Способ сжигания водорода на атомной электростанции

 

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 взрывобезопасной 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

А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (!1) 151) 4 G 21 С 9 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) 15.09.88 Вюп. )) 34 (21) 3934179/24-25 (22) 31.05.85 (72) Г.В. Мацкевич, Б.М. Столяров, А.М. Букринский, Ю.В. Ржезников, А.А. Свердлов, Д.А. Златин, Ю.Ф.Ермилкин, И.В. Кухтевич, В.П. Татарников, Е.А. Бабенко и М.В. Кузнецов (53) 621.039.5(088.8) (56) Пусковая документация электростанции заказа Ф 1206 1-й блок, здание 401. Машинный зал. Деаэраторное отделение. Развернутая тепловая схема (пусковой минимум). Чертеж

Арх. У 1030353, ЛоАТЭП.

АЭС Xyparya в Республике Куба.

Технический проект. Часть III, теплотехническая т.3, чертежи Арх.

У 56999/1, чертеж Ф АС-02-1000, Л.:

ЛоАТЭП". (54) СПОСОБ СЖИГАНИЯ ВОДОРОДА НА

АТОМНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ (57) Изобретение относится к ядерной энергетике, а именно к системам предотвращения взрывов водорода путем его сжигания, например, каталитичес» кого 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 невэрыво- ф опасной средой до получения вэрывобезопасной 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 СИ расходом возвращают в аварийное по- мещение в место, удаленное от точек Я отбора. 2 ил. О

1 13

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

Цель изобретения — снижение взрывоопасности 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 крат.— ности 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 высоконапарным водогазовым эжектором 7, обеспечивающим прокачку отбираемой из помещения 1 среды через контактный аппарат 3. Вход в смеситель 6 и в 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 крышкой 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, 12970 2

?О

55 расположенном в помещении 13, установлен клапан 16 избыточного давления. который при нормальных условиях эксплуатации препятствует попаданию загрязненного радионуклидами воздуха иэ 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 смесителя 6, кроме трубопровода 4, присоединен низконапорный водогазовый эжектор 17

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

К водогазовым,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 водогазовых 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 6 и в 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 этого отобранная среда разделяется на два потока. Один поток с помощью эжектора 7 прокачиваются

Сп

У

С (2) п

5 — 10 кл

3 131297 чере3 Konòàêòíûé аппарат 3, где водород 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 гомещение в наиболее удаленное от точек место отбора, про-1р исходит приближение локальных концентраций водорода в аварийном помещении к средней, а благодаря сжиганию водорода в контактном аппарате предотвращается накопление, а затем и снижение концентрации водорода в помещении. Тем самым обеспечивается взрывобезопасность помещений АЭС в условиях аварии с потерей теплоносителя.

В способе сжигания водорода только 20 часть отбираемой среды после перемешивания 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 поступаюmего в аварийное помещение водорода определяется соотношением 35

Ф н к б где а — расход среды, направляемый кл

3 в контактный аппарат, м /ч;

9 cKopocTb поступления Водоро 4р да в аварийное помещение, м /ч, с — средняя концентрация водорода в аварийном помещении; коэффициент, учитывающий не- 45 совершенство отбора и перемешивания среды, который с увеличением числа точек отбора,и общего расхода отбираемой среды приближается к единице.

Неравномерность распределения во- 5О дорода в помещении характеризуется отношением

55 где С„ — локальная концентрация водорода в помещении.

Чем выше общий расход среды, отбираемой и возвращаемой в помещение, 0 4 т.е. чем выше обмен среды в помещении, тем меньше локальные концентрации отличаются от средней. С увеличением кратности обмена среды в помещении

Ф вЂ”, ul- общий расход среды отбираемой

V и возвращаемой в помещение, Ч вЂ” объем помещения, коэффициент неравномерности E. стремится к единице. Качественно эта зависимость показана на фиг.2.

Она носит ассимптотический характер.

Начиная с некоторого значения смаке коэффициент неравномерности С уже близок к единице, дальнейшее увеличение кратности обмена среды снижает его незначительно. Снижение кратности обмена ниже некоторого значения

Yмаю приводит к резкому увеличению Е, что в свою очередь приводит к увеличению расхода среды, направляемой в контактный аппарат, и, следовательно, к его удорожаныо. Это следует иэ того, что ь по условиям взрывобезопасности необходимо чтобы С „ 6 С „ . Используя равенство с помощью формул (1) и (2) получают и

В"=с E*on 1

Таким образом, с ухудшением неравномерности распределения водорода в помещении, т.е. с ростом f > возрастает W и повышается стоимость кд контактного аппарата. С увеличением кратности обмена среды в помещении расход среды, направляемый в контактный аппарат, сокращается, а его стоимость снижается. Однако увеличение

Ф вЂ” выше некоторого предела приy/ Чъкс водит к незначительному снижению Ф„ и соответственно к незначительному снижению стоимости контактного аппарата, что не компенсирует рост затрат на увеличение общего расхода W .Оа сюда вытекает, что для оптимального решения поставленной задачи соотношение расходов ка

1+ кд к я к а гдето — расход среды, направляемый после перемешивания в помещение, минуя контактный аппарат, должне находиться в определенных пределшж. Для условий атомной электростанции зти пределы соответствуют соотношению затраты.

11 10

5 13139

Границы соотношения 5-10 определяют условия достпжеция наименьшей металлоемкости оборудования, требуемого для осуществления предлагаемого способа. При снижении данного соотношения менее 5 и при сохранении условий по взр..1вобезопасности среды nepeq контактным аппаратом начинает резко возрастать расход среды через аппарат и, следовательно, его габариты, металлоемкость и соответственно экономи скис затраты, Увеличение рассматриваемого соотношения более 10 приводит к росту металлоемкости эа счет увеличения ра меров эжектора перемешивания.

Предлагаемый способ сжигания водорода, выделившегося на атомной электростанции, обеспечивает снижение взрывоопасности водорода при аварии с пот: рей теплоносителя и сокращает

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

0пос. б сжи>-алия водорода на ат инс и э ктростанции, включающий отбор взрывоопасной среды, перемешивание сс с нензрывоопасной средой до пол — пения взрывобезопасной смеси, котс1 ую направляют для окисления водорода, отличающийся тем, что, с целью снижения металлоемкости обсрудования для сжигания водорода и снижения взрывоопасности среды в аварийном помещении, отбор среды производят по меньшей мере из двух распсложенных в верхней части объема аве— рийного помещения точек, причем взгывобезопасную смесь разделяют на два потока с соотношением расходов 1:5-10, затем поток с б<рьшим расходом возвращают в аварийное помещение в место, удаленное от точек отбора а not ток с меньшим расходом направляют лля окисления водорода.

131297О

Фиг. 2

Составитель К.Косоуров

Техред Л.Олийнык Корректор С.Шекмар

Редактор Т. Шагова

Заказ 5163 Тирах 395

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

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