Способ сжигания водорода на атомной электростанции Советский патент 1988 года по МПК G21C9/04 

11

Изобретение относится к ядерной энергетике, а именно к системам предотвращения взрывов водорода путем его сжигания, например каталитического, с помощью контактного аппарата

Цель изобретения - снижение взры- воопасности и сокращение затрат на сжигание водорода, выделившегося на атомной электростанции в помещении при аварии с потерей-теплоносителя.

На фиг.1 приведена схема системы, реализующей предлагаемый способ; на фиг.2 показан график зависимости коэффициента неравномерности концентрации радиоактивных веществ от кратности обмена среды в помещении.

В помещении 1 атомной электростанции, в котором размещена реакторная установка 2 (на схеме показана только часть реактора), установлен контактный аппарат 3 для каталитического сжигания водорода с присоединенными к нему трубопроводами 4 и 5, смесителем 6 и используемым в данном примере в качестве побудителя циркуляции высоконапорным водогазовым эжектором 7, обеспечивающим прокачку отбираемой из помещения 1 среды через контакт1 ый аппарат 3. Вход в смеситель бив представленном на фиг.1 воплощении выход из высоконапорного водогазового эжектора 7 открыты в помещение. Вместе с помещением 1 все перечисленные элементы образуют контур сжигания водорода. В трубопровод 4 перед контактным аппаратом включен электрокалорифер 8 для того, чтобы предотвратить попадание на контактный аппарат влаги, снижающей эффективность его работы. К входному концу смесителя- присоединен трубопровод 9, с помощью которого из помещения 1 отбирается среда в местах возможного Накопления водорода. Отбор среды осуществляется, например, из объема 10 под крьппкой люка 11 и объема 12 шахты реактора и из помещения 13, в котором размещается требующее периодического обслуживания при работе реактора электрообрудование реакторной установки (на фиг.1 не изображено). Обычно это помещение отделено от помещения 1 реакторной установки 2 стеной

14,обеспечивающей биологическую защиту для обслуживающего персонала.

В ней установлена разрывная мембрана

15,которая в случае аварии разрушается, соединяя помещение 13 с помещением 1. На участке трубопровода 9,

702

расположенном в помещении 13, установлен клапан 16 избыточного давления, который при нормальных условиях эксплуатации препятствует попаданию за- грязненного радионуклидами воздуха из помещения 1 по трубопроводу 9 в помещение 13, а при аварийных условиях позволяет осуществлять отсос среды из помещения 13 по трубопроводу 9.

К выходному концу смеси еля 6, кроме трубопровода 4, присоединен низконапорный водогазовый эжектор 17, который в приведенном примере системы также используется в качестве побудителя циркуляции. Присоединение к выходу из смесителя 6 двух линий с побудителями циркуляции обеспечивает разделение на дв потока отобранной из помещения 1 взрывоопасной среды

после перемешивания ее в смесителе, как это предусмотрено согласно предлагаемого способа. Эжектор 17 вместе с помещением 1 и смесителем 6 образуют контур перемешивания. Для боль-

шей эффективности перемешивания среды вход в смеситель 6 и выход из эжектора 17 располагают в удаленных друг от друга концах помещения 1.

К водогазовык, эжекторам 7 и 17 присоединен коллектор 18 для подвода эжектирующей воды от насосов 19 аварийной спринклерной системы 20.-Для того, чтобы возможные неисправности

в каком-либо из каналов спринклерной системы не могли нарушить работу водо- газовых эжекторов 7 и 17, напорные линии 21 спринклерных насосов 19 присоединены к коллектору 18 с помощью

обратных клапанов 22.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

При аварии с потерей теплоносителя по аварийному сигналу включается в

работу аварийная спринклерная система 20 с насосами 19. Вода от насосов 19. одновременно с подачей ее на спринклерные устройства начинает поступать в водогазовые эжекторы 7 и 17.

Эжекторы создают разрежение на входе в смеситель бив трубопровод 9 и засасывают в них среду из помещений реакторной установки. В смесителе 6 отобранная из разных точек среда перемешивается и концентрация водорода в ней выравнивается, приближаясь к средней. После этог о отобранная среда разделяется на два потока. Один поток с помощью эжектора 7 прокачивается

черет кситактный аппарат 3, где род сгорает, а образовавшаяся инертная среда сбрасывается в помещение 1. Другой поток эжектором 17 сразу направляется в помещение 1.

Благодаря отбору взрывоопасной среды из разных точек аварийного помещения, перемешиванию ее в смесителе и возврату в помещение в наиболее

воде-

удаленное от точек место отбора, npo-jQ эта зависимость показана на фиг.2.

исходит приближение локальных концентраций водорода в аварийном помещении к средней, а благодаря сжиганию водорода в контактном аппарате предотвращается накопление, а затем и сни- J5 жение концентрации водорода в помещении. Тем самым обеспечивается взры- вобезопасность помещений АЭС Е условиях аварии с потерей теплоносителя.

в способе сжигания водорода только о в свою очередь приводит к увеличению часть отбираемой среды после переме- расхода среды, направляемой в контакти.

шивания и выравнивания концентраций водорода направляют в контактный аппарат. Это обеспечивает снижение размеров контактного аппарата и сокраще-25 ние затрат на его создание и на создание всей реализующей способ системы в целом, так как контактный аппарат является наиболее дорогостоящей ее частью.30

Минимальный расход среды, который необходимо направлять в контактный аппарат для выведения всего поступающего в аварийное помещение водорода определяется соотношением

п

ныи аппарат, и, следовательно, к его удорожанию. Это следует из того, что по условиям взрывобезопасности необходимо чтобы С Сдоп . Используя равенство с помощью формул (1) и (2) получают

W

СдопЧ

Таким образом , с ухудшением неравномерности распределения водорода в помещении, т.е. с ростом f воз- .

W,,

и повьш1ается стоимость

W,

гдел | - расход среды.

W, КА енаправляемый

в контактный аппарат, скорость поступления водоро- о да в аварийное помещение, , с - средняя концентрация водорода

в аварийном помещении-, 1 - коэффициент, учитывающий не- соверпенство отбора и перемешивания среды, который с увеличением числа точек отбора.и общего расхода отбираемой среды приближается к единице.

Неравномерность распределения во- Q дорода в помещении характеризуется отнпошнием

Т (2)

растает «

контактного аппарата. С увеличением 35 кратности обмена среды в помещении расход среды, направляемый в контактный аппарат, сокращается, а его стоимость снижается. Однако увеличение

W

хс

приMOIKC

- у выше некоторого предела

водит к незначительному снижению Wnfl и соответственно к незначительному снижению стоимости контактного аппарата, что не компенсирует рост затрат на увеличение общего расхода W .Отсюда вытекает, что для оптимального решения поставленной задачи соотношение расходов

W

W

W/.

W.,

W,

: 1

W/.

W

КА

КА kA

где W - расход среды, направляемый после перемешивания в помещение, минуя контактный аппарат, должн находиться в определенных пределаа. Для условий атомной электростанции эти пределы соответствуют соотношению

где С локальная концентрация водорода в помещении.

Чем вьте общий расход среды, отбираемой и возвращаемой в помещение.

ертие 1. на13129704

воде- т.е. чем въше обмен среды в помещении, тем меньше локальные концентрации отличаются от средней, С увеличением кратности обмена среды в помещении

чн

- ,W- общий расход среды отбираемой

V

и возвращаемой в помещение, V - объем помещения, коэффициент неравномерности стремится к единице. Качественно

Она носит ассимптотический характер. Начиная с некоторого значения

MOKt

коэффициент неравномерности Е уже близок к единице, дальнейшее увеличение кратности обмена среды снижает его незначительно. Снижение кратности обмена ниже некоторого значения -

приводит к резкому увеличению

М«я , ЧТО

и.

ныи аппарат, и, следовательно, к его удорожанию. Это следует из того, что по условиям взрывобезопасности необходимо чтобы С Сдоп . Используя равенство с помощью формул (1) и (2) получают

W

СдопЧ

Таким образом , с ухудшением неравномерности распределения водорода в помещении, т.е. с ростом f воз- .

W,,

и повьш1ается стоимость

растает «

контактного аппарата. С увеличением кратности обмена среды в помещении расход среды, направляемый в контактный аппарат, сокращается, а его стоимость снижается. Однако увеличение

о

Q

W

хс

приMOIKC

- у выше некоторого предела

водит к незначительному снижению Wnfl и соответственно к незначительному снижению стоимости контактного аппарата, что не компенсирует рост затрат на увеличение общего расхода W .Отсюда вытекает, что для оптимального решения поставленной задачи соотношение расходов

W

W

W/.

W.,

W,

: 1

W/.

W

КА

5

КА kA

где W - расход среды, направляемый после перемешивания в помещение, минуя контактный аппарат, должн находиться в определенных пределаа. Для условий атомной электростанции эти пределы соответствуют соотношению

п

W.

5-10

5131

Границы соотношения 5-10 определяют условия достижения наименьшей (e таллоемкости оборудования, требуемого для осуществления предлагаемого способа. При снижении данного соотношения менее 5 и при сохранении условий по взрывобезопасности среды перед Контактным аппаратом начинает резко Возрастать расход среды через аппарат и, следовательно, его габариты, металлоемкость и соответственно экономические затраты. Увеличение рассматриваемого соотношения более 10 приводит к росту металлоемкости за счет увеличения ра: меров эжектора перемешивания.

Предлагаемый способ сжигания водорода, выделившегося на атомной электростанции, обеспечивает снижение взрывоопасности водорода при аварии с потерей теплоносителя и сокращает затраты.

0

Формула изобретения 1лтог:. б сжигания водорода на атом- FfOH :, 1-ектростанции, включающий отбор взрывоопасной среды, перемешивание ее с нензрывоопасной средой до чения взрывобезопасной смеси, нагфавляют для окисления водорода, отличающийся тем, что, с целью снижении металлоемкости оборудования для сжигания водорода и снижения взрывоопасности среды в ава- рийн(,)м помещении, отбор среды производят по меньщей мере из двух расположенных в верхней части объема аварийного помещения точек, причем взры- вобезопасную смесь разделяют на два потока с соотношением расходов 1:5-10, затем поток с бг1,г1ьщим расходом воз- )1ратают в аварийное помещение в мес

20

то,

удаленное от точек отбора, а поток с меньшим расходом направляют лля окисления водорода.

Изобретение относится к ядерной энергетике, а именно к системам предотвращения взрывов водорода путем его сжигания, например, каталитического с помощью контактного аппарата. Цель изобретения - снижение металлоемкости оборудования и снижение взрывоопасности среды в аварийном помещении. Способ сжигания водорода на атомной электростанции включает отбор взрывоопасной среды по меньшей мере из двух расположенных в верхней части объема аварийного помещения точек и перемешивание ее с невзрывоопасной средой до получения взрыво- безопасной смеси. После этого смесь разделяется на два потока с соотношением расходов 1:5-10. Поток с меньшим расходом прокачивается через контактный аппарат, где водород сгорает, а образовавшаяся инертная среда сбрасывается в помещение. Поток с большим расходом возвращают в аварийное помещение в место, удаленное от точек отбора. 2 ил. (Л го со

п ;о

/J

1,0

0.5

Редактор Т. Шагова

Составитель К.Косоуров

Техред Л.Олийнык Корректор С.Шекмар

Заказ 5163Тираж 395

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

W

Фиг. 2

Подписное