Ядерная энергетическая установка

 

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к устройству аварийного расхолаживания ядерного реактора, и может быть использовано на атомных станциях с ядерными реакторами типа ВВЭР-440 и ВВЭР-1000. Технический результат достигается тем, что ядерная энергетическая установка, содержащая ядерный реактор с параллельно подключенными циркуляционными петлями, включающими парогенератор, горячий и холодный трубопроводы с подъемными и опускными участками, между которыми установлены дренажные патрубки, трубопроводы подачи раствора борной кислоты, каждый из которых соединен с холодным трубопроводом циркуляционной петли, и струйные насосы, установленные в разрыв каждого трубопровода подачи раствора борной кислоты, ко входу которых по эжектируемым потокам подключены дренажные патрубки, струйные насосы снабжены байпасными каналами, которые содержат нормально открытые, дистанционно управляемые, клапаны и имеют диаметры проходных сечений, равные, по крайней мере, диаметрам проходных сечений трубопроводов подачи раствора борной кислоты. 5 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к атомной энергетике, в частности к ядерным энергетическим установкам с водо-водяными реакторами.

Известна ядерная энергетическая установка, содержащая ядерный реактор, параллельно подключенные к реактору циркуляционные петли, включающие парогенератор, главный циркуляционный насос, горячий и холодный трубопроводы, а также трубопроводы подачи раствора борной кислоты в петлю при авариях, связанных о разуплотнением петли и потерей теплоносителя. (см. "Безопасность ядерных энергетических установок", О. Б. Самойлов, Г.Б. Усынин, А.М. Бахметьев. М. , 3нергоатомиздат, 1989 г., стр. 280). Указанная ядерная энергетическая установка в условиях аварии недостаточно надежна так как в ее циркуляционной петле, имеющей последовательные опускные и подъемные участки, обрадуются гидрозатворы, препятствующие выравниванию давления в верхней и нижней частях корпуса реактора, что на аварийных режимах с потерей теплоносителя может привести к опусканию уровня воды в реакторе, обнажению части активной зоны и ее перегреву выше допустимых температур.

Известна также ядерная энергетическая установка, содержащая ядерный реактор, о параллельно подключенными циркуляционными петлями, включающими парогенератор, горячий и холодный трубопроводы с подъемными и опускными участками, трубопроводы подачи раствора борной кислоты, каждый ив которых соединен с холодным трубопроводом циркуляционной петли, и струйные насосы, установленные в разрыв каждого трубопровода подачи раствора борной кислоты, ко входу которых по инжектируемым потокам подключены дренажные трубки.(см. авторское свидетельство СССР 10984436, МКИ G 21 С 15/18 от 1991 г.). Хотя струйные насосы и позволяют в этой установке удалять воду ив гидрозатворов, но их наличие повышает гидравлическое сопротивление трубопровода подачи раствора борной кислоты. При высоких давлениях теплоносителя в циркуляционных петлях, когда нет необходимости удалять воду из гидрозатворов, напор насоса подачи раствора борной кислоты, установленного на действующих ядерных энергетических установках, недостаточен для эффективной подачи раствора, что снижает надежность и безопасность эксплуатации установки.

Ввиду совпадения большинства существенных признаков предлагаемого устройства с существенными признаками известного, последнее выбрано в качестве прототипа.

В основу настоящего изобретения положена задача обеспечение работы установки на всех возможных режимах эксплуатации, снижения энергозатрат и металлоемкости вспомогательного оборудования и исключение усугубления аварийных ситуаций на отдельных нештатных режимах работы.

Указанная задача решается благодаря тому, что в ядерной энергетической установке, содержащей ядерный реактор, с параллельно подключенными циркуляционными петлями, включающими парогенератор, горячий и холодный трубопроводы с подъемными и опускными участками, между которыми установлены дренажные патрубки, трубопроводы подачи раствора борной кислоты, каждый ив которых соединен с холодным трубопроводом циркуляционной петли, и струйные насосы, установленные в разрыв каждого трубопровода подачи раствора борной кислоты, ко входу которых по ижектируемым потокам подключены дренажные трубки, струйные насосы снабжены байпасными каналами, которые содержат нормально открытые клапаны и имеют диаметры проходных сечений, равные, по крайней мере, диаметрам проходных сечений трубопроводов подачи раствора борной кислоты.

Целесообразно, для упрощения эксплуатации, нормально открытые клапаны байпасных каналов выполнить дистанционно управляемыми.

Целесообразно, для упрощения конструкции соединения и соблюдения мер безопасности, байпасными каналами соединить трубопроводы перед патрубками входа ижектирующих потоков и за патрубками выхода струйных насосов.

Целесообразно, для повышения безопасности эксплуатации установки, байпасными каналами снабдить струйные насосы, входы которых по инжектируемому потоку подключены к другой циркуляционной петле.

Целесообразно, для упрощения эксплуатации, нормально открытые клапаны байпасных каналов струйных насосов, входы которых по инжектируемому потоку подключены к другой циркуляционной петле, выполнить дистанционно управляемыми.

Целесообразно, для упрощения конструкции соединения и соблюдения мер безопасности, байпасными каналами соединить трубопроводы перед патрубками входа инжектирующих потоков и за патрубками выхода струйных насосов, входы которых по инжектируемому потоку подключены к другой циркуляционной петле.

Особенностью предложенной установки по сравнению с прототипом является то, что струйные насосы снабжены байпасными каналами, которые содержат нормально открытые клапаны и имеют диаметры проходных сечений, равные, по крайней мере, диаметрам проходных сечений трубопроводов подачи раствора борной кислоты.

Особенностью предложенной установки является также то, что нормально открытые клапаны байпасных каналов выполнены дистанционно управляемыми.

Особенностью предложенной установки является также то, что байпасные каналы соединяют трубопроводы перед патрубками входа инжектирующих потоков и за патрубками выхода струйных насосов.

Особенностью предложенной установки является также то, что байпасными каналами снабжены струйные насосы, входы которых по инжектируемому потоку подключены к другой циркуляционной петле.

Особенностью предложенной установки является также то, что нормально открытые клапаны байпасных каналов струйных насосов, входы которых по инжектируемому потоку подключены к другой циркуляционной петле, выполнены дистанционно управляемыми.

Особенностью предложенной установки является также то, что байпасные каналы соединяют трубопроводы перед патрубками входа инжектирующих потоков и за патрубками выхода струйных насосов, входы которых по инжектируемому потоку подключены к другой циркуляционной петле.

На фиг. 1 изображена схема установки с подключением дренажного патрубка циркуляционной петли к соответствующему струйному насосу.

На фиг. 2 изображена схема установки о подключением дренажного патрубка одной петли к струйному насосу другой циркуляционной петли.

Установка содержит водо-водяной реактор 1 (см. фиг.1) с активной зоной 2, размещенной в его корпусе, к нижней 3 и верхней 4 частям которого подключены холодные 5 и горячие 6 трубопроводы циркуляционных петель 7 и 8. Каждая из петель, например петля 7, содержит парогенератор 9, насос 10 и соединяющие их трубопроводы с последовательно включенными подъемными 11 и 12 и опускными 13 и 14 участками. Между подъемным 11 и опускным 13 участками холодного трубопровода 5 на трубопроводе 15, соединяющим эти участки, имеется дренажный патрубок 16. Между подъемным 12 и опускным 14 участками горячего трубопровода 6 на трубопроводе 17, соединяющим эти участки, расположен дренажный патрубок 18. Дренажные патрубки 16 и 18 могут служить для ликвидации гидрозатворов или для выравнивания давлений в нижней 3 и верхней 4 частях корпуса реактора 1. Дренажные патрубки 16, 18 подключены через патрубок 19 инжектируемого потока к струйному насосу 20, установленному на трубопроводе 21 (высокого давления) подачи раствора борной кислоты в неотсекаемую часть 22 холодного трубопровода 5 петли 7. При этом сам струйный насос 20 снабжен байпасным (обводным) каналом 23, который содержит дистанционно управляемый клапан 24 и имеет диаметр проходного сечения равный, по крайней мере, диаметру проходного сечения трубопровода 21 подачи раствора борной кислоты. Перед патрубком 19 инжектируемого потока струйного насоса 20, на дренажных патрубках 16 и 18 установлены обратные клапаны 25 и 26 соответственно. Струйный насос 20 выполнен в виде эжектора либо в виде струйного смесителя. Любой ив указанных вариантов выполнения обеспечивает не только отсос инжектируемого потока (гидрозатвора), но и смешение потоков сред с различной температурой - относительно холодного раствора борной кислоты, поступающего в патрубок 27, рабочей среды струйного насоса 20 и воды, отсасываемой из мест образования гидрозатворов в петлях 5,6, имеющих более высокую температуру. В результате перемешивания температура потока, поступающего из камеры смешения насоса 20 в его напорный патрубок 28, повышается, благодаря чему уменьшается опасность возникновения термоудара в момент ввода сравнительно холодной жидкости в каналы активной зоны 2, перегретой в результате оголения значительной ее части при аварии с утечкой теплоносителя.

Возможен вариант выполнения установки, при котором дренажные патрубки 16, 18 петли 7 подключены к трубопроводу 29 (см. фиг.2) подачи раствора борной кислоты другой петли 8. В этом случае дренажные патрубки 30 и 31 подключены к патрубку 19 инжектируемого потока струйного насоса 20, а дренажные патрубки 16 и 18 подключены к патрубку 32 инжектируемого потока струйного насоса 33.

Ядерная энергетическая установка работает следующим образом.

При нормальном режиме работы установки теплоноситель (вода) подается из парогенератора 9 с помощью насоса 10 по холодному трубопроводу 5 петли в нижнюю часть 3 корпуса реактора 1. При прохождении через каналы активной зоны 2 теплоноситель нагревается и выходит из верхней части 4 корпуса реактора 1 по горячему трубопроводу 6 петли 7 в парогенератор 9. Работа циркуляционных петель 8 и остальных, не показанных на чертеже, с входящим в них оборудованием, аналогична работе оборудования петли 7.

В случае аварии, связанной с разуплотнением (разрывом) трубопроводов циркуляционных петель и потерей теплоносителя, после включения средств подачи раствора борной кислоты (на фиг.1 и 2 не показаны), раствор по байпасному каналу 23, через нормально открытый дистанционно управляемый клапан 24 и частично через струйный насос 20, при закрытых обратных клапанах 25 и 26 поступает в холодный трубопровод 5. Гидросопротивление магистрали подачи раствора борной кислоты при этом не превышает гидросопротивление трубопровода 21, поскольку площади проходных сечений магистрали равны или больше площади проходного сечения трубопровода 21. Раствора при этом будет подаваться с максимальным давлением, на которое рассчитаны средства его подачи.

По мере развития аварии, когда потеря теплоносителя вызывает повышение температуры в активной зоне 2 реактора 1, клапан 24, наряду с клапанами 25 и 26, служат средствами регулирования температуры раствора борной кислоты, подаваемой в реактор, что позволяет снижать температурные напряжения оборудования. Увеличивая гидравлическое сопротивление байпасного канала 23 путем перекрытия части его сечения клапаном 24, можно перераспределить соотношения потоков раствора борной кислоты и теплоносителя из холодной 5 и горячей 6 циркуляционных петель 7, 8 реактора 1 и тем самым повышать температуру раствора борной кислоты, поступающей в реактор 1. Дополнительно изменяя гидравлические сопротивления каналов 16, 18 (или каждого в отдельности) клапанами 25, 26, можно, смешивая потоки и регулируя расходы, заранее приготавливать теплоноситель определенной температуры, который уже затем подмешивать в определенных пропорциях (зависящих от положения клапана 24) к раствору борной кислоты.

По дальнейшем снижении давления в циркуляционной петле 7 и появлении пара в подъемных 11, 12 и опускных 13, 14 участках петли 7 образуются гидрозатворы, В этом случае о помощью системы управления установки закрываются клапаны 24 и при открытых клапанах 25, 26 (или только 25) раствор борной кислоты начинает поступать только в струйный насос 20. Вода из нижней части гидрозатворов с помощью струйного насоса 20 через патрубок 19 инжектируемого потока удаляется из гидрозатворов и возвращается в циркуляционную петлю. Отсутствие воды в гидрозатворах обеспечивает выравнивание давлений в активной зоне 2 реактора 1, предотвращает вытеснение из нее воды и связанное с этим оголение верхней части зоны 2.

Использование предложенной ядерной энергетической установки позволяет обеспечить подачу раствора борной кислоты при оптимальной работе вспомогательного оборудования с устранением вредного влияния гидрозатворов на всех возможных аварийных режимах работы, что существенно повышает надежность и безопасность эксплуатации без повышения металлоемкости и энергоемкости вспомогательного оборудования.

Формула изобретения

1. Ядерная энергетическая установка, содержащая ядерный реактор с параллельно подключенными циркуляционными петлями, включающими парогенератор, горячий и холодный трубопроводы с подъемными и опускными участками, между которыми установлены дренажные патрубки, трубопроводы подачи раствора борной кислоты, каждый из которых соединен с холодным трубопроводом циркуляционной петли, и струйные насосы, установленные в разрыв каждого трубопровода подачи раствора борной кислоты, ко входу которых по ижектируемым потокам подключены дренажные патрубки, отличающаяся тем, что струйные насосы снабжены байпасными каналами, которые содержат нормально открытые клапаны и имеют диаметры проходных сечений, равные, по крайней мере, диаметрам проходных сечений трубопроводов подачи раствора борной кислоты.

2. Ядерная энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что нормально открытые клапаны байпасных каналов выполнены дистанционно управляемыми.

3. Ядерная энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что байпасные каналы соединяют трубопроводы перед патрубками входа ижектирующих потоков и за патрубками выхода струйных насосов.

4. Ядерная энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что байпасными каналами снабжены струйные насосы, входы которых по ижектируемому потоку подключены к другой циркуляционной петле.

5. Ядерная энергетическая установка по п.4, отличающаяся тем, что нормально открытые клапаны байпасных каналов выполнены дистанционно управляемыми.

6. Ядерная энергетическая установка по п.4, отличающаяся тем, что байпасные каналы соединяют трубопроводы перед патрубками входа ижектирующих потоков и за патрубками выхода струйных насосов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2