CZ140495A3 - Filter for filtering water of atomic power station emergency cooling system of - Google Patents

Description

Filtr pro filtraci vody havarijního elektrárny chladicího systému atomové

Oblast techniky

O to (JI

L_..

o ιη·

O

Tento vynález se týká filtru pro filtraci vody dodávané do alespoň jednoho havarijního chladicího systému atomové elektrárny s reaktorem umístěným v ochranné nástavbě - kontejnmentu - jejíž spodní část tvoří nádrž sloužící ke shromažďování vody vzniklé kondenzací páry přítomné v tomto kontejnmentu. Tento filtr je umístěn ve zmíněné nádrži a slouží k filtraci vody, která je odebírána z této nádrže a v případě potřeby je dodávána do trysek havarijního chladicího systému, aby pomocí ní byla chlazena aktivní zóna reaktoru, pokud její teplota stoupne nad přípustnou mez, přičemž tento filtr má tvar pouzdra s alespoň jednou stěnou opatřenou otvory, s výhodou válcovitého tvaru, přes kterou může voda vtékat z vnějšku, a je spojen prvým potrubím se sacím čerpadlem umístěným mimo reaktorového kontejnmentu, jakož i s druhým potrubím, dodávajícím v případě potřeby dovnitř pláště filtru promývací vodu, kterou je možno promývat stěnu filtru průchodem vody přes tuto stěnu směrem zevnitř ven, a tím odstranit filtrační koláč, usazený na vnější stěně filtru.

Dosavadní stav techniky

V obvyklém provedení sestává zmíněný havarijní chladicí systém z prvého zkrápěcího systému, skládajícího se z množství trysek nebo rozstřikovačů, připevněných v horní části reaktoru, sloužících k tomu, aby v případě havarie rozstřikovaly velká množství vody na palivové tyče a tím je chladily. V atomové elektrárně je dále druhý zkrápěcí systém, skládající se z množství trysek nebo rozstřikovačů, které jsou stejné jako trysky a rozstřikovače prvého zkrápěcího systému zásobovány vodou z kondenzační nádrže kontejnmentu, které jsou však umístěny mimo vlastní reaktor a jsou určeny k tomu, aby zkrápěly plyny přítomné v kontejnmentu, aby tak byl redukován v něm přítomný zvýšený tlak a aby byla chlazena vedení a jiná zařízení, nacházející se uvnitř kontejnmentu, avšak vně vlastního reaktoru. V obou případech je velmi důležité, aby se do trysek nedostávaly žádné nečistoty, jako vlákna a úlomky pevných látek, které by mohly způsobit jejich ucpání. Mnohá ze zařízení, umístěných uvnitř kontejnmentu, jako jsou trubky, jsou zcela nebo zčásti tepelně izolována. Ve většině případů je v současných atomových elektrárnách tato izolace zhotovena z vláken ze struskové vlny, která představují riziko pro uvedené dva zkrápěcí systémy, způsobené tím, že nechtěně uvolněná vlákna, která se dostanou do zkrápěcího systému, mohou ucpat jeho trysky. Z tohoto důvodu jsou atomové elektrárny vybavovány filtry zmíněného typu.

V praxi je pro zpětné promytí obvyklého filtru, na kterém se vytvořil povlak vláken, ucpávající jeho otvory, třeba 5 až 10 min. Dříve se předpokládalo, že filtry mohou pracovat alespoň 10 hod. bez potřeby zpětného promytí. Avšak dosavadní nehody v atomových elektrárnách ukázaly, že tento odhad minimální provozní doby je příliš vysoký. Při funkčních zkouškách se stalo, že vypouštěná pára vnikla do izolace za struskových vláken, která spadla do kondenzační nádrže, a ucpala filtry dokonce již za 30 min. Zpětné promytí, které trvá 5 až 10 min. není kritickou operací, pokud je prováděno 10 hod. po případné nehodě reaktoru, protože potřeba chlazení daná rozpadem v aktivní zóně reaktoru se za tuto dobu podstatně sníží. Je-li však třeba provést zpětné promytí po době kratší než 1 hod., je potřebná intenzita chlazení stále vysoká, a přerušení přívodu vody na 5 až 10 min. je z bezpečnostních důvodů nepřijatelné.

Jedním z důvodů, proč zpětné promytí filtru trvá zmíněnou relativně dlouhou dobu je to, že vlákna, shromažďující se na vnějším povrchu stěny filtru ve formě souvislého filtračního povlaku nebo koláče, který je vytvořen kolem celého filtru, jsou do sebe pevně zapletena. Promývací voda, která prochází otvory ze vnitřku filtru, nezpůsobuje okamžité uvolnění celého povlaku, nýbrž zpočátku pouze jeho napnutí, které vede k narušení jeho struktury, vytvářené jednotlivými vlákny, takže se některá vlákna uvolňují a jsou z povlaku odplavována. Až po silném hydromechanickém působení dojde k zeslabení povlaku a povlak se postupně ve formě kusů odděluje od stěn filtru. Jiným důvodem je to, že promývací voda je vpouštěna do filtru v podstatě ve směru jeho osy, což způsobuje značné rozdíly v rychlosti proudění jednotlivými otvory stěny filtru. Přesněji popsáno, rychlejší proud nastává v horní části stěn filtru, t.j. na opačném konci, vzhledem k poloze přívodu vody do filtru. To znamená, že nejdříve nastane oddělování kusů povlaku z povrchu filtru v jeho horní části, které dále postupně pokračuje směrem dolů. V této pozdější fázi unikají značná množství vody již uvolněnými otvory v horní části filtru.

Podstata vynálezu vlastností filtru, je

Cílem tohoto vynálezu je poskytnout filtr, který vzhledem ke shora zmíněným nedostatkům filtrů dosud používaných, umožňuje rychlé, účinné a spolehlivé zpětné promytí. Hlavním předmětem tohoto vynálezu je tedy filtr, který může být zpětně promýván a u kterého není třeba déle trvajícího hydromechanického působení, aby bylo dosaženo odplavení nánosů vláken. Jiným předmětem tohoto vynálezu je zlepšení hydromechanických filtru v tom smyslu, že voda, která vstupuje do efektivně využívána a rozdíly v rychlosti proudění různými otvory jsou sníženy.

Alespoň hlavního předmětu tohoto vynálezu je dosaženo u filtru, jehož vlastnosti jsou uvedeny v definiční části dále uvedeného nároku 1.

Seznam obrázků na výkrese

Obr.

obr.

je schematický půdorys v sousedství válcovité je nárys, znázorňující části kontejnmentu s řadou filtrů stěny kontejnmentu; filtry z obr. 1;

obr. 3 je zvětšený svislý řez filtrem s možností zpětného promývání;

obr. 4 je vodorovný příčný řez podél linie IV-IV v obr. 3;

obr. 5 je podobný zvětšený řez podél linie V-V v obr. 3 obr. 6 je zvětšený vodorovný řez, na kterém je znázorněn prostředek, způsobující rotaci kapaliny připojený k filtru;

obr. 7 je vertikální řez prostředkem způsobujícím rotaci kapaliny.

Na obr. 1 je vztahovou značkou 1 obecně označena válcovitá stěna kontejnmentu reaktoru (není znázorněn), která je součástí atomové elektrárny. Na obr. 1 je stěna i označena jednoduchou vlnitou čárou. Ve skutečnosti je však tato stěna tvořena velmi tlustou vrstvou železobetonu a nepropustným krytem z plechů nekorodujícího kovu na její vnitřní straně. Součástí nosné konstrukce kontejnmentu jsou sloupy 2, 2 , umístěné v určité vzdálenosti od zmíněné válcovité stěny. Tyto sloupy, které mohou být z betonu, jsou ve skutečnosti rozmístěny v různých rozestupech, například v rozestupech, daných úhlem 12,5°. Průměr každého sloupu může být 0,8 až 1,0 m. V blízkosti válcovité stěny se nachází filtr s možností zpětného promývání, spojený s prvým potrubím 4, procházejícím stěnou 1 a spojený se sacím čerpadlem (není znázorněno). Filtr je připevněn pomocí držáků 5 (viz obr. 2), které jsou připojeny k závěsům 6, zakotveným ve stěně 1. K filtru je připevněno potrubí promývací vody 7, kterým je dovnitř filtru přiváděna buď čistá voda z vnějšího zdroje, nebo filtrovaná voda, sloužící ke zpětnému promývání filtru. Je třeba poznamenat, že filtry jsou v atomové elektrárně umístěny v blízkosti podlahy 8 kontejnmentu i ve značné vzdálenosti pod normální výškou hladiny vody 9 v kondenzační nádrži, tvořící spodní část kontejnmentu.

Příklad provedení vynálezu

Filtr 2 podle tohoto vynálezu bude nyní popsán na základě obr. 3 až 7, na kterých je podrobně znázorněna jeho konstrukce.

Jak je jasně zřejmé z obr. 3 a 4, má tento filtr tvar pouzdra, v podstatě tvořeného stěnou filtru nebo trubkou 10, zhotovenou např. z plechu opatřeného otvory. V praxi může mít trubice 10 délku 0,7 až 1,5 m, s výhodou asi 1,0 m a průměr 0,4 až 0,6 m, s výhodou 0,5 m. Otvory mohou mít průměr 2 až 4 mm, přičemž celková plocha těchto otvorů je 25 až 40 %, s výhodou 30 až 35 %. Tato rozměry umožňují průtok přes stěnu filtru 100 až 250 kg/s. Ve znázorněném provedení je poloha trubice filtru vertikální a filtr je na horním konci uzavřen. Přesněji vyjádřeno, trubice filtru 10 přesahuje částí ve tvaru komolého kužele 11 do poměrně úzkého hrdla 12, které končí kovovým víkem 13 ve tvaru komolého kužele o značně větším průměru, než je průměr trubice filtru 10. Svorka 14 (viz obr. 2) může být připevněna na hrdlo 12, a tato svorka je dále držena držáky 5.. Spodní konec trubky filtru 10 je otevřený a je spojen s prvým potrubím 4, které je připojeno a sací čerpadlo. Potrubí 7, kterým je dovnitř filtru přiváděna promývací voda, má menší průměr než potrubí 4, a je dovnitř potrubí 4. zavedeno v jeho přičemž část potrubí 7_, která se je umístěna koncentricky vzhledem k přímé části 4 potrubí 4, ústícího do trubice filtru 10. Průměr části 4 je poněkud menší než průměr trubice filtru 10 a tyto části jsou spojeny kónickým prstencem 16.

Podle tohoto vynálezu je trubice filtru 10 na její vnější straně opatřena několika podélnými křídly nebo elementy ve tvaru křídel 17, která v určitých vzdálenostech radiálně vyčnívají trubice filtru 10.. V provedení znázorněném na má filtr čtyři křídla 17., umístěná na povrchu v rozestupech 90°, vyčnívající radiálně podél celé délky trubice filtru 10 a dosahující až ke kovovému víku 13 ve tvaru komolého kužele, ke kterému jsou připevněna. Vhodná je šířka těchto křídel 25 až 75 % průměru trubice filtru 10, s výhodou asi 50 % tohoto průměru. U obvyklých filtrů bez křídel se vlákna usazují ve formě pružného souvislého povlaku, ve kterém jsou vlákna do sebe pevně zapletena. Takovýto souvislý povlak klade značný odpor separaci z povrchu filtru při jeho zpětném promývání. Křídla 17 na filtru podle tohoto vynálezu však rozdělují tento zakřivené části otvorem 15, nachází uvnitř potrubí 14.

z povrchu obrázcích povlak na několik jednotlivých částí, ve zobrazeném případě na čtyři části, které je možno každou zvlášť značně snadněji separovat z povrchu filtru.

Na znázorněném provedení jsou tato křídla tvořena souvislými rovnými plochými kovovými plechy jednotné tloušťky o přibližně stejné šířce jako je poloměr trubice filtru 10. V důsledku toho se mohou na vnějším povrchu trubice filtru vytvářet vrstvy vláken o tloušťce, která může být rovna až poloměru trubice filtru, aniž by vlákna, nacházející se na různých stranách křídel, přicházela do vzájemného styku.

Samozřejmě je možno používat na rozdělení povlaku na vhodný počet oddělených a snadno od filtru separovatelných částí i jiné prostředky, než jsou znázorněná křídla. Mohou být použity jiné, dlouhé nebo kratší výstupky na vnější straně trubice filtru, za předpokladu, že dochází k žádanému rozdělení povlaku z vláken. Rozdělení povlaku nemusí být dokonalé v tom smyslu, že by vlákna v jedné části nesměla mít žádný kontakt s vlákny v části sousední. Části povlaku z vláken mohou být spojeny zeslabenými oblastmi, ve kterých snadno dochází k lomu povlaku a ve kterých jsou malé části vláken volně spleteny, aniž by docházelo k vytváření výraznějšího odporu proti separaci sousední sekce povlaku. Takovou možností je přerušit perforaci stěny filtru 10 v pruzích o vhodné šířce, probíhajících ve směru osy filtru .

Ve srovnání s dosavadními filtry bylo dosaženo podstatného zlepšení filtru podle tohoto vynálezu tím, že byl opatřen prostředkem způsobujícím rotaci kapaliny, obecně označovaným vztahovou značkou 18, umístěným mezi potrubím promývací vody 7 a filtrem. Jak je zřejmé z obr. 3 a z obr. 5 až 7, prostředek způsobující rotaci kapaliny sestává z kónického tělesa 19, umístěného koncentricky v potrubí 7 a z řady zakřivených lopatek 20., umístěných na vnější straně kónického tělesa 19. Potrubí 7, nebo přesněji jeho přímá část 7 ústí do kónického prstence nebo do prvku potrubí 21, podobně jako část potrubí 4 . Lopatky 20 spojují vnitřní stěnu prstence 21 a vnější povrch koncentricky uloženého tělesa 19. Úhel sbíhavosti koncentricky uloženého tělesa 19 je ve vztahu k úhlu sbíhavosti prstence 21 zvolen tak, že plocha průtočného průřezu ve kterémkoliv horizontálním řezu podél vertikální osy je v podstatě stejná. Jak je zřejmé z obr. 5, jsou horní části lopatek 20 v blízkosti prstencového ústí odkloněny od radiálního směru a jsou zakřiveny, jak je znázorněno na obr. 6. Toto uspořádání má za následek, že voda přiváděná do filtru ve směru jeho osy je pomocí prostředku způsobujícího rotaci 18 uváděna do rotačního nebo cirkulačního pohybu, takže je vlivem odstředivé síly spíše tlačena zevnitř proti stěně filtru 10., než aby pouze procházela vertikálně, ve směru osy filtru. Tímto způsobem je promývací voda tlačena otvory ve stěnách filtru podstatně větší silou, než u běžných filtrů.

Je možno podotknout, že prstenec 21 je udržován v koncentrické poloze vzhledem k prstenci 16 pomocí vhodného počtu výčnělků 22, jak je znázorněno na obr. 5. Zkouškami bylo prokázáno, že povlaky vláken, vytvořené na filtru podle tohoto vynálezu, byly zcela odstraněny v čase kratším než 20 s.

Možné modifikace příkladu provedení vynálezu

Je samozřejmé, že tento vynález není v žádném případě omezen na provedení, popsané v příkladu provedení vynálezu a znázorněné na připojených obrázcích. Tak je možné, aby uvnitř trubice filtru 10 byl umístěn skládaný jemný filtr, zhotovený např. z filtrační tkaniny. Vnější, válcovitá stěna 10 s otvory působí v tomto případě vzhledem k této vnitřní filtrační tkanině jako předběžný filtr. Zároveň je vnitřní filtrační tkanina touto mnohem pevnější válcovitou stěnou chráněna. Namísto rovných křídel, umístěných ve směru osy, mohou být na vnější straně trubice filtru připevněna zakřivená křídla ve tvaru šroubovice. Přestože je stěna filtru 10 popsána v předchozím textu a znázorněna na obrázcích jako předmět válcovitého nebo tubulárního tvaru, může mít i jiný, například plochý nebo vlnitý tvar, nebo tvar mnohoúhelníka.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Filtr pro filtraci vody dodávané do alespoň jednoho havarijního chladicího systému atomové elektrárny s reaktorem umístěným v kontejnmentu, jehož spodní část tvoří nádrž sloužící ke shromažďování vody vzniklé kondenzací páry přítomné v kontejnmentu, přičemž tento filtr je umístěn ve zmíněné nádrži a slouží k filtraci vody, která je odebírána z této nádrže a v případě potřeby dodávána do trysek havarijního chladicího systému, aby pomocí ní byla chlazena aktivní zóna reaktoru v případě, že její teplota stoupne nad přípustnou mez, který má tvar pouzdra s alespoň jednou stěnou (10) s výhodou válcovitého tvaru, opatřenou otvory, přes níž může voda vtékat z vnějšku do zmíněného pouzdra, je spojen prvým potrubím (4) se sacím čerpadlem umístěným mimo knteinment reaktoru, a dále je spojen s druhým potrubím (7), dodávajícím v případě potřeby dovnitř pláště filtru promývací vodu, kterou je v případě potřeby možno promývat stěnu filtru (10) průchodem této promývací vody přes tuto stěnu směrem zevnitř ven, a tím odstranit filtrační koláč, usazený na vnější stěně filtru, vyznačuj ící se tím, že stěna filtru (10) je opatřena prostředky (17) rozdělujícími povlak nebo vrstvu vláken, vytvořenou na vnějším povrchu této stěny filtru na několik částí, které je odděleně možno odstranit podstatně snadněji, než souvislou vrstvu vláken.
2. 2. Filtr podle nároku 1,vyznačující se tím, že zmíněnými prostředky (17) je několik podélných křídel nebo elementů ve tvaru křídel (17), vyčnívajících v radiálním směru a umístěných v určitých vzdálenostech od sebe navzájem.
3. 3. Filtr podle nároku 2,vyznačující se tím, že šířka každého ze zmíněných křídel je 25 až 75 %, s výhodou 40 až 60 % a přednostně asi 50 % maximálního rozměru průřezu stěny filtru (10).
4. 4. Filtr podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že zmíněné druhé potrubí sestává z trubice (7), která se v oblasti jejího ústí nachází v koncentrické poloze vzhledem k stěně filtru (10), je opatřeno prostředkem způsobujícím rotaci kapaliny (18) ve formě soustavy zakřivených lopatek (20), nacházejících se v prostoru mezi zmíněnou trubicí a v ní souose umístěným tělesem v podstatě kónického tvaru (19), takže voda, procházející prstencovou mezerou mezi touto trubicí a zmíněným tělesem, je uváděna do rotačního nebo krouživého pohybu, jehož účelem je, aby byla přitlačována na stěnu filtru (10).
5. 5. Filtr podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že zmíněné pouzdro je na jednom konci, např. na horním konci, uzavřeno, přičemž prvé potrubí (4) je spojeno s opačným koncem a do části (4 ) tohoto prvého potrubí (4) je koncentricky vloženo potrubí promývací vody (7) .