RU109898U1

RU109898U1 - EMERGENCY COOLING SYSTEM

Info

Publication number: RU109898U1
Application number: RU2011128179/07U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Леонидович Зверев; Андрей Николаевич Соколов; Алексей Николаевич Пахомов; Ахмир Мугинович Хизбуллин
Priority date: 2011-07-06
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2011-10-27

Abstract

1. Система аварийного расхолаживания, содержащая паровую и водяную ветки, теплообменник конденсатор-испаритель, прямоточный парогенератор, емкость запаса воды, отличающаяся тем, что параллельно паровой ветке, выше уровня активной части теплообменника конденсатора-испарителя, подключен воздушный теплообменник конденсатор. ! 2. Система аварийного расхолаживания по п.1, отличающаяся тем, что на отводящей и подводящей ветках воздушного теплообменника конденсатора установлена отсечная арматура. 1. An emergency cooling system containing steam and water branches, a condenser-evaporator heat exchanger, a direct-flow steam generator, a water storage tank, characterized in that an air condenser heat exchanger is connected in parallel to the steam branch, above the level of the active part of the condenser-evaporator heat exchanger. ! 2. An emergency cooling system according to claim 1, characterized in that shut-off valves are installed on the outlet and inlet branches of the air condenser heat exchanger.

Description

Полезная модель относится к области ядерной энергетики и может быть использована в системах аварийного расхолаживания ядерных реакторов без потребления внешних источников энергии.The utility model relates to the field of nuclear energy and can be used in emergency cooldown systems of nuclear reactors without the consumption of external energy sources.

Известна система пассивного отвода тепла (СПОТ) ядерных установок, в которой отвод остаточных тепловыделении осуществляется через промежуточный контур в атмосферный воздух через воздушный теплообменник конденсатор (ВТК). (Патент RU №.2002320 от 16.05.1991) Причем во время нормальной работы ядерной установки, для предотвращения попадания холодного воздуха в ВТК через неплотности, организуется естественная циркуляция в промежуточном контуре, которая предотвращает замерзание ВТК.A known system of passive heat removal (SPOT) of nuclear installations, in which the removal of residual heat is carried out through an intermediate circuit into the atmospheric air through an air heat exchanger condenser (VTK). (Patent RU No..2002320 of 05.16.1991) Moreover, during normal operation of a nuclear installation, to prevent the entry of cold air into the VTK through leaks, a natural circulation is organized in the intermediate circuit, which prevents freezing of the VTK.

Недостатком такой системы является то, что ВТК имеет большие габариты, а так же то, что из-за протечек в промежуточном контуре вовремя нормальной работы ядерной установки тратится энергия, запасенная в активной зоне. Причем данная СПОТ не применима для ядерных установок с прямоточными парогенераторами, в связи с тем, что из-за большого гидравлического сопротивления прямоточного парогенератора, превышающего движущий напор промежуточного контура, невозможно организовать естественную циркуляцию в промежуточном контуре при нормальной работе ядерной установки.The disadvantage of such a system is that the VTK has large dimensions, and also because of leaks in the intermediate circuit during the normal operation of a nuclear installation, energy stored in the core is wasted. Moreover, this SPOT is not applicable for nuclear installations with once-through steam generators, due to the fact that due to the large hydraulic resistance of the once-through steam generator exceeding the driving pressure of the intermediate circuit, it is impossible to organize natural circulation in the intermediate circuit during normal operation of the nuclear installation.

Известна система пассивного отвода тепла от парогенераторов (СПОТ ПГ) ядерных установок, в которой отвод остаточных тепловыделении осуществляется через промежуточный контур в атмосферный воздух за счет выпаривания запасов воды (Патент RU №2050025 от 14.05.1992). Отвод тепла из промежуточного контура СПОТ ПГ организован через теплообменник конденсатор-испаритель (ТКИ), который в несколько раз меньше (ВТК) за счет высокой эффективности теплопередачи. Система является предвключенной и потери через промконтур отсутствуют.A known system of passive heat removal from steam generators (SPOT GHG) of nuclear installations, in which the removal of residual heat is carried out through an intermediate circuit into the atmospheric air by evaporation of water reserves (Patent RU No. 2050025 from 05/14/1992). Heat removal from the intermediate circuit of SPOT GHG is organized through a condenser-evaporator (TKI) heat exchanger, which is several times smaller (VTK) due to the high heat transfer efficiency. The system is upstream and there are no losses through the industrial circuit.

Недостатком такой системы является ограниченность ее действия по времени объемом выпариваемых запасов воды.The disadvantage of such a system is that its action is limited in time by the volume of evaporated water reserves.

СПОТ ПГ не применима для ядерных установок с прямоточным ПГ, так как при включении системы за счет осушения ТКИ организуется избыток теплообменной поверхности, что приводит к снижению давления пара в ПГ и запариванию дросселей, при этом мощность отводимая от прямоточного ПГ не обеспечивает отвод остаточных тепловыделений без превышения давлением 1 контура безопасных пределов.SPOT GHG is not applicable for nuclear installations with direct-flow GHGs, since when the system is switched on due to dehydration of the TCI, an excess of the heat-exchange surface is formed, which leads to a decrease in steam pressure in the GHGs and the chokes are steamed, while the power removed from the direct-flow GHG does not allow the removal of residual heat without pressure exceeding 1 circuit safe limits.

Известна система аварийного расхолаживания CAP (Патент RU №52245 от 12.07.2005), ядерных реакторов, в которой отвод остаточных тепловыделений от активной зоны к запасу воды осуществляется через промежуточный контур, причем избыточное давление в промежуточном контуре поддерживается с помощью компенсационного баллона с газом, а остаточные тепловыделения отводятся последовательно через ВТК и ТКИ. Замерзание ВТК в режиме ожидания предотвращается осушением промежуточного контура.The known emergency cooling system CAP (Patent RU No. 52245 of July 12, 2005), nuclear reactors, in which the removal of residual heat from the core to the water supply is carried out through an intermediate circuit, and the overpressure in the intermediate circuit is maintained by means of a compensation gas cylinder, and residual heat is removed sequentially through the VTK and TKI. VTK freezing in standby mode is prevented by drainage of the intermediate circuit.

Недостатком такой системы является ограниченный диапазон работы по температуре 1 контура, при котором система работает эффективно в двухфазном режиме циркуляции промежуточного контура. При понижении температуры 1 контура система аварийного расхолаживания переходит в низкоэффективный режим однофазной циркуляции. При этом газ, имеющийся в промежуточном контуре, собирается в верхней части контура и разрывает циркуляцию, полностью прекращая теплоотвод.The disadvantage of such a system is the limited range of operation at a temperature of 1 circuit, at which the system operates efficiently in a two-phase intermediate circuit circulation mode. When the temperature of circuit 1 decreases, the emergency cooling system switches to a low-efficient single-phase circulation mode. In this case, the gas available in the intermediate circuit is collected in the upper part of the circuit and breaks the circulation, completely stopping the heat sink.

Наиболее близким техническим решением является система аварийного отвода тепла (САОТ), содержащая паровую и водяную ветки, конденсатор-испаритель (ТКИ) с запасом воды на испарение, прямоточный парогенератор (ПГ) и емкость запаса воды (ЕЗВ) для устойчивой работы прямоточного парогенератора (Патент RU №78600 от 16.07.2008).The closest technical solution is an emergency heat removal system (SAOT), containing steam and water branches, a condenser-evaporator (TKI) with a supply of water for evaporation, a once-through steam generator (GHG) and a water supply capacity (EZV) for stable operation of a once-through steam generator (Patent RU No. 78600 dated July 16, 2008).

Недостатком такой системы является ограниченное время работы, которое определяется объемом испаряемого запаса воды.The disadvantage of this system is the limited operating time, which is determined by the volume of the evaporated water supply.

Технической задачей является создание системы аварийного расхолаживание, позволяющей обеспечить устойчивый отвод тепла от прямоточного парогенератора в пассивном режиме действия неограниченное время в широком диапазоне температур 1 контура.The technical task is to create an emergency cooling system that allows for stable heat removal from a once-through steam generator in a passive mode of operation for an unlimited time in a wide temperature range of 1 circuit.

Решение поставленной задачи позволяет осуществить одновременный теплоотвод от парогенератора и через ВТК, и через ТКИ.The solution of this problem allows for simultaneous heat removal from the steam generator through the VTK and through the TCI.

Задача решается путем введения в систему аварийного отвода тепла ВТК, подключенного параллельно паровой ветке системы.The problem is solved by introducing into the emergency heat removal system VTK connected in parallel to the steam branch of the system.

Подключение ВТК параллельно паровой ветке позволяет обеспечить одновременный отвод тепла через ВТК и ТКИ в пассивном режиме от прямоточного парогенератора, что приводит к повышению надежности работы системы.Connecting the VTK parallel to the steam branch allows for simultaneous heat removal through the VTK and TKI in passive mode from the direct-flow steam generator, which leads to an increase in the reliability of the system.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где:The essence of the utility model is illustrated in the drawing, where:

На фигуре схематично показана система аварийного расхолаживания (CAP).The figure schematically shows an emergency cooling system (CAP).

Система представляет собой промежуточный контур, подключенный к парогенератору 1 по пару и воде.The system is an intermediate circuit connected to the steam generator 1 through steam and water.

В состав системы входят:The system includes:

Теплообменник конденсатор-испаритель (ТКИ) 2 с запасом воды, подключенный к парогенератору 1 по пару паровой веткой 3, а по воде - водяной веткой 4. На водяной ветке 4 установлен отсечной клапан 5. Параллельно паровой ветке 3, выше верхней точки ТКИ 2, подключен воздушный теплообменник конденсатор (ВТК) 6 с помощью соединительных трубопроводов, на которых размещена отсечная арматура 7, 8. Емкость запаса воды (ЕЗВ) 9 подключена в верхней и нижней части к входу и выходу ТКИ соответственно и расположена по координате ниже верхней точки активной части ТКИ на определенную высоту, тем самым обеспечивая давление промежуточного контура, достаточное для эффективной работы прямоточного парогенератора. Парогенератор 1 отключается от 2 контура по пару и питательной воде отсечными клапанами 10, 11.A condenser-evaporator (TKI) 2 heat exchanger with a supply of water connected to steam generator 1 by a steam by a steam branch 3, and by water by a water branch 4. A shut-off valve 5 is installed on the water branch 4. Parallel to the steam branch 3, above the upper point of the TKI 2, an air heat exchanger condenser (VTK) 6 is connected using connecting pipelines on which shut-off valves 7, 8 are located. A water supply capacity (EZV) 9 is connected in the upper and lower parts to the input and output of the TCI, respectively, and is located in a coordinate below the upper point of the active part TC And at a certain height, thereby providing an intermediate circuit pressure sufficient for the efficient operation of the once-through steam generator. The steam generator 1 is disconnected from the 2 circuit for steam and feed water with shut-off valves 10, 11.

Теплопередающая поверхность ВТК рассчитана таким образом, что бы обеспечивать эффективный отвод остаточных тепловыделений после исчерпания запасов воды на испарение.The heat transfer surface of the VTK is designed in such a way as to ensure efficient removal of residual heat after the exhaustion of water reserves for evaporation.

Система аварийного отвода тепла работает следующим образом:The emergency heat removal system works as follows:

Исходно система аварийного отвода тепла подключена к парогенератору по паровой ветке и отключена по водяной ветки в режиме ожидания система заполняется конденсатом по верхнюю точку паропровода.Initially, the emergency heat removal system is connected to the steam generator through the steam branch and disconnected from the water branch in standby mode, the system is filled with condensate at the top of the steam line.

При возникновении аварийной ситуации парогенератор 1 отключается от 2 контура отсечными клапанами 10, 11. К парогенератору 1 открытием отсечного клапана 5 подключается водяная ветка 4 системы. В парогенератор начинает поступать вода по водяной ветке 4 промежуточного контура. По промежуточному контуру СКАР развивается естественная циркуляция. Естественная циркуляция возникает за счет разности плотностей пара, генерируемого в парогенераторе 1 и конденсата, образующегося в ВТК 6 и ТКИ 2. Теплоотвод в конечный поглотитель в штатном режиме работы СКАР осуществляется последовательно в ВТК, а затем в ТКИ 2, где пароводяная смесь полностью конденсируется. Предлагаемое техническое решение позволяет использовать ВТК 6 максимально эффективно с момента запуска системы. Эффективный теплоотвод через ВТК 6, в период работы ТКИ 2, позволяет минимизировать запасы воды на величину необходимую для компенсации интеграла энергии отводимой за счет ВТК 6 в период работы ТКИ 2. Данная характеристика системы достигается за счет превышения ВТК 6 над ТКИ 2 и его подключения к паровой ветке, что обеспечивает поступление в ВТК 6 пара из ПГ 1 ВТК 6 с максимально возможной температурой. Последовательное подключение ВТК 6 перед ТКИ 2 обеспечивает постоянную мощность системы, ограниченную температурой запаса воды, при максимально-возможной мощности ВТК 6.When an emergency occurs, the steam generator 1 is disconnected from the 2 circuit shut-off valves 10, 11. To the steam generator 1 by opening the shut-off valve 5 is connected to the water branch 4 of the system. Water begins to flow into the steam generator through the water branch 4 of the intermediate circuit. Natural circulation develops along the SCAR intermediate circuit. Natural circulation occurs due to the difference in the densities of steam generated in the steam generator 1 and the condensate generated in the VTK 6 and TKI 2. The heat sink to the final absorber in the normal operation of SCAR is carried out sequentially in the VTK, and then in the TKI 2, where the steam-water mixture completely condenses. The proposed technical solution allows the use of VTK 6 as efficiently as possible from the moment the system is launched. Effective heat removal through VTK 6, during the operation of TKI 2, allows minimizing water supplies by the amount necessary to compensate for the energy integral extracted due to VTK 6 during the operation of TKI 2. This characteristic of the system is achieved by exceeding the VTK 6 over TKI 2 and connecting it to a steam branch, which ensures the entry into the VTK 6 of steam from the steam generator 1 of the VTK 6 with the highest possible temperature. The series connection of VTK 6 in front of the TKI 2 provides a constant system power limited by the temperature of the water supply at the maximum possible power of the VTK 6.

ЕЗВ 9 позволяет поддерживать давление в промежуточном контуре CAP и обеспечивает устойчивость работы прямоточного парогенератора.EZV 9 allows you to maintain pressure in the intermediate circuit CAP and ensures the stability of the direct-flow steam generator.

После исчерпания запасов воды теплоотвод через ТКИ 2 прекращается и ВТК 6 обеспечивает отвод остаточных тепловыделений.After the exhaustion of water reserves, heat dissipation through the TCI 2 stops and VTK 6 provides the removal of residual heat.

В случае отказа ВТК 6 (замерзание и др.) он отключается от промконтура отсечной арматурой 7, 8, а теплоотвод осуществляется через ТКИ 2.In the event of a VTK 6 failure (freezing, etc.), it is disconnected from the industrial circuit by shut-off valves 7, 8, and heat removal is carried out through the TCI 2.

Выполнение системы аварийного расхолаживания предложенным образом, путем комбинирования воздушного теплообменника конденсатора и теплообменника конденсатора-испарителя, позволяет существенно уменьшить размеры воздушного теплообменника, обеспечить устойчивый отвод тепла в пассивном режиме от прямоточного парогенератора неограниченное время в широком диапазоне температур первого контура и обеспечить теплоотвод в случае отказа воздушного теплообменника конденсатора, а так же независимость работы ТКИ от ВТК, обеспечивая резерв времени на восстановления функционирования ВТК, или принятие необходимых мер по управлению аварией, что позволяет повысить надежность работы системы, а, следовательно, надежность реакторной установки в целом.The implementation of the emergency cooldown system in the proposed way, by combining the air condenser heat exchanger and the condenser-evaporator heat exchanger, can significantly reduce the size of the air heat exchanger, provide stable heat removal in the passive mode from the direct-flow steam generator for an unlimited time in a wide temperature range of the primary circuit and provide heat dissipation in case of air failure condenser heat exchanger, as well as the independence of the operation of the TCI from the VTK, providing a reserve of time Meni to restore the functioning of IPF, or to take the necessary measures for accident management, which improves the reliability of the system, and hence the reliability of the reactor plant as a whole.

Claims

1. An emergency cooling system comprising steam and water branches, a condenser-evaporator heat exchanger, a once-through steam generator, a water supply capacity, characterized in that in parallel with the steam branch, above the active part of the condenser-evaporator heat exchanger, an air heat exchanger is connected.

2. The emergency cooling system according to claim 1, characterized in that shut-off valves are installed on the outlet and inlet branches of the air condenser heat exchanger.