Установка для сжигания водорода на атомной электростанции

Изобретение относится к области атомной техники. Сущность изобретения: установка для сжигания водорода на атомной электростанции содержит контактный аппарат для каталитического сжигания водорода, входной патрубок которого соединен через смеситель с сетью подающих парогазовую среду трубопроводов. Водогазовый эжектор подсоединен своей эжектируемой линией к выходному патрубку контактного аппарата для каталитического сжигания водорода. Спринклерная система, к насосам которой подключена эжектирующая линия. Напорная линия эжектора соединена со спринклерами через дросселирующее устройство. Преимущество изобретения заключается в повышении эффективности очистки паровоздушной среды от радионуклидов. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

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

Известен способ и устройство для инициирования реакции водорода с кислородом в защитной оболочке реактора (см., например, патент Российской Федерации N2187853, МПК 7 G 21 С 19/317, G 21 С 9/06, 1997), которое повышает безопасность за счет пассивного устранения водорода.

Известен способ сжигания водорода на атомной электростанции и установка, при помощи которой реализуется указанный способ (см. авт.свид. СССР N1312970, МПК 5 G 21 С 9/06, 1985). Установка содержит контактный аппарат для каталитического сжигания водорода, входной патрубок которого соединен со смесителем, оборудованным разветвленной сетью подающих парогазовую среду трубопроводов и побудителем циркуляции парогазовой среды в виде низконапорного водогазового эжектора; высоконапорный водогазовый эжектор, подсоединенный своей эжектируемой линией к выходному патрубку контактного аппарата; спринклерную систему, к насосам которой подключены эжектирующие линии.

Недостатком известного устройства является недостаточно полное использование всех возможностей оборудования, которое при изменении схемы его соединения способно обеспечить повышение качества очистки паровоздушной среды от радионуклидов.

Ввиду совпадения значительного числа существенных признаков предложения и известного устройства последнее выбрано в качестве прототипа.

В основу настоящего изобретения положена задача повышения эффективности работы спринклерной системы и повышение качества очистки паровоздушной среды от радионуклидов.

Сущность изобретения заключается в том, что установка для сжигания водорода на атомной электростанции, содержащая контактный аппарат для каталитического сжигания водорода, входной патрубок которого соединен через смеситель с сетью подающих парогазовую среду трубопроводов; водогазовый эжектор, подсоединенный своей эжектируемой линией к выходному патрубку контактного аппарата для каталитического сжигания водорода; и спринклерную систему, к насосам которой подключена эжектирующая линия, имеет напорную линию эжектора, соединенную со спринклерами.

Целесообразно, с целью получения оптимального режима работы установки и обеспечения более полной очистки парогазовой среды от радионуклидов, снабдить напорную линию эжектора дросселирующим устройством.

Целесообразно, с целью упрощения конструкции, дросселирующее устройство выполнить в виде обоймы с шайбой.

Целесообразно, с целью более эффективной очистки парогазовой среды, в эжектируемой линии за контактным аппаратом для каталитического сжигания водорода установить фильтр для очистки среды от радионуклидов.

Целесообразно, с целью упрощения конструкции установки, камеру смешения эжектора выполнить в виде цилиндрического участка, который завершается диффузором, соединенным с напорной линией эжектора.

Целесообразно, с целью повышения давления перед спринклерами, камеру смешения эжектора выполнить в виде последовательно соединенных цилиндрического участка и конфузора, который завершается диффузором, соединенным с напорной линией эжектора.

Целесообразно, с целью повышения давления перед спринклерами и уменьшения габаритных размеров установки, камеру смешения эжектора выполнить в виде конфузора, который завершается диффузором, соединенным с напорной линией эжектора.

Целесообразно, с целью обеспечения устойчивой работы эжектора, последовательно с насосами спринклерной системы установить теплообменники.

Целесообразно, с целью обеспечения устойчивой работы эжектора и насосов спринклерной системы, теплообменники установить перед насосами спринклерной системы.

Особенностью предложенной установки является соединение напорной линии эжектора со спринклерами.

Особенностью предложенной установки является также снабжение напорной линии эжектора дросселирующим устройством.

Особенностью предложенной установки является также то, что в качестве дросселирующего устройства установлена обойма с шайбой.

Особенностью предложенной установки является также установка в эжектируемой линии за контактным аппаратом для каталитического сжигания водорода фильтра для очистки среды от радионуклидов.

Особенностью предложенной установки является также то, что камера смешения эжектора выполнена в виде цилиндрического участка, который завершается диффузором, соединенным с напорной линией эжектора.

Особенностью предложенной установки является также то, что камера смешения эжектора выполнена в виде последовательно соединенных цилиндрического участка и конфузора, который завершается диффузором, соединенным с напорной линией эжектора.

Особенностью предложенной установки является также то, что камера смешения эжектора выполнена в виде конфузора, который завершается диффузором, соединенным с напорной линией эжектора.

Особенностью предложенной установки является также то, что последовательно с насосами спринклерной системы установлены теплообменники.

Особенностью предложенной установки является также то, что теплообменники установлены перед насосами спринклерной системы.

На фиг.1 схематически показана установка для сжигания водорода на атомной электростанции; на фиг.2 схематически показана конструкция эжектора с цилиндрическим смесителем; на фиг 3 схематически показана конструкция эжектора с цилиндрическо-конфузорным смесителем; на фиг.4 схематически показана конструкция эжектора с конфузорным смесителем.

Обозначение позиций на чертежах:

1 - помещение атомной электростанции, в котором размещена реакторная установка;

2 - реакторная установка (показана только часть реактора);

3 - контактный аппарат для каталитического сжигания водорода;

4 - соединительный трубопровод;

5 - трубопровод эжектируемой линии;

6 - смеситель;

7 - высоконапорный водогазовый эжектор;

8 - диффузор эжектора;

9 - электрокалорифер;

10 - трубопровод смесителя 6;

11 - объем под крышкой люка;

12 - люк;

13 - объем шахты реактора;

14 - помещение для электрооборудования;

15 - стена;

16 - разрывная мембрана;

17 - клапан избыточного давления;

18 - низконапорный водогазовый эжектор;

19 - коллектор эжектирующей линии;

20 - насосы спринклерной системы;

21 - спринклеры;

22 - шайба дросселирующего устройства;

23 - обойма шайбы;

24 - фильтр;

25 - насосная линия спринклерной системы;

26 - теплообменники;

27 - вентили;

28 - цилиндрический участок смесителя эжектора;

29 - конфузорный участок смесителя эжектора.

Установка находится в помещении 1 атомной электростанции, в котором размещена реакторная установка 2 (на схеме показана только часть реактора), и содержит контактный аппарат 3 для каталитического сжигания водорода, соединительный трубопровод 4, трубопровод эжектируемой линии 5, смеситель 6, побудитель циркуляции (в виде высоконапорного водогазового эжектора 7 с диффузором 8), который обеспечивает прокачку парогазовой среды через контактный аппарат 3. В трубопроводе 4 перед контактным аппаратом 3 установлен электрокалорифер 9, предотвращающий попадание на контактный аппарат 3 влаги, которая снижает эффективность его работы. К входному фланцу смесителя 6 присоединен трубопровод 10, с помощью которого из помещения 1 в местах возможного накопления водорода отбирается паровоздушная среда. Отбор среды осуществляется из объема 11 (под крышкой люка 12) и объема 13 шахты реактора, а также из помещения 14, в котором размещается электрооборудование реакторной установки 2 (на фиг. не показано). Это помещение отделено от помещения 1 реакторной установки 2 стеной 15, обеспечивающей биологическую защиту обслуживающего персонала. В ней установлена разрывная мембрана 16, которая в случае аварии разрушается, соединяя помещение 14 с помещением 1. На участке трубопровода 10, расположенном в помещении 14, установлен клапан 17 избыточного давления, который при нормальных условиях эксплуатации препятствует попаданию загрязненного радионуклидами воздуха из помещения 1 по трубопроводу 10 в помещение 14, а при аварийных условиях позволяет осуществлять отсос среды из помещения 14 по трубопроводу 10. К выходному концу смесителя 6, кроме трубопровода 4, присоединен низконапорный водогазовый эжектор 18, который также используется в качестве побудителя циркуляции.

Присоединение к выходу из смесителя 6 двух линий с побудителями циркуляции обеспечивает разделение отобранной из помещения 1 взрывоопасной среды на два потока (после перемешивания ее в смесителе 6).

Эжектор 18 вместе с помещением 1 и смесителем 6 образуют контур перемешивания. Для большей эффективности перемешивания среды вход в смеситель 6 и выход из эжектора 18 располагают в удаленных друг от друга концах помещения 1.

К водогазовым эжекторам 7 и 18 присоединен коллектор 19 эжектирующей линии, который подводит воду от насосов 20.

Напорная линия эжектора 7 соединена со спринклерами 21, через дросселирующее устройство, в качестве которого использована шайба 22, закрепленная в обойме 23, а эжектируемая линия высоконапорного водогазового эжектора 7 соединена с выходом контактного аппарата 3 через фильтр 24. В насосной линии 25 спринклерной системы имеются теплообменники 26, которые могут быть установлены как до насосов 20, так и после них, что обеспечивает устойчивую работу эжекторов 7, 18 и насосов 20. В насосной линии 25 спринклерной системы для управления ею имеются вентили 27.

Установка работает следующим образом.

При аварии с потерей теплоносителя по аварийному сигналу включаются в работу насосы 20 спринклерной системы. Вода от насосов 20 начинает поступать по насосной линии 25 спринклерной системы, через коллектор эжектирующей линии 19 в водогазовые эжекторы 7 и 18. Эжекторы 7, 18 создают разрежение на входе в смеситель 6 и в трубопроводе 10, засасывают в них парогазовую среду из помещений реактора 2. В смесителе 6 отобранная из разных точек парогазовая среда перемешивается и концентрация водорода в ней выравнивается, приближаясь к средней. После чего отобранная среда разделяется на два потока. Один поток с помощью эжектора 7 прокачивается через контактный аппарат 3, где водород сгорает, а образовавшаяся инертная среда очищается на фильтре 24, смешивается с водой, образуя в эжекторе 7 мелкодисперсную пузырьковую смесь, которая через спринклеры 21 распыляется в помещении 1. Другой поток эжектором 18 сразу направляется в помещение 1. Благодаря отбору взрывоопасной среды из разных точек аварийного помещения, перемешиванию ее в смесителе 6 и возврату в помещение 1 через эжектор 18 в наиболее удаленное от точек место отбора, происходит приближение локальных концентраций водорода в аварийном помещении к средней. Благодаря сжиганию водорода в контактном аппарате 3 предотвращается накопление водорода, а затем происходит и снижение его концентрации в помещении. Тем самым обеспечивается взрывобезопасность помещений АЭС в условиях аварии с потерей теплоносителя. Размещение на выходе из контактного аппарата 3 и перед эжектором 7 фильтра 24 повышает степень очистки среды в аварийных помещениях от радионуклидов, причем, благодаря работе калорифера 8 и самого контактного аппарата обеспечивается осушение среды, что поддерживает наиболее эффективную работу фильтра 24.

Размещение в напорной линии эжектора 7 (за диффузором 8) дросселирующего устройства в виде шайбы 22, закрепленной в обойме 23, обеспечивает размещение скачка давления конденсатного потока в пределах диффузора 8, что способствует преобразованию конденсатного потока в мелкодисперсную пузырьковую смесь, которая, проходя через спринклерную систему, эффективно дробится с образованием капель размером менее 100 мкм, тем самым увеличивая их суммарную активную поверхность и повышая эффективность конденсации пара в аварийных помещениях и эффективность его очистки от радионуклидов.

Установка шайбы 22 определенного сечения позволяет подобрать сопротивление выходного тракта установки таким, чтобы скачок уплотнения располагался в наиболее узкой части диффузора 8 эжектора 7, обеспечивая тем самым максимальное давление на входе в спринклерную систему и оптимальные размеры пузырьков воздуха в смеси, что позволяет получить капли на выходе из спринклеров 21 на несколько порядков меньшего диаметра, чем при обычном дроблении потока.

Наряду со стандартной конструкцией эжектора 7 с камерой смешения в виде цилиндрического участка 28 (фиг.2), который завершается диффузором 29, соединенным с напорной линией эжектора, могут использоваться эжекторы с камерой смешения в виде последовательно соединенных цилиндрического участка 28 и конфузора 29, который завершается диффузором 8 (фиг.3), соединенным с напорной линией эжектора, а также эжекторы с камерой смешения в виде конфузора 29 (фиг.4), который завершается диффузором 8, соединенным с напорной линией эжектора. Последние два варианта исполнения эжекторов являются по сравнению с первым дополнительными средствами повышения давления перед спринклерами, причем последний из них имеет меньшие габариты по сравнению с предыдущими.

1. Установка для сжигания водорода на атомной электростанции, содержащая контактный аппарат для каталитического сжигания водорода, входной патрубок которого соединен через смеситель с сетью подающих парогазовую среду трубопроводов, водогазовый эжектор, подсоединенный своей эжектируемой линией к выходному патрубку контактного аппарата для каталитического сжигания водорода, и спринклерную систему, к насосам которой подключена эжектирующая линия, отличающаяся тем, что напорная линия эжектора соединена со спринклерами через дросселирующее устройство.

2. Установка для сжигания водорода на атомной электростанции по п.1, отличающаяся тем, что в качестве дросселирующего устройства установлена обойма с шайбой.

3. Установка для сжигания водорода на атомной электростанции по п.1, отличающаяся тем, что в эжектируемой линии за контактным аппаратом для каталитического сжигания водорода установлен фильтр для очистки среды от радионуклидов.

4. Установка для сжигания водорода на атомной электростанции по п.1, отличающаяся тем, что камера смешения эжектора выполнена в виде цилиндрического участка, который завершается диффузором, соединенным с напорной линией эжектора.

5. Установка для сжигания водорода на атомной электростанции по п.1, отличающаяся тем, что камера смешения эжектора выполнена в виде последовательно соединенных цилиндрического участка и конфузора, которые завершаются диффузором, соединенным с напорной линией эжектора.

6. Установка для сжигания водорода на атомной электростанции по п.1, отличающаяся тем, что камера смешения эжектора выполнена в виде конфузора, который завершается диффузором, соединенным с напорной линией эжектора.

7. Установка для сжигания водорода на атомной электростанции по п.1, отличающаяся тем, что последовательно с насосами спринклерной системы установлены теплообменники.

8. Установка для сжигания водорода на атомной электростанции по п.7, отличающаяся тем, что теплообменники установлены перед насосами спринклерной системы.