Система компенсации давления атомной энергетической установки Советский патент 1985 года по МПК G21D1/02 

sl

о

00 f Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано в контуре охлаждения водоводяных энергетических реакторов. Известны системы компенсации давления, включающие в себя газовый ком пенсатор давления (К,Ч) в котором в качестве рабочего газ используется азот или гелий. Компенсация давлени в этом случае осуществляется либо за счет адиабатического сжатия-расш рения газа в КД, либо за счет подач газа высокого давления в КД при сни давления в первом контуре и сброса его в сосуд низкого давления в случаях, если давление превышает установленную величину. Недостатком такой системы компен сации давления является то, что упру гие характеристики газового КД полностью определяются свойствами используемого газа (адиабатической сжи маемостью) , ,что приводит либо к необ ходимости использования КД большого объема, jni6o к необходимости иметь дorюJп итeлI,ныe емкости для хранения газа высокого и низкого давления. Кроме ТОГО; высокая степень раствори мости газа при высоких температурах и давлении Налагает ограничения на скорость снижения давления в контуре из-за опасности газовыделений в реакторе, на работу некоторого оборудования (например уплотнения главных циркуляционных насосов - ГЦН), а также опасна с точки зрения взаимо действия нейтронного излучения, Иаибо:1ее близкой к описываемой ио технической сущности является сис тема компенсации давления атомной энергетической установки с паровым KOMPiBHcaTopoM давления, содержагцая компенсатор давления с термоэлектронагревателями, сообщенный в нижней части с горячей ниткой петли первого контура, а в верхней части с холодной ниткой на напоре 1лавного циркуляционного насоса- трубопроводом впрыска с разбрызгивающим устройством. Система компенсации давленрш с паровым КД лишена недостатков системы, содержащей газовый КД, однако она имеет свои недостатки. Термо- электронагреватели (ТЭН), расположенные в водяном объеме КЗ,, предназначены для поддержания всего объему воды при температуре насыщения. Однако это имеет место только при од082новременной работе большого числа ТЭН, поскольку в этом случае организуется естественная циркуляция внутри КД. Если АЭС работает в стационарном режиме, то в работе- находится 1-2 группы ТЭН малой мощности, которые компенсируют тепловые потери КД. В этом случае естественной циркуляции нет и часть водяного объема, расположенная ниже ТЭН, остывает и в дальнейшем в динамике КД не участвует. Организация естественной циркуляции в КД включением групп ТЭН большой мощности в этом случае нецелесообразна, так как это приведет к росту давления и, как следствие, к необходимости впрыскивания холодной воды для поддержания давления на прежнем уровне, т.е. помимо воды, находящейся в днище КД, необходимо будет тратить энергию на догревание до температуры насьщения дополнительной массы холодной воды из петли первого контура. Трудопровод впрыскивания холодной воды в КД имеет горизонтальный и вертикальный опускной участки. Это приводит к тому, что постоянная протечка, призванная поддерживать температурный режим трубопровода и штуцера подсоединения к верхнему днищу КД, на горизонтальном и опускном участках заполняет только долю сечения трубопровода, а остальная часть прогревается за счет конденсации пара, поступающего из парового пространства КД, до температуры, близкой к температуре нacьш eния в КД. При открытии основного клапана впрыска сечение заполняется полностью, и участки трубопровода и щтуцера, прогретые паром, испытывают термоудар. Целью изобретения является повьтение экономичности работы и надежности компенсатора давления путем снижения термических напряжений. Поставленная цель достигается тем, что в известной системе компенсации давления атомной энергетической установки, содержащей компенсатор давления с термоэлектронагревателями, сообщенный в нижней части с горячей ниткой на напоре главного циркуляционного насоса трубопроводом впрыска с разбрызгивающим устройством, в нижней части корпуса КД под ТЭНами расположен дополнительно поверхностный теплообменник,, вход которого соединен с паровым объемом компенсатора, а выход-соединен с холодной ниткой петли перед ГЦН.

Кроме того, в системе компенсации давления атомной энергетической установки на трубопроводе впрыска КД перед разбрызгивающим устройством установлен гидрозатвор.

На чертеже схематически изображен компенсатор давления, продольный разрез.

Поверхностный теплообменник 1 располагается в нижней части КД под ТЭН 2. Входной трубопровод теплообменника 3 выводится в паровой объем КД, а выходной трубопровод 4 через штуцер 5, расположенный на цилиндрической части корпуса КД, соединяется с холодной ниткой петли первого контура на всасе ГЦН 6. На выходном трубопроводе теплообменника устанавливается вентиль 7 для отсечения в режимах пуска и расхолаживания первого контура, когда в КД имеется азотная подушка. На трубопроводе впрыска 8 внутри КД перед разбрызгивающими устройствами 9 устанавливается гидрозатвор 10, выполненный в виде V-образной трубы того же диаметра-, что и трубопровод впрыска.

Теплообменник и гидрозатвор работают следующим образом.

Пар из парового пространства КД за счет перепада давления, вызванного тем, что выход теплообменника подсоединен ко всасу ГЦН, поступает в теплообменник, конденсируется, отдавая тепло воде, находящейся на днище КД, и выводится в петлю первого контура.

Вода, поступающая в качестве постоянной протеки через трубопровод впрыска, заполняет гидрозатвор, препятствуя проходу пара из парового объема КД, обеспечив тем самым нужный температурный режиг как трубопровода, так и штуцера подсоединения к КД. .

Одним из вариантов, выполняющих ту же роль, что и гидрозатвор, может служить конструкция трубопровода впрыска не имеющего опускного участка вне корпуса КД. В этом случае штуцер подсоединения к КД будет располагаться в цилиндрической части корпуса ниже разбрызгивающего устройства, а трубопровод впрыска вне корпуса будет всегда полным сечением заполнен водой.

Использование поверхностного теп5лообменника для поддержания температурного режима придонного водяного слоя в КД позволит, во-первых, избежать нежелательных температурных напряжений в металле корпуса КД и,

0 во-вторых, исключить необходимость работы дополнительных групп ТЭН для достижения того же эффекта, учитывая, что ТЭНы имеют срок службы около 15 тыс. ч и за весь срок службы КД

5 (30 лет) должны периодически меняться. Кроме того, поддержание всего объема воды в КД при температуре насыщения дает возможность с большей достоверностью использовать расчет0ные данные по динамике КД, поскольку учесть эффект остывания воды в нижней части КД с достаточной точностью не представляется возможным.

5

Использование гидрозатвора на линии впрыска перед разбрызгивающим устройством улучшает термонапряженное состояние штуцера впрыска КД, т.е. допускается большее количество сра0батываний впрыска при переходных режимах, что очень важно, имея в виду стремление использовать АЭС не только в базовом режиме, но для работы в переменном режиме нагрузок.

1. Система компенсации давления атомной энергетической установки, содержащая компенсатор давления с термоэлектронагревателями, сообщенный в нижней части с горячей ниткой петли первого контура, а в верхней части с холодной йиткой на напоре главного циркуляционного насоса трубопроводом впрыска с разбрызгивающим устройством, отличающаяся тем, что, с Целью повьшения экономичности работы и надежности компенсатора давления путем снижения термических напряжений, в нижней части компенсатора давления под термозлектронагревателями расположен дополнительный поверхностный теплообменник, вход которого соединен с паровым объемом компенсатора, а выход соединен с холодной ниткой петли перед главным циркуляционным насосом. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что на трубопроводе впрыска компенсатора давления перед . разбрызгивающим устройством установлен гидрозатвор.