EA040000B1 - METHOD FOR COOLING NUCLEAR REACTOR CORE MELTS AND CONTROL SYSTEM FOR COOLING NUCLEAR REACTOR CORE MELTS - Google Patents
METHOD FOR COOLING NUCLEAR REACTOR CORE MELTS AND CONTROL SYSTEM FOR COOLING NUCLEAR REACTOR CORE MELTS Download PDFInfo
- Publication number
- EA040000B1 EA040000B1 EA201992737 EA040000B1 EA 040000 B1 EA040000 B1 EA 040000B1 EA 201992737 EA201992737 EA 201992737 EA 040000 B1 EA040000 B1 EA 040000B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- melt
- temperature sensors
- trap
- nuclear reactor
- core
- Prior art date
Links
Description
Изобретения относятся к системам обеспечения безопасной работы атомных электростанций (АЭС) при тяжелых авариях, конкретно, к способам и системам охлаждения и контроля охлаждения расплава активной зоны ядерных реакторов.The inventions relate to systems for ensuring the safe operation of nuclear power plants (NPP) in severe accidents, specifically, to methods and systems for cooling and controlling the cooling of the core melt of nuclear reactors.
При тяжелой аварии на АЭС происходит повреждение активной зоны ядерного реактора, в результате чего расплав поступает в нижнюю часть корпуса реактора, и, в свою очередь, разрушает её. Разрушение корпуса реактора может привести к нежелательным последствиям, например, к усложнению процедуры контроля за распространением и физико-химическим поведением расплава. Летучие и аэрозольные формы радиоактивных продуктов распада диффундируют в контайнмент, угрожая его целостности, просачиваются наружу и вызывают радиоактивное заражение местности. Для существенного уменьшения этих негативных последствий и исключения непроектных дозовых нагрузок на население и окружающую среду, современные АЭС, как правило, оснащены ловушками расплава, установленными под ядерным реактором, поэтому после проплавления нижней части корпуса реактора, расплав попадает в ловушку расплава, в которой происходит его локализация и охлаждение.In a severe accident at a nuclear power plant, the core of a nuclear reactor is damaged, as a result of which the melt enters the lower part of the reactor vessel, and, in turn, destroys it. The destruction of the reactor vessel can lead to undesirable consequences, for example, to complicate the procedure for monitoring the spread and physicochemical behavior of the melt. Volatile and aerosol forms of radioactive decay products diffuse into the containment, threatening its integrity, seep out and cause radioactive contamination of the area. To significantly reduce these negative consequences and eliminate non-design dose loads on the population and the environment, modern nuclear power plants are usually equipped with melt traps installed under the nuclear reactor, therefore, after melting through the lower part of the reactor vessel, the melt enters the melt trap, in which it melts. localization and cooling.
Обычно с целью охлаждения расплава в ловушку расплава вводят охлаждающую жидкость (воду).Typically, a cooling liquid (water) is introduced into the melt trap to cool the melt.
Для контроля потока расплава после разрушения корпуса реактора над ловушкой расплава устанавливают датчики температуры, например термопары, предназначенные для контроля температуры потока расплава и его местоположения после разрушения ядерного реактора.To control the melt flow after the destruction of the reactor vessel, temperature sensors are installed above the melt trap, for example, thermocouples designed to control the temperature of the melt flow and its location after the destruction of the nuclear reactor.
Подача воды на расплав в корпус реактора либо за его пределы должна осуществляться с учетом того, чтобы избежать парового взрыва внутри контайнмента, однако при перемешивании воды с расплавом металлов при струйном поступлении воды сверху на расплав, либо выливание расплава металлов в смеси с расплавом оксидов в воду, находящуюся в напорной камере реактора, в процессе проплавления корок, окружающих бассейн расплава, образовавшегося внутри активной зоны при расплавлении тепловыделяющих элементов, невозможно исключить разрушительные паровые взрывы, потому что диспергирование струй расплава в воде, взаимодействие диспергированных струй и спутных потоков с поверхностями оборудования, находящегося в напорной камере реактора, или с внутренней поверхностью днища корпуса реактора создают, практически, идеальные условия для максимального высвобождения аккумулированной энергии расплавом.The supply of water to the melt in the reactor vessel or outside it should be carried out taking into account the fact that a steam explosion inside the containment is avoided, however, when water is mixed with the melt of metals, when water is sprayed from above onto the melt, or the melt of metals mixed with the melt of oxides is poured into water , located in the pressure chamber of the reactor, in the process of melting the crusts surrounding the pool of melt formed inside the core during the melting of fuel elements, it is impossible to exclude destructive steam explosions, because the dispersion of melt jets in water, the interaction of dispersed jets and cocurrent flows with the surfaces of equipment located in the pressure chamber of the reactor, or with the inner surface of the bottom of the reactor vessel, almost ideal conditions are created for the maximum release of the accumulated energy by the melt.
Во избежание парового взрыва поверхность расплава (зеркало расплава) обычно сразу не охлаждают, а охлаждение обычно осуществляют после получения информации о состоянии расплава. Некоторые ловушки расплава спроектированы аналогичным образом с размещением внутри ловушки расплава жертвенного материала. По истечении определенного времени компоненты жертвенного материала поднимаются над расплавом для предотвращения парового взрыва, или в расплаве в процессе химического взаимодействия с жертвенным материалом происходит инверсия оксидных и металлических компонентов, при которой оксидные компоненты расплава поднимаются вверх, а металлические опускаются вниз, создавая тем самым благоприятные условия для подачи воды на поверхность расплава (на оксидные его компоненты). В некоторых конструкциях ловушек расплава для отвода и распределения расплава используется специальный отводной резервуар, обеспечивающий растекание расплава по большой площади относительно тонким слоем, позволяющим выполнить струйное охлаждение (душирование) расплава без риска возникновения паровых взрывов. Подача воды, в данном случае, осуществляется только при условии полного растекания расплава внутри ловушки, в противном случае, например, при нарушении режима растекания расплава и скапливании расплава на ограниченной площади, возможно термохимическое разрушение основания ловушки, или появление условий для парового взрыва в режиме подачи охлаждающей воды сверху на расплав.To avoid a steam explosion, the surface of the melt (mirror of the melt) is usually not cooled immediately, and cooling is usually carried out after receiving information about the state of the melt. Some smelt traps are similarly designed with sacrificial material inside the smelt trap. After a certain time, the components of the sacrificial material rise above the melt to prevent a steam explosion, or in the melt, in the process of chemical interaction with the sacrificial material, an inversion of oxide and metal components occurs, in which the oxide components of the melt rise up, and the metal ones fall down, thereby creating favorable conditions for supplying water to the surface of the melt (to its oxide components). In some designs of melt traps, a special outlet tank is used to drain and distribute the melt, which ensures the spreading of the melt over a large area with a relatively thin layer, which allows jet cooling (spraying) of the melt without the risk of steam explosions. Water supply, in this case, is carried out only under the condition of complete spreading of the melt inside the trap, otherwise, for example, if the melt spreading regime is violated and the melt accumulates in a limited area, thermochemical destruction of the trap base is possible, or conditions for a steam explosion in the supply mode may appear. cooling water from above to the melt.
После проплавления корпуса реактора вопрос о подаче воды в него больше не рассматривается.After the melting of the reactor vessel, the issue of supplying water to it is no longer considered.
В некоторых конструкциях АЭС корпус реактора заполняют водой до возникновения расплавления корпуса реактора. Заполнение водой происходит на этапах разрушения активной зоны, стекания расплава из активной зоны на днище корпуса реактора, накопления расплава на днище корпуса реактора, вплоть до разрушения днища. Эта процедура является очень опасной. Причиной этому является паровой взрыв, развивающийся как при смешении воды с жидкими металлами, так и при смешении с жидкими оксидами, которые в чистом виде в расплаве никогда не присутствуют, только в смеси с некоторым количеством жидких металлов.In some NPP designs, the reactor vessel is filled with water until the reactor vessel is melted. Filling with water occurs at the stages of the destruction of the core, the flow of the melt from the core to the bottom of the reactor vessel, the accumulation of the melt on the bottom of the reactor vessel, up to the destruction of the bottom. This procedure is very dangerous. The reason for this is a steam explosion, which develops both when water is mixed with liquid metals, and when mixed with liquid oxides, which are never present in a pure form in the melt, only mixed with a certain amount of liquid metals.
С другой стороны, возникает неопределенность с подачей охлаждающей воды в корпус реактора, связанная с отсутствием информации о расположении расплава внутри корпуса реактора. Таким образом, подача воды в корпус реактора не гарантирует его безопасность.On the other hand, there is an uncertainty with the supply of cooling water to the reactor vessel, due to the lack of information about the location of the melt inside the reactor vessel. Thus, the supply of water to the reactor vessel does not guarantee its safety.
Система контроля реактора измеряет нейтронный поток за пределами корпуса реактора, контролирует изменения реактивности активной зоны, изменения мощности, и другие параметры, во время нормальной эксплуатации, нарушений нормальной эксплуатации, при проектных и запроектных авариях без разрушения активной зоны реактора. Данная система специально не предназначена для мониторинга тяжёлых аварий на АЭС, при которых ряд факторов, таких как изменение расположения элементов активной зоны и её твердых фрагментов, изменение расположения элементов внутрикорпусных устройств, а также изменение положения и объёма расплава активной зоны внутри корпуса реактора, изменение его химического состава и фазового состояния, включая образование шуги (двухфазное твёрдо-жидкое со- 1 040000 стояние) и расслоение, изменение его термомеханического состояния, приводят к существенному искажению и изменению данных о физических параметрах активной зоны как внутри, так и за пределами корпуса реактора.The reactor control system measures the neutron flux outside the reactor pressure vessel, monitors core reactivity changes, power changes, and other parameters during normal operation, disruptions, design basis and beyond design basis accidents without destruction of the reactor core. This system is not specifically intended for monitoring severe accidents at nuclear power plants, in which a number of factors, such as a change in the location of the elements of the core and its solid fragments, a change in the location of the elements of internal devices, as well as a change in the position and volume of the core melt inside the reactor pressure vessel, changing its chemical composition and phase state, including the formation of sludge (two-phase solid-liquid state) and stratification, change in its thermomechanical state, lead to a significant distortion and change in data on the physical parameters of the core both inside and outside the reactor pressure vessel.
Известен способ [1] охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора, заключающийся в определении, после разрушения расплавом активной зоны корпуса ядерного реактора, местоположения расплавленных обломков активной зоны в корпусе реактора и определении состояния расплавленной активной зоны по информации, полученной от датчиков температуры, установленных в ядерном реакторе, подаче охлаждающей жидкости в активную зону реактора с учетом полученной информации, увеличении или уменьшении объема подачи охлаждающей жидкости в активную зону ядерного реактора после проплавления корпуса реактора, подаче охлаждающей жидкости в активную зону ядерного реактора с учетом фактического положения и состояния расплавленных элементов активной зоны ядерного реактора.There is a known method [1] for cooling the core melt of a nuclear reactor, which consists in determining, after the destruction of the core of the nuclear reactor vessel by the melt, the location of the molten fragments of the core in the reactor vessel and determining the state of the molten core according to information received from temperature sensors installed in the nuclear reactor. reactor, supply of coolant to the reactor core, taking into account the information received, increase or decrease in the volume of coolant supply to the core of a nuclear reactor after the melting of the reactor pressure vessel, supply of coolant to the core of a nuclear reactor, taking into account the actual position and state of the melted elements of the nuclear core reactor.
Известна система, предназначенная для реализации способа [1], содержащая первую группу датчиков температуры, установленных над активной зоной ядерного реактора, вторую группу датчиков температуры, установленных на внешней стороне корпуса ядерного реактора, третью группу датчиков температуры, установленных на днище корпуса ядерного реактора, четвертую группу датчиков температуры, установленных в зоне между ловушкой расплава и днищем корпуса ядерного реактора, соединенных с оборудованием управления.A known system is designed to implement the method [1], containing the first group of temperature sensors installed above the active zone of a nuclear reactor, the second group of temperature sensors installed on the outside of the nuclear reactor vessel, the third group of temperature sensors installed on the bottom of the nuclear reactor vessel, the fourth a group of temperature sensors installed in the area between the melt trap and the bottom of the nuclear reactor vessel, connected to the control equipment.
Одним из недостатков способа, как и системы, предназначенной для его реализации, является то, что при температуре выше 1100°С начинается активное окисление циркония с выделением водорода. Температура в этом процессе быстро повышается от 1200°С до 1800-2200°С и выше. Это приводит к разрушению датчиков температуры, установленных внутри корпуса реактора, и, в сущности, позволяет определить только момент начала разрушения активной зоны и приблизительно локализовать область, в которой процесс разрушения происходит быстрее, исходя из данных о повышении температуры и данных по отказам датчиков. Датчики температуры, установленные внутри корпуса реактора над активной зоной, будут некоторое время показывать температуру парогазовой среды (температуру смеси пара и водорода), искажённую циркуляционными процессами в активной зоне. Эти датчики достаточно продолжительное время могут показывать вполне приемлемую температуру из-за специфических особенностей конструкции активной зоны, обеспечивающей возможность циркуляции парогазовой смеси по нескольким, практически независимым, периферийным каналам, что приводит к сильному занижению средней температуры парогазовой смеси над активной зоной в сравнении с аналогичной температурой в её каналах.One of the disadvantages of the method, as well as the system intended for its implementation, is that at temperatures above 1100°C, active oxidation of zirconium begins with hydrogen evolution. The temperature in this process rapidly rises from 1200°C to 1800-2200°C and above. This leads to the destruction of the temperature sensors installed inside the reactor vessel, and, in essence, allows you to determine only the moment of the beginning of the destruction of the core and approximately localize the area in which the process of destruction occurs faster, based on the data on temperature rise and data on sensor failures. Temperature sensors installed inside the reactor vessel above the core will show the temperature of the gas-vapor medium (the temperature of the mixture of steam and hydrogen) distorted by circulation processes in the core for some time. These sensors can show a quite acceptable temperature for quite a long time due to the specific design features of the core, which makes it possible to circulate the vapor-gas mixture through several, practically independent, peripheral channels, which leads to a strong underestimation of the average temperature of the vapor-gas mixture above the core in comparison with the same temperature. in her channels.
Ещё одним недостатком способа, как и системы, предназначенной для его реализации, является то, что датчики температуры, установленные на внешней поверхности корпуса реактора, не позволяют определить состояние активной зоны из-за тепловой инерции корпуса реактора и искажений температурных полей, вызванных внутриреакторными процессами, связанными с парогазовой конвекцией, плавлением активной зоны, переизлучением и другими термохимическими и теплогидравлическими процессами. Таким образом, датчики температуры, установленные на внешней поверхности корпуса реактора, детектируют некоторые изменения, но этой информации явно недостаточно для определения состояния активной зоны и, особенно, состояния расплава, без привлечения дополнительных данных по параметрам сред в первом контуре и в гермозоне.Another disadvantage of the method, as well as the system intended for its implementation, is that the temperature sensors installed on the outer surface of the reactor vessel do not allow determining the state of the core due to the thermal inertia of the reactor vessel and distortions of temperature fields caused by internal reactor processes, associated with steam-gas convection, core melting, reradiation and other thermochemical and thermal-hydraulic processes. Thus, temperature sensors installed on the outer surface of the reactor vessel detect some changes, but this information is clearly not enough to determine the state of the core and, especially, the state of the melt, without involving additional data on the parameters of the media in the primary circuit and in the containment area.
Следовательно, внешний контроль состояния активной зоны в корпусе реактора не является самостоятельным контролем, и не может функционировать отдельно.Therefore, external monitoring of the state of the core in the reactor vessel is not an independent control, and cannot function separately.
В итоге, ввиду отсутствия достоверной информации о состоянии и расположении расплава внутри корпуса реактора, охлаждение расплава посредством подачи охлаждающей жидкости (воды) в корпус реактора становится невозможным, так как это может привести к паровому взрывуи разрушению не только корпуса реактора, но и контайнмента, что в результате приведет к выходу радиоактивных продуктов деления за пределы площадки АЭС.As a result, due to the lack of reliable information about the state and location of the melt inside the reactor vessel, cooling the melt by supplying coolant (water) to the reactor vessel becomes impossible, since this can lead to a steam explosion and destruction of not only the reactor vessel, but also the containment, which as a result, it will lead to the release of radioactive fission products outside the NPP site.
Технический результат заявленных изобретений заключается в повышении безопасности АЭС, эффективности охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора.The technical result of the claimed inventions is to increase the safety of nuclear power plants, the efficiency of cooling the melt of the core of a nuclear reactor.
Задачей, на решение которой направлены заявленные изобретения, является повышение эффективности охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора за счет безопасного снятия тепловой нагрузки с зеркала расплава, обеспечивающего исключение паровых взрывов, приводящих к разрушению зоны локализации аварий, шахты реактора и гермооболочки.The task to be solved by the claimed inventions is to increase the efficiency of cooling the nuclear reactor core melt by safely removing the heat load from the melt mirror, which ensures the exclusion of steam explosions leading to the destruction of the accident localization zone, the reactor shaft and the containment.
Поставленная задача решается за счёт того, что в способе охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора, заключающемся в определении, после разрушения расплавом активной зоны корпуса ядерного реактора, местоположения расплавленных обломков активной зоны и определении состояния проплавления активной зоны по информации, полученной от датчиков температуры, подаче охлаждающей жидкости, увеличении или уменьшении объема подачи охлаждающей жидкости, согласно изобретению, после разрушения расплавом активной зоны корпуса ядерного реактора, определяют степень разрушения корпуса ядерного реактора и время начала истечения расплава из корпуса ядерного реактора вThe problem is solved due to the fact that in the method of cooling the core melt of a nuclear reactor, which consists in determining, after the destruction of the core of the nuclear reactor vessel by the melt, the location of the molten fragments of the core and determining the state of penetration of the core according to information received from temperature sensors, supplying coolant, increase or decrease in the volume of coolant supply, according to the invention, after the destruction of the core of the nuclear reactor vessel by the melt, the degree of destruction of the nuclear reactor vessel and the start time of the outflow of the melt from the nuclear reactor vessel in
- 2 040000 ловушку расплава, затем подают охлаждающую жидкость внутрь корпуса ловушки расплава с заранее установленной задержкой по времени, из шахт ревизии внутрикорпусных устройств и блока защитных труб ядерного реактора, после чего определяют условия образования шлаковой шапки над поверхностью зеркала расплава, определяют время начала образования корки на поверхности расплава, определяют время прекращения выхода аэрозолей, определяют время завершения сорбции пара и время образования водорода, определяют время стабилизации процессов охлаждения расплава и время выхода этих процессов в квазистационарный режим, затем регулируют объем подачи охлаждающей жидкости с учетом теплофизических параметров сред в герметичном объеме контайнмента, после чего регулируют объем подачи охлаждающей жидкости с учетом минимального и максимального уровней воды в шахте реактора.- 2 040000 melt trap, then coolant is supplied inside the body of the melt trap with a predetermined time delay, from the revision shafts of internals and the block of protective pipes of a nuclear reactor, after which the conditions for the formation of a slag cap above the surface of the melt mirror are determined, the time of the beginning of crust formation is determined on the surface of the melt, determine the time of termination of the release of aerosols, determine the time for the completion of steam sorption and the time for the formation of hydrogen, determine the stabilization time for the cooling of the melt and the time for these processes to enter the quasi-stationary mode, then regulate the volume of supply of the coolant, taking into account the thermophysical parameters of the media in the sealed volume of the containment , after which the volume of coolant supply is regulated taking into account the minimum and maximum water levels in the reactor shaft.
Система контроля охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора, содержащая датчики температуры, соединенные с оборудованием управления, согласно изобретению, дополнительно содержит датчики-уровнемеры, установленные под фермой-консолью вдоль корпуса ловушки расплава в зоне её наружного водяного охлаждения, при этом датчики температуры разделены на первую, вторую и третью группы, первая группа датчиков температуры установлена над зеркалом расплава внутри корпуса ловушки расплава, а их рабочие органы направлены к зеркалу расплава, вторая группа датчиков температуры установлена между корпусом ловушки расплава и фермой-консолью, третья группа датчиков температуры установлена под направляющей плитой, при этом все датчики температуры и датчикиуровнемеры объединены в два канала, а на рабочих органах каждого датчика температуры установлены герметичные концевики, покрытые защитными негерметичными колпаками.The system for monitoring the cooling of the melt of the core of a nuclear reactor, containing temperature sensors connected to the control equipment, according to the invention, additionally contains sensors-level gauges installed under the truss-console along the body of the melt trap in the zone of its external water cooling, while the temperature sensors are divided into the first , the second and third groups, the first group of temperature sensors is installed above the melt mirror inside the body of the melt trap, and their working bodies are directed to the mirror of the melt, the second group of temperature sensors is installed between the body of the melt trap and the truss-console, the third group of temperature sensors is installed under the guide plate , while all temperature sensors and level sensors are combined into two channels, and hermetic limit switches are installed on the working bodies of each temperature sensor, covered with protective leaky caps.
Отличительным признаком и принципиальным отличием заявленного способа от прототипа является то, что при разрушении активной зоны осуществляют контроль состояния ловушки расплава, а не внутриреакторного пространства, что обусловлено тем, что корпус реактора, как часть (и весь первый контур, как целое), является закрытой по отношению к гермооболочке энерговыделяющей системой (прочной и плотной при нормальной эксплуатации), а ловушка расплава является открытой энерговыделяющей системой, встроенной в гермооболочку, что позволяет выполнять как контролирующие, так и регулирующие процедуры в гермооболочке для обеспечения эффективного воздействия на ловушку расплава.A distinctive feature and fundamental difference between the claimed method and the prototype is that during the destruction of the core, the state of the melt trap is monitored, and not the inside of the reactor space, which is due to the fact that the reactor vessel, as a part (and the entire primary circuit, as a whole), is closed in relation to the containment as an energy-releasing system (strong and dense during normal operation), and the melt trap is an open energy-releasing system built into the containment, which allows you to perform both control and regulatory procedures in the containment to ensure effective action on the melt trap.
Невозможность воздействовать аналогичными процедурами со стороны гермооболочки на внутриреакторные процессы связана с тем обстоятельством, что при любых разрушениях первого контура, вплоть до максимальной проектной аварии (с разрывом главного циркуляционного трубопровода полным сечением) внутриреакторное пространство все равно остаётся по отношению к гермооболочке закрытой системой, одним из отличительных признаков которой является некоторое избыточное остаточное давление в корпусе реактора по отношению к давлению в гермооболочке, не позволяющее осуществлять эффективное опосредованное внешнее управление процессами внутри корпуса реактора с помощью изменения параметров процессов в гермооболочке.The impossibility of influencing the inner reactor processes with similar procedures from the side of the containment is due to the fact that in case of any destruction of the primary circuit, up to the maximum design basis accident (with a rupture of the main circulation pipeline with a full cross section), the intra-reactor space still remains a closed system with respect to the containment, one of the distinguishing features of which are some excess residual pressure in the reactor vessel in relation to the pressure in the containment, which does not allow effective indirect external control of the processes inside the reactor vessel by changing the parameters of the processes in the containment.
Одним отличительным признаком заявленной системы является то, что датчики температуры и датчики-уровнемеры, сгруппированные в два канала, устанавливают на корпусе ловушки расплава, а не на корпусе ядерного реактора, что позволяет осуществлять как контролирующие, так и регулирующие действия в процессе охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора.One distinguishing feature of the claimed system is that temperature sensors and level sensors, grouped in two channels, are installed on the body of the melt trap, and not on the nuclear reactor vessel, which allows both control and regulation actions in the process of cooling the core melt. nuclear reactor.
Ещё одним отличительным признаком заявленной системы является то, что датчики температуры установлены на трех различных уровнях относительно зеркала расплава, что позволяет обеспечить получение каждым каналом эквивалентной характеристической информации.Another distinguishing feature of the claimed system is that the temperature sensors are installed at three different levels relative to the melt mirror, which makes it possible to ensure that each channel receives equivalent characteristic information.
Ещё одним отличительным признаком заявленной системы является то, что все датчики температуры, находящиеся внутри корпуса ловушки расплава, или в зонах прямого и косвенного действия расплава, имеют защитные концевики, которые обеспечивают термохимическую и газодинамическую защиту их рабочих органов.Another distinguishing feature of the claimed system is that all temperature sensors located inside the body of the melt trap, or in the zones of direct and indirect action of the melt, have protective ends that provide thermochemical and gas-dynamic protection of their working bodies.
Ещё одним отличительным признаком заявленной системы является то, что все концевики датчиков температуры установлены в защитных негерметичных колпаках, обеспечивающих термомеханическую защиту от брызг или небольшого количества расплава активной зоны, струй жидкого бетона и его фракций, мелких летящих предметов и аэрозолей.Another distinguishing feature of the claimed system is that all temperature sensor limit switches are installed in protective leaky caps that provide thermomechanical protection against splashes or a small amount of core melt, jets of liquid concrete and its fractions, small flying objects and aerosols.
На фиг. 1 представлена блок-схема способа охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора.In FIG. 1 is a block diagram of a method for cooling a nuclear reactor core melt.
На фиг. 2 представлена система контроля охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора.In FIG. 2 shows the control system for cooling the core melt of a nuclear reactor.
На фиг. 3 представлена защита датчиков температурного контроля - герметичный концевик и защитный колпак.In FIG. 3 shows the protection of temperature control sensors - a sealed limit switch and a protective cap.
Заявленные изобретения работают следующим образом.The claimed inventions work as follows.
Процесс охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора состоит из нескольких основных этапов:The process of cooling the melt of the core of a nuclear reactor consists of several main stages:
определение (1) степени разрушения корпуса ядерного реактора и времени начала истечения расплава из корпуса ядерного реактора в ловушку расплава;determining (1) the degree of destruction of the nuclear reactor vessel and the start time of the outflow of the melt from the nuclear reactor vessel into the melt trap;
подача (2) охлаждающей жидкости внутрь корпуса ловушки расплава с заранее установленной задержкой по времени, из шахт ревизии внутрикорпусных устройств и блока защитных труб ядерного реактора;supply (2) coolant inside the body of the melt trap with a predetermined time delay, from the revision shafts of the internals and the protective tube block of the nuclear reactor;
- 3 040000 определение (3) условия образования шлаковой шапки над поверхностью зеркала расплава;- 3 040000 determination (3) conditions for the formation of a slag cap above the surface of the melt mirror;
определение (4) времени начала образования корки на поверхности расплава;determining (4) the start time of crust formation on the melt surface;
определение (5) времени прекращения выхода аэрозолей;determining (5) the time of termination of the release of aerosols;
определение (6) времени завершения сорбции пара и образования водорода;determining (6) the completion time of steam sorption and hydrogen formation;
определение (7) времени стабилизации процессов охлаждения расплава;determination (7) of the stabilization time of the melt cooling processes;
определение (8) времени выхода этих процессов в квазистационарный режим;determination (8) of the time for these processes to enter the quasi-stationary regime;
увеличение или уменьшение (9) объема подачи охлаждающей жидкости с учетом теплофизических параметров сред в герметичном объеме контайнмента;increase or decrease (9) in the volume of coolant supply, taking into account the thermophysical parameters of the media in the sealed volume of the containment;
увеличение или уменьшение (10) объема подачи охлаждающей жидкости с учетом минимального и максимального уровней воды в шахте реактора.increase or decrease (10) in the amount of coolant supply, taking into account the minimum and maximum water levels in the reactor shaft.
Суть данного процесса заключается в следующем. После проплавления корпуса ядерного реактора расплав активной зоны начинает поступать на направляющую плиту и стекать по ней в ловушку расплава. Этому процессу предшествуют два события, определяющие последующие управляющие действия: первое - поступление теплоносителя первого контура и охлаждающей воды из активных и пассивных систем в помещение фильтров (в бак-приямок), связанное с шахтой реактора, в которой установлена ловушка расплава, и второе - нагрев сначала воздушной, а затем парогазовой среды во внутреннем объёме ловушки расплава. Первое событие, вызванное, например, разрывом трубопровода первого контура с последующими отказами активных систем безопасности и нормальной эксплуатации, или с разрывом трубопровода первого контура и полным обесточиванием АЭС, приводит к истечению сначала теплоносителя, а затем охлаждающей воды из пассивных систем безопасности в гермообъём. Эта вода образует связанный уровень в помещении фильтров и в шахте реактора вокруг корпуса ловушки расплава, который диагностируется группой датчиков-уровнемеров, установленных под фермой-консолью вдоль корпуса ловушки расплава в зоне её наружного водяного охлаждения. Вода поступает в помещение фильтров и в шахту реактора, связанную с ним проходными сечениями, расположенными в её основании. Датчики-уровнемеры диагностируют появление воды вокруг корпуса ловушки расплава, при этом датчики температуры, находящиеся на трёх уровнях, показывают в этот период времени температуру внутри ловушки расплава не более 400°С, что связано с отсутствием расплава активной зоны в корпусе реактора. Постепенно охлаждающая вода выкипает из корпуса реактора, активная зона разогревается, разрушается, и плавится, стекая на днище корпуса реактора. Но даже и в этом случае датчики температуры, находясь ниже днища корпуса реактора, показывают температуру ниже 400°С, потому что защищены направляющей плитой и фермой-консолью. Вся газовая конвекция от нагретого корпуса осуществляется значительно выше расположения датчиков температуры, которые находятся в относительно холодной термостатированной зоне, при этом температура в этой зоне сохраняется постоянной за счет квазистационарной температуры воды в помещении фильтров.The essence of this process is as follows. After the nuclear reactor vessel is melted, the core melt begins to flow onto the guide plate and flow down it into the melt trap. This process is preceded by two events that determine the subsequent control actions: the first is the flow of the primary coolant and cooling water from active and passive systems into the filter room (to the sump tank) associated with the reactor shaft in which the melt trap is installed, and the second is heating first air, and then steam-gas medium in the internal volume of the melt trap. The first event, caused, for example, by a rupture of the primary circuit pipeline with subsequent failures of the active safety systems and normal operation, or by a rupture of the primary circuit pipeline and a complete blackout of the NPP, first leads to the outflow of the coolant, and then the cooling water from the passive safety systems into the containment. This water forms a bound level in the filter room and in the reactor shaft around the body of the melt trap, which is diagnosed by a group of level gauges installed under the truss-console along the body of the melt trap in the zone of its external water cooling. Water enters the filter room and into the reactor shaft connected with it by passage sections located at its base. Level sensors diagnose the appearance of water around the body of the melt trap, while the temperature sensors located at three levels indicate during this period of time the temperature inside the melt trap is not more than 400 ° C, which is due to the absence of core melt in the reactor vessel. Gradually, the cooling water boils away from the reactor vessel, the core heats up, collapses, and melts, flowing down to the bottom of the reactor vessel. But even in this case, the temperature sensors, located below the bottom of the reactor vessel, show a temperature below 400 ° C, because they are protected by a guide plate and a truss-console. All gas convection from the heated housing is carried out significantly above the location of the temperature sensors, which are located in a relatively cold temperature-controlled zone, while the temperature in this zone is kept constant due to the quasi-stationary temperature of the water in the filter room.
При разрушении корпуса реактора происходят следующие процессы: изменение давления в ловушке расплава и поступление на первой стадии жидких металлов с некоторым количеством жидких оксидов в наполнитель УЛР, при этом датчики температуры первой, второй и третьей группы либо нагреваются выше температуры 400°С, либо разрушаются вытекающим расплавом, то есть, находятся в состоянии отказа. По двум этим признакам: перегрев датчика температуры или отказ датчика температуры (разрушение), определяют (1) начало поступления расплава активной зоны из корпуса ядерного реактора в ловушку расплава. Фактически, по этим двум признакам, также определяется и степень разрушения корпуса реактора, по которой, в свою очередь, определяется стадийность истечения расплава из корпуса реактора в ловушку расплава, а именно: а) либо сначала вытекают жидкие металлы, а затем через некоторое время вытекают жидкие оксиды, что указывает на наличие бокового проплавления корпуса реактора; б) одновременное истечение всего расплава одним объёмом из корпуса реактора, что указывает на разрушение днища корпуса реактора. Оба эти условия определяются по показаниям, полученным от датчиков температуры первой, второй и третьей группы, а именно:When the reactor vessel is destroyed, the following processes occur: a change in pressure in the melt trap and the flow of liquid metals with a certain amount of liquid oxides into the CLR filler at the first stage, while the temperature sensors of the first, second and third groups either heat up above a temperature of 400°C, or are destroyed by the effluent melt, that is, are in a state of failure. According to these two signs: overheating of the temperature sensor or failure of the temperature sensor (destruction), determine (1) the beginning of the flow of the core melt from the nuclear reactor vessel into the melt trap. In fact, according to these two signs, the degree of destruction of the reactor vessel is also determined, which, in turn, determines the staging of the outflow of the melt from the reactor vessel into the melt trap, namely: a) either liquid metals flow out first, and then after a while liquid oxides, which indicates the presence of lateral penetration of the reactor vessel; b) the simultaneous outflow of the entire melt in one volume from the reactor vessel, which indicates the destruction of the bottom of the reactor vessel. Both of these conditions are determined by the readings received from the temperature sensors of the first, second and third groups, namely:
а) если после разрушения корпуса реактора датчики температуры первой, второй и третьей группы показывают температуру более 400°С, после чего температура продолжает медленно увеличиваться, и через несколько часов, например через 2-3 ч, происходит быстрое увеличение температуры, это означает, что имеет место боковое проплавление корпуса реактора и двухстадийный процесс поступления расплава (сначала вытекают жидкие металлы, затем вытекают жидкие оксиды), и, следовательно, воду из шахт внутрикорпусных устройств и блока защитных труб подают с проектной (предварительно заданной) задержкой, например с задержкой от трёх до четырёх часов, обеспечив подтверждение того, что расплав растворил наполнитель и произошла инверсия компонентов кориума (оксиды вверху, а металлы внизу);a) if, after the destruction of the reactor vessel, the temperature sensors of the first, second and third groups show a temperature of more than 400 ° C, after which the temperature continues to slowly increase, and after a few hours, for example, after 2-3 hours, there is a rapid increase in temperature, this means that there is a lateral penetration of the reactor vessel and a two-stage process of melt inflow (liquid metals flow out first, then liquid oxides flow out), and, therefore, water is supplied from the shafts of internal devices and the block of protective pipes with a design (preset) delay, for example, with a delay of three up to four hours, providing confirmation that the melt dissolved the filler and inversion of the corium components occurred (oxides at the top, and metals at the bottom);
б) если после разрушения корпуса реактора датчики температуры первой, второй и третьей группы показывают температуру более 400°С, после чего температура начинает сразу быстро равномерно или скачкообразно повышаться, это означает, что имеет место одностадийный процесс поступления расплава (расплав металлов выливается вместе с расплавом оксидов), и следовательно, воду из шахт внутрикорпусных устройств и блока защитных труб подают раньше по времени, примерно, в интервале от 30 мин до одного часа с момента поступления расплава, т.к. наполнитель растворяется достаточно быстро, аb) if, after the destruction of the reactor vessel, the temperature sensors of the first, second and third groups show a temperature of more than 400 ° C, after which the temperature immediately begins to quickly increase uniformly or abruptly, this means that a one-stage process of melt inflow takes place (the melt of metals is poured out together with the melt oxides), and consequently, water from the shafts of the internals and the block of protective pipes is supplied earlier in time, approximately, in the range from 30 minutes to one hour from the moment the melt enters, because the filler dissolves fairly quickly, and
- 4 040000 также быстро происходит инверсия металлов и оксидов, в течение порядка 30 мин.- 4 040000 the inversion of metals and oxides also occurs rapidly, within about 30 minutes.
Таким образом, по показаниям датчиков температуры первой, второй и третьей группы включается таймер задержки подачи воды на поверхность расплава из шахт ревизии внутрикорпусных устройств и блока защитных труб ядерного реактора, после чего осуществляется подача (2) охлаждающей жидкости внутрь корпуса ловушки расплава. Время задержки может быть установлено от 30 мин до 4 ч. Время задержки определяют с учетом длительности истечения оксидной части расплава из корпуса реактора (при двухстадийном струйном истечении из отверстия в разрушенной боковой поверхности корпуса реактора). Кроме того, для установки времени задержки, как правило, учитывают объём жертвенной стали и жертвенных оксидов в наполнителе, которые необходимы для перевода высокотемпературного и химически агрессивного расплава активной зоны в стабилизированное состояние. Это позволяет обеспечить охлаждение расплава без разрушения корпуса ловушки расплава и без дополнительного разрушения тепловым излучением фермы-консоли и направляющей плиты.Thus, according to the readings of the temperature sensors of the first, second and third groups, the timer for delaying the supply of water to the melt surface from the revision shafts of the internal devices and the block of protective pipes of the nuclear reactor is turned on, after which (2) the coolant is supplied inside the body of the melt trap. The delay time can be set from 30 minutes to 4 hours. The delay time is determined taking into account the duration of the outflow of the oxide part of the melt from the reactor vessel (with a two-stage jet outflow from the hole in the destroyed side surface of the reactor vessel). In addition, to set the delay time, as a rule, the volume of sacrificial steel and sacrificial oxides in the filler is taken into account, which are necessary to transfer the high-temperature and chemically aggressive melt of the core to a stabilized state. This makes it possible to cool the melt without destroying the body of the melt trap and without additional destruction of the cantilever truss and guide plate by thermal radiation.
Важным моментом обеспечения пассивной безопасности расплава является инверсия его оксидных и металлических компонентов, которая происходит по мере расплавления и растворения наполнителя в расплаве активной зоны из-за уменьшения плотности оксидной части расплава по отношению к его металлической части. В результате инверсии оксидная ураносодержащая часть расплава всплывает вверх, а металлическая часть расплава опускается.An important point in ensuring the passive safety of the melt is the inversion of its oxide and metal components, which occurs as the filler melts and dissolves in the core melt due to a decrease in the density of the oxide part of the melt relative to its metal part. As a result of the inversion, the oxide uranium-containing part of the melt floats up, while the metal part of the melt sinks.
Инверсия компонентов расплава позволяет решить две задачи.The inversion of melt components makes it possible to solve two problems.
1) Обеспечить выравнивание теплового потока от расплава активной зоны через корпус ловушки расплава к воде, при которой первоначальное распределение теплового потока с максимумом неравномерности в зоне расположения расплава стали, находящейся над расплавом оксидов, сглаживается и выравнивается по высоте корпуса ловушки после всплытия ураносодержащих оксидов над расплавом стали. Выравнивание теплового потока после инверсии обеспечивается, в основном, за счёт разницы теплофизических свойств расплава оксидов и расплава металлов.1) To ensure the alignment of the heat flow from the core melt through the body of the melt trap to the water, in which the initial distribution of the heat flow with a maximum of unevenness in the area of the steel melt located above the oxide melt is smoothed out and aligned with the height of the trap body after the uranium-containing oxides rise above the melt become. The equalization of the heat flow after inversion is provided mainly due to the difference in the thermophysical properties of the oxide melt and the metal melt.
2) Обеспечить прямое охлаждение зеркала расплава водой для подавления аэрозольной активности расплава и теплового излучения с зеркала расплава на расположенное выше оборудование корпуса ловушки, на ферму-консоль и направляющую плиту, удерживающую на себе днище корпуса реактора с обломками активной зоны и внутрикорпусных устройств.2) Provide direct cooling of the melt mirror with water to suppress the aerosol activity of the melt and thermal radiation from the melt mirror to the equipment of the trap body located above, to the truss-console and the guide plate holding the bottom of the reactor vessel with fragments of the core and internal devices.
В процессе взаимодействия расплава активной зоны с наполнителем над зеркалом расплава образуется шлаковая шапка из лёгких оксидов наполнителя. Шлаковая шапка уменьшает взаимодействие открытой жидкометаллической поверхности ванны расплава с водяным паром с образованием водорода. Дополнительно, шлаковая шапка уменьшает тепловое излучение со стороны зеркала расплава, направленное на расположенные выше элементы оборудования. По мере охлаждения шлаковой шапки, на ней образуется корка. Образование шлаковой шапки и корки определяют (3) с помощью датчиков температуры первой и второй группы, которые отображают периодические колебания температуры, а именно: если размер корки увеличивается, это приводит к небольшому снижению температуры, если корка разрушается, это приводит к резкому увеличению температуры из-за выброса газов и аэрозолей. Последующая подача воды на поверхность расплава понижает его поверхностную температуру. Работоспособные датчики температуры, расположенные на каждом из трех уровней на ловушке расплава, отображают данные о снижении температуры после начала подачи воды на поверхность расплава из шахт ревизии внутрикорпусных устройств и блока защитных труб. По таким показаниям датчиков температуры, расположенных на трёх уровнях (по снижению температуры) определяют (4) время прекращения выхода аэрозолей, а именно: вода, поступившая на поверхность расплава, блокирует выход аэрозолей и теплового излучения, а также быстро охлаждает выше расположенное оборудование, и стабилизирует его механические характеристики, следовательно, это приводит к снижению температуры.In the process of interaction of the core melt with the filler, a slag cap of light oxides of the filler is formed above the melt mirror. The slag cap reduces the interaction of the open liquid-metal surface of the molten bath with water vapor to form hydrogen. Additionally, the slag cap reduces thermal radiation from the side of the melt mirror directed to the equipment elements located above. As the slag cap cools, a crust forms on it. The formation of a slag cap and a crust is determined (3) using temperature sensors of the first and second groups, which display periodic temperature fluctuations, namely: if the crust size increases, this leads to a slight decrease in temperature, if the crust collapses, this leads to a sharp increase in temperature from - for the release of gases and aerosols. The subsequent supply of water to the surface of the melt lowers its surface temperature. Operable temperature sensors located at each of the three levels on the melt trap display data on the temperature decrease after the start of water supply to the melt surface from the revision shafts of the internals and the block of protective pipes. According to such indications of temperature sensors located at three levels (by temperature decrease), (4) the time of cessation of the release of aerosols is determined, namely: water that has entered the surface of the melt blocks the release of aerosols and thermal radiation, and also quickly cools the equipment located above, and stabilizes its mechanical characteristics, therefore, it leads to a decrease in temperature.
Время завершения сорбции пара и образования водорода определяют (5) по показаниям датчиков температуры, расположенных на трёх уровнях. Эти показания совпадают с прекращением выхода аэрозолей и началом водяного охлаждения зеркала расплава.The time of completion of steam sorption and hydrogen formation is determined (5) according to the readings of temperature sensors located at three levels. These readings coincide with the cessation of the release of aerosols and the beginning of water cooling of the melt surface.
Затем по показаниям всех работоспособных датчиков температуры, определяют (6) время стабилизации процессов охлаждения расплава и определяют (7) время перехода этих процессов в квазистационарный режим, а именно: если датчики температуры отображают постоянную температуру с последующим снижением температуры в ходе постепенного охлаждения расплава, это указывает на то, что происходит процесс стабильного охлаждения расплава, при котором, по мере снижения остаточного энерговыделения, происходит снижение средней температуры расплава, его фиксация и постепенный переход из жидкой фазы в твёрдую.Then, according to the readings of all operable temperature sensors, (6) the stabilization time of the melt cooling processes is determined and (7) the time for the transition of these processes to the quasi-stationary mode is determined, namely: if the temperature sensors display a constant temperature with a subsequent decrease in temperature during the gradual cooling of the melt, this indicates that there is a process of stable cooling of the melt, in which, as the residual energy release decreases, the average temperature of the melt decreases, it is fixed and a gradual transition from the liquid phase to the solid phase occurs.
Оставшийся расплав в днище корпуса реактора и само днище также постепенно охлаждаются. Стабилизация и снижение температуры диагностируются датчиками температуры, которые расположены на третьем уровне и показывают температуру парогазовой среды под направляющей плитой. На эти показания влияют тепловые потоки от переизлучения со стороны горячих поверхностей внутренних элементов фермы-консоли и нижней плоскости направляющей плиты, чем эти переизлучения меньше, тем ниже температура показаний датчиков третьей группы, тем холоднее поверхности фермы-консоли и направляющей плиты, тем ниже температура самой направляющей плиты и остатков расплава активной зоны,The remaining melt in the bottom of the reactor vessel and the bottom itself are also gradually cooled. Stabilization and decrease in temperature are diagnosed by temperature sensors, which are located on the third level and show the temperature of the vapor-gas medium under the guide plate. These readings are affected by heat fluxes from reradiation from the hot surfaces of the internal elements of the truss-console and the lower plane of the guide plate; guide plate and remnants of the core melt,
- 5 040000 находящихся на ней. По показаниям датчиков температуры третьей группы увеличивают или уменьшают (8) объем подачи воды в ловушку расплава после завершения подачи воды из шахт ревизии внутрикорпусных устройств и блока защитных труб, а именно: если после прекращения подачи воды из шахт ревизии внутрикорпусных устройств и блока защитных труб температура начинает повышаться, то увеличивают объем подачи воды в корпус ловушки расплава, если температура не повышается, то уменьшают, либо полностью прекращают подачу воды в корпус ловушки расплава.- 5,040,000 located on it. According to the readings of the temperature sensors of the third group, increase or decrease (8) the volume of water supply to the melt trap after the completion of the water supply from the inspection shafts of the internals and the block of protective pipes, namely: begins to rise, then increase the volume of water supply to the body of the melt trap, if the temperature does not rise, then reduce or completely stop the supply of water to the body of the melt trap.
По показаниям датчиков-уровнемеров (13) увеличивают или уменьшают (9) объем подачи воды с учетом минимального и максимального уровней воды в шахте реактора. Уровни воды связаны с уровнями, на которых находятся фланец корпуса ловушки расплава и основание фермы-консоли, а именно: если уровень воды ниже уровня фланца корпуса, тогда увеличивают объем подачи воды, если уровень воды находится на уровне основания фермы-консоли, тогда его уменьшают, либо полностью прекращают подачу воды в корпус ловушки расплава.According to the indications of level sensors (13), the volume of water supply is increased or decreased (9), taking into account the minimum and maximum water levels in the reactor shaft. The water levels are related to the levels at which the flange of the melt trap body and the base of the cantilever truss are located, namely: if the water level is below the level of the body flange, then the volume of water supply is increased, if the water level is at the level of the base of the cantilever truss, then it is reduced , or completely stop the water supply to the body of the melt trap.
Как видно на фиг. 2 и фиг. 3, система контроля охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора содержит первую, вторую, третью группы датчиков (10, 11, 12) температуры и группу датчиковуровнемеров (13), объединенных в два канала (14), и соединенных с оборудованием (15) управления, на рабочих органах (16) каждого датчика температуры установлены герметичные концевики (IV), закрытые защитными негерметичными колпаками (18), первая группа датчиков (10) температуры установлена над зеркалом (19) расплава внутри корпуса (20) ловушки (21) расплава, а их рабочие органы (16) направлены к зеркалу (19) расплава, вторая группа датчиков (11) температуры установлена между корпусом (20) ловушки (21) расплава и фермой-консолью (22), третья группа датчиков (12) температуры установлена под направляющей плитой (23), группа датчиков-уровнемеров (13) установлена под фермой-консолью (22) вдоль корпуса (20) ловушки (21) расплава в зоне её наружного водяного охлаждения.As seen in FIG. 2 and FIG. 3, the system for monitoring the cooling of the core melt of a nuclear reactor contains the first, second, third groups of temperature sensors (10, 11, 12) and a group of level sensors (13) combined into two channels (14) and connected to control equipment (15), on the working bodies (16) of each temperature sensor, sealed limit switches (IV) are installed, closed with protective leaky caps (18), the first group of temperature sensors (10) is installed above the mirror (19) of the melt inside the body (20) of the trap (21) of the melt, and their working bodies (16) are directed to the melt mirror (19), the second group of temperature sensors (11) is installed between the body (20) of the melt trap (21) and the truss-console (22), the third group of temperature sensors (12) is installed under the guide plate (23), a group of level sensors (13) is installed under the truss-console (22) along the body (20) of the melt trap (21) in the zone of its external water cooling.
В момент разрушения корпуса (24) реактора расплав (25)активной зоны, под действием гидростатического и избыточного давлений, начинает поступать во внутренний корпус (20) ловушки (21) расплава и входит контакт с наполнителем (26).At the moment of destruction of the reactor body (24) the core melt (25), under the action of hydrostatic and excess pressure, begins to flow into the inner body (20) of the melt trap (21) and comes into contact with the filler (26).
Наполнитель (26) обеспечивает объемное рассредоточение расплава (25) кориума в пределах ловушки (21), и предназначен для доокисления кориума и его разбавления в целях уменьшения объемного энерговыделения и увеличения поверхности теплообмена энерговыделяющего кориума с наружным слоем ловушки (21) расплава, а также способствует созданию условий для всплытия топливосодержащих фракций кориума над слоем стали. Наполнитель (26) может быть выполнен из стальных и оксидных компонентов, содержащих оксиды железа, алюминия, циркония, с каналами для перераспределения кориума не только в цилиндрической части, но ив донном коническом объеме.The filler (26) provides volumetric dispersal of the corium melt (25) within the trap (21), and is intended for additional oxidation of the corium and its dilution in order to reduce the volumetric energy release and increase the heat exchange surface of the energy-releasing corium with the outer layer of the melt trap (21), and also contributes to creation of conditions for the ascent of fuel-containing corium fractions above the steel layer. Filler (26) can be made of steel and oxide components containing oxides of iron, aluminum, zirconium, with channels for corium redistribution not only in the cylindrical part, but also in the bottom conical volume.
Стальные и оксидные компоненты скомплектованы в кассеты цилиндрической формы. Как правило, наполнитель, по меньшей мере, содержит первую кассету, установленную на днище корпуса ловушки, вторую кассету, расположенную над первой кассетой, и третью кассету, установленную над второй кассетой. Третья кассета, в свою очередь, может состоять из нескольких кассет, установленных друг на друге.Steel and oxide components are assembled into cylindrical cassettes. Typically, the filler at least includes a first cassette mounted on the bottom of the trap body, a second cassette located above the first cassette, and a third cassette mounted above the second cassette. The third cassette, in turn, may consist of several cassettes stacked on top of each other.
Фактически три группы датчиков (10, 11,12) температуры установлены на трех уровнях, при этом первая группа датчиков (10) температуры установлена внутри корпуса (20) ловушки (21) расплава, а вторая и третья группы датчиков (11, 12) температуры установлены над корпусом (20) ловушки (21) расплава.In fact, three groups of temperature sensors (10, 11,12) are installed at three levels, while the first group of temperature sensors (10) is installed inside the body (20) of the melt trap (21), and the second and third groups of temperature sensors (11, 12) installed above the body (20) of the melt trap (21).
Первая группа датчиков (10) температуры, расположенных на самом близком расстоянии от зеркала (19) расплава и шлаковой шапки (27), обеспечивает контроль температуры. Над этими датчиками температуры располагается тепловая защита (28), которая обеспечивает их защиту от воздействия стекающего расплава и летящих предметов. Рабочие органы (16) этих датчиков (10) температуры направлены в сторону расплава (25). Первая группа датчиков (10) температуры перестает функционировать после образования зеркала (19) расплава в корпусе (20) ловушки (21), так как к этому моменту тепловое излучение со стороны зеркала (19) расплава начинает снизу плавить тепловую защиту (28). Повышение температуры зеркала расплава до температуры плавления тепловой защиты указывает на то, что к этому моменту времени произошла реакция между основной массой расплава и наполнителем, и кроме того, произошел переход на квазистационарный режим теплопередачи к охлаждающей жидкости через корпус ловушки, а также теплового излучения к вышерасположенным элементам оборудования ловушки (21) расплава, фермы-консоли (22) и направляющей плиты (23).The first group of temperature sensors (10) located at the closest distance from the melt mirror (19) and the slag cap (27) provides temperature control. Above these temperature sensors is a thermal protection (28), which provides them with protection from the effects of flowing melt and flying objects. The working bodies (16) of these temperature sensors (10) are directed towards the melt (25). The first group of temperature sensors (10) ceases to function after the formation of a mirror (19) of the melt in the body (20) of the trap (21), since by this moment the thermal radiation from the side of the mirror (19) of the melt begins to melt the thermal protection (28) from below. An increase in the temperature of the melt mirror to the melting temperature of the thermal protection indicates that by this time a reaction has occurred between the main mass of the melt and the filler, and, in addition, there has been a transition to the quasi-stationary mode of heat transfer to the cooling liquid through the body of the trap, as well as thermal radiation to the upstream equipment elements of the trap (21) of the melt, the truss-console (22) and the guide plate (23).
Вторая группа датчиков (11) температуры, установленных между корпусом (20) ловушки расплава и фермой-консолью (22), также обеспечивает контроль температуры. Эти датчики (11) температуры расположены в зоне, не защищенной тепловыми экранами и тепловыми защитами. Вторая группа датчиков (11) температуры функционирует в зависимости от характера поступления расплава активной зоны из корпуса реактора в ловушку расплава: при быстром неосесимметричном поступлении расплава жидкой стали, например, в течение от 30 до 60 с массой порядка 60-100 т, или при медленном неосесимметричном поступлении расплава жидких оксидов в смеси с некоторым количеством жидкой стали в течение, например, 2-3 трёх часов массой порядка 90-130 т происходит частичное расплавление (отказ) некоторых датчиков температуры из второй группы. Но некоторые датчики (11) температуры могут продолжитьThe second group of temperature sensors (11) installed between the body (20) of the melt trap and the truss-console (22) also provides temperature control. These temperature sensors (11) are located in an area not protected by thermal screens and thermal protections. The second group of temperature sensors (11) operates depending on the nature of the flow of the core melt from the reactor vessel into the melt trap: with a fast non-axisymmetric flow of liquid steel melt, for example, for 30 to 60 with a mass of about 60-100 tons, or with a slow non-axisymmetric flow of liquid oxide melt mixed with a certain amount of liquid steel for, for example, 2-3 hours weighing about 90-130 tons, partial melting (failure) of some temperature sensors from the second group occurs. But some (11) temperature sensors may continue
- 6 040000 работу и после завершения неосесимметричного истечения расплава из корпуса реактора, как наиболее тяжёлого для работоспособности датчиков второй группы. По показаниям этих датчиков температуры определяют один из важнейших параметров - время начала разрушения днища корпуса реактора, т.е., фактически, определяют начало истечения расплава, а также последующее состояние парогазовой среды над поверхностью расплава, или его коркой. На основании этих данных включается таймер для автоматической подачи охлаждающей жидкости с заранее установленной задержкой. Охлаждающая жидкость подается из шахт ревизии внутрикорпусных устройств и блока защитных труб внутрь корпуса ловушки для охлаждения шлаковой шапки и находящегося под ней зеркала расплава активной зоны.- 6 040000 work and after completion of the non-axisymmetric outflow of the melt from the reactor vessel, as the most difficult for the performance of sensors of the second group. According to the readings of these temperature sensors, one of the most important parameters is determined - the time of the beginning of the destruction of the bottom of the reactor vessel, i.e., in fact, they determine the beginning of the outflow of the melt, as well as the subsequent state of the vapor-gas medium above the surface of the melt, or its crust. Based on this data, a timer is activated to automatically supply coolant with a pre-set delay. The coolant is supplied from the revision shafts of the internals and the block of protective pipes into the body of the trap to cool the slag cap and the core melt mirror located under it.
Третья группа датчиков (12) температуры, установленных на самом близком расстоянии к корпусу (20) реактора, также обеспечивает контроль температуры. Эти датчики (12) температуры установлены в защищенной, охлаждаемой зоне, расположенной под направляющей плитой (23), и сохраняют работоспособность в течение всего времени управления охлаждением расплава активной зоны в корпусе ловушки. По показаниям этих датчиков (12) определяют один из важнейших параметров - время начала разрушения днища корпуса реактора, т.е., фактически определяют время начала истечения расплава, и последующее состояние парогазовой среды над поверхностью расплава. На основании этих данных включается таймер для автоматической подачи охлаждающей жидкости с предварительно заданной задержкой. Охлаждающая жидкость подается из шахт ревизии внутрикоорпусных устройств и блока защитных труб внутрь корпуса ловушки для охлаждения расплава активной зоны. Кроме того, по показаниям этих датчиков фиксируют формирование шлаковой шапки над поверхностью зеркала расплава, определяют время начала образования корки на поверхности расплава, получают информацию о прекращении выхода аэрозолей и завершении процесса сорбции пара и образования водорода.The third group of temperature sensors (12) installed at the closest distance to the reactor vessel (20) also provides temperature control. These temperature sensors (12) are installed in a protected, cooled zone, located under the guide plate (23), and remain operational during the entire time of controlling the cooling of the core melt in the trap body. According to the readings of these sensors (12), one of the most important parameters is determined - the time of the beginning of the destruction of the bottom of the reactor vessel, i.e., in fact, they determine the time of the beginning of the outflow of the melt, and the subsequent state of the vapor-gas medium above the surface of the melt. Based on this data, a timer is activated to automatically supply coolant with a pre-set delay. The coolant is supplied from the revision shafts of the internals and the block of protective pipes inside the trap body to cool the core melt. In addition, according to the readings of these sensors, the formation of a slag cap above the surface of the melt mirror is fixed, the time of the beginning of the formation of a crust on the surface of the melt is determined, information is obtained about the termination of the release of aerosols and the completion of the process of steam sorption and hydrogen formation.
Группа датчиков-уровнемеров (13), установленная по меньшей мере на двух внешних уровнях, расположенных с внешней стороны корпуса (20) ловушки (21) расплава в зоне охлаждения корпуса (20), обеспечивает контроль уровня охлаждающей жидкости в шахте реактора. Эта группа датчиковуровнемеров (13) расположена в защищенной охлаждаемой зоне под фермой-консолью (22). По показаниям датчиков-уровнемеров (13)определяют уровень залива шахты реактора водой, т.е., по этим показаниям подтверждается проектное функционирование системы охлаждения ловушки, или проводится корректировка работы этой системы.A group of level gauges (13) installed at least on two external levels located on the outer side of the body (20) of the melt trap (21) in the cooling zone of the body (20) provides control of the coolant level in the reactor shaft. This group of gauges (13) is located in a protected cooled area under the truss-console (22). According to the readings of the level sensors (13), the level of filling the reactor shaft with water is determined, i.e., according to these readings, the design operation of the trap cooling system is confirmed, or the operation of this system is adjusted.
Применение вышеописанного способа охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора и системы контроля охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора позволило повысить эффективность охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора за счет снятия тепловой нагрузки с зеркала расплава, что, в свою очередь, позволило полностью исключить вероятность парового взрыва при выполнении работ по отводу тепла от расплава и, следовательно, повысить безопасность АЭС.The use of the above-described method of cooling the nuclear reactor core melt and the nuclear reactor core melt cooling control system made it possible to increase the efficiency of cooling the nuclear reactor core melt by removing the heat load from the melt surface, which, in turn, made it possible to completely eliminate the possibility of a steam explosion when performing work to remove heat from the melt and, consequently, improve the safety of nuclear power plants.
Claims (2)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018138641 | 2018-11-01 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA040000B1 true EA040000B1 (en) | 2022-04-07 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2698462C1 (en) | Nuclear reactor core melt cooling method and nuclear melt core cooling control system | |
| RU2576517C1 (en) | System for localisation and cooling of water-water nuclear reactor core region melt | |
| EP3236473B1 (en) | System for confining and cooling melt from the core of a nuclear reactor | |
| RU2575878C1 (en) | System of localisation and cooling of melt of active zone of pressurised water reactor | |
| EA040000B1 (en) | METHOD FOR COOLING NUCLEAR REACTOR CORE MELTS AND CONTROL SYSTEM FOR COOLING NUCLEAR REACTOR CORE MELTS | |
| CA3066230A1 (en) | Cooling method for reactor molten core melt and cooling control system for reactor molten core | |
| RU2165108C2 (en) | Protective system of protective shell of water-cooled reactor plant | |
| RU2767599C1 (en) | Nuclear reactor core melt localization and cooling system | |
| RU2750230C1 (en) | Localization and cooling system for core melt of nuclear reactor | |
| RU2165107C2 (en) | Protective system of protective shell of water-cooled reactor plant | |
| WO2023047555A1 (en) | Nuclear reactor capable of coping with core meltdown accident for purpose of preventing release of radioactivity | |
| CN103426485B (en) | It is a kind of to prevent the method for fused mass melting loss pressure vessel and the system for implementing this method in reactor | |
| WO2022146185A1 (en) | System for confining and cooling melt from the core of a nuclear reactor |