Фильтрующее устройство защиты от мусора системы аварийного охлаждения водо-водяного ядерного реактора Российский патент 2024 года по МПК G21C9/00 

Область техники

Изобретение относится к системе аварийного охлаждения активной зоны водо-водяного ядерного реактора, а именно к устройствам защиты от мусора системы аварийного охлаждения водо-водяного ядерного реактора при циркуляции теплоносителя.

Предшествующий уровень техники

Система аварийной защиты реактора должна обеспечить безопасность в случае аварии с потерей теплоносителя (максимальная проектная авария).

Во время аварии с разрывом трубопроводов контура теплоносителя водо-водяного реактора происходит утечка теплоносителя. Этот теплоноситель может нести твердые инородные частицы от разрушения тепловой изоляции находящихся рядом труб, других структур реактора и строительных конструкций. Проектом АЭС предусмотрено, что при аварии с разрывом трубопроводов теплоноситель вместе с инородными частицами самотеком поступает в наиболее низко расположенные части здания реактора, т.е. на пол противоаварийной оболочки. Сбор теплоносителя осуществляется в приямок (или водосборник), расположенный ниже уровня пола противоаварийной оболочки, откуда теплоноситель попадает в аварийные насосы, подающие его в системы аварийного охлаждения РУ и на спринклерные форсунки для охлаждения внутреннего объема противоаварийной оболочки.

АЭС оснащены системами, с помощью которых теплоноситель, попадающий в приямок (или водосборник) многократно используется в системах аварийного охлаждения реактора.

При аварии с разрывом трубопроводов теплоноситель, которые ранее находился только внутри трубопроводов и оборудования, попадает на полы и стены помещений противоаварийной оболочки, что может привести его к засорению частицами различного происхождения. При этом теплоноситель, как правило, засоряется фрагментами теплоизоляции трубопроводов и оборудования. Это может привести к нарушению процесса рециркуляции в системе аварийного охлаждения в течение аварийного и послеаварийного периода. Прекращение потока в каналах рециркуляции может произойти в результате выхода из строя элементов каналов рециркуляции (насосы, форсунки и др.) по причине их засорения фрагментами теплоизоляции и/или другим мусором.

По этой причине приямок (или водосборник), которые являются устройствами, важными для безопасности, должны быть снабжены сороудерживающими устройствами. Такие устройства предназначены для очистки теплоносителя от мусора в пределах, достаточных для обеспечения его длительной рециркуляции насосами систем безопасности до полного расхолаживания здания реактора и реакторной установки. Они должны обладать высокой конструкционной прочностью и надежностью при эксплуатации.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому, является устройство защиты приямков в аварийной системе охлаждения водо-водяного ядерного реактора (патент RU 2686684 С1, опубл. 30.04.2019), содержащее систему фильтров, установленных на приемном отверстии верхней части размещенного в днище защитной оболочки реактора приямка, подсоединенного к заборному отверстию трубопровода аварийной системы охлаждения, и представляющую собой подсоединенные к коллекторам фильтрующие модули, препятствующие попаданию дебриса в заборное отверстие трубопроводов аварийной системы охлаждения, при этом каждый фильтрующий модуль имеет боковые и верхнюю щелевые решетки и расположенные внутри фильтрующие элементы, выполненные в виде фильтрующих труб, боковая поверхность которых имеет щели, и размещенных внутри труб перфорированных распределительных трубок, диаметр отверстий которых последовательно уменьшается по ходу потока, а внутренние полости соединены с коллекторами.

Недостатками этого устройства являются:

- сложность изготовления фильтрующего устройства;

- невозможность фильтрации разнокалиберных фрагментов теплоизоляции, которые могут составлять основную часть мусора при аварии с разрывом теплоизолированных трубопроводов;

- гидравлически последовательное соединение фильтрующих элементов разных конструкций (щелевой фильтр и перфорированная труба) в фильтрующем модуле, что увеличивает гидравлическое сопротивление фильтрующего устройства, что, в свою очередь, негативно влияет на работу всасывающих аварийных насосов, при этом отсутствует возможность контроля и очистки перфорированных труб, т.к. они находятся внутри распределительных трубок.

- отфильтрованная жидкость поступает из фильтрующих модулей в приямки, объем которых составляет несколько кубометров, и только после этого во всасывающий трубопровод аварийного расхолаживания, однако в процессе строительства АЭС, когда фильтры отсутствуют, в приямках накапливается весь строительный мусор, который, как правило, плавает в воде, и доведение приямков до чистоты с отсутствием частиц и волокон с размерами хотя бы не более 1 мм, представляется невыполнимой задачей. При этом следует учитывать, что монтаж фильтрующих модулей в верхней части приямков приводит к образованию нового мусора.

Задачей заявленного изобретения является разработка компактной конструкции фильтрующего устройства (ФУ) с простой технологией изготовления и повышение эффективности ФУ путем снижения его гидравлического сопротивления проходящему через него потоку теплоносителя.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышений эффективности ФУ за счет снижения гидравлического сопротивления проходящему через него потоку теплоносителя, а также в расширении арсенала технических средств.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что

- фильтрующее устройство защиты от мусора выполнено как совокупность типовых фильтрующих модулей (ФМ), смонтированных на общей раме ФУ, а каждый ФМ выполнен как совокупность типовых фильтрующих элементов (ФЭ), смонтированных параллельно друг другу стопкой с промежутками между соседними ФЭ на панели ФМ, при этом все ФЭ, независимо от того к какому ФМ они относятся, гидравлически параллельно соединены друг с другом;

- каждый типовой ФЭ представляет собой полую конструкцию с плоским каркасом в виде прямоугольной рамки с вмонтированным в нее патрубком для отведения отфильтрованной жидкости, толщина которой определяет толщину ФЭ и на которую натянута фильтрующая сетка, подкрепленная внутренним каркасом, обеспечивающим стабильность формы и главное расстояние между фильтрующими поверхностями каждого отдельного типового ФЭ;

- в каждом типовом ФМ каркасы, входящих в него типовых ФЭ, объединены в единую конструкцию дистанционирующими связями, работающими на растяжение и сжатие;

- применение типовых ФЭ и типовых ФМ позволяет легко масштабировать ФУ, что расширяет область его применения.

Предпочтительно, чтобы на фильтрующих поверхностях ФЭ использовалась гофрированная фильтрующая сетка, имеющая многочисленные небольшие повторяющиеся (периодически или случайным образом) выступы и впадины, в одном или нескольких направлениях, при этом форма этих выступов может быть как плавной волнообразной, так и состоящей из элементов с плоскими или криволинейными гранями, что при гофрах в виде прямоугольных треугольников может увеличить размер фильтрующей поверхности, что позволяет сократить количество ФМ входящих в ФУ.

Рекомендуется выполнить фильтрующую сетку из сетчатого полотна, установленного на опорном каркасе внахлест, прошитом металлическими скрепками.

Целесообразно выполнить размер ячейки фильтрующей сетки, образующей фильтрующую поверхность всего фильтрующего устройства, состоящего из одного или нескольких фильтрующих модулей, исходя из условий обеспечения необходимой пропускной способности этого фильтрующего устройства.

Краткое описание фигур чертежей

На фигурах представлено фильтрующее устройство защиты от мусора системы аварийного охлаждения водо-водяного ядерного реактора, где:

На фиг. 1 представлено фильтрующее устройство и его положение относительно других элементов в защитной оболочке АЭС.

На фиг. 2 представлен типовой фильтрующий элемент в предпочтительном варианте;

На фиг. 3 представлена конструкция типового фильтрующего элемента и его каркаса в предпочтительном варианте;

На фиг. 4 представлен отдельный фильтрующий модуль, состоящий из нескольких фильтрующих элементов, в предпочтительном варианте.

На фиг. 1, 2, 3, 4 представлены следующие обозначения:

1 - пол противоаварийной оболочки в гермозоне;

2 - защитная решетка;

3 - коллектор;

4 - типовой фильтрующий модуль;

5 - приямок;

6 - аварийный насос;

7 - типовой фильтрующий элемент;

8 - панель фильтрующего модуля

9 - фильтрующие поверхности фильтрующего элемента;

10 - каркас типового фильтрующего элемента;

11 - патрубок для удаления очищенного теплоносителя;

12 - типовой фильтрующий модуль;

13 - стержневые дистанционирующие связи в фильтрующем модуле.

Фильтрующее устройство (см. фиг. 1), включает в себя защитную решетку 2, коллектор 3, приямок 5 и блоки типовых фильтрующих модулей 12.

Каждый типовой фильтрующий элемент 7 (см. фиг. 2 и 3) представляет собой полую конструкцию с плоским каркасом 10 в виде плоской прямоугольной рамки с вмонтированным в него патрубком 11 для удаления теплоносителя. На каркас натянута металлическая сетка, образующая фильтрующие поверхности 9.

Каркас типового фильтрующего элемента 7 обеспечивает жесткость и прочность конструкции фильтрующего элемента 7, а также наличие промежутка между его фильтрующими сетчатыми поверхностями.

Типовой фильтрующий модуль 12 (см. фиг. 4) собирается из типовых фильтрующих элементов 7 на панели фильтрующего модуля.

Типовые фильтрующие элементы 7 (см. фиг. 2 и 3) смонтированы параллельно друг другу стопкой с промежутками между соседними фильтрующими элементами 7 на панели фильтрующего модуля 8, которые, в свою очередь, монтируют на коллектор 3, который объединяет все типовые фильтрующие модули 12 и типовые фильтрующие элементы 7 и гидравлически объединяет все типовые фильтрующие элементы 7, входящие в фильтрующее устройство.

Типовые фильтрующие элементы 7, входящие в типовой фильтрующий модуль 12 соединены между собой стержневыми дистанционирующими связями 13, что увеличивает жесткость конструкции каждого собранного типового фильтрующего модуля 12 по сравнению с жесткостью отдельного типового фильтрующего элемента 7.

Фильтрующие модули 12 в предпочтительном варианте могут быть объединены в блоки по несколько штук. В этом варианте блоки фильтрующих модулей 12 располагаются в нижней части приямка 5, расположенного в полу 1 противоаварийной оболочки в гермозоне. Фильтрующие модули 12 устанавливаются непосредственно на коллектор 3. Приямок 5 в предпочтительном варианте закрыт сверху защитной решеткой 2.

Описание работы фильтрующего устройства

Фильтрующее устройство защиты от мусора системы аварийного охлаждения водо-водяного ядерного реактора работает следующим образом.

При аварии с потерей теплоносителя теплоноситель стекает на пол 1 противоаварийной оболочки в гермозоне (фиг. 1) и затем самотеком поступает в приямок 5, который является самой нижней точкой на полу 1. При этом теплоноситель может содержать мусор, находящийся на полу 1 противоаварийной оболочки в гермозоне, также мусор, появляющийся при разрушении конструкций теплоизоляции труб. В нижней части приямка 5 находится фильтрующее устройство.

Приямок 4, закрытый сверху защитной решеткой 2, заполняются теплоносителем только при аварии с разрывом трубопроводов. При работе АЭС на Мощности в штатном режиме водосборник или приямок не заполнены теплоносителем и остаются сухими.

При налипании на фильтрующие поверхности фильтрующего элемента 9 теплоизоляционного материала фильтрующий элемент становится механическим фильтром тонкой очистки. Фильтрующее устройство обеспечивает надежную работу аварийных насосов первого контура в режиме отвода остаточных тепловыделений циркуляцией с пола гермооболочки.

Очищенный от мусора теплоноситель выводится из типовых фильтрующих элементов 7 через патрубки для удаления очищенного теплоносителя 11 в коллектор 3, где осуществляется его сбор. Затем очищенный теплоноситель через трубопровод с помощью аварийного насоса 6 поступает в реактор и к спринклерным форсункам системы аварийного расхолаживания, которые распыляют его в гермозоне. После этого теплоноситель стекает на пол 1 противоаварийной оболочки в гермозоне. Таким образом, процесс рециркуляции теплоносителя многократно повторяется.

Промышленная применимость

Фильтрующее устройство защиты от мусора системы аварийного охлаждения водо-водяного ядерного реактора позволяет повысить эффективность очистки теплоносителя от мусора после аварии и может быть применено в атомной энергетике, в частности, в системах аварийного охлаждения активной зоны водо-водяного ядерного реактора.

Изобретение относится к фильтрующему устройству защиты от мусора системы аварийного охлаждения водо-водяного ядерного реактора и может быть применено в атомной энергетике, в частности в системах аварийного охлаждения активной зоны водо-водяного ядерного реактора. Фильтрующее устройство (ФУ) содержит фильтрующие модули (ФМ), подсоединенные к коллектору, установленному на приемное отверстие трубопровода аварийной системы охлаждения, и снабжено рамой. Каждый фильтрующий модуль выполнен в виде совокупности типовых фильтрующих элементов, смонтированных параллельно друг другу стопкой с промежутками между соседними фильтрующими элементами на панели фильтрующего модуля. Гидравлически все фильтрующие элементы параллельно соединены друг с другом параллельно, при этом каждый фильтрующий элемент выполнен в виде полой конструкции с плоским каркасом в виде прямоугольной рамки и вмонтированным в каркас патрубком для отведения отфильтрованной жидкости. Толщина рамки определяет толщину фильтрующего элемента, на рамку натянута фильтрующая сетка, присоединенная к каркасу, а в каждом фильтрующем модуле каркасы входящих в него фильтрующих элементов объединены в единую конструкцию стержневыми дистанционирующими связями, работающими на растяжение-сжатие. Причем фильтрующая сетка снабжена гофрами в виде многочисленных повторяющихся периодически в одном или нескольких направлениях или случайным образом выступов и впадин, при этом форма этих выступов может быть как плавной волнообразной, так и состоящей из элементов с плоскими или криволинейными гранями. Техническим результатом является повышение эффективности очистки теплоносителя от мусора в случае аварии. 4 ил.

Фильтрующее устройство защиты от мусора системы аварийного охлаждения водо-водяного ядерного реактора, содержащее фильтрующие модули, подсоединенные к коллектору, установленному на приемное отверстие трубопровода аварийной системы охлаждения, отличающееся тем, что снабжено рамой, на которой смонтированы фильтрующие модули, каждый фильтрующий модуль выполнен в виде совокупности типовых фильтрующих элементов, смонтированных параллельно друг другу с промежутками между соседними фильтрующими элементами на панели фильтрующего модуля, гидравлически все фильтрующие элементы соединены друг с другом параллельно, при этом каждый фильтрующий элемент выполнен в виде полой конструкции с плоским каркасом в виде прямоугольной рамки и вмонтированным в каркас патрубком для отведения отфильтрованной жидкости, толщина рамки определяет толщину фильтрующего элемента, на рамку натянута фильтрующая сетка, присоединенная к каркасу, а в каждом фильтрующем модуле каркасы входящих в него фильтрующих элементов объединены в единую конструкцию стержневыми дистанционирующими связями, фильтрующая сетка снабжена гофрами в виде многочисленных повторяющихся периодически в одном или нескольких направлениях или случайным образом выступов и впадин.