Очиститель протечек из защитной оболочки

Изобретение относится к области атомной энергетики, а именно к устройствам, предназначенным для ограничения поступления в окружающую среду неочищенных веществ, выделившихся при авариях, например радиоактивных веществ, и используется на энергетических объектах с многослойной защитной оболочкой. Очиститель протечек из защитной оболочки, содержащий конвектор, над которым установлена воздушная тяговая шахта, фильтр с вытяжной трубой и расположенную над обогреваемой поверхностью конвектора проходку, сообщенную с межоболочечной полостью защитной оболочки, внутри которой установлен энергоблок с тепловым контуром, связанным с конвектором, отличающийся тем, что в воздушной тяговой шахте установлены теплопередающие каналы, нижние концы которых посредством вентилей соединены с проходкой, а верхние с фильтром, при этом теплопередающие каналы расположены над обогревающей поверхностью конвектора с возможностью осушения протечек и создания естественной конвекционной тяги, обеспечивающей вывод протечек по каналам из межоболочечной полости. Изобретение позволяет повысить безопасность АЭС вследствие снижения величины аварийных неочищенных выбросов в атмосферу при сверхнормативных авариях. 2 ил.

 

Изобретение относится к области атомной энергетики, а именно к локализующим системам безопасности, и может быть использовано в устройствах, обеспечивающих поддержание разрежения в помещениях промышленных объектов, содержащих вредные для окружающей среды вещества, в случае отказа на этих объектах вентиляционных систем, требующих электроэнергию для своей работы.

В атомной энергетике широко используются устройства для предотвращения радиоактивного загрязнения окружающей среды и локализации продуктов аварии, состоящие из двойной защитной оболочки над энергоблоком (например, реакторной установкой), и активной вентиляционной системы с фильтрами [Маргулова Т.Х. Атомные электрические станции. М.: Высшая школа, 1974, с.324].

Внутренняя оболочка является локализующим барьером для основной массы радиоактивных веществ, выделившихся при аварии, наружная оболочка совместно с активной вентиляционной системой и фильтрами обеспечивает ограничение распространения радиоактивных веществ с протечками, т.е. с частью веществ, просочившихся из внутренней оболочки в межоболочечное пространство (межоболочечную полость). Активная вентиляционная система связана с межоболочечным пространством каналами с арматурой, она направляет протечки через фильтр в атмосферу и создаёт разрежение в пространстве между оболочками по отношению к давлению в атмосфере. Разрежение препятствует выходу протечек через наружную оболочку. В случае отказа вентиляционной системы, например при аварии с потерей всех источников электроснабжения на АЭС, надёжная локализация и очистка протечек не обеспечивается, т.к. в межоболочечном пространстве возникает избыточное давление, и протечки через неплотности в наружной оболочке неочищенными попадают в атмосферу.

Известен также очиститель протечек из защитной оболочки энергоблока, содержащий фильтр с вытяжной трубой и патрубком, соединяющим фильтр с межоболочечной полостью [Proceedings of the Fifth International Topical MeetingOn Reactor Thermal Hydraulics NURETH-5, volume IV, pp.1235-1241, USA, American Nuclear Society, 1992]. Очиститель работает без использования электроэнергии.

Недостатком этого очистителя является отсутствие в нем специального теплообменника для подогрева протечек. Поэтому применение его ограничено системами локализации с внутренними металлическими оболочками. При железобетонной внутренней оболочке нагрев протечек отсутствует, и вследствие этого в системе очистки не создается естественная тяга, необходимая для преодоления сопротивления фильтра.

Кроме того, недостатком очистителя без подогревателя протечек, который бы производил осушение протечек, является увлажнение фильтрующего материала капельным аэрозолем (туманом), образующимся в межоболочечном пространстве при протечках из внутренней оболочки, содержащих пары воды. Увлажнение повышает сопротивление и снижает фильтрующие свойства материала.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является очиститель протечек из защитной оболочки, содержащий конвектор, над которым установлена воздушная тяговая шахта, фильтр с вытяжной трубой и расположенную над обогреваемой поверхностью конвектора проходку, сообщенную с межоболочечной полостью защитной оболочки, внутри которой установлен энергоблок с тепловым контуром, связанным с конвектором [SU 1829697 A1, кл.G 21 С 9/00, опубл. 09.06.1995].

Недостатком технического решения, предложенного в аналоге [SU 1829697 A1, кл.G 21 С 9/00, опубл. 09.06.1995], является то, что в случае обесточивания основного привода газодувных агрегатов преодоление сопротивления фильтра производится не за счет естественной тяги, а за счет дополнительной паросиловой установки, специально созданной для привода газодувок.

Паросиловая установка является многоэлементным активным устройством, что снижает структурную надежность работы очистителя и отрицательно сказывается на показателях безопасности атомных станций.

Задачей данного изобретения является повышение надежности работы очистителя протечек из защитной оболочки за счет использования теплопередающих каналов, создающих в очистителе естественную конвекционную тягу, обеспечивающую проталкивание протечек через фильтр, и выход их в атмосферу.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном очистителе протечек из защитной оболочки, содержащим конвектор, над которым установлена воздушная тяговая шахта, фильтр с вытяжной трубой, и расположенную над обогреваемой поверхностью конвектора проходку, сообщенную с межоболочечной полостью защитной оболочки, внутри которой установлен энергоблок с тепловым контуром, связанным с конвектором, новым является то, что в воздушной тяговой шахте установлены теплопередающие каналы, нижние концы которых посредством вентилей соединены с проходкой, а верхние с фильтром, при этом теплопередающие каналы расположены над обогревающей поверхностью конвектора с возможностью осушения протечек и создания естественной конвекционной тяги, обеспечивающей вывод протечек по каналам из межоболочечной полости.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами:

на фиг. 1 схематично показан очиститель протечек из защитной оболочки;

на фиг. 2 дана эпюра распределения давления среды в межоболочечной полости.

Очиститель протечек из защитной оболочки соединен с защитной оболочкой, которая включает в себя внутреннюю 1 и наружную 2 оболочки, ограничивающие межоболочечную полость 3. Под оболочкой расположен энергоблок, который имеет реактор 4 и парогенераторы 5 с паропроводами 6 для подачи пара в конвектор 9 и трубопроводы 7 для возврата конденсата в парогенераторы 5. В межоболочечной полости 3 трубопроводы 6 и 7 имеют защиту 8 от попадания протечек высокопотенциального теплоносителя из трубопроводов 6 и 7 в межоболочечную полость 3.

Конвекторы 9 представляют собой воздушные конденсаторы, которые установлены по периметру наружной 2 оболочки. Обогреваемая поверхность конвектора 9 получает энергию от высокопотенциального теплоносителя одного из контуров энергоблока. Для конвектора 9, показанного на фиг.1, обогреваемая поверхность представляет собой набор теплообменных труб, которые служат воздушным конденсатором для пара, поступающего из парогенератора 5, и возвращают конденсат опять в парогенератор 5. Возврат конденсата происходит самотеком, т.е. за счет естественной конвекции вследствие превышения высотной отметки конвектора 9 над парогенератором 5.

Конвектор 9 имеет в нижней части вход, а в верхней части выход для атмосферного воздуха. На входе и выходе конвектора 9 смонтированы нижний и верхний шиберы 10.

На выходе из каждого конвектора 9 над его верхней частью (по воздуху) смонтированы также воздушные тяговые шахты 11.

Воздушные тяговые шахты изогнуты по контуру купола 12 наружной 2 защитной оболочки и в верхней части объединены выходным воздушным коллектором 13 с дефлектором 14. Коллектор 13 с дефлектором 14 обеспечивают воздуху, прошедшему конвекторы 9 очистителя, выход в атмосферу. От атмосферного воздействия тяговые шахты 11 закрыты куполообразной кровлей 15.

Поступление атмосферного воздуха к обогреваемой паром поверхности конвектора 9 организовано снизу через общий для конвекторов входной коллектор 16, концентрично смонтированный на цилиндрической части железобетонной наружной 2 защитной оболочки. Входной коллектор 16 имеет в нижней стенке заборные отверстия 17 для прохода атмосферного воздуха.

Теплопередающие каналы 18, служащие для обогревания протечек, размещены в тяговых шахтах 11 над обогреваемой поверхностью конвектора 9.

Нижние концы теплопередающих каналов 18 посредством вентилей 19 заведены через проходки 20 в наружной 2 оболочке в межоболочечную полость 3. Верхние концы теплопередающих каналов 18 закреплены в коллекторе 21. На коллекторе 21 установлен фильтр 22 для очистки протечек от радиоактивных веществ, просочившихся в межоболочечную полость 3. Фильтр 22 снабжен вытяжной трубой 23, по которой очищенные протечки уходят в атмосферу.

Предлагаемый очиститель протечек из защитной оболочки для своей работы не требует подвода энергии от внешнего источника. Движение всех сред в очистителе происходит под действием гравитационных сил, т.е. естественной циркуляции, развивающейся за счет подвода тепловой энергии от энергоблока.

На фиг.1 показана также активная система вентиляции полости 3, в которую входят впускной 24 и выпускной 25 патрубки с вентилями 26 и 27 и электровентилятор 28 с фильтром 29.

Работает предлагаемый очиститель протечек из защитной оболочки следующим образом. В режимах нормальной эксплуатации реакторной установки вентили 19 находятся в закрытом положении. Теплопередающие каналы 18, конвектор 9, коллектор 21, фильтр 22 и вытяжная труба 23 находятся постоянно в прогретом состоянии за счет нагрева от небольшого количества атмосферного воздуха, пропускаемого через неплотности шиберов 10. Воздух получает тепло от пара, сбрасываемого из парогенераторов 5 в конвекторы 9. Прогретое состояние массы всех элементов очистителя обеспечивает поддержание очистителя протечек в постоянной готовности к работе после открытия вентилей 19.

В проектных режимах работы энергоблока вентили 26 и 27 открыты, и разрежение в межоболочечной полости 3 определяется работой активной системы вентиляции, а именно электровентилятором 28.

При аварийных течах из тепловых контуров энергоблока в объёме внутренней 1 оболочки повышается давление и возникает просачивание протечек радиоактивной среды по трещинам во внутренней оболочке 1 в межоболочечную полость 3, где система активной вентиляции в случае её работы поддерживает разрежение и направляет протечки к фильтру 29.

Если произошёл отказ в работе активной системы вентиляции, например, из-за прекращения подачи электропитания на электровентилятор 28 в межоболочечной полости 3 возникает избыточное давление. Для исключения этого явления включается пассивная система очистки протечек, а именно производится открытие вентилей 19 и закрытие вентилей 26 и 27. Шиберы 10 при обесточивании открываются. Открытие шиберов 10 вызывает быстрое увеличение расхода воздуха через конвекторы 9, что автоматически увеличивает расход пара из парогенераторов 5 в конвекторы 9. Атмосферный воздух, получив тепло в конвекторах 9, проходя по воздушным тяговым шахтам 11, нагревает теплопередающие каналы 18 и находящиеся в них протечки. Вследствие нагрева протечек в теплопередающих каналах 18 происходит осушение содержащейся в протечках капельной влаги и перегрев протечек. Температура среды в воздушных теплопередающих каналах 18, в фильтре 22 и в вытяжной трубе 23 выше, чем в окружающей атмосфере, что создаёт постоянный отвод протечек и разрежение в межоболочечной полости 3 по отношению к атмосферному давлению. Благодаря созданию разрежения в межоболочечной полости исключается неорганизованный выход протечек через наружную 2 оболочку в окружающую среду без очистки на фильтре 22, т.е. предотвращается загрязнение окружающей среды нуклидами от атомной электростанции.

В очистителе непосредственный контакт теплопередающих каналов 18 с высокопотенциальным теплоносителем контуров энергоблока (в данном случае с паром второго контура реакторной установки) исключен. Обогрев теплопередающих каналов 18 производится атмосферным воздухом, что исключает аварийный рост давления в межоболочечной полости 3 и нагружение наружной оболочки 2 внутренним давлением выше проектного при неплотностях теплопередающих каналов 18 и неплотностях теплообменных труб конвектора 9.

Работа очистителя по созданию разрежения в межболочечной полости 3 поясняется эпюрой распределения давления (фиг.2) в элементах оборудования очистителя протечек Р_(ABCD), межоболочечной полости Р_(GDE) и атмосфере Р_(AKF), показывающей, что благодаря нагреву протечек в теплопередающих каналах 18, давление Р_(GDE) в межоболочечной полости 3 ниже, чем давление в атмосфере Р_(AKF). Проектным параметром для выбора технических и конструктивных характеристик оборудования предлагаемого очистителя протечек, т.е. поверхности теплопередающих каналов, арматуры, фильтра и вытяжной трубы является следующее условие: давление Р_(G) в верхней точке межоболочечной полости 3 меньше или равно давлению в окружающей атмосфере на той же высоте Р_(К), т.е. Р_(G)P_(K). Высотное расположение точек A, B, C, D, E, F, G, K показано на фиг.1.

Очиститель протечек с теплопередающими каналами создает разрежение в межоболочечной полости при отказе в работе активной системы вентиляции и предотвращает нагружение наружной оболочки внутренним давлением при возникновении неплотностей в теплопередающих каналах и теплообменных трубках конвектора.

Технический результат изобретения заключается в повышении безопасности атомной электростанции в случае возникновения на ней сверхнормативных аварий, протекающих с потерей источников электроснабжения, за счет предотвращения аварийных выбросов в атмосферу благодаря надежности процесса поддержания разрежения в межоболочечном пространстве.

Очиститель протечек из защитной оболочки, содержащий конвектор, над которым установлена воздушная тяговая шахта, фильтр с вытяжной трубой и расположенную над обогреваемой поверхностью конвектора проходку, сообщенную с межоболочечной полостью защитной оболочки, внутри которой установлен энергоблок с тепловым контуром, связанным с конвектором, отличающийся тем, что в воздушной тяговой шахте установлены теплопередающие каналы, нижние концы которых посредством вентилей соединены с проходкой, а верхние с фильтром, при этом теплопередающие каналы расположены над обогревающей поверхностью конвектора с возможностью осушения протечек и создания естественной конвекционной тяги, обеспечивающей вывод протечек по каналам из межоболочечной полости.