BR112018069992B1 - Dispositivo de proteção de poços de drenagem de um sistema de refrigeração de emergência de reatores nucleares moderados a água, módulo de filtragem do dispositivo de proteção de poços de drenagem e elemento de filtragem do dispositivo de proteção de poços de drenagem - Google Patents

Abstract

A invenção refere-se a sistemas de emergência de proteção para centrais nucleares, mais particularmente, a um sistema de emergência de refrigeração do núcleo do reator em caso de perda de refrigerante, nomeadamente, para os dispositivos de proteção de poços no sistema de emergência de refrigeração do reator nuclear moderado a água, módulo de filtragem no dispositivo proteção dos poços e o elemento de filtragem do dispositivo de proteção do poço. A tarefa da invenção é proteger o poço da acumulação de detritos em caso de acidente com vazamento de refrigerante. Para a resolução desta tarefa é proposto um dispositivo de emergência para a proteção de poços de refrigeração um reator nuclear moderado a água, caracterizado pelo facto de conter um sistema de filtro instalado no orifício da parte superior do poço no fundo do invólucro de proteção do reator, ligado ao orifício circundante do sistema de emergência de refrigeração da tubagem, e representa uma ligação aos coletores dos módulos de filtragem. Impedem a entrada de detritos na entrada dos orifícios da tubagem do sistema de emergência de refrigeração. Além disso, cada módulo possui grades com ranhuras laterais e os elementos filtrantes superiores, dispostos internamente na forma de tubos de (...).

Description

[0001] A invenção refere-se a sistemas de proteção de emergência para centrais nucleares, mais particularmente, a um sistema de refrigeração de emergência do núcleo do reator em caso de perda de refrigerante, nomeadamente, para os dispositivos de proteção de poços no sistema de refrigeração de emergência do reator nuclear moderado a água, módulo de filtragem no dispositivo proteção dos poços e o elemento de filtragem do dispositivo de proteção do poço.

[0002] O principal requisito para o sistema de proteção de emergência apresentado no processo de conceção, análise e funcionamento do reator é a garantia de segurança em caso de acidente com perda de refrigerante (potencial acidente extremo). Qualquer interrupção inesperada do fluxo do refrigerante através da zona ativa do reator pode levar a sérias consequências para a central nuclear como um todo. A rutura do fluxo pode ocorrer como resultado de uma avaria da bomba ou válvula de circulação, ou como resultado de uma rutura da conduta principal na entrada ou na saída do corpo do reator.

[0003] Durante o acidente, ocorre um vazamento de refrigerante. Esta água pode transportar partículas sólidas estranhas da destruição do isolamento térmico dos tubos adjacentes ou outras estruturas do reator. A água, juntamente com partículas estranhas, vai fluir para as partes mais baixas da estrutura do reator, em tanques de decantação (poços). As centrais estão equipadas com sistemas de segurança que bombeiam a água de volta para vários sistemas de refrigeração do reator.

[0004] O poço de emergência sob o invólucro do reator é projetado para levar o refrigerante do circuito primário e as soluções químicas ativas, acumuladas durante o acidente com a perda de refrigerante, após a troca dos sistemas de segurança para a circulação da solução dentro do invólucro de proteção.

[0005] A energia proveniente da rutura provoca a destruição do equipamento no invólucro de proteção e a saturação do refrigerante com detritos.

[0006] Os detritos formados sob o invólucro de proteção durante um acidente com perda de refrigerante são divididos em várias categorias, de acordo com suas propriedades: - detritos latentes; - detritos da destruição das estruturas de isolamento térmico; - detritos da destruição de revestimentos anticorrosivos; - detritos químicos formados durante a interação do refrigerante com equipamentos e estruturas no invólucro protetor.

[0007] Os detritos acumulados nas superfícies de filtragem dos poços não devem criar a perda de carga, causando uma redução na reserva de cavitação das bombas do sistema de segurança abaixo do permitido, desaeração e ebulição do refrigerante. A concentração de detritos e a sua composição fracionada não deve influenciar a dissipação de calor da instalação do reator e a funcionamento do equipamento do circuito de recirculação do circuito de segurança durante o período de emergência e após o acidente. A construção dos dispositivos de proteção de poços não deve causar a formação de funil no fluxo do refrigerante em quaisquer condições funcionamento.

[0008] Portanto, os poços constituem dispositivos importantes para a segurança e devem ser providos de dispositivos de contenção para a proteção dos poços. Esses dispositivos são projetados para a limpeza do refrigerante de detritos, para garantir a recirculação a longo das bombas dos sistemas de segurança até que a estrutura do reator e a instalação estejam completamente humedecidos. Devem apresentar durabilidade estrutural e segurança no funcionamento.

[0002] Os filtros de filtros de tela plana estão instalados no fundo do poço, sobre a abertura circundantes das condutas no sistema de emergência de refrigeração dos reatores. Os filtros podem ser equipados com elementos de reforço. (WO2015169752, 2015), (US2006075697, 2006). A principal desvantagem de tais dispositivos é que são instalados na parte inferior, na camada dos detritos que se acumulam após o acidente e o seu trabalho é ineficaz devido à frequente obstrução. A lavagem dos filtros das estruturas acima descritas requer um longo tempo e esforço hidrodinâmico considerável, devido ao fluxo desigual na seção do filtro.

[0003] Os módulos de filtragem são conhecidos para sistemas de refrigeração de emergência de reatores nucleares, compostos por elementos filtrantes, que representam tubos concêntricos perfurados, entre os quais é colocado um material filtrante (US20110215059, 2011), ou a partir de tubos de malha (US20120037559, 2012)

[0004] Tais dispositivos são inerentes às deficiências acima mencionadas, e devido à ausência de equipamentos de distribuição de fluxo, a camada de detritos é depositada de forma desigual na superfície de filtragem, o que leva a uma perda de eficiência do seu funcionamento. A baixa eficiência dos filtros pode resultar na perda de pressão de fluxo, o que reduz a reserva de cavitação de bombas dos sistemas de segurança abaixo do nível admissível, implicando a desaeração e a ebulição do refrigerante. Os filtros instalados nos orifícios de entrada dos tubos devem ter pequenas dimensões e, portanto, são ineficazes. Os módulos de filtragem com distribuidores de fluxo (US20080156712, 2008) permitem a distribuição do fluxo através dos módulos filtrantes, mas o fluxo ao longo da superfície do elemento filtrante é desigual, o que pode levar à formação de uma camada desigual de detritos e à formação em funil de refrigerante no fluxo. Esta fonte é a mais próxima da proposta.

[0005] Como já foi mencionado, em sequência de um acidente envolvendo a rutura da tubagem do circuito primário de um reator nuclear, ocorre um fluxo de dois lados do refrigerante no invólucro de proteção. Este processo é acompanhado pela emissão significativa de massa e energia no invólucro de proteção, numa mistura de ar e vapor superaquecida.

[0006] Isto conduz à desidratação do reator, a zona ativa é aquecida pelo libertador de calor residual. Simultaneamente, a pressão e a temperatura aumentam sob o invólucro de proteção. O refrigerante do circuito primário da rutura da tubagem chega ao interior das instalações do invólucro de proteção. Em resultado da libertação de massa e energia, dá-se a destruição do equipamento, revestimentos anticorrosivos no invólucro de proteção e a saturação de detritos.

[0007] Para a proteção do reator contra o superaquecimento e derretimento do núcleo é fornecido um sistema de emergência de arrefecimento das áreas, que inclui a parte passiva, o sistema de emergência de injeção de alta pressão e o sistema de emergência de injeção de baixa pressão. A redução da pressão e a dissipação de calor a partir do invólucro de proteção é feita por um sistema de aspersão. As reservas de ácido bórico são utilizadas para o funcionamento de todos os sistemas na primeira fase de um acidente. Neste modo, o refrigerante do tanque entra no reator e, em seguida, a partir da rutura da tubagem chega ao interior do invólucro protetor inferior. Após a drenagem do tanque, todos os sistemas são comutados para recirculação do refrigerante acumulado.

[0008] A partir deste momento, no circuito do sistema de emergência de refrigeração do núcleo do reator nuclear entra o refrigerante, que contem uma quantidade significativa de detritos e que pode levar à libertação de elementos do circuito e à suspensão das funções de proteção dos sistemas.

[0009] A tarefa da invenção é proporcionar a limpeza do refrigerante e manter a sua longa circulação, protegendo o poço da acumulação de detritos.

[0010] O resultado técnico consiste em garantir o fluxo uniforme do fluxo sobre a superfície filtrante e eliminar as desigualdades do crescimento excessivo de detritos, bem como garantir a uniformidade do fluxo ao longo da superfície do próprio elemento filtrante.

[0011] Para resolver esta tarefa é proposto um dispositivo de emergência para a proteção de poços de refrigeração um reator nuclear moderado a água, caracterizado pelo facto de conter um sistema de filtro instalado na abertura recetora da parte superior do invólucro de proteção localizado no fundo do poço, ligado ao orifício circundante da tubagem do sistema de emergência de refrigeração, e representa uma ligação aos coletores de módulos de filtragem. Estes impedem a entrada de detritos nos orifícios circundantes da tubagem do sistema de refrigeração de emergência. Além disso, cada módulo de filtragem possui grades com ranhuras laterais e superiores dispostas internamente na forma de tubos de filtro com uma superfície lateral com ranhuras e tubos internamente colocados de tubos perfurados, cujas cavidades internas estão ligadas aos coletores.

[0012] De preferência, os tubos dos elementos filtrantes são perfurados na forma de ranhuras em espiral.

[0013] Os tubos dos elementos filtrantes são, de preferência, feitos de arame com a formação de ranhuras entre as espirais.

[0014] O perfil do arame é, de preferência, triangular.

[0015] Do mesmo modo, a secção transversal do perfil do arame não excede 1,0x2,0 mm.

[0016] O tamanho da fenda não excede 1 mm.

[0017] Também é proposto um módulo de filtragem do dispositivo de proteção de poço no sistema de emergência de refrigeração do reator nuclear moderado a água. É caracterizado por grades com ranhuras laterais e superiores instalados dentro dos elementos filtrantes, que representam um conjunto de tubos de filtragem, cuja superfície lateral contem ranhuras e tubos no interior perfurados, e cujas cavidades internas estão ligadas aos coletores.

[0018] De preferência, os tubos dos elementos filtrantes são perfurados na forma de ranhuras em espiral.

[0019] Os tubos dos elementos filtrantes são, de preferência, feitos de arame com a formação de ranhuras entre as espirais.

[0020] O perfil do arame é, de preferência, triangular.

[0021] Do mesmo modo, a secção transversal do perfil do arame não excede 1,0x2,0 mm.

[0022] O tamanho da fenda não excede 1 mm.

[0023] É fornecido um elemento de filtro do dispositivo de proteção de poço no sistema de emergência de refrigeração do reator nuclear moderado a água. Caracteriza-se pela forma de tubos, as superfícies laterais possuem ranhuras e tubos de distribuição perfurados, cujo diâmetro dos orifícios diminui consistentemente ao longo do fluxo.

[0024] O diâmetro dos orifícios do tubo de distribuição perfurado na sua extremidade ao longo do fluxo não excede metade do diâmetro dos orifícios no início do tubo.

[0025] Tal execução do dispositivo permite limpar os detritos do refrigerante e mantém a longa circulação pelas bombas dos sistemas de segurança até que o invólucro e a instalação do reator estejam completamente humedecidos.

[0026] O dispositivo proposto está ilustrado nos desenhos, onde: a Fig. 1 representa uma visão geral da parte inferior do invólucro de proteção do reator com orifícios nas cavidades e os módulos de filtro instalados acima deles; a Fig. 2 demonstra a disposição dos módulos de filtro sobre os orifícios do poço; a Fig. 3 demonstra uma visão do topo do poço; a Fig. 4 demonstra uma visão geral do módulo de filtro; na Fig. 5 está representado o elemento filtrante, a Fig. 6 apresenta o diagrama de fluxo através do módulo de filtro.

[0027] Tal como está demonstrado nos desenhos, na parte inferior do invólucro de proteção 1 do reator nuclear estão localizados os poços 2, na parte superior da qual estão instalados módulos de filtro 3, conectados com a ajuda dos coletores 4, através do orifício 5 do poço 2 com o orifício circundante 6 da tubagem do sistema de emergência de refrigeração do reator. O módulo de filtro 3 inclui uma grade lateral com ranhuras 7, uma grade superior com ranhuras 8 interligada pelos painéis superior e inferior 9 e 10, respetivamente, entre os quais se encontram os elementos de filtro 11. Os elementos filtrantes 11 na forma de tubos de filtro 12 e os tubos de distribuição 13 estão dispostos dentro deles, com os orifícios 14 e 15 decrescentes na direção do fluxo.

[0028] O dispositivo funciona da seguinte forma:

[0029] A parte inferior do invólucro de proteção do reator 1 é de tamanho considerável, o que garante a velocidade mínima da transferência de refrigerante e a possibilidade de sedimentar os detritos até os poços 2. A velocidade de arranque para um detrito que atinge o solo é superior à velocidade de sedimentação dos detritos no fluxo. Os módulos de filtro 3 encontram-se a uma certa altura do nível de fundo, o que proporciona um atraso adicional aos detritos que atingem o solo. Antes de entrar para as cavidades 2 e depois para os orifícios circundantes 6 da conduta do sistema de emergência de arrefecimento do reator, o fluxo de refrigerante juntamente com os detritos passam através dos módulos de filtragem 3, instalados na parte superior dos poços 2, ligados com a ajuda dos coletores 4 aos orifícios 5 do poço 2. Em seguida, através da grade com ranhuras lateral 7 e da grade com ranhuras superior 8, o fluxo do refrigerante cai dentro do módulo de filtro 3. A superfície exterior das grades com ranhuras 7 e 8 possuem orifícios de 17x170 mm, o que proporciona um atraso de partículas com mais de 17 mm. A parte interna das grades com ranhuras 7 e 8 forma canais oblíquos retangulares e garante a sedimentação de partículas hidráulicas com mais de 0,017 m/seg., com um tamanho característico de mais de 200 μm para partículas e fibras de classe 4 e superior. Os elementos filtrantes 11 possuem a forma de tubos de filtragem com orifícios 12. Os orifícios nos elementos filtrantes 11 possuem a forma de uma ranhura retangular e espiral, cujo comprimento é muito maior do que a largura. A largura da ranhura é de 1 mm, com base no tamanho mínimo de partículas permissível no sistema de circulação. O uso de orifícios em forma de ranhuras em vez de quadrados, como numa grade ou numa placa perfurada, reduz a probabilidade de sobreposição das partículas menores, do que o tamanho da ranhura quando elas se aproximam simultaneamente da ranhura. O fluxo através dos tubos de filtragem com orifícios 12 flui para os tubos de distribuição 13 com orifícios decrescentes de fluxo 14 e 15. A área de superfície dos elementos filtrantes 11 é muito maior do que a área do orifício circundante 6, o que resulta numa velocidade irregular significativa do fluxo de refrigerante através da superfície de filtragem. Para eliminar este efeito, os tubos de distribuição 13 estão instalados no interior dos elementos de filtragem 11, ligados ao interior do elemento de filtragem 11 e aos orifícios circundantes 6. Os tubos de distribuição 13 possui uma série de orifícios 14 e 15 de diferentes diâmetros distribuídos ao longo do comprimento, o que garante uma distribuição uniforme do fluxo ao longo da superfície do filtro. O fluxo de refrigerante expelido dos detritos é descarregado através do orifício circundante 6 na tubagem do sistema de emergência de refrigeração do reator.

Claims (6)

1. O dispositivo de proteção do poço no sistema de emergência de refrigeração de um reator nuclear moderado a água, compreendendo um sistema de módulos de filtro (3) conectados ao cabeçote, compreendendo elementos de filtro (11), cada módulo de filtro (3) possuindo grades com ranhuras (8) na parte superior, os elementos de filtro (11) são dispostos no interior e projetados como tubos de filtração com ranhuras laterais (11) e tubos de distribuição perfurados (13) dispostos dentro dos tubos de filtragem (11) os internos dos tubos de distribuição perfurados (13) são conectadas aos coletores (4), caracterizado por os tubos de filtragem (11) serem feitos de arame com ranhuras entre as espirais, e cada módulo de filtro (3) possui grades com ranhuras laterais (7).

2. Dispositivo de proteção de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os tubos dos elementos filtrantes (11) serem perfurados em forma de ranhuras helicoidais.

3. Dispositivo de proteção de poço, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por os tubos de distribuição perfurados (13) compreendem aberturas (14, 15), que diminuem de tamanho ao longo do fluxo.

4. Dispositivo de proteção de poço, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o perfil de arame ser triangular.

5. Dispositivo de proteção de poço, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por a seção transversal do fio não exceder 1,0x2,0 mm.

6. Dispositivo de proteção de poço, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o tamanho das ranhuras não exceder 1 mm.