RU155932U1 - Система пассивного отвода тепла реакторной установки - Google Patents

Abstract

Система пассивного отвода тепла реакторной установки, включающая контур циркуляции теплоносителя с теплообменником, герметичную емкость с запасом воды, содержащую устройство ограничения давления, пароводяной инжектор, соединенный паровой веткой с паровым объемом герметичной емкости с запасом воды, атмосферную емкость с запасом воды, отличающаяся тем, что в водном объеме атмосферной емкости с запасом воды установлен водяной теплообменник, подводящей веткой соединенный с напорным патрубком пароводяного инжектора, отводящей веткой с герметичной емкостью с запасом воды, причем пароводяной инжектор соединен подводящей веткой с водяным объемом герметичной емкости с запасом воды вблизи ее днища, а отводящей веткой по пару с водным объемом атмосферной емкости с запасом воды, при этом подводящая ветка пароводяного инжектора соединена с отводящей веткой водяного теплообменника, атмосферная емкость с запасом воды выполнена с возможностью соединения с расположенным на одном уровне с ней внешним водоемом.

Description

Полезная модель относится к области атомной энергетики и может быть использовано в системах пассивного отвода тепла реакторных установок.

Известна система аварийного расхолаживания, в которой отвод остаточных тепловыделений происходит через промежуточный контур за счет выпаривания запасов воды (Патент RU №111336 от 10.12.2011). Отвод остаточных тепловыделений от реактора происходит через промежуточный контур, теплообменник-конденсатор которого размещен в цистерне запаса воды, выпариваемой в атмосферу. После осушения цистерны водяной затвор в цистерне исчезает и теплообменник-конденсатор работает в режиме воздушного теплообменника. Недостатком такой системы является ограниченность времени ее эффективного действия в пассивном режиме запасами воды в цистерне, а также то, что про мере выпаривания воды уменьшаются поверхность теплообменника-конденсатора охлаждаемая водой и эффективность теплопередачи. Отвод остаточных тепловыделений после выпаривания запасов воды может быть недостаточным вследствие низкой эффективности теплоотдачи к воздуху.

Известна система аварийного расхолаживания, в которой отвод остаточных тепловыделений происходит за счет выпаривания запасов воды с помощью теплообменника, соединенного с парогенератором и размещенного в емкости с запасом воды (Патент RU №96283 от 20.07.2010). Система содержит парогенератор, соединенный подводящим и отводящим трубопроводами с теплообменником, размещенным внутри емкости с запасом теплоносителя, установленной выше парогенератора. Причем на отводящем трубопроводе установлено пусковое устройство, содержащее два пусковых клапана. При включении системы в работу пар из парогенератора поступает в теплообменник, в котором конденсируется, а конденсат сливается обратно в парогенератор. При этом поверхность теплообменника охлаждается водой, запасенной в емкости, которая нагревается до кипения, испаряется, и пар сбрасывается в атмосферу. Данная система обладает достаточно эффективным теплоотводом. Однако недостатком такой системы является ограниченность времени ее действия в пассивном режиме объемом выпариваемых запасов воды, так как для пополнения запасов воды требуются активные действия. Снижение уровня воды в емкости в процессе выпаривания уменьшает поверхность теплообменника охлаждаемую водой и тем самым уменьшает эффективность теплообмена. Кроме того, размещение емкости с большим количеством запасов воды выше парогенератора усложняет и удорожает строительные конструкции здания реакторной установки.

Наиболее близким техническим решением является система пассивного отвода тепла через парогенератор (СПОТ ПГ) (Патент RU №134687 от 08.04.2013). Система содержит герметичную емкость запаса воды с возможностью ограничения повышения давления, а также атмосферную емкость с запасом воды и пароводяной инжектор, соединенный по пару и через обратный клапан по воде с герметичной емкостью с запасом воды, а также по воде с атмосферной емкостью и через обратный клапан с атмосферой. Причем атмосферная емкость с запасом воды размещена ниже герметичной емкости и соединена подводящей веткой с внешним водоемом, с которым она расположена на одном уровне, при этом на ветке, соединяющей атмосферную и герметичную емкости с запасами воды, размещено пассивное устройство регулирования уровня воды в последней.

В аварийной ситуации при поступлении пара в пароводяной инжектор в его нагнетательной камере создается повышенное давление, под действием которого вода из атмосферной емкости по трубопроводу поступает в герметичную емкость и компенсирует выпаривание воды. Уровень воды в герметичной емкости поддерживается с помощью дренирования в атмосферную емкость через пассивное регулирующее устройство.

Недостатком такой системы является то, что при значительной разности высот размещения герметичной емкости с запасом воды над атмосферной емкостью может оказаться недостаточной величина напора, создаваемого пароводяным инжектором для подачи воды из атмосферной емкости в герметичную емкость с запасом воды.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение надежности и увеличение длительности времени отвода тепла в пассивном режиме без снижения эффективности теплообмена вследствие изменения уровня выпариваемой воды в емкости с запасом воды вне зависимости от разности высот размещения герметичной емкости с запасом воды над атмосферной емкостью.

Технический результат достигается тем, что в системе пассивного отвода тепла реакторной установки включающей контур циркуляции теплоносителя через теплообменник размещенный внутри герметичной емкости выполненной с возможностью ограничения повышения давления пара, пароводяной инжектор, атмосферную емкость с запасом воды и внешний водоем, в атмосферной емкости с запасом воды установлен теплообменник, который подключен по входу с герметичной емкостью с запасом воды и по выходу с пароводяным инжектором. Пароводяной инжектор соединен по пару и воде соответственно с паровым и водяным объемами герметичной емкости, и пару с водяным объемом атмосферной емкости с запасом воды, которая размещена ниже герметичной емкости и подключена по воде к внешнему водоему, с которым она расположена на одном уровне. Включение в систему внешнего водоема (искусственный водоем, озеро, река или море) позволяет увеличить длительность расхолаживания в пассивном режиме.

Техническое решение предлагаемой полезной модели представлено:

фиг. 1 - схема системы пассивного отвода тепла.

На схеме представлены только те элементы оборудования, которые необходимы для понимания основной цели предложения. Оборудование хорошо известное специалистам в данной области на схеме не показано.

Система пассивного отвода тепла включает теплообменник 1 контура теплоносителя, размещенный в водном объеме герметичной емкости 2 с запасом воды, снабженной предохранительным клапаном 11, пароводяной инжектор 3 соединенный с герметичной емкостью 2 паровой веткой 6 и водяной веткой 7, а с водным объемом атмосферной емкости 4 с запасом воды веткой 8. В атмосферной емкости 4 с запасом воды, расположенной ниже герметичной емкости 2, размещен водяной теплообменник 5, который соединен подводящей веткой 10 с герметичной емкостью 2 и отводящей веткой 9 с пароводяным инжектором 3. Атмосферная емкость 4 расположена на одном уровне с внешним водоемом 12 и соединена с ним подводящей веткой 13 и, отводящей веткой 14.

Исходно система пассивного отвода тепла находится в состоянии ожидания. При возникновении аварийной ситуации в теплообменник 1 поступает теплоноситель от источника тепла и вода в герметичной емкости 2 нагревается и закипает. Поступление пара в паровой объем герметичной емкости 2 увеличивает давление в нем. Образовавшийся пар вместе с остатками воздуха по паровой ветке 6 поступает к пароводяному инжектору 3 и по ветке 8 выходит в водяной объем атмосферной емкости 4. По мере снижения концентрации воздуха в составе паровоздушной смеси в камере смешения пароводяного инжектора 3, вследствие конденсации пара, создается разрежение - что приводит к подсасыванию воды из теплообменника 5 по ветке 9. Одновременно в нагнетательной камере пароводяного инжектора 3 создается повышенное давление, под действием которого возникает движение воды по замкнутому циркуляционному тракту, включающему последовательно ветку 7, герметичную емкость 2, ветку 10, теплообменник 5, ветку 9 и паровой инжектор 3.

При этом тепло, выделяемое в герметичной емкости 2, переносится и отдается в водный объем атмосферной емкости 4, а вода охлажденная в теплообменнике 5, поступает в камеру смешения пароводяного инжектора 3. Охлажденная вода после пароводяного инжектора 3 по ветке 7 поступает в герметичную емкость 2. Запасы воды нагреваемые в атмосферной емкости 4 частично испаряются и частично замещаются из внешнего водоема 12.

Поскольку со временем количество тепла, поступающего от источника к теплообменнику 1, постепенно снижается, то может возникнуть ситуация, при которой количество тепла, отводимого через теплообменник 5 в атмосферной емкости 4, будет больше количества тепла подводимого в герметичную емкость 2 от источника. В этом случае парообразование в герметичной емкости 2 начнет снижаться вплоть до полного прекращения.

Вследствие прекращения парообразования циркуляция в системе и отвод тепла в атмосферную емкость 4 прекращаются. Однако, поскольку подвод тепла от источника в герметичную емкость 2 продолжается, то вода в герметичной емкости вновь прогреется и возникнет парообразование. Давление пара в паровом объеме герметичной емкости 2 вновь увеличится и пар по паровой ветке 6 через пароводяной инжектор 3 и ветку 8 вновь начнет проходить в водяной объем атмосферной емкости 4. При этом процесс возникновения циркуляции в системе повторится и отвод тепла источника воде в атмосферной емкости 4 продолжится. Такой процесс может повторяться неоднократно при наличии подвода в герметичную емкость 2 тепла от источника.

Предлагаемое решение позволяет отводить тепло остаточных тепловыделений воде в атмосферной емкости, запасы воды в которой за счет их пополнения из внешнего водоема (например, из искусственного водоема, озера, реки или моря) практически неограниченны, что увеличивает время работы системы в пассивном режиме. Кроме того, появляется возможность уменьшить массу воды в размещаемой на большой высоте герметичной емкости.

При такой схеме напор, создаваемый пароводяным инжектором, расходуется только на преодоление гидравлического сопротивления водяного тракта замкнутой системы циркуляции и не зависит от разности высот размещения герметичной и атмосферной емкостей.

Полезная модель системы пассивного отвода тепла позволяет осуществлять аварийное охлаждение реакторной установки в пассивном режиме и увеличить длительность работы в пассивном режиме вплоть до неограниченной по времени и с наибольшей эффективностью теплоотдачи. Кроме того, появляется возможность уменьшить запасы воды, размещаемые в емкости на большой высоте, и тем самым упростить и удешевить строительные конструкции.

Claims (1)

1. Система пассивного отвода тепла реакторной установки, включающая контур циркуляции теплоносителя с теплообменником, герметичную емкость с запасом воды, содержащую устройство ограничения давления, пароводяной инжектор, соединенный паровой веткой с паровым объемом герметичной емкости с запасом воды, атмосферную емкость с запасом воды, отличающаяся тем, что в водном объеме атмосферной емкости с запасом воды установлен водяной теплообменник, подводящей веткой соединенный с напорным патрубком пароводяного инжектора, отводящей веткой с герметичной емкостью с запасом воды, причем пароводяной инжектор соединен подводящей веткой с водяным объемом герметичной емкости с запасом воды вблизи ее днища, а отводящей веткой по пару с водным объемом атмосферной емкости с запасом воды, при этом подводящая ветка пароводяного инжектора соединена с отводящей веткой водяного теплообменника, атмосферная емкость с запасом воды выполнена с возможностью соединения с расположенным на одном уровне с ней внешним водоемом.

   

Images