CS247928B1 - Aqueous nuclear reactor's coolant's crash refilling's high-pressure system connection - Google Patents

Description

Vynález se týká zapojení vysokotlakého systému havarijního doplňování chladivá vodovodního neboli tlakovodního jaderného reaktoru a řeší otázku snížení gradientů nestacionárních teplotních a napěťových polí ve stěně reaktorové nádoby, čímž významně přispívá к úspěšnému vyřešení komplexní problematiky dosažení eventuálně překročení plánované dlouhodobé životnosti reaktorové tlakové nádoby, jejíž konstrukční materiál prodělává trvalou degradaci počátečních vlastností zejména vrubové houževnatosti a tažnosti, a to hlavně účinkem neutronového pole v okolí aktivní zóny.

Dosavadní vysokotlaké systémy havarijního doplňování chladivá vodovodních nebo tlakovodních reaktorů, které s vysokou spolehlivostí zabezpečují udržování potřebného vysokého tlaku chladivá v celém primárním okruhu i během havarijních provozních režimů vyvolaných relativně malou a tedy kompenzovatelnou avšak z hlediska jaderné bezpečnosti velice nepříjemnou netěsností primárního okruhu, jsou vyprojektovány a realizovány v provedení schopném doplňovat jen studené chladivo, což je jejich koncepční technickou nevýhodou.

Tato nevýhoda dosavadních řešení předmětného systému vyvolává následující problémy a odpovídající rizika. V průběhu samocirkulačního dochlazování organizovaně odstavovaného reaktoru dochází vlivem teplotně hydraulické stratifikace к lokálním kontaktům mezi havarijně doplňovaným studeným chladivém a vnitřním povrchem reaktorové nádoby, která je přitom zatížena plným provozním tlakem.

Doplňováním studeného chladivá vyvolaná přídavná napětí od přechodových nehomogenních teplotních polí vedou ke kombinovaným napěťovým stavům v reaktorové nádobě, u níž zejména po víceletém provozu vzniká reálné riziko možného křehkého lomu a tím i riziko náhlé totální ztráty integrity respektive celistvosti konstrukčního materiálu reaktorové nádoby.

Pro potlačení těchto rizik se v současné době vedle dalších nezbytných bezpečnostně technických i provozních protiopatření, navrhuje vybavit nádrž havarijní zásoby chladivá zařízením pro ohřev, které prostřednictvím trvale udržovaného předehřátí celé pohotové zásoby chladivá má zabránit možnému překročení lomové houževnatosti, která je přímo závislá na teplotě stěny reaktorové nádoby.

Vedle evidentní energetické a provozní nevýhody tohoto protiopatření, i velmi omezené výše stavební části reaktcrovny, jsou jeho bezpečnostně technickými nevýhodami existence náběhové chladné vlny vyvolané počátečními pracemi studeného doplňovaného chladivá z neohřívaného spojovacího potrubí, jakož i riziko vzniku kavitace v sání havarijních doplňovacích čerpadel v případech kdy už nelze zvýšenou teplotu havarijní zásoby chladivá respektovat realizací potřebné nátokové výšky.

Výše uvedené nevýhody jsou odstraněny u řešení předmětného systému podle tohoto vynálezu, který spočívá v tom, že koncové úseky spojovacích potrubí jsou opatřeny injektorovými směšovači, jejichž vstupy pro přisávané respektive hnané chladivo jsou prostřednictvím směšovacích přívodních potrubí propojeny přímo nebo přes předřazené tepelné výměníky s primárním okruhem tj. s primárním potrubím,-s výhodou s jeho tzv. studenými větvemi.

Charakteristikou technické pokrokovosti řešení podle tohoto vynálezu jsou vedle odstranění výše uvedených nevýhod dosavadní techniky jeho následující hlavní výhody. Navrženým směšovacím předehřevem havarijně doplňovaného chladivá možno zajistit jeho podstatně vyšší teplotu než jeho ohřevem v nádržích havarijní zásoby chladivá a přitom předehřev je prováděn zcela bezprostředně před vtokem havarijně doplňovaného chladivá do primárního okruhu.

Za druhé, podstatně se redukuje rozsah nezbytných rekonstrukčních prací, zejména na vlastním zařízení primárního okruhu. V případě primárních okruhů reaktorů WER 440 v provedení V 213 a WER 1 000, kde>lze pro napojení směšovacích přívodních potrubí výhodně využít stávající přívodní a/nebo odvodní spojovací potrubí systému čištění chladivá reaktoru, odpadnou úpravy na primárním potrubí úplně, neboť v podstatě pouhá náhrada příslušných stávajících ome zovačů havarijních úniků v potrubí havarijního doplňování injektorovými směšovací vyžaduje jen úpravy v poturbí o relativně malé světlosti. Za třetí, zachovávají se podmínky pro co největší pohavarijní samocirkulaci chladivá v primárním okruhu, která je velice významným faktorem inherentní jaderné bezpečnosti kteréhokoliv jaderně energetického zařízení.

Za čtvrté,·stávající samocirkulace se při možném a účelném zachování vtokových míst na primárhím okruhu, tj. na studeném primárním potrubí, ještě posílí, protože teplota havarijně doplňovaného chladivá bude vždy nižší než teplota chladivá ve studeném primárním potrubí, přičemž tato teplota bude dostatečně vysoká,·aby nedocházelo k tepelným rázům ve stěně reaktorové nádoby. ·

Za páté, injektorové směšovače vzhledem ke stejnému hydraulickému dýzovému principu se stávajícími omezovači havarijního úniku chladivá plně nahrazují i jejich bezpečnostní funkci a to jak pro prostředí hnací, kterým je havarijně doplňované chladivo, tak i pro prostředí hnané respektive přisávané, ' kterým je chladivo z primárního okruhu.

Za šesté, potřebný předehřev havarijně doplňovaného chladivá je prováděn energií prvotní formy, tj. jaderným teplem generovaným v reaktoru, které navíc při tomto havarijním režimu je teplem dochlazovacím neboli odpadním, které naopak vyžaduje vysoce zabezpečený odvod a rozptyl do okolí. ·

Za sedmé, obě přídavná zařízení jimiž jsou injektorový směšovač a tepelný výměník jsou zařízení se zcela pasivní funkcí, takže jejich zapojením do stávajících vysokotlakých systémů havarijního doplňování chladivá se zachovává původní vysoká funkční spolehlivost tohoto důležitého bezpečnostního systému.

vysokotlakého kace vynálezu

Na přiloženém výkresu, kde je velmi zjednodušeně schematicky znázorněno nové zapojení systému havarijního doplňování chladivá vodovodního reaktoru, je uvedena aplina jaderné . bloky s reaktory WER 440 v provedení V 230.

Primární okruh, který jak 2námo má šest paralelních smyček, je tvořen reaktorem £, parogenerátory 2, hlavními cirkulačními čerpadly 3, primárním potrubím .4, kompenzátorem .5 objemu a hlavními uzavíracími armaturami 6.

Předmětný bezpečnostní systém je pro tento primární okruh tvořen nádrží £ havarijní zásoby chladivá, dvěma trojicemi havarijních doplňovacích čerpadel 8,, zpětnými armaturami £, poturbními kolektory Ί0 a spojovacím potrubím £1, ve kterém jsou umístěny už nezakreslené další armatury.

Novými prvky reprezentujícími řešení podle tohoto vynáležu jsou jen injektorové směšovače· 12, dále jim ve směru toku havarijně doplňovaného chladivá předřazené tepelné výměníky .

' 14, které jsou však určeny pouze pro zmenšení teplotního rozdílu mezi oběma chladivý vstupujícími do injektorových směšovačů 12 s cílem zlepšení jejich pracovních podmínek, jakož i krátké směšovací přívodní potrubí 1£, ve kterém při jeho alternativním napojení na horké primární poturbí £ je nutné umístit pomocnou zpětnou armaturu 15.

Havarijní únik chladivá z primárního okruhu je znázorněn zvlněnou šipkou vlevo od reaktoru’ 1. Směry proudění chladivá ukazují přímé šipky. Funkci primárního okruhu je zbytečné uvádět, nebo£ je patrná z názvů jeho komponent. Při existenci havarijního úniku chladivá z primárního okruhu je nutné z bezpečnostních důvodů předpokládat možnost současného výpadku funkce hlavních cirkulačních čerpadel· £, takže dochlazování reaktoru £ zabezpečuje jen přirozená samocirkulace chladivá v primárním okruhu.

Funkce dalšího zařízení, která je též zřejmá z obr. a názvů jednotlivých zařízení, je následující. Od havarijního signálu se spustí vysokotlaká havarijní doplňovací čerpadla _8 a tím dojde k přečerpávání havarijní zásoby chladivá z nádrže £ zakreslenou potrubní trasou

4’ do tzv. studené větve primárního potrubí £, čímž se zastaví havarijní pokles hladiny chladivá v kompenzátoru' 5 objemu, ke kterému došlo právě vlivem havarijního úniku chladivá. Při průtoku havarijně doplňovaného chladivá tepelnými výměníky 14 se zvýší jeho teplota převodem určité části tepla z chladivá přiváděného směšovacím přívodním poturbím 13.

Zbývající ohřev havarijně doplňovaného chladivá proběhne smíšením hnacího a hnaného či přisávaného proudu chladivá v injektorových smesovačích 12 , které jsou velice jednoduchými, pasivně fungujícími a tedy vysoce spolehlivými proudovými přístroji.

Z konkrétních teplotních a průtokových poměrů pak vychází potřebná výstupní teplota chladivá s níž pak vtéká do primárního okruhu. Je zřejmé, že výstupní teplota se může pohybovat v relativně velmi širokém rozmezí okolo střední teploty dané aritmetickým průměrem z teploty chladivá v nádrži J7 a z teploty chladivá v primárním okruhu v místě napojení směšovacího přívodního potrubí - 13.

Při alternativním odběru přisávaného chladivá z horkého primárního potrubí jl* ^c°ž Ď^e znázorněno vlevo od hlavního cirkulačního čerpadla .3, se sice získá určitá výhoda daná vyšší teplotou přisávaného chladivá-,· přitom je ale nutné instalovat pomocné zpětné armatury 15 pro zabránění opačnému průtoku při normálním provozu primárního okruhu.

Místa zapojení spojovacího potrubí 11 do primárního potrubí £ je výhodné mít s hlediska směru samocirkulačního proudění za místy napojení směšovacích přívodních potrubí 13 a současně je ponechat z důvodu minimalizace rekonstrukčních prací i z důvodu dosažení co největší samocirkulace ve studené větvi primárního potrubí £. Nutno poznamenat, že při intenzivním havarijním doplňování nedostatečně předehřátého chladivá z nádrže J do horké větve primárního potrubí £ by mohla být přirozená samocirkulace chladivá v primárním okruhu nebezpečně ohrožena. Příklad

Pro příklad konkrétní aplikace ukazující efektivnost tohoto inovačního návrhu jsou 'použity následující teploty chladivá a jeho relativní průtokové poměry v injektorových směšovačích: teplota havarijn^í z^ásob^y chladla je ²0 °^ teplota ch^^divá ve stu^den^ém ^prⁱm^árním potrubí je 270 °C a poměry hnacího ku hnanému průtočnému množství chladivá jsou zvoleny 2 : 1, 1 : 1 a 1 : 2.

Výsledné teploty chladivá po smíšení, respektive před jeho vtokem do primárního okruhu, ^přitom vych^áz^í 103 °^ 145 °C a 187 °C. Odjpov^ají^ zvýšení teplot^y Imvarjně dop^ovan^o ch^ladⁱvá si^šova^m ohřevem ^činí ^te^{dy 83} °C, ¹²⁵ °C a ¹⁶⁷ °C. ^příklad n^ázorn^ě u^kazuje ^širo^ké možnosti směšovacího ohřevu studeného chladivá prováděného navíc dochlazovacím teplem odvedeným z primárního okruhu. Předem nelze vyloučit ani úspěšný vývoj injektorových směšovačů pracujících s velkým rozdílem teplot obou vstupních proudů chladivá, čímž by odpadla nutnost instalace předřazených tepelných výměníků.

Vynález je využitelný u všech tlakovodních jaderných reaktorů, které jsou výrazně nejrozšířenějším druhem jaderně energetického zařízení a zejméma v případě některých jaderných elektráren sovětské koncepce s reaktory typu VVER může významně přispět k zajištění, eventuálně i k překročení, plánované doby provozu příslušných reaktorových nádob. Spolu s dalšími opatřeními vynález řeší problematiku mimořádného národohospodářského významu související bezprostředně s integrovaným jaderně energetickým programem zemí RVHP. Přitom časově jde o vynález velice aktuální.

Claims (3)

1. Zapojen^í vysokotlakého s^yst^ému liavarijnlho ^do^plňování c^hla^diva vo^dovo^dního j^adern^ého reaktoru, které z důvodu vysoce spolehlivého zabezpečení kompenzace realtivně malého havarijního úniku chladiva z primárního okruhu sestává v podstatě jenom z nádrže havarijní zásoby chladiva, havarijních doplňovacích čerpadel a spojovacího potrubí s armaturami, vyznačené tím, že koncové úseky spojovacích potrubí /11/ jsou opatřeny injektorovými směšovací /12/, jejichž vstupy pro přisávané respektive hnané chladivo jsou prostřednictvím směšovacích přívodních potrubí /13/ propojeny přímo nebo přes předřazené tepelné výměníky /14/ s primárním okruhem, tj. s primárním potrubím /4/, s výhodou s jeho studenými větvemi.

2. Zapojení podle bodu 1, vyznačené tím, že směšovací přívodní potrubí /13/ v případě jejich napojení na horké větve primárního potrubí /4/ při zaústění spojovacích potrubí /11/ do výtlaků hlavních cirkulačních čerpadel /6/ jsou vybavena pomocnými zpětnými armaturami /15/.

3. Zapojení podle bodu 1, ’ vyznačené tím, že směšovací přívodní potrubí /13/ jsou svými vstupy napojena na primární potrubí /4/ prostřednictvím potrubních odboček pro připojení systému čištění chladivá.