CS223253B1

CS223253B1 - Passive safety device of the aqueous nuclear reactor

Info

Publication number: CS223253B1
Application number: CS813705A
Authority: CS
Inventors: Dalibor Sykora
Original assignee: Dalibor Sykora
Priority date: 1981-05-19
Filing date: 1981-05-19
Publication date: 1983-09-15
Also published as: BG35160A1

Abstract

Pasivní bezpečnostní zařízení vodovodního jaderného reaktoru podle vynálezu představuje novou nezávislou na jiném principu a zcela pasivně pracující zálohu stávajících systémů havarijního odstavení reaktoru při ztrátě tlaku v primárním okruhu. Předmětné bezpečnostní zařízení v podstatě sestává z diferenciálního válce, v němž je uložen diferenciální píst, opatřeného víkem a ucpávkou spojenou s potrubím úniků, z přívodního potrubí sekundárního teplonosného média, které propojuje prostor vymezený víkem a diferenciálním pístem s prostorem sekundární strany parogenerátoru, z výtokového potrubí, v němž je zpětná výtoková armatura, které spojuje střední prostor diferenciálního válce s propojovacím potrubím a reaktorem a ze spojovacího potrubí instalovaného mezi vysokotlakým prostorem diferenciálního válce a potrubím primárního okruhu. Ve středním prostoru diferenciálního válce je umístěna pohotová zásoba koncentrovaného roztoku chemického absorbátoru, jehož teplotu je účelné udržovat ohřevem na vyšší úrovni, než je teplota okolí. Zařízení především umožňuje nahórování sekundární horké vody před jejím vtokem do havarovaného reaktoru a reprezentuje ho diferenciální válec a diferenciální píst.Water passive safety equipment of the nuclear reactor of the present invention new independent on another principle and a passively working backup of the existing ones reactor emergency shutdown systems with loss of pressure in the primary circuit. The security device in question is essentially consists of a differential cylinder in which there is a differential piston fitted with a lid and a seal connected to the leak pipe from the secondary heat transfer pipe media that connects space delimited by a lid and differential piston s the secondary side of the steam generator, from the outlet pipe in which it is returned an outlet fitting that connects the middle space of differential cylinder with interconnecting pipeline and reactor and coupling piping installed between high pressure differential cylinder space and pipe primary circuit. In the middle The differential cylinder is positioned readily stock of concentrated chemical solution an absorber whose temperature is expediently maintained heating higher than the temperature Surroundings. Above all, the device allows recording secondary hot water in front of her the inlet into the crashed reactor and represents differential cylinder and differential piston.

Description

Vynález se týká pasivního bezpečnostního zařízení vodovodního, respektive tlakovodního jaderného reaktoru a vychází z potřeb bezpečnostního zařízení pro omezení následků nadprojektové havárie jaderné elektrárny s vodovodním reaktorem.The invention relates to a passive safety device for a water or pressurized water reactor and is based on the needs of a safety device for limiting the consequences of an over-design accident of a nuclear power plant with a water reactor.

Předmětné pasivní bezpečnostní zařízení zálohuje podkritičnost reaktoru, zejména při pohavarijním zaplavování aktivní zóny horkou vodou sekundárního okruhu.The passive safety device in question backs up the subcriticality of the reactor, particularly during the post-accident flooding of the core with hot water of the secondary circuit.

Doposud se pro havarijní znovuzaplavování aktivní zóny vodovodních či tlakovodních reaktorů všeobecně používá pohotové zásoby studené horované vody uložené pod tlakovým dusíkovým polštářem v havarijních akumulátorech, které představují pasivní dochlazovací podsystém standardních jaderných elektráren tohoto druhu. Mimoto, pro inovaci sledující zvýšení bezpečnosti provozu, zejména u dřívějších ještě nestandardních a provozovaných jaderných elektráren s vodovodními reaktory v nichž nejsou pasivní podsystémy havarijního dochlazování, byly nedávno navrženy nejprve způsob a pak i odpovídající zařízení pro pasivní havarijní dochlazování vodovodního jaderného reaktoru podle čs. autorských osvědčení č. 190 161 a č. 201 194. Přesto, že podkritičnost havarovaného vodovodního jaderného reaktoru musí podle platných předpisů zajistit alespoň jeden z uvažovaných systémů působení na reaktivitu a udržovat ji při libovolných normálních a havarijních podmínkách, a to i za podmínky selhání jednoho orgánu s nejvyšší účinností působení na reaktivitu a přesto že lze využít stávajících havarijních čerpadel pro vstřik roztoku absorbátoru neutronů do havarovaného reaktoru a přesto že jde o zaplavování aktivní zóny horkou vodou, čímž je využíváno i efektu záporného teplotního koeficientu reaktivity, zůstávají v souvislosti s platností jiného bodu stejných předpisů pochybnosti o bezpečném zachování podkritičnosti reaktoru během zaplavování aktivní zóny nebáórovanou horkou vodou za sekundárního okruhu, což je nevýhodou inovujících technických řešení podle výše uvedených čs. vynálezů.So far, the emergency re-flooding of the core of water or pressurized water reactors has generally used ready-made reserves of cold mountain water stored under a pressure nitrogen cushion in emergency accumulators, which represent a passive aftercooling subsystem of standard nuclear power plants of this kind. Moreover, for the innovation aiming to increase the safety of operation, especially in the former still non-standard and operated nuclear power plants with water reactors in which there are no passive emergency aftercooling subsystems, the method and then the corresponding equipment for passive emergency aftercooling of the water nuclear reactor according 190 161 and 201 194. Although the subcriticality of a damaged nuclear water reactor must, according to the regulations in force, ensure at least one of the reactivity systems under consideration and maintain it under any normal and emergency conditions, even under one with the highest efficiency of reactivity, and although existing emergency pumps can be used to inject the neutron absorber solution into the crashed reactor and despite the fact that the core is flooded with hot water, thus exploiting the effect of negative reactive temperature coefficient, point of the same regulations doubts about the safe preservation of reactor subcriticity during flooding of the core by unquenched hot water in the secondary circuit, which is a disadvantage of innovative technical solutions according to the above mentioned MS. inventions.

Výše uvedenou nevýhodu odstraňuje pasivní bezpečnostní zařízení vodovodního jaderného reaktoru podle tohoto vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že zařízení sestává z diferenciálního válce, k němuž náleží víko a diferenciální píst i ucpávka s potrubím úniků, z přívodního potrubí sekundárního teplonosného média, které propojuje prostor vymezení víkem a diferenciálním pístem s prostorem sekundární strany parogenerátoru, z výtokového potrubí, ve kterém je zpětná výtokové armatura uzavřeného typu, které spojuje střední prostor diferenciálního válce s propojovacím potrubím a ze spojovacího potrubí instalovaného mezi vysokotlakým prostorem diferenciálního válce a potrubím primárního okruhu, přičemž pohotová zásoba koncentrovaného roztoku chemického absorbátoru neutronů je umístěna ve středním prostoru, který je výhodné vybavit vnějším ohřevem, kde je stejný tlak jako v prostoru mezi víkem a diferenciálním pístem, respektive jako v prostoru sekundární strany parogenerátoru.The aforementioned disadvantage is overcome by the passive safety device of the water nuclear reactor of the present invention, which consists of a differential cylinder comprising a lid and a differential piston as well as a leakage plug, a secondary heat transfer medium supply line connecting the space demarcation of the lid and differential piston with the secondary side of the steam generator, from an outflow line in which the backflow fitting is of the closed type that connects the central space of the differential cylinder to the interconnecting line and the interconnecting line installed between the high pressure space of the differential cylinder and the primary circuit; stock of concentrated solution of chemical neutron absorber is located in the middle space, which is advantageous to equip with external heating, where is the same pressure as in the space between Kem and differential piston, respectively, as in the area of the secondary side of the steam generator.

Charakteristikou technického pokroku v oblasti jaderně energetických zařízení s reaktory tlakovodního typu, daného aplikací tohoto vynálezu jsou zejména následující hlavní výhody. Předložené bezpečnostní zařízení odstraňuje potenciální zábrany, jaderně technického, bezpečnostního i administrativního charakteru, blokující realizaci zmíněných čs. vynálezů. Tím se uvolňuje cesta k využití významné, respektive velmi účelné inovace nestandardních jaderných elektráren s vodovodními reaktory. Za druhé, předmětné bezpečnostní zařízení systémově technicky dotváří koncepčně nový pasivní podsystém havarijního dochlazování reaktoru, který je v podstatě tvořen hlavním technologickým zařízením, tj. stávajícími parogenerátory. Za třetí, parogenerátory se stávají zařízením dvouúčelovým, neboť budou plnit důležitou funkci i v havarijním přechodovém provozním režimu, čímž roste jejich význam z hlediska provozní bezpečnosti a tedy roste í jejich užitná hodnota. Za čtvrté, předmětné přídavné zařízení s vysokou inherentní spolehlivostí zálohuje funkci mechanického systému pevných havarijních absorbátorů, který při vzniku havarijních podmínek musí být schopen přerušit Štěpnou reakci a reaktor udržet v podkritickém stavu. Za páté, u havarijních čerpadel, která vstřikují při havárii do reaktoru roztok chemického absorbátoru, lze zmírnit náročný požadavek rychlého startu při vysoké spolehlivosti. Za šesté, straší nestandardní jaderné elektrárny s vodovodními reaktory se z hlediska rychlého a spolehlivého zňovuzaplavení aktivní zóny havarovaného reaktoru vyrovnají technické úrovni dosažené u novějších už standardních jaderných elektráren stejného druhu. Za sedmé, možno očekávat, že po provozním ověření navržený pasivní havarijní podsystém získá prioritný postavení, čímž dojde u standardních jaderných elektráren s tlakovodními reaktory ke snížení významu a k redukci velikosti či počtu, případně až k vypuštění stávajících havarijních akumulátorů.In particular, the following main advantages are characteristic of the technical advances in the field of pressurized-type reactors of nuclear power plants, given the application of the present invention. The submitted safety equipment removes potential barriers of nuclear technical, security and administrative character, blocking the implementation of the above-mentioned MS. inventions. This opens the way for the use of significant, or very useful, innovation of substandard nuclear power plants with water reactors. Secondly, the safety device in question completes the conceptually new passive emergency cooling sub-system of the reactor, which essentially consists of the main technological equipment, ie the existing steam generators. Thirdly, steam generators become dual-purpose equipment as they will perform an important function even in emergency transient operation mode, thereby increasing their importance in terms of operational safety and thus increasing their utility value. Fourthly, the subject device with high inherent reliability backs up the function of the mechanical system of solid emergency absorbers, which must be able to interrupt the fission reaction and keep the reactor in a subcritical state when the emergency conditions arise. Fifth, emergency pumps that inject a chemical absorber solution into a reactor in the event of an accident can alleviate the demanding requirement for a quick start with high reliability. Sixth, the haunted non-standard nuclear power plants with water reactors will, in terms of fast and reliable re-flooding of the core of the crashed reactor, equal the technical level achieved with newer, already standard nuclear power plants of the same type. Seventhly, it can be expected that after the operational verification the proposed passive emergency subsystem will gain a priority position, thereby reducing the significance and reducing the size or number of standard nuclear power plants with pressurized water reactors, or even the existing emergency accumulators.

Jako příklad velmi účelné aplikace předmětného pasivního bezpečnostního zařízení je na přiloženém výkresu znázorněno principiální schéma tohoto zařízení včetně jeho vazeb na další technologická zařízení.As an example of a very useful application of the passive safety device, the attached drawing shows a schematic diagram of this device including its links to other technological devices.

Na obr. je proto nakreslen stylizovaný primární okruh, který sestává z vodovodního reaktoru 1, parogenerátorů 2, oběhových čerpadel 3 a potrubí 4 primárního okruhu, které vzájemně spojuje uvedená zařízení primáru. Dále ja nakresleno mezi vodním prostorem sekundární strany parogenerátoru 2 a potrubím 4 primárního okruhu pro223253 pojovací potrubí 7 s uzavírací armaturou 8, a zpětnou vazbou 3.Thus, a stylized primary circuit is shown in the figure, which consists of a water reactor 1, steam generators 2, circulation pumps 3 and a primary circuit conduit 4 which connect said primary devices to one another. Furthermore, a connecting line 7 with a shut-off valve 8, and a feedback 3, is drawn between the water space of the secondary side of the steam generator 2 and the primary circuit line 4 for the 223253.

K parogenerátoru 2 je pro lepší názornost přikresleno potrubí 13 napájecí vody a potrubí 14 páry. Nové přídavné zařízení tvořící podstatnou část bezpečnostního zařízení podle předmětného vynálezu sestává z diferenciálního válce 24, uzavřeného víkem 25, ve kterém je volně pohyblivý těsněním 34 opatřený diferenciální píst 26, z přívodního potrubí 16 sekundárního teplonosného média, z výtokového potrubí 28 v němž je umístěna zpětná výtokové armatura 29 uzavřeného typu, ze spojovacího potrubí 30, které spojuje vysokotlaký prostor 31 diferenciálního válce 24, uzavřeného víkem 25, ve kterém je volně pohyblivý těsněním 34 opatřený diferenciální píst 26, z přívodního potrubí 16 sekundárního teplonosného média, z výtokového potrubí 28 v němž je umístěna zpětná výtokové armatura 29 uzavřeného typu, ze spojovacího potrubí 30, které spojuje vysokotlaký prostor 31 diferenciálního válce 24 s potrubím 4 primárního okruhu a z potrubí 33 úniků, které vychází z ucpávky 32, která obklopuje a utěsňuje část diferenciálního pístu 26.For the sake of clarity, the steam generator pipe 13 and the steam pipe 14 are drawn to the steam generator 2. The new auxiliary device constituting a substantial part of the safety device according to the present invention consists of a differential cylinder 24 closed by a lid 25 in which a freely movable seal 34 is provided with a differential piston 26, a supply conduit 16 of a secondary heat transfer medium. a closed type outlet fitting 29 from a connecting line 30 which connects the high pressure space 31 of the differential cylinder 24 closed by a lid 25 in which the free piston 34 is provided with a differential piston 26, a secondary heat transfer medium supply line 16 from an outlet pipe 28 a backflow fitting 29 of the closed type is located, from a connecting line 30 that connects the high pressure space 31 of the differential cylinder 24 to the primary circuit line 4 and from the leakage line 33 that emerges from the gland 32, which o it encloses and seals a portion of the differential piston 26.

Za pohotového stavu je střední prostor 27 zaplněn koncentrovaným roztokem chemického absorbátoru, vysokotlaký prostor 31 je zaplněn vodou primárního okruhu, zatím co prostor mezi víkem 25 a diferenciálním pístem 26 je zaplněn teplonosným médiem sekundárního okruhu. Přitom výslednice všech sil působících na diferenciální píst 26 směřuje v daném případě vzhůru a je zachycena reakčním silovým působením víka 25, o které se diferenciální píst 26 opírá. Funkce znázorněného bezpečnostního zařízení je následující. Po nekompenzovatelné ztrátě teplonosného média z primárního okruhu dojde rychle i ke ztrátě tlaku ve vysokotlakém prostoru 31, čímž se změní rovnováha sil a diferenciální píst 26 se dá do pohybu. Tím dojde ke zmenšování středního prostoru 27 a k vytlačování koncentrovaného roztoku chemického absorbátoru do propojovacího potrubí 7, kterým začne po otevření zpětné armatury 9 proudit i horká voda z parogenerátoru 2. Po smíšení dále proudí zředěný roztok chemického absorbátoru, jímž bývá kyselina boritá, do havarovaného primárního okruhu, respektive přímo do vodovodního reaktoru 1, čímž je zajištěno znovuzaplavení aktivní zóny horovanou horkou vodou. Aby nedocházelo během pohotovostního stavu předmětného bezpečnostního zařízení k difúzi roztoku chemického absorbátoru do spojovacích potrubí a k jeho průniku do prostoru sekundární strany parogenerátoru 2 a dále do celého sekundárního okruhu, je diferenciální píst 26 vybaven na svém velkém průměru těsněním 34, které však není zatíženo rozdílem tlaků. Ze stejB ného důvodu je ve výtokovém potrubí 28 instalována zpětná výtokové armatura 29, tzv. uzavřeného typu, což znamená, že za pohotového či klidového stavu její uzavírací orgán lehce dosedá na sedlo a těsně ho uzavírá. Plnění, vypouštění i odvzdušnění, zejména středního prostoru 27 zajišťují tenká potrubí s drobnými armaturami, což již není znázorněno.In the ready state, the central space 27 is filled with a concentrated chemical absorber solution, the high pressure space 31 is filled with water of the primary circuit, while the space between the lid 25 and the differential piston 26 is filled with the heat transfer medium of the secondary circuit. In this case, the resultant of all forces acting on the differential piston 26 is directed upwards and is absorbed by the reaction force action of the cover 25 on which the differential piston 26 is supported. The function of the safety device shown is as follows. After an uncompensable loss of the heat transfer medium from the primary circuit, the pressure in the high pressure space 31 is rapidly lost, thereby changing the balance of forces and moving the differential piston 26. This will reduce the central space 27 and force the concentrated chemical absorber solution into the interconnecting line 7, which will also start hot water from the steam generator 2 when the return valve 9 is opened. After mixing, the diluted chemical absorber solution, boric acid, continues to flow to the failed primary. circuit, respectively directly into the water reactor 1, thereby ensuring the re-flooding of the core with hot water. To prevent diffusion of the chemical absorber solution into the connecting ducts and penetration into the secondary side of the steam generator 2 and further into the secondary circuit during the standby condition of the safety device, the differential piston 26 is equipped with a gasket 34 on its large diameter, but not loaded with differential pressure. . For the same reason, a return valve 29, of the so-called closed type, is installed in the outflow conduit 28, which means that, in the ready state, its shut-off member slightly rests against the seat and closes tightly. Filling, draining and venting, in particular of the central space 27, are provided by thin pipes with small fittings, which is not shown.

Výrazným pozitivním znakem pasivního bezpečnostního zařízení je bezprostřední a spolehlivá vazba mezi stavem primárního okruhu a stavem tohoto bezpečnostního zařízení. Intaktnímu vysokotlakému primáru odpovídá pohotový stav pasivního bezpečnostního zařízení, které zcela samočinně zafunguje při havarijní ztrátě tlaku v primárním okruhu. Od popsané a schematicky znázorněné základní varianty předmětného zařízení je možné odvodit různé podvarianty tohoto zařízení, které se mohou lišit jednak využitím parní nebo/a kapalné fáze sekundárního teplonosného média jakožto energetického prostředí pro vytlačení koncentrovaného roztoku absorbátu, jednak dispozičním uspořádáním, respektive polohou diferenciálního válce 24.A significant positive feature of the passive safety device is the immediate and reliable link between the primary circuit and the safety device. The intact high-pressure primary corresponds to the ready state of the passive safety device, which operates automatically in the event of an emergency pressure loss in the primary circuit. It is possible to derive various sub-variants of the device from the described and schematically illustrated variant of the device, which can differ both by using the vapor and / or liquid phase of the secondary heat transfer medium as an energy environment for displacing a concentrated absorbent solution. .

Pro konkrétní předběžné představy o předmětném pasivním bezpečnostním zařízení byly použity známé technické údaje a parametry první čs. jaderné elektrárny se dvěma vodovodními reaktory o elektrickém výkonu 2 X 440 MW, kde ke každému reaktoru je paralelně připojeno šest smyček a k jedné z nich jeden parní kondenzátor objemu. V každé smyčce je instalován jeden horizontální parogenerátor a jedno oběhové čerpadlo. Voda v takto vytvořeném primárním okruhu má při jmenovitém provozním stavu teploty 299/269 °C a tlak okolo 12,6 MPa. V prostoru sekundární strany parogenerátoru je tlak přibližně 4,6 MPa. Na tyto tlaky musí být dimenzovány příslušné prostory, respektive součásti všech pasivních bezpečnostních zařízení, jejichž počet byl zvolen stejný s počtem smyček primárního okruhu. Chemickým absorbátorem neutronů je roztok kyseliny borité v koncentraci okolo 40 g H3BO3 na 1 kg H2O, nebo vyyšší.Known technical data and parameters of the first Czechoslovak Army were used for concrete preliminary ideas about the passive safety device in question. Nuclear power plants with two water reactors with an electrical output of 2 X 440 MW, where six loops are connected in parallel to each reactor and one steam condenser to one of them. One horizontal steam generator and one circulation pump are installed in each loop. The water in the primary circuit thus formed has a nominal operating temperature of 299/269 ° C and a pressure of about 12.6 MPa. The pressure in the secondary side of the steam generator is approximately 4.6 MPa. The respective spaces or components of all passive safety devices whose number has been chosen equal to the number of loops of the primary circuit must be dimensioned for these pressures. The chemical neutron absorber is a solution of boric acid at a concentration of about 40 g H3BO3 per kg H2O, or higher.

Závěrem lze podotknout, že i zcela samostatnou aplikaci popsaného pasivního bezpečnostního zařízení, tj. aplikaci při nevyužití horké vody ze sekundárního okruhu pro znovuzaplavení aktivní zóny, kdy konce výtokových potrubí budou napojeny na vodovodní reaktor nutno z hlediska bezpečnosti provozu reatoru hodnotit jako velmi účelnou. Pasivní bezpečností zařízení vytváří nový, respektive záložní nezávislý systém havarijního odstavování reaktoru, jehož funkce je vysoce spolehlivá a principiálně odlišná od funkce mechanického systému pevných havarijních absorbátorů.In conclusion, even a completely independent application of the described passive safety device, ie application in the absence of hot water from the secondary circuit for re-flooding the core, where the ends of the outflow pipes will be connected to the water reactor must be evaluated. Passive safety of the equipment creates a new or backup independent system of emergency reactor shutdown, the function of which is highly reliable and fundamentally different from the function of the mechanical system of fixed emergency absorbers.

Claims

A passive safety nuclear water reactor, backing up the subcriticality of the reactor during emergency hot water flooding of the secondary circuit, characterized in that it consists of a differential cylinder (24) housing a differential piston (26) with a lid (25) and a gland ( 32) connected to a leakage line (33) from a secondary heat transfer medium supply line (16) that connects the space defined by the lid (25) and the differential piston (26) to the secondary space

OF THE INVENTION of a steam generator (2), from an outlet conduit (28) in which the return outlet (29) is of the closed type that connects the central space (27) of the differential cylinder (24) to the interconnecting conduit (7) and ) installed between the high pressure chamber (31) of the differential cylinder (24) and the primary circuit line (4), with a ready supply of a concentrated chemical absorber solution in the central chamber (27).