Способ поддержания давления в водо-водяном реакторе

Способ поддержания давления в водо-водяном реакторе разработан для использования в области атомной техники. Компенсационный поток воды перед распылением нагревают в нагревателе регулируемой мощности до температуры t_{вых.а.з.}<t_кп<t_s.. Парциальное давление газа в парогазовом объеме при рабочих параметрах реактора ограничивают величиной Рг=(Pp-Рп)·Kmin/K. Обеспечивается повышение безопасности реактора. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области атомной техники, в частности, к водо-водяным ядерным реакторам, снабженным парогазовым компенсатором давления.

Способ поддержания давления в водо-водяном реакторе осуществляется за счет парогазового объема, создаваемого в компенсаторе давления путем нагрева воды в активной зоне реактора, подачи одной части воды с помощью циркуляционного насоса по горячей ветке первого контура в парогенератор, возврата этой части воды по холодной ветке первого контура в активную зону, подачи другой части воды, образующей компенсационный поток, в парогазовый объем по каналу, соединяющему горячую ветку первого контура с парогазовым объемом компенсатора давления, образования пара распылением компенсационного потока воды и загрузкой газа в парогазовый объем, при этом компенсационный поток перед распылением нагревают в нагревателе регулируемой мощности до температуры,

t_{вых.а.з.}<t_кп<t_s,

а парциальное давление газа в парогазовом объеме при рабочих параметрах реактора ограничивают величиной:

Р_Г =(Р_р-Р_п)·К_min/К,

где t_кп - температура компенсационного потока воды на входе в парогазовый объем компенсатора давления;

t_вых.а.з - температура воды на выходе из активной зоны;

t_s - температура кипения при рабочем давлении в реакторе;

Р_p - рабочее давление в реакторе;

Р_п - парциальное давление пара при температуре воды на холодной ветке первого контура;

K_min - постоянная Генри, характеризующая минимальную растворимость газа в воде на холодной ветке первого контура;

К - постоянная Генри, характеризующая растворимость газа в воде компенсатора давления при температуре воды в нем.

Осуществление предложенного способа позволяет создать проектный запас до кипения воды в активной зоне реактора при допустимой концентрации растворенного газа и реализовать газоперенос в реакторную воду, при котором равновесие радиационно-термических реакций, протекающих в воде реактора, устанавливается при низком содержании молекул продуктов разложения воды, что повышает безопасность реактора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ поддержания давления по патенту US №3305450.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение безопасности работы реактора путем создания проектного запаса до кипения воды в активной зоне реактора при допустимой концентрации растворенного в ней газа.

Задача решается за счет того, что давление в водо-водяном реакторе, поддерживаемое за счет парогазового объема, создаваемого в компенсаторе давления при нагреве воды в активной зоне реактора, подаче одной части воды по горячей ветке первого контура в парогенератор и возврате этой части воды по холодной ветке в активную зону, а другой части воды, образующей компенсационный поток, в парогазовый объем компенсатора давления, образованием пара при распылении компенсационного потока воды и загрузкой газа в парогазовый объем, перед распылением компенсационный поток воды нагревают в нагревателе регулируемой мощности до температуры

t_{вых.а.з.}<t_кп<t_s,

а парциальное давление газа в парогазовом объеме при рабочих параметрах реактора ограничивают величиной:

Рг=(Рр-Рп)·Kmin/К, где t_кп - температура компенсационного потока воды на входе в парогазовый объем компенсатора давления;

t_{вых.а.з.} - температура воды на выходе из активной зоны;

t_s - температура кипения при рабочем давлении в реакторе;

Рр - рабочее давление в реакторе;

Рп - парциальное давление пара при температуре воды на холодной ветке первого контура;

Kmin - постоянная Генри, характеризующая минимальную растворимость газа в воде;

К - постоянная Генри, характеризующая растворимость газа в воде компенсатора давления.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показан водо-водяной реактор интегрального типа с встроенным парогазовым компенсатором давления и вынесенным нагревателем регулируемой мощности.

В корпусе 1 ядерного реактора расположены активная зона 2, встроенный компенсатор давления 3, циркуляционный насос 4 с напорной камерой 5, парогенератор 6. Компенсатор давления 3 имеет водяной объем 7 и парогазовый объем 8. Напорная камера 5 циркуляционного насоса 4 каналом 9 соединена через нагреватель регулируемой мощности 10 с распылителем 11, размещенным в парогазовом объеме 8. Нагреватель регулированной мощности 10 вынесен за пределы корпуса, но можно выполнить его и встроенным в корпус 1.

При работе реактора воду нагревают в активной зоне 2 и по кольцевому зазору, образованному компенсатором давления 3 и обечайкой активной зоны, подают с помощью циркуляционного насоса 4 по горячей ветке первого контура в парогенератор 6, затем возвращают в активную зону по холодной ветке первого контура.

Из напорной камеры 5 насоса 4 часть воды, образующей компенсационный поток с максимальной температурой в первом контуре, направляют в нагреватель регулируемой мощности 10, где подогревают до температуры (t_кп) на 5-10°С выше температуры воды на выходе из активной зоны (t_вых.а), не достигая при этом температуры кипения (ts) при давлении в реакторе, и направляют в распылитель 11, размещенный в парогазовом объеме 8 компенсатора давления 3, чем обеспечивают равномерное орошение всего парогазового объема и перемешивание парогазовой среды в нем. Из компенсатора давления 3 через нижнее отверстие воду отводят в контур циркуляции.

Общее давление в парогазовом объеме компенсатора, а следовательно, и рабочее давление в реакторе определяется по закону Дальтона:

Рр=Рп_KD+Рг

при условии равновесной концентрации пара и газа в объеме,

где Рп_KD - парциальное давление пара в КД.

В парогазовый объем 8 компенсатора давления 3 загружают газ, например азот, обеспечивающий парциальное давление газа в парогазовом объеме (Рг) при рабочих параметрах реактора:

Рг=(Pp-Рп)·Kmin/K.

Равновесную концентрацию газа в паре обеспечивают орошением парогазового объема компенсатора давления из распылителя.

Парциальное давление газа в парогазовом объеме принимают близким к величине, при которой концентрация растворенного газа в воде компенсатора (Скд) при температуре воды в компенсаторе давления не превышает растворимость газа на холодной ветке первого контура (Схол). Это условие исключает выделение газа в свободном состоянии на холодных ветках первого контура и обеспечивает надежную работу оборудования.

Орошение обуславливает максимальный перенос газа из парогазового объема компенсатора давления в реакторную воду, высокую концентрацию газа в ней и эффективное подавление радиолиза.

В виде формул это условие можно записать следующим образом.

Концентрация растворенного газа в воде компенсатора давления определяется по закону Генри:

Скд=К·Рг.

Максимальная концентрация растворенного газа в воде на холодных ветках первого контура:

Схол=Kmin·(Рр-Рп).

Из принятого условия Скд≤Схол получаем значение парциального давления газа в парогазовом объеме компенсатора давления при рабочих параметрах:

Рг=(Рр-Рп)·Kmin/К.

Из этого следует, что допустимое значение парциального давления газа в парогазовом объеме компенсатора давления при параметрах водо-водяных реакторов невелико и для обеспечения проектного запаса до кипения воды в активной зоне может быть недостаточным, если в распылитель компенсатора давления подавать воду с температурой выхода из активной зоны (как это реализовано в прототипе).

Следовательно, для повышения общего давления в реакторе и запаса до кипения в активной зоне при ограниченном парциальном давлении газа в компенсаторе давления необходимо повысить парциальное давление пара. Это осуществляют за счет того, что компенсационный поток воды перед распылением нагревают в нагревателе регулируемой мощности. Воду в нагревателе нагревают выше температуры воды на выходе из активной зоны, не превышая температуры кипения при общем давлении в реакторе, т.к. в случае кипения может установиться нестационарное (пульсирующее) течение пароводяной среды в канале.

Регулирование мощности нагревателя позволяет получить температуру компенсационного потока воды, необходимую для создания рабочего давления в реакторе и обеспечения проектного запаса до кипения. Предложенное значение парциального давления газа в парогазовом объеме компенсатора давления, равновесное распределение которого в паре достигается орошением из распылителя, обеспечивает высокую концентрацию растворенного газа в реакторной воде, но не превышающую (по условиям выделения его в свободном состоянии на холодных ветках первого контура) величину. При этой концентрации растворенного газа равновесие радиационно-термических реакций, протекающих в воде реактора, устанавливается при низком содержании молекул продуктов разложения воды (кислорода и водорода), что повышает безопасность реактора.

Осуществление предложенного способа позволяет повысить безопасность работы реактора.

Способ поддержания давления в водо-водяном реакторе за счет парогазового объема, создаваемого в компенсаторе давления путем нагрева воды в активной зоне реактора, подачи одной части воды с помощью циркуляционного насоса по горячей ветке первого контура в парогенератор, возврата этой части воды по холодной ветке первого контура в активную зону, подачи другой части воды, образующей компенсационный поток, в парогазовый объем по каналу, соединяющему горячую ветку первого контура с парогазовым объемом компенсатора давления, образования пара распылением компенсационного потока воды и загрузкой газа в парогазовый объем, отличающийся тем, что компенсационный поток воды перед распылением нагревают в нагревателе регулируемой мощности до температуры

t_{вых.а.з.}<t_кп<t_s,

а парциальное давление газа в парогазовом объеме при рабочих параметрах реактора ограничивают величиной

Рг=(Pp-Рп)·Kmin/K,

где t_кп - температура воды компенсационного потока на входе в парогазовый объем компенсатора давления;

t_{вых.а.з.} - температура воды на выходе из активной зоны;

t_s - температура кипения воды при рабочем давлении в реакторе;

Рр - рабочее давление в реакторе;

Kmin - постоянная Генри, характеризующая минимальную растворимость газа в воде на холодном участке первого контура;

К - постоянная Генри, характеризующая растворимость газа в воде компенсатора давления при температуре воды в нем;

Рп - парциальное давление пара при температуре воды на холодном участке первого контура.