CS227161B1 - Contact water steam condenser for protective jackets of atomic power stations - Google Patents

Description

ČESKOSLOVENSKA SOCIALISTICKÁ REPUBLIKA POPIS VYNÁLEZU K AUTORSKÉMU OSVĚDfENÍ 227161 (11) Í»D (51) Int. Cl.3 G 21 D 3/06 (1BJ (22) Přihlášeno 27 10 81(21) (PV 7878-81) ORAD PRO VYNÁLEZY (40) Zveřejněno 26 08 83 (45) Vydáno 15 06 86 A OBJEVY 175)

Autor vjmáilezu SÝKORA DALIBOR ing., PRAHA (54) Kontaktní vodní kondenzátor páry pro ochranné obálky jadernýchelektráren 1

Vynález se týká vodního kondenzátoru pá-ry pro ochranné obálky jaderných elek-tráren, jehož úkolem je snižovat pohavarij-ní tlak zatěžující ochranné obálky při ha-váriích spojených se ztrátou chladivá z pri-márních okruhů elektráren s tlakovodními,respektive vodovodními jadernými reaktory.Vynález též řeší zvýšení efektivnosti stáva-jících systémů lokalizace havárií, tím i přijeho využití zvýšení bezpečnosti, zejménaprovozního personálu ve dvouokruhovýchjaderných elektrárnách.

Dosavadní stav nejpokročilejší techniky,která je instalována nebo navrhována zaúčelem snižování pohavarijních tlaků v pro-storech, ve kterých je umístěno jaderněenergetické zařízení, je dnes dán sovětskoukoncepcí vakuově barbotážních lokalizač-ních systémů a !je uveden zejména v popi-sech vynálezů k čs. autorským osvědčenímč. 177 368, 209 238 a 210 463. Tato bezpeč-nostní technika je schopna vytvořit v her-metickém tzv. prvním prostoru značný po-havarijní podtlak vůči tlaku atmosférické-mu, čímž je zaručena spolehlivá ochranavnitřního i vnějšího okolí jaderné elektrár-ny proti nebezpečnému radioaktivnímu za-moření. Příslušný velmi důležitý bezpečnost-ní systém, jehož představitelem je předmět-ný kontaktní kondenzátor páry, má na jed- 227161 1 né straně velké výhody, mezi které patřípředevším jeho- vysoká účinnost, pasívnosta spolehlivost funkce, jakož i jeho tepelnárovnováha, respektive teplotní vyrovnanosts okolím během jeho pohotového stavu. Nadruhé straně má tento kondenzátor páry izávažné technické nedostatky. Jedná se pře-devším o doposud jen jednostupňové pro-vedení kondenzátoru, čímž se dosahuje jenzákladní funkční efektivnosti systému lo-kalizace havárií. Dalším, značným nedostat-kem tohoto poměrně velkého kontaktníhokondenzátoru je nezbytné velmi členité roz-dělení vody do velkého počtu paralelně řa-zených vodních žlabů, což vede k vyšší spo-třebě konstrukčního nerezového· materiálu.Výše ukázané koncepční nedostatky jsouhlavními technickoekonomickými nevýho-dami současných kontaktních kondenzátorůpáry. Výše uvedené nevýhody dnes realizova-ných, jakož i zatím navržených a v odbornéliteratuře popsaných kontaktních konden-zátorů páry pro systémy lokalizace haváriív jaderných elektrárnách jsou podstatnězmenšeny u řešení kondenzátoru podle to-hoto vynálezu, jehož podstata spočívá v tom,že kontaktní vodní kondenzátor páry jestupňový, přičemž první stupeň kontaktníhovodního kondenzátoru je v provedení spr- 227161 chovem, takže sestává z gravitáčmí zásobnínádrže pohotové zásoby (chladicí vody,, opa-třené pasivním samočinným vypouštěcím za-řízením!, jehož podstatnou částí je těleso schladičem, umístěné nad prostorem pro in-terakci pohavarijního prostředí s desinte-grovanou chladicí vodou a z vodního distri-bučního potrubí opatřeného výtokovýmitryskami, respektive otvory, i z blánové čideskové vestavby, umístěné alespoň jeden-krát v polovině nebo dvakrát v jednétřetině a ve dvou třetinách výšky šach-tového interakčního prostoru, zatímcodruhý stupeň kontaktního vodního kon-denzátem, který je umístěn ve druhémprostoru a je instalován zároveň jakožtozpětně zcela neprůchozí, nebo zpětně jenčástečně průchozí vodní uzávěr mezi prv-ním prostorem a druhým prostorem, je vprovedení barbotážním, asymetrickém, pro-čež sestává z potrubí uzávěru, které je za-končeno zaplaveným rozdělovačem paroply-nové směsi, a z nádoby uzávěru, ve které jedruhá část pohotové zásoby chladicí vody.

Charakteristikou technické pokrokovostiu kontaktního vodního kondenzátoru párypodle tohoto vynálezu jsou zejména tytojeho hlavní výhody. Stupňovými provedením,jehož výhodnost je známá a ověřená u celéřady technických zařízení a systémů, získá-vá předmětný kondenzátor vyšší funkčníefektivnost, přičemž vysoká spolehlivost je-ho funkce zůstává zcela zachována. Za dru-hé, u vícestupňového kondenzátoru se opro-ti stávajícímu jednostupňovému barbotážní-miu kondenzátoru zmenšuje jeho· velikost atím i spotřeba konstrukčního materiálu, ja-kož i množství společensky nutné práce vy-naložené na jeho realizaci. Za třetí, dvou-stupňový předmětný kondenzátor umožňu-je navrhovat, vyvíjet a realizovat koncepč-ně nové ochranné, tj. obálky víceprostorovéodvozené od stávajících ochranných obálek,které se jeví přitažlivé z hlediska zvyšová-ní bezpečnosti provozního personálu, zejmé-na pracovníků obsluhy primární či jaderněenergetické části elektrárny. Za čtvrté, růz-nými relacemi, respektive poměry mezi tep-loodvodnou kapacitou prvního a druhého, tj.barbotážního asymetrického stupně konden-zátoru, jakož i jeho různým konstrukčnímřešením, lze pozitivně ovlivnit či účelněomezit, respektive definovat základní tla-kové i tepelné zátěže, které určují namáhá-ní a tedy pevnostní vyložení jednotlivýchčástí příslušných ochranných obálek. Záro-veň lze též předpokládat, že při optimálnímřešení stupňového kontaktního kondenzáto-ru dojde ke snížení měrných investičníchnákladů u těchto nových ochranných obá-lek. Za páté, vzhledem k jednoduchosti tva-rů a kompaktnosti příslušných vodních ná-drží a nádob kondenzátoru dojde vedle zmí-něné úspory konstrukčního materiálu i krealizaci náhrady nerezového materiálu ma-teriálem uhlíkovým, zejména u druhéhostupně kontaktního kondenzátoru, a to s ohledem na jeho dohrou přístupnost a udr-žovatelnost. Za šesté, z výše uvedených sku-tečností vyplývá, že popsaný stupňový kon-taktní kondenzátor páry jakožto integračnísoučást perspektivních ochranných obálekse sníženým pohavarijním tlakem: význam-ně zvyšuje technickou a radiační bezpečnostprovozu u dnes nejrozšířenějšího typu ja-derných elektráren s lehkovodními reakto-ry a že může pozitivně ovlivnit i jejich tech-nlckoekonomické parametry a ukaaovatele.

Na přiloženém výkresu je jakožto jedenpříklad z více možných a účelných aplikacístupňového kontaktního vodního kondenzá-ťoru páry znázorněno jeho použití u stan-dardní jaderné elektrárny vybavené dvěmavodovodními reaktory nižšího' či středníhovýkonu, kde na obr. 1 je zjednodušené dis-poziční uspořádání kondenzátoru v herme-tických prostorech příslušné ochranné obál-ky, zatímco na obr. 2 je principiální sché-ma jedné z více variant pasivního· samočin-ného vypouštěcího zařízení, které je sou-částí prvního stupně kondenzátoru sprcho-vého typu a které je použitelné i pro dnesjiž realizované sprchové systémy ochran-ných obálek dvouokruhových jadernýchelektráren. Na obr. 1 je velmi zjednoduše-ně nakreslen dvoustupňový kondenzátor,který je navržen pro ochrannou obálku so-větské koncepce, která má dva hermeticképrostory. Hermetický obal 1 ohraničuje prv-ní prostor 2 a druhý prostor 3, mezi nimižje rovněž hermetická přepážka 4. V levéčásti prvního prostoru 2 je umístěn zde jižnezakreslený primární okruh jaderné elek-trárny, zatímco v pravé šachtové části prv-ního prostoru 2 je instalován první stupeňkondenzátoru v provedení sprchovém, kterýje v podstatě tvořen umístěnou gravitačnízásobní nádrží 5 a distribučním' potrubím 8,které je opatřeno otvory čl výtokovými trys-kami 7 a účelně rozvětveno v šachtě, pří-padně v celém druhém prostoru 2. Zásobnínádrž S je vybavena samočinným· pasivněfungujícím vypouštěcím zařízením repre-zentovaným zde jeho tělesem 8 a sifono-vým potrubím 9. Účelným příslušenstvímtohoto prvního stupně kondenzátoru je blá-nová, respektive desková vestavba 10, kteráje umístěna v hlavním Interakčním objemu,tj. v šachtové části prvního prostoru 2, naněkterých vodorovných už nezakreslenýchvýztuhách svislých stěn.

Druhý stupeň kontaktní kondenzacepáry, který je zde zároveň zpětným vodnímuzávěrem mezi oběma hermetickými pro-story, je barbotážní, je výhodně umístěn vedruhém prostoru .3 a je vytvořen potrubím11 uzávěru, které je zakončeno zaplavenýmvodorovným děrovaným rozdělovačem 12 anádobou 13 uzávěru, která je částečně na-plněna vodou. Funkce znázorněného dvou-stupňového· kondenzátoru je velmi jednodu-chá a spolehlivá a je následující. Po porušeprimárního okruhu dochází v prvním pro-storu 2 k rychlému růstu tlaku, a to vlivem 227161 tvorby páry při fázové změně části odtlako-vané horké vody proudící z primárního okru-hu do prvního prostoru 2, čímž samočinnězafunguje pasivní vypouštěcí zařízení zná-zorněné v obr. 1 jeho tělesem 8, které ote-vře gravitační zásobní nádrž 5, takže dojdek výtoku pohotové zásoby vody ze zásobnínádrže 5' a k jejímu průtoku distribučnímpotrubím 6 a výtokovými tryskami 7 a tedyk relativně velké a rovnoměrné desintegra-cl vody v prvním prostoru 2. Intenzívní kon-taktní kondenzace vzniklé páry na padají-cích kapkách vody, jakož i na vodních fil-mech v deskové vestavbě 10 potlačuje růstparciálního tlaku páry v prvním prostoru 2a minimalizuje ho právě v horních místechšachtové části prvního prostoru 2, ze kte-rých proudí odpovídající vlhká parovzdušná,respektive paroplynová směs do druhéhostupně kondenzátoru páry, ve kterém se přibarbotáži této směsi chladnou vodou zachy-tí jak zbylá pára, tak i unesená vlhkost. Zdruhého stupně kontaktní kondenzace páryvystupuje prakticky už jen samotná směsnekondenzujících plynů, protože parciálnítlak páry bude vždy odpovídat příslušnéteplotě vody v nádobě 13 uzávěru a budei v koncové fázi barbotáže při dostatečněvelkém množství vody v nádobě 13 uzávěruvelmi nízký. K obr. 1 lze ještě podotknout,že účelnost deskové vestavby 10 spočívá vintenzifikaci kontaktní kondenzace páry vli-vem jednak zvětšení doby pobytu vody v in-terakčními objemu, jednak v podstatnémzirovnoměrnění rychlosti stoupavého prou-dění parovzdušné směsi ve velkém vodorov-,ném průřezu šachtové části prvního prosto-ru 2. Dále je zde symbolicky naznačeno, žezavedením, alespoň jedné větve distribuční-ho potrubí 6 s výtokovými tryskami 7 domístností primárního okruhu lze zálohovat,respektive alespoň částečně nahradit stá-vající aktivní sprchové systémy. Na obr. 2je schematicky znázorněna jedna z kon-strukčních variant pasivního samočinnéhovypouštěcího zařízení. V tělese 8 vypouště-cího zařízení je umístěn nahoře upevněnývlnovec 14, jehož spodní pohyblivý konec jespojen s deskou 15, na které je zavěšenotáhlo 16 zakončené dole kuželkou 17, kterádosedá na výtokové hrdlo 25. Pro nastaveníoptimálního otevíracího tlaku je k desce 15připojeno vyměnitelné závaží 18 a nastavi-telná pružina 19. Pro možnost periodickýchžkoušek je těleso 8 vypouštěcího zařízeníopatřeno jednak zkušebním uzávěrem 20,který je za pohotového stavu otevřen stejnějako drenážní armatura 22, která je instalo-vána za účelem odvodu zkondenzované vlh-kosti z vnitřního prostoru těleša 8 vypouš-těcího zařízení, jednak armaturou 21 tlako-vého vzduchu, respektive plynu. Nepostra-datelnou je i atmosférická trubice 23, kteráspojuje vnitřní prostor vlnovce 14 s prosto-rem přibližně stálého tlaku, případně s pro-storem, v němž po havárii tlak vzrůstá s ur-čitým časovým zpožděním. Vedení 24 táhla 16 je vhodné doplnit již neznázorněným spo-jem děleného táhla 16, aby bylo možno pro-věřit funkci vypouštěcího zařízení i bez nad-zvednutí kuželky 17. Velmi účelnou součástíinstalovanou v gravitační zásobní nádrži 5je chladič 26, který udržováním nízké alenadnuiové teploty vody podstatně zmenšujejejí potřebné množství, čímž se zmenšují roz-měry o hmotnost gravitační zásobní nádr-že 5.

Funkce vypouštěcího zařízení znázorněné-ho na obr. 2 je následující. Při havarijnímvzrůstu tlaku v prvním prostorru 2 pronikápárou stlačovaný vzduch otevřeným zkušeb-ním uzávěrem, 20 i drenážní armaturou 22do tělesa 8 vypouštěcího zařízení. V urči-tém okamžiku dojde k porušení klidové rov-nováhy sil a nastane stlačování vlnovce 14a tími k pohybu všech pohyblivých součástímezi deskou 15 a kuželkou 17. Po otevřenívýtokového hrdla 25 nastane gravitační vý-tok vody ze zásobní nádrže 5, přičemž úpl-nost vyprazdňování zásobní nádrže 5 zajiš-ťuje sifonové potrubí 9. V případě potřebylze vypouštěcí zařízení opatřit napříkladvhodným' kinematickým, převodem, přídav-ným ponořeným, tělesem, respektive otevře-nou nádobou upevněnou symetricky na táh-lu 16 za účelem opětovného dosednutí ku-želky 17 na výtokové hrdlo 25, tlumičemkmitání, uzávěrem pod výtokovým hrdlem25 apod.

Orientační předběžné úvahy konkrétníaplikace kontaktního kondenzátoru podle to-hoto vynálezu byly vztaženy na čs. budova-né jaderné elektrárny se dvěma vodovodní-mi reaktory 0' elektrickém výkonu 2 x 440MW, kde každý reaktor má vlastní lokali-zační havarijní systém. Rozměry jedné stá-vající šachtové části prvního prostoru jsou:délka 39 m, šířka 8,55 m a výška 41,9 m.Objem druhého prostoru činí 19 600 m3. Proprvní, tj. sprchový stupeň kontaktního kon-denzátoru se uvažuje pohotová zásoba ne-podchlazené vody do 800 m3, pro druhý stu-peň pak množství vody v rozmezí 100 až200 m3. Počet trysek vychází v závislosti najejich jmenovitém výkonu a volitelné doběvýtoku zásobní nádrže řádově ve stovkáchkusů. Pro demonstraci efektu podchlazenípohotové zásoby chladicí vody vůči teplotěokolí stačí uvést následující. Současné řeše-ní teplotechnicky bohatě vyloženého barbo-tážního kondenzátoru lokalizačního hava-rijního systému těchto jaderných elektrá-ren počítá s počáteční, respektive předha-varijní teplotou vodní náplně 40 °C a s po-havarijní teplotou 57 °C, takže ohřev tétovody během barbotáže při havárii činí 17 °C.Je evidentní, že pro stejnou celkovou teplo-odvodnou kapacitu tohoto bezpečnostníhozařízení postačí poloviční množství vody,bude-li tato voda udržována během předha-vairijníhn provozu na teplotě 23 °C s tím, žepo havárii se zvýší rovněž na 57 °C. Lzepředpokládat, že z technicko-ekonomickéhohlediska optimální počáteční teplota poho-

Claims (3)

1. 227161 7 tové zásoby chladicí vody jakéhokoliv kon-taktního vodního kondenzátoru páry stejné- ho účelu se bude nacházeli v rozmezí teplot5 °C až 25 CC. p R Ed m E τ

   1. Kontaktní vodní kondenzátor páry proochranné obálky jaderných elektráren, kte-rý je hlavním zařízením systému lokalizacehavárií, respektive systému snižování poha-varijního tlaku v ochranné obálce, ve kteréje umístěn primární okruh jaderné elektrár-ny s tlakovodním neboli vodovodním reak-torem, vyznačený tím, že je stupňový, při-čemž první stupeň je v provedení sprcho-vém, takže sestává z gravitační zásobní ná-drže (5) pohotové zásoby chladicí vody,opatřené pasivním samočinným vypouštěcímzařízením, jehož podstatnou částí je těleso(8), a chladičem (26), umístěné nad pro-storem pro interakci pohavarijního prostře-dí s desintegrovanou chladicí vodou a z vod-ního distribučního potrubí (6) opatřenéhovýtok ovýmii tryskami (7), respektive otvory,i z blánové či deskové vestavby (10), umís-těné alespoň jedenkrát v polovině nebo dva-krát v jedné třetině a ve dvou třetináchvýšky šachtového interakčního prostoru, za-tímco druhý stupeň kontaktního vodníhokondenzátoru, který je umístěn ve druhémprostoru (3) a je instalován zároveň jakož-to zpětně zcela neprůchozí nebo zpětně jen.částečně průchozí vodní uzávěr mezi prv-ním prostorem (2) a druhým prostorem(3), je v provedení barbotážním, asymetric- vynalezu kém, pročež sestává z potrubí (11) uzávěru,které je zakončeno zaplaveným, rozdělova-čem (12) paroplynové směsi a z nádoby (13) uzávěru, ve které je druhá část poho-tové zásoby chladicí vody.
2. 2. Kontaktní vodní kondenzátor páry po-dle bodu 1, vyznačený tím·, že pasivní sa-močinné vypouštění zařízení gravitační zá-sobní nádrže (5) sestává z tělesa (8) vy-pouštěcího zařízení, ve kterém je umístěna nahoře upevněn vlnovec (14), který jedole uzavřen deskou (15), k níž je zespodupřipevněno táhlo (16), které je dole opa-třeno kuželkou (17) dosedající na výtokovéhrdlo (25), přičemž k desce (15) nebo ktáhlu (16) jsou připevněna závaží (18) a//nebo pružina (19), zatímco na tělese (8)vypouštěcího zařízení jsou vně instaloványzkušební závěr (20) a armatura (21) tlako-vého Vzduchu i drenážní armatura (22) a at-mosférické potrubí (23), které je připojenona vnitřní prostor vlnovce (14).
3. 3. Kontaktní vodní kondenzátor páry po-dle bodu 1, vyznačený tím, že v gravitačnízásobní nádrži (5) je pod hladinou pohoto-vé zásoby chladicí vody umístěn chladič(26), který je součástí autonomního nebo/aklimatizačně technologického chladicího sy-stému. 1 list výkresů