Способ разгрузки давления на аэс и устройство для его осуществления

 

Использование: в системах разгрузки давления на АЭС и обеспечивает фильтрацию йода при разгрузке защитной оболочки реактора при одновременном снижении затратных расходов и вероятности отказа. Способ разгрузки давления предусматривает обогрев разгрузочным потоком высокого давления, установленного на выпускной линии молекулярного сита, осушение разгрузочного потока путем расширения после прохождения через металловолоконный фильтр, приведение разгрузочного потока в непосредственный контакт с молекулярным ситом, причем металловолоконный фильтр эксплуатируют с давлением, составляющим по меньшей мере 1,2 от давления на молекулярном сите. Устройство для разгрузки давления содержит дополнительно установленное молекулярное сито, размещенное в цилиндрическом резервуаре и имеющее кольцевую форму. Молекулярное сито размещено в зоне разгрузочного газового потока с высоким давлением и снабжено дроссельным устройством, расположенным после металловолоконного фильтра перед входом в молекулярное сито. 2 с. и 9 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение касается способа разгрузки давления на АЭС, включающего осушение и очистку от аэрозолей разгрузочного газового потока, выходящего из защитной оболочки в атмосферу при помощи металловолоконного фильтра, а также устройства для его осуществления.

Из заявки Европейский патент N 0285845, G 21 C 9/00, 1988, известны способ и устройство для сброса давления на АЭС. Согласно этому уровню техники разгрузочный лоток также проходит через металловолоконный фильтр, но нагрев фильтрующего материала осуществляется не разгрузочным потоком, а в специальном теплообменнике, при этом для фильтрации и удерживания йода и аэрозолей применяют металловолоконные фильтры с расположенными за ними фильтрами для поглощения йода или газоочистителем Вентури. Но такого рода установки дороги и имеют значительные конструктивные размеры.

Кроме того, разгрузка давления по АЭС может быть рентабельной лишь при крайне низкой вероятности отказа.

В основу изобретения положена задача создания такого способа и устройства для разгрузки давления на АЭС, которые обеспечили бы фильтрацию йода при разгрузке защитной оболочки реактора при одновременном снижении затратных расходов и вероятности отказа.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что разгрузочным газовым потоком высокого давления обогревают установленное на выпускной линии молекулярное сито, после прохождения через металловолоконный фильтр разгрузочный газовый поток сушат путем расширения и высушенный разгрузочный газовый поток приводят в непосредственный контакт с молекулярным ситом, причем металловолоконный фильтр эксплуатируют с давлением, составляющим по меньшей мере 1,2 от давления на молекулярном сите.

Согласно предпочтительному примеру выполнения способа в соответствии с изобретением молекулярное сито эксплуатируют со скользящим давлением между 5 бар и атмосферным давлением. При этом расширение разгрузочного потока для осушивания регулируют посредством дросселирования, и само расширение осуществляют между защитной оболочкой и атмосферой в нескольких ступенях.

Было установлено, что нагреваемое собственной средой молекулярное сито, т.е с задействованием нитрата серебра, комбинированное с осуществляемой перед ним фильтрацией посредством металлического волокна и промежуточным дросселированием без использования следующего нагревательного устройства - может удачно применяться для поглощающего фильтрования йода при разгрузке защитной оболочки реактора, в результате чего наряду с осаждением элементарного йода может быть пассивно достигнута также фильтрация органического йода.

При этом высушенный путем дросселирования газ разгрузочного потока избегает в комбинации с постоянным поддерживанием равномерной температуры сорбционного фильтра вызывающую помехи конденсацию в молекулярном сите и таким образом обеспечивает при разгрузочном потоке механизм сорбции йода. Интервал до точки росы предпочтительно равен 5^oC; необходимый уровень температуры устанавливается соответственно саморегулирующимся образом. Путем обеспечения дополнительного места дросселирования может быть установлен сорбционный режим работы под давлением (0,5 3 бар), так что путем уменьшения газового объемного потока может произойти уменьшение необходимого количества молекулярных сит, достигающее 50% При изменениях объема разгрузочного потока можно постоянно обеспечивать желаемый перегрев молекулярных сит путем плавного регулирования рабочего давления в отдельных ступенях.

Особенно предпочтительно с помощью фиксированного дросселирования во всем рабочем диапазоне от 2 до 10 бар можно достичь ограничения объемного потока при достижении критического перепада давлений с соответствующей градацией рабочего давления и перегрева металловолоконного фильтра и области молекулярных сит.

С помощью молекулярных сит в виде негорючих поглощающих фильтров может также осуществляться в длительном режиме удерживание йода применительно к таким составным частям газа, как, например, углекислый газ, которые могут оказывать влияние на удержание йода в промывочных жидкостях.

Устройство для осуществления способа согласно изобретению включает в себя выпускную линию для разгрузочного газового потока, выходящую из защитной оболочки в атмосферу, с установленным на ней металловолоконным фильтром. Кроме того, на выпускной линии дополнительно установлено размещенное в цилиндрическом резервуаре молекулярное сито кольцевой формы, причем молекулярное сито размещено в зоне разгрузочного газового потока с высоким давлением, и снабжено дроссельным устройством, расположенным после металловолоконного фильтра перед непосредственным входом в молекулярное сито.

Согласно предпочтительному примеру выполнения устройства согласно изобретению металловолоконный фильтр и молекулярное сито расположены на выпускной линии внутри защитной оболочки.

А также молекулярное сито и металловолоконный фильтр расположены в одном общем резервуаре, причем в нижней части резервуара образовано пространство для сбора конденсата.

Кроме того, резервуар может также включать в себя газоочиститель Вентури, с которым может быть скомбинировано фильтрующее устройство, так что при этом дополнительно осуществляется еще и отделение аэрозоля и йода.

Согласно предпочтительному примеру выполнения устройства перед молекулярным ситом расположено сужение поперечного сечения для равномерного распределения разгрузочного потока.

Резервуар с молекулярным ситом содержит также элементы с внешним питанием.

Способ, согласно изобретению, поясняется более подробно ниже на основе устройства для осуществления способа со ссылкой на чертежи, где показано: фиг. 1 АЭС (показана условно) с устройством для осуществления способа согласно изобретению; фиг. 2 резервуар, в котором вместе расположены молекулярное сито и металловолоконный фильтр; фиг. 3 форма выполнения резервуара с молекулярным ситом и металловолоконным фильтром; фиг. 4 резервуар с молекулярным ситом и фильтром, в котором дополнительно предусмотрен газоочиститель Вентури; фиг. 5 АЭС со встроенными в защитную оболочку резервуарами.

На фиг. 1 условно изображена АЭС в виде ее защитной оболочки 1, которая выполнена предпочтительно в форме стального шага. Защитная оболочка 1 должна улавливать активные носители, которые в случае возникновения неисправности могут высвобождаться внутри пространства защитной оболочки 1.

Реактор может иметь любую конструкцию, в частности речь идет об охлаждаемом водой ядерном реакторе, охлаждающая вода которого в случае появления неисправности обуславливает повышенное давление внутри пространства защитной оболочки 1.

Несмотря на то, что защитная оболочка 1 выполнена по себе рассчитанной на возникновение избыточного давления в случае возникновения неисправности, т.е также при испарении всей охлаждающей воды, выдвигается новое требование, которое заключается в том, что последующие нарастания давления должны компенсироваться разгрузкой давления в защитной оболочке 1. С этой целью предусмотрена выпускная система 2, к которой подключена выпускная линия 3 с двумя последовательно включенными запирающими вентилями 4 и 5. С помощью выпускной линии 3 изображенный посредством стрелки 6 разгрузочный поток отводится в цилиндрический резервуар 10, который имеет диаметр, например, 2 м и высоту, которая также составляет 2 м.

В резервуаре 10 расположены молекулярные сита со слоем 11 нитрата серебра в центральной области, которые оснащены кожухом 12. Кожух 12 образует поверхности теплообменника, через которые входящая в резервуар 10 смесь газа и пара разгрузочного потока осуществляет нагрев молекулярного сита 11 до того, как она улетучится через подключенную к основанию резервуара 10 линию 15. Линия 15 ведет во второй цилиндрический резервуар 16, который при диаметре 3 м имеет высоту 5 м. Как видно, горизонтальный входной патрубок 15 развернут по оси резервуара под углом вертикально вверх. Там предусмотрена отражательная пластина 17 для отделения капель. Выше расположен действующий в качестве отделителя капель металловолоконный фильтр 18, за которым расположен фильтр 19 для удерживания тонких аэрозолей. Через направленную в нижнюю область резервуара 16 направляющую вставку 20 конденсат отводится вниз. Возникает зеркало 21 конденсата, под которым простирается направляющая оболочка 20.

Высушенная с помощью металловолоконного фильтра 18 и освобожденная от аэрозолей с помощью фильтра 19 для удерживания тонких аэрозолей смесь воздуха и пара удаляется из резервуара 16 через линию 25. Она ведет через дроссель 26, который включен параллельно регулирующему вентилю 27, в кожухи 12 молекулярных сит 11 в резервуаре 10. Там разгрузочный поток, который был посредством расширения после дроссельного узла 26 высушен до величины влажности, например, 80% входит в непосредственный контакт с молекулярными ситами 11. Поскольку последние с помощью кожуха 12 нагреты до температуры, которая, например, на 5^oC превышает температуру насыщенного пара, там происходит практически полное поглощение йода, который должен удерживаться в качестве активного носителя. При менее строгих требованиях к удерживанию аэрозолей фильтры 18 и 19 могут быть объединены.

Со стороны чистого газа молекулярных сит 11 через дроссельную позицию 31 и предохранительную мембрану 32 в камин (в трубу для отвода газов) 33 проходит выпускная линия 30, которая ведет, таким образом, в атмосферу. Дроссельная позиция 31 обуславливает ступенчатую разгрузку разгрузочного потока. Она обеспечивает эксплуатацию молекулярных сит 11 со скользящим давлением между 5 бар и атмосферным давлением. При этом за счет критического дросселирования производительность может удерживаться на неизменной величине, которая является благоприятной для поглощения йода. Давление в резервуаре 16 составляет, однако, в результате наличия дросселя 26 1,2-кратную величину давления в кожухах 12. В предпочтительном случае давление в резервуаре 16 больше на коэффициент от 1,5 до 2,5.

Предохранительная мембрана 32 способствует тому, что резервуары 10 и 16 вместе с их встроенными узлами являются при нормальном режиме эксплуатации изолированными от внешнего воздуха и приводятся в действие только в случае возникновения неисправности, которая требует разгрузки давления защитной оболочки 1. Вместо предохранительной мембраны 32 может использоваться также предохранительный клапан.

В случае изображенного на фиг. 2 резервуара 40 высота составляет более двухкратной величины диаметра. В увеличенном пространстве молекулярные сита 11 расположены вместе с металловолоконными фильтрами 16. Оба фильтра 11, 18 выполнены с кольцевой формой и расположены коаксиально. Резервуар 40 оснащен в своей нижней части теплоизоляционным слоем 41.

Молекулярное сито 11 содержит в качестве поверхностей теплообменника, которые предусмотрены дополнительно к кожуху 12, нагревательные трубы 43, которые проходят в вертикальном направлении через сетчатую маску. Через эти нагревательные трубы 43 проходит смесь воздуха и газа, свободному прохождению которой вверх дополнительно препятствует вставка 44 в области молекулярного сита 11. Выходящий из каплеотводителей 19 разгрузочный поток подводится к кожухам 12 через перепускной канал 45, который может быть выполнен в форме кольцевого канала или состоит из нескольких отдельных труб, которые в случае необходимости могут быть проложены также вне резервуара 40. В каждом случае перед входом в кожух 12 предусмотрена дроссельная позиция 26', которая обеспечивает возможность расширительной сушки перед непосредственным контактом с молекулярным ситом 11. Кроме того, дроссельная позиция 28' обеспечивает равномерное распределение разгрузочного потока по кольцевому поперечному сечению молекулярного сита 11. Линия 30, через которую проходит (как это показано посредством стрелки 30') высушенный разгрузочный поток, подключается к патрубкам 46, которые проходят через теплоизоляционный слой 41.

Так же и в резервуаре 50 по фиг. 3 молекулярные сита 11 и металловолоконные фильтры 18 и каплеотделители 19 расположены вместе. При этом кожухи 12 молекулярных сит 11 расположены отдельно от стенки 51 резервуара, в результате чего ускоряется нагрев молекулярных сит 11. Нагревательные трубы 43 проходят с выпускной линией 52 в центральную установку 53, которая расположена в верхней части резервуара 50 и предназначена для того, чтобы поток проходил через выполненные с кольцевой формой металловолоконные фильтры 18 в качестве каплеотделителей и тонкий фильтр 19 снаружи в направлении к оси резервуара. В случае резервуара по фиг. 3 можно отказаться от теплоизоляционного слоя, так как кожухи 12, которые нагружаются через дроссельную позицию 26', не имеют теплопроводящего контакта со стенкой 51 резервуара.

В случае резервуара 60 по фиг. 4 в нижней части дополнительно расположен газоочиститель 62 Вентури, впускное отверстие 63 которого расположено ниже зеркала 21 конденсата. Тем самым достигается предварительная очистка разгрузочного потока до того, как будет осуществлена основная очистка в аэрозольном фильтре 18.

В верхней части резервуара 60 расположены электрические нагревательные элементы 65, которые могут питаться через присоединение 66. Нагревательные элементы 65 оснащены ребрами 67, которые вырабатывают газовый поток с меандровой формой, как это изображено с помощью стрелки 68. С помощью нагревательных элементов 65 может осуществляться дополнительный нагрев для пускового режима. Кроме того, тем самым можно компенсировать охлаждение, которое возникает при работе газоочистителя 62 Вентури.

В случае примера выполнения по фиг. 5 резервуары 10' и 16' расположены внутри защитной оболочки 1.

При этом нагрев молекулярных сит 11 происходит непосредственно из внутренней части 70 защитной оболочки 1, как показано стрелками 71 и 72. При этом общая сумма резервуара 10' дополнительно служит в качестве теплообменной поверхности для нагрева молекулярных сит 11.

Выпускное отверстие 2, ведущее в выпускную линию 3', расположено здесь на основании 73 резервуара 16'. Если предохранительная мембрана 74 откроется при внутреннем избыточном давлении, то деаэрационный поток попадет в резервуар 16' и через металловолоконный фильтр 18 и фильтр 19 сверхтонкой очистки по линии 76 с местом 26'' дросселирования в кожухе 12 молекулярных сит 11 в резервуар 10'. В выпускную линию 3' с местом 31' дросселирования может поступать по линии 77 с клапаном 78 азот, чтобы обеспечить инертизацию, так как устройства для сброса давления, как указано вначале, по-видимому, никогда не будут приводиться в действие, однако постоянно должны быть готовыми. Кроме того, при избыточном давлении азота может быть управляемо открыта также и предохранительная мембрана 74. Однако также возможно исключить предохранительную мембрану 74, чтобы путем соединения со внутренней частью 70 защитной оболочки 1 уменьшить внешнее избыточное давление, действующее на резервуары 10', 16'.

Формула изобретения

1. Способ разгрузки давления на АЭС, включающий осушение и очистку от аэрозолей разгрузочного газового потока, выходящего из защитной оболочки в атмосферу, при помощи металловолоконного фильтра, установленного на выпускной линии, отличающийся тем, что разгрузочным газовым потоком высокого давления обогревают установленное на выпускной линии молекулярное сито, после прохождения через металловолоконный фильтр разгрузочный газовый поток сушат путем расширения и высушенный разгрузочный газовый поток приводят в непосредственный контакт с молекулярным ситом, причем металловолоконный фильтр эксплуатируют с давлением, составляющим по меньшей мере 1, 2 от давления на молекулярном сите.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что молекулярное сито эксплуатируют со скользящим давлением между 5 бар и атмосферным давлением.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расширение разгрузочного потока для осушения регулируют посредством дросселирования.

4. Способ по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что разгрузочный поток расширяют между защитной оболочкой и атмосферой в нескольких ступенях.

5. Устройство для разгрузки давления на АЭС, содержащее выпускную линию для разгрузочного газового потока, выходящую из защитной оболочки в атмосферу, с установленным на ней металловолоконным фильтром, отличающееся тем, что на выпускной линии дополнительно установлено размещенное в цилиндрическом резервуаре молекулярное сито кольцевой формы, причем молекулярное сито размещено в зоне разгрузочного газового потока с высоким давлением и снабжено дроссельным устройством, расположенным после металловолоконного фильтра перед непосредственным входом в молекулярное сито.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что металловолоконный фильтр и молекулярное сито расположены на выпускной линии внутри защитной оболочки.

7. Устройство по п. 5 или 6, отличающееся тем, что молекулярное сито и металловолоконный фильтр расположены в одном общем резервуаре.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что в нижней части общего резервуара образовано пространство для сбора конденсата.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что общий резервуар содержит газоочиститель Вентури.

10. Устройство по пп. 5 и 7, отличающееся тем, что перед молекулярным ситом расположено сужение поперечного сечения для равномерного распределения разгрузочного потока.

11. Устройство по пп. 5-7, отличающееся тем, что резервуар с молекулярным ситом содержит нагревательные элементы с внешним питанием.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5