BR112020001519A2 - método para organizar a circulação natural de uma transportadora de calor de metal líquido de um reator nuclear rápido - Google Patents

Abstract

A invenção refere-se ao campo da engenharia nuclear e pode ser usada para organizar a circulação natural de um líquido refrigerante de metal líquido no dissipador de calor de um reator nuclear de neutrões rápidos. A fim de criar uma pressão de circulação de circulação sem o uso de equipamento de bombeamento e fornecer a direção necessária da circulação natural do líquido refrigerante de metal líquido no circuito do dissipador de calor de um reator nuclear rápido na ausência de transferência de calor do reator, antes do enchimento de tubulações e equipamentos das seções de elevação e abaixamento do circuito eles são pré-aquecidos até atingirem, respetivamente, às temperaturas T1 e T2, que são selecionadas da condição de realização da desigualdade: , onde ¿1(T1) é a densidade do líquido de arrefecimento do metal líquido a uma temperatura T1 de tubulações e equipamentos na seção de elevação; ¿2(T2) é a densidade do líquido de arrefecimento do metal líquido a uma temperatura T2 de tubulações e equipamentos na seção de abaixamento; H1 é a diferença de altura entre a entrada e a saída da seção de elevação; H2 é a diferença de altura entre a entrada e a saída da seção de abaixamento; P é a resistência hidráulica do circuito; g é a aceleração da gravidade. A circulação do refrigerante no circuito é iniciada simultaneamente com a transição para o modo de circulação natural e até o reator nuclear atingir seus parâmetros operacionais nominais criando uma pressão de circulação motriz devido à diferença de densidades ¿1(T1) e ¿2(T2) do refrigerante de metal líquido, respetivamente, nas seções de elevação e abaixamento do circuito. Pontos independentes da fórmula de invenção, 2 ilustrações.

Description

MÉTODO PARA ORGANIZAR A CIRCULAÇÃO NATURAL DE UMA TRANSPORTADORA DE CALOR DE METAL LÍQUIDO DE UM REATOR NUCLEAR RÁPIDO

[001] A invenção refere-se ao campo da engenharia nuclear e pode ser usada para organizar a circulação natural de um líquido refrigerante de metal líquido no circuito do dissipador de calor de um reator nuclear de neutrões rápidos.

[002] O mais próximo da presente invenção é o método que permite organizar a circulação natural do líquido de arrefecimento de metal líquido no circuito do dissipador de calor de um reator nuclear rápido, compreendendo pré-aquecimento elétrico de tubos de elevação e abaixamento e equipamentos do circuito do dissipador de calor, com subsequente enchimento com líquido de arrefecimento aquecido, iniciando a circulação do líquido de arrefecimento no circuito e alternando para o modo de circulação natural (Usynin G.B., Kusmartsev E.V. Reatores de neutrões rápidos: Livro didático para universidades / Editado por F.M. Mitenkov - M.: Energoatomizdat, 1985, p. 197).

[003] O método conhecido é realizado de maneira seguinte.

[004] Os dutos e os equipamentos das seções de elevação e abaixamento do circuito do dissipador de calor antes do enchimento inicial com líquido refrigerante de metal líquido (ou após inspeção e reparo) têm uma temperatura aproximadamente igual à temperatura ambiente. O líquido de arrefecimento de metal líquido localizado no tanque do sistema de enchimento e drenagem é aquecido a uma temperatura de cerca de 200- 250°C. Portanto, antes de fornecer o líquido de arrefecimento de metal líquido aquecido ao circuito do dissipador de calor, as tubulações e o equipamento devem ser aquecidos à mesma temperatura para evitar o esfriamento excessivo (“endurecimento”) do líquido de arrefecimento de metal líquido. Para aquecimento, são utilizados aquecedores elétricos, instalados em tubulações e equipamentos das seções de elevação e abaixamento do circuito do dissipador de calor. Em seguida, o líquido de refrigeração aquecido é alimentado no circuito do dissipador de calor até que o nível exigido no tanque para compensar as expansões térmicas seja atingido. Depois de encher com o líquido de arrefecimento as seções de elevação e abaixamento do circuito, a circulação forçada é iniciada no circuito usando bombas. A transição para o modo de circulação natural é realizada após o reator nuclear atingir seus parâmetros operacionais nominais.

[005] A desvantagem desse método é a presença de resistência hidráulica adicional no circuito devido ao equipamento de bombeamento usado no início da circulação e no modo de circulação forçada até o reator atingir sua potência nominal, bem como a incapacidade de alternar do modo de circulação forçada para a circulação natural sem transferência de calor do reator nuclear.

[006] O objetivo da presente invenção é criar um método para organizar a circulação natural de um líquido refrigerante de metal líquido no circuito do dissipador de calor de um reator nuclear de neutrões rápidos, no qual não há modo de circulação forçada, e o circuito do dissipador de calor funciona, incluindo inicialização, apenas no modo de circulação natural e na ausência de transferência de calor do reator nuclear, quer dizer, antes de atingir a potência operacional, o que garante a segurança passiva do reator nuclear e da instalação do reator em geral.

[007] O resultado técnico da presente invenção é iniciar a circulação natural criando uma pressão de circulação motriz e fornecendo a direção desejada da circulação natural do líquido refrigerante de metal líquido no dissipador de calor sem transferir calor do reator nuclear. Além disso, o resultado técnico é uma redução significativa na resistência hidráulica devido à falta de equipamento de bombeamento no circuito do dissipador de calor.

[008] O resultado técnico especificado é alcançado pelo fato de que, no método conhecido de organizar a circulação natural do líquido refrigerante de metal líquido no dissipador de calor de um reator nuclear de neutrões rápidos, que inclui aquecimento elétrico preliminar de tubulações e equipamentos das seções de elevação e abaixamento do dissipador de calor, seguido pelo enchimento com um líquido de arrefecimento aquecido, iniciando a circulação do líquido de arrefecimento no circuito e a transição para o modo de circulação natural, de acordo com a invenção declarada, pré-aquecimento elétrico dos dutos e equipamentos das seções de elevação e abaixamento do circuito do dissipador de calor são realizados, respetivamente, até as temperaturas T1 e T2, que são selecionadas da condição de desigualdade: , onde: ρ1(T1) é a densidade do líquido de arrefecimento do metal líquido a uma temperatura T1 de tubulações e equipamentos na seção de elevação; ρ2(T2) é a densidade do líquido de arrefecimento do metal líquido a uma temperatura T2 de tubulações e equipamentos na seção de abaixamento; H1 é a diferença de altura entre a entrada e a saída da seção de elevação; H2 é a diferença de altura entre a entrada e a saída da seção de abaixamento; P é a resistência hidráulica do circuito; g é a aceleração da gravidade,

e a circulação do refrigerante no circuito é iniciada simultaneamente com a transição para o modo de circulação natural e até o reator nuclear atingir seus parâmetros operacionais nominais devido à diferença de densidades ρ1(T1) e ρ2(T2) do refrigerante de metal líquido, respetivamente, nas seções de elevação e abaixamento do circuito.

[009] A combinação declarada de características essenciais permite que a circulação natural inicie no dissipador de calor de um reator nuclear sem conectar a fonte de calor principal, mas apenas devido ao aquecimento elétrico à temperatura calculada das tubulações e equipamentos das seções de elevação e abaixamento e, portanto, devido à diferença de temperatura (diferença de densidade) do refrigerante que os enche. Então, no momento da partida de um reator nuclear, o circuito do dissipador de calor já funcionará no modo de circulação natural e, assim, garantirá a segurança passiva da instalação do reator em geral. Comparando com o protótipo, no método declarado não há modo de circulação forçada, o que também contribui para a segurança nuclear.

[0010] A essência da presente invenção é ilustrada por desenhos, onde na fig. 1 representa-se um diagrama de um circuito do dissipador de calor de um reator nuclear rápido, e a fig. 2 mostra um gráfico do desenvolvimento da circulação natural sem o uso de uma bomba.

[0011] O circuito do dissipador de calor contém uma fonte de calor 1, por exemplo, um trocador de calor conectado ao primeiro circuito do reator (não mostrado no desenho) ou como um reator nuclear (não mostrado no desenho). A saída da fonte de calor 1 é conectada por meio de um tubo de elevação 2 com a entrada do dispositivo para remover o calor 3, que é usado como um trocador de calor de ar. Aquecedores elétricos seccionais 4 são instalados no tubo de elevação 2 ao longo de todo o comprimento. A saída do dispositivo de remoção de calor 3 é conectada por um tubo abaixador 5 à fonte de calor 1 através de um tanque para compensar a expansão térmica do transportador de calor 6. Aquecedores elétricos seccionais 7, semelhantes aos aquecedores elétricos 4, são instalados no tubo abaixador 5 ao longo de todo o comprimento. O circuito do dissipador de calor é conectado ao tanque do sistema de abastecimento e drenagem 8 por meio de um tubo de drenagem 9 com uma válvula 10. Fonte de calor 1, dispositivo de dissipação do calor 3 e o tanque para compensar a expansão de temperatura do transportador de calor 6 são equipados com aquecedores elétricos seccionados (não mostrados no desenho). Para minimizar a perda de calor, o circuito do dissipador de calor (tubulações 2, 5, 9, fonte de calor 1, um dispositivo para remover o calor 3 e um tanque para compensar a expansão térmica do transportador de calor 6) é fornecido com isolamento térmico (não mostrado no desenho).

[0012] O método é o seguinte.

[0013] Para organizar a circulação natural do líquido refrigerante de metal líquido, neste caso o sódio, a seguinte sequência de ações é realizada no circuito do dissipador de calor de um reator nuclear de pesquisa de neutrões rápidos. Os aquecedores elétricos seccionados 4, 7 estão ligados para aquecer tubulações e equipamentos para as seções de elevação e abaixamento do circuito do dissipador de calor até as temperaturas calculadas Т1 = 230 оC e Т2 = 210 оC, respetivamente. Ao mesmo tempo, as configurações dos reguladores de corrente fornecem aquecimento e manutenção da temperatura para a fonte de calor 1 de 230°C, para o tubo de elevação 2 de 230°C, para o dispositivo para remover o calor 3 de 210°C, para o tubo de abaixamento 5 e o tanque para compensar a expansão térmica do refrigerante 6 de 210°C. Em seguida, a evacuação do ar e o preenchimento com argónio do circuito do dissipador de calor são realizados sucessivamente, e após atingir a composição necessária do meio gasoso no circuito do dissipador de calor, do tanque 8 do sistema de enchimento e drenagem, abrindo a válvula de gaveta 10, o sódio é fornecido ao circuito do dissipador de calor pelo tubo de drenagem 9 com uma capacidade de 2 m3/h e uma temperatura de 225°C.

No modo de inicialização, a fonte de calor 1 não funciona como um trocador de calor, mas serve apenas para a passagem do transportador de calor através dele.

Quando o sódio atinge o nível necessário no tanque de compensação de expansões da temperatura 6, a válvula de expansão 10 será fechada.

A pressão na cavidade do gás do tanque de compensação de expansões da temperatura 6 atinge a 0,14 MPa.

Durante o preenchimento do circuito do dissipador de calor, o líquido de refrigeração de sódio recebe a temperatura das paredes das tubulações e do equipamento do circuito, como resultado, uma pressão de circulação natural é criada na direção desejada.

Como mostrado na fig. 2, sob a influência da pressão da circulação natural criada pela diferença inicial de temperaturas T1 e T2 das paredes do tubo de elevação 2 e do tubo de descida 5, a taxa de fluxo de sódio aumenta de zero para um valor estabilizado de 3,76 kg/s por 150 s e permanece constante.

Na circulação natural estabelecida, o dispositivo para remover o calor 3 fornece a redução necessária na temperatura do líquido de refrigeração na entrada da seção de abaixamento.

A temperatura do sódio na entrada e saída dos elementos do circuito é de 210°C na entrada da fonte de calor 1, 225°C na saída da fonte de calor 1, 230°C na entrada do dispositivo de remoção de calor 3, 210°C na saída do dispositivo de remoção de calor 3. Para calcular as temperaturas T1 e T2, foram utilizados os seguintes valores: a altura da saída da fonte de calor 1 é de 6,2 m, a altura da entrada do dispositivo para remoção de calor 3 é de 11,1 m, a altura da saída do dispositivo de aquecimento 3 é de 8,4 m, a altura de entrada da fonte de calor 1 é de 6,9 m, a densidade do transportador de calor na seção de elevação ρ1(T1) é de 896 kg/m3, a densidade do líquido de refrigeração na seção de abaixamento ρ2(T2) é de 901 kg/m3, a diferença de altura entre a entrada e a saída da seção de elevação H1 é de 4,9 m, a diferença de altura entre a entrada e a saída da seção de abaixamento H2 é de 1,5 m, a resistência hidráulica do circuito é de 1600 Pa.

Claims (1)

Reivindicações

1. Método para organizar a circulação natural do líquido de arrefecimento de metal líquido no circuito do dissipador de calor de um reator nuclear de neutrões rápidos, incluindo pré-aquecimento das tubulações e equipamentos das seções de elevação e abaixamento do circuito do dissipador de calor, com subsequente preenchimento com um líquido de arrefecimento aquecido, iniciando a circulação do líquido de arrefecimento no circuito e alternando para o modo de circulação natural, caracterizado por aquecimento elétrico preliminar de tubulações e equipamentos das seções de elevação e abaixamento do circuito de dissipação de calor até, respetivamente, às temperaturas T1 e T2, que são selecionadas da condição de realização da desigualdade: , onde: ρ1(T1) é a densidade do líquido de arrefecimento do metal líquido a uma temperatura T1 de tubulações e equipamentos na seção de elevação; ρ2(T2) é a densidade do líquido de arrefecimento do metal líquido a uma temperatura T2 de tubulações e equipamentos na seção de abaixamento; H1 é a diferença de altura entre a entrada e a saída da seção de elevação; H2 é a diferença de altura entre a entrada e a saída da seção de abaixamento; P é a resistência hidráulica do circuito; g é a aceleração da gravidade, e a circulação do refrigerante no circuito é iniciada simultaneamente com a transição para o modo de circulação natural e até o reator nuclear atingir seus parâmetros operacionais nominais devido à diferença de densidades ρ1(T1) e ρ2(T2) do refrigerante de metal líquido, respetivamente, nas seções de elevação e abaixamento do circuito.