УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ТРУБ Российский патент 2023 года по МПК G21C9/16 

Область техники

Техническое решение относится к системам аварийной защиты атомных электростанций, в частности, к устройствам защиты труб пассивного заполнения шахты ловушки расплава и может быть использовано при тяжелых авариях, приводящих к разрушению корпуса реакторной установки.

Предшествующий уровень техники

Одним из технических средств управления тяжелой аварией является устройство локализации расплава (УЛР), которое обеспечивает прием, размещение и охлаждение расплава активной зоны. При этом охлаждение УЛР обеспечивается теплоносителем, пассивно поступающим в шахту ловушки в процессе утечки теплоносителя из первого контура. Этот теплоноситель (вода) может нести твердые инородные частицы от разрушения тепловой и других структур реактора. Присутствие таких частиц в шахте ловушки и их осаждение на корпусе ловушки расплава снижает эффективность его охлаждения.

Устройства защиты труб (УЗТ) пассивного заполнения шахты УЛР должны обеспечить снижение концентрации инородных частиц в поступающем на охлаждение УЛР теплоносителе до допустимых значений. УЗТ должны обладать высокой конструкционной прочностью, так как находятся в зоне возможного прямого воздействия крупногабаритных летящих предметов, образующих в процессе аварийной ситуации. Для защиты УЗТ их размещают внутри бетонных конструкций, при этом оставляя наверху минимальное отверстие для поступления теплоносителя.

Сами фильтрующие элементы расположены вертикально в корпусе УЗТ и представляют собой фильтрующие трубы, боковая поверхность которых имеет щели. Проблемой использования УЗТ является опасность поступления большого количества посторонних частиц, что может привести к засорению фильтрующих элементов и резкому падению эффективности работы фильтрующих элементов, что снижает эффективность охлаждения корпуса ловушки расплава.

Известны различные решения, которые могут быть применены в качестве устройства защиты труб пассивного заполнения шахты ловушки.

Известен фильтрующий модуль устройства защиты приямков в аварийной системе охлаждения водо-водяного ядерного реактора (патент РФ на изобретение №2686684, опубл. 30.04.2019), характеризующийся тем, что имеет расположенные внутри фильтрующие элементы, представляющие собой набор фильтрующих труб.

Наиболее близким к заявленному изобретению является устройство защиты труб (патент РФ на полезную модель №211181, опубл. 24.05.2022), содержащее корпус и установленные на его опорной панели вертикально-трубчатые фильтрующие элементы, снабженное промежуточными сплошными опорными элементами, скрепляющими группы фильтрующих элементов и расположенными в шахматном порядке.

Такие устройства защиты труб обладают повышенной эффективностью, однако подвержены засорению при протекании больших объемов теплоносителя с дебрисом.

Задачей настоящего изобретения является разработка устройства защиты труб, обеспечивающего фильтрацию теплоносителя при протекании раствора с большим количеством посторонних примесей.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении безопасности использования устройства защиты труб за счет обеспечения фильтрации теплоносителя при протекании раствора с большим количеством посторонних примесей.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве защиты труб, содержащем корпус со сливным отверстием и установленные на его нижней опорной панели в несколько рядов вертикальные трубчатые фильтрующие элементы, закрепленные верхними концами в верхней опорной панели, выше фильтрующих элементов расположена переливная камера, соединенная с ними, ниже фильтрующих элементов - сборная камера, также соединенная с фильтрующими элементами и расположенным ниже нее отводящим трубопроводом, при этом сечение отверстия в верхней панели выполнено меньшим суммарного сечения внутренних отверстий фильтрующих элементов.

Предпочтительно снабдить что верхнюю часть корпуса снабжена фильтрующей решеткой.

Целесообразно снабдить устройство защиты труб трубопроводом, установленным на верхней панели и выполненным с возможностью отвода воздушной пробки.

Рекомендуется выполнить устройство защиты труб с соотношением сечений отверстия в верхней панели и суммарного сечения внутренних отверстий фильтрующих элементов не менее пяти.

Краткое описание фигур чертежей

На фиг. 1 показан принцип работы устройства защиты труб на начальном этапе поступления жидкости.

На фиг. 2 показан принцип работы устройства защиты труб на промежуточном этапе поступления жидкости.

На фиг. 3 показан принцип работы устройства защиты труб на конечном этапе поступления жидкости.

Устройство защиты труб состоит из корпуса 1, фильтрующих элементов 2, нижней опорной панели 3, верхней панели 5 с отверстием 6. Ниже верхней панели 5, с зазором, установлена промежуточная панель 7, в которой закреплены фильтрующие элементы 2. Эти две панели образовывают верхнюю переливную камеру 12, которая соединена с внутренней полостью фильтрующих элементов 2 через отверстия 8.

Дно корпуса 1 и нижняя опорная панель 3, в которой закреплены фильтрующие элементы 2, образовывают сборную камеру 13, которая соединена с внутренний полостью фильтрующих элементов 2 через отверстия 4. Кроме того, сборная камера 13 соединена с патрубком 9, через который очищенный теплоноситель поступает в шахту УЛР.

Для защиты устройства от летящих предметов, образующихся при разрыве трубопроводов первого контура, и задержки посторонних предметов значительных размеров предусмотрено ограждение 10, состоящее из стоек и крыши.

Удаление воздушной подушки, образующейся внутри устройства, выполняется через трубопровод 11, установленный на верхней панели 5.

Суммарное сечение всех внутренних отверстий фильтрующих элементов 4 не менее, чем в пять раз больше, чем сечение отверстия 6 в предпочтительном варианте.

Устройство защиты труб работает следующим образом.

Тяжелая авария, исходным событием которой является разрыв трубопровода первого контура и отказ насосов системы аварийного охлаждения реакторной установки, характеризуется выбросом теплоносителя первого контура, при этом расход в течь может превышать 20 м³/с. Объем теплоносителя, поступающий в защитную оболочку, ограничен объемом теплоносителя в реакторной установке (около 380 м³).

Этот теплоноситель (вода) может нести твердые инородные частицы от разрушения тепловой изоляции, находящихся рядом труб или других структур реактора. Присутствие таких частиц в шахте ловушки и их осаждение на корпусе ловушки снижает эффективность его охлаждения.

Время интенсивного истечения теплоносителя и полного осушения реакторной установки составляет десятки секунд. В течение этого времени происходит интенсивное движение теплоносителя в помещениях защитной оболочки, что обеспечивает транспортирование посторонних частиц, присутствующих в теплоносителе, на значительное расстояние, в том числе и их поступление в УЗТ. В течении этого периода работы УЗТ теплоноситель должен подвергаться очистке путем фильтрования, при этом на фильтрующих поверхностях скапливаются посторонние примеси.

После осушения реакторной установки истечение из первого контура прекращается. Скорость движения теплоносителя в защитной оболочке падает практически до нулевого значения и содержащиеся в ней примеси под действием силы тяжести осаждаются на пол защитной оболочки. Поступление посторонних примесей в УЗТ значительно падает, и теплоноситель можно подавать в шахту УЛР иными маршрутами, минуя фильтрующие поверхности.

Шахта ловушки должна быть заполнена к моменту поступления расплава реактора в ловушку расплава. Время необходимое на расплавление внутренних элементов и корпуса реакторной установки, согласно расчетам, составляет не менее одного часа.

Предложенная конструкция УЗТ позволяет решать задачу ограничения поступления дебриса в шахту ловушки расплава.

На начальном этапе работы УЗТ (фиг. 1) теплоноситель с посторонними примесями в ограниченном проектном объеме поступает в УЗТ через отверстие 6 в верхней панели 5 и стекает до нижней панели 3. Далее теплоноситель очищается на фильтрующих элементах 2 и поступает в полость 13 и патрубок 9. Фильтрующие поверхности элементов 2 засоряются посторонними примесями.

Работа УЗТ на промежуточном этапе представлена на фиг. 2.

На фильтрующих поверхностях 2 на этом этапе образуется слой посторонних примесей 14. Уровень теплоносителя в УЗТ растет. Благодаря повышению уровня теплоносителя внутри УЗТ расход на выходе остается постоянным.

Воздух, имевшийся внутри корпуса, и внесенный со струей теплоносителя, удаляется из корпуса через трубопровод 11.

Характер работы УЗТ не изменяется до тех пор, пока все фильтрующие поверхности не засорятся достаточным слоем накопленных посторонних примесей и уровень теплоносителя не поднимется до уровня промежуточной панели 7.

Работа УЗТ на конечном этапе представлена на фиг. 3.

К этому времени реакторная установка осушается, движение теплоносителя падает, посторонние примеси оседают на пол защитной оболочки. Фильтрующие поверхности УЗТ засорены посторонними примесями и уровень теплоносителя поднимается до промежуточной панели 7 и соответственно до верхних открытых торцов фильтрующих элементов 8, чистый теплоноситель переливается внутрь фильтрующих элементов 2 и поступает далее в сборную камеру 10 и патрубок 11.

Таким образом, предложенная конструкция УЗТ обеспечивает снижение количества посторонних примесей, поступающих в шахту ловушки расплава, и повышение эффективности ее охлаждения.

Промышленная применимость

Устройство защиты труб может быть применено в системах аварийной защиты атомных электростанций, в частности, в устройствах защиты труб пассивного заполнения шахты ловушки расплава, а также в других областях техники, использующих фильтрующие элементы.

Устройство защиты труб относится к системам аварийной защиты атомных электростанций, в частности к устройствам защиты труб пассивного заполнения шахты ловушки расплава и может быть использовано при тяжелых авариях, приводящих к разрушению корпуса реакторной установки. Устройство защиты труб содержит корпус со сливным отверстием и установленные на его нижней опорной панели в несколько рядов вертикальные трубчатые фильтрующие элементы, закрепленные верхними концами в верхней опорной панели. Выше фильтрующих элементов расположена переливная камера, соединенная с ними, ниже фильтрующих элементов - сборная камера, также соединенная с фильтрующими элементами и расположенным ниже нее отводящим трубопроводом. Сечение отверстия в верхней панели выполнено меньшим суммарного сечения внутренних отверстий фильтрующих элементов. Изобретение позволяет повысить безопасность использования устройства защиты труб за счет обеспечения фильтрации теплоносителя при протекании раствора с большим количеством посторонних примесей. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство защиты труб, содержащее корпус со сливным отверстием и установленные на его нижней опорной панели в несколько рядов вертикальные трубчатые фильтрующие элементы, закрепленные верхними концами в верхней опорной панели, отличающееся тем, что выше фильтрующих элементов расположена переливная камера, соединенная с ними, ниже фильтрующих элементов - сборная камера, также соединенная с фильтрующими элементами и расположенным ниже нее отводящим трубопроводом, при этом сечение отверстия в верхней панели выполнено меньшим суммарного сечения внутренних отверстий фильтрующих элементов.

2. Устройство защиты труб, отличающееся тем, что верхняя часть корпуса снабжена фильтрующей решеткой.

3. Устройство защиты труб, отличающееся тем, что дополнительно снабжено трубопроводом, установленным на верхней панели и выполненным с возможностью отвода воздушной пробки.

4. Устройство защиты труб, отличающееся тем, что соотношение сечений отверстия в верхней панели и суммарного сечения внутренних отверстий фильтрующих элементов составляет не менее пяти.