EA037574B1 - Система пассивного отвода тепла из водоводяного энергетического реактора через парогенератор - Google Patents

Система пассивного отвода тепла из водоводяного энергетического реактора через парогенератор Download PDF

Info

Publication number
EA037574B1
EA037574B1 EA201650094A EA201650094A EA037574B1 EA 037574 B1 EA037574 B1 EA 037574B1 EA 201650094 A EA201650094 A EA 201650094A EA 201650094 A EA201650094 A EA 201650094A EA 037574 B1 EA037574 B1 EA 037574B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
sections
steam generator
heat
water
Prior art date
Application number
EA201650094A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201650094A1 (ru
Inventor
Владимир Викторович БЕЗЛЕПКИН
Владимир Григорьевич СИДОРОВ
Сергей Борисович АЛЕКСЕЕВ
Сергей Викторович СВЕТЛОВ
Владимир Олегович КУХТЕВИЧ
Сергей Евгеньевич СЕМАШКО
Теймураз Георгиевич ВАРДАНИДЗЕ
Юрий Владимирович КРЫЛОВ
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт энергетических технологий "АТОМПРОЕКТ" (АО "АТОМПРОЕКТ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт энергетических технологий "АТОМПРОЕКТ" (АО "АТОМПРОЕКТ") filed Critical Акционерное общество "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт энергетических технологий "АТОМПРОЕКТ" (АО "АТОМПРОЕКТ")
Publication of EA201650094A1 publication Critical patent/EA201650094A1/ru
Publication of EA037574B1 publication Critical patent/EA037574B1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/023—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers with heating tubes for nuclear reactors, as long as they are not classified according to a specified heating fluid, in another group
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/0206—Heat exchangers immersed in a large body of liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/08—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being steam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/047—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/05316—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/26—Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C1/00—Reactor types
    • G21C1/02—Fast fission reactors, i.e. reactors not using a moderator ; Metal cooled reactors; Fast breeders
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/18—Emergency cooling arrangements; Removing shut-down heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0054—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for nuclear applications
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области атомной энергетики, а именно к системам пассивного отвода тепла из водоводяного энергетического реактора через парогенератор (СПОТ ПГ), и предназначено для охлаждения реактора путем естественной циркуляции теплоносителя (воды) в контуре системы. Технический результат - повышение эффективности теплоотвода, устойчивости потока теплоносителя в контуре и, как следствие, надежности работы системы. Система пассивного отвода тепла включает по меньшей мере один контур циркуляции теплоносителя (воды), содержащий парогенератор и секционный теплообменник, размещенный выше парогенератора внутри емкости запаса охлаждающей воды и соединенный с парогенератором посредством подводящего и отводящего трубопроводов. Теплообменник включает нижний и верхний коллекторы, соединенные теплообменными трубками, а на отводящем трубопроводе установлены пусковые клапаны разного проходного сечения. При этом теплообменник разделен на размещенные параллельно секции исходя из условия L/D20, где L - длина половины секции (полусекции); D - внутренний диаметр коллектора. Участки подводящего и отводящего трубопроводов контура циркуляции выполнены в виде набора разветвленных параллельных трубопроводов, индивидуально подключенных к каждой из упомянутых секций теплообменника.

Description

Изобретение относится к области атомной энергетики, а именно к системам пассивного отвода тепла из водоводяного энергетического реактора через парогенератор (СПОТ ПГ), и предназначено для охлаждения реактора путем естественной циркуляции теплоносителя (воды) в контуре системы.
Из уровня техники известно множество аналогов рассматриваемого решения, раскрывающих различные конфигурации систем пассивного отвода тепла.
В патенте РФ на полезную модель RU78600, G21C 15/18, 27.11.2008 раскрыта система аварийного отвода тепла, содержащая паровую и водяную ветки, конденсатор-испаритель и прямоточный парогенератор. При этом к паровой и водяной веткам параллельно конденсатору-испарителю дополнительно подключена емкость запаса воды, размещенная по высоте относительно конденсатора-испарителя таким образом, что верхняя точка емкости запаса воды расположена ниже верхней точки активной поверхности конденсатора-испарителя.
В патенте РФ на полезную модель RU52245, G21C 15/18, 10.03.2006 описана пассивная система расхолаживания реактора, содержащая водяной теплообменник и воздушный теплообменник, расположенный в вытяжной трубе. Воздушный теплообменник содержит эжекционное устройство, установленное в вытяжной трубе, причем рабочей средой эжекционного устройства является пар, генерируемый водяным теплообменником.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является система пассивного отвода тепла от водоводяного энергетического реактора через парогенератор, раскрытая в патенте РФ на полезную модель RU96283, G21C 15, 20.07.2010. Система содержит контур циркуляции теплоносителя, включающий парогенератор, соединенный подводящим и отводящим трубопроводами с теплообменником, размещенным внутри емкости с запасом теплоносителя, установленной выше парогенератора. При этом на отводящем от теплообменника трубопроводе установлено пусковое устройство, содержащее два пусковых клапана разного проходного сечения. Площадь поверхности теплообменника соответствует условию:
К QcnoT то~кта-лс где QcΠOT=GΠaP·r - производительность системы;
GΠaP - расход пара на входе в контур циркуляции;
r - теплота парообразования;
Кто - коэффициент теплопередачи через трубчатку теплообменника;
Δtто - разница между температурой насыщения в защитной оболочке ядерного реактора и температурой насыщения при атмосферном давлении.
Однако известные конструкции не обеспечивают достаточной эффективности отвода тепла из системы. Кроме того, в теплообменных контурах известных систем возможно наличие гидроударов.
Задачей изобретения является создание эффективной и надежной системы отвода тепла через парогенератор.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности теплоотвода, устойчивости потока в контуре и, как следствие, надежности работы системы.
Указанный технический результат достигается за счет того, что система пассивного отвода тепла из водоводяного энергетического реактора через парогенератор включает по меньшей мере один контур циркуляции теплоносителя (воды), содержащий парогенератор и секционный теплообменник, размещенный выше парогенератора внутри емкости запаса охлаждающей воды и соединенный с парогенератором посредством подводящего и отводящего трубопроводов. При этом теплообменник включает нижний и верхний коллекторы, соединенные теплообменными трубками, а на отводящем трубопроводе установлены пусковые клапаны разного проходного сечения, причем теплообменник разделен на размещенные параллельно секции исходя из условия:
L/D<20, где L - длина половины секции (полусекции);
D - внутренний диаметр коллектора в секции, а участки подводящего и отводящего трубопроводов контура циркуляции выполнены в виде набора разветвленных параллельных трубопроводов, индивидуально подключенных к каждой из упомянутых секций теплообменника.
Указанный технический результат достигается также в частных вариантах реализации изобретения за счет того, что по крайней мере часть подводящего трубопровода от точки начала ветвления общей линии до верхней точки выполнена с наклоном вверх относительно горизонтали с углом не менее 10°;
подводящий трубопровод от точки начала ветвления общей линии до верхней точки содержит участки с наклоном вверх менее 10° относительно горизонтали, имеющие длину Lуч1 и диаметр Dуч1, удовлетворяющие условию Lуч1/Dуч1< 10;
по крайней мере часть подводящего трубопровода от верхней точки до верхнего коллектора теплообменника выполнена с наклоном вниз не менее 10° относительно горизонтали;
подводящий трубопровод от верхней точки до верхнего коллектора теплообменника содержит уча- 1 037574 стки с наклоном вниз менее 10° относительно горизонтали, имеющие длину Ly42 и диаметр Dy42, удовлетворяющие условию Lyч2/Dyч2<10;
по крайней мере часть отводящего трубопровода от нижнего коллектора теплообменника до точки объединения ветвления в общую линию выполнена с наклоном вниз не менее 10° относительно горизонтали;
отводящий трубопровод от нижнего коллектора теплообменника до точки объединения ветвления в общую линию содержит участки с наклоном вниз менее 10° относительно горизонтали, имеющие длину Lyч3 и диаметр Dyч3, удовлетворяющие условию Lyч3/Dyч3<10;
верхняя точка подводящего трубопровода находится вне емкости запаса охлаждающей воды; секции теплообменника имеют шахматное расположение теплообменных трубок в рядах;
в секции теплообменника минимальный шаг между соседними теплообменными трубками составляет 50 мм;
в секции теплообменника теплообменные трубки имеют участки, выполненные с наклоном вниз относительно горизонтали не менее 10°;
система содержит четыре независимых канала, в каждом из которых размещено по одному упомянутому контуру циркуляции.
Экспериментами установлено, что указанные соотношения параметров системы обеспечивают наиболее эффективный отвод тепла от парогенератора благодаря оптимальной конструкции подводящего и отводящего трубопроводов системы, индивидуальному подводу и отводу теплоносителя к секциям теплообменника, оптимально минимизированному соотношению длины половины секции и внутреннего диаметра коллекторов теплообменника и наилучшему взаимному расположению трубок теплообменника.
Выбор соотношения длины половины секции и внутреннего диаметра коллекторов теплообменника выполнялся исходя из условия минимизации неравномерности распределения расходов теплоносителя по трубкам теплообменника, т.е. снижения так называемого коллекторного эффекта. Обеспечение равномерного распределения потока по трубчатке является одним из главных условий повышения энергетической эффективности и производительности теплообменных аппаратов. Одним из способов улучшения распределения теплоносителя по каналам коллекторных теплообменников является снижение потерь давления по ходу среды в коллекторе. Это достигается путем снижения длины коллектора и увеличения его внутреннего диаметра в пределах возможностей технологического изготовления аппарата и других его конструкционных особенностей. Для коллекторов, удовлетворяющих соотношению L/D<20, потери давления по длине коллектора являются минимальными, а распределение расходов теплоносителя по трубкам теплообменника наиболее равномерным. При превышении указанного критерия равномерность распределения среды по каналам теплообменника ухудшается, что вызывает возникновение неустойчивости в общем расходе теплоносителя и, как следствие, снижение тепловой мощности теплообменника.
Конструкция изобретения пояснена чертежами, где на фиг. 1 показана конструкция контура циркуляции охлаждающей воды;
на фиг. 2 показана конструкция узла подключения к секции теплообменника подводящего и отводящего трубопроводов;
на фиг. 3 показана конструкция секции теплообменника;
на фиг. 4 показаны расчетная (I) и экспериментальная (II) временные зависимости давления в парогенераторе, тепловой мощности теплообменника и расхода теплоносителя в контуре СПОТ ПГ при расхолаживании реакторной установки в аварии;
на фиг. 5 показаны временные расчетные зависимости давления над активной зоной, температуры теплоносителя на выходе активной зоны, мощности канала системы и максимальной температуры оболочки тепловыделяющего элемента при расхолаживании реакторной установки в аварии.
Заявленная система представляет собой совокупность контуров циркуляции теплоносителя (воды). В предпочтительном варианте реализации изобретения заявленная система состоит из четырех полностью независимых один от другого каналов, в каждом из которых установлено по одному контуру циркуляции.
Контур циркуляции (фиг. 1) содержит парогенератор (1) и секционный теплообменник (2), размещенный выше парогенератора (1) внутри емкости (3) запаса охлаждающей воды. Секции теплообменника (2) соединены с парогенератором (1) подводящим (4) и отводящим (5) трубопроводами таким образом, что внутренний объем теплообменника (2) сообщается с паровым объемом парогенератора (1), т.е. контур циркуляции системы замыкается на его внутренний объем.
Теплообменник разделен на шестнадцать параллельных теплообменных секций, каждая из которых состоит из двух полусекций (см. фиг. 2, 3). При этом отношение длины половины секции (полусекции) (L) к внутреннему диаметру коллектора (D) в секции должно удовлетворять условию L/D<20.
Секция теплообменника (2) (фиг. 3 a и 3b) включает верхний (6) и нижний (7) коллекторы, соединенные теплообменными трубками (8), а также установленные на коллекторах верхний (9) и нижний (10) тройники для подключения подводящих (4) и отводящих (5) трубопроводов.
- 2 037574
В предпочтительном варианте трубки (8) выполнены с изогнутыми концевыми участками (примыкающими к коллекторам) и прямыми центральными участками. Изогнутые участки имеют наклон вниз относительно горизонтали не менее 10°. При этом секция содержит два вида трубок (8) с разными конфигурациями изгибов - короткие трубки (8a) и длинные трубки (8б) (фиг. 3б). Указанные трубки чередуются, обеспечивая шахматное расположение теплообменных трубок в рядах.
В частном варианте реализации изобретения для реакторной установки на Ленинградской АЭС-2 теплообменные секции находятся под уровнем воды (H=5,8 м) в нижней части емкости (3). Теплообменный пучок каждой секции состоит из 140 изогнутых трубок с наружным/внутренним диаметрами 16/12 мм, соединенных верхним подводящим и нижним отводящим коллекторами с наружным/внутренним диаметрами 108/90 мм. Длина половины секции верхнего и нижнего коллекторов составляет 960 мм. Минимальный шаг между соседними теплообменными трубками составляет 50 мм. Расстояние между коллекторами составляет 1,95 м, а средняя длина трубки секции - 2,124 м. Площадь наружной теплопередающей поверхности каждой секции составляет 14,1 м2. Таким образом, в данном варианте конструкции общая площадь теплопередающей поверхности каждого канала системы составляет 239 м2.
Наружный/внутренний диаметр основного участка подводящего трубопровода (4) до начала ветвления составляет 273/233 мм, а наружный/внутренний диаметр основного участка отводящего трубопровода (5) после ветвления - 108/90 мм.
С целью устранения коллекторного эффекта при работе шестнадцати параллельных секций теплообменников в конструкции системы отсутствуют общие раздаточные и сборные коллекторы. Для этого участки подводящего (4) и отводящего (5) трубопроводов контура циркуляции выполнены в виде набора разветвленных параллельных трубопроводов, индивидуально подключенных к каждой секции теплообменника (см. фиг. 1). Каждая секция теплообменника имеет индивидуальное подключение в виде участка (14) от подводящего трубопровода (4) и индивидуальное подключение в виде участка (15) к отводящему трубопроводу (5) (фиг. 2). Указанные участки (14) и (15) подключены к коллекторам (6) и (7) в средних точках, разделяя секцию теплообменника на две упомянутые полусекции (см. фиг. 2, 3 ).
В предпочтительном варианте реализации изобретения подводящий трубопровод (4) имеет верхнюю точку ветвления (11), разделяющую трубопровод (4) на две ветви, каждая ветвь затем разветвляется еще на две и т.д. Таким образом, подводящий трубопровод разветвляется на 16 ветвей, каждая из которых подключается к верхнему тройнику (9) соответствующей секции. При этом верхняя точка подводящего трубопровода находится вне емкости запаса охлаждающей воды. К верхнему тройнику (9) и нижнему тройнику (10) подсоединяются две полусекции теплообменника, совместно образующие каждую из 16-ти секций теплообменника.
Аналогичным образом выполнено ветвление отводящего трубопровода (5), имеющего нижнюю точку ветвления (12) и ветви которого подключаются к нижним тройникам (10) секций.
Отношение потерь давления в трубках теплообменника ΔPTpуб к потерям давления по длине верхнего коллектора АРколл предпочтительно должно удовлетворять условию: ΔPтруб/ΔPколл<1,5.
Подводящий трубопровод от точки начала ветвления общей линии до верхней точки выполнен с наклоном вверх относительно горизонтали, а на участке от верхней точки до верхнего коллектора теплообменника - с наклоном вниз. Отводящий трубопровод также имеет наклон вниз. Угол наклона трубопроводов составляет не менее 10°. Исключение составляют отдельные участки трубопроводов, имеющие наклон более 10°, для которых отношение их длины Lуч к диаметру Dуч, удовлетворяет условию LуЧ/DуЧ<10.
На отводящем трубопроводе (5) параллельно друг другу установлены два пусковых клапана (13) разного проходного сечения: большой и малый. Клапаны обеспечивают автоматическое подключение системы в соответствующий режим расхолаживания. В режиме ожидания пусковые клапаны закрыты.
В частном варианте реализации изобретения малый пусковой клапан с условным проходным диаметром Ду50 установлен на байпасной линии 57x5,5 мм, подключенной к основному опускному трубопроводу с помощью тройников. За малым клапаном на байпасной линии установлен ручной регулятор, предназначенный для ограничения расхода потока конденсата. В качестве малого пускового клапана используется электромагнитный клапан. Нормальное положение клапана - открытое.
Большой пусковой клапан с условным проходным диаметром Ду100 установлен на трубопроводе между точками подключения байпасной линии с малым клапаном. Также на данном участке установлен ручной регулятор, предназначенный для ограничения расхода конденсата. В качестве большого клапана применена электроприводная арматура. Нормальное положение клапана - закрытое. Открытие большого клапана осуществляется автоматически по сигналам АСУ ТП (автоматизированной системы управления технологическим процессом). Максимальная мощность одного канала СПОТ ПГ при открытии большого клапана и температуре воды в емкости 30°C составляет около 52 МВт. При использовании малого клапана в аналогичных условия мощность составляет около 28 МВт.
Система работает следующим образом. Для начала работы осуществляют открытие одного из пус- 3 037574 ковых клапанов (13). В результате этого запускается контур естественной циркуляции теплоносителя, при которой пар из парового пространства парогенератора (1) через подводящий трубопровод (4) поступает в секции теплообменника (2). В теплообменнике пар конденсируется, и образовавшийся конденсат сливается через отводящий трубопровод (5) в парогенератор (1). При конденсации пара внутри трубчатки теплообменника (2) происходит процесс передачи тепловой энергии от теплоносителя контура циркуляции к охлаждающей воде емкости (3). После прогрева охлаждающей воды до состояния кипения осуществляется генерация пара из водяного объема бака с его последующим сбросом в окружающую среду. Таким образом, осуществляется отвод тепла от парогенератора в окружающую среду.
Для экспериментального обоснования работоспособности и эффективности предлагаемой конструкции СПОТ ПГ выполнено большое количество исследований на крупномасштабном стенде СПОТ ПГ в НПО ЦКТИ. Коэффициент объемно-мощностного подобия модели по отношению к натурной установке составляет примерно 1:110.
На фиг. 4 представлены результаты исследований по моделированию расхолаживания реакторной установки в аварии с полным обесточиванием энергоблока, показывающие зависимости давления в модели парогенератора (а), тепловой мощности (б) и расхода теплоносителя (в) от времени моделируемого аварийного процесса. При этом линия I показывает расчетные значения с использованием кода КОРСАР, а линия II - экспериментальные данные.
Расчетные и экспериментальные результаты исследований показывают, что заявленная система осуществляет надежный отвод тепла при отсутствии пульсаций расхода теплоносителя и температуры и обеспечивает устойчивое снижение давления в парогенераторе. Отсутствуют гидроударные явления в момент пуска и в процессе расхолаживания установки. При этом получено хорошее согласование экспериментальных и расчетных данных.
На фиг. 5 приведены результаты расчета запроектной аварии с полным длительным обесточиванием энергоблока в течение 24 ч, показывающие зависимости давления над активной зоной (а), температуры теплоносителя на выходе активной зоны (б), мощности канала СПОТ ПГ (в) и максимальной температуры оболочки тепловыделяющего элемента (г) от времени аварийного процесса.
По результатам расчетно-экспериментального обоснования видно, что заявленная система, имеющая описанные параметры, обеспечивает устойчивую естественную циркуляцию теплоносителя в процессе отвода тепла от парогенераторов во всех аварийных режимах реакторной установки, в которых предусмотрено функционирование системы.
Таким образом, заявленная система обеспечивает эффективное и надежное расхолаживание реакторной установки во всех рассматриваемых аварийных режимах. Применение системы в авариях с полным обесточиванием энергоблока и полным отказом подачи питательной воды обеспечивает автономность реакторной установки в течение более 24 ч от начала аварийного режима.

Claims (12)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Система пассивного отвода тепла от водоводяного энергетического реактора через парогенератор, включающая по меньшей мере один контур циркуляции теплоносителя, содержащий парогенератор (1) и секционный теплообменник (2), размещенный выше парогенератора (1) внутри емкости запаса охлаждающей воды (3) и соединенный с парогенератором (1) посредством подводящего (4) и отводящего (5) трубопроводов, при этом теплообменник (2) включает нижний (7) и верхний (6) коллекторы, соединенные теплообменными трубками (8), а на отводящем трубопроводе (5) установлены пусковые клапаны (13) разного проходного сечения, отличающаяся тем, что теплообменник разделен на установленные параллельно секции исходя из условия:
    L/D<20, где L - длина половины секции;
    D - внутренний диаметр коллектора;
    при этом участки подводящего (4) и отводящего (5) трубопроводов контура циркуляции выполнены в виде набора разветвленных параллельных трубопроводов, индивидуально подключенных к каждой из упомянутых секций теплообменника (2).
  2. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что по крайней мере часть подводящего трубопровода (4) от точки начала ветвления общей линии до верхней точки выполнена с наклоном вверх относительно горизонтали с углом не менее 10°.
  3. 3. Система по п.2, отличающаяся тем, что подводящий трубопровод (4) от точки начала ветвления общей линии до верхней точки содержит участки с наклоном вверх менее 10° относительно горизонтали, имеющие длину Lуч1 и диаметр Dуч1, удовлетворяющие условию Lучl/Dучl<10.
  4. 4. Система по п.1, отличающаяся тем, что по крайней мере часть подводящего трубопровода (4) от верхней точки до верхнего коллектора теплообменника выполнена с наклоном вниз не менее 10° относительно горизонтали.
  5. 5. Система по п.4, отличающаяся тем, что подводящий трубопровод (4) от верхней точки до верхнего коллектора теплообменника содержит участки с наклоном вниз менее 10° относительно горизонтали,
    - 4 037574 имеющие длину Ly42 и диаметр D^, удовлетворяющие условию Lyч2/Dyч2<10.
  6. 6. Система по п.1, отличающаяся тем, что по крайней мере часть отводящего трубопровода (5) от нижнего коллектора теплообменника до точки объединения ветвления в общую линию выполнена с наклоном вниз не менее 10° относительно горизонтали.
  7. 7. Система по п.6, отличающаяся тем, что отводящий трубопровод (5) от нижнего коллектора теплообменника до точки объединения ветвления в общую линию содержит участки с наклоном вниз менее 10° относительно горизонтали, имеющие длину Lyч3 и диаметр Dyч3, удовлетворяющие условию Lyчз/Dyчз<10.
  8. 8. Система по п.1, отличающаяся тем, что верхняя точка подводящего трубопровода (4) находится вне емкости запаса охлаждающей воды.
  9. 9. Система по п.1, отличающаяся тем, что секции теплообменника (2) имеют шахматное расположение теплообменных трубок (8) в рядах.
  10. 10. Система по п.1, отличающаяся тем, что в секции теплообменника (2) минимальный шаг между соседними теплообменными трубками (8) составляет 50 мм.
  11. 11. Система по п.1, отличающаяся тем, что в секции теплообменника (2) теплообменные трубки (8) имеют участки, выполненные с наклоном вниз относительно горизонтали не менее 10°.
  12. 12. Система по любому из пп.1-11, отличающаяся тем, что содержит четыре независимых канала, в каждом из которых размещено по одному упомянутому контуру циркуляции.
EA201650094A 2014-12-04 2015-11-16 Система пассивного отвода тепла из водоводяного энергетического реактора через парогенератор EA037574B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014148909/07A RU2595640C2 (ru) 2014-12-04 2014-12-04 Система пассивного отвода тепла от водоводяного энергетического реактора через парогенератор
PCT/RU2015/000780 WO2016089249A1 (ru) 2014-12-04 2015-11-16 Система пассивного отвода тепла из водоводяного энергетического реактора через парогенератор

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201650094A1 EA201650094A1 (ru) 2017-11-30
EA037574B1 true EA037574B1 (ru) 2021-04-15

Family

ID=56092073

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201650094A EA037574B1 (ru) 2014-12-04 2015-11-16 Система пассивного отвода тепла из водоводяного энергетического реактора через парогенератор

Country Status (16)

Country Link
US (1) US10030865B2 (ru)
EP (1) EP3229238B1 (ru)
JP (1) JP6802801B2 (ru)
KR (1) KR102199055B1 (ru)
CN (1) CN107210072B (ru)
AR (1) AR102874A1 (ru)
BR (1) BR112017011924B1 (ru)
CA (1) CA2969831C (ru)
EA (1) EA037574B1 (ru)
HU (1) HUE051203T2 (ru)
JO (1) JO3697B1 (ru)
MY (1) MY186200A (ru)
RU (1) RU2595640C2 (ru)
UA (1) UA121982C2 (ru)
WO (1) WO2016089249A1 (ru)
ZA (1) ZA201704489B (ru)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR112018069996A2 (pt) * 2017-06-30 2020-05-26 Joint Stock Company ''science And Innovations'' União tripla de mistura de segmentos do sistema de purga e alimentação de um reator nuclear
RU2697652C1 (ru) * 2018-09-28 2019-08-16 Акционерное Общество "Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Энергетических Технологий "Атомпроект" Способ и система приведения атомной электростанции в безопасное состояние после экстремального воздействия
CN110579405B (zh) * 2019-08-29 2022-05-06 中广核核电运营有限公司 一种核电站辅助给水系统及其加热方法
KR102592944B1 (ko) * 2020-12-09 2023-10-20 한국수력원자력 주식회사 판쉘형 열 교환기를 포함하는 일체형 원자로
RU2761866C1 (ru) * 2020-12-30 2021-12-13 Акционерное Общество "Атомэнергопроект" Способ мониторинга системы пассивного отвода тепла из внутреннего объема защитной оболочки и устройство для его осуществления
CN114023470B (zh) * 2021-09-17 2024-04-16 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 非能动换热系统和反应堆系统
KR102852693B1 (ko) * 2024-01-24 2025-08-29 한국수력원자력 주식회사 증기발생기의 급수 고갈 완화를 위한 공랭식 히트파이프 냉각장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5307390A (en) * 1992-11-25 1994-04-26 General Electric Company Corium protection assembly
RU96283U1 (ru) * 2010-03-16 2010-07-20 Открытое акционерное общество "Санкт-Петербургский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт "АТОМЭНЕРГОПРОЕКТ" (ОАО "СПбАЭП") Система пассивного отвода тепла через парогенератор

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2584228B1 (fr) * 1985-07-01 1987-12-24 Framatome Sa Dispositif de refroidissement de secours a surete intrinseque d'un reacteur nucleaire a eau sous pression.
DE4126629A1 (de) * 1991-08-12 1993-03-11 Siemens Ag Sekundaerseitiges nachwaermeabfuhrsystem fuer druckwasser-kernreaktoren
DE4126630A1 (de) * 1991-08-12 1993-02-18 Siemens Ag Sekundaerseitiges nachwaermeabfuhrsystem fuer druckwasser-kernreaktoren
US5169595A (en) * 1991-09-03 1992-12-08 General Electric Company Reactor core isolation cooling system
YU73393A (sh) * 1993-11-24 1996-05-20 Slobodan Milošević Ventil - klizni regulator protoka sa komorom
JP4180801B2 (ja) * 2001-01-11 2008-11-12 三菱電機株式会社 冷凍空調サイクル装置
JP3856324B2 (ja) * 2004-12-16 2006-12-13 株式会社日建設備 隠蔽温水暖房システム
JP4592773B2 (ja) * 2008-02-29 2010-12-08 株式会社東芝 静的冷却減圧系および加圧水型原子力プラント
CN102169733B (zh) * 2011-02-14 2013-10-23 中国核电工程有限公司 一种核电站非能动与能动相结合的专设安全系统
JP2013088158A (ja) * 2011-10-14 2013-05-13 Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd 原子力プラントの非常用復水システムとその運用方法
CN102522127B (zh) * 2011-12-23 2014-07-30 中国核电工程有限公司 非能动安全壳热量导出系统
CN203839054U (zh) * 2014-02-27 2014-09-17 中国核电工程有限公司 用于非能动安全壳冷却系统的核级螺旋管换热器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5307390A (en) * 1992-11-25 1994-04-26 General Electric Company Corium protection assembly
RU96283U1 (ru) * 2010-03-16 2010-07-20 Открытое акционерное общество "Санкт-Петербургский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт "АТОМЭНЕРГОПРОЕКТ" (ОАО "СПбАЭП") Система пассивного отвода тепла через парогенератор

Also Published As

Publication number Publication date
BR112017011924B1 (pt) 2022-05-17
HUE051203T2 (hu) 2021-03-01
RU2014148909A (ru) 2016-06-27
JP6802801B2 (ja) 2020-12-23
US20170336065A1 (en) 2017-11-23
JO3697B1 (ar) 2020-08-27
US10030865B2 (en) 2018-07-24
KR20170105499A (ko) 2017-09-19
CA2969831A1 (en) 2016-06-09
EA201650094A1 (ru) 2017-11-30
EP3229238B1 (en) 2020-07-08
WO2016089249A1 (ru) 2016-06-09
UA121982C2 (ru) 2020-08-25
KR102199055B1 (ko) 2021-01-07
MY186200A (en) 2021-06-30
EP3229238A1 (en) 2017-10-11
RU2595640C2 (ru) 2016-08-27
CN107210072A (zh) 2017-09-26
AR102874A1 (es) 2017-03-29
JP2017538134A (ja) 2017-12-21
CA2969831C (en) 2020-06-30
ZA201704489B (en) 2020-01-29
CN107210072B (zh) 2019-07-23
EP3229238A4 (en) 2018-11-21
BR112017011924A2 (pt) 2018-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA037574B1 (ru) Система пассивного отвода тепла из водоводяного энергетического реактора через парогенератор
RU197487U1 (ru) Тройниковый узел смешения потоков системы продувки-подпитки ядерного реактора
RU2515579C2 (ru) Парогенератор
CN102637465B (zh) 一种非能动安全壳冷却系统
CA2969827A1 (en) Containment internal passive heat removal system
CN108877965B (zh) 一种应用于pccs换热水箱的非能动空气冷却系统
RU2583324C1 (ru) Горизонтальный парогенератор для реакторной установки с водо-водяным энергетическим реактором и реакторная установка с указанным парогенератором
CN103277147A (zh) 双动力orc发电系统及其发电方法
CN102538516A (zh) 卧式固定管板式换热器及换热方法
CN104019552A (zh) 一种燃气角管热水锅炉水循环结构
CN216240824U (zh) 一种凝汽器间接地冷汽轮发电装置
CN105021060A (zh) 一种自然对流冷却塔型空冷系统
CN211060085U (zh) 一种余热锅炉排污系统
CN104409122B (zh) 适用于严重缺水地区核电站的模块化表面式间接空冷系统
RU2697652C1 (ru) Способ и система приведения атомной электростанции в безопасное состояние после экстремального воздействия
RU2775748C1 (ru) Пароперегреватель турбоустановки
RU2806820C1 (ru) Система пассивного отвода тепла от водо-водяного энергетического реактора через парогенератор
CN217464395U (zh) 一种适用于固体储热的高温气体换热装置
RU12213U1 (ru) Парогенератор
RU78600U1 (ru) Система аварийного отвода тепла
RU97501U1 (ru) Теплообменник
RU111337U1 (ru) Система аварийного расхолаживания с саморазмораживанием
CN106564981B (zh) 核电站用除氧器
RU101537U1 (ru) Теплообменник
RU2451888C2 (ru) Вертикальный кожухотрубчатый испаритель с перегревателем