ITMI930324A1 - Iniettore a vapore per alte pressioni - Google Patents

Description

rimanente parte dell'acqua viene raffreddata con un altro scambiatore di calore ed entra in un secondo iniettore. In quest'ultimo iniettore l'acqua la cui pressione ? gi? stata innalzata nel primo iniettore, viene ulteriormente Dressurizzata e viene finalmente iniettata nel vessel del reattore.

Una semplificazione di detto sistema ? presentata nella pubblicazione "The First JSME/ASME Joint International Conference on Nuclear Engineering -November 4 - 7. 1991 - Voi. 1" : un sistema di iniezione a due stadi che non impiega scambiatori e pompe a getto, come invece ? fatto secondo il brevetto suddetto. Tale sistema era composto da due iniettori a vapore in serie; l'acaua usciva dal primo stadio ad una pressione di circa 2 MPa e noi entrava in un secondo iniettore dove la sua pressione veniva elevata alle pressioni di riferimento e oltre. Venivano usati due tini diversi di iniettori: mentre per il primo stadio veniva impiegato un iniettore con vapore iniettato centralmente e acqua lateralmente, per il secondo stadio si utilizzava invece un iniettore brevettato da C. Nicodemus della Helios Research Corporation con acqua centrale e vapore laterale.

In una sucessiva sperimentazione detto iniettore brevettato veniva sostituito da un iniettore con

iniezione di acqua laterale ma con doppio

ingresso di vaoore (centrale e laterale, ma piu

esterno rispetto all'acqua) .

Anche in questo caso il sistema. costituito

sempre da due iniettori in serie, forniva buoni

risultati .

Un'ulteriore semplificazione consistente nell'uso

di un solo iniettore di vaoore (eliminando anche in

questo caso il sistema di scambiatori e la pompa a

getto) era stata tentata dalla General Electric nel

1990.

Alcune prove in scala ridotta di un iniettore

prodotto dalla Penberthv Coro. avevano dato

risultati incoraggianti (massima pressione ottenuta

in uscita: 6 MPa, circa il 30% superiore a quella

del vapore in ingresso).

Da un'altra serie di prove, condotte utilizzando

un iniettore "full-scale" della Helios Research

Corp.t invece, si erano ottenute delle prestazioni , non altrettanto buone: per pressioni del vapore

relativamente basse, infatti, la massima pressione

ottenuta in uscita era risultata di 3 MPa (fino al

A0% in pi? rispetto a quella del vapore in

ingresso), ma aumentando la pressione del vapore si era ottenuta una pressione di scarico dell'iniettore sempre minore di quella del vapore in ingresso.

Anche S. Suurmann (Ontario Hydro) aveva sperimentato (1986) un iniettore ad un solo stadio per l'iniezione di acaua di emergenza nel secondario di un reattore Candu. L'iniettore era in grado di funzionare iniettando acqua nel generatore di vapore ad una pressione massima di 4 MPa. Le sue prestazioni comunque non erano pi? garantite per temperature dell'acqua in ingresso superiori a 80? F(27? C).

Da quanto esposto si pu? notare che. per ottenere con iniettori un pompaggio di acqua a "bassa" pressione (0.1-0. 2 MPa) fino alle alte pressioni caratteristiche del "vessel" dei reattori bollenti. sono necessari due o pi? iniettori collegati in serie .

Ci? porta ad una certa complicazione dei sistemi di iniezione di emergenza fino ad ora studiati e. come conseguenza, ad una riduzione delle caratteristiche di "passivit?" e di affidabilit? dei sistemi stessi.

Una riduzione della complicazione degli impianti pu? essere ottenuta, in linea di principio. utilizzando un solo iniettore ma, da quanto esposto.

risulta che non sono stati fino ad ora realizzati iniettori a un solo stadio in grado di fornire acqua alle pressioni di riferimento dei reattori bollenti.,. utilizzando acqua in ingresso a bassa pressione.

L'invenzione, come caratterizzata nelle rivendicazioni, ovvia agli svantaggi dello stato della tecnica e offre i vantaggi di un molto efficace iniettore ad un solo stadio e di un sistema con caratteristiche di passivit?, quindi nell'insieme essa comporta il minimo delle probabilit? di guasti e, sebbene non tanto importante nel complesso di un costoso impianto nucleare, il massimo dell'economia nel costo e nella gestione.

L'iniettore a vapore per alte pressioni secondo lo stato della tecnica comprende una prima camera in cui arriva un flusso di liquido a pressione appena superiore alla pressione atmosferica, un ugello supersonico a forma convergente-divergente che introduce un getto di vapore sotto pressione nella regione in cui l'apertura di uscita di detto ugello si affaccia entro l'apertura d'ingresso di una seconda camera , perch? detto getto di vapore trascini detto flusso di liquido, detta seconda camera essendo formata da una prima parte conica convergente nella direzione seguita dalla miscela del liquido p del vapore e da una seconda parte ronira divprgpntp in funzione di diffusore per il liquido in uscita dall'iniettore , in detta prima parte conica essendo praticata una prima apertura in comunicazione con un primo condotto di scarico portante una prima valvola che ? controllata dall'iniettore quando in detta seconda camera la pressione supera di un predeterminato valore la pressione a valle di detta prima valvola, cos? da lasciare scaricare parte di detta miscela, e che si richiude automaticamente quando la pressione scende al di sotto di detto predeterminato valore di pressione, l'iniettore portando. secondo l'invenzione. una seconda apertura in detta prima parte conica a valle di detta prima apertura tale seconda apertura essendo in comunicazione con un secondo condotto di scarico portante una seconda valvola controllata per ottenere la massima prestazione dall'iniettore.

Bench? noto, si desidera chiarire che con "ugello supersonico" si intende un ugello in cui entra vapore ad alta pressione (es. 9 MPa) e bassa velocit? (es. 25 m/s) ed esce a bassa pressione (es.

0,1 MPa) e alta velocit? (es. 2,5 Mach).

L'iniettore opera come segue: nel momento in cui si verifica un'emergenza atta ad essere fronteggiata dall'iniettore. essendo aoerte le valvole che controllano entrambi i suddetti primo e secondo condotto di scarico e poich? in un primo tempo il sistema contiene solo liquido, quest'ultimo esce prevalentemente attraverso la suddetta prima apertura ; invece, una volta innescato il sistema con arrivo di vapore, la portata attraverso la prima apertura diminuisce drasticamente a seguito dell'abbassamento di pressione e la relativa valvola pu? esser chiusa. La seconda valvola viene regolata, in funzione della pressione d'ingresso del vapore, in modo da ottimizzare in uscita la portata e la pressione di scarico. Quindi, la seconda valvola pu? essere parzialmente aperta o totalmente chiusa a seconda delle condizioni operative.

L'invenzione sar? illustrata pi? in dettaglio qui di seguito con un esempio di esecuzione e i disegni allegati in cui la

FIG. 1 ? lo schema di un iniettore . la

FIG. 2 ? lo schema di un primo sistema che utilizza l-'iniettore e la

FIG. 3 ? lo schema di un secondo sistema che utilizza l'iniettore .

La Fig. 1 mostra un iniettore come gi? descritto pi? sopra in nnl si indica con 1 la prima ramer?; con 2 il flusso di liquido; con 3 l?ugello supersonico: con 4 il getto di vapore; con 5 la regione in cui il getto di vapore entra nella Darte superiore della seconda camera 6: con 7 la seconda camera in cui sono definite la prima parte conica convergente 8 e la seconda parte conica divergente 9; la prima apertura 10 in detta prima parte conica. in comunicazione con il condotto 11 portante la valvola 12; la seconda apertura 13 in detta prima parta conica, in comunicazione con il condotto 14 portante la valvola 15.

Le dimensioni in mm delle parti pi? importanti: - DI = 73.

- D2 22.

- D3 60

- D4 44

- D5 21

- D6 97

- LI 5.7

- L2 387

- L3 27

- L4 250

- L5 1.300

La Fig. 2 mostra schematicamente un sistema ner iniettare acaua ad alta oressione nel "vessel" di un reattore ad acqua bollente in cui ? utilizzato un iniettore conforme all'invenzione. L'iniettore 20 utilizza acqua che proviene, attraverso il condotto 21 di adduzione del liauido all'iniettore. controllato da una valvola di non ritorno 22. da un serbatoio 23 il cui fondo ? a circa 10 m sopra l'ingresso del condotto 21 nell'iniettore 20 e utilizza vapore proveniente dal condotto principale 24 di uscita del vapore dal reattore 25 e dalla derivazione 26 controllata dalla valvola 27: considerando che l'iniettore ? gi? riempito con liquido, la valvola 27 che controlla 1' adduzione del vapore all'iniettore pu? essere aperta per avviare l'iniettore. Si noti che, all'avviamento. la pressione nella seconda camera dell'iniettore ( 7 nella Fig. 1), camera che possiamo definire anche camera di miscelamento , sale e quindi le valvole degli scarichi 12 e 15 risultano aperte. Inoltre,i due scarichi sono collegati ad un serbatoio 28 che contiene acqua ed ? posto alla medesima altezza del serbatoio 23 al fine di equilibrare, in condizioni normali di non funzionamento del sistema (e cio? in situazioni di non emergenza) le pressioni all'interno dell'iniettore. evitando cos? la continua fuoriuscita di liauido dall'iniettore.

Mentre la prima valvola di scarico 12 si richiude automaticamente dopo l'avvio del sistema, a causa della diminuzione di pressione all'interno della camera di miscelamento 7 P la seconda valvola di scarico 15 modula la propria apertura in base alla pressione del vapore in ingresso. La linea tratteggiata 30 indica il collegamento idraulico fra la valvola 15 e il condotto 26 a valle della valvola 27. Ci? garantisce di ottenere prestazioni ottimali, in termini di portate e pressioni in uscita, nelle diverse condizioni operative. Il sistema ? corredato di due valvole di non ritorno. la prima gi? indicata con 22 che si trova sul condotto 21 di adduzione del liquido all'iniettore. e una seconda 29 che si trova sul condotto 31 di scarico del liauido dall'iniettore stesso. Esse hanno funzione di sicurezza evitando perdite di liauido e di vapore in caso di sauilibri di pressione .

La Fig. 3 mostra schematicamente, e con gli stessi numeri di riferimento usati nella Fig. 2 per parti corrispondenti. come le prestazioni alle diverse pressioni si possono ottenere modulando la quantit? di acqua in ingresso all'iniettore mediante un'apposita valvola (32) comandata dal vapore, il che consente di ridurre la quantit? d'acqua utilizzata a parit? di acqua scaricata dall'iniettore. La linea tratteggiata 33 mostra il collegamento idraulico del condotto 26 con la valvola 32.

La sperimentazione su modelli dell'iniettore ha contribuito a determinare, e potr? contribuire a determinare Der ciascun iniettore che si volesse progettare. il miglior uso combinato delle due suddette aperture in detta prima parte conica , la migliore regolazione della seconda apertura, nonch? la posizione reciproca delle due aperture e le loro dimensioni. Ad esempio, la sperimentazione ha mostrato che la pi? adatta lunghezza L3 (Fig. 1 -distanza fra il centro della seconda apertura 13 e la sezione ristretta, di passaggio fra le parti 8 e 9. risulta da un compromesso fra la necessit? di ridurre le cadute di pressione nel tratto convergente 8 e la necessit? di spostare il pi? possibile a valle il recupero di pressione. Infatti. la necessit? di ridurre dette cadute di pressione eliminando parte del liquido contenuto porterebbe a elevati valori di L3, mentre detto recupero di pressione, tanto maggiore quanto pi? ? stretta detta sezione di passaggio, porterebbe a bassi valori di L3.

Altri vantaggi dell'invenzione stanno nel fatto che essa permette di pompare liquido inizialmente a bassa pressione fino a una pressione considerevolmente superiore a quella del vapore alle condizioni di riferimento di un reattore ad acqua bollente o del secondario di un reattore ad acqua in pressione. Inoltre, l'iniettore garantisce nello stesso tempo le prestazioni dei comuni iniettori che funzionano con pressioni relativamente basse del vapore .

Ancora un altro vantaggio dell'invenzione sta nel fatto che un sistema comprendente detto iniettore pu? operare anche per un circuito primario di un reattore ad acqua in pressione.

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONI 1- Iniettore a vapore per alte pressioni. comprendente una prima camera (1) in cui, attraverso un condotto di adduzione (2). arriva un flusso di liquido (2) a pressione appena superiore alla pressione atmosferica, un ugello supersonico (3) a forma convergente-divergente che introduce un getto di vapore (4) sotto pressione nella regione (5) in cui l'apertura di uscita di detto ugello (3) si affaccia entro l'apertura d'ingresso (6) di una seconda camera (7) in cui detto getto di vapore trascina detto flusso di liauido. detta seconda camera (7) essendo formata da una prima parte conica (8) convergente nella direzione seguita. dalla miscela del liquido e del vapore e da una seconda parte conica (91 divergente in funzione di diffusnre } in detta prima parte conica (8) .e_&seildo_ praticata una prima apertura (10) in comunicazione. cnn un primo condotto di scarico (11) portante una prima valvola (12) che ? controllata dalla pressione.. all'interno dell'iniettore auando la pressione in detta seconda camera (7) supera di un predeterminato valore la pressione a valle di detta orima valvola per lasciare scaricare parte di detta miscela e che si richiude automaticamente quando la pressione in detta seconda camera scende al di sotto di detto predeterminato valore di pressione, l'iniettore essendo caratterizzato da ci? che una seconda apertura (13) ? praticata in detta prima parte conica (8) a valle di detta prima apertura (10) , tale seconda apertura essendo in comunicazione con un secondo condotto di scarico (14) portante una seconda valvola (15) controllata per ottenere la massima prestazione dall'iniettore.
2. 2. Iniettore secondo la rivendicazione 1 detto secondo condotto di scarico (14) ? controllata per avere un grado di apertura crescente con causare la massima portata scaricata dall'iniettore compatibile con le pressioni di mandata richieste., perch? l'iniettore fornisca le sue massime prestazioni .
3. 3. Iniettore secondo le rivendicazioni 1 e 2 caratterizzato da ci? che detto condotto (2. 21) di adduzione del liquido porta una valvola (32) controllata per avere un grado di apertura crescente con l'aumentare della pressione del vapore, cos? da causare la riduzione della portata del liquido prelevato da un serbatoio di alimentazione (23) a parit? di portata scaricata dall'iniettore compatibile con le pressioni di mandata richieste. perch? l'iniettore fornisca le sue massime prestazioni.