Система аварийного расхолаживания водоохлаждаемого реактора и среды под защитной оболочкой

 

Система аварийного водоохлажденного реактора и среды под защитной оболочкой. Сущность изобретения: система аварийного расхолаживания содержит аварийный теплообменник, часть которого размещена внутри защитной оболочкой и набрана из термосифонов с центральным подъемным участком для газовой фазы и периферийным для жидкой фазы реакторного теплоносителя. Оболочка термосифона окружена дополнительной оболочкой, а в пространстве между оболочками размещены трубопроводы охлажденного вторичного теплоносителя, которые гидравлически соединены с полостью корпуса части теплообменника, расположенной выше защитной оболочки. Причем внутри корпуса этой части теплообменника с зазором размещены трубопроводы нагретого вторичного теплоносителя и гидравлически соединенные с полостью дополнительной оболочки. Кроме того, вход аварийного теплообменника соединен с паровым участком, а выход с жидкостным участком реакторного теплоносителя. 2 ил.

Изобретение относится к области электроэнергетики и используется преимущественно на атомных станциях.

В атомной энергетике для штатного и аварийного расхолаживания реакторного контура известны специальные системы с принудительной циркуляцией теплоносителя через теплообменники, отводящие тепловую энергию реакторного контура за пределы защитной оболочки. Известны системы, в которых с целью отвода тепла и конденсации пара для снижения давления в объеме защитной оболочки при аварийном выбросе теплоносителя из контура используется принудительное орошение внутреннего пространства под оболочкой водой, которая собирается вместе с конденсатом, охлаждается и вновь подается к форсункам, а также пассивные устройства поглощающие при непосредственном контакте тепловую энергию парогазовой смеси (1).

Целью изобретения является повышение безопасности реакторной установки в аварийных условиях за счет надежного отвода тепла от реакторного контура и среды под защитной прочноплотной оболочкой над реакторной установкой посредством исключения активных элементов конструкций и снижения вероятности поступления радиоактивных веществ в окружающую среду.

Цель достигается тем, что отвод тепла в окружающую среду от реакторного контура и от среды под защитной оболочкой в аварийных условиях с разуплотнением реакторного контура проводится системой, основанной на пассивных принципах.

Отвод тепла осуществляется аварийным теплообменником, состоящим из пакета пародинамических тепловых труб, разделенных герметичной перегородкой, устанавливаемой в проходке защитной оболочки. Часть теплообменника за пределами оболочки охлаждается окружающим воздухом аналогично охлаждению, принятому в системе прототипа.

Конденсация пара и охлаждение парогазовой смеси производится на наружной поверхности обогреваемой части тепловых труб, расположенных под защитной оболочкой, внутри их размещены трубы Фильда, в которых происходит конденсация пара реакторного контура. Этим достигается возможность отвода одними и теми же трубами тепла от реакторного контура, снижение его температуры и давления, а также последовательно или одновременно, автоматически, в зависимости от температуры пара и смеси, снижение температуры и давления парогазовой смеси под защитной оболочкой в случае аварийного разуплотнения контура. Наличие автономного циркуляционного контура в тепловой трубе и конденсация пара реакторного контура в трубе Фильда, размещенной внутри тепловой трубы, создает двойной барьер безопасности между теплоносителем, парогазовой смесью и окружающей средой, причем детали, находящиеся под давлением теплоносителя и смеси с возможным загрязнением радионуклидами, находятся под защитной оболочкой.

Указанным отличительным признаком достигается возможность, в зависимости от пути развития аварии, производить одним теплообменником отвод тепла реакторного контура и парогазовой смеси, находящейся в объеме защитной оболочки.

Таким образом, предложенная система соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение изобретения с прототипом обеспечивает ему соответствие критерию "существенное отличие".

На фиг. 1 и фиг. 2 приведена принципиальная схема системы отвода тепла, содержащая теплообменник из пакета тепловых труб 1, коллектор тепловых труб 2, соединенных с реакторным контуром паропроводом 3 и трубопроводом конденсата 4. При этом 5 разделительная герметичная перегородка теплообменника; 6 перегородка коллектора; 7, 8, 9, 10 трубы теплообменника; 11, 12 - оребрение; 13 парогенератор; 14 реактор; 15 насос; 16, 17 обратные клапаны; 18 пассивный невозвратно-запорный клапан; 19 стопорный клапан; 20, 21, 22, 23 трубопроводы; 24 тяговая труба; 25 шиберы; 26 привод шиберов; 27 защитная оболочка.

Теплообменник состоит из двух частей, разделенных герметичной перегородкой (позиция 5 на фиг. 2), устанавливаемой в проходке оболочки.

Охлаждаемая часть размещена за пределами защитной оболочки в тяговой трубе 24 с естественной циркуляцией окружающего воздуха. Интенсивность охлаждения регулируется шиберами 25, имеющими механический привод от устройства 26, поворачивающих шиберы в зависимости от давления в реакторном контуре и под защитной оболочкой.

Принцип работы пародинамических тепловых труб теплообменника поясняется схемой, приведенной на фиг. 2. Пар по паропроводу 3 поступает в паровой объем коллектора 2, разделенного перегородкой 6, далее по трубе 7 направляется в верхнюю часть кольцевого зазора трубы 8, в которой конденсируется. Конденсат стекает в коллектор и по трубопроводу конденсата 4 направляется в реакторный контур. Труба Фильда 8 размещена в нижней части корпуса тепловой трубы 1, частично заполненного рабочей жидкостью (например, водой). При подводе тепла в нижнюю часть тепловой трубы и охлаждении верхней, рабочая жидкость вскипает и образующийся пар по трубе 9 направляется в кольцевой зазор между охлаждаемой воздухом части корпуса 1 и трубой 9, где конденсируется. Конденсат рабочей жидкости по трубе 10 возвращается в нижнюю часть тепловой трубы.

При повышении температуры среды под защитной оболочкой 27 выше температуры рабочей жидкости в тепловой трубе теплоотвод осуществляется и (или) через стенку корпусной (внешней) трубы 1 с кипением на ее внутренней поверхности рабочей жидкости.

Для увеличения тепловой мощности используется оребрение 11, 12.

Таким образом, все элементы тепловой трубы теплообменника, работающие под давлением контура, размещены в объеме под защитной оболочкой 27 и внутри тепловой трубы, разгружены давлением рабочей жидкости, которая циркулирует в герметичном контуре трубы, что повышает безопасность системы и исключает поступление теплоносителя в окружающую среду при потере герметичности деталей, контактирующих с теплоносителем.

Реакторный контур состоит в данном примере из главного циркуляционного контура, включающего реактор 15, парогенератор 13, насос 15, циркуляционных трубопроводов 22, 23, паропровода острого пара 20, конденсаторного (питательного) трубопровода 21 и арматуры.

Система отвода тепла работает следующим образом. При работе на мощности в парогенератор 13 тепло поступает из реактора 14 с водой циркулирующей по трубопроводам 22 и 23 с помощью насоса 15. Образующийся пар по трубопроводу 20 направляется через стопорный клапан 19 на турбину (на фиг. 1 не показана), конденсат по трубопроводу 21 с обратным клапаном 17 подается в парогенератор 13. При останове, например аварийном, реактор 14, закрываются стопорный 19, обратный 17 клапаны и открывается невозвратно-запорный 18. Остаточное тепло реактора отводится в парогенератор 13 за счет естественной циркуляции воды по трубопроводам 22 и 23. Так как шиберы 25 закрыты, в реакторном контуре повышается давление выше рабочего, что приводит к открытию шиберов и возникновению циркуляции воздуха в тяговой трубе 24 и охлаждению верхних частей тепловых труб. В тепловых трубах устанавливается циркуляция рабочей жидкости с фазовыми переходами и отводом тепла от труб 8. Пар из парогенератора 13 конденсируется на внутренних поверхностях труб 8. Образовавшийся конденсат поступает в коллектор 2 и по трубопроводам 4 и 21, открывая обратный клапан 16, направляется в парогенератор 13. В случае потери герметичности главного циркуляционного контура (например, разрыв трубопровода 22 или 23) под защитной оболочкой 27 повышается давление, воздействующее на привод 26 шиберов 25, которые в этом случае открываются независимо от давления пара в парогенераторе 13. Как описано выше, происходит расхолаживание парогенератора. При приближении температур рабочей жидкости тепловых труб и в трубах 8 к парциальной температуре пара в парогазовой смеси под защитной оболочкой 27 реактора, начнется отвод за счет кипения рабочей жидкости и на внутренней поверхности нижней части пакета тепловых труб 1. На наружной поверхности этих труб и оребрении происходит конденсация пара из парогазовой смеси, что приводит к снижению парциального давления пара, повышению плотности смеси и снижению ее температуры и возникновению естественной циркуляции.

Таким образом, отвод тепла от парогенератора и парогазовой смеси в окружающую среду осуществляют путем естественной циркуляции теплоносителя и охлаждающего воздуха одним теплообменником, при этом элементы, охлаждающие теплоноситель реакторного контура и парогазовую смесь, находятся в объеме защитной оболочки, конструкция системы отвода тепла от реакторного контура и объема защитной оболочки по сравнению с конструкцией прототипа повышает безопасность эксплуатации, снижает вероятность поступления теплоносителя реакторного контура и радиоактивных веществ в окружающую среду при авариях.

Формула изобретения

Система аварийного расхолаживания водоохлаждаемого реактора и среды под защитной оболочкой, содержащая аварийный теплообменник, расположенный над реакторным контуром, вход которого соединен с паровым участком, а выход с жидкостным участком теплоносителя реакторного контура соответственно, причем по крайней мере часть теплообменника размещена вне защитной оболочки, отличающаяся тем, что, с целью повышения безопасности реакторной установки, часть теплообменника размещается внутри защитной оболочки, включает в себя не менее одного термосифона с центральным подъемным участком для газовой фазы и периферийным участком жидкой фазы теплоносителя реакторного контура, расположенным между центральной трубой и оболочкой термосифона, окруженной дополнительной оболочкой, которая герметично соединена с защитной оболочкой, а в пространстве между оболочками размещен с зазором по крайней мере один трубопровод охлажденного вторичного теплоносителя аварийного теплообменника, который герметично присоединен к защитной оболочке и гидравлически соединен с полостью корпуса части теплообменника, расположенной вне защитной оболочки, причем внутри корпуса этой части теплообменника с зазором размещен по крайней мере один трубопровод нагретого вторичного теплоносителя, который герметично присоединен к защитной оболочке и гидравлически соединен с полостью дополнительной оболочки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2