Способ сброса давления атомной электростанции, система сброса давления для атомной электростанции, а также соответствующая атомная электростанция
Изобретение относится к способу и устройству для сброса давления атомной электростанции (2), содержащей защитную оболочку (4) для вмещения носителей радиоактивности и выпуск (10, 10') для сбросного потока. Поток направляется с помощью сбросного трубопровода (12, 12'), снабженного фильтрационной системой, из защитной оболочки (4) в атмосферу. Фильтрационная система содержит фильтрационную камеру (16) с сорбционным фильтром (18). Сбросный поток сначала направляется в участок (70) высокого давления, затем подвергается уменьшению давления в дроссельном приспособлении (72), затем по меньшей мере частично направляется через фильтрационную камеру (16) с сорбционным фильтром (18) и, наконец, выпускается в атмосферу. Сбросный поток, в котором с помощью дроссельного приспособления (72) снижено давление, непосредственно перед его вхождением в фильтрационную камеру (16) направляют через участок (80) перегрева. Технический результат - эффективное удержание носителей радиоактивности, содержащихся в сбросном потоке, в частности йодосодержащих органических соединений. 3 н. и 33 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к способу сброса давления атомной электростанции, содержащей защитную оболочку для вмещения носителей радиоактивности и выпуск для сбросного потока, при этом сбросный поток направляется с помощью сбросного трубопровода, снабженного фильтрационной системой, из защитной оболочки в атмосферу, при этом фильтрационная система содержит фильтрационную камеру с впуском фильтрационной камеры, выпуском фильтрационной камеры и сорбционным фильтром, расположенным между ними, и при этом сбросный поток
- сначала направляется на участок высокого давления,
- затем за счет расширения подвергается уменьшению давления в дроссельном приспособлении,
- затем по меньшей мере частично направляется через фильтрационную камеру с сорбционным фильтром и
- наконец, выпускается в атмосферу.
Кроме того, изобретение относится к соответствующей системе сброса давления для атомной электростанции, содержащей защитную оболочку для вмещения носителей радиоактивности и выпуск для сбросного потока, при этом с выпуском соединен сбросный трубопровод, снабженный фильтрационной системой, при этом фильтрационная система содержит фильтрационную камеру с впуском фильтрационной камеры, выпуском фильтрационной камеры и сорбционным фильтром, расположенным между ними и при этом
- сбросный трубопровод содержит участок высокого давления,
- на конце участка высокого давления к сбросному трубопроводу подсоединено дроссельное приспособление,
- сбросный трубопровод по потоку ниже дроссельного приспособления входит во впуск фильтрационной камеры и
- выпуск фильтрационной камеры соединен с выходным отверстием, ведущим в атмосферу.
Изобретение относится также к атомной электростанции, содержащей такую систему сброса давления.
Для удерживания радиоактивных газов или паров, возникающих при аварийных состояниях, в частности в маловероятном случае расплавления активной зоны, атомные электростанции обычно окружены сравнительно массивной, герметично закрытой относительно атмосферы защитной оболочкой из бетона, железобетона или стали, которая называется также противоаварийной оболочкой реактора. Обычно такие защитные оболочки предназначены для выдерживания также высоких внутренних давлений, которые могут возникать, например, при взрыве гремучего газа или при массивном выходе пара охлаждающего средства из контура циркуляции охлаждающего средства.
Однако исследования параметров защитных оболочек при значительно повышенных аварийных давлениях показали, что в неблагоприятной ситуации в результате возникновения мест утечки возможно существенное выделение в окружающую среду сравнительно сильно зараженной атмосферы. Для минимизации таких нефильтруемых утечек весьма предпочтительно, когда можно осуществлять максимальный сброс давления вплоть до небольшого избыточного давления или даже до давления окружающей среды. Это имеет чрезвычайно важное значение, в частности, для защитных оболочек, таких как, например, бетонные защитные оболочки, в конструкции которых во время таких фаз избыточного давления вероятно образование трещин, или в чувствительных зонах уплотнения, таких как шлюзы и подобное.
Поэтому в многочисленных атомных электростанциях уже установлены различные системы для ограничения избыточного давления и (фильтрованного) сброса давления защитной оболочки в аварийной ситуации. Эти приспособления обеспечивают возможность удерживания аэрозолей и частично также элементарного йода. Эффективное удерживание органического йода из этого сбросного потока в пассивном режиме без подвода внешней энергии до настоящего времени является невозможным. Однако последние результаты исследования причин возникновения аварий показывают, что во время таких происшествий, в частности, испускаемая доля органического йода может существенно увеличивать дозу облучения населения и тем самым является фактором риска. Под органическим йодом в рамках данной заявки понимается, в частности, йод в виде органических соединений с небольшим количеством атомов углерода, такие как метилйодид и так далее.
Например, в упомянутом выше способе согласно международной заявке WO 90/16071 и в соответствующем аппаратном устройстве находящийся под сравнительно высоким давлением сбросный поток, выходящий по сбросному трубопроводу из защитной оболочки, после снятия давления и сушки расширением направляется с помощью дроссельного клапана, обозначаемого также дросселем, через фильтрационную камеру с сорбционным фильтром. Такие сорбционные фильтры обозначаются также молекулярными ситами и за счет сорбции сравнительно хорошо удерживают элементарный йод в сбросном потоке, если условия эксплуатации выбраны так, что в молекулярном сите не происходит конденсации сбросного потока. При работе во влажных условиях может происходить разрушение или необратимое закупоривание чувствительных поверхностей фильтра.
Для предотвращения этого согласно WO 90/16071 достаточно высокая рабочая температура йодосорбционного фильтра, в частности, содержащего слой нитрата серебра, обеспечивается за счет того, что сравнительно теплый сбросный поток направляется в участок высокого давления сбросного трубопровода, то есть по потоку выше дросселя, в обход фильтрационной камеры (или же через нагревательные трубы через отдельные элементы фильтра) и при этом нагревается за счет переноса тепла. Устройство можно комбинировать с предвключенными грубыми и тонкими фильтрами, ситом из металлического волокна для удаления влаги из газа и дополнительно со свободно выдувающим скруббером Вентури. Достигаемая удаленность от точки росы сбросного потока на участке низкого давления задается по существу (теоретической) температурой дросселя и составляет в данном случае за счет конструкции лишь 5°С. Удерживание органического йода, как уже указывалось выше, в соответствии с последними исследованиями является неудовлетворительным, во всяком случае при приемлемом с экономической точки зрения режиме эксплуатации, в котором не используется сторонняя энергия.
Кроме того, особенно в фазах отключения (без прохождения потока) за счет радиоактивного распада возникают значительные количества остаточного тепла. Это может приводить к релевантному нагреванию молекулярного сита, при этом уже при рабочей температуре, составляющей примерно 210°С, может происходить разрушение микрокристаллов за счет плавления покрытия из нитрата серебра, и таким образом уменьшается эффективность фильтрации и происходит выделение радиоактивности.
Процесс сброса давления в защитной оболочке посредством фильтрованного выпуска газа, находящегося под избыточным давлением, или пара в атмосферу называется также вентиляцией. В соответствии с этим сбросный поток также называется потоком вентиляционного газа или подобным.
По конструкции и возможным выбросам радиоактивности работающие в настоящее время установки значительно отличаются от новых реакторов третьего поколения (GEN3), поскольку в последних уже в конструкции учтено расплавление активной зоны. Уже модернизированные устройства, такие как, например, промыватели или комбинации фильтров с песчаными слоями, сами по себе не решают задачу по удержанию органического йода и желательного максимального сброса давления, в частности, из-за высоких требуемых давлений в промывателях и из-за небольших реакционных поверхностей для массообмена в жидкой фазе, а также очень небольшой эффективности фильтрации йода в слоях песка или молекулярных ситах во влажном режиме. Усовершенствование этих устройств также в уже существующих установках имеет существенное значение для достижения более высокого стандарта безопасности этих атомных электростанций.
Количественное улучшение отфильтровывания радиоактивности обусловленной переносимыми воздухом аэрозолями и йодом позволило бы значительно уменьшить стоимость установок третьего поколения, поскольку неудерживаемая радиоактивность инертных газов подвергается распаду в течение нескольких дней и тем самым обеспечивается возможность среднесрочного сброса давления без релевантных утечек. Это обеспечивает возможность более простой конструкции защитной оболочки и соответствующих систем безопасности и, как следствие, значительного уменьшения стоимости.
Поэтому в основу данного изобретения положена задача создания способа сброса давления атомной электростанции выше упомянутого рода, который предназначен для особенно эффективного удерживания носителей радиоактивности, содержащихся в сбросном потоке, в частности органических соединений, содержащих йод. Кроме того, должна быть создана система сброса давления для атомной электростанции, предназначенная для осуществления способа.
Относительно способа эта задача решена согласно пункту 1 формулы изобретения тем, что сбросный поток, в котором с помощью дроссельного приспособления уменьшено давление, непосредственно перед его вхождением в фильтрационную камеру направляют через участок перегрева, в котором он с помощью непосредственного или опосредованного переноса тепла на участке высокого давления нагревается от недросселированного сбросного потока до температуры, которая по меньшей мере на 10°С, предпочтительно 20-50°С превышает имеющуюся там температуру точки росы.
Неожиданным образом было установлено, что при сбросе давления в защитной оболочке сильную радиоактивность газового потока можно с высокой степенью эффективности удерживать с помощью включенного после дросселя, особенно эффективного пассивно-регенеративного перегрева газа за счет переноса тепла из зоны излишнего давления в атмосферную зону и за счет последующей сорбционной фильтрации. Как более подробно поясняется ниже, при этом перегрев сбросного потока, в котором снижено давление, на участке низкого давления может происходить, с одной стороны, за счет прямого переноса тепла от участка высокого давления сбросного трубопровода с помощью вентиляционного газа в качестве носителя тепла нагревания (первый основной вариант: «сухое» нагревание). С другой стороны, может происходить опосредованный, многоступенчатый перенос тепла через контур циркуляции промывочной жидкости влажного фильтра/промывателя, включенного по потоку на участке высокого давления, с промывочной жидкостью в качестве промежуточного носителя тепла нагревания, который в свою очередь нагревается в промывочном резервуаре с помощью вентиляционного газа (второй основной вариант: жидкостное нагревание). Оба варианта можно также комбинировать друг с другом.
Дроссель, обозначаемый также дроссельным клапаном или расширительным клапаном, вызывает первую сушку сбросного потока вследствие расширения, при этом теоретическая температура дросселя может быть также значительно понижена за счет еще имеющейся влажности газа и неидеального дросселирования в зависимости от рабочей фазы. Затем на участке перегрева, включенном после дросселя, происходит, максимально независимо от эффективности сушки расширением, окончательный перегрев сбросного потока, за счет которого надежно предотвращается конденсация в зоне чувствительного к влажности йодосорбционного фильтра даже при неблагоприятных рабочих условиях.
За счет эффективного использования избытка тепла, имеющегося на участке высокого давления, для предварительного нагревания фильтрационной камеры, с одной стороны, и для непосредственного нагревания сбросного потока, в котором уменьшено давление, непосредственно перед его входом в фильтрационную камеру, с другой стороны, можно в соответствии с принципом регенеративной рекуперации тепла с нагреванием собственной средой отказаться от использования сторонней энергии, например, в виде электрического нагревательного устройства. Таким образом, способ является не только высоко эффективным, но также особенно энергоэффективным.
Предпочтительно сбросный поток на участке перегрева нагревается до температуры, которая при аварийных состояниях конструкции превышает по меньшей мере на 10°С, предпочтительно на 20-50°С имеющуюся там температуру точки росы. Точкой росы или температурой точки росы называется температура, при которой в сбросном потоке устанавливается состояние равновесия между конденсирующейся и испаряющейся водой, другими словами, при которой как раз начинается образование конденсата. Как было неожиданно установлено, при превышении точки росы больше чем на 10°С, предпочтительно больше чем 20°С даже при лишь частично очищенном, содержащем много пара сбросном потоке скачкообразно увеличивается коэффициент отделения органического йода, в частности при применении не растворимых в воде серебряных покрытий, и достигает, например, в случае таких сорбционных материалов на основе цеолита обычно значения вплоть до 99,99%.
Хотя для высокоэффективного молекулярного сита с (растворимым в воде) покрытием в виде нитрата серебра, при известных условиях уже был бы достаточен меньший перегрев, составляющий, например, 5°С выше точки росы, для эффективного удерживания органического йода с высокой степенью удерживания. Однако было установлено, что такой процесс в известных из уровня техники установках сильно зависит от максимального достижения теоретической температуры дросселя и от предотвращения любой остаточной влажности в газе, которые значительно минимизируют перегрев. С учетом этих новых сведений, установка обычной конструкции, такая как, например, известная из указанного выше документа WO 90/16071, с присущими ей небольшими перегревами, не может работать эффективно и надежно. Устранить недостатки данной заявки представляется возможным лишь благодаря решению согласно изобретению.
Предпочтительно указанное превышение температуры по меньшей мере на 20°С, особенно предпочтительно по меньшей мере на 50°С выше температуры точки росы достигается в режиме полной нагрузки системы сброса давления. Под этим следует понимать начальный режим сброса давления после аварийного отказа конструкции, когда давление внутри защитной оболочки является максимальным и обычно в зависимости от типа реактора и защитной оболочки составляет примерно 3-8 бар. При этом массовые потоки вентиляционного газа обычно достигают примерно 3-10 кг/с. Температура точки росы в зоне сорбционного фильтра обычно составляет в этом случае в зависимости от паросодержания примерно 80-100°С, так что температура вентиляционного газа после осуществленного перегрева при входе в сорбционный фильтр предпочтительно составляет примерно 100-170°С. В режиме частичной нагрузки, когда массовые потоки вентиляционного газа составляют примерно 25% от соответствующих значений в режиме полной нагрузки, превышение температуры предпочтительно все еще составляет по меньшей мере 10°С.
При этом сорбционную фильтрацию йода можно особенно эффективно и компактно осуществлять со скользящим перегревом и инверсной продолжительностью пребывания (короткая продолжительность выдерживания пребывания при высоком перегреве и длительная продолжительность пребывания при небольшом перегреве) почти до атмосферного давления без вспомогательной энергии. При этом в случае высокого давления в защитной оболочке после дросселирования образуется большой объемный поток и, несмотря на увеличивающуюся продолжительность пребывания в сорбционном фильтре, на основании высокого перегрева на сорбенте, достигаются оптимальные условия реакции при одновременно повышенной диффузии. При небольшом давлении в защитной оболочке, например, четверти от начального максимального давления, составляющего, например, 5 бар, после дросселирования почти до атмосферного давления образуется небольшой объемный поток с уменьшенным перегревом газа, однако на основании почти (в четыре раза) более длительной продолжительности пребывания в сорбционном фильтре, несмотря на неблагоприятные условия сорбции, также обеспечивается эффективная сорбция йода. За счет этого эффективная сорбционная фильтрация возможна также вплоть до полного сброса давления и при температурах защитной оболочки, составляющих лишь 50-100°С, в результате еще больше увеличивающейся продолжительности пребывания в сорбционном фильтре.
В первом основном варианте выполнения способа сбросный поток направляют на участке высокого давления по меньшей мере частично в обход фильтрационной камеры, и при этом она нагревается с помощью квазинепосредственного переноса тепла горячего вентиляционного газа (сухой вариант). То есть участок высокого давления сбросного трубопровода по меньшей мере на частичном участке проходит в обход фильтрационной камеры и через поверхности теплообменника термически соединен с фильтрационной камерой, так что фильтрационная камера нагревается с помощью сбросного потока, сравнительно горячего на участке высокого давления.
В особенно предпочтительном варианте выполнения сбросный поток на участке высокого давления перед прохождением в обход фильтрационной камеры направляется через содержащий промывочную жидкость промывочный резервуар (скруббер), предпочтительно с входными соплами типа промывочных сопел Вентури. Это значит, что промывочный резервуар включен по потоку выше фильтрационной камерой, омываемой сбросным потоком, на участке высокого давления сбросного трубопровода. Промывочный резервуар обеспечивает эффективную тонкую фильтрацию содержащихся в сбросном потоке аэрозолей, предпочтительно с коэффициентом полезного действия более 99%, с целью уменьшения в случае аварии обычно имеющейся в защитной оболочке концентрации аэрозоля до нескольких г/м3, в некритичной зоне предпочтительно до нескольких мг/м3. За счет эффективной влажной фильтрации аэрозолей предотвращаются соответствующие осаждения на включенных ниже по потоку поверхностях теплообменника. Тем самым удается обеспечивать эффективный и постоянно высокий переход тепла для перегрева сбросного потока, давление которого уменьшают в дросселе, и для нагревания сорбционного фильтра.
При этом входные сопла, через которые сбросный поток проходит в промывочный резервуар, предпочтительно работают по принципу инжекции Вентури: проходящий через место сужения (горловину) сопловой трубы газовый поток увлекает промывочную жидкость, находящуюся в окружающем промывочном резервуаре, через входное отверстие, расположенное в месте сужения, и выполненное, например, в виде кольцевой прорези, так что происходит особенно интенсивное смешивание газового потока с всасываемыми, соответственно, увлекаемыми капельками промывочной жидкости в виде (тончайшего) тумана. При этом находящиеся в газовом потоке частицы аэрозоля и другие частицы оседают на капельках промывочной жидкости. После выхода из сопла промывочная жидкость и газовый поток снова разделяются, прежде всего в результате действия силы тяжести, и тем самым очищенный и освобожденный от аэрозолей газовый поток покидает промывочный резервуар через соответствующий выходной газопровод, ведущий к включенному ниже по потоку блоку из теплообменника и сорбционного фильтра. Для этого выходной газопровод целесообразно подключен к промывочному резервуару выше так называемой сборной зоны, то есть выше уровня промывочной жидкости, поддерживаемого при эксплуатации и выше зоны выброса и сепарации.
В качестве альтернативного решения или дополнительно, естественно, могут быть также предусмотрены обычные, направленные или погруженные в промывочную жидкость входные сопла. Кроме того, в сборной зоне промывочного резервуара могут быть расположены соответствующие гидронасадки, завихрители, смесители, уплотнители и подобное, которые увеличивают необходимую для (временного) смешивания вентиляционного газа и промывочной жидкости, соответственно, внутреннюю поверхность между ними.
Предпочтительно входные сопла, а также сбросный трубопровод по потоку перед входными соплами выполнены так и имеют такие размеры, что сбросный поток направляется со скоростью потока более 100 м/с через входные сопла в промывочный резервуар. В случае высокоскоростного осаждения с помощью трубок Вентури такие скорости должны достигаться, в частности, в местах сужения трубок Вентури, в которых находятся входные отверстия для промывочной жидкости.
Предпочтительно промывочная жидкость в промывочном резервуаре химически обрабатывается за счет добавки щелочи, предпочтительно раствора едкого натра, и/или тиосульфата натрия, предпочтительно в виде водного раствора тиосульфата натрия. За счет этого достигается соответствующее увеличение удерживания радиоактивностей, содержащихся в потоке вентиляционного газа, прежде всего элементарного йода. Для этой цели промывочный резервуар снабжен соответствующими дозировочными приспособлениями и инжекторами, посредством которых можно при необходимости добавлять также другие химикалии.
Кроме того, в промывочную жидкость предпочтительно подмешивается усилитель поверхностной реакции, в частности, в виде аминов, который способствует отложению/связыванию находящихся в вентиляционном потоке аэрозолей в/на промывочной жидкости.
С целью дальнейшего уменьшения содержания аэрозолей в сбросном потоке перед прохождением поверхностей теплообменника между промывочным резервуаром и блоком из теплообменника и сорбционного фильтра могут быть подсоединены еще и другие фильтрационные элементы на участке высокого давления сбросного трубопровода, в частности, фильтры с металлическим волокном или свечевые фильтры, функционирующие в качестве фильтров тонкой очистки. Такие фильтрационные элементы могут быть также конструктивно интегрированы в промывочный резервуар и в этом случае расположены над сборной зоной. Если такие фильтры предназначены для (предпочтительного) сухого режима работы, то перед ними целесообразно включены отделители жидкости, соответственно, сепараторы для удаления влаги из газового потока.
В альтернативном варианте выполнения способа сбросный поток удаляется из конденсационной камеры реактора, в частности реактора с кипящей водой, и направляется без промежуточного включения (внешнего) промывочного резервуара в обход фильтрационной камеры и/или участка перегрева для их нагревания. То есть в конструктивном отношении сбросный трубопровод на стороне входа соединен с конденсационной камерой.
Под конденсационной камерой в этой связи понимается обычно частичное пространство, отделенное газонепроницаемой перегородкой от остального внутреннего пространства защитной оболочки (так называемой напорной камеры) и частично заполненное жидкостью (конденсатом), которое через погруженную в жидкость перепускную трубу, называемую конденсационной трубой, соединено с остальным внутренним пространством защитной оболочки. При этом при нормальной работе атомного реактора перепускная труба закрыта жидкостной пробкой. При аварии, сопровождающейся высоким уровнем выделением пара, а также неконденсируемых газов и соответствующим повышением давления в напорной камере, смесь газа и пара может входить через перепускную трубу в конденсационную камеру, при этом паровая фаза большей частью конденсируется. Неконденсированные части собираются над уровнем жидкости в конденсационной камере и выводятся в качестве сбросного потока из конденсационной камеры и защитной оболочки согласно данному варианту выполнения изобретения по сбросному трубопроводу.
Понятие «конденсационная камера» должно в этой связи охватывать также другие сборники конденсата аналогичного принципа действия, например, системы конденсационных желобов водо-водяных энергетических реакторов российского или другого производства.
Поскольку сама конденсационная камера функционирует определенным образом в качестве промывателя и аэрозольного фильтра для сбросного потока, в предпочтительном варианте выполнения можно поэтому отказаться от отдельного промывочного резервуара указанного выше типа, расположенного снаружи защитной оболочки.
Расположение регенеративного теплообменника, образующего участок перегрева, и фильтрационной камеры с сорбционным фильтром осуществляется для хорошей передачи тепла предпочтительно в непосредственной близости на расстоянии менее 5 м или целесообразно интегрированно внутри компонента. При этом комбинация может быть расположена внутри напорного резервуара в различных камерах с целью минимизации потерь тепла и уменьшения затрат, а также для обеспечения оптимальных условий перегрева и реакции.
Предпочтительно в указанном выше первом основном варианте способа сорбционный фильтр размещают в кольцевой камере, окружающей центральную камеру, с уже интегрированным газовым обогревом с помощью труб теплообменника. Кольцевая камера имеет, например, сита из металлического листа в виде перфорированной трубы с сорбентом. Удерживание истираемого сорбента с помощью волоконного фильтра может осуществляться ниже по потоку от сорбционного фильтра. В качестве альтернативного решения может быть предусмотрена максимально свободная от давления плоская конструкция фильтрационной камеры с промежуточно включенными элементами регенеративного теплообменника. При этом возможна модульная конструкция за счет стыковки нескольких модулей. Нагревание сорбционного блока происходит в данном случае непосредственно перед прохождением; целесообразно, фильтрационные камеры еще частично нагреваются снаружи с помощью среды.
В особенно предпочтительном варианте выполнения сбросный поток по меньшей мере частично направляется через центральную камеру, которая окружена фильтрационной камерой или граничит с ней, при этом сравнительно сильно сжатый сбросный поток на участке высокого давления направляется через расположенные в центральной камере или вдающиеся внутрь нее элементы теплообменника, в частности трубы теплообменника, и при этом имеющий сравнительно большой объем сбросный поток, в котором снижено давление, на участке перегрева направляется снаружи в обход элементов теплообменника через центральную камеру. То есть по потоку выше дросселя горячий сбросный поток (возможно, также лишь его частичный поток), еще находящийся под высоким давлением, отдает существенную часть своего тепла наружу в направляемый вокруг труб теплообменника сбросный поток, в котором уже снижено давление, и тем самым опосредованно в расположенную еще дальше фильтрационную камеру для предварительного нагревания элементов сорбционного фильтра.
В конструктивном отношении это означает, что фильтрационная камера целесообразно окружает центральную камеру или граничит с ней, при этом один или несколько пропускающих поток элементов теплообменника расположены в центральной камере или вдаются внутрь нее и при этом направление потока в сбросном трубопроводе осуществляется так, что сбросный поток на участке высокого давления направляется через элементы теплообменника, а на участке перегрева снаружи в обход элементов теплообменника через центральную камеру. Целесообразно, при этом предусмотрено одно или несколько проходных отверстий между центральной камерой и фильтрационной камерой, которые образуют вход фильтрационной камеры.
Для особенно эффективной передачи тепла элементы теплообменника предпочтительно выполнены в виде труб теплообменника и целесообразно на своей наружной стороне снабжены окружными или проходящими в продольном направлении ребрами или выступами, которые расположены на одинаковых расстояниях. Также на внутренней стороне труб теплообменника могут быть предусмотрены соответствующие структуры или насадки для образования турбулентности или для создания вихревого потока.
Предпочтительно сбросный поток на участке перегрева направляется в противотоке или перекрестном противотоке относительно сбросного потока на участке высокого давления. Конструктивно это, например, означает, что трубы теплообменника, образующие участок перегрева, расположены в центральной камере или вдаются внутрь нее с соответствующей ориентацией, например, в виде по существу вертикальных труб или в виде зигзагообразно изогнутых труб.
За счет выполнения нагревательных поверхностей в виде отталкивающих грязь гладких поверхностей с устойчивыми к облучению покрытиями или гладкими поверхностями из нержавеющей стали или же в виде дополнительно обработанных, например полированных, электрополированных, и за счет интеграции систем распределения конденсата в зоне теплообменника, таких как, например, донные системы или системы желобов и/или системы разбрызгивания, обеспечивается постоянно эффективный переход тепла.
Для еще более интенсивного предварительного нагревания можно через дополнительное теплообменное устройство (трубы или кольцевую камеру) удалять частичный поток сбросного потока высокого давления из сбросного трубопровода, в частности, еще перед промывочным резервуаром, и направлять для нагревания непосредственно через сорбционный фильтр или предвключенную зону. За счет этого достигается, в частности, в ситуациях с значительно перегретой атмосферой защитной оболочки, дальнейшее повышение рабочей температуры на сорбенте и дополнительное улучшение удерживания органического йода.
Предпочтительно на участке высокого давления скорость потока устанавливается в диапазоне от 10 м/с до 50 м/с. На участке перегрева скорость потока предпочтительно устанавливается в диапазоне от 10 м/с до 70 м/с. Свободное проточное поперечное сечение дросселя целесообразно устанавливается так, что давление на участке высокого давления в 2-5 раз превышает давление на участке перегрева. В частности, за счет этого при наличии промывочного устройства (Вентури) на участке высокого давления влажная фильтрация сбросного потока, проводимая там при давлении от примерно 7 бар до 1 бар, предпочтительно осуществляется при давлении, в 2-5 раз превышающем давление молекулярного сита в сорбционном фильтре, которое находится примерно на уровне атмосферного давления.
Как уже указывалось выше, содержащий аэрозоли вентиляционный газ на участке высокого давления предпочтительно направляется через трубы теплообменника, которые расположены в каналообразном пространстве (центральной камеры) для создания высоких скоростей, в частности, свыше 10 м/с. Элементы переноса тепла (ребра) на стороне контакта трубы с газом предпочтительно выполнены на расстоянии более 1 мм, особенно предпочтительно более 5 мм и предпочтительно с вертикальной ориентацией. За счет выбора поверхности обмена большого размера на стороне контакта аэрозоля с газом с дополнительным резервом нагревательной поверхности свыше 100%, особенно предпочтительно для устойчивой и надежной работы свыше 500% (относительно значения без образования примесей), обеспечивается надежная работа. При этом в блоке теплообменника может целенаправленно осуществляться дополнительно частичная фильтрация аэрозолей и йода.
Возможность направления газа, содержащего аэрозоли, через трубы теплообменника обеспечивается при выполнении теплообменника с гладкими трубами и при особенно высоких скоростях потока, например от более 10 м/с до 50 м/с, так что можно предотвращать образование соответствующих отложений в трубах. На имеющей сниженное давление атмосферной стороне во время фаз максимального расхода также устанавливаются очень высокие скорости потока газа от более 10 м/с до 70 м/с, так что достигаются высокие значения переноса тепла и обеспечивается возможность очень компактного выполнения компонентов.
Высокоскоростная регенеративная рекуперация тепла может осуществляться предпочтительно при выполнении теплообменника в соответствии с принципом противотока или перекрестного противотока в виде теплообменника, оребренного или пластинчатого теплообменника. Для достижения эффективного переноса тепла в случаях с небольшой пропускной способностью, в трубах или на трубах для создания условий турбулентного и/или с завихрением потока предпочтительно предусмотрены соответствующие вставки или структурированные поверхности труб (ребра и так далее). При этом удается достигнуть коэффициента рекуперации тепла больше 0,5 при высоком давлении в защитной оболочке и высокой пропускной способности, который затем может увеличиваться до 0,8 при меньшем давлении в защитной оболочке и меньшей пропускной способности с помощью очень компактных блоков.
Целесообразно, центральная камера блока теплообменника и сорбционного фильтра соединена в зоне дна со сборным резервуаром, предназначенным для сбора образующегося во время работы конденсата. За счет впрыскивания или добавления гидроксида натрия, соответственно, раствора едкого натра (NaOH) или тиосульфата натрия (Na2S2O3) и/или пероксида кальция (CaO2) в конденсат, например, в зоне сборного резервуара, предназначенного для сбора конденсата, или посредством распыления в центральную камеру, может дополнительно происходить повышение сепарации йода на участке низкого давления регенеративного теплообменника. Кроме того, тем самым можно улучшать фильтрацию, соответственно, задерживать газы, содержащие хлор.
В особенно предпочтительном варианте выполнения системы сброса давления, внутри защитной оболочки, в качестве альтернативного решения или дополнительно также снаружи защитной оболочки, расположен фильтр предварительной очистки (сухой фильтр предварительной очистки), предназначенный для грубой фильтрации аэрозолей сбросного потока. Предпочтительно параллельно фильтру предварительной очистки включен байпасный трубопровод, выполненный с возможностью закрывания с помощью регулируемого клапана, так что сбросный поток может при необходимости частично или полностью в обход фильтра предварительной очистки направляться из защитной оболочки в находящуюся снаружи фильтрационную систему.
Таким образом, при вентилировании защитной оболочки можно направлять сильно радиоактивный газовый поток также через фильтр предварительной очистки, в котором, например, с помощью металлических свечевых фильтров глубокой фильтрации или фильтров с металлическими волокнами происходит максимальная фильтрация грубых аэрозолей с диаметром более 1 мкм (коэффициент удерживания предпочтительно больше 90%) и частичная фильтрация в количественном отношении меньших частиц тонких аэрозолей с диаметрами частиц меньше 1 мкм (коэффициент удерживания предпочтительно больше 50%). Предварительная фильтрация предпочтительно осуществляется при давлении, в 2-5 раз более высоком, чем давление в сорбционном фильтре (давление молекулярного сита), в диапазоне давления, например, от 7 до 1 бар.
Для ограничения возможных потерь давления в фильтре предварительной очистки и для установки сравнительно высоких входных скоростей, в частности при наличии последовательно включенного промывочного устройства (Вентури), на входных соплах, например соплах Вентури, предусмотрен при необходимости байпасный режим в обход фильтра предварительной очистки. Открывание байпаса происходит предпочтительно автоматически и пассивно (то есть без использования сторонней энергии), за счет интегрирования устройства, ограничивающего избыточное давление, такого как, например, предохранительная мембрана или перепускное клапанное устройство, нагруженное пружиной. Механизм открывания может быть установлен, например, таким образом, что байпасный трубопровод открывается, когда потеря давления на фильтре предварительной очистки превышает значение больше 0,5 бар. За счет того, что на начальной фазе аварии, когда имеется высокая концентрация аэрозолей, происходит удерживание подавляющего количества аэрозолей, осуществляемого в случае закрытого байпасного трубопровода с помощью фильтра предварительной очистки, затем на более поздней фазе аварии при открытом байпасном трубопроводе может обеспечиваться возможность эффективной работы регенеративного теплообменника и без фильтра предварительной очистки.
Предпочтительно размеры соответствующих компонентов установки и рабочие параметры в режиме сброса давления выбираются так, что потеря давления, вызываемая за счет возможно имеющегося фильтра предварительной очистки и регенеративного теплообменника, на участке высокого давления составляет в целом меньше 30% от допустимой общей потери давления до выпуска в атмосферу, с целью обеспечения высокого уровня температуры для регенеративного нагревания.
В предпочтительном варианте выполнения для нагревания сбросного потока в сбросном трубопроводе предусмотрено дополнительное нагревательное устройство, в частности электрическое нагревательное устройство или работающее с помощью технологического газа из другой установки нагревательное устройство, которое целесообразно можно устанавливать, соответственно, регулировать независимо от рабочих условий в регенеративном теплообменнике и на участке перегрева. Это нагревательное устройство может быть расположено, например, по потоку ниже дросселя. В качестве альтернативного решения или дополнительно, такие нагревательные элементы могут быть также расположены по потоку выше дросселя. Предпочтительным является, например, расположение в промывочном резервуаре (если оно имеется), например, в сборнике для промывочной жидкости или выше, например, в зоне выброса или в зоне возможно имеющихся сепараторов/дополнительных фильтров.
Такое дополнительное нагревание сбросного потока можно осуществлять также с помощью второго накопителя тепла, предварительно нагретого с помощью сбросного потока или с помощью отдельных вспомогательных источников энергии. Эти устройства можно также использовать для перехода из пускового режима на аварийное питание.
В другом целесообразном варианте выполнения между дроссельным устройством и участком перегрева в сбросный трубопровод включен осушитель газа, соответственно, сушильный охладитель, который вызывает дополнительную сушку и понижение точки росы сбросного потока перед его подачей на участок перегрева. Охлаждающая мощность такого сушильного охладителя составляет целесообразно меньше 25% мощности охлаждения регенеративного теплообменника, предпочтительно меньше 10%.
За счет этого в случаях работы при уже небольшом давлении в защитной оболочке и низких температурах, то есть с небольшим потенциалом перегрева, как, например, при запуске, в промежуточно включенном охлаждающем устройстве точка росы понижается за счет частичной конденсации и отдачи тепла в окружающую среду или же на подлежащие нагреванию массы соответствующей теплоемкости. На последующем участке перегрева за счет нагревания сбросного потока почти до температуры процесса высокого давления можно обеспечивать значительное повышение точки росы.
Кроме того, между дроссельным устройством и сорбционным фильтром к сбросному трубопроводу может быть подсоединено (дополнительное) промывочное устройство, которое предназначено для удерживания содержащих хлор и/или нитрозных газов, так что после уменьшения давления сбросного потока в дроссельном устройстве и перед прохождением сорбционного фильтра сбросный поток очищается в промывочном устройстве.
В предпочтительном варианте выполнения к сбросному трубопроводу подсоединен, соответственно, может при необходимости дополнительно подсоединяться всасывающий вентилятор с приводом от электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания, так что, в частности, в режиме длительной работы системы сброса давления, то есть когда внутреннее давление защитной оболочки, первоначально устанавливающееся после аварии, уже значительно сброшено, сбросный поток активно всасывается всасывающим вентилятором из защитной оболочки через сбросный трубопровод с находящимися в нем фильтрационными устройствами. Другими словами, за счет дополнительного включения всасывающего вентилятора фильтрационная система может также работать активно в длительном режиме работы после аварии или же целенаправленно использоваться для поддержания сниженного давления в защитной оболочке с целью полного предотвращения нефильтрованных утечек наружу из защитной оболочки.
За счет указанных выше мер, в частности за счет сушки газа и тем самым за счет вызываемого увеличения расстояния до точки росы, можно надежно предотвращать воздействие водяным паром на большие внутренние реакционные поверхности сорбционного фильтра как в зонах макропор, так и в зонах микропор сорбционного фильтра и тем самым можно обеспечивать особенно эффективную задержку йода за счет адсорбции на поверхностях и возможной химической сорбции на сорбционном материале.
В предпочтительном варианте выполнения, в частности при имеющейся влажной фильтрации на участке высокого давления с помощью соответствующего промывочного устройства, к сбросному трубопроводу подсоединен байпасный трубопровод для обхода фильтрационной камеры. При этом предусмотрена возможность регулирования части сбросного потока, проходящей через байпасный трубопровод, с помощью соответствующих регулировочных средств. За счет этого целесообразно обеспечивается режим работы системы сброса давления, в котором (регулируемый) частичный поток сбросного потока через байпасный трубопровод в обход фильтрационной камеры и расположенного в ней йодосорбционного фильтра выдувается непосредственно в атмосферу. Для согласования давления к байпасному трубопроводу целесообразно подсоединен соответствующий редукционный клапан.
За счет этого при очень большой пропускной способности, например, на ранних фазах аварии при наличии большого количества газа и малой доли органического йода и при максимальном осаждении преобладающего в этой фазе элементарного йода в промывочном устройстве, может происходить эффективное удерживание всех носителей радиоактивности, практически без использования йодосорбционного фильтра. На более поздних фазах, на которых начинается образование соответствующего органического йода и при сравнительно небольшом выходе газа, происходит полнопоточная фильтрация с использованием йодосорбционного фильтра предпочтительно при максимально или полностью открытом байпасном трубопроводе с целью дальнейшего обеспечения высокого коэффициента удерживания общей радиоактивности.
Сорбционные материалы, соответственно, сорбенты выполнены с внутренней поверхностью более 50 м2/г и из неорганических материалов. За счет постоянно действующего процесса перегрева обеспечивается возможность дальнейшего использования сорбционных материалов с чувствительным к влаге (растворимым в воде) покрытием из нитрата серебра или легирующей добавкой.
Например, применение пропитанных серебром керамических продуктов, например силикагеля, обеспечивает возможность постоянного достижения очень эффективного осаждения йода больше 99,9%. Молекулярное сито может быть также выполнено, например, на основе цеолита или с помощью другого, предпочтительно неорганического носителя и может быть покрыто или легировано нитратом серебра (AgNO3), который в присутствии йода превращается, например, в йодид серебра. Однако это целесообразно лишь тогда, когда может быть обеспечен достаточный перегрев сбросного потока во всех рабочих фазах. Предпочтительно при этом может также происходить высокоэффективное удерживание органического йода в загрязненных газах, например содержащих оксид азота газах и подобном.
В качестве материала фильтра с большим запасом прочности можно применять искусственный цеолит, в который, например, посредством обмена ионов внедряют катионы серебра и/или тяжелого металла в трехмерную кристаллическую решетку. Возможны также комбинации цеолитов, не содержащих связующей среды, предпочтительно с открытой структурой. Такое не содержащее связующей среды молекулярное сито, например со структурой типа фожазит, является еще более надежным в работе, даже в атмосфере сильно перегретого пара с температурой, составляющей, например, более 200°С, а также в условиях кратковременной сорбции водяного пара (влажный режим). Таким образом, кратковременный влажный режим не приводит к разрушению этих цеолитов, легированных, например серебром. Кроме того, за счет адсорбции влаги достигается (дополнительный) кратковременный перегрев газа.
Особенно предпочтительно, когда сорбционный фильтр содержит сорбционный материал на основе цеолита в виде смеси цеолитов с не растворимой в воде примесью, в частности примесью серебра, и неорганических сорбционных материалов с растворимой в воде примесью, например примесью нитрата серебра. При этом предпочтительно также в коротких влажных фазах происходит адсорбция водяного пара исключительно или во всяком случае первично на цеолите, при этом временно возникающее выделение тепла адсорбции способствует осуществлению технологического процесса, так что может надежно предотвращаться растворение растворимых в воде веществ, таких как, например, нитрат серебра. Эта комбинация в виде смеси, например, как цеолитов с примесью серебра, так и молекулярного сита с примесью нитрата серебра, и/или комбинация, расположенная на общем носителе, является высокоэффективной и надежной в работе за счет дуального механизма осаждения.
Кроме того, в качестве подходящих сорбционных материалов для особенно эффективного и экономичного удерживания йода можно применять также фосфаценные молекулы, фосфаценные цеолиты, в частности цикло-трифосфаценные цеолиты, кристаллы канального типа, при необходимости с дополнительной примесью.
В предпочтительном варианте выполнения фильтрационная камера может содержать наряду с йодосорбционным фильтром также другие фильтрационные устройства и удерживающие устройства, например, для удерживания содержащих хлор и/или нитрозных газов и/или соединений, содержащих масла. Для этого могут быть предусмотрены, например, фильтры с песчаным слоем, а также, возможно, впрыскивание или внесение подходящих химикалий.
При этом дополнительно в определенных рабочих фазах за счет целенаправленной парциальной адсорбции водяного пара на указанных выше цеолитах (повышение влажности, например, на менее 2 масс.% за счет сорбции) можно достигать дополнительного кратковременного перегрева газа и тем самым обеспечивать желаемое постоянное удерживание органического йода. Это представляет интерес, в частности, в начале работы (так называемая пусковая адсорбция). Для ограничения температуры при выделении влаги можно дополнительно выполнять также целенаправленное ограничение каталитической активности этих сорбентов, например, с помощью диффузионных слоев или смешанного легирования (например, катионами серебра или тяжелых металлов) и, при необходимости, с помощью некаталитических добавок.
Как уже указывалось выше, предпочтительно в режиме пуска системы сброса давления, при еще сравнительно небольших рабочих температурах, в сорбционном фильтре допустима по меньшей мере парциальная адсорбция пара и используется тепло адсорбции для перегрева сбросного потока и сорбционного фильтра. Однако это целесообразно лишь тогда, когда сорбционный фильтр является достаточно нечувствительным к влаге, то есть выполнен, например, на основе цеолита с нерастворимой примесью.
Во втором основном варианте выполнения способа, основанном на наличии промывочного резервуара для влажной фильтрации сбросного потока на участке высокого давления, промывочную жидкость направляют из промывочного резервуара через циркуляционный трубопровод, который по меньшей мере на частичном участке находится в тепловом контакте с фильтрационной камерой и нагревает ее за счет передачи тепла от циркулирующей промывочной жидкости. В конструктивном отношении это означает, что с промывочным резервуаром соединен циркуляционный трубопровод для циркуляции промывочной жидкости, при этом циркуляционный трубопровод проходит в обход фильтрационной камеры и находится с ней в тепловом контакте, так что происходит перенос тепла от циркулирующей промывочной жидкости в фильтрационную камеру.
Это означает также, что на участке высокого давления сбросного трубопровода количество тепла, направляемое вентиляционным потоком в промывочный резервуар, большей частью переносится в промывочную жидкость, которая затем циркулирует через фильтрационную камеру или рядом с ней, где вновь осуществляется перенос тепла для нагревания фильтрационной камеры с сорбционным фильтром и/или для перегрева сбросного потока, в котором с помощью дросселя уменьшено давление, непосредственно перед его входом в сорбционный фильтр.
Особенно предпочтительно, когда расширенный с помощью дросселя сбросный поток на участке перегрева приходит в тепловой контакт с циркуляционным трубопроводом и нагревается посредством передачи тепла от циркулирующей жидкости. Для этого участок перегрева сбросного потока термически соединен через поверхности теплообмена с циркуляционным трубопроводом, так что там происходит перенос тепла от циркулирующей промывочной жидкости в сбросный поток.
В предпочтительном варианте выполнения поток промывочной жидкости через циркуляционный трубопровод приводится в движение с помощью импульса, передаваемого в промывочном резервуаре от сбросного потока в промывочную жидкость. Для этого по меньшей мере одно из входных сопел ориентировано подходящим образом, например, в направлении впуска циркуляционного трубопровода, так что передаваемый в промывочную жидкость импульс проходящего через него сбросного потока приводит к циркуляции промывочной жидкости через циркуляционный трубопровод. Однако в качестве альтернативного решения или дополнительно могут быть также предусмотрены соответствующие насосы, приводимые в действие электродвигателем, с целью приведения в движение циркуляционного потока или для поддержания его движения.
Предпочтительно циркуляционный трубопровод имеет входящий в промывочный резервуар впуск для промывочной жидкости и также выходящий из промывочного резервуара выпуск, находящийся выше относительно впуска для промывочной жидкости. Таким образом, промывочная жидкость, удаляемая из промывочного резервуара после прохождения через циркуляционный трубопровод, снова подается в промывочный резервуар на участке, находящемся с геодезической точки зрения выше.
Предпочтительно промывочная жидкость удаляется из промывочного резервуара в месте, в котором содержание газовых пузырей в сбросном потоке является особенно высоким, то есть, например, в зоне выброса входных сопел.
В предпочтительном варианте выполнения предусмотрена центральная камера, которая окружена фильтрационной камерой или граничит с ней, при этом циркулирующая промывочная жидкость направляется через расположенные в центральной камере или вдающиеся внутрь нее элементы теплообменника, в частности трубы теплообменника, и при этом сбросный поток на участке перегрева направляется снаружи в обход элементов теплообменника через центральную камеру. Таким образом, промывочная жидкость, протекающая через трубы теплообменника, отдает большую часть своего тепла на проходящий снаружи по трубам сбросный поток низкого давления, который при этом подвергается перегреву перед входом в фильтрационную камеру. Кроме того, перегретый таким образом сбросный поток низкого давления перед входом в фильтрационную камеру отдает небольшую часть своего тепла в расположенную дальше снаружи фильтрационную камеру, которая за счет этого до некоторой степени предварительно нагревается.
Кроме того, предпочтительно, когда сбросный поток низкого давления направляется в центральной камере в противотоке или перекрестном противотоке относительно промывочной жидкости, протекающей через элементы теплообменника.
Кроме того, предпочтительно предусмотрено, что сбросный поток проходит в вертикальном направлении основного потока сверху вниз через центральную камеру, а промывочная жидкость проходит в вертикальном направлении основного потока снизу вверх через элементы теплообменника.
Предпочтительно скорость потока промывочной жидкости в циркуляционном трубопроводе устанавливается больше 1 м/с, предпочтительно больше 3 м/с, так что максимально предотвращается осаждения из промывочной жидкости и обеспечивается особенно эффективный перенос тепла.
Другими словами, промывочная жидкость, служащая в качестве носителя тепла, приводится в движение с помощью импульса трубопровода высокоскоростного вентиляционного газа. При этом промывочная жидкость отводится из промывочного резервуара рядом с трубопроводом вентиляционного газа и подается через трубы в теплообменник блока теплообменника и сорбционного фильтра, а затем снова обратно в сборник промывочного резервуара. Как раз за счет целенаправленного удаления смеси жидкостей, содержащей большее количество вентиляционного газа (пузырей), и за счет направления с подъемом через устройство теплообмена усиливается приводное воздействие на основании меньшей плотности по сравнению с плотностью (не содержащей пузырей) промывочной жидкости в сборнике промывочного резервуара, в частности, при повторном впуске на участке, находящемся с геодезически более высоко. За счет удаления в наиболее горячей зоне промывочного резервуара, содержащей пузыри воздуха или пара, и за счет конденсации пузырей пара можно повышать уровень температуры и дополнительно минимизировать разность температур при теплообмене. Возврат в промывочный резервуар происходит предпочтительно над зоной осаждения.
Следует также отметить, что приведенные выше в связи с первым основным вариантом выполнения способа/устройства описание фильтрационных материалов, а также соотношений температуры в сорбционном фильтре, соотношений давления и скоростей потока в трубопроводах, проводящих вентиляционный газ, выполнения промывочного резервуара и расположенных в нем входных сопел, а также опционально предусмотренных компонентов осушителя газа, вентилятора, дополнительных фильтров и так далее, справедливы также для второго основного варианта выполнения, и поэтому ниже не приводится их детальное повторное описание.
Первый и второй основные варианты выполнения способа и соответствующей системы сброса давления можно также комбинировать друг с другом, а именно, в частности, в том смысле, что нагревание фильтрационной камеры с сорбционным фильтром и/или сбросного потока уменьшенного давления на участке перегрева возможно как непосредственно с помощью сбросного потока на участке высокого давления (сухим способом), так и опосредованно с помощью промывочной жидкости (жидким/влажным образом). Например, конструкция может быть такой, что нагревание по меньшей мере в определенных рабочих состояниях происходит одновременно обоими способами (то есть как сухим, так и жидким образом), а в других рабочих состояниях, например, в зависимости от уровня заполнения промывочной жидкости в промывочном резервуаре, лишь одним из обоих указанных способов. В усовершенствованном варианте выполнения технического решения предусмотрены средства с целью активного и целенаправленного переключения с одного режима на другой режим.
Как раз в указанной выше комбинации различных концепций нагревания, а также и в других случаях промывочный резервуар и блок из теплообменника и сорбционного фильтра, при необходимости, также лишь их части, такой как, например, теплообменник, могут быть конструктивно объединены, соответственно, интегрированы в единый составной элемент. Пример этому поясняется с помощью фигур.
Задача изобретения решается также с помощью системы сброса давления с признаками пункта 20 формулы изобретения.
В соответствии с этим согласно изобретению предусмотрено, что сбросный трубопровод между дроссельным устройством и впуском фильтрационной камеры имеет участок перегрева, который через поверхности теплообменника термически соединен с участком высокого давления, при этом эти поверхности теплообменника имеют такие размеры, что при аварийных состояниях конструкции сбросный поток нагревается на участке перегрева до температуры, которая превышает имеющуюся там температуру точки росы по меньшей мере на 10°С, предпочтительно 20°С-50°С.
Описание других предпочтительных вариантов выполнения устройства было уже приведено выше или следует из описания соответствующих этапов способа.
Достигаемые с помощью изобретения преимущества состоят, в частности, в том, что за счет целенаправленного перегрева сбросного потока перед его подачей в йодосорбционный фильтр, в сорбенте как в зоне макропор, так и в зоне микропор надежно предотвращается соответствующее распределение водяного пара по реакционным поверхностям и блокирование за счет капиллярной конденсации. За счет пассивно-регенеративного выполнения процесса перегрева с получением тепла из зоны высокого давления способ можно использовать и в случае полного отключения энергии ("station blackout") в атомной электростанции, в которой необходимо сбросить давление. Кроме того, за счет решающе высокого перегрева газа на более 10°С, предпочтительно более 20° С, например, в диапазоне температуры от более 120°С до 170°С и выше (при больших скоростях расхода и более высоком перегреве газа в начальной фазе процесса сброса давления), происходит значительное повышение скорости реакции в йодосорбционном фильтре. За счет практически в неограниченном количестве имеющихся в распоряжении, очень больших внутренних реакционных поверхностей и за счет улучшенной диффузии удается обеспечивать пассивную, высокоэффективную йодосорбционную фильтрацию, также для соединений органического йода с коэффициентом удерживания свыше 97%, предпочтительно выше 99%. Обратное выделение (ресуспензию) йода из йодосорбционного фильтра можно максимально предотвращать за счет химического связывания йода и постоянного нагревания йодосорбционного фильтра.
За счет высокоэффективной влажной фильтрации сбросного потока в зоне высокого давления, возможно в соединении с другими фильтрационными устройствами, в частности, металлическим фильтром предварительной очистки и/или сухим фильтром со слоем песка или гравия, впервые обеспечивается возможность отдавать радиоактивные газы или пары, возникающие в аварийных ситуациях в защитной оболочке, в фильтрованном виде в окружающую среду, с целью ультимативного ограничения давления в защитной оболочке, при задержке органического йода от более 99% до 99,9%. При этом в фильтрационной системе даже при вентиляционном режиме в течение многих дней надежно удерживаются также остальные переносимые воздухом носители радиоактивности и аэрозоли.
Ниже приводится более подробное пояснение нескольких примеров выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых сильно упрощенно и схематично изображено:
фиг. 1 - принципиальная схема существенных компонентов системы сброса давления согласно изобретению для атомной электростанции;
фиг. 2 - продольный разрез комбинированного блока регенеративного теплообменника и сорбционного фильтра системы сброса давления согласно фиг. 1;
фиг. 3 - несколько установленных рядом друг с другом блоков регенеративного теплообменника и сорбционного фильтра системы сброса давления согласно фиг. 2 в изометрической проекции;
фиг. 4 - альтернативный вариант выполнения системы сброса давления согласно фиг. 1; и
фиг. 5 - альтернативный вариант выполнения комбинированного блока регенеративного теплообменника и сорбционного фильтра согласно фиг. 2 с интегрированным промывочным резервуаром.
Одинаковые части или части с одинаковыми функциями обозначены на всех фигурах одинаковыми ссылочными позициями.
Показанная частично на фиг. 1 атомная электростанция 2 имеет наружную защитную оболочку 4 с массивным железобетонным корпусом. Защитная оболочка 4 окружает внутреннее пространство 6. Во внутреннем пространстве 6 расположены существенные ядерные компоненты атомной электростанции 2, такие как, например, корпус реактора под давлением с активной зоной реактора, а также другие ядерные и неядерные компоненты установки (не изображены). Железобетонный корпус защитной оболочки 4 покрыт на своей внутренней стороне стальной обшивкой. Защитная оболочка 4 образует герметичный затвор внутреннего пространства 6 относительно окружающей среды и обеспечивает в случае маловероятной аварии, сопровождающейся выбросом радиоактивных газов или паров во внутреннее пространство 6, их удерживание и запирание.
Защитная оболочка 4 выполнена таким образом, чтобы выдерживать сравнительно высокие внутренние давления, составляющие, например, 3-8 бар во внутреннем пространстве 6, которые могут возникать, например, при аварийных состояниях, сопровождающихся массивным выбросом пара, и чтобы одновременно оставаться герметичной в течение длительного времени. Однако для дополнительного повышения безопасности реактора, а также для обеспечения возможности повторного доступа во внутреннее пространство 6 после аварии, предусмотрена система 8 сброса давления, с помощью которой газы и пары, содержащиеся во внутреннем пространстве 6, можно выдувать в окружающую среду фильтрованными, очищенными и максимально свободными от радиоактивности, так что обеспечивается контролируемое уменьшение давления во внутреннем пространстве 6. Соответствующий процесс называется также вентилированием.
Система 8 сброса давления предназначена в данном случае для особенно эффективного и энергоэффективного удерживания носителей радиоактивности, содержащихся в вентиляционном газе, в частности элементарного йода и содержащих йод органических соединений с низким числом углерода (так называемого органического йода). Для этой цели система 8 сброса давления содержит, соединенный с выпуском 10, соответственно, с проходом в защитной оболочке 4, сбросный трубопровод 12, к которому подключены друг за другом, среди прочего, промывочный резервуар 14 и дальше ниже по потоку сорбционный фильтр 18, расположенный в фильтрационной камере 16, а именно йодосорбционный фильтр. Дальше вниз по потоку фильтрованный сбросный поток выдувается через вытяжную трубу 20 или дымовую трубу, в общем через продувочное отверстие, в окружающую атмосферу. Направление сбросного потока обозначено стрелками.
Как показано на фиг. 1, сбросный трубопровод 12 может также содержать расположенный внутри защитной оболочки 4 внутренний участок 22 трубопровода, к которому опционально подключен фильтр 24 предварительной очистки, в частности металлический фильтр предварительной очистки, для удерживания грубых аэрозолей. Для обхода при необходимости фильтра 24 предварительной очистки предусмотрен подключенный параллельно ему байпасный трубопровод 26, который можно при необходимости открывать или закрывать с помощью регулировочного клапана 28.
Один или несколько запирающих клапанов, подсоединенных к сбросному трубопроводу 12 и закрытых при нормальной работе атомной электростанции 2, могут быть расположены, как показано на фиг. 1, снаружи защитной оболочки 4, а в качестве альтернативного решения или дополнительно также внутри защитной оболочки 4. Для инициирования при аварии, сопровождающейся повышением давления во внутреннем пространстве 6, процесса сброса давления, открывают соответствующий запирающий клапан 30, что предпочтительно осуществляется автоматически и без использования сторонней энергии, например, с помощью зависящего от давления устройства для освобождения стоп-стержней.
Для установки наиболее оптимальных по отношению к фильтрации рабочих условий в сорбционном фильтре 18 предусмотрен ряд технических мер.
С одной стороны, сбросный поток (вентиляционный поток), находящийся под сравнительно высоким давлением, и проникающий из внутреннего пространства 6 защитной оболочки 4, направляется в промывочном резервуаре 14 через промывочную жидкость 32 и тем самым очищается, в частности освобождается от грубых аэрозолей.
Для этой цели промывочная жидкость 32 в состоянии готовности системы 8 сброса давления хранится в промывочном резервуаре 14 с минимальной высотой 34 заполнения. Для химического кондиционирования промывочной жидкости 32, в частности для улучшения фильтрационных и удерживающих свойств, можно осуществлять с помощью лишь схематично изображенного дозировочного приспособления 36 подачу соответствующих реагентов, например раствора тиосульфата натрия, в промывочную жидкость 32.
В вентиляционном режиме, то есть в случае сброса давления, сбросный поток направляется через участок 38 сбросного трубопровода 12 в промывочный резервуар 14 и выходит оттуда через распределитель 40 и затем несколько включенных по потоку параллельно друг другу входных сопел 42. Входные сопла 42 находятся ниже минимальной высоты 34 заполнения в так называемом сборнике 44 промывочной жидкости промывочного резервуара 14 и выполнены в виде сопел Вентури. Для этого каждое входное сопло 42 имеет сужающуюся в некоторых зонах трубку 46 Вентури, при этом в месте сужения, обозначаемом также горловиной, предусмотрена кольцевая прорезь подающая (не изображена) для окружающей промывочной жидкости 32. Сбросный поток, проходящий в вентиляционном режиме через трубку 46 Вентури, увлекает тем самым промывочную жидкость 32, входящую в горловину. Поэтому из направленных вверх выходных отверстий 48 входных сопел 42 выбрасывается смесь из тщательно смешанных друг с другом промывочной жидкости и вентиляционного газа, при этом загрязнения, содержащиеся в вентиляционном потоке, и аэрозоли большей частью находятся в промывочной жидкости 32.
В зоне 50 выброса, находящейся снаружи сборника 44 промывочной жидкости, жидкие и газообразные составляющие смеси промывочной жидкости и вентиляционного газа вновь разделяются в результате воздействия силы тяжести. Промывочная жидкость 32, при определенных условиях увеличенная конденсатом из вентиляционного потока и обогащенная аэрозолями и загрязнениями (частицами, растворимыми газами), опускается обратно в сборник 44 промывочной жидкости. Избыточная промывочная жидкость 32, соответственно, конденсат отводится при необходимости через трубопровод 54 для отвода жидкости, соединенный с дном промывочного резервуара 14 и снабженный запирающим клапаном 52, так что уровень жидкости в промывочном резервуаре 14 не превышает заданной максимальной высоты 56 заполнения. Очищенный с помощью промывочного процесса и все еще находящийся под высоким давлением вентиляционный газ, после прохождения через влагоотделитель 58, расположенный над зоной 50 выброса и над максимальной высотой 56 заполнения, и, возможно, через другие фильтрационные элементы, выходит вверх через выходное отверстие 62 из промывочного резервуара 14 и входит в следующий участок 64 сбросного трубопровода 12.
С другой стороны, фильтрационная камера 16 с сорбционным фильтром 18 в режиме сброса давления предварительно нагревается через соответствующие поверхности 66, 68 теплообменника с помощью проступающего из участка 64 трубопровода, и очищенного перед этим в промывочном резервуаре 14 сбросного потока, который все еще находится приблизительно (во всяком случае относительно порядка величины) на уровне давления во внутреннем пространстве 6 защитной оболочки 4 и является сравнительно горячим. Лишь после этой отдачи и передачи тепла на участке 70 высокого давления сбросного трубопровода 12, давление сбросного потока в находящемся ниже по потоку дроссельном клапане, то есть дросселе 72, уменьшается до примерно (во всяком случае относительно порядка величины) окружающего давления и при этом сбросный поток сушится. Часть сбросного трубопровода 12 по потоку выше дросселя 72 образует участок 70 высокого давления, а часть по потоку ниже дросселя - образует участок 74 низкого давления.
После сушки расширением с помощью дросселя 72 сбросный поток направляется (опционально) через дополнительный осушитель 76 газа с соответствующим сепаратором конденсата и резервуаром 78 для сбора конденсата. Дальше ниже по потоку сбросный поток проходит на участке 74 низкого давления сбросного трубопровода 12 в обход участка 70 высокого давления так, что на соответствующих поверхностях 68 теплообменника участка 80 перегрева происходит теплопередача от газового потока на участке 70 высокого давления в газовый поток на участке 74 низкого давления. Лишь после вызванного за счет этого перегрева сбросный поток уменьшенного давления направляется через фильтрационную камеру 16 с сорбционным фильтром 18.
Таким образом, тепловая энергия, содержащаяся в сбросном потоке, давление которого еще не было уменьшено, на участке 70 высокого давления используется двояко: с одной стороны, через поверхности 66, 68 теплообменника осуществляется нагревание фильтрационной камеры 16 с расположенным в ней сорбционным фильтром 18. С другой стороны, через поверхности 68 теплообменника осуществляется перегрев сбросного потока, давления которого уменьшено, непосредственно перед вхождением в фильтрационную камеру 16. При этом за счет соответствующего размера и выполнения компонентов, пропускающих поток и проводящих тепло, и, при определенных условиях, за счет подходящей установки поперечного сечения дросселя 72, а также других рабочих параметров обеспечивается то, что сбросный поток на участке 80 перегрева, то есть непосредственно перед вхождением в фильтрационную камеру 16, нагревается до температуры, которая превышает имеющуюся там температуру точки росы по меньшей мере на 10°С, а в режиме полной нагрузки системы 8 сброса давления - даже по меньшей мере на 20°С. За счет комбинации этих обеих мер надежно предотвращается конденсация сбросного потока в фильтрационной камере 16, которая может приводить к отрицательному воздействию на эффективность или даже к разрушению сорбционного фильтра 18.
На фиг. 2 показано более детально конкретное выполнение содержащего поверхности 66 и 68 нагрева теплообменника блока 82 теплообменника и сорбционного фильтра. Фильтрационная камера 16 выполнена в виде кольцевой камеры, которая окружает кольцеобразно и, в частности, коаксиально, центральную камеру 84, имеющую, например, цилиндрическую форму или форму прямоугольного параллелепипеда. Продольная ось блока теплообменника и фильтрационной камеры ориентирована вертикально. Фильтрационная камера 16 и центральная камера 84 по меньшей мере в нижней зоне газонепроницаемо отделены друг от друга с помощью хорошо проводящей тепло перегородки 86. Фильтрационная камера 16 в свою очередь разделена с помощью расположенных кольцеобразно в ней фильтрационных элементов 88 на расположенное внутри впускное пространство 90, ограниченное по направлению внутрь перегородкой 86, и расположенное снаружи выпускное пространство 92. В качестве альтернативного решения конструкции кольцевой камеры может быть также предусмотрена простая коробчатая конструкция, при этом, например, к имеющей форму прямоугольного параллелепипеда центральной камере 84 с одной стороны примыкает имеющая форму прямоугольного параллелепипеда фильтрационная камера 16, отделенная прямой перегородкой 86. Естественно, с одной центральной камерой 84 могут быть сопряжены несколько отдельных друг от друга фильтрационных камер 16, которые относительно сбросного потока, в котором было уменьшено давление, на участке 74 низкого давления включены параллельно.
Участок 64 сбросного трубопровода 12, отходящий при рассматривании в направлении сбросного потока от промывочного резервуара 14, соединен с расположенной во внутреннем пространстве 94 центральной камеры 84 системой труб 98 теплообменника, включенных параллельно и снабженных на своей наружной стороне и, при необходимости, также на своей внутренней стороне ребрами 96 (в концевых зонах трубы 98 теплообменника изображены в изометрической проекции, в промежутках - лишь в виде прямых линий). Для этого сбросный трубопровод 12 в центральную камеру 84 на конце участка 64 трубопровода входит через газонепроницаемо закрытое на своей наружной стороне отверстие 102 корпуса, расположенное в верней части 100 корпуса центральной камеры 84, и трубопровод, при необходимости, через разветвитель 104 соединен с трубами 98 теплообменника. В качестве альтернативного решения могут быть также предусмотрены пластинчатые теплообменники или другие элементы теплообменника. Трубы 98 теплообменника проходят во внутреннем пространстве 94 центральной камеры 84 в виде меандра сверху вниз в донную зону 106, где они снова объединяются в коллекторе 108. С коллектором 108 на стороне выхода соединен проходящий через другое отверстие 110 корпуса 112 центральной камеры трубопровод 114, который входит в ведущий к дросселю 72 участок 116 сбросного трубопровода 12.
Отходящий от дросселя 72 участок 118 сбросного трубопровода 12 ведет после опционально предусмотренного осушителя 76 газа обратно в центральную камеру 84. Поэтому центральная камера 84 имеет в зоне 106 дна впуск 120 центральной камеры, с которым соединен участок 118 трубопровода, идущий от дросселя 72, соответственно, от осушителя 76 газа (см. также фиг. 1). На верхнем конце центральной камеры 84 рядом с закрывающим корпусом 100 предусмотрено множество пронизывающих перегородку 86 проходных отверстий 122, которые ведут из внутреннего пространства 94 центральной камеры 84 во впускное пространство 90 фильтрационной камеры 16 и тем самым образуют совместно впуск 124 фильтрационной камеры. Через выпуск 128 фильтрационной камеры, расположенный по потоку ниже фильтрационных элементов 88 на наружной стороне корпуса 126 фильтрационной камеры, например в зоне ее дна или же в другом месте, выпускное пространство 92 фильтрационной камеры соединено с участком 130 сбросного трубопровода 12, ведущим к вытяжной трубе 20 (на фиг. 2 предусмотрены два параллельно подсоединенных выходных отверстия с соответствующими выводами трубопроводов, которые дальше вниз по потоку могут быть снова не изображенным образом сведены вместе).
Таким образом, находящийся под высоким давлением и сравнительно горячий сбросный поток, поступающий на участок 64 трубопровода из промывочного резервуара 14, направляется через отверстие 102 корпуса в центральную камеру 84 и проходит через расположенные в ней трубы 98 теплообменника по существу в вертикальном, проходящем сверху вниз направлении основного потока. Затем вентиляционный газ направляется через участок 116 трубопровода в дроссель 72, сушится за счет расширения и после этого направляется через осушитель 76 газа. Через участок 118 трубопровода дросселированный газовый поток снова входит в центральную камеру 84. Он направляется в противотоке или в перекрестном противотоке относительно сбросного потока высокого давления в трубах 98 теплообменника по существу снизу вверх в обход труб 98 теплообменника, чтобы в конечном итоге через проходные отверстия 122 впуска 124 фильтрационной камеры войти в фильтрационную камеру 16, в которой осуществляется желаемая фильтрация и удерживание органического йода.
При прохождении через трубы 98 теплообменника происходит передача тепла от горячего сбросного потока высокого давления в трубах 98 теплообменника в направляемый в противотоке в обход труб 98 теплообменника, дросселированный в дросселе 72 и высушенный сбросный поток низкого давления. Стенки труб 98 теплообменника образуют тем самым поверхности 68 теплообмена участка 80 перегрева, образованного с помощью внутреннего пространства 94 центральной камеры 84, на котором происходит уже поясненный выше перегрев сбросного потока, в котором снижено давление, перед тем как сбросный поток в состоянии перегрева подается через впуск 124 фильтрационной камеры, образованный проходными отверстиями 122, во впускное пространство 90 фильтрационной камеры 16, затем протекает через фильтрационные элементы 88 и в конечном итоге через выпускное пространство 92, выпуск 128 фильтрационной камеры и участок 130 трубопровода в фильтрованном виде поступает в вытяжную трубу 20. Одновременно происходит, обычно в меньшем объеме, перенос тепла через хорошо проводящие тепло перегородки 86, функционирующие в качестве поверхностей 66 теплообменника, от нагретого таким образом сбросного потока низкого давления в фильтрационную камеру 16, которая за счет этого также, соответственно, нагревается.
Для улучшения переноса тепла трубы 98 теплообменника могут быть также подходящим образом структурированы внутри, например снабжены ребрами или могут иметь другие внутренние вставки, создающие турбулизацию или вихревой поток.
Кроме того, система 8 сброса давления согласно фиг. 1 предназначена для направления части сбросного потока на участке 70 высокого давления выборочно в обход блока 82 теплообменника и фильтрационной камеры, то есть без прохождения через трубы 98 теплообменника, дроссель 72, центральную камеру 84 и фильтрационную камеру 16. Таким образом, этот байпасный частичный поток не участвует в перегреве сбросного потока низкого давления на участке 80 перегрева и в нагревании фильтрационной камеры 16. Для этого в месте 142 разветвления по потоку ниже промывочного резервуара 14 и по потоку выше труб 98 теплообменника с участком 64 сбросного трубопровода 12 соединен байпасный трубопровод 144, который в месте 148 входа по потоку ниже выпуска 128 фильтрационной камеры снова поступает в сбросный трубопровод 12, а именно в участок 130 трубопровода. Для регулирования характеристик частичного потока могут быть предусмотрены подходящие установочные и регулировочные приспособления (не изображены). Кроме того, для согласования уровня давления к байпасному трубопроводу 144 подсоединен редукционный клапан 150.
Конденсат 132, образующийся при прохождении труб 98 теплообменника, может при необходимости отводится через отвод 134 конденсата, ответвляющийся от трубопровода 114 участка 116 трубопровода и направляться, например, к резервуару для хранения конденсата. Отвод 134 конденсата, как показано на фиг. 1, может быть соединен с отводом 54 жидкости из промывочного резервуара 14.
Фильтрационные элементы 88 сорбционного фильтра 18 выполнены предпочтительно из материалов, поглощающих йод и органический йод, например из не содержащих связующего средства цеолитов с открытой структурой, то есть с открытой системой пор, и с не растворимой во влажном режиме примесью серебра. Если можно надежно предотвратить появление влаги в сорбционном фильтре 18, например, за счет соответствующего выполнения мощности перегрева на участке 80 перегрева, можно в качестве альтернативного решения предусматривать или же добавлять также цеолиты с примесью, соответственно, покрытием из нитрата серебра в качестве фильтрационных материалов, удерживающее действие которых для органического йода при достаточно большом превышении точки росы сбросного потока неожиданным образом оказалось особенно высоким.
Для надежного управления особыми рабочими состояниями, например, в режиме пуска опционально со сбросным трубопроводом 12 термически соединяют приспособление 136 дополнительного нагревания (например, электрически), работающее от внешнего источника энергии. Оно расположено, как показано на фиг. 2, в качестве примера в или на центральной камере 84 блока 82 теплообменника и сорбционного фильтра, в качестве альтернативного решения или дополнительно в фильтрационной камере 16, в частности в ее впускном пространстве 90. Естественно, что возможны также другие места размещения.
Кроме того, например, на участке 38 трубопровода между выпуском 10 из защитной оболочки 4 и промывочным резервуаром 14 могут быть предусмотрены устройства 138 для ограничения вакуума. За счет этого предотвращается, соответственно, количественно ограничивается образование вакуума в защитной оболочке 4, например, после выполненного вентилирования и последующей парциальной конденсации имеющегося пара (например, за счет подключения распылительной или другой охлаждающей системы), за счет всасывания воздуха в защитную оболочку 4 по мере необходимости.
Для активного отсасывания находящейся в защитной оболочке 4 смеси газа и пара к сбросному трубопроводу 12 опционально может быть подсоединен, соответственно, выполнен с возможностью подключения, всасывающий вентилятор 140, например, по потоку выше промывочного резервуара 14, однако предпочтительно по потоку ниже сорбционного фильтра 18, который снабжается энергией привода от внешнего источника энергии. Всасывающий вентилятор 140 предпочтительно выполнен так, что в сочетании с незначительным покрытием входных сопел 42 водой и со сравнительно небольшими скоростями в соплах (меньше 50 м/с) происходит лишь грубая очистка аэрозолей, однако затем в последующих фильтрационных устройствах могут быть установлены оптимальные скорости при меньше чем ¼ от максимальной пропускной способности. Тем самым возможно создание и удерживание во внутреннем пространстве 6 защитной оболочки (небольшого) пониженного давления по сравнению с окружающей атмосферой и тем самым полное предотвращение утечек наружу.
В показанном также на фиг. 1 альтернативном варианте выполнения в случае реактора с кипящей водой нет необходимости в (установленном снаружи защитной оболочки 4) промывочном резервуаре 14. Вместо этого осуществляется мокрая фильтрация сбросного потока, выходящего из защитной оболочки 4, еще внутри защитной оболочки 4 в находящейся в ней конденсационной камере 152. Конденсационная камера 152 отделена от остального внутреннего пространства 6 защитной оболочки 4 с помощью газонепроницаемой и устойчивой к давлению перегородки 154. Соединение по потоку между обеими зонами пространства осуществляется только с помощью одной или нескольких перепускных труб 156, которые погружены в конденсатную жидкость, находящуюся в конденсационной камере 152. То есть выходное отверстие 160 каждой перепускной трубы 156 находится ниже минимальной высоты 158 заполнения конденсатной жидкостью 158. Сбросный трубопровод 12' (изображен на данной фиг. штриховыми линиями) соединен в этом случае с выпуском 164 конденсационной камеры, который расположен над максимальной высотой заполнения в газовом коллекторе 170, находящемся над конденсатной жидкостью 158. В показанном в данном примере выполнения выпуск 164 конденсационной камеры совпадает с выпуском 10' из защитной оболочки 4. Сбросный трубопровод 12' направляют от выпуска 10' без промежуточного включения промывателя непосредственно к блоку 82 теплообменника и сорбционного фильтра.
Наконец, следует указать, что система 8 сброса давления может иметь несколько включенных параллельно относительно прохождения потока ветвей одинаковой или аналогичной конструкции. Возможно также, что лишь отдельные участки сбросного трубопровода 12 дублированы за счет параллельного включения одинаковых компонентов. При этом может быть целесообразной установка нескольких показанных на фиг. 2 блоков 82 теплообменника и сорбционного фильтра в виде модульной системы с непосредственным примыканием друг к другу и с термическим соединением друг с другом, а именно предпочтительно с чередующимся расположением, например, коробчатых центральных камер 84 и соответствующих фильтрационных камер 16. Это показано на фиг. 3.
Также в показанном на фиг. 4 варианте выполнения системы 8 сброса давления сбросный поток, поступающий из защитной оболочки, 4 сначала очищается в промывочном резервуаре 14, дальше вниз по потоку дросселируется в дросселе 72, при известных условиях сушится в осушителе 76 газа, после этого направляется через участок 80 перегрева, в котором происходит регенеративное нагревание, и, наконец, направляется через фильтрационную камеру 16 с сорбционным фильтром 18 перед выдуванием через вытяжную трубу 20 в окружающую среду. Как и в поясненных выше вариантах выполнения, за счет перегрева сбросного потока непосредственно перед входом в фильтрационную камеру обеспечивается сравнительно высокое превышение температуры точки росы по меньшей мере на 10°С, предпочтительно по меньшей мере на 20°С в режиме полной нагрузки, с целью предотвращения конденсации в зоне сорбционного фильтра 18 и достижения особенно эффективного удерживания йодосодержащих носителей радиоактивности.
В отличие от указанных выше вариантов выполнения в системе согласно фиг. 4 тепловая энергия, необходимая для перегрева сбросного потока низкого давления и для нагревания фильтрационной камеры 16, не передается непосредственно от сбросного потока высокого давления. В данном случае содержащаяся в промывочном резервуаре 14 промывочная жидкость 32, нагретая в свою очередь входящим сбросным потоком высокого давления, применяется в качестве переносящей тепло и нагревательной среды.
Для этого в нижней зоне сборника 44 промывочной жидкости, то есть, например, значительно ниже минимальной высоты 34 заполнения, с промывочным резервуаром 14 соединена сторона 180 впуска циркуляционного трубопровода 182, сторона 184 выпуска циркуляционного трубопровода 182 соединена с промывочным резервуаром 14 на участке, находящемся геодезически выше, чем сторона 180 впуска, например, как показано на фиг. 4, немного ниже минимальной высоты 34 заполнения или же немного выше в зоне 50 выброса. Через циркуляционный трубопровод 182 в режиме вентиляции - под действием импульса потока вентиляционного газа, поступающего через входные сопла 42 в промывочный резервуар 14, в направлении 186 потока проходит (содержащая пузыри) смесь из промывочной жидкости и вентиляционного газа. Таким образом, промывочная жидкость 32, смешанная с вентиляционным газом, отводится из промывочного резервуара 14 на участке, расположенном сравнительно низко, и после включенного промежуточно участка 188 подъема снова возвращается в него в виде циркулирующей промывочной жидкости на участке, расположенном более высоко. При этом для особенно хорошего использования приводного импульса, по меньшей мере одно входное сопло 42 направлено к стороне 180 впуска циркуляционного трубопровода 182, то есть в данном случае (наклонно) вниз. При этом циркуляция поддерживается в соответствии с естественным принципом циркуляции за счет различия в плотности между (чистой) промывочной жидкостью 32 и (содержащей пузыри) смеси из промывочной жидкости и вентиляционного газа.
На участке 188 подъема циркуляционного трубопровода 182 циркулирующая промывочная жидкость 32, смешанная с вентиляционным газом, направляется снизу вверх через несколько соединенных параллельно относительно прохождения потока труб 98 теплообменника (или же другие элементы теплообменника), которые примерно с вертикальной ориентацией расположены внутри центральной камеры 84 блока 82 теплообменника и сорбционного фильтра. Очищенный при влажной фильтрации сбросный поток, поступающий на участок 192 сбросного трубопровода 12 через дроссель 72 и осушитель 76 газа из промывочного резервуара 14, направляется в свою очередь в противотоке относительно циркулирующей через трубы 98 теплообменника промывочной жидкости 32, то есть сверху вниз, снаружи в обход труб 98 теплообменника через центральную камеру 84. Сбросный поток проходит через центральную камеру 84, прежде чем он через проходные отверстия 122, расположенные в нижней зоне в перегородке 86 между центральной камерой 84 и фильтрационной камерой 16, и образующие впуск 124 фильтрационной камеры, переходит в фильтрационную камеру 16 с сорбционным фильтром 18 (впуск 124 фильтрационной камеры находится, как правило, дальше внизу вблизи нижней области перегородки, что изображено чисто схематично на фиг. 4).
Аналогично поясненному применительно к фиг. 1 и 2 варианту выполнения стенки труб 98 теплообменника и перегородка 86 образуют тем самым поверхности 66 и 68 теплообменника для передачи тепла от циркулирующей промывочной жидкости 32 в сбросный поток низкого давления, с одной стороны, и в фильтрационную камеру 16, с другой стороны. При этом участок центральной камеры 84, через который проходит сбросный поток низкого давления, образует участок 80 перегрева, который предусмотрен по потоку непосредственно перед фильтрационной камерой 16.
Наконец, на фиг. 5 показан другой вариант выполнения системы 8 сброса давления. Она содержит комбинированный блок 200 промывателя, теплообменника и сорбционного фильтра. С точки зрения технического решения это равносильно расположению и интеграции промывочного резервуара 14 и блока 82 теплообменника и сорбционного фильтра системы 8 сброса давления согласно фиг. 1 в общем корпусе 202.
А именно, показанный в продольном разрезе на фиг. 5 блок 200 промывателя, теплообменника и сорбционного фильтра содержит промывочную зону 206, расположенную в нижнем участке корпуса 202 и заполненную по меньшей мере до минимальной высоты 204 заполнения промывочной жидкостью 32. Через трубопровод 208, проходящий через отверстие корпуса, и присоединенный по потоку распределитель 40, сбросный поток, отводимый из защитной оболочки атомной электростанции, направляется в несколько входных сопел 42, параллельно соединенных по потоку. При выходе в сборник 44 промывочной жидкости поток вентиляционного газа подвергается влажной фильтрации, аналогично известному промывочному резервуару 14 согласно фиг. 1.
После сепарации смеси промывочной жидкости и вентиляционного газа находящийся под высоким давлением, очищенный и освобожденный от грубых аэрозолей поток вентиляционного газа проступает через центральное пространство 210 и присоединенные дальше вверху проточные каналы или коридоры 212 и 214, которые частично проходят вверх в обход расположенной снаружи кольцеобразной фильтрационной камеры 16 и находятся с ней в термическом контакте, к зоне 216 верней части корпуса 202, отклоняется там и поступает через проточные каналы 218 во влагоотделитель 58 и фильтрационные элементы 60. Для более интенсивного предварительного нагревания можно через дополнительное нагревательное приспособление 228 отводить часть сбросного потока высокого давления и в обход присоединенных ниже по потоку труб 98 теплообменника (см. ниже) направлять через сорбционный фильтр 18 или предвключенную по потоку зону. На выходной стороне каждого фильтрационного элемента 60 сбросный поток подается через проточный канал 220 в расположенный ниже по потоку дроссель 72 и в нем дросселируется. На примыкающем участке низкого давления дросселированный вентиляционный газ проходит сначала дальше вниз через несколько присоединенных параллельно по потоку труб 98 теплообменника, вынужденно изменяет направление на реверсивных участках 222 за счет подходящих контуров направляющих поток элементов и по примыкающим трубам 98 теплообменника, присоединенным последовательно по потоку, а с геометрической точки зрения параллельно по отношению к направленным вниз трубам 98 теплообменника, проходит снова вверх к проходным отверстиям 128, образующим впуск 124 фильтрационной камеры, в фильтрационную камеру 16. Фильтрационная камера выполнена аналогично фильтрационной камере 16 в устройстве согласно фиг. 1 или фиг. 2. Через впуск 128 фильтрационной камеры сбросный поток, фильтрованный в сорбционном фильтре 18, выходит в трубопровод, ведущий в вытяжную трубу (на данной фиг. не изображена).
Нагревание фильтрационной камеры 16 осуществляется через проточные каналы 214 для сбросного потока высокого давления, проходящие в обход фильтрационной камеры 16. При этом проводящие тепло перегородки 86 между проточными каналами 214 и фильтрационной камерой 16 образуют поверхности 66 теплообменника. Кроме того, стенки труб 98 теплообменника образуют поверхности 68 теплообменника между сравнительно горячим сбросным потоком, проходящим через центральное пространство 210, и сбросным потоком низкого давления, подлежащим перегреву в трубах 98 теплообменника перед вхождением в фильтрационную камеру 16 до температуры, превышающей точку росы по меньшей мере на 10°С, предпочтительно больше чем на 20°С. Таким образом, трубы 98 теплообменника представляют собой участок 80 перегрева для сбросного потока, дросселированного перед этим в дросселе 72.
В показанном на фиг. 5 рабочем состоянии уровень 224 промывочной жидкости 32 лежит примерно в зоне минимальной высоты 204 заполнения и тем самым ниже реверсивных участков 222 и расположенных над ними труб 98 теплообменника. Таким образом, трубы 98 теплообменника исключительно или во всяком случае преимущественно нагреваются сухим образом с помощью направляемого снаружи в обход них сбросного потока высокого давления, очищенного перед этим в сборнике 44 промывочной жидкости. В противоположность этому, при большей высоте заполнения и тем самым при уровне 224 жидкости, находящемся дальше вверху в зоне труб 98 теплообменника, возможно также частично или даже полностью «мокрое» нагревание труб 98 теплообменника с помощью промывочной жидкости 32, нагреваемой в свою очередь от поступающего через входные сопла 42 вентиляционного газа. Допустимая максимальная высота 226 заполнения находится немного ниже влагоотделителя 58, соответственно, фильтра 60.
Перечень ссылочных позиций
2 Атомная электростанция
4 Защитная оболочка
6 Внутреннее пространство
8 Система сброса давления
10, 10' Выпуск
12, 12' Сбросный трубопровод
14 Промывочный резервуар
16 Фильтрационная камера
18 Сорбционный фильтр
20 Вытяжная труба
22 Участок трубопровода
24 Фильтр предварительной очистки
26 Байпасный трубопровод
28 Регулировочный клапан
30 Запорный клапан
32 Промывочная жидкость
34 Минимальная высота заполнения
36 Дозировочное приспособление
38 Участок трубопровода
40 Распределитель
42 Входное сопло
44 Сборник промывочной жидкости
46 Трубка Вентури
48 Выходное отверстие
50 Зона выброса
52 Запорный клапан
54 Отвод жидкости
56 Максимальная высота заполнения
58 Влаготделитель
60 Фильтрационный элемент
62 Выходное отверстие
64 Участок трубопровода
66 Поверхность теплообменника
68 Поверхность теплообменника
70 Участок высокого давления
72 Дроссель
74 Участок низкого давления
76 Осушитель газа
78 Резервуар для сбора конденсата
80 Участок перегрева
82 Блок теплообменника и сорбционного фильтра
84 Центральная камера
86 Перегородка
88 Фильтрационный элемент
90 Впускное пространство
92 Выпускное пространство
94 Внутреннее пространство
96 Ребра
98 Труба теплообменника
100 Верхняя часть корпуса
102 Отверстие корпуса
104 Разветвитель
106 Зона дна
108 Коллектор
110 Отверстие корпуса
112 Корпус центральной камеры
114 Трубопровод
116 Участок трубопровода
118 Участок трубопровода
120 Впуск центральной камеры
122 Проходное отверстие
124 Впуск фильтрационной камеры
126 Корпус фильтрационной камеры
128 Выпуск фильтрационной камеры
130 Участок трубопровода
132 Конденсат
134 Отвод конденсата
136 Дополнительное нагревательное приспособление
138 Ограничение вакуума
140 Всасывающий вентилятор
142 Место разветвления
144 Байпасный трубопровод
148 Место входа
150 Редукционный клапан
152 Конденсационная камера
154 Перегородка
156 Перепускная труба
158 Конденсатная жидкость
160 Выходное отверстие
162 Минимальная высота заполнения
164 Выпуск конденсационной камеры
170 Газовый коллектор
180 Сторона впуска
182 Циркуляционный трубопровод
184 Сторона выпуска
186 Направление потока
188 Участок подъема
192 Участок трубопровода
200 Блок промывателя, теплообменника и сорбционного фильтра
202 Корпус
204 Минимальная высота заполнения
206 Промывочная зона
208 Трубопровод
210 Центральное пространство
212 Проточный канал
214 Проточный канал
216 Зона верхнего участка
218 Проточный канал
220 Проточный канал
222 Реверсивный участок
224 Уровень жидкости
226 Максимальная высота заполнения
228 Нагревательное приспособление
1. Способ сброса давления атомной электростанции (2), содержащей защитную оболочку (4) для вмещения носителей радиоактивности и выпуск (10, 10') для сбросного потока, при этом сбросный поток направляется по сбросному трубопроводу (12, 12'), снабженному фильтрационной системой, из защитной оболочки (4) в атмосферу, при этом фильтрационная система содержит фильтрационную камеру (16) с впуском (124) фильтрационной камеры, выпуском (128) фильтрационной камеры и расположенным между ними сорбционным фильтром (18) и при этом сбросный поток
- сначала направляют в участок (70) высокого давления,
- затем за счет расширения подвергают уменьшению давления в дроссельном приспособлении (72),
- затем по меньшей мере частично направляют через фильтрационную камеру (16) с сорбционным фильтром (18) и
- наконец, выпускают в атмосферу,
отличающийся тем, что сбросный поток, в котором с помощью дроссельного приспособления (72) уменьшено давление, непосредственно перед его вхождением в фильтрационную камеру (16) направляют через участок (80) перегрева, в котором он с помощью непосредственного или опосредованного переноса тепла нагревается от сбросного потока, в котором еще не снижено давление, на участке (70) высокого давления до температуры, которая по меньшей мере на 10°С, предпочтительно 20-50°С превышает имеющуюся там температуру точки росы.
2. Способ по п. 1, в котором сбросный поток направляют на участке (70) высокого давления по меньшей мере частично в обход фильтрационной камеры (16) и при этом нагревают ее с помощью переноса тепла.
3. Способ по любому из пп. 1 или 2, в котором предусмотрена центральная камера (84), окруженная фильтрационной камерой (16) или граничащая с ней; при этом сбросный поток на участке (70) высокого давления направляют через элементы (98) теплообменника, расположенные в центральной камере (84) или вдающиеся внутрь нее и при этом сбросный поток на участке (80) перегрева направляют снаружи в обход элементов (98) теплообменника через центральную камеру (84).
4. Способ по п. 3, в котором сбросный поток на участке (80) перегрева направляют в противотоке или в перекрестном противотоке относительно сбросного потока на участке (70) высокого давления.
5. Способ по п. 1, в котором сбросный поток на участке (70) высокого давления направляют через содержащий промывочную жидкость (32) промывочный резервуар (14) с множеством впускных сопел (42), предпочтительно типа скруббера Вентури.
6. Способ по п. 5, в котором сбросный поток проходит через впускные сопла (42) со скоростью потока больше 100 м/с.
7. Способ по п. 1, в котором сбросный поток отводят из конденсационной камеры ядерного реактора, в частности кипящего реактора с кипящей водой, и направляют оттуда без промежуточного включения промывочного резервуара в обход фильтрационной камеры (16) для ее нагревания.
8. Способ по любому из пп. 5 или 6, в котором промывочную жидкость (32) из промывочного резервуара (14) направляют через циркуляционный трубопровод (182), который по меньшей мере на частичном участке находится в термическом контакте с фильтрационной камерой (16) и нагревает ее посредством передачи тепла от циркулирующей промывочной жидкости (32).
9. Способ по п. 8, в котором расширенный сбросный поток, в котором с помощью дросселя (72) уменьшено давление, на участке (80) перегрева находится в термическом контакте с циркуляционным трубопроводом (182) и нагревается за счет переноса тепла от циркулирующей промывочной жидкости (32).
10. Способ по п. 8, в котором поток промывочной жидкости (32) через циркуляционный трубопровод (182) приводится в движение с помощью импульса, передаваемого в промывочном резервуаре (14) от сбросного потока в промывочную жидкость (32).
11. Способ по п. 8, в котором промывочную жидкость (32), удаляемую из промывочного резервуара (14), после прохождения циркуляционного трубопровода (182) снова подают в промывочный резервуар (14) на участке, расположенном геодезически более высоко.
12. Способ по п. 8, в котором предусмотрена центральная камера (84), которая окружена фильтрационной камерой (16) или граничит с ней, при этом циркулирующую промывочную жидкость (32) направляют через элементы (98) теплообменника, расположенные в центральной камере (84) или вдающиеся внутрь нее, в частности трубы теплообменника, и при этом сбросный поток на участке (80) перегрева направляют снаружи в обход элементов (98) теплообменника через центральную камеру (84).
13. Способ по п. 12, в котором сбросный поток проходит в вертикальном направлении основного потока сверху вниз через центральную камеру (84), а промывочная жидкость (32) проходит в вертикальном направлении основного потока снизу вверх через элементы (98) теплообменника.
14. Способ по п. 8, в котором скорость потока промывочной жидкости (32) в циркуляционном трубопроводе (182) устанавливают больше 1 м/с, предпочтительно больше 3 м/с.
15. Способ по п. 1, в котором часть сбросного потока выдувают через байпасный трубопровод (144) в обход фильтрационной камеры (16) непосредственно в атмосферу.
16. Способ по п. 1, в котором на участке (70) высокого давления устанавливают скорость сбросного потока в диапазоне от 10 м/с до 50 м/с в режиме полной нагрузки.
17. Способ по п. 1, в котором на участке (80) перегрева устанавливают скорость сбросного потока в диапазоне от 10 м/с до 70 м/с в режиме полной нагрузки.
18. Способ по п. 1, в котором свободное проточное поперечное сечение дроссельного приспособления (72) устанавливают так, что давление на участке (70) высокого давления в 2-5 раз превышает давление на участке (80) перегрева.
19. Способ по п. 1, в котором сбросный поток направляют через сорбционный фильтр (18) с не растворимой в воде и стойкой к высоким температурам примесью серебра.
20. Система (8) сброса давления для атомной электростанции (2), содержащей защитную оболочку (4) для заключения носителей радиоактивности и выпуск (10, 10') для сбросного потока, при этом с выпуском (10, 10') соединен сбросный трубопровод (12, 12'), снабженный фильтрационной системой, при этом фильтрационная система содержит фильтрационную камеру (16) с впуском (124) фильтрационной камеры, выпуском (128) фильтрационной камеры и лежащим между ними сорбционным фильтром (18) и при этом
- сбросный трубопровод (12, 12') содержит участок (70) высокого давления,
- на конце участка (70) высокого давления к сбросному трубопроводу (12)подсоединено дроссельное приспособление (72),
- сбросный трубопровод (12, 12') по потоку ниже дроссельного приспособления (72) входит в впуск (124) фильтрационной камеры и
- выпуск (128) фильтрационной камеры соединен с ведущим в атмосферу выходным отверстием (20),
отличающаяся тем, что сбросный трубопровод (12, 12') между дроссельным приспособлением (72) и впуском (124) фильтрационной камеры имеет участок (80) перегрева, который через поверхности (68) теплообмена термически соединен с участком (70) высокого давления, при этом эти поверхности (68) теплообмена имеют такие размеры, что сбросный поток, возникающий при аварийном отказе конструкции, нагревается на участке (80) перегрева до температуры, которая превышает по меньшей мере на 10°С, предпочтительно 20-50°С имеющеюся там температуру точки росы.
21. Система (8) сброса давления по п. 20, в которой участок (70) высокого давления по меньшей мере на частичном участке проходит в обход фильтрационной камеры (16) и через поверхности (66, 68) теплообмена термически соединен с фильтрационной камерой (16), так что фильтрационная камера (16) нагревается с помощью сбросного потока.
22. Система (8) сброса давления по любому из пп. 20 или 21, в которой центральная камера (84) окружена фильтрационной камерой (16) или граничит с ней, при этом один или несколько проточных элементов (98) теплообменника расположены в центральной камере (84) или вдаются внутрь нее и при этом направление потока в сбросном трубопроводе (12) выполнено так, что сбросный поток на участке (70) высокого давления направляется через элементы (98) теплообменника и на участке (80) перегрева снаружи в обход элементов (98) теплообменника через центральную камеру (84).
23. Система (8) сброса давления по п. 22, в которой элементы (98) теплообменника ориентированы относительно центральной камеры (84) так, что сбросный поток на участке (80) перегрева проходит в противотоке или перекрестном противотоке относительно сбросного потока на участке (70) высокого давления.
24. Система (8) сброса давления по п. 20, в которой на участке (70) высокого давления к сбросному трубопроводу (12) подсоединен содержащий промывочную жидкость (32) промывочный резервуар (14) по меньшей мере с одним входным соплом (42), предпочтительно типа скруббера Вентури.
25. Система (8) сброса давления по п. 20 для атомной электростанции (2) с кипящим реактором, имеющим конденсационную камеру (152), в которой сбросный трубопровод (12') соединен на стороне входа с конденсационной камерой (152) и проходит оттуда без промежуточного включения промывочного резервуара в обход фильтрационной камеры (16) для ее нагревания.
26. Система (8) сброса давления по п. 24, в которой с промывочным резервуаром (14) соединен циркуляционный трубопровод (182) для циркуляции промывочной жидкости (32), при этом циркуляционный трубопровод (182) проходит в обход фильтрационной камеры (16) и находится с ней в термическом контакте, так что происходит передача тепла от циркулирующей промывочной жидкости (32) в фильтрационную камеру (16).
27. Система (8) сброса давления по п. 26, в которой участок (80) перегрева сбросного трубопровода (12) через поверхности (68) теплообмена термически соединен с циркуляционным трубопроводом (182), так что там происходит перенос тепла от циркулирующей промывочной жидкости (32) в сбросный поток.
28. Система (8) сброса давления по любому из пп. 26 или 27, в которой центральная камера (84) окружена фильтрационной камерой (16) или граничит с ней, при этом циркуляционный трубопровод (182) имеет один или несколько элементов (98) теплообменника, через которые проходит поток промывочной жидкости (32) в режиме сброса давления и которые расположены в центральной камере (84) или вдаются внутрь нее, и при этом направление потока в сбросном трубопроводе (12) выполнено так, что сбросный поток на участке (80) перегрева направляется снаружи в обход элементов (98) теплообменника через центральную камеру (84).
29. Система (8) сброса давления по п. 28, в которой элементы (98) теплообменника ориентированы относительно центральной камеры (84) так, что сбросный поток проходит на участке (80) перегрева в противотоке или перекрестном противотоке относительно промывочной жидкости (32), протекающей в циркуляционном трубопроводе (182).
30. Система (8) сброса давления по п. 29, в которой центральная камера (84) и элементы (98) теплообменника выполнены и ориентированы так, что сбросный поток проходит в вертикальном направлении основного потока сверху вниз через центральную камеру (84), и при этом промывочная жидкость (32) проходит через элементы (98) теплообменника в вертикальном направлении основного потока снизу вверх.
31. Система (8) сброса давления по п. 26, в которой циркуляционный трубопровод (182) имеет впуск (180) для промывочной жидкости, входящий в промывочный резервуар (14), и выпуск (184) для промывочной жидкости, расположенный выше относительно впуска (180) для промывочной жидкости и также входящий в промывочный резервуар (14).
32. Система (8) сброса давления по п. 26, в которой по меньшей мере одно входное сопло (42) ориентировано так, что передаваемый в промывочную жидкость (32) импульс протекающего через него сбросного потока приводит к циркуляции промывочной жидкости (32) через циркуляционный трубопровод (182).
33. Система (8) сброса давления по п. 20, в которой в сбросный трубопровод (12) включен байпасный трубопровод (144) для обхода фильтрационной камеры (16).
34. Система (8) сброса давления по п. 20, в которой сорбционный фильтр (18) содержит сорбционный материал на основе цеолита, предпочтительно с не растворимой в воде примесью серебра.
35. Система (8) сброса давления по п. 20, в которой сорбционный фильтр (18) содержит неорганический сорбционный материал с примесью нитрата серебра.
36. Атомная электростанция (2), содержащая защитную оболочку (4) для заключения носителей радиоактивности и систему (8) сброса давления по любому из пп. 20-35.
