Ферма-консоль устройства локализации расплава Российский патент 2023 года по МПК G21C9/16 

Изобретение относится к устройствам локализации расплава (далее - УЛР), снабженным сосудом для приема и распределения расплава, в частности, к механизмам, обеспечивающим сохранение целостности конструкции УЛР при тяжелых авариях.

Наибольшую радиациофнную опасность представляют аварии с расплавлением активной зоны, которые могут происходить при множественном отказе систем охлаждения активной зоны.

При таких авариях расплав активной зоны - кориум, расплавляя внутриреакторные конструкции и корпус реактора, вытекает за его пределы, и вследствие сохраняющегося в нем остаточного тепловыделения, может нарушить целостность герметичной оболочки АЭС - последнего барьера на пути выхода радиоактивных продуктов в окружающую среду.

Для исключения этого необходимо локализовать вытекший из корпуса реактора расплав активной зоны (кориум) и обеспечить его непрерывное охлаждение, вплоть до полной кристаллизации. Эту функцию выполняет устройство локализации расплава, которое предотвращает повреждения герметичной оболочки АЭС и тем самым защищает население и окружающую среду от радиационного воздействия при тяжелых авариях ядерных реакторов.

Известные конструкции УЛР, предназначенные для локализации и охлаждения расплава, как правило, содержат следующие основные элементы: направляющий аппарат, установленный на специальном опорном элементе - ферме-консоли, корпус с наполнителем из жертвенных материалов. Кроме того, к УЛР подключены различные системы коммуникаций (датчики контрольно-измерительных приборов, каналы орошения кориума, каналы для отвода пара и др.), обеспечивающие функционирование УЛР в условиях тяжелой аварии.

Ферма-консоль защищает корпус, внутренние коммуникации УЛР от разрушения со стороны кориума и является опорой для направляющей плиты, которая передает статические и динамические воздействия на ферму-консоль, раскрепленную в шахте реактора. Ферма-консоль также обеспечивает работоспособность направляющей плиты в случае ее разрушения.

Известна ферма-консоль [1, 2, 3, 4] УЛР, содержащая параллельные и радиальные силовые ребра, внешнюю, среднюю и внутреннюю обечайки, верхнюю силовую плиту и нижнюю силовую плиту, формирующие внутренние и внешние секторы, в которых выполнены трубы-чехлы, обеспечивающие подключение датчиков контрольно-измерительных приборов (КИП), каналы орошения кориума (коллектор с раздающими трубопроводами), обеспечивающие подачу охлаждающей воды от внешних источников, которая по каналам орошения поступает через ферму-консоль сверху на кориум, каналы для отвода пара, обеспечивающие отвод пара из подреакторного помещения бетонной шахты в гермозону на стадии охлаждения кориума в корпусе УЛР, каналы для подвода воздуха, обеспечивающие поступление воздуха для охлаждения направляющей плиты при нормальной эксплуатации.

Недостатком фермы-консоли является то, что она не выдерживает запроектного теплового нагружения, возникающего при отсутствии охлаждения свободной поверхности расплава активной зоны (зеркала расплава) внутри корпуса УЛР. Для несущих элементов фермы-консоли и элементов раскрепления фермы-консоли в шахте реактора эти воздействия особенно разрушительны при длительном воздействии высокой температуры на ферму-консоль.

Известна ферма-консоль [5] устройства локализации расплава с силовым каркасом, состоящим из параллельных и радиальных силовых ребер, внешней, средней и внутренней обечаек, верхней силовой плиты и нижней силовой плиты, формирующих внешние и внутренние параллельные и радиальные секторы частично заполненные бетоном, при этом в средней силовой обечайке и в верхней силовой плите выполнены отверстия.

Одним недостатком фермы-консоли является низкая надежность, обусловленная тем, что она не выдерживает запроектного теплового нагружения, возникающего при отсутствии охлаждения свободной поверхности расплава активной зоны (зеркала расплава) внутри корпуса УЛР. Для несущих элементов фермы-консоли (обечайки, силовые ребра, плиты) и элементов раскрепления (лапы-опоры) фермы-консоли в шахте реактора эти воздействия особенно разрушительны при длительном воздействии высокой температуры на ферму-консоль.

Еще одним недостатком фермы-консоли является ограниченная функциональность, обусловленная отсутствием элементов, обеспечивающих поступление охлаждающей воды из шахты реактора внутрь корпуса УЛР в случае отказа клапанов подачи воды, установленных на корпусе УЛР, а также перелив охлаждающей воды из корпуса УЛР в шахту реактора для обеспечения отвода тепла с внешней стороны корпуса УЛР.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности фермы-консоли устройства локализации расплава.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание конструкции фермы-консоли УЛР, позволяющей обеспечить следующие функции:

- выравнивание давления между гермообъемом, шахтой реактора и УЛР при проектных и запроектных авариях;

- эвакуацию пара из шахты реактора при кипении охлаждающей воды вокруг корпуса УЛР и охлаждение силового каркаса и направляющей плиты при проектных и запроектных авариях;

- поступление охлаждающей воды из шахты реактора внутрь корпуса УЛР в случае отказа клапанов подачи воды, установленных на корпусе УЛР, а также перелив охлаждающей воды из корпуса УЛР в шахту реактора для обеспечения отвода тепла с внешней стороны корпуса УЛР.

Поставленная задача решается за счет того, что ферма-консоль устройства локализации расплава, содержащая внешние, внутренние параллельные и радиальные секторы, состоящие из параллельных, радиальных силовых ребер (15), (14), внешней, средней, внутренней обечаек (16), (18), (17), верхнюю силовую плиту (19), нижнюю силовую плиту (20), согласно изобретению, дополнительно содержит Г-образные патрубки (28) для приема пара из шахты реактора, каждый из которых содержит первый конец (28а), проходящий через нижнюю силовую плиту (20), второй конец (286), проходящий через среднюю обечайку (18), внутреннюю обечайку (17), Т-образные патрубки (31) для распределения газа и пара, каждый из которых содержит первый конец (31а), проходящий через нижнюю силовую плиту (20), второй конец (31b), проходящий через среднюю обечайку (18), внутреннюю обечайку (17), третий конец (31в) снабжен коллектором (32) с подведенными к нему трубопроводами (33) для сброса пара, которые установлены через прокладки (37) со съемными фланцами (35) и защитными сетками (36), рециркуляционные трубопроводы (34), соединяющие трубопроводы (33) для сброса пара, при этом некоторые вторые концы (28b), (31b) Г-образных патрубков (28) и Т-образных патрубков (31) соединены с патрубками (30) для отвода пара, установленными с внутренней стороны внутренней обечайки (18) и направленными вверх.

Существенным признаком заявленного изобретения является наличие в силовом каркасе фермы-консоли УЛР Г-образных патрубков (28) для приема пара из шахты реактора. Каждый Г-образный патрубок (28) содержит первый конец (28а), который проходит через нижнюю силовую плиту (20), и второй конец (28b), который проходит через среднюю обечайку (18) и внутреннюю обечайку (17). Также в ферме-консоли (3) установлены Т-образные патрубки (31), которые предназначены для распределения газа и пара. Каждый Т-образный патрубок (31) содержит первый конец (31а), который проходит через нижнюю силовую плиту (20), второй конец (31b), который проходит через среднюю обечайку (18) и внутреннюю обечайку (17), третий конец (31в) снабжен коллектором (32), к которому подведены трубопроводы (33) для сброса пара. Указанные трубопроводы (33) для сброса пара установлены через прокладки (37) со съемными фланцами (35) и защитными сетками (36). Также имеются рециркуляционные трубопроводы (34), которые соединяют трубопроводы (33) для сброса пара. Кроме того, вторые концы (28b), (31b) некоторых Г-образных патрубков (28) и Т-образных патрубков (31) соединены с патрубками (30) для отвода пара, установленными с внутренней стороны внутренней обечайки (18) и направленными вверх.

Такая конструкция фермы-консоли, оснащенная Г-образными, Т-образными патрубками, коллекторами, соединенными с трубопроводами для сброса пара и рецииркуляционными трубопроводами, позволяет сформировать паро-газораспределительную систему, которая обеспечивает выравнивание давления внутри и снаружи УЛР при проектных и запроектных авариях, в результате которых между герметичной оболочкой и УЛР возможны перепады или колебания давления.

Кроме того, такая паро-газораспределительная система обеспечивает эффективное выравнивание давлений, гашение колебаний давления, выравнивание скоростей потоков парогазовой смеси по периметру корпуса УЛР, гашение автоколебаний уровня охлаждающей воды при неосесимметричном разогреве корпуса УЛР.

Кроме того, такая паро-газораспределительная система обеспечивает эффективное водяное, пароводяное и парогазовое охлаждение фермы-консоли и направляющей плиты на различных стадиях поступления расплава в корпус УЛР из корпуса реактора и в процессе локализации расплава в корпусе УЛР, препятствуя перегреву фермы-консоли и направляющей плиты, обеспечивая их прочность и устойчивость к внешним воздействиям.

Кроме того, паро-газораспределительная система обеспечивает эффективное водяное охлаждение зеркала расплава при отказе клапанов подачи воды через пароприемные патрубки, соединенные с патрубками выравнивания давления, через которые охлаждающая вода из шахты реактора переливается внутрь корпуса УЛР.

Кроме того, паро-газораспределительная система позволяет выполнить обратный перелив охлаждающей воды из внутренних объемов системы локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора в шахту реактора при недостатке воды в ней и при недостаточно эффективном отводе тепла со стороны наружной поверхности корпуса УЛР.

Дополнительно, в ферме-консоли устройства локализации расплава, согласно изобретению, пустоты (24) в параллельных и радиальных секторах, образованных между Г-образными патрубками (28) и Т-образными патрубками (31), заполнены защитным бетоном, что позволяет снизить тепловую нагрузку на Г-образные и Т-образные патрубки, и, как следствие, устранить их разрушение.

Дополнительно, в ферме-консоли устройства локализации расплава, согласно изобретению, в средней силовой обечайке (18) и в верхней силовой плите (19) выполнены отверстия (23) для повышения эффективности отвода парогазовой среды в условиях протекания тяжелой запроектной аварии.

Дополнительно, в ферме-консоли устройства локализации расплава, согласно изобретению, с внешней стороны внешней силовой обечайки (16) установлены лапы-опоры (21) с якорными ребрами (11) для обеспечения надежного закрепления фермы-консоли в стенках шахты реактора.

На фиг.1 изображено устройство локализации расплава с фермой-консолью, выполненное в соответствии с заявленным изобретением.

На фиг.2 изображена ферма-консоль устройства локализации расплава, выполненная в соответствии с заявленным изобретением.

На фиг.3 изображена ферма-консоль (без верхней силовой плиты) устройства локализации расплава, выполненная в соответствии с заявленным изобретением

На фиг.4 изображен разрез фермы-консоли по паро-газораспределительной системе устройства локализации расплава, выполненной в соответствии с заявленным изобретением.

На фиг.5 изображен разрез фермы-консоли по паро-газораспределительной системе устройства локализации расплава, выполненной в соответствии с заявленным изобретением.

На фиг.6 изображен разрез фермы-консоли (без верхней силовой плиты) устройства локализации расплава, выполненной в соответствии с заявленным изобретением.

На фиг.7 изображен вид снизу фермы-консоли устройства локализации расплава, выполненной в соответствии с заявленным изобретением.

На фиг.8 изображен вид снизу фермы-консоли (без нижней силовой плиты) устройства локализации расплава, выполненной в соответствии с заявленным изобретением.

На фиг.9 изображен сетчатый фильтр выполненный в соответствии с заявленным изобретением.

Как показано на фиг.1-9, устройство локализации расплава содержит направляющую плиту (1), установленную под корпусом (2) ядерного реактора и опирающуюся на ферму-консоль (3). Под фермой-консолью (3) установлен корпус (4) с наполнителем (7) для приема и распределения расплава. В верхней части корпуса (4) выполнен фланец (5), снабженный тепловой защитой (6). Наполнитель (7) состоит из нескольких установленных друг на друга кассет (8), каждая из которых содержит одно центральное отверстие (13) и несколько периферийных отверстий (9). В зоне между верхней кассетой (8) и фланцем (5) по периметру корпуса (4) расположены клапаны (10) подачи воды. Между фермой-консолью (3) корпусом (4) УЛР может быть установлена мембрана (12). Ферма-консоль (3) состоит из радиальных силовых ребер (14) (фиг.3, 4, 5), параллельных силовых ребер (15) (фиг.3, 4, 6), внешней силовой обечайки (16) (фиг.2, 3, 4), внутренней силовой обечайки (17) (фиг.4, 5, 6), средней силовой обечайки (18) (фиг.4, 5, 6), верхней силовой плиты (19), нижней силовой плиты (20) (фиг.2, 7), которые формируют внутренние параллельные и радиальные секторы (26) и внешние параллельные и радиальные секторы (27). В ферме-консоли (3) установлены Г-образные патрубки (28) для приема пара из шахты (25) реактора. Каждый Г-образный патрубок (28) имеет первый конец (28а), который проходит через нижнюю силовую плиту (20). Второй конец (28b) проходит через среднюю обечайку (18) и внутреннюю обечайку (17). Каждый из Т-образных патрубков (31) для распределения газа и пара имеет первый конец (31а), проходящий через нижнюю силовую плиту (20), а также второй конец (31b), проходящий через среднюю обечайку (18) и внутреннюю обечайку (17). Третий конец (31в) Т-образного патрубка (31) снабжен коллектором (32). К коллектору (32) подведены трубопроводы (33) для сброса пара. Указанные трубопроводы (33) установлены через прокладки (37) со съемными фланцами (35) и защитными сетками (36). Снаружи фермы-консоли установлены рециркуляционные трубопроводы (34), которые соединяют трубопроводы (33) для сброса пара. Вторые концы (28b) и (31b) некоторых Г-образных патрубков (28) и Т-образных патрубков (31) соединены с патрубками (30) для отвода пара, установленными с внутренней стороны внутренней обечайки (18) и направленными вверх. Пустоты (24), образуемые между внешней силовой обечайкой (16), средней силовой обечайкой (18), радиальными силовыми ребрами (14), а также установленными Г-образными и Т-образными патрубками (28), (31) заполнены защитным бетоном (22) (фиг.3). В средней силовой обечайке (18) и в верхней силовой плите (19) выполнены отверстия (23) (фиг.2) для выхода пара. С внешней стороны внешней силовой обечайки (16) установлены лапы-опоры (21) (фиг.2, 8) с якорными ребрами (11).

Ферма-консоль устройства локализации расплава работает следующим образом.

В результате прямого взаимодействия с расплавом активной зоны и под воздействием теплового излучения со стороны зеркала расплава внутри фермы-консоли (3) устанавливается градиент температур, что приводит к перетокам тепла между силовыми ребрами (14), (15), силовыми обечайками (16), (17), (18), силовыми плитами (19), (20) фермы-консоли (3). Улучшение оттока тепла от горячих областей указанных элементов (14), (15), (16), (17), (18), (19), (20) и защитного бетона (22) при длительном нагреве обеспечивает паро-газораспределительная система (29), состоящая из Г-образных патрубков (28), Т-образных патрубков (31), коллекторов (32), соединенных с трубопроводами (33) для сброса пара, соединяемыми рециркуляционными трубопроводами (34). Функционально, такая система (29) улучшает отток тепла от указанных элементов (14), (15), (16), (17), (18), (19), (20) фермы-консоли (3) и защитного бетона (22) за счет развитой естественной конвекции парогазовой смеси.

За счет поступления воды внутрь Г-образных патрубков (28) и Т-образных патрубков (31) с коллекторами (32), соединенными с трубопроводами (33) для сброса пара, которые в свою очередь соединены посредством рециркуляционных трубопроводов (34), обеспечивается эффективное водяное, пароводяное и парогазовое охлаждение фермы-консоли (3) и направляющей плиты (1) на различных стадиях поступления расплава в корпус (4) из корпуса (2) ядерного реактора и в процессе локализации расплава в корпусе (4), препятствуя перегреву фермы-консоли (3) и направляющей плиты (1), чем обеспечивается их устойчивость к тепловым воздействиям.

При отказе клапанов (10) подачи воды, паро-газораспределительная система (29), состоящая из Г-образных патрубков (28) и Т-образных патрубков (31) с коллекторами (32), соединенными с трубопроводами (33) для сброса пара, которые в свою очередь соединены посредством рециркуляционных трубопроводов (34), позволяет обеспечить эффективное водяное охлаждение зеркала расплава через Г-образные патрубки (28), соединенные с Т-образными патрубками (31), через которые охлаждающая вода из шахты реактора (25) может быть направлена внутрь корпуса (4) УЛР.

Г-образные патрубки (28) и Т-образные патрубки (31) позволяют выполнить обратный перелив охлаждающей воды из внутренних объемов системы локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора в шахту (25) реактора при недостатке воды в ней и при недостаточно эффективном отводе тепла со стороны наружной поверхности корпуса (4).

Паро-газораспределительная система, состоящая из Г-образных патрубков (28) и Т-образных патрубков (31) с коллекторами (32), соединенными с трубопроводами (33) для сброса пара, которые в свою очередь соединены посредством рециркуляционных трубопроводов (34), обеспечивает эффективное гашение колебаний давления, выравнивание скоростей потоков парогазовой смеси по периметру корпуса (4) УЛР, а также гашение автоколебаний уровня охлаждающей воды при неосесимметричном разогреве корпуса (4) УЛР, и как следствие обеспечивает выравнивание давления внутри и снаружи шахты (25) реактора и устройства локализации расплава при проектных и запроектных авариях, в результате которых между герметичной оболочкой и системой локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора возможны перепады или колебания давления.

Паро-газораспределительная система, состоящая из Г-образных патрубков (28) и Т-образных патрубков (31) с коллекторами (32), соединенными с трубопроводами (33) для сброса пара, которые в свою очередь соединены посредством рециркуляционных трубопроводов (34), выполняет свои функции в следующих режимах:

режим 1 - при нормальной эксплуатации в режиме естественной циркуляции охлаждающего воздуха между направляющей плитой (1), внутренним объемом корпуса (4) УЛР, шахтой (25) реактора и герметичной оболочкой;

режим 2 - при проектных авариях в режиме выравнивания давления между герметичной оболочкой, шахтой (25) реактора и внутренним объемом корпуса (4) УЛР при истечении теплоносителя первого контура из корпуса (2) ядерного реактора в герметичный объем с образованием волн давления, исходящих от места течи;

режим 3 - при запроектных авариях на первой залповой стадии поступления, в основном, металлической компоненты расплава из корпуса (2) ядерного реактора в наполнитель (7) в режиме выравнивания давления между герметичной оболочкой, шахтой (25) реактора и внутренним объемом корпуса (4) УЛР при сбросе давления из корпуса (2) ядерного реактора во внутренний объем корпуса (4) УЛР;

режим 4 - при запроектных авариях на второй длительной стадии поступления, в основном, оксидной компоненты расплава из корпуса (2) ядерного реактора в наполнитель (7) в режиме выравнивания давления между герметичной оболочкой, шахтой (25) реактора и внутренним объемом корпуса (4) УЛР при сбросе давления паровых взрывов из внутреннего объема корпуса (4) УЛР при нештатном поступлении воды в корпус (2) ядерного реактора или в корпус (4) УЛР;

режим 5 - при запроектных авариях на третьей стадии охлаждения расплава активной зоны в корпусе (4) УЛР в режиме конвективного тепломассопереноса парогазовой среды между герметичной оболочкой, шахтой (25) реактора и внутренним объемом корпуса (4) УЛР до срабатывания клапанов (10) подачи воды;

режим 6 - при запроектных авариях на четвертой стадии охлаждения расплава активной зоны в корпусе (4) УЛР в режиме конвективного тепломассопереноса парокапельной среды между шахтой (25) реактора и внутренним объемом корпуса (4) УЛР после открытия клапанов (10) подачи воды;

режим 7 - при запроектных авариях в условиях недостаточного охлаждения расплава активной зоны в корпусе (4) УЛР при заливе внутреннего пространства корпуса (4) УЛР водой из шахты (25) реактора через вторые концы (28b) Г-образных патрубков (28) и вторые концы (31b) Т-образных патрубков (31);

режим 8 - при запроектных авариях в условиях недостаточного охлаждения наружной поверхности корпуса (4) УЛР при заливе шахты (25) реактора водой, поступающей во внутренний объем корпуса (4) УЛР из внутренних источников или с внешней стороны герметичной оболочки, например, от пожарных машин.

В режиме 1 в условиях нормальной эксплуатации паро-газораспределительная система, состоящая из Г-образных патрубков (28), Т-образных патрубков (31), коллекторов (32), соединенных с трубопроводами (33), (34), обеспечивает отвод нагретого воздуха из направляющей плиты (1):

по первому маршруту - через патрубки (30), вторые концы (31b) Т-образных патрубков (31) в коллекторы (32) (фиг.5), из которых нагретый воздух поступает в паросбросные трубопроводы (33) и, двигаясь вверх, выходит в герметичный объем за пределы шахты (25) реактора,

по второму маршруту - нагретый воздух входит через патрубки (30), проходит вторые концы (28b) Г-образных патрубков (28) и выходит через первые концы (28 а) в шахту (25) реактора, откуда поступает в первые концы (31а) Т-образных патрубков (31), затем проходит через третий конец (31в) в коллектор (32) откуда поступает в паросбросные трубопроводы (33) и, двигаясь вверх, выходит в герметичный объем за пределы шахты (25) реактора.

В режиме 2 в условиях протекания проектных аварий, связанных с течами теплоносителя первого контура, паро-газораспределительная система, состоящая из Г-образных патрубков (28), Т-образных патрубков (31), коллекторов (32), соединенных с трубопроводами (33), (34), обеспечивает выравнивание давления между внутренним объемом корпуса (4) УЛР, шахтой (25) реактора и герметичной оболочкой, являющейся источником повышения давления для устройства локализации расплава. Выравнивание давления происходит в два этапа.

На первом этапе течи теплоносителя происходит рост давления и температуры в герметичной оболочке в зоне вокруг места течи, из которой волна давления или парогазовый поток (зависит от условий образования течи) начинает распространяться по всему объему герметичной оболочки, затекая в шахту (25) реактора. Учитывая особенности конструкции шахты (25) реактора, паро-газораспределительная система, состоящая из Г-образных патрубков (28), Т-образных патрубков (31), коллекторов (32), соединенных с трубопроводами (33), (34), обеспечивает одновременное воздействие избыточного давления (волны давления) на внешнюю и внутреннюю поверхности корпуса (4) УЛР, на внешнюю и внутреннюю поверхности клапана (10) подачи воды и на верхнюю и нижнюю поверхности направляющей плиты (1). Затекая в шахту (25) реактора, волна давления распространяется сверху вниз тремя путями:

первый путь - вдоль наружной поверхности корпуса (2) ядерного реактора в сторону направляющей плиты (1),

второй путь - по трубопроводам (33) в сторону коллекторов (32), находящихся внутри фермы-консоли (3), соединенных с третьими концами (31в) Т-образных патрубков (31), через вторые концы (31b), которые соединены с патрубками (30),

третий путь - по трубопроводам (33) в сторону коллекторов (32), находящихся внутри фермы-консоли (3), соединенных с третьими концами (31в) Т-образных патрубков (31), через первые концы (31а), соединенные с шахтой (25) реактора, откуда через первые концы (28а) Г-образных патрубков (28) для приема пара из шахты (25) реактора, волна давления проходит через вторые концы (28b).

Таким образом, двигаясь сверху, волна давления, дойдя до направляющей плиты (1), начинает на нее воздействовать сверху, проходя между направляющей плитой (1) и днищем корпуса (2) ядерного реактора.

С другой стороны, двигаясь снизу, волна давления, выйдя из коллекторов (32) через третьи концы (31 в) во вторые концы (31b) Т-образных патрубков (31), соединенных с патрубками (30), и, выйдя из вторых концов (28b) Г-образных патрубков (28), начинает воздействовать на направляющую плиту (1) снизу, таким образом, компенсируя одностороннее воздействие сверху избыточного давления на направляющую плиту (1).

Из коллекторов (32) волна давления проходит не только через третьи концы (31в) Т-образных патрубков (31), соединенных со вторыми концами (31b), и выходит через патрубки (30) во внутреннее пространство корпуса (4) УЛР, воздействуя снизу на направляющую плиту (1) и на внутреннюю поверхность корпуса (4) реактора, но и, продолжая двигаться вниз, проходит через первые концы (31а) Т-образных патрубков (31), поступая в шахту (25) реактора, что приводит к одновременному воздействию волны давления на внутреннюю и наружную поверхности корпуса (4) УЛР и внутренние и наружные поверхности клапанов подачи воды (10), таким образом, компенсируя одностороннее избыточное давление на оборудование системы локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора.

На втором этапе течи теплоносителя происходит заполнение шахты (25) реактора кипящей водой. Вода, заполняя пространство между внутренней стенкой шахты (25) реактора и наружной поверхностью корпуса (4) УЛР ниже расположения нижней силовой плиты (20) фермы-консоли (3), начинает вытеснять паровоздушную смесь тремя путями:

первый путь - через пароприемные патрубки - первые концы (28а) Г-образных патрубков (28) и вторые концы (28b) во внутреннее пространство корпуса (4) УЛР и через патрубки (30) во внутреннее пространство направляющей плиты (1),

второй путь - через пароприемные патрубки - первые концы (31а) Т-образных патрубков (31), далее через третьи концы (31 в) и связанные с ними вторые концы (31b), соединенные с патрубками (30), во внутреннее пространство направляющей плиты (1),

третий путь - через пароприемные патрубки - первые концы (31а) Т-образных патрубков (31), далее через третьи концы (31в) и связанные с ними коллекторы (32), из которых паровоздушная смесь поступает в трубопроводы (33) для сброса пара и в рециркуляционные трубопроводы (34), откуда по трубопроводам (33) паровоздушная смесь поступает в герметичный объем, где расширяется и охлаждается. При этом корпус (4) УЛР испытывает только гидростатическое давление воды, поступающей в шахту (25) реактора.

В режиме 3 в условиях протекания запроектной аварии на первой залповой стадии поступления расплава из корпуса (2) ядерного реактора во внутренний объем корпуса (4) УЛР паро-газораспределительная система, состоящая из Г-образных патрубков (28), Т-образных патрубков (31), коллекторов (32), соединенных с трубопроводами (33), (34), обеспечивает выравнивание давления между герметичной оболочкой, шахтой (25) реактора, внутренним объемом корпуса (4) УЛР и внутренним объемом корпуса (2) ядерного реактора, являющегося источником повышения давления для системы локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора.

Поступая из корпуса (2) ядерного реактора, парогазовая смесь распространяется во внутреннем объеме корпуса (4) УЛР, поднимая давление в нем, и воздействуя на оборудование устройства локализации расплава. Из внутреннего объема корпуса (4) УЛР парогазовая смесь поступает напрямую или через патрубки (30) во вторые концы (28b) Г-образных патрубков (28), вторые концы (31b) и третьи концы (31в) Т-образных патрубков (31), из которых парогазовая смесь соответственно поступает по трем направлениям.

Первое направление - парогазовая смесь движется через пароприемные патрубки - первые концы (28а) Г-образных патрубков (28) в пространство, расположенное под нижней силовой плитой (20) фермы-консоли (3) между внутренней стенкой шахты (25) реактора и наружной поверхностью корпуса (4) УЛР, создавая некоторое избыточное давление, противодействующее давлению во внутреннем объеме корпуса (4) УЛР.

Второе направление - парогазовая смесь движется через пароприемные патрубки - первые концы (31а) Т-образных патрубков (31) в пространство, расположенное под нижней силовой плитой (20) фермы-консоли (3) между внутренней стенкой шахты (25) реактора и наружной поверхностью корпуса (4) УЛР, создавая некоторое избыточное давление, противодействующее давлению во внутреннем объеме корпуса (4) УЛР.

Третье направление - парогазовая смесь движется через коллекторы (32) в рециркуляционные (34) трубопроводы, затем трубопроводы (33) для сброса пара и движется только через указанные трубопроводы (33), из которых поступает в герметичную оболочку, где расширяется и несколько охлаждается.

В силу того, что патрубки (28) существенно короче трубопроводов (33) для сброса пара и рециркуляционных трубопроводов (34), давление как внутри, так и снаружи корпуса (4) УЛР будет незначительно отличаться друг от друга, а давление между внутренней стенкой шахты (25) реактора и наружной поверхностью корпуса (4) УЛР будет поддерживаться на более высоком уровне, чем в герметичной оболочке, до окончания процесса истечения парогазовой смеси из корпуса (2) ядерного реактора, то есть до выравнивания давления между герметичной оболочкой и корпусом (2) ядерного реактора.

На первой залповой стадии поступления, в основном, металлической компоненты расплава активной зоны из корпуса (2) ядерного реактора в наполнитель (7), при которой давление между корпусом (2) ядерного реактора и корпусом (4) УЛР уже выровнено, а корпус (4) УЛР еще не прогрет, в теплопередаче к воде не участвует и кипение воды на внешней поверхности корпуса (4) УЛР отсутствует, пассивная циркуляция парогазовой смеси по паро-газораспределительной системе носит неустойчивый характер, меняя свое направление не только в коллекторах (32), но и в трубопроводах (33) для сброса пара и рециркуляционных трубопроводах (34). По мере прогрева наполнителя (7) температура металлической компонентой расплава снижается, а нагрев излучением тепловой защиты (6) фланца (5) корпуса (4) УЛР и фермы-консоли (3), расположенных выше образовавшегося в колодцах (9) кассет (8) наполнителя (7) зеркала расплава, частично блокируется кассетами (8), то есть самим наполнителем (7), частично - парогазовой средой, находящейся над зеркалом расплава, а частично отводится конвективным теплообменом как от самого зеркала расплава, так и от тепловой защиты (6) фланца (5) корпуса (4) УЛР и фермы-консоли (3). В этих условиях устанавливается циркуляция парогазовой смеси между внутренним пространством корпуса (4) УЛР и герметичной оболочкой. Разогретая над расплавом парогазовая смесь поступает из корпуса (4) УЛР по Т-образным патрубкам (31) в коллекторы (32), из которых поступает сначала в рециркуляционные трубопроводы (34), а затем в трубопроводы (33) для сброса пара, или напрямую - в трубопроводы (33) для сброса пара. Двигаясь вверх по трубопроводам (33) для сброса пара, парогазовая смесь поступает в герметичный объем, где расширяется и охлаждается. Одновременно с этим процессом идет и другой процесс - поступление относительно холодной парогазовой смеси из герметичной оболочки во внутренний объем корпуса (4) УЛР. Относительно холодная парогазовая смесь поступает тремя путями.

Первый путь - из первых концов (28а) Г-образных патрубков (28) парогазовая смесь из шахты (25) реактора поступает во вторые концы (28b), откуда поступает непосредственно, либо через патрубки (30) во внутренний объем, ограниченный внутренней силовой обечайкой (17) фермы-консоли (3), и во внутреннее пространство корпуса (4) УЛР.

Второй путь - из первых концов (31а) Т-образных патрубков (31) парогазовая смесь из шахты (25) реактора поступает в третьи концы (31в), далее во вторые концы (31b) и через патрубки (30) во внутренний объем, ограниченный внутренней силовой обечайкой (17) фермы-консоли (3), и во внутреннее пространство корпуса (4) УЛР.

Третий путь - из герметичного объема поступает в трубопроводы (33) для сброса пара, затем в коллекторы (32), из которых через третьи (31в) и вторые (31b) концы Т-образных патрубков (31) поступает через патрубки (30) во внутренний объем, ограниченный внутренней силовой обечайкой (17) фермы-консоли (3), и во внутреннее пространство корпуса (4) УЛР.

Относительно холодная парогазовая смесь, поступившая из Г-образных патрубков (28) и Т-образных патрубков (31), движется вниз вдоль внутренней поверхности внутренней силовой обечайки (17), имея большую плотность, чем плотность поднимающейся вверх парогазовой смеси, находящейся внутри корпуса (4) УЛР. Движущаяся вниз парогазовая смесь постепенно нагревается, охлаждая ферму-консоль (3) и тепловую защиту (6) фланца (5) корпуса (4) УЛР. По мере нагрева парогазовая смесь смещается к центру корпуса (4) УЛР, опускное движение сменяется подъемным, и разогретая парогазовая смесь снова поступает в Г-образные патрубки (28) и в Т-образные патрубки (31), повторяя циркуляционный режим в паро-газораспределительной системе. В зависимости от перепадов температур парогазовых смесей в герметичном объеме и внутри корпуса (4) УЛР в паро-газораспределительной системе может установиться несколько типов движения опускных и подъемных течений парогазовых смесей:

- встречные потоки - в одной трубе два потока движутся в противоположных направлениях;

- раздельное течение - в одной трубе поток направлен только в одну сторону;

- смешанное течение - в результате циркуляции по рециркуляционным трубопроводам (34) и трубопроводам (33) для сброса пара парогазовые потоки смешиваются и, в зависимости от установившейся температуры смеси, продолжают либо опускное, либо подъемное движение.

Наличие в паро-газораспределительной системе рециркуляционных трубопроводов (34), соединенных в верхней части с трубопроводами (33) для сброса пара, обеспечивает быструю смену режимов циркуляции при изменении температуры внутри корпуса (4) УЛР, что позволяет обеспечить устойчивое парогазовое охлаждение фермы-консоли (3).

В режиме 4 в условиях протекания запроектной аварии, на второй длительной стадии поступления расплава из корпуса (2) ядерного реактора во внутренний объем корпуса (4) УЛР паро-газораспределительная система, состоящая из Г-образных патрубков (28) и Т-образных патрубков (31), коллекторов (32), соединенных с трубопроводами (33), (34), обеспечивает выравнивание давления между герметичной оболочкой, шахтой (25) реактора и внутренним объемом корпуса (4) УЛР. В этом режиме возможны всплески давления, либо длительный подъем давления при нештатном поступлении воды в корпус (2) ядерного реактора или в корпус (4) УЛР на поверхность расплава. Давление из внутреннего объема корпуса (4) УЛР в этом случае сбрасывается в герметичную оболочку и в пространство между внутренней стенкой шахты (25) реактора и наружной поверхностью корпуса (4) УЛР аналогично режиму 3 работы паро-газораспределительной системы.

На второй длительной стадии поступления, в основном, оксидной компоненты расплава активной зоны из корпуса (2) ядерного реактора в наполнитель (7) происходит следующее:

- с одной стороны, формируется зеркало расплава в корпусе (4) УЛР и лучистые тепловые потоки начинают оказывать тепловое воздействие на оборудование системы локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора;

- с другой стороны, корпус (4) УЛР постепенно прогревается и начинает участвовать в теплопередаче к воде, а кипение воды на внешней поверхности корпуса (4) УЛР от конвективного теплообмена переходит в стадию «кипения в большом объеме».

В этих условиях устойчивая пассивная циркуляция парогазовой смеси по паро-газораспределительной системе приобретает важное значение для устойчивого охлаждения фермы-консоли (3).

На второй длительной стадии поступления, расплава активной зоны тепло, выделяемое оксидной компонентой расплава, расходуется, в основном, на растворение наполнителя (7) и химические реакции между расплавом и наполнителем (7). В результате этого температура оксидной компоненты снижается, а после завершения растворения основной части наполнителя (7) в расплаве активной зоны формируется зеркало расплава. Лучистые тепловые потоки со стороны зеркала расплава нагревают тепловую защиту (6) фланца (5) корпуса (4) УЛР и ферму-консоль (3). Парогазовая среда, находящаяся над зеркалом расплава, разогревается и поднимается вверх к днищу корпуса (2) ядерного реактора. Разогрев парогазовой среды происходит не только от зеркала расплава, но и от тепловой защиты (6) фланца (5) корпуса (4) УЛР, фермы-консоли (3) и направляющей плиты (1). Тепло, выделяемое расплавом активной зоны, увеличивает скорость конвективных потоков парогазовой смеси между направляющей плитой (1) корпусом (2) ядерного реактора. Конвективные потоки захватывают парогазовую смесь, вытекающую из паро-газораспределительной системы фермы-консоли (3) во внутреннее пространство, ограниченное внутренней силовой обечайкой (17), что приводит к охлаждению внутренней силовой обечайки (17), других элементов и защитного бетона (22) фермы-консоли (3).

Под действием разности плотностей парогазовой смеси за пределами шахты (25) реактора и внутри корпуса (4) УЛР развивается парогазовая конвекция, уносящая тепло от тепловой защиты (6) фланца (5) корпуса (4) УЛР, фермы-консоли (3), направляющей плиты (1) и днища корпуса (2) ядерного реактора за пределы шахты (25) реактора. За пределами шахты (25) реактора средняя температура парогазовой среды при разрушении главного циркуляционного трубопровода первого контура может составлять до 150°С, а внутри корпуса (4) УЛР температура парогазовой среды может составлять несколько сотен градусов Цельсия. Это приводит к интенсивному конвективному перемешиванию парогазовой среды внутри корпуса (4) УЛР и по всей высоте от зеркала расплава до днища корпуса (2) ядерного реактора, включая и пространство внутри внутренней силовой обечайки (17) фермы-консоли (3), находящееся, примерно, на середине этой высоты. Относительно холодная парогазовая смесь с температурой до 150°С поступает с внешней стороны шахты (25) реактора, двигаясь вниз, например, по трубопроводам (33) для сброса пара через коллекторы (32) по Т-образным патрубкам (31) во внутреннее пространство внутренней силовой обечайки (17). Поступление относительно холодной парогазовой смеси во внутренне пространство внутренней силовой обечайки (17) приводит к возникновению опускного движения относительно холодной парогазовой смеси, омывающей и охлаждающей внутреннюю силовую обечайку (17), часть нижней силовой плиты (20), обращенной к зеркалу расплава, и тепловую защиту (6) фланца (5) корпуса (4) УЛР. По мере перемещения вниз парогазовая смесь нагревается, постепенно смещаясь от периферии к центру, ее плотность уменьшается и опускное движение сменяется подъемным. Поднимаясь, парогазовая смесь нагревается, ее движение ускоряется и, достигнув днища корпуса (2) ядерного реактора горячая парогазовая смесь движется тремя путями:

- первый путь - внутрь корпуса (2) ядерного реактора и далее в герметичную оболочку за пределами шахты (25) реактора;

- второй путь - вдоль наружной поверхности корпуса (2) ядерного реактора за пределы шахты (25) реактора в герметичную оболочку;

- третий путь - через Г-образные патрубки (28) и Т-образные патрубки (31), в коллекторы (32), затем по рециркуляционным трубопроводам (34) и трубопроводам (33) для сброса папа в герметичную оболочку.

В герметичной оболочке парогазовая смесь расширяется, охлаждается и снова засасывается внутрь шахты (25) реактора через паро-газораспределительную систему, которая обеспечивает циркуляцию парогазовой смеси и охлаждение оборудования УЛР.

В режиме 5 на третьей стадии охлаждения расплава активной зоны в корпусе (4) УЛР паро-газораспределительная система, состоящая из Г-образных патрубков (28) и Т-образных патрубков (31), коллектора (32), соединенных с трубопроводами (33), (34), в условиях интенсивного теплового излучения со стороны зеркала расплава до срабатывания клапанов (10) подачи воды обеспечивает конвективный тепломассоперенос парогазовой среды между герметичной оболочкой, шахтой (25) реактора и внутренним объемом корпуса (4) УЛР.

На третьей стадии охлаждения расплава после завершения растворения наполнителя (7) в расплаве активной зоны корпус (4) УЛР полностью прогрет, идет интенсивный теплообмен между корпусом (4) УЛР и охлаждающей водой, находящейся в шахте (25) реактора. Вода, движущаяся вдоль наружной поверхности корпуса (4) УЛР, кипит, насыщенный пар поднимается вверх и через первые концы (28а) Г-образных патрубков (28) и первые концы (31а) Т-образных патрубков (31) поступает в коллекторы (32), через которые движется по двум направлениям.

Первое направление - насыщенный пар, поступая в первые концы (28а) Г-образных патрубков (28), движется через вторые концы (28b) непосредственно, либо через патрубки (30) во внутренний объем, ограниченный внутренней силовой обечайкой (17) фермы-консоли (3), и во внутреннее пространство корпуса (4) УЛР. Кроме того, насыщенный пар, поступая в первые концы (31а) Т-образных патрубков (31) движется через третьи концы (31в), вторые концы (31b), через патрубки (30) во внутренний объем, ограниченный внутренней силовой обечайкой (17) фермы-консоли (3), и во внутреннее пространство корпуса (4) УЛР. Далее насыщенный пар, движется вниз вдоль внутренней поверхности внутренней силовой обечайки (17), имея большую плотность, чем плотность поднимающегося вверх перегретого пара, находящегося внутри корпуса (4) УЛР. Движущийся вниз насыщенный пар постепенно перегревается, охлаждая ферму-консоль (3) и тепловую защиту (6) фланца (5) корпуса (4) УЛР. По мере перегрева насыщенный пар смещается к центру корпуса (4) УЛР, опускное движение сменяется подъемным. Достигнув внутреннего пространства, ограниченного внутренней силовой обечайкой (17) фермы-консоли (3), перегретый пар движется тремя путями:

- первый путь - внутрь корпуса (2) ядерного реактора и далее в герметичную оболочку за пределами шахты (25) реактора;

- второй путь - вдоль наружной поверхности корпуса (2) ядерного реактора за пределы шахты (25) реактора в герметичную оболочку;

- третий путь - через Г-образные патрубки (28) и Т-образные патрубки (31) в коллекторы (32), затем вверх по рециркуляционным трубопроводам (34) и трубопроводам (33) для сброса пара в герметичную оболочку. Причем, в связи с тем, что гидравлическое сопротивление трубопроводов (33) для сброса пара, соединенных с рециркуляционными трубопроводами (34), значительно отличается от гидравлического сопротивления одиночных трубопроводов (33) для сброса пара, возникающие локальные спутные потоки насыщенного и перегретого пара, движущиеся вертикально вверх, будут иметь различное соотношение (занимаемую площадь, скорость, расход), вплоть до возникновения в рециркуляционных трубопроводах (34) опрокидывания потоков насыщенного пара. Аналогично, в зависимости от степени перегрева насыщенного пара в корпусе (4) УЛР, внутри паро-газораспределительной системы, состоящей из Г-образных патрубков (28) Т-образных патрубков (31), коллекторов (32), соединенных с трубопроводами (33), (34), будет устанавливаться различное теплогидравлическое равновесие между Г-образными патрубками (28) и Т-образными патрубками (31), работающими на вход насыщенного пара внутрь корпуса (4) УЛР и работающими на выход перегретого пара из корпуса (4) УЛР.

Пассивная циркуляция насыщенного и перегретого пара по паро-газораспределительной системе носит неустойчивый характер, меняя свое направление не только в коллекторах (32), но и в трубопроводах (33) для сброса пара и рециркуляционных трубопроводах (34). По мере роста температуры зеркала расплава, увеличиваются лучистые тепловые потоки, и, как следствие, происходит разогрев излучением тепловой защиты (6) фланца (5) корпуса (4) УЛР и фермы-консоли (3). Лучистые тепловые потоки со стороны зеркала расплава частично блокируются паром, находящимся над зеркалом расплава, а частично отводятся конвективным теплообменом как от самого зеркала расплава, так и от тепловой защиты (6) фланца (5) корпуса (4) УЛР и фермы-консоли (3). В этих условиях устанавливается циркуляция пара между внутренним пространством корпуса (4) УЛР и герметичной оболочкой. Перегретый относительно состояния насыщения пар поступает из корпуса (4) УЛР по Г-образным патрубкам (28) и Т-образным патрубкам (31) в коллекторы (32) соответственно, из которых поступает сначала в рециркуляционные трубопроводы (34), а затем в трубопроводы (33) для сброса пара, или напрямую - в трубопроводы (33) для сброса пара. Двигаясь вверх по трубопроводам (33) для сброса пара, парогазовая смесь поступает в герметичный объем, где расширяется и охлаждается.

Второе направление - насыщенный пар, поступая в коллекторы (32), движется напрямую через рециркуляционные трубопроводы (34) и трубопроводы (33) для сброса пара в герметичную оболочку, где расширяется и несколько охлаждается. Однако этот режим в значительной степени зависит от гидравлического сопротивления первого и второго путей, которыми движется перегретый пар из внутреннего пространства, ограниченного внутренней силовой обечайкой (17) фермы-консоли (3):

- первый путь - внутрь корпуса (2) ядерного реактора и далее в герметичную оболочку за пределами шахты (25) реактора;

- второй путь - вдоль наружной поверхности корпуса (2) ядерного реактора за пределы шахты (25) реактора в герметичную оболочку.

Если первый и второй пути выхода перегретого пара в герметичную оболочку имеют большие гидравлические сопротивления, связанные, например, с перекрытием (завариванием) расплавом проходных сечений между направляющей плитой (1) и днищем корпуса (2) ядерного реактора, то основным каналом эвакуации перегретого пара из внутреннего пространства корпуса (4) УЛР становится паро-газораспределительная система, состоящая из Г-образных патрубков (28) и Т-образных патрубков (31), коллектора (32), соединенных с трубопроводами (33), (34), обеспечивающая охлаждение оборудования системы локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора.

В режиме 6 на четвертой стадии охлаждения расплава активной зоны в корпусе (4) УЛР паро-газораспределительная система, состоящая из Г-образных патрубков (28) и Т-образных патрубков (31), коллектора (32), соединенных с трубопроводами (33), (34), обеспечивает конвективный тепломассоперенос парокапельной среды между шахтой (25) реактора и внутренним объемом корпуса (4) УЛР после открытия клапанов (10) подачи воды.

После открытия клапанов (10) подачи воды начинается пароводяное охлаждение шлаковой шапки и тонкой корки на поверхности расплава. Поступающая вода из клапанов (10) подачи воды быстро снижает температуру парогазовой среды над зеркалом расплава. Водоохлаждаемая корка над зеркалом расплава стабилизируется. Температура тепловой защиты (6) фланца (5) корпуса (4) УЛР, температура фермы-консоли (3) и направляющей плиты (1) постепенно снижается и устанавливается близкой к температуре насыщенного пара. В этот период на корке расплава появляется уровень воды. Масса выкипающей воды становится меньше массы воды, поступающей из шахты (25) реактора через открытые клапаны (10) подачи воды во внутреннее пространство корпуса (4) УЛР. Этот процесс заканчивается выравниванием уровней воды в шахте (25) реактора и внутри корпуса (4) УЛР.

Насыщенный пар из корпуса (4) УЛР поднимается вверх и, достигнув внутреннего пространства, ограниченного внутренней силовой обечайкой (17) фермы-консоли (3), движется тремя путями:

- первый путь - внутрь корпуса (2) ядерного реактора и далее в герметичную оболочку за пределами шахты (25) реактора;

- второй путь - вдоль наружной поверхности корпуса (2) ядерного реактора за пределы шахты (25) реактора в герметичную оболочку;

- третий путь - через Г-образные патрубки (28) и Т-образные патрубки (31) в коллекторы (32), затем вверх по рециркуляционным трубопроводам (34) и трубопроводам (33) для сброса пара в герметичную оболочку. Причем, в связи с тем, что гидравлическое сопротивление трубопроводов (33) для сброса пара, соединенных с рециркуляционными трубопроводами (34), значительно отличается от гидравлического сопротивления одиночных трубопроводов (33) для сброса пара, на различных участках паро-газораспределительной системы возникают локальные спутные потоки насыщенного пара разной интенсивности. Происходит параллельное движение и перемешивание потоков насыщенного пара, поступающих из шахты (25) реактора и из корпуса (4) УЛР в Т-образные патрубки (31). Перемешивание и спутное течение потоков насыщенного пара возникает в коллекторах (32). При интенсивном парообразовании на начальной стадии охлаждения поверхности расплава после срабатывания клапанов (10) подачи воды внутри корпуса (4) УЛР происходит увеличение давления относительно давления насыщенного пара в шахте (25) реактора, вырабатываемого при кипении воды вокруг наружной поверхности корпуса (4) УЛР.

Шахта (25) реактора и внутренний объем корпуса (4) УЛР образуют гидравлическую систему, связанную гидравлическими каналами в корпусе (4) УЛР и паровыми каналами паро-газораспределительной системы:

- гидравлические каналы в корпусе (4) УЛР - открытые после срабатывания клапанов (10) подачи воды;

- паровые каналы паро-газораспределительной системы - Г-образные патрубки (28), Т-образные патрубки (31) и коллекторы (32).

Гидравлический контур «шахта (25) реактора - внутренний объем корпуса (4) УЛР», обладает отрицательной обратной связью, приводящей к затуханию колебаний давления при быстром парообразовании на поверхности расплава внутри корпуса (4) УЛР. Работает такая гидравлическая система следующим образом. Как только давление во внутреннем пространстве корпуса (4) УЛР становится больше давления в шахте (25) реактора, тогда расход воды из шахты (25) реактора через клапаны (10) подачи воды во внутреннее пространство корпуса (4) УЛР прекращается или становиться отрицательным: вода отжимается повышенным давлением из корпуса (4) УЛР в шахту (25) реактора. Парообразование на поверхности расплава уменьшается, а пар через паровые каналы паро-газораспределительной системы поступает в шахту (25) реактора, выравнивая давление внутри и снаружи корпуса (4) УЛР. Скорость выравнивания давления определяется скоростью эвакуации пара по трубопроводам (33) для сброса пара в герметичную оболочку, поэтому до наступления критического истечения пара из трубопроводов (33) для сброса пара, давление в шахте (25) реактора будет несколько ниже, чем давление внутри корпуса (4) УЛР и отрицательная обратная связь гидравлического контура «шахта (25) реактора - внутренний объем корпуса (4) УЛР» будет приводить к затуханию колебаний давления при поступлении воды на поверхность расплава через клапаны (10) подачи воды. После наступления критического истечения пара из трубопроводов (33) для сброса пара, давление пара внутри корпуса (4) УЛР будет определяться расходом пара по двум направлениям, которыми движется насыщенный пар из внутреннего пространства, ограниченного внутренней силовой обечайкой (17) фермы-консоли (3):

- первый путь - внутрь корпуса (2) ядерного реактора и далее в герметичную оболочку за пределами шахты (25) реактора;

- второй путь - вдоль наружной поверхности корпуса (2) ядерного реактора за пределы шахты (25) реактора в герметичную оболочку.

Если по этим направлениям эвакуация пара из внутреннего пространства корпуса (4) УЛР будет существенно затруднена, тогда давление насыщенного пара внутри корпуса (4) УЛР будет расти, что приведет к повышению давления в шахте (25) реактора, увеличению высоты паровой подушки под нижней силовой плитой (20) фермы-консоли (3) и, как следствие этого, уменьшению уровня воды в шахте (25) реактора. Процесс понижения уровня воды в шахте (25) реактора, в условиях практического равенства давления пара в шахте (25) реактора и внутри корпуса (4) УЛР, будет идти до момента оголения клапанов (10) подачи воды, через которые вода, оставшаяся внутри корпуса (4) УЛР, под действием гидростатического давления будет вытекать в шахту (25) реактора. Слив воды из корпуса (4) УЛР приведет к уменьшению парообразования над поверхностью расплава, что приведет к снижению давления как в гидравлическом контуре «шахта (25) реактора - внутренний объем корпуса (4) УЛР», так и в паро-газораспределительной системе, состоящая из Г-образных патрубков (28) и Т-образных патрубков (31), коллектора (32), соединенных с трубопроводами (33), (34). После понижения давления в шахте (25) реактора, уровень воды восстанавливается до уровня расположения клапанов (10) подачи воды, вода поступает внутрь корпуса (4) УЛР, внутри которого начинается процесс парообразования с повышением давления, это приводит к тому, что процессы в гидравлическом контуре «шахта (25) реактора - внутренний объем корпуса (4) УЛР» могут несколько раз циклически повториться до завершения расхолаживания поверхности расплава внутри корпуса (4) УЛР.

В режиме 7 при недостаточном охлаждении расплава активной зоны в корпусе (4) УЛР паро-газораспределительная система, состоящая из Г-образных патрубков (28) и Т-образных патрубков (31), коллектора (32), соединенных с трубопроводами (33), (34), обеспечивает залив внутреннего пространства корпуса (4) УЛР водой из шахты (25) реактора.

При длительном отсутствии срабатывания на открытие клапанов (10) подачи воды, процесс охлаждения фермы-консоли (3) и направляющей плиты (1) стабилизируется, в результате чего над зеркалом расплава устанавливаются две явно выраженные температурные зоны: горячая нижняя зона - внутри корпуса (4) УЛР, холодная верхняя зона - внутри пространства, ограниченного внутренней силовой обечайкой (17) фермы-консоли (3). Горячая нижняя зона имеет температуру парогазовой среды в несколько сотен градусов, что обеспечивает ей интенсивный конвективный теплообмен с холодной верхней зоной, в которую по паро-газораспределительной системе, состоящей из Г-образных патрубков (28) и Т-образных патрубков (31), коллектора (32), соединенных с трубопроводами (33), (34), из шахты (25) реактора поступает насыщенный пар. Чем выше уровень воды в шахте (25) реактора и чем интенсивнее кипение воды, тем большее количество воды в виде парокапельного потока будет поступать в холодную верхнюю зону, тем более интенсивным будет охлаждение фермы-консоли (3), направляющей плиты (1) и тепловой защиты (6) фланца (5) корпуса (4) УЛР.

Для обеспечения устойчивого охлаждения оборудования устройства локализации расплава необходимо подать воду внутрь корпуса (4) УЛР. Это достигается подачей воды в шахту (25) реактора от внешних систем, например, от пожарных машин. Уровень воды в шахте (25) реактора будет постепенно повышаться, а, дойдя до первых концов (28а) Г-образных патрубков (28) и первых концов (31а) Т-образных патрубков (31), вода спутным потоком вместе с насыщенным паром через вторые концы (28b) Г-образных патрубков (28) и вторые концы (31b) Т-образных патрубков (31) начнет поступать во внутреннее пространство корпуса (4) УЛР, в котором на начальном этапе этот процесс приведет к перемешиванию парогазовой смеси с насыщенным паром и к полному испарению воды, а на конечном этапе этот процесс приведет к снижению температуры парогазовой среды над поверхностью расплава и установлению режима поверхностного кипения воды с охлаждением шлаковой шапки и образованием толстой корки над расплавом.

При повышении давления внутри корпуса (4) УЛР, пар противотоком движется через Т-образные патрубки (31) в коллекторы (32), затем вверх по рециркуляционным трубопроводам (34) и трубопроводам (33) для сброса пара в герметичную оболочку. При истечении пара по каналам паро-газораспределительной системы из внутреннего объема корпуса (4) УЛР происходит встречное движение пара и воды. В условиях возникновения повышенного давления внутри корпуса (4) УЛР происходит запирание водяных потоков паром, вытекающим из корпуса (4) УЛР, то есть происходит прекращение поступления воды из шахты (25) реактора, длительность которого определяется временем существования и величиной избыточного давления внутри корпуса (4) УЛР относительно гидростатического давления воды в шахте (25) реактора. При уменьшении давления внутри корпуса (4) УЛР гидростатическое давление воды в шахте (25) реактора снова обеспечит проталкивание воды через паро-газораспределительную систему внутрь корпуса (4) УЛР для охлаждения поверхности расплава.

В режиме 8 при недостаточном охлаждении наружной поверхности корпуса (4) УЛР паро-газораспределительная система, состоящая из Г-образных патрубков (28) и Т-образных патрубков (31), коллектора (32), соединенных с трубопроводами (33), (34), обеспечивает залив водой шахты (25) реактора из внутреннего объема корпуса (4) УЛР.

При длительном отсутствии срабатывания на открытие клапанов (10) подачи воды и в условиях низкого положения уровня воды в шахте (25) реактора возможно нарушение охлаждения наружной поверхности корпуса (4) УЛР, приводящее к его перегреву. Для исключения этого явления необходимо увеличить уровень охлаждающей воды в шахте (25) реактора. С этой целью охлаждающая вода из внутренних источников или с внешней стороны герметичной оболочки, например, от пожарных машин, подается внутрь корпуса (2) реактора, из которого через разрушенное днище корпуса (2) реактора поступает в направляющую плиту (1), откуда скатывается внутрь корпуса (4) УЛР. Температура внутри корпуса (4) УЛР стабилизируется, насыщенный пар по паро-газораспределительной системе выходит в герметичный объем. Постепенно повышается уровень воды внутри корпуса (4) УЛР и достигает Г-образных патрубков (28) и Т-образных патрубков (31), расположенных в ферме-консоли (3). Через первые концы (28а) Г-образных патрубков (28) и первые концы (31а) Т-образных патрубков (31) вода стекает вниз в шахту (25) реактора, повышая уровень воды в ней. Этот процесс идет до выравнивания уровней воды в шахте (25) реактора и внутри корпуса (4) УЛР. Процесс выравнивания уровней воды и последующее установление гидродинамического равновесия уровней воды в шахте (25) реактора и внутри корпуса (4) УЛР сопровождается движением спутных и встречных потоков насыщенного пара в элементах паро-газораспределительной системы.

Параллельные силовые ребра (15), радиальные силовые ребра (14), внутренняя, средняя и внешняя силовые обечайки (17), (18), (16), а также верхняя и нижняя силовые плиты (19), (20) могут быть выполнены из стали марки 09Г2С.

Диаметр внутренней силовой обечайки (16) равен 5,1 м. Диаметр средней силовой обечайки (17) равен 5,9 м. Диаметр внешней силовой обечайки (18) равен 9,2 м. Высота фермы-консоли (3) равна 2 м.

Г-образные и Т-образные патрубки выполнены в форме кольцевых труб, соединенных друг с другом посредством сварки, либо выполнены в монолитной форме.

Таким образом применение в фермы-консоли устройства локализации расплава газо-парораспределительной системы, состоящая из Г-образных патрубков, Т-образных патрубков, коллекторов, врезанных в элементы конструкции фермы-консоли и соединенных с трубопроводами для сброса пара и рециркуляционными трубопроводами, позволило повысить надежность фермы-консоли за счет выравнивания давления между гермообъемом, шахтой реактора и УЛР при проектных и запроектных авариях, эвакуации пара из шахты реактора при кипении охлаждающей воды вокруг корпуса УЛР и охлаждения элементов фермы-консоли и направляющей плиты при проектных и запроектных авариях, поступления охлаждающей воды из шахты реактора внутрь корпуса УЛР в случае отказа клапанов подачи воды, установленных на корпусе УЛР, а также перелива охлаждающей воды из корпуса УЛР в шахту реактора для обеспечения отвода тепла с внешней стороны корпуса УЛР.

Источники информации:

1. Патент РФ №2576517, МПК G21C 9/016, приоритет от 16.12.2014 г.;

2. Патент РФ №2576516, МПК G21C 9/016, приоритет от 16.12.2014 г.;

3. Патент РФ №2575878, МПК G21C 9/016, приоритет от 16.12.2014 г.;

4. Устройство локализации расплава для АЭС с ВВЭР-1200, И.А. Сидоров, 7-я МНТК «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР», ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Россия, 17-20 мая 2011 г.;

5. Патент РФ №2742583, МПК G21C 9/016, приоритет от 18.03.2020 г.

Изобретение относится к устройствам локализации расплава (далее - УЛР), снабженным сосудом для приема и распределения расплава, в частности к механизмам, обеспечивающим сохранение целостности конструкции УЛР при тяжелых авариях. Ферма-консоль устройства локализации расплава содержит внешние, внутренние параллельные и радиальные секторы. Дополнительно содержит Г-образные патрубки для приема пара из шахты реактора и Т-образные патрубки для распределения газа и пара. Г-образные патрубки содержат первый конец, проходящий через нижнюю силовую плиту, второй конец, проходящий через среднюю обечайку, внутреннюю обечайку. Т-образные патрубки содержат первый конец, проходящий через нижнюю силовую плиту, второй конец, проходящий через среднюю обечайку, внутреннюю обечайку, третий конец снабжен коллектором с подведенными к нему трубопроводами для сброса пара. При этом некоторые вторые концы Г-образных патрубков и Т-образных патрубков соединены с патрубками для отвода пара, установленными с внутренней стороны внутренней обечайки и направленными вверх. Изобретение позволяет повысить надежность фермы-консоли устройства локализации расплава. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Ферма-консоль устройства локализации расплава, содержащая внешние, внутренние параллельные и радиальные секторы, состоящие из параллельных, радиальных силовых ребер (15), (14), внешней, средней, внутренней обечаек (16), (18), (17), верхнюю силовую плиту (19), нижнюю силовую плиту (20), отличающаяся тем, что дополнительно содержит Г-образные патрубки (28) для приема пара из шахты реактора, каждый из которых содержит первый конец (28а), проходящий через нижнюю силовую плиту (20), второй конец (286), проходящий через среднюю обечайку (18), внутреннюю обечайку (17), Т-образные патрубки (31) для распределения газа и пара, каждый из которых содержит первый конец (31а), проходящий через нижнюю силовую плиту (20), второй конец (31b), проходящий через среднюю обечайку (18), внутреннюю обечайку (17), третий конец (31в) снабжен коллектором (32) с подведенными к нему трубопроводами (33) для сброса пара, которые установлены через прокладки (37) со съемными фланцами (35) и защитными сетками (36), рециркуляционные трубопроводы (34), соединяющие трубопроводы (33) для сброса пара, при этом некоторые вторые концы (28b), (31b) Г-образных патрубков (28) и Т-образных патрубков (31) соединены с патрубками (30) для отвода пара, установленными с внутренней стороны внутренней обечайки (18) и направленными вверх.

2. Ферма-консоль устройства локализации расплава по п. 1, отличающаяся тем, что пустоты в параллельных и радиальных секторах, образованные между Г-образными патрубками (28) и Т-образными патрубками (31), заполнены защитным бетоном.

3. Ферма-консоль устройства локализации расплава по п. 1, отличающаяся тем, что в средней силовой обечайке (18) и в верхней силовой плите (19) выполнены отверстия (23).

4. Ферма-консоль устройства локализации расплава по п. 1, отличающаяся тем, что с внешней стороны внешней силовой обечайки (16) установлены лапы-опоры (21) с якорными ребрами (11).