование этих химикатов к моющей жидкости может происходить предпочтительно посредством всасывания находящимся в потоке свежей воды струйным насосом из отдельного резервуара для установления концентрации в моющей жидкости 0,5-5 мас.%.
Особенно компактная конструкция достигается за счет того, что в другом предпочтительном выполнении дроссельное устройство интегрировано в резервуар.
За счет дополнительно предусмотренной непосредственной подачи холодной воды полностью или частично через задерживающее устройство в зону корпуса реактора в противотоке вентиляционному газу посредством имеющихся систем в качестве простых аварийных мер, например посредством пожарного насоса или других систем, одновременно достигаются циркуляция радиоактивных веществ и охлаждение активной зоны реактора за счет поглощения энергии. За счет больших, в частности, на раннем этапе аварийной ситуации подаваемых количеств с возрастающим уровнем в защитной оболочке можно достичь этим дальнейшего предпочтительного уменьшения отсасываемой парогазовой смеси и тем самым уменьшения габаритов задерживающего или отсасывающего устройства.
В отношении способа сброса давления в ядерной установке описанного выше рода задача решается за счет того, что в скруббере Вентури скорость течения направляемой в трубопроводе сброса давления среды устанавливают более 150 м/с, преимущественно более 200 м/с.
Достигнутые изобретением преимущества состоят, в частности, в том, что за счет целенаправленной комбинации дроссельного устройства со скруббером Вентури посредством согласованного расчета можно, в основном, в течение всей аварийной ситуации гарантировать протекание газового потока сброса давления через скруббер Вентури с особенно высокой скоростью течения. За счет этого в любом случае гарантировано высокое осаждающее действие более 98% уносимых, захваченных воздухом радиоактивных веществ или аэрозолей уже в моющей жидкости, в частности также мелких аэрозольных фракций с размером частиц менее 0,5 мкм, так что утечка радиоактивных веществ в окружающую среду особенно надежно предотвращена.
Система сброса давления и задержания радиоактивных веществ, образованная скруббером Вентури, подключенным дроссельным устройством и, при необходимости, металловолокнистным фильтром тонкой очистки, гарантирует при этом по типу пассивно работающей системы самопроизвольно на всех этапах аварийной ситуации, в основном, постоянный расход через скруббер Вентури независимо от господствующего в защитной оболочке системного давления, так что эта система пригодна, в частности, для так называемого режима работы со скользящим давлением, т.е. для непосредственной подачи системного давления в защитную оболочку без предвключенного дополнительного дроссельного устройства. В зависимости от направляемой по трубопроводу сброса давления протекающей среды при этом гарантирован почти постоянный расход через скруббер Вентури за счет критического расширения через дроссельное устройство, посредством которого независимо от имеющегося системного давления скорость течения среды в дроссельном устройстве приблизительно составляет ее скорость звука, так что соответственно также объемный расход через скруббер Вентури является приблизительно постоянным независимо от давления. В случае направляемой по трубопроводу сброса давления газовой смеси можно к тому же при соблюдении сравнительно высокой сопловой скорости 150-200 м/с с ограничением до <300 м/с, например при высоком содержании Н2, обеспечить независимое от смеси пассивное ограничение расхода через скруббер Вентури за счет созданной им потери давления.
За счет комбинации высокоскоростного скруббера Вентури с возвратом, комбинированным с подключенными металловолокистыми фильтрами, можно также в длительном режиме независимо от концентрации аэрозоли в защитной оболочке обеспечить степень общего осаждения 99,99-99,999%.
Пример осуществления изобретения более подробно поясняется с помощью чертежа, на котором изображают:
- фиг.1: схематично ядерную установку с системой сброса давления и задержанием радиоактивных веществ;
- фиг.2: резервуар со скруббером Вентури;
- фиг.3: место питания установки на фиг.1 в виде фрагмента.
Одинаковые детали обозначены на всех фигурах одними и теми же ссылочными позициями.
Ядерная установка 1 на фиг.1 содержит защитную оболочку 2, которая содержит предусмотренные для вырабатывания электроэнергии ядерные компоненты и другие системные компоненты. Для того чтобы можно было надежно исключить структурные нарушения или нестабильности защитной оболочки 2 даже в случае сравнительно тяжелой аварийной ситуации, при которой вследствие протекающих внутри защитной оболочки 2 процессов приходится считаться с сильным возрастанием давления в ней, ядерная установка 1 оборудована присоединенной к защитной оболочке 2 системой 4 сброса давления и задержания радиоактивных веществ. Она обеспечивает в случае необходимости целенаправленный и контролируемый выпуск атмосферы, называемый также вентиляцией, из защитной оболочки 2 в окружающую ее среду.
Система 4 сброса давления и задержания радиоактивных веществ содержит присоединенный к защитной оболочке 2 трубопровод 6 сброса давления, присоединенный со стороны выхода к сбросной трубе 8. Во избежание заражения окружающей ядерную установку 1 среды в случае вентиляции или выпуска атмосферы защитной оболочки система 4 сброса давления и задержания радиоактивных веществ рассчитана также на надежное задержание содержащихся в атмосфере защитной оболочки захваченных воздухом радиоактивных веществ или аэрозолей. Для этого система 4 сброса давления и задержания радиоактивных веществ содержит мокрый скруббер 10, выполненный в виде фильтровального устройства для подобных захваченных воздухом радиоактивных веществ или аэрозолей.
Мокрый скруббер 10 содержит, в свою очередь, включенный в трубопровод 6 сброса давления скруббер Вентури 12, расположенный в резервуаре 14 с моющей жидкостью W. Скруббер Вентури 12 содержит некоторое число труб Вентури 16, которые своими выходными отверстиями 18 заканчиваются в газовом объеме 22, находящемся в резервуаре 14 выше заданного уровня 20 моющей жидкости W. В газовом объеме 22 расположено и тем самым интегрировано в резервуар 14 дроссельное устройство 24, которое тем самым со стороны газового потока включено последовательно со скруббером Вентури 12. В свою очередь, дроссельное устройство 24 со стороны выхода присоединено к дополнительному участку трубопровода 6 сброса давления, который через фильтровальное устройство 26 соединен со сбросной трубой 8. Фильтровальное устройство 26 содержит, в свою очередь, металловолокнистый фильтр 28, промежуточный дроссель 30 и молекулярное сито 32. Металловолокнистый фильтр 28 при этом, в частности, в качестве фильтра тонкой очистки снабжен волокнистыми фильтрующими ковриками с убывающим диаметром волокон от 40 до примерно 1 мкм, так что эффективно задерживаться могут, в частности, также проникающие мелкие аэрозоли с размером частиц менее 0,5 мкм. Дополнительно или в качестве альтернативы за скруббером Вентури 12 может быть установлен также предпочтительно двукратный гравитационный капельный осадитель с возвратом капель.
Система 4 сброса давления и задержания радиоактивных веществ ядерной установки 1 рассчитана на особенно надежное задержание радиоактивных веществ и, в частности, на степень осаждения 98% и более даже сравнительно мелких аэрозолей с размером частиц менее 0,5 мкм. Для этой цели скруббер Вентури 12 и дроссельное устройство 24 целесообразно согласованы между собой в отношении своего расчета. В основу цели расчета положено при этом то, что в случае возникновения аварийной ситуации через скруббер Вентури 12 газовый поток сброса давления может протекать с особенно высокой скоростью течения более 150 м/с, в частности более 200 м/с. Как оказалось, при таких высоких скоростях течения достигается почти скачкообразное возрастание степени осаждения, причем, в частности, с капельками моющей жидкости связываются и осаждаются также мелкие и мельчайшие аэрозольные частицы.
За счет подходящего выбора, в частности, проходных сечений при этом гарантировано, что почти на всех этапах аварийной ситуации обеспечивается такая высокая скорость течения в скруббере Вентури 12. Для этого, с одной стороны, дроссельное устройство 24 рассчитано на работу в случае аварийной ситуации, в основном, т.е. при системном давлении выше предельного давления, в области критического расширения. За счет этого в протекающем через дроссельное устройство 24 газовом потоке независимо от господствующего в защитной оболочке 2 системного давления устанавливается важная для протекающей среды скорость звука. На основе этой независимой от системного давления в защитной оболочке 2 скорости течения в дроссельном устройстве 24 объемный расход через дроссельное устройство 24 является постоянным, в основном, независимо от господствующего в защитной оболочке 2 системного давления, так что постоянным остается соответственно и объемный расход через предвключенный скруббер Вентури 12.
Для обеспечения так называемого режима работы со скользящим давлением, т.е. непосредственной подачи господствующего в защитной оболочке 2 системного давления, система 4 сброса давления и задержания радиоактивных веществ рассчитана тем самым на то, что через скруббер Вентури 12 постоянно и почти независимо от господствующего в защитной оболочке 2 системного давления среда будет протекать с выбранной соответственно высокой скоростью течения. Это достигается также за счет того, что важные потери давления в приточном трубопроводе от защитной оболочки минимизируются за счет использования эксцентриковых заслонок с низкими потерями давления с зета-значениями <1, преимущественно <0,5.
Как показано в увеличенном виде на фиг.2, скруббер Вентури 12 содержит трубы Вентури 16. Трубы Вентури 16 питаются со стороны газового потока от общей подающей системы 40, соединенной с входной стороны с трубопроводом 6 сброса давления. Сравнительно большая часть труб Вентури 16 выполнена в виде так называемых длинных труб Вентури, которые своими выходными отверстиями 18 расположены выше предусмотренного заданного уровня 20 моющей жидкости W и тем самым по типу «свободно выдувающего» устройства заканчиваются непосредственно в газовом объеме 22. Кроме того, предусмотрено также предотвращение загрязнения или нарушения эксплуатационной характеристики скруббера Вентури 12 вследствие осаждения или седиментации за счет того, что сравнительно малая часть, а именно менее 10%, труб Вентури 16 ориентирована наискось вниз. За счет этих завихрителей Вентури достигается интенсивная циркуляция моющей жидкости W внутри резервуара 14, так что седиментация надежно предотвращена.
В частности, трубы Вентури 16, выполненные в виде так называемых длинных труб Вентури, рассчитаны на сравнительно большие объемы воды для требующего обработки газового потока более 5, в частности более 10 литров моющей жидкости W на 1 м3 газа. Для этого в трубах Вентури 16 во входной зоне 42 для моющей жидкости W предусмотрено кольцевое щелевое питание по периферии сопел под углом раскрытия 30-45°. Расчет осуществлен при этом так, что отношение площади сечения желобка, вычисленного в месте 44 сужения или так называемого желобка каждой трубы Вентури 16, к входной площади для моющей жидкости W, вычисленной на кольцевом щелевом питании, составляет примерно 3:1. Место 44 сужения является в остальном также тем местом, в котором протекающий газовый поток имеет свою максимальную скорость течения; вследствие этого в месте 44 сужения вычисляют скорость течения, учитываемую также для расчета и согласования скруббера Вентури 12 и дроссельного устройства 24.
В данном примере трубы Вентури 16, выполненные в виде длинных труб Вентури, выполнены в виде круглых труб Вентури с шириной желобка менее 40 мм, так что при пассивных всасывании и распределении моющей жидкости вследствие созданного протекающей средой разрежения гарантирована подача моющей жидкости W до зоны сердцевины струи внутри соответствующей трубы Вентури 16. Трубы Вентури 16 имеют, кроме того, отношение высоты к ширине желобка более 50.
Как видно, кроме того, из увеличенного изображения на фиг.2, дроссельное устройство 24 снабжено для капельного осаждения сливной трубой 46, которая со стороны выхода заканчивается в моющей жидкости W. Дроссельное устройство 24, в свою очередь, соединено со стороны выхода с трубопроводом 6 сброса давления.
Как видно далее на фиг.1, для обеспечения особенной компактной конструкции резервуара 14 предусмотрено многокомпонентное хранение моющей жидкости W. С одной стороны в резервуаре 14 находится моющая жидкость W, в которой расположен скруббер Вентури 12. Дополнительно резервуар 14 со стороны моющей жидкости соединен посредством питающего трубопровода 48 с дополнительным накопителем 50 моющей жидкости. Накопитель 50 моющей жидкости может представлять собой сконструированную специально для этого емкость, которая для надежного долива моющей жидкости W в резервуар 14 расположена геодезически подходящим образом высоко, причем заданный уровень 20 моющей жидкости W в резервуаре 14 устанавливается за счет установившегося в дополнительном накопителе 50 уровня моющей жидкости W. В качестве альтернативы в качестве дополнительного накопителя 50 моющей жидкости может быть предусмотрена также и так предусмотренная емкость для воды, например резервуар для сточных вод, деионата и т.п., причем при необходимости долив моющей жидкости W в резервуар 14 может происходить за счет подходящим образом выбранного перепада давлений или, например, посредством мембранных насосов или сжатого воздуха.
Далее резервуар 14 со стороны моющей жидкости соединен посредством трубопровода 52 обратного питания с внутренним пространством защитной оболочки 2. За счет этого по типу рециркуляции или обратного питания обеспечивается возврат моющей жидкости W, загрязненной захваченными воздухом радиоактивными веществами или аэрозолями, из резервуара 14 в защитную оболочку 2. Таким образом, за счет постоянной или периодической рециркуляции загрязненной подобным образом моющей жидкости W радиоактивные вещества во всей своей совокупности могут особенно надежно задерживаться внутри защитной оболочки 2, что особенно снижает опасность утечки радиоактивности в окружающую среду. Именно за счет такой рециркуляции моющей жидкости W также перенесенное задержанными радиоактивными веществами остаточное тепло может быть последовательно возвращено из резервуара 14 в защитную оболочку 2, так что испарение моющей жидкости W в резервуаре 14 поддерживается на особенно низком уровне. Несмотря на рециркуляцию моющей жидкости W во внутреннее пространство защитной оболочки 2 и долива моющей жидкости W из дополнительного накопителя 50, можно тем самым вследствие предотвращенного испарения особенно уменьшить возникающий, в целом, расход моющей жидкости W.
Как обозначено штриховой линией 54, трубопровод 52 обратного питания через трубопровод 6 сброса давления может быть соединен с внутренним пространством защитной оболочки 2. Как видно из увеличенного фрагмента на фиг.3, рециркуляция происходит при этом по типу пассивной реализации в противотоке выходящему из защитной оболочки 2 газовому потоку, причем не требуется дополнительного ввода через защитную оболочку 2. Для обеспечения при этом достаточного питающего давления для возвращаемой моющей жидкости W в примере выполнения резервуар 14 с находящейся в нем моющей жидкостью W расположен на достаточной геодезической высоте, а именно около 10 м выше места 56 выхода трубопровода 6 сброса давления из защитной оболочки 2. Только за счет геодезического давления в водяном столбе в трубопроводе 52 обратного питания обеспечено тем самым по типу пассивной системы достаточное давление возврата моющей жидкости W внутрь защитной оболочки 2.
В качестве альтернативы может быть предусмотрено также периодическое обратное питание за счет закрывания выходной арматуры при повышенном давлении в защитной оболочке или использование отдельного небольшого трубопровода небольшого докритического сечения и соответствующей подачи с помощью насосов, например с помощью пневматического мембранного насоса или центробежного насоса. Необходимые для этого компоненты, например воздухосборник 58, изображены на фиг.1 схематично.
Для надежного задержания йода рН-показатель моющей жидкости W в резервуаре 14 установлен на щелочное значение, в частности значение более 9. Для этого дозирование в случае необходимости NaOH, других щелочей и/или тиосульфата натрия происходит посредством их всасывания находящимся в потоке свежей воды струйным насосом.
Изобретение относится к ядерной установке с защитной оболочкой, к которой присоединен трубопровод сброса давления. Ядерная установка (1) содержит защитную оболочку (2), к которой присоединен трубопровод (6) сброса давления, в который последовательно включены расположенный в резервуаре (14) с моющей жидкостью (W) скруббер Вентури (12) и дроссельное устройство (24). Скруббер Вентури (12) и дроссельное устройство (24) рассчитаны с возможностью установления в скруббере Вентури (12) при критическом расширении протекающей по трубопроводу (6) сброса давления паровоздушной смеси на дроссельном устройстве (24) скорости течения паровоздушной смеси более 150 м/с, преимущественно более 200 м/с. Задача изобретения - исключение с высокой надежностью выброса в окружающую среду даже мельчайших радиоактивных веществ. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 3 ил.
| EP 0285845 A, 12.10.1988 | |||
| Циклонный сепаратор | 1990 |
|
SU1768242A1 |
| US 6280502 B1, 28.08.2001 | |||
| JP 55067303 A, 21.05.1980 | |||
| US 6513345 B1, 04.02.2003. | |||
