BR112019028268A2 - método de refrigeração de fusão de um reator nuclear e um sistema de controle para refrigeração de fusão de um reator nuclear - Google Patents
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Abstract
MÉTODO DE REFRIGERAÇÃO DE FUSÃO DE UM REATOR NUCLEAR E UM SISTEMA DE CONTROLO PARA REFRIGERAÇÃO DE FUSÃO DE UM REATOR NUCLEAR. A invenção refere-se a sistemas para garantir o funcionamento de centrais nucleares em acidentes graves, em particular, a métodos e sistemas de refrigeração e controlar a refrigeração da fusão de reatores nucleares. O resultado técnico das invenções reivindicadas é aumentar a segurança das centrais nucleares. eficiência de refrigeração do núcleo fundido de um reator nuclear. A tarefa para a qual as invenções reivindicadas são direcionadas para aumentar a eficiência doa refrigeração do derretimento da zona ativa de um reator nuclear, removendo com segurança a carga de calor do espelho de fusão, garantindo a eliminação de explosões de vapor, levando à destruição da zona de localização de acidentes, do eixo do reator e da contenção. O resultado técnico é alcançado alterando o princípio de refrigeração da fusão da zona ativa, que consiste na destruição do núcleo do corpo do reator nuclear, as condições para o arrefecimento subsequente da fusão são determinadas pelas características do corpo da armadilha de fusão e não pelo reator nuclear. Além disso, o resultado técnico é alcançado devido à instalação de sensores de temperatura e sensores de nível projetados para monitorizar o processo de refrigeração da fusão de um reator nuclear. 2 patentes de fórmula, 3 fig. dos desenhos.
Description
[001] A invenção refere-se a sistemas para garantir o funcionamento de centrais nucleares em acidentes graves, em particular, a métodos e sistemas de refrigeração e controlar a refrigeração da fusão de reatores nucleares.
[002] Num acidente grave numa central nuclear, ocorrem danos ao núcleo de um reator nuclear, como resultado da fusão que entra na parte inferior do corpo do reator e, por sua vez, o destrói. A destruição do corpo do reator pode levar a consequências indesejáveis, por exemplo, diminuição do controlo da distribuição e do comportamento físico-químico da fusão. As formas voláteis e aerossólicas dos produtos radioativos da desintegração difundem-se em contenção, ameaçando a sua integridade, vazando e causando contaminação radioativa da área. Para reduzir significativamente essas consequências negativas e eliminar cargas de dose não projetadas na população e no meio ambiente, as centrais nucleares modernas geralmente estão equipadas com armadilhas de fusão instaladas sob o reator nuclear; portanto, depois de a parte inferior do reator ser derretida, a fusão cai na armadilha de fusão onde ocorre a localização e refrigeração.
[003] Normalmente, para refrigerar a fusão, o líquido refrigerante (água) é introduzido no coletor de derretimento.
[004] Para controlar o fluxo de fusão após a destruição do corpo do reator, sensores de temperatura, por exemplo, termopares, são instalados acima do coletor de fusão, que são usados para controlar a temperatura do fluxo de fusão e a localização após a destruição do reator nuclear.
[005] O fornecimento de água para a fusão no corpo do reator, ou mais além, deve ser realizado a fim de evitar uma explosão de vapor dentro do invólucro, no entanto, ao misturar água com um metal fundido durante o fluxo de jato de água de cima para a fusão ou derramar o metal fundido misturado com o óxido fundido em água na câmara de pressão do reator, durante a penetração das crostas que circundam a fusão formada no interior do núcleo durante a fusão dos elementos combustíveis, é impossível excluir explosões destrutivas por vapor, devido à dispersão dos jatos de fusão na água, a interação de jatos dispersos e correntes emaranhadas com as superfícies do equipamento localizado na câmara de pressão do reator, ou com a superfície interna do fundo do corpo do reator cria, na prática, condições ideais para a libertação máxima de energia acumulada pela fusão.
[006] Para evitar explosão de vapor, a superfície da fusão (espelho derretido) geralmente não é refrigerada imediatamente, e a refrigeração geralmente é realizada após a obtenção de informações sobre o estado da fusão. Algumas armadilhas de fusão são concebidas de maneira semelhante com a colocação de material de sacrifício dentro da armadilha de fusão. Após um determinado tempo, os componentes do material sobem acima do derretido para evitar uma explosão de vapor, ou na fusão durante a interação química com o material, os componentes de óxido e metal são invertidos, nos quais os componentes de óxido do derretido sobem e os de metal caem, criando assim umas favoráveis condições para fornecer água à superfície do fundido (nos seus componentes de óxido). Em alguns projetos de armadilhas de fusão, um tanque de saída especial é usado para desviar e distribuir a massa fundida, o que permite que a massa se espalhe por uma grande área com uma camada relativamente fina, o que permite a refrigeração a jato (asfixia) da massa fundida sem o risco de explosões de vapor. O fornecimento de água, nesse caso, é realizado apenas se a fusão se espalhar completamente dentro da armadilha; caso contrário, por exemplo, se o modo de difusão for derretido e a fusão se acumular numa área limitada, é possível a destruição termoquímica da base da armadilha ou as condições para uma explosão de vapor no modo de alimentação aparecer água de refrigeração sobre a fusão.
[007] Após o corpo do reator derreter, a o fornecimento de água não é mais considerado.
[008] Em alguns projetos de centrais nucleares, o corpo do reator é preenchido com água até derreter. O enchimento com água ocorre nos estágios da destruição da zona ativa, no fluxo de fusão da zona ativa para o fundo do corpo do reator, na acumulação de fusão no fundo do corpo do reator, até à destruição do fundo. Este procedimento é muito perigoso. A razão é uma explosão de vapor, desenvolvendo-se tanto quando a água é misturada com metais líquidos quanto com óxidos líquidos, que nunca estão presentes na fusão na forma pura, apenas numa mistura com uma certa quantidade de metais líquidos.
[009] Por outro lado, existe a incerteza com o fornecimento de água de refrigeração para o corpo do reator devido à falta de informações sobre a localização da fusão no interior do corpo do reator. Assim, o fornecimento de água para o corpo do reator não garante a sua segurança.
[010] O sistema de controlo do reator mede o fluxo de neutrões fora do corpo do reator, monitoriza as mudanças na reatividade da zona ativa, as mudanças de potência e outros parâmetros durante a operação normal, violações da operação normal, durante o projeto e além dos acidentes da base do projeto sem destruir o núcleo do reator. Este sistema não foi projetado especificamente para monitorizar acidentes graves em centrais nucleares, nos quais diversos fatores, como uma mudança no arranjo de elementos do núcleo e os seus fragmentos sólidos, uma mudança no arranjo de elementos de componentes internos e uma mudança de posição e o volume do núcleo derrete dentro do corpo do reator, uma alteração na sua composição química e estado de fase, incluindo a formação de um lodo (estado sólido-líquido bifásico) e separação, uma alteração no seu estado termomecânico, leva a uma distorção e alteração significativas nos dados sobre os parâmetros físicos do núcleo, tanto internos quanto externos e fora do corpo do reator.
[011] O método conhecido [1] para refrigerar a fusão da zona ativa de um reator nuclear, que consiste em determinar a localização dos fragmentos do núcleo fundido no corpo do reator, após a destruição da fusão da zona ativa do corpo do reator nuclear e determinar o estado do núcleo fundido de acordo com as informações recebidas dos sensores de temperatura instalados no reator nuclear, fornecendo refrigerante ao núcleo do reator, considerando as informações recebidas, aumentando ou diminuindo o volume de fornecimento de refrigerante no núcleo de um reator nuclear depois de derreter o corpo do reator, fornecendo refrigerante ao núcleo do reator nuclear, considerando a posição e condição reais dos elementos fundidos do núcleo do reator nuclear.
[012] Um sistema conhecido para implementar o método [1], incluindo o primeiro grupo de sensores de temperatura instalados acima do núcleo de um reator nuclear, o segundo grupo de sensores de temperatura instalados na parte externa do corpo do reator nuclear, o terceiro grupo de sensores de temperatura instalados no fundo do corpo do reator nuclear, o quarto grupo de sensores de temperatura instalados na zona entre o coletor de fusão e o parte inferior do corpo do reator nuclear, ligado ao equipamento de controlo.
[013] Uma das desvantagens do método, bem como do sistema destinado à sua implementação, é que, a temperaturas acima de 1100 °C, a oxidação ativa do zircónio começa com a evolução do hidrogénio. A temperatura neste processo aumenta rapidamente de 1200 °C para 1800-2200 °C e acima. Isso leva à destruição dos sensores de temperatura instalados dentro do corpo do reator e, essencialmente, permite determinar apenas o momento do início da destruição da zona ativa e localizar aproximadamente a área na qual o processo de destruição é mais rápido, com base em dados de aumento de temperatura e dados de falhas no sensor. Os sensores de temperatura instalados dentro do corpo do reator acima do núcleo indicam por algum tempo a temperatura do meio vapor-gás (temperatura da mistura de vapor e hidrogénio), distorcida pelos processos de circulação no núcleo. Esses sensores durante um longo período de tempo podem mostrar uma temperatura bastante aceitável devido às características específicas do projeto do núcleo, o que permite que a mistura vapor-gás circule através de vários canais periféricos quase independentes, o levando a uma subestimação significativa da temperatura média da mistura gás-vapor acima do núcleo em comparação com uma temperatura semelhante nos canais.
[014] Outra desvantagem do método, bem como do sistema projetado para implementação, é que os sensores de temperatura instalados na superfície externa do corpo do reator não permitem determinar o estado da zona ativa devido à inércia térmica do corpo do reator e à distorção dos campos de temperatura causados pelos processos internos do reator, associado à convecção de ciclo combinado, fusão do núcleo, radiação e outros processos termoquímicos e termohidráulicos. Assim, os sensores de temperatura instalados na superfície externa do corpo do reator detetam algumas alterações, mas essas informações não são claramente suficientes para determinar o estado da zona ativa e, especialmente, o estado da fusão, sem envolver dados adicionais sobre os parâmetros do médio no circuito primário e na zona de contenção.
[015] Portanto, o controle externo do estado da zona ativa no corpo do reator não é um controlo independente e não pode funcionar separadamente.
[016] Como resultado, devido à falta de informações confiáveis sobre o estado e a localização do material fundido no interior do corpo do reator, torna-se impossível refrigerar o material fundido, fornecendo líquido de refrigeração (água) ao corpo do reator, uma vez que isso pode conduzir a uma explosão de vapor e à destruição não apenas do corpo do reator, mas também da contenção, o que irá resultar na libertação de produtos de fissão radioativa fora do local da central nuclear.
[017] O resultado técnico das invenções reivindicadas é aumentar a segurança das centrais nucleares. eficiência de refrigeração do núcleo fundido de um reator nuclear.
[018] A tarefa para a qual as invenções reivindicadas são direcionadas para aumentar a eficiência doa refrigeração do derretimento da zona ativa de um reator nuclear, removendo com segurança a carga de calor do espelho de fusão, garantindo a eliminação de explosões de vapor, levando à destruição da zona de localização de acidentes, do eixo do reator e da contenção.
[019] O problema é resolvido devido ao facto de que, no método de refrigeração da fusão da zona ativa de um reator nuclear, que consiste em determinar, após a destruição pelo destruição da zona ativa do corpo do reator nuclear, a localização dos detritos do núcleo derretido e determinar o estado de penetração do núcleo das informações recebidas dos sensores de temperatura, refrigerante, aumentando ou diminuindo o volume de fornecimento de refrigerante, de acordo com a invenção, após a destruição por fusão da zona ativa do corpo do reator nuclear, o grau de destruição do corpo do reator nuclear e a hora de início do fluxo do fundido do corpo do reator nuclear para a armadilha de fusão são determinados e, em seguida, o refrigerante é alimentado no corpo da armadilha de fusão com um atraso de tempo predeterminado dos eixos de auditoria interna e um bloco de tubos de proteção de um reator nuclear, após o qual são determinadas as condições para a formação de uma tampa de escória acima da superfície do espelho fundido, o tempo de início da formação de uma crosta na superfície do fundido é determinado, o tempo para o término da liberação do aerossol é determinado, o tempo para a conclusão da absorção de vapor e o tempo para a formação de hidrogénio é determinado, o tempo de estabilização para os processos de refrigeração por fusão é determinado, e o momento em que esses processos entram no modo quasistacionário, então, o volume de fornecimento de refrigerante é ajustado tendo em consideração os parâmetros termofísicos do meio no volume de contenção selado e, em seguida, o volume de fornecimento de refrigerante é ajustado tendo em consideração os níveis mínimo e máximo de água no eixo do reator.
[020] O sistema de controlo de refrigeração da fusão da zona ativa de um reator nuclear inclui sensores de temperatura conectados ao equipamento de controlo de acordo com a invenção, e inclui ainda sensores de nível montados sob o consola de treliça ao longo do corpo do coletor de fusão na área da refrigeração a água externa, os sensores de temperatura são divididos no primeiro, segundo e terceiro grupos, o primeiro grupo de sensores de temperatura está instalado acima do espelho de fusão no interior do corpo do coletor de fusão e os corpos são direcionados para o espelho de fusão, um segundo grupo de sensores de temperatura está instalado entre o corpo do coletor de fusão e o consola de treliça, um terceiro grupo de sensores de temperatura está instalado sob a placa guia, ao mesmo tempo, todos os sensores de temperatura e medidores de nível são combinados em dois canais e, nos corpos de trabalho de cada sensor de temperatura, existem interruptores de limite selados, cobertos com tampas de proteção.
[021] Uma característica distintiva e uma diferença fundamental entre o método reivindicado e o protótipo é que, quando o núcleo é destruído, o estado da armadilha de fusão é monitorizado, e não o espaço interno do reator, devido ao fato de que o corpo do reator como parte (e todo o primeiro circuito como um todo) está fechado em relação à contenção com um sistema de geração de energia (forte e denso durante a operação normal), e a armadilha de fusão é um sistema aberto de geração de energia embutido na contenção, que permite os procedimentos de monitorização e controlo na contenção para garantir um impacto efetivo na armadilha de fusão.
[022] A incapacidade de afetar os processos internos do reator por procedimentos semelhantes a partir do invólucro pressurizado deve-se ao facto de que, para qualquer destruição do circuito primário, até o máximo acidente de projeto (com o tubo de circulação principal rompido em secção transversal completa), a câmara do reator ainda permanece em relação à contenção com um sistema fechado, uma das características distintivas é a pressão residual em excesso no corpo do reator em relação à pressão na contenção, que não permite o controlo indireto indireto eficaz dos processos dentro do corpo do reator, alterando os parâmetros do processo na contenção.
[023] Uma característica distintiva do sistema reivindicado é que os sensores de temperatura e sensores de nível, agrupados em dois canais, estão instalados no corpo do coletor de fusão, e não no corpo do reator nuclear, o que permite ações de monitorização e reguladoras no processo de refrigeração do núcleo de fusão reator nuclear.
[024] Outra característica que distingue o sistema reivindicado é que os sensores de temperatura estão instalados em três níveis diferentes em relação ao espelho de fusão, o que garante que cada canal receba informações características equivalentes.
[025] Outra característica que distingue o sistema reivindicado é que todos os sensores de temperatura localizados dentro do corpo do coletor de fusão, ou em áreas de ação direta e indireta da fusão, possuem tampas protetoras que fornecem proteção termoquímica e dinâmica de gás dos corpos de trabalho.
[026] Outra característica que distingue o sistema reivindicado é que todos os interruptores de limite dos sensores de temperatura estão instalados em tampas de proteção contra fugas que fornecem proteção termomecânica contra respingos ou uma pequena quantidade de núcleo de fusão, jatos de concreto líquido e frações, pequenos objetos voadores e aerossóis.
[027] A fig. 1 apresenta um fluxograma de um método de refrigeração de um núcleo de fusão de um reator nuclear.
[028] A fig.2 apresenta um sistema de controlo de refrigeração da fusão da zona ativa de um reator nuclear.
[029] A fig. 3 apresenta a proteção dos sensores de controlo de temperatura, um interruptor de limite selado e uma tampa de proteção. A invenção reivindicada funciona da seguinte maneira.
[030] O processo de refrigeração do núcleo fundido de um reator nuclear consiste em várias etapas principais: - determinação (1) do grau de destruição do corpo do reator nuclear e o momento em que começa a saída da fusão do reator nuclear para o coletor de fusão; - fornecimento (2) de líquido refrigerante para o interior do corpo do coletor de fusão com um atraso de tempo predeterminado a partir dos eixos de inspeção dos internos e do bloco de tubos de proteção do reator nuclear; - determinação (3) das condições para a formação de uma tampa de escória acima da superfície do espelho fundido
- determinação (4) da hora de início da formação de uma crosta na superfície da fusão; - determinação (5) do tempo para o término da libertação do aerossol; - determinação (6) do tempo para conclusão da sorção de vapor e formação de hidrogénio; - determinação (7) do tempo de estabilização dos processos de refrigeração por fusão; - determinação (8) do momento em que esses processos entram no modo quasistacionário; - aumentar ou diminuir (9) o volume de fornecimento de refrigerante, considerando os parâmetros termofísicos do meio no volume de contenção; - aumentar ou diminuir (10) o volume de fornecimento de refrigerante, considerando os níveis mínimo e máximo de água no eixo do reator.
[031] A essência desse processo é a seguinte. Depois que o núcleo do reator nuclear é derretido, o núcleo fundido começa a fluir para a placa guia e flui para dentro da armadilha de fusão. Esse processo é precedido por dois eventos que determinam as ações de controlo subsequentes: o primeiro é o fluxo do líquido de arrefecimento primário e da água da refrigeração dos sistemas ativo e passivo para a sala de filtros (no tanque de poço) ligado ao eixo do reator no qual a armadilha de fusão está instalada, e o segundo é o aquecimento do ar e, em seguida, o meio de gás de vapor no volume interno da armadilha derreter. O primeiro evento, causado, por exemplo, por uma rutura de uma tubulação de circuito primário com falhas subsequentes dos sistemas de segurança ativos e operação normal, ou por uma rutura de uma tubulação de circuito primário e um fornecimento completo de uma central nuclear, leva ao fluxo de fluido de arrefecimento e água de refrigeração dos sistemas de segurança passiva para um volume pressurizado. Essa água forma um nível limite na sala de filtros e no eixo do reator em torno do corpo do coletor de calor, que é diagnosticado por um grupo de medidores de nível instalados sob a consola ao longo do corpo do coletor de calor na zona de refrigeração a água externa. A água entra na sala de filtros e no eixo do reator, através de secções localizadas na sua base. Os medidores de nível diagnosticam a aparência de água ao redor do corpo do coletor de fusão, enquanto os sensores de temperatura localizados em três níveis mostram durante esse período de tempo a temperatura dentro do coletor de fusão não superior a 400 °C, o que está associado à ausência de fusão do núcleo no corpo do reator. Gradualmente, a água de refrigeração sai do corpo do reator, a zona ativa aquece, entra em colapso e derrete, fluindo para o fundo do corpo do reator. Porém, mesmo nesse caso, os sensores de temperatura, abaixo do fundo do corpo do reator, mostram uma temperatura abaixo de 400 °C, porque estão protegidos por uma placa guia e uma consola de treliça. Toda a convecção de gás do corpo aquecido é muito maior que a localização dos sensores de temperatura localizados numa zona termostática relativamente fria, enquanto a temperatura nessa zona permanece constante devido à temperatura quasiestacionária da água na sala de filtros.
[032] Quando o corpo do reator é destruído, ocorrem os seguintes processos: uma mudança na pressão na armadilha de fusão e a entrada de metais líquidos com uma certa quantidade de óxidos líquidos no material de enchimento do dispositivo de localização da fusão no primeiro estágio, enquanto os sensores de temperatura do primeiro, segundo e terceiro grupos aquecem acima de 400 °C ou são destruídos pelo material fundido, ou seja, estão em estado de falha. De acordo com dois destes sinais: superaquecimento do sensor de temperatura ou falha do sensor de temperatura (destruição), determine (1) o início do recebimento do núcleo fundido do núcleo do reator nuclear para o coletor de fusão. De fato, de acordo com essas duas características, o grau de destruição do corpo do reator também é determinado, o que, por sua vez, determina o fluxo faseado da fusão do corpo do reator para o coletor de fusão, a saber: a) ou os metais líquidos saem primeiro e depois os óxidos líquidos saem depois de um tempo, o que indica a presença de penetração lateral do corpo do reator; b) vazão simultânea de todo o material fundido no volume do corpo do reator, o que indica a destruição do fundo do corpo do reator. Ambas as condições são determinadas pelas leituras obtidas a partir dos sensores de temperatura do primeiro, segundo e terceiro grupos, a saber: a) se, após a destruição do corpo do reator, os sensores de temperatura do primeiro, segundo e terceiro grupos mostrarem uma temperatura superior a 400 °C, após o que a temperatura irá continuar a aumentar lentamente, e após algumas horas, por exemplo, após 2-3 horas, ocorre um rápido aumento de temperatura, Isso significa que há uma penetração lateral do corpo do reator e um processo de duas etapas de entrada da fusão (primeiro os metais líquidos saem, depois os óxidos líquidos) e, portanto, a água é fornecida pelas minas dos internos e o bloco do tubo de proteção com um atraso de projeto (predefinido), por exemplo com um atraso de três a quatro horas, confirmando que o fundido dissolveu o material de enchimento e houve uma inversão dos componentes de corium (óxidos na parte superior e metais na parte inferior); b) se, após a destruição do corpo do reator, os sensores de temperatura do primeiro, segundo e terceiro grupos mostrarem uma temperatura superior a 400 °C, após o que a temperatura imediatamente irá começar a subir de maneira uniforme ou abrupta imediatamente, isso significa que existe um processo de estágio único de entrada da fusão (o metal fundido é derramado junto com o fundido óxidos) e, consequentemente, a água das minas dos dispositivos internos do invólucro e do bloco do tubo de proteção é fornecida mais cedo, aproximadamente na faixa de 30 minutos a uma hora a partir do momento em que a fusão chega, porque o material de enchimento se dissolve com rapidez suficiente, e também a inversão de metais e óxidos ocorre em cerca de 30 minutos.
[033] Assim, de acordo com as leituras dos sensores de temperatura do primeiro, segundo e terceiro grupos, um temporizador para atrasar o fornecimento de água para a superfície de fusão das câmaras de inspeção dos dispositivos internos do invólucro e o bloco do tubo de proteção do reator nuclear é ativado e, em seguida, (2) o refrigerante é fornecido dentro do corpo do coletor de fusão. O tempo de atraso pode ser definido de 30 minutos a 4 horas. O tempo de atraso é determinado considerando a duração da vazão da parte de óxido do fundido do corpo do reator (no caso de uma descarga de jato de dois estágios do orifício na superfície lateral destruída do corpo do reator). Além disso, para definir o tempo de atraso, geralmente, são considerados o volume de aço e óxidos de sacrifício no material de enchimento, necessários para transferir a fusão de alta temperatura e quimicamente agressivo para um estado estável. Isso permite a refrigeração da fusão sem destruir o corpo da armadilha da fusão e sem destruição adicional por radiação térmica da consola da treliça e da placa guia.
[034] Um ponto importante para garantir a segurança passiva do fundido é a inversão dos componentes de óxido e metal, que ocorre quando o material de enchimento derrete e se dissolve no núcleo fundido devido a uma diminuição na densidade da parte de óxido do fundido em relação à sua parte metálica. Como resultado da inversão, a parte que contém óxido de urânio do fundido flutua e a parte metálica do fundido desce. A inversão dos componentes de fusão permite resolver dois problemas:
1. garantir a equalização do fluxo de calor do núcleo fundido através do corpo do coletor de fusão para a água, em que a distribuição inicial do fluxo de calor com um máximo de irregularidade na área do fundido de aço localizado acima do fundido dos óxidos é suavizada e alinhada com a altura do corpo do coletor após a superfície de óxidos contendo urânio acima da fusão. O alinhamento do fluxo de calor após a inversão é garantido principalmente devido à diferença nas propriedades termofísicas do óxido fundido e do metal fundido.
2. garantir a refrigeração direta do espelho de fusão com água para eliminar a atividade do aerossol da radiação de fusão e térmica do espelho de fusão para o equipamento do corpo de armadilha localizado acima, para a consola da treliça e a placa guia segurando a parte inferior do corpo do reator com fragmentos do núcleo e internos.
[035] No processo de interação entre o núcleo fundido e o material de enchimento, é formada uma camada de escória de óxidos de enchimento de luz acima do espelho fundido. A tampa reduz a interação da superfície metálica líquida aberta do banho de fusão com o vapor de água para produzir hidrogénio. Além disso, a tampa de escória reduz a radiação térmica do lado do espelho fundido, para os itens de equipamento localizados acima. Quando a tampa da escória resfria, forma-se uma crosta. A formação de uma camada de escória e crosta é determinada (3) usando sensores de temperatura do primeiro e do segundo grupos, que exibem flutuações periódicas de temperatura, a saber: se o tamanho da crosta aumenta, leva a uma ligeira diminuição da temperatura; se a crosta parte, leva a um aumento acentuado da temperatura devido à emissão de gases e aerossóis. O fornecimento subsequente de água à superfície do fundido reduz a temperatura da superfície. Os sensores de temperatura viáveis localizados em cada um dos três níveis no coletor de fusão exibem dados sobre a diminuição da temperatura após o início do fornecimento de água à superfície da fusão a partir das câmaras de inspeção dos dispositivos internos do invólucro e do bloco do tubo de proteção. De acordo com essas leituras dos sensores de temperatura localizados em três níveis (para reduzir a temperatura), determinam (4) o tempo para o término da saída do aerossol, a saber: a água que entra na superfície de fusão bloqueia a saída de aerossóis e radiação térmica e também resfria rapidamente o equipamento localizado acima, e estabiliza as características mecânicas, o que leva à diminuição da temperatura.
[036] O tempo para conclusão da sorção de vapor e formação de hidrogénio é determinado (5) pelas leituras dos sensores de temperatura localizados em três níveis. Essas leituras coincidem com a paragem da libertação do aerossol e o início da refrigeração com água do espelho de fusão.
[037] Então, de acordo com os indicadores de todos os sensores de temperatura operáveis, determinam (6) o tempo de estabilização dos processos de refrigeração por fusão e (7) o tempo de transição desses processos para o modo quasiestacionário, a saber: se os sensores de temperatura exibirem uma temperatura constante com uma subsequente diminuição da temperatura durante a refrigeração gradual da fusão, isso indica que existe um processo de refrigeração estável da fusão, no qual, conforme a libertação de energia residual diminui, a temperatura média da fusão diminui, a sua fixação e uma transição gradual do líquido fase a sólido.
[038] A restante fusão no fundo do corpo do reator é gradualmente refrigerada. A estabilização e a redução de temperatura são diagnosticadas por sensores de temperatura, que estão localizados no terceiro nível e mostram a temperatura do meio de vapor de gás sob a placa guia. Essas leituras são afetadas pelos fluxos de calor da irradiação das superfícies quentes dos elementos internos da consola de treliça e do plano inferior da placa guia. Quanto mais baixas as radiações, menor a temperatura dos sensores do terceiro grupo, quanto mais fria a superfície da consola de treliça e da placa guia, menor a temperatura a placa guia e os restos do núcleo de fusão localizado nela. De acordo com as leituras dos sensores de temperatura do terceiro grupo, o volume de fornecimento de água para o coletor de fusão é aumentado ou diminuído (8) após a conclusão do fornecimento de água das minas de inspeção dos dispositivos internos do invólucro e da unidade de tubo de proteção, a saber: se a temperatura começar a aumentar depois do fornecimento de água das câmaras de inspeção dos dispositivos internos do invólucro e o bloco do tubo de proteção for interrompido, o volume de fornecimento de água para o corpo da armadilha de fusão será aumentado; se a temperatura não subir, o fornecimento de água para o corpo da armadilha de fusão será reduzido ou completamente parado.
[039] De acordo com as leituras dos medidores de nível (13), aumentam ou diminuem (9) o volume de fornecimento de água, considerando os níveis mínimo e máximo de água no eixo do reator. Os níveis de água estão relacionados aos níveis nos quais se localizam o flange do corpo da armadilha de fusão e a base da consola de treliça, a saber: se o nível da água for menor que o flange do corpo, o volume do fornecimento de água aumenta; se o nível da água estiver no nível da base da consola da treliça, reduz o fornecimento de água para o corpo da armadilha de fusão ou poderá ser completamente interrompido.
[040] Como pode ser visto nas figuras 2 e 3, o sistema de controlo de refrigeração de fusão da zona ativa de um reator nuclear contém um primeiro, segundo e terceiro grupo de sensores de temperatura (10, 11, 12) e um grupo de medidores de nível (13), combinados em dois canais (14), e conectados ao equipamento de controlo (15), nos órgãos de funcionamento (16) de cada sensor de temperatura existem interruptores de limite selados (17) tapados com tampas de proteção (18), o primeiro grupo de sensores de temperatura (10) está instalado acima do espelho de fusão (19) dentro do corpo (20) das armadilhas (21) da fusão, e os órgãos de funcionamento (16) estão direcionados para o espelho de fusão (19), o segundo grupo de sensores de temperatura (11) está instalado entre o corpo (20) da armadilha de fusão (21) e a consola de treliça (22), o terceiro grupo de sensores de temperatura (12) está instalado sob uma placa guia (23), um grupo de medidores de nível (13) está instalado sob a consola da treliça (22) ao longo do corpo (20) da armadilha de fusão (21) na zona de refrigeração a água externo.
[041] No momento da destruição do corpo do reator (24), o núcleo fundido (25), sob a influência de hidrostática e sobrepressão, começa a entrar no corpo interna (20) da armadilha de fusão (21) e entra em contacto com o material de enchimento (26).
[042] O material de enchimento (26) fornece dispersão volumétrica do corium fundido (25) dentro da armadilha (21) e destina-se à oxidação adicional do corium e diluição, a fim de reduzir o volume de libertação de energia e aumentar a superfície de permuta de calor do corium gerador de energia com a camada externa da armadilha de fusão (21), e também contribui para a criação de condições para o surgimento de frações de cério contendo combustível sobre uma camada de aço. O preenchimento (26) pode ser feito de componentes de aço e óxido contendo óxidos de ferro, alumínio, zircónio, com canais para redistribuir o cério, não apenas na parte cilíndrica, mas no volume cónico inferior.
[043] Os componentes de aço e óxido são combinados em cassetes cilíndricas. Tipicamente, o material de enchimento inclui pelo menos uma primeira cassete montada na parte inferior do corpo da armadilha, uma segunda cassete localizada acima da primeira cassete e uma terceira fita montada acima da segunda cassete. A terceira cassete, por sua vez, pode consistir em várias cassetes montadas uma sobre a outra.
[044] De faco, três grupos de sensores de temperatura (10, 11,12) estão instalados em três níveis, enquanto o primeiro grupo de sensores de temperatura (10) está instalado dentro do corpo (20) da armadilha de fusão (21) e o segundo e terceiro grupos de sensores (11, 12) as temperaturas estão definidas acima do corpo (20) do coletor de fusão (21).
[045] O primeiro grupo de sensores de temperatura (10) está localizado na distância mais próxima do espelho de fusão (19) e da tampa de escória (27) que controla a temperatura. Acima desses sensores de temperatura está a proteção térmica (28), que protege contra os efeitos da fusão e dos objetos voadores. Os órgãos de trabalho (16) desses sensores de temperatura (10) estão direcionados para a fusão (25). O primeiro grupo de sensores de temperatura (10) deixa de funcionar após a formação de um espelho (19) de fusão no corpo (20) da armadilha (21), pois nesse momento a radiação térmica do lado do espelho (19) da fusão começa a derreter o escudo térmico por baixo (28). Um aumento na temperatura do espelho de fusão para a temperatura de fusão da proteção térmica indica que, nesse momento, se deu uma reação entre a maior parte da fusão e o material de enchimento e, além disso, houve uma transição para um modo quasiestacionário de transferência de calor para o líquido de arrefecimento através do corpo da armadilha, bem como a radiação térmica de elementos do equipamento da armadilha (21) da massa de fusão, da treliça (22) e da placa guia (23).
[046] O segundo grupo de sensores de temperatura (11), instalados entre o corpo da armadilha de fusão (20) e a consola da treliça (22) também fornece controlo de temperatura. Esses sensores de temperatura (11) estão localizados numa área não protegida por telas térmicas e proteções térmicas. O segundo grupo de sensores de temperatura (11) funciona dependendo da natureza do fornecimento da fusão da zona ativa do corpo do reator para a armadilha de fusão: com a entrada rápida não-axisimétrico de aço fundido, por exemplo, dentro de 30 a 60 segundos, pesando cerca de 60 a 100 toneladas, ou durante um fluxo lento não-axisimétrico lento de óxidos líquidos fundidos numa mistura com uma certa quantidade de aço fundido por, por exemplo, 2-3 três horas pesando cerca de 90 a 130 toneladas, dá- se a fusão (falha) parcial de alguns sensores de temperatura do segundo grupo. Porém, alguns sensores de temperatura (11) podem continuar a funcionar mesmo após a conclusão do fluxo axisimétrico da fusão do corpo do reator, mais difícil é para os sensores do segundo grupo funcionarem. De acordo com as leituras desses sensores de temperatura, é determinado um dos parâmetros mais importantes: o tempo do início da destruição do fundo do corpo do reator, ou seja, o início do fluxo de fusão, bem como o estado subsequente do meio de vapor de gás acima da superfície do fundido ou da sua crosta. Com base nesses dados, é ativado um temporizador para fornecer automaticamente líquido refrigerante com um atraso predeterminado. O líquido refrigerante é fornecido a partir dos eixos de inspeção das partes internas e do bloco do tubo de proteção no corpo da armadilha para arrefecer a tampa da escória e o espelho fundido abaixo dela.
[047] O terceiro grupo de sensores de temperatura (12) instalados na distância mais próxima do corpo do reator (20) também fornece o controlo de temperatura. Esses sensores de temperatura (12) estão instalados numa zona protegida e refrigerada, localizada sob a placa guia (23), e mantêm a sua funcionalidade durante todo o tempo de refrigeração do núcleo de fusão no corpo da armadilha. De acordo com as leituras desses sensores (12), um dos parâmetros mais importantes é determinado: são determinados o tempo do início da destruição do fundo do corpo do reator, ou seja, o tempo do início do fluxo de saída da fusão e o estado posterior do meio de gás de vapor acima da superfície da fusão. Com base nesses dados, um temporizador é ativado para fornecer automaticamente refrigeração com um atraso predeterminado. O líquido de refrigeração é fornecido a partir dos eixos de inspeção dos dispositivos internos do invólucro e da unidade do tubo de proteção no corpo da armadilha para arrefecer o núcleo fundido. Além disso, de acordo com as leituras desses sensores, é registada a formação de uma tampa de escória acima da superfície do espelho de fusão, é determinado o tempo de início da formação de uma crosta na superfície do fundido, são recebidas informações sobre o término da libertação do aerossol e a conclusão do processo de absorção de vapor e formação de hidrogénio.
[048] Um grupo de medidores de nível (13), instalados pelo menos em dois níveis externos localizados na parte externa do corpo (20) da armadilha de fusão (21) na zona de arrefecimento do corpo (20), fornece o controlo do nível de líquido de arrefecimento no eixo do reator. Esse grupo de medidores de nível (13) está localizado numa área arrefecida protegida sob a consola (22). Com base nas leituras dos medidores de nível (13), é determinado o nível da baía do eixo do reator com água, isto é, essas leituras confirmam o funcionamento do projeto do sistema de arrefecimento da armadilha ou é ajustado o funcionamento deste sistema.
[049] O uso do método acima para refrigerar a fusão do núcleo de um reator nuclear e um sistema de controlo para refrigerar a fusão do núcleo de um reator nuclear tornaram possível aumentar a eficiência do refrigerar da fusão do núcleo de um reator nuclear, removendo a carga de calor do espelho de fusão, que, por sua vez, tornou possível eliminar completamente a probabilidade de uma explosão de vapor ao realizar trabalhos para remover o calor da fusão e, portanto, aumentar a segurança das centrais nucleares. Fontes de informação
[050] Patente da China n.º CN106651217, CIP G21D3 / 06, prioridade de 6 de janeiro de 2017.
Claims (2)
1. O método para de refrigeração da fusão do núcleo de um reator nuclear, que consiste em determinar, após a destruição da fusão pelo corpo da área ativa do reator nuclear, a localização dos fragmentos de fusão do núcleo e determinar o estado de penetração da área ativa de acordo com as informações recebidas dos sensores de temperatura, o fornecimento e o ajuste do volume de fornecimento de refrigerante, caracterizado por, após o fundido destruir a zona ativa do corpo do reator nuclear, determinar-se o grau de destruição do corpo do reator nuclear e o tempo de início da saída da fusão do corpo do reator nuclear para a armadilha de fusão, em seguida, o líquido de refrigerante é alimentado no corpo da armadilha de fusão com um atraso de tempo predeterminado, a partir das minas de inspeção dos internos e do bloco do tubo de proteção do reator nuclear, após o qual são determinadas as condições para a formação de uma tampa de escória acima da superfície do espelho fundido, é determinado o tempo do início da formação de crosta na superfície da fusão, bem como o tempo para o término da liberação do aerossol, o tempo para a conclusão da sorção de vapor e o tempo para a formação de hidrogénio, o tempo para a estabilização dos processos de refrigeração por fusão e o tempo para que esses processos passem para o modo quasistacionário então, o volume de fornecimento de refrigerante é ajustado tendo em consideração os parâmetros termofísicos do meio no volume de contenção selado e, em seguida, o volume de fornecimento de refrigerante é ajustado tendo em consideração os níveis mínimo e máximo de água no eixo do reator.
2. O sistema de controle de refrigeração da fusão da zona ativa de um reator nuclear que contém sensores de temperatura ligados ao equipamento de controle, caracterizado por os sensores de nível montados sob a consola da treliça ao longo do corpo da armadilha de fusão na área de arrefecimento externo à água, os sensores de temperatura estarem divididos no primeiro, segundo e terceiro grupos; assim, o primeiro grupo de sensores de temperatura está instalado acima do espelho de fusão dentro do corpo da armadilha de fusão e órgãos de trabalho estão direcionados para o espelho de fusão, o segundo grupo de sensores de temperatura está instalado entre o corpo da armadilha de fusão e a consola de treliça, o terceiro grupo de sensores de temperatura é instalado sob a placa guia, ao mesmo tempo, todos os sensores de temperatura e medidores de nível são combinados em dois canais e, nos corpos de trabalho de cada sensor de temperatura, existem interruptores de limite selados, cobertos com tampas de proteção.
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