Барботажное устройство для конденсации пара из паровоздушной смеси при аварии на атомной электростанции Советский патент 1988 года по МПК G21C9/00 

ел

00

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности к защитным оболочкам АЭС, и может быть использовано в качестве устройства для конденсации пара при аварии с потерей теплоносителя главного циркуляционного контура р.еактора АЭС.

Известно барботажное устройство для конденсации пара из паровоздушной смеси при аварии на АЭС, включающее заполненньй водой бассейн, выполненный в виде системы лотков, и пароподводящие каналы щелевой формы, соединяющие бассейн с помещением, в котором возможна разгерметизация реакторного контура. Образующийся в аварийном помещении пар перемешивается с находящимся там воздухом, и образовавшаяся паровоздушная смесь по пароподводящим каналам поступает под уровень воды бассейна и барботирует через слой воды. Пар при этом конденсируется, нагревая воду, а воздух поступает в пространство над уровнем воды бассейна.

Гидравлическое сопротивление такого устройства должно быть небольшим, так как его увеличение приводит

к возрастанию давления в аварийном помещении и повышению затрат на обес печение необходимой прочности последнего. Для обеспечения невысокого гидравлического сопротивления устройств величина заглубления пароподводящих каналов небольшая.

В то же время, глубина бассейна не может существенно превышать величину заглубления каналов, так как при увеличении расстояния между нижней кромкой канала и дном бассейна, во-первых, у дна бассейна образуется застойная зона, вода в которой принимает слабое участие в процессе барботажной конденсации и используется неэффективно, а во-вторых, в конце аварийного истечения теплоносителя, когда в пароподводящие каналы поступает практически чистый пар с малым расходом, работа устройства становит сЯ неустойчивой и сопровождается периодическим проникновением воды бассейна в пароподводящие каналы и возникновением в пароподводящих каналах гидравлических ударов, создающих значительные динамические нагрузки на каналы и стены бассейна и опасные с точки зрения их прочности и плотности.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является барботажное устройство для конденсации пара из паровоздушной смеси при аварии на атомной электростанции, содержащее заполненный водой бассейн, пароподводящий канал и окружающую его под водой перегородку, нижний конец которой образует зазор с дном бассейна. Каналы под уровнем воды окружены перегородками, выполненными в виде эжекторов, обеспечивающих принудительную циркуляцию воды в бассейне с целью ликвидации застойных зон и повьшения, тем самым, эффективности использования воды.

Устройство работает аналогично описанному выше и обладает теми же недостатками за исключением образования застойных зон у дна бассейна, ограничивающими сокращение площади бассейна за счет увеличения его глубины, а следовательно, не позволяющими снизить металлоемкость устройства и капитальные затраты на его сооружение.

Кроме того, при работе эжекторов предложенной конструкции нагревшаяся после конденсации пара вода выходит через зазор . между нижним краем эжектора и дном бассейна, а затем в результате естественной кЬнвекции поднимается вверх и может снова поступать в эжектрр. С другой стороны, движущая сила принудительной циркуляции, создаваемая эжектором, направлена против усилия, возникающего за счет разности плотностей горячей воды с пузырями пара и воздуха внутри перегородки и сравнительно холодной воды вне ее. Поэтому при снижении эжекционного эффекта из-за уменьшения расхода подводимой к каналам паровоздушной смеси в конце аварийного истечения должен возникнуть застой циркуляции. Оба эти обстоятельства вызывают резкое снижение эффективности конденсаций и проскок несконденсировавшегося: пара и тем самым приводят к снижению надежности и эффективности работы всего устройства в целом.

Целью изобретения является повышение эффективности и надежности работы барботажного устройства и снижение капитальных затрат на его сооружение. ,

Поставленная цель достигается тем, что в известном барботажном устройстве для конденсации пара из паровоздушной смеси при аварии на атомной электростанции, содержащем заполненный водой бассейн, пароподводящий канал и окружающую его под водой перегородку, нижний конец которой об.разует зазор с дном бассейна, на выходе из пароподводящего канала установлена пластина, образующая с кромкой канала щель так, что нижний коне перегородки расположен ниже этой щели.. Кроме того, с целью исключения воз можности гидроудара в пароподводящем канале, пластина установлена с возможностью перемещения вдоль вертикальной оси. Установка пластины обеспечивает поворот потъка паровоздушной смеси и его поджатие перед входом в воду. В ре зультате неустойчивая работа устройства начинается при значительно мень ших расходах паровоздушной смеси, чем в случае полностью открытого выхода из пароподводящего канала. Вода бассейна в это время уже достаточно прогрета и вероятность возникновения гидравлических ударов в пароподводящем , их амплитуда и время воз действия на конструкцию существенно снижаются. На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство, продольнь1й разрез. Устройство включает в себя заполненный водой бассейн 1, пароподводящий канал 2 и окружающую его под водой перегородку 3, нижний край которой образует с дном бассейна 1 кольцевой зазор 4. Верхний конец паропод водящего канала. 2 соединен с аварийным помещением (на чертеже не изображено) , а напротив нижнего перпендикулярно оси канала 2 расположена пластина 5, для обеспечения возможности перемещения пластины 5 вдоль вертикальной оси крепление пластины 5 может осуществляться, например, с помощью свободно скользящей вдоль канала 2 насадки 6 с прорезям н 7 для выхода паровоздушной смеси. К нижнему торцу насадки 6 крепится пластина 5, а на ее боковой поверхности расположены вертикальные прорези 8, через которые проходят прикрепленные к каналу 2 пальцы 9, выполняющие роль 4и1ксаторов нижнего положения пластины .5. Длина прорезей 8 такова, что в своем верхнем положении пласти на 5 упирается в нижнюю кромку канала 2. Предлагаемое устройство рассчитано на все аварии с истечением теплоносителя главного циркуляционного контура реактора АЭС и работает следующим образом. Во время аварии образовавшаяся в аварийном помещении паровоздушная смесь поступает в парОподводящий канал 2 и, поворачивая на угол, близкий к 90, выходит в щель между нижним краем канала 2 и пластиной 5. Здесь происходит контакт паровоздушной смеси с водой, при котором пар конденсируется, нагревая воду, оставшиеся воздушные пузыри поднимаются по зазору 10 между каналом 2 и перегородкой 3, образуя динамический двухфазный слой,и покидают водяной объем,скапливаясь под потолком бассейна 1. В результате этого возникает разность гидростатических напоров столба сравнительно холодной воды с внешней стороны перегородки 3 и столба горячей воды с пузырями пара и воздуха в зазоре 10. Возникшая разность гидростатических напоров вызывает естественную циркуляцию воды в бассейне 1 с подъемным движением внутри перегородки 3 и опускным вне ее. В результате к месту конденсации пара начинает непрерывно поступать холодная вода из нижней бассейна 1, а вода, нагретая после конденсации, поднимается по кольцевому зазору 10 и, переливаясь через верхний край перегородки 3, поступает в верхнюю часть бассейна 1, где и оетается как более горячая. Таким образом, щ)и любом расходе паровоздупгаой смеси исключается подвод уже нагретой воды к месту конденсации пара, и сни жения эффективности конденсации не может произойти, пока не будет полностью израсходована тепловая емкость воды. Расход естественной циркуляции, возникающей в бассейне 1 при работе устройства, определяется расходом подводимой паровоздушной смеси. При .. увеличении расхода смеси, во-первых, увеличивается разность между температурой воды в зазоре 10 и вне перегородки 3, а во-вторых, увеличивается объемное паро- и воздухосодержаниё динамического двухфазного слоя в зазоре 10. Все это приводит к возрастанию разности плотностей среды вне

перегородки 3 и в зазоре 10, а следовательно, к увеличению полезного напора и расхода естественной циркуляции. Таким образом, предлагаемое устройство обладает саморегулированием естественной циркуляции в бассейне 1 j обеспечиваннцим соответствие темпа подвода холодной воды к месту конденсации пара имеющемуся расходу паровоздушной смеси.

В конце аварийного истечения, когда концентрация воздуха в паровоздушной смеси и ее расход снижаются до границы устойчивой работы устройства, вода из бассейна 1 начинает периодически проникать в пароподводящий канал 2. Однако поскольку за счет установки пластины 5 граница устойчивой работы устройства смещена в сторону значительно меньших расходов вода в бассейне 1 в это время уже достаточно прогрета, следовательно, ашшитуда гидравлических ударов, а также время их воздействия на конструкцию значительно снижены по сравнению с Tei4H конструкциями, у которых выход из пароподводящего канала полностью открыт в бассейн.

В случае установки пластины 5с возможностью свободного перемещения ее вдоль вертикальной оси работа устройства до наступления неустойчивого режима ничем не отличается от. описанной выше. При лоявлении неустойчиво.сти, когда вода из бассейна 1 начинает перемещаться внутрь пароподводящего кднала 2, пластина 5 увлека-. ется втекающим в канал 2 потоком и, перемещаясь в верхнее положение, ложится на кромку канала 2, препятствуя тем самь1м проникновению большого количества воды в канал 2 и возникновению в нем гидравлического удара. После перекрытия пластиной 5 выходного среза канала 2 попавшее в нее небольшое количество воды быстро прогревается за счет конденсации, вновь поступаницая в канал 2 паровоздуршая смесь отжимает пластину 5 в нижнее положение и выбрасывает эту воду обратно в бассейн 1, после чего процесс повторяется вновь с некоторой периодичностью.

Гидравлическое сопротивление устройства зависит от величины заглубления пароподводящего канала 2 и при величине заглубления в пределах 1 м не превьш1ает. гидравлического сопротивления известных устройств. В то же время, площадь бассейна 1 может быть знйчительнр сокращена за счет увеличения его глубины (до 10м и более в зависимости от мощности реак тора), и металлоемкость устройства, а также капитальные затраты на его сооружение значительно сокращены. Кроме того, в конструкции устройства надежно предотвращается возникновение гидравлических ударов и связанны с ними динамических нагрузок во всех возможных режимах работы устройства. Дополнительный положительный эффект от примене ния изобретения заключается в том, что перегородка 3 не несет практически никаких нагрузок, а служит лишь для организации естественной цщжуляции в бассейне 1. Поэтому она может быть изготовлена из .неметаллического материала, например пластмассы.

1. БАРБОТАЖНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНДЕНСАЦИИ ПАРА ИЗ ПАРОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ ПРИ АВАРИИ НА АТОМНОЙ ЭЖКТРОСТАНЦИИ, содержащее заполненный водой бассейн, пароподводящий канал и окрз жающую его под водой перегородку, нижний конец которой образует зазор с дном бассейна, отличающееся тем, что, с целью повышения зффективности и надежности работы барботажного устройства и снижения капитальных -затрат на его сооружение, на выходе из пароподводящего канала установлена пластина, образующая с. кромкой канала щель тэк, что нижний конец перегородки расположен ниже этой щели. 2. Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что, с целью исключения возможности гидроудара в пароподводящем канале, пластина установлена с возможностью перемещения вдоль вертикальной оси.