CS228563B1

CS228563B1 - Integrated apparatus for pressure increasing and holding in a heat carrier situated in the primary circuit of the nuclear power station with pressure water reactor

Info

Publication number: CS228563B1
Application number: CS823657A
Authority: CS
Inventors: Dalibor Ing Sykora
Original assignee: Sykora Dalibor
Priority date: 1980-08-20
Filing date: 1982-05-18
Publication date: 1984-05-14
Also published as: CS215934B1

Description

Vynález se týká zařízení pro zvyšování a udržování tlaku teplonosného média v primárním okruhu jaderné elektrárny s tlakovodním, respektive vodovodním reaktorem během jejího spouštění a při energetickém provozu této elektrárny.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus for increasing and maintaining the pressure of a heat transfer medium in a primary circuit of a nuclear power plant with a pressurized or water reactor, respectively, during its start-up and during the energetic operation of the plant.

Dosavadní systémy zařízení zabezpečující nezbytný vysoký tlak teplonosného média v primárních okruzích jaderných elektráren s tlakovodními reaktory jsou reprezentovány kompenzátorem objemu, ve kterém je nad hladinou teplonosného média vytvořen a udržován vysokotlaký plynový-dusíkový ^f nebo parní polštář. Dnes se používají už výhradně kompenzátory objemu s parním polštářem, jehož vznik a existence jsou zajištěny instalací a řízeným provozem vestavěných elektrických odporových ohříváků. Pro přívod energie k vytvoření a udržování vysokotlaké parní fáze teplonosného média v nejvyšším místě primárního okruhu, tj. uvnitř parního kompenzátoru objemu, je kompenzátor ve své spodní části opatřen velkým počtem hrdel, ve kterých jsou odporové elektroohříváky uloženy. Celkový instalovaný výkon elektrického ohřívacího systému bývá většinou v rozmezí 1000 až 4500 kW. Podle velikosti výkonu jednoho elektroohříváku vychází pak jejich počet a tím i počet pro ně vytvořených hrdel v rozmezí několika desítek až do zhruba dvou set kusů. Realizace těchto hrdel patří k nejnáročnějším technologickým operacím při výrobě parního kompenzátoru objemu. Z pevnostních důvodů je prstenec pláště parního kompenzátoru objemu, ve kterém jsou ohříváková hrdla umístěna, zesílen, což je rovněž nevýhodné. Další nevýhodou je nutnost vestavění souosého nosného válcového pláště pro podepření vnitřních volných konců elektroohříváků, jejichž životnost je i při těchto konstrukčních opatřeních poměrně nízká. Tato skutečnost vyvolává na jedné straně potřebu konstrukčního a provozního zajištění výměn poškozených elektroohříváků v mezikampaňových odstávkách a na druhé straně i instalaci záložních elektroohříváků na parním kompenzátoru objemu. Energetickou nevýhodou tohoto odporového elektroohřevu je skutečnost, že jeho plný příkon je kryt finální vysokopotenciální formou energie, tj. energií elektrickou, která je právě v těchto elektrárnách vyráběna s nižší účinností v termodynamickém cyklu sekundárního okruhu, než je účinnost dosahovaná v klasických tepelných elektrárnách.Existing systems of equipment providing the necessary high pressure of the heat transfer medium in the primary circuits of nuclear power plants with pressurized water reactors are represented by a volume compensator in which a high pressure gas-nitrogen ^f or steam cushion is created and maintained above the heat transfer medium. Today, only volume compensators with a steam cushion are used, the creation and existence of which are ensured by the installation and controlled operation of the built-in electric resistance heaters. To supply energy to form and maintain the high pressure vapor phase of the heat transfer medium at the highest point of the primary circuit, i.e. within the vapor volume compensator, the compensator is provided at its bottom with a plurality of orifices in which the resistance electric heaters are housed. The total installed capacity of an electric heating system is usually in the range of 1000 to 4500 kW. Depending on the size of the output of one electric heater, their number and thus the number of throats created for them is in the range of several tens up to about two hundred pieces. The realization of these throats is one of the most demanding technological operations in the production of the steam compensator. For strength reasons, the ring of the steam compensator shell in which the heater necks are located is thickened, which is also disadvantageous. A further disadvantage is the need to install a coaxial supporting cylindrical shell to support the internal free ends of the electric heaters, the lifetime of which is relatively low even with these design measures. On the one hand, this necessitates the design and operational provision of replacements of damaged electric heaters in intercamp shutdowns, and on the other hand the installation of backup electric heaters on the steam volume compensator. The energy disadvantage of this resistive electric heater is that its full power is covered by the final high-potential form of energy, ie electric energy, which is produced in these plants with lower efficiency in the thermodynamic cycle of the secondary circuit than that achieved in conventional thermal plants.

Výše uvedené nevýhody jsou odstraněny nebo podstatně zmenšeny při realizaci a provozu řízení pro zvyšování a udržování tlaku teplonosného média v primárním okru228563The above disadvantages are eliminated or substantially reduced in the implementation and operation of the control for increasing and maintaining the pressure of the heat transfer medium in the primary circuit228563

228S 63 hu jaderné elektrárny s tlakovodním reaktorem podle tohoto vynálezu, který spočívá v tom, že zařízení sestává z otevřeného s primárním okruhem integrovaného tepelně čerpadlového okruhu, tj. z parního kompenzátoru objemu s vestavěným rozdělovačem páry, z kompresoru, z expandéru, v redukčního ventilu, z pomocného čerpadla, z vodního potrubí a z parního potrubí, kde prostřednictvím vodního potrubí je propojen přes redukční ventil primární okruh se vstupem expandéru a výstup vody z expandéru se sáním pomocného čerpadla a také výtlak pomocného čerpadla s primárním okruhem, zatímco parní potrubí propojuje výstup páry z expandéru se sáním kompresoru a výtlak kompresoru s rozdělovačem páry, přičemž zdrojem nížepotenciálního tepla je přímo primární okruh, respektive reaktor.228S 63 hu nuclear power plant with a pressurized water reactor according to the invention, characterized in that the device consists of an open circuit with an integrated heat pump circuit primary, ie a steam compensator with a built-in steam distributor, compressor, expander, reducing valve , from the booster pump, from the water pipe and from the steam pipe, where the primary circuit is connected to the expander inlet via the pressure reducer and the expander water outlet with the booster pump suction as well as the booster pump outlet to the primary circuit, from the expander with suction of the compressor and the discharge of the compressor with the steam distributor, the source of the lower potential heat being directly the primary circuit or the reactor, respectively.

Technický pokrok v tomto oboru jaderné energetiky lze charakterizovat těmito hlavními výhodami, které poskytuje předmětné chráněné zařízení. Energeticky je tepelně čerpadlový ohřev a var vody v parních kompenzátorech objemu atraktivní vzhledem k dobrým relacím mezi spodními a horními i nejvyššími teplotami teplonosného média existujícími za provozu v příslušných místech primárních okruhů dnešních jaderných elektráren s tlakovodními reaktory. Proto je reálné dosáhnout podstatné zmenšení elektrického příkonu i značné snížení spotřeby elektrické energie pro zajištění funkce parních kompenzátorů objemu. Za druhé, odpadá entropická ztráta při sdílení tepla za vysokého rozdílu teplot, která existuje při dosavadním elektrickém ohřevu a varu vody v parních kompenzátorech objemu. Za třetí, u otevřeného tepelně čerpadlového okruhu lze do vodního potrubí mezi expandérem a pomocným čerpadlem umístit celou čisticí stanici teplonosného média primárního okruhu, čímž se tato stanice stane nízkotlakou stanicí. Lze předpokládat i určité zvýšení účinnosti u nízkotlaké čisticí stanice vlivem funkce předřazeného expandéru. Za čtvrté, podstatně se zjednoduší konstrukce a tím i výroba vysokotlaké nádoby parního kompenzátoru objemu, neboť odpadne převážná většina z celkového počtu hrdel na této nádobě umístěných. Za páté, při využití současně navrhované změny geometrického tvaru vysokotlaké nádoby parního kompenzátoru objemu, tj. při přechodu z válcového tvaru na tvar kulový, se podstatně zmenší hmotnost parního kompenzátoru objemu, čímž dojde ke značné úspoře vysoce kvalitního konstrukčního materiálu. Za šesté, při vytváření a udržování parního polštáře v parním kompenzátoru objemu přímo přehřátou vodní párou dodávanou kompresorem otevřeného tepelně čerpadlového okruhu lze zvětšit rychlost vzrůstání tlaku v primárním okruhu, což je účelné při energetickém spouštění jaderného zdroje páry. K výše uvedeným výhodám nutno připojit i zmínku o určité průvodní nevýhodě chráněného zařízení, kterou je odpovídající snížení pasivnosti funkce u těchto systémů zařízení, a to vlivem použití aktivních členů, jimiž jsou kompresor, redukční ventil a pomocné čerpadlo. Tato zařízení jsou určující z hlediska spolehlivosti celku, a proto sama musí být vysoce spolehlivá, anebo náležitě zálohovaná.Technological advances in this field of nuclear power can be characterized by the following main advantages provided by the protected equipment in question. In terms of energy, heat pump heating and boiling of water in the steam expansion joints are attractive due to the good relations between the lower and upper and the highest temperatures of the heat transfer medium existing in operation in the respective locations of the primary circuits of today's pressurized-water nuclear power plants. Therefore, it is feasible to achieve both a substantial reduction in electrical input and a significant reduction in electricity consumption to ensure the function of steam volume compensators. Second, there is no entropy loss in heat transfer at the high temperature difference that exists with the prior art electric heating and boiling of water in the steam volume compensators. Thirdly, with an open heat pump circuit, the entire heat transfer medium purification station of the primary circuit can be placed in the water line between the expander and the booster pump, making it a low pressure station. It is also possible to anticipate some efficiency gains at the low pressure cleaning station due to the function of the pre-expander. Fourth, the design and production of the high pressure steam compensator vessel is greatly simplified, since the vast majority of the total number of nozzles on the vessel are eliminated. Fifth, using the currently proposed change in the geometric shape of the high pressure vessel of the steam compensator, i.e. when changing from a cylindrical shape to a spherical shape, the weight of the steam compensator is greatly reduced, thereby saving considerably the high quality construction material. Sixth, by creating and maintaining the steam cushion in the steam compensator of the directly superheated steam supplied by the open heat pump circuit compressor, the rate of pressure build-up in the primary circuit can be increased, which is useful in energetically starting the nuclear steam source. In addition to the advantages mentioned above, it is necessary to mention a certain concomitant disadvantage of the protected device, which is a corresponding reduction in the passivity of function of these plant systems, due to the use of active members such as a compressor, pressure reducer and auxiliary pump. These devices are decisive for the reliability of the whole and therefore must be highly reliable or properly backed up.

Na přiložených výkresech jsou principiální schéma chráněného integrovaného zařízení a odpovídající tepelný diagram, kde na obr. 1 je znázorněno zařízení otevřeného tepelně čerpadlového okruhu, který je integrován s primárním okruhem jaderné elektrárny, zatímco na obr. 2 je příslušný entropický (T-S) diagram objasňující funkci tohoto otevřeného tepelně čerpadlového okruhu. Na obr. 1 je znázorněna jedna z několika smyček primárního okruhu, který sestává z reaktoru 1 z parogenerátorů 2, z cirkulačních čerpadel 3 a z primárního potrubí 4, které okruhově propojuje v uvedeném pořadí tyto komponenty primárního okruhu, k jehož horké větvi je vždy připojen i parní kompenzátor 5 objemu. Dále je znázorněno zařízení pro zvyšování a udržování tlaku teplonosného média v primárním okruhu jaderné elektrárny i jeho funkční vazby na primární okruh, se kterým je předmětné zařízení integrováno. Jde o tepelně čerpadlový okruh, který je vůči primárnímu okruhu otevřený, neboť používá stejné teplonosné médium, tj. tlakovou vodu primárního okruhu. Novým zařízením jsou rozdělovač 13 páry, umístěný v parním kompenzátoru 5 objemu, jímž je zakončeno parní potrubí 17, expandér 14 s předřazeným redukčním ventilem 9, dále za expandérem 14 v parním potrubí 17 umístěný kompresor 8, jakož i ve vodním potrubí 16 instalované pomocné čerpadlo 15. Armatura 18 ve vodním potrubí 18 poskytuje možnost zapojení čisticí stanice 23 v nízkotlaké části vodního potrubí 16, které jako celek propojuje horkou a studenou větev, respektive část primárního okruhu. Ke stávajícímu sprchovému potrubí 19, zakončenému sprchou 20 v horní části parního kompenzátoru 5 objemu, je čárkovaně znázorněna variantní trasa sprchového potrubí 19 vycházející z vý- i tlaku pomocného čerpadla 15. Posledním ělenem znázorněného souboru zařízení je najížděcí zdroj 24 tepla, který je nakreslen jako trubkový výměník tepla uvnitř expandéru 14. Parogenerátor 2 má připojeno napájecí potrubí 21 a parovod 22. Funkce primárního okruhu je všeobecně známa z odborné literatury, takže je zbytečné ji uvádět. Stačí jen poznamenat, že z provozních důvodů je nezbytné vytvořit a udržovat v nejvyšším místě primárního okruhu, jímž je vnitřní prostor parního kompenzátoru 5 objemu, vysokotlaký stav sytosti s dostatečně velkým parním polštářem. Funkce dalšího zařízení uvedeného na obr. 1 je následující.In the accompanying drawings, there is a schematic diagram of the protected integrated equipment and a corresponding thermal diagram, in which Figure 1 shows an open heat pump circuit device that is integrated with the primary circuit of a nuclear power plant, while Figure 2 shows the respective entropy (TS) diagram of this open heat pump circuit. Fig. 1 shows one of several loops of the primary circuit, which consists of a reactor 1 consisting of steam generators 2, circulation pumps 3 and a primary conduit 4, which interconnects these primary circuit components, respectively, to which the hot branch is always connected steam compensator 5 volume. Further illustrated is a device for increasing and maintaining the pressure of a heat transfer medium in a primary circuit of a nuclear power plant, as well as its functional coupling to a primary circuit with which the device is integrated. It is a heat pump circuit that is open to the primary circuit because it uses the same heat transfer medium, ie the pressurized water of the primary circuit. The new device is a steam distributor 13, located in the steam compensator 5, which terminates the steam line 17, expander 14 with upstream pressure reducing valve 9, downstream of the expander 14 in the steam line 17 a compressor 8, and an auxiliary pump installed in the water line 16. 15. The fitting 18 in the water line 18 provides the possibility of engaging a cleaning station 23 in the low pressure part of the water line 16, which as a whole interconnects the hot and cold branches, respectively the part of the primary circuit. To the existing shower duct 19 terminated by the shower 20 at the top of the steam compensator 5, a dotted line of the shower duct 19 based on the pressure of the booster pump 15 is shown in dashed lines. The last member of the assembly shown is a start-up heat source 24. a tube heat exchanger inside the expander 14. The steam generator 2 has a supply line 21 and a steam conduit 22 connected. The function of the primary circuit is well known in the literature, so it is unnecessary to mention it. It is sufficient to note that, for operational reasons, it is necessary to create and maintain a high-pressure satiety with a sufficiently large steam cushion at the highest point of the primary circuit, which is the interior of the steam compensator 5 of the volume. The function of the other apparatus shown in FIG. 1 is as follows.

Horká vysokotlaká voda odebíraná z horké větve primárního potrubí 4, nebo ještě účeněji z nej vyššího místa v reaktoru 1, jak naznačeno čárkovaně, přitéká vodním potrubím 16 k redukčnímu ventilu 9, ze kterého po snížení tlaku proudí dvoufázová směs vody a páry do expandéru 14. Po separaci fází v expandéru 14 proudí pára parním potrubím 17 nejprve ke kompresoru 8, ve kterém získá potřebné stlačení a energii jak k dalšímu průtoku parním potrubím 17 a rozdělovačem 13 páry, tak k barbotáži ve vodním prostoru parního kompenzátoru 5 objemu. Kontaktní kondenzací této páry dochází současně k dohřátí a varu vody v parním kompenzátoru 5 objemu a k vytvoření nezbytného pružného parního polštáře. Z expandéru 14 současně odtéká několikanásobně větší množství vody vodním potrubím 16 k pomocnému čerpadlu 15, které vodě dodá energii pro průtok posledním úsekem vodního potrubí 16 a k návratu do primárního okruhu, v němž je za provozu vysoký tlak. Čárkovaně nakresleným sprchovým potrubím 19 lze vracenou vodu, která bude při současném provozu čisticí stanice 23 chladnější než voda ve studené větvi primárního okruhu, zavést do sprchy 20 za účelem intenzifikace sprchování parního polštáře při nutnosti snižování tlaku v primárním okruhu. Čárkovaným úsekem parního potrubí 17 se realizuje možnost přepouštění přebytku páry z výtlaku kompresoru 8 při eventuálních debilancích mezi množstvím páry a množstvím vody vystupujícím z expandéru 14 následkem spojení provozu chráněného zařízení s provozem nízkotlaké čisticí stanice 23. Je zřejmé, že přednostním regulačním členem umožňujícím získat potřebný poměr mezi množstvím vody a množstvím páry uvolňované v expandéru 14 je redukční ventil 9, jehož poloha souvisí s tlakem v expandéru 14, tj. s tlakem, na který se vysokotlaká voda z horké větve primárního okruhu škrtí. Zbývá poznamenat, že pouhým přemístěním rozdělovače 13 páry do parního prostoru parního kompenzátoru 5 objemu je možné podstatně rychleji vyvolat zvyšování tlaku v celém primárním okruhu, a to pomocí přehřáté páry zavedené z výtlaku kompresoru 8 přímo do parního prostoru kompenzátoru 5 objemu, neboť se neuplatní tepelná setrvačnost vody dohřívané při barbotáži k bodu varu. Příslušná termokinetická soustava přehřáté páry, nedohřáté vody a konstrukčního materiálu je zde ale nerovnovážná, čímž vznikají a existují nehomogenity teplotního pole ve stěně parního kompenzátoru 5 objemu. Redukovat odpovídající méně příznivé tepelně napjatostní poměry jde cestou minimalizace síly stěny u parního kompenzátoru 5 objemu, a to především změnou jeho stávající geometrie, tj. přechodem z válcového na kulový tvar jeho tlakové nádoby. Funkci horního, respektive přídavného rozdělovače 13 páry umístěného v parním prostoru spolehlivě nahradí stávající sprcha 20, do jejíhož vstupu, respektive do koncového úseku sprchového potrubí 19 se zapojí odbočka z parního potrubí 17, která je znázorněna tečkované. Tyto úpravy zvýší provozní pružnost primárního okruhu a tím manévrovatelnost celé jaderné elektrárny. Na obr. 2 je tepelný entropický (T-S) diagram vody a vodní páry, v němž je znázorněn Rankinův pracovní cyklus chráněného zařízení, jehož principiální schéma je na obr. 1. V diagramu na obr. 2 značí: K kritický bod, X = O spodní mezní křivku, X = 1 horní mezní křivku, T teplotu, S entropii, P tlak. Bod A ukazuje stav teplonosného média, tj. stav tlakové vody v horké větvi primárního okruhu, hod B je na spodní mezní křivce a je dán teplotou tlakové vody v horké větvi primárního okruhu, bod C udává stav dvoufázové směsi vody a vodní páry za redukčním ventilem, respektive v expandéru. Bod D ukazuje stav syté páry nasávané kompresorem a hod E, který už je v oblasti přehřáté páry, ukazuje stav páry za kompresorem, tj. stav páry dodávané do parního kompenzátoru objemu. Bod F zobrazuje páru tvořící parní polštář v parním kompenzátoru objemu a bod G zobrazuje stav vroucí vody v témž parním kompenzátoru objemu. Čára A—B—C odpovídá isoentalpickému škrcení tlakové vody v redukčním ventilu, úsečka D—E znázorňuje adiabatické stlačení páry v kompresoru a linie E—F—G ukazuje isobarické ochlazení a kondenzaci páry vtlačené do parního kompenzátoru objemu.The hot high pressure water drawn from the hot branch of the primary conduit 4, or more efficiently from the highest point in the reactor 1, as indicated by dashed lines, flows through the water conduit 16 to the pressure reducer 9 from which the two-phase mixture of water and steam flows into the expander 14. After separation of the phases in the expander 14, the steam flows through the steam line 17 first to the compressor 8, in which it obtains the necessary compression and energy both for further flow through the steam line 17 and the steam distributor 13 and for barbotage in the water space of the steam compensator 5. The contact condensation of this steam simultaneously heats and boils the water in the steam compensator 5 and creates the necessary flexible steam cushion. Simultaneously, several times more water flows from the expander 14 through the water line 16 to the booster pump 15, which supplies the water for flow through the last section of the water line 16 and returns to the primary circuit in which high pressure is operating. The dashed shower duct 19 can be returned to the shower 20 to intensify the steam cushion shower while reducing the pressure in the primary circuit. The dashed section of the steam line 17 makes it possible to discharge excess steam from the compressor discharge 8 in the event of debris between the amount of steam and the amount of water exiting the expander 14 as a result of coupling the protected equipment operation to the low pressure cleaning station. the ratio between the amount of water and the amount of steam released in the expander 14 is a pressure reducing valve 9 whose position is related to the pressure in the expander 14, i.e. the pressure to which the high pressure water from the hot branch of the primary circuit is throttled. It should be noted that by simply moving the steam distributor 13 into the steam space of the steam compensator 5, it is possible to produce a substantially faster pressure increase in the entire primary circuit by using superheated steam introduced from the compressor discharge 8 directly into the steam space of the steam compensator 5. inertia of the water heated during barbotage to the boiling point. However, the respective thermokinetic system of superheated steam, unheated water and construction material is non-equilibrium here, which creates and exists inhomogeneities in the temperature field in the wall of the volume compensator 5. The reduction of the corresponding less favorable thermal stress ratios is achieved by minimizing the wall thickness of the volume compensator 5, in particular by changing its existing geometry, i.e. by changing from a cylindrical to a spherical shape of its pressure vessel. The function of the upper or additional steam distributor 13 located in the steam space reliably replaces the existing shower 20, to whose inlet or to the end section of the shower duct 19 a branch from the steam duct 17, shown in dotted lines, is connected. These modifications will increase the operational flexibility of the primary circuit and thus the maneuverability of the whole nuclear power plant. Figure 2 is a thermal entropy (TS) diagram of water and water vapor showing the Rankine duty cycle of the protected equipment, the schematic diagram of which is shown in Figure 1. In the diagram of Figure 2, K denotes: critical point, X = O lower limit curve, X = 1 upper limit curve, T temperature, S entropy, P pressure. Point A shows the status of the heat transfer medium, ie the pressure water in the hot branch of the primary circuit, the hour B is at the lower limit curve and is given by the pressure water temperature in the hot branch of the primary circuit. respectively in the expander. Point D shows the state of the saturated steam drawn by the compressor and the throw E, which is already in the superheated steam region, shows the state of the steam after the compressor, ie the state of the steam supplied to the steam compensator. Point F shows the steam forming vapor cushion in the steam volume compensator and point G shows the boiling water status in the same steam volume compensator. Line A — B — C corresponds to the isoentalpic throttling of the pressurized water in the pressure reducer, line D — E shows the adiabatic compression of steam in the compressor, and line E — F — G shows the isobaric cooling and condensation of the steam pressed into the steam volume compensator.

Pro konkrétní příklady aplikace vynálezu byly použity parametry čs. jaderné elektrárny se dvěma vodovodními reaktory o tepelném výkonu 2 x 1375 MW, kde tlak a teploty vody obíhající v primárním okruhu jsou přibližně 12,5 MPa a 297/268 °C, přičemž v parním kompenzátoru objemu je stav sytosti, tj. teplota syté páry a vroucí vody je 325 °C. Pokud jde o otevřený tepelně čerpadlový okruh, byl proveden orientační výpočet adiabatického výkonu kompresoru, skutečného výkonu pomocného čerpadla a tepelného, respektive topného výkonu zavedeného do parního kompenzátoru objemu. Při využití 11,111 kg/s (tj. 40 t/h — což odpovídá výkonu čisticí stanice] vody z horké větve primárního okruhu a při jejím seškrcení na tlak 5 MPa se za redukčním ventilem vytvoří dvoufázová směs o suchosti X = 0,115, z níž se v expandéru odseparuje 1,278 kg/s syté páry a 9,833 kg/s horké vody. Po adiabatickém stlačení této páry na tlak 12,5 MPa se formou přehřívacího a kondenzačního tepla v páře dodá do parního kompenzátoru objemu tepelný výkon 1890 kW. Přitom adiabatický výkon kompresoru činí 238 kW a skutečný výkon pomocného čerpadla při odhadnuté účinnosti čerpadla 0,72 činí přibližně 100 kW. Poměr součtu výkonů obou strojů k topnému výkonu v parním kompenzátoru objemu činí okolo 18 %, což ukazuje energetickou výhodnost chráněného zařízení. Nutno poznamenat, že pro vyšší parametry jaderného energetického bloku další generace, jehož elektrický výkon je 1000 MW, vychází efektivnost předmětného zařízení ještě o něco vyšší, a to se zatím neuvažovala alternativní možnost parního pohonu zejména u kompresoru páry. Pokud jde o přechod z válcového tvaru na kulový tvar u parního kompenzátoru objemu, jehož vlastní celkový objem je 44 m³, vnitřní průměr válcové části je 2880 mm a základní síla stěny válcové části je 160 mm, ukazuje se, po triviálním přepočtu, možnost snížení hmotností vlivem změny geometrie kompenzátoru zhruba o 40 %, což je přitažlivé vzhledem k vysoké kvalitě a tím i ceně příslušné oceli. U kulového parního kompenzátoru objemu o stejném vlastním celkovém objemu 44 m³, vychází vnitřní průměr 4380 mm a základní síla stěny 121,5 mm a tím vnější průměr 4623 mm. Z hlediska transportu a montáže lze tento rozměr ještě akceptovat, neboť je menší než maximální průměr příslušné reaktorové nádoby, který je 4710 mm. Výrobní technologii kulového parního kompenzátoru objemu lze odvodit z již osvojené výroby den a vík pro reaktorové nádoby. Je zřejmé, že navržená změna tvaru pro nové parní kompenzátory objemu je atraktivní i při ponechání dosavadního elektrického systému ohřevu a varu vody v těchto zařízeních, neboť vedle značné úspory materiálu budou kulové parní kompenzátory objemu vykazovat též lepší hydraulické a separační vlastnosti i menší ztráty tepla do okolí vlivem minimalizovaného vnějšího povrchu.For specific examples of application of the invention, the parameters of the CS. nuclear power plants with two water reactors with a thermal output of 2 x 1375 MW, where the pressure and water temperatures circulating in the primary circuit are approximately 12.5 MPa and 297/268 ° C, while the steam volume compensator has a saturation state, ie saturated steam temperature and boiling water is 325 ° C. Regarding the open heat pump circuit, an approximate calculation of the adiabatic compressor power, the actual power of the booster pump and the heat or heating power introduced into the steam volume compensator was performed. When 11.111 kg / s (40 t / h, corresponding to the purification station performance) of the hot water of the primary circuit is used and when the pressure is reduced to 5 MPa, a two-phase mixture with a dryness X = 0.115 is formed downstream of the pressure reducing valve. in the expander it separates 1,278 kg / s saturated steam and 9,833 kg / s hot water After adiabatic compression of this steam to a pressure of 12.5 MPa, the heat output of 1890 kW is supplied to the steam compensator by means of superheating and condensation heat. it is 238 kW and the actual power of the booster pump at an estimated pump efficiency of 0.72 is approximately 100 kW.The ratio of the sum of the power of both machines to the heating capacity of the steam compensator is around 18%, indicating the energy efficiency of the protected equipment. The parameters of the next generation nuclear power block, whose electrical output is 1000 MW, are based on efficiency of the device in question is still somewhat higher, and this has not yet been considered an alternative option of steam propulsion, especially for a steam compressor. As for the transition from cylindrical to spherical shape of the steam compensator, which has a total volume of 44 m ³ , an inner diameter of the cylindrical portion of 2880 mm and a basic wall thickness of the cylindrical portion of 160 mm, weight due to the geometry of the compensator by about 40%, which is attractive due to the high quality and hence the cost of the steel. With a spherical steam compensator with the same total volume of 44 m ³ , the inner diameter is 4380 mm and the base wall thickness is 121.5 mm and thus the outer diameter is 4623 mm. In terms of transport and assembly, this dimension can still be accepted as it is smaller than the maximum diameter of the respective reactor vessel, which is 4710 mm. The production technology of the spherical steam compensator can be derived from the already adopted day and lid production for reactor vessels. It is obvious that the proposed shape change for the new steam volume compensators is attractive even if the existing electric heating and boiling water system is left in these devices, as besides considerable material savings, the spherical steam volume compensators will also show better hydraulic and separation properties environment due to minimized external surface.

Závěrem lze konstatovat, že předmětný vynález se jeví cenným inovačním krokem ve vývojovém procesu u významného typu jaderných elektráren, které se stále více uplatňují v energetických programech mnoha zemí. Lze proto předpokládat, že po rozpracování, vývoji a provozním ověření nejdůležitějších komponent chráněného zařízení dojde zejména na bázi tvůrčí vědeckotechnické mezinárodní spolupráce k jeho relativně rychlému využití.In conclusion, the present invention appears to be a valuable innovative step in the development process of a significant type of nuclear power plant that is increasingly being used in many countries' energy programs. It can therefore be assumed that after elaboration, development and operational verification of the most important components of the protected equipment, it will be relatively quickly used mainly on the basis of creative scientific and technological international cooperation.

Claims

An integrated device for increasing and maintaining the pressure of a heat transfer medium in a primary circuit of a nuclear power plant with a pressurized-water reactor, characterized in that it consists of an open circuit with an integrated heat pump circuit, i.e. a volume compensator (5) with a built-in manifold (13). steam, a compressor (8), an expander (14), a pressure reducer (9j), an auxiliary pump (15), a water line (16) and a steam line (17) where it is connected via a water line (16) via pressure reducing valve (9j primary circuit with expander inlet (14) and expander water outlet (14) with booster pump suction (15) as well as the booster pump (15) outlet with primary circuit, while the steam line (17) connects the steam outlet of the expander (14) with a suction of the compressor (8) and a discharge of the compressor (8) with a steam distributor (13), the source of the lower potential heat being directly the primary circuit, respectively in the reactor (lj.

An integrated device according to claim 1, characterized in that the steam distributor (13J) is formed from an existing shower (20) located at the top of the steam compensator (5), a steam pipe (19j) being connected to its inlet or end. 17) compressor discharge (8).