RU20401U1 - Устройство для очистки потоков парогазовых смесей, образующихся при сбросе избыточного давления из-под защитных оболочек атомных электростанций - Google Patents

Abstract

1. Устройство для очистки потоков парогазовых смесей, образующихся при сбросе избыточного давления из-под защитных оболочек атомных электростанций, содержащее резервуар высокого давления с моющим раствором, расположенные внутри резервуара высокого давления в объеме моющего раствора смешивающие устройства струйного типа и над ними устройства для распределения парожидкостной смеси по сечению резервуара, каплеотделители, размещенные в резервуаре высокого давления над уровнем моющего раствора, и штуцеры входа и выхода очищаемых потоков парогазовых смесей, отличающееся тем, что оно снабжено размещенным снаружи резервуара высокого давления выше уровня моющего раствора и сообщенным со штуцером входа очищаемых потоков парогазовых смесей фильтром с сыпучим фильтрующим сорбентом, смешивающие устройства струйного типа выполнены в виде эжекторов, а фильтрующие элементы каплеотделителя, установленного перед штуцером выхода очищаемых потоков парогазовых смесей, выполнены из стекловолокна.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что во входных отверстиях сопел эжекторов установлены обратные клапаны.3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что выходные отверстия сопел эжекторов снабжены запорными устройствами.

Description

Устройство для очистки иотоков парогазовых смесей, образующихся при сбросе избыточиого давлеиия из-под защитиых оболочек атомпых электростаиций.

Полезная модель относится к устройствам для обработки материалов с радиоактивным заражением, с целью устранения этого заражения, и может быть использована, преимущественно, при локализации последствий аварий на атомной электростанции.

Одной из мер по управлению аварией, предотвращения повреждения защитной оболочки ядерного реактора является сброс давления из защитной оболочки с фильтрацией выводимых радиоактивных сред. При фильтрации происходит очистка парогазовой смеси от радиоактивных аэрозолей и летучих форм радиоактивного молекулярного йода и радиоактивного органического йода для исключения выброса радиоактивных веществ в окружающую среду.

В настоящее время, в связи с масщтабным введением в эксплуатацию атомных электростанций, перед российскими специалистами поставлена задача по разработке высокоэффективной системы улавливания прод ктов деления (УПД).

Анализ научно-технической и патентной документации, результатов исследований российских моделей УПД-систем, совместных российских и зарубежных систем в Германии и США показали, что наиболее эффективными, удовлетворяющими требованиям по очистке парогазовых смесей от радиоактивных веществ, являются устройства, оборудованные несколькими стут1енями очистки.

Как правило, устройство представляет собой резервуар, заполненный моющим раствором, под уровнем которого установлены смещивающие устройства струйного типа (трубы Вентури, сопла) и размещенные над ними распределители, используемые для дробления газовых пузырей и выравнивания потока парогазовой смеси по сечению резервуара. Над уровнем моющего раствора размещены каплеуловители (влагоотделители) с фильтрующими элементами из металловолокна или металлической сетки.

При этом российская система УПД содержит и фильтр с сыпучим фильтрующим сорбентом Термоксид , с помощью которого происходит основное улавливание летучих форм йода ( молекулярного и органического ), а также улавливание мелкодисперсных аэрозолей.

МПК G21F 9/02,G21C 9/00

Рассмотрим более подробно известные из мирового уровня техники решения, техническая сущность которых основана на описанных выше конструктивных элементах.

Р1звестно устройство для очистки потоков парогазовых смесей, образующихся при сбросе избыточного давления из-под защитных оболочек атомных электростанций (см. патент СССР №1718740,кл.С21Р 902Л4.04.89, заявитель-фирма Сименс ФРГ), включающее резервуар высокого давления с моющим раствором, моющие устройства Вентури, расположенные внутри резервуара высокого давления в объеме моющего раствора, каплеотделители и волокнистые фильтры, при этом выходные отверстия моющих устройств Вентури расположены выше уровня моющего раствора в зоне наибольщего горизонтального сечения резервуара высокого давления, причем над вьгходными отверстиями моющих устройств Вентури установлены отбойные пластины для каплеотделения, а над поверхностью моющего раствора расположены фильтры из мета;ишческих волокон, каждый из которых состоит из трех слоев, причем толщина волокон во внещних слоях каждого из фильтров составляет от 8 до 20 мкм, во внутреннем слое от 8 до 7 мкм, а толщина каждого слоя фильтров составляет 10-20 мм.

В соответствии с зависимыми пунктами формулы рассматриваемого изобретения оно может быть усоверщенствовано, а именно:

-в резервуаре высокого давления с моющим раствором размещены две различно наклоненные относительно горизонтали трубы, на которых под прямым углом расположены моющие устройства Вентури, имеющие различную и оканчивающиеся в одной горизонтальной плоскости;

-моющие устройства Вентури в объеме моющего раствора могут иметь в направлении движения парогазовой смеси две, расположенные на расстоянии одна от другой, входные зоны, причем расстояние между зонами не менее двойной ширины горловины моющего устройства

-фильтры из металлических волокон объединены друг с другом попарно. При аварии, сопровождающейся плавлением зоны ядерного реактора, в

защитной оболочке поднимается давление до опасной величины, и устройство для очистки выходящей из защитной оболочки парогазовой смеси автоматически подключается к оболочке и вентиляционной трубе. Поток парогазовой смеси пост пает через входа ее в резервуар и под действием разности давлений на входе (давление в защитной оболочке) и выходе (атмосферное давление) из устройства проходит через моющие устройства Вентури. В них происходит эффективный захват аэрозолей и прод ктов деления диспергированной моющей жидкостью, всасываемой через сопла внутрь моющих устройств. Образующаяся

парожидкостная смесь выходит их моющих устройств и проходит через мою1ц то жидкость в ре.зервуаре высокого давления, где также очищается от аэрозолей и летучих прод тстов деления. Затем при прохождении парогазовой смеси сквозь металловолокнистые фильтры происходит улавливание аэрозолей, не уловленных в моющей жидкости резервуара высокого давления, а также аэрозолей, образ ющихся при лопании воздущных пузырьков на поверхности жидкости, и капель жидкости, захваченной парогазовой смесью при выходе из моющей жидкости в резервуаре.

Данное устройство, работающее в режиме скользящего давления показало хорощие результаты по улавливанию аэрозолей и йода.

Однако отметить, что некоторые констр тсгивные недостатки известного устройства не позволяют максимально эффективно осуществить процесс очистки поступающей из защитной оболочки парогазовой смеси.

Так, выполненные в боковой стенке моющих устройств Вентури отверстия ограничивают расход инжектируемого моющего раствора из резервуара, а значит и ограничивают соотношение вступающих во взаимодействие парогазовой смеси и моющего раствора в сторону снижения последнего. Это не способствует более интенсивному переносу аэрозолей и форм йода из газообразной среды в жидкую.

Доказательством существования такой проблемы является то, что в устройстве по патенту СССР №1718740 потребовалось у-величить количество отверстий - моющие устройства имеют в направлении движения парогазовой смеси две расположенные на расстоянии одна от другой входные зоны (имеются ввиду отверстия в боковой стенке моющего устройства Вентури).

Операция выполнения отверстий трудоемка и дорого стоит.

Кроме того, выполненные из металлических волокон, имеющих микронный поперечный размер, фильтры, расположенные над моющим раствором, подвергаются коррозионному разрушению испарениями моющего раствора в течение всего срока эксплуатации (30-50 лет) в безаварийном режиме.

В известном устройстве отсутствует фильтр с сыпучим фильтрующим сорбентом, а значит и менее эффективно улав.11иваются все формы летучего йода.

Поэтому в случае аварии известный фильтр не может в перечисленных недостатков обеспечить необходимую степень очистки парогазовой смеси перед выбросом в окружающую среду и необходимо предусматривать дополнительную очистку.

Наиболее близким к заявляемому и принятым в качестве прототипа является разработанное фирмой Sulzer, Швейцария, устройство для

улавливания прод тсгов деления, применяемое для вентинга контайнмента(см. сборник отчетов Усовершенствование системы улавливания прод тсгов при авариях на АЭС с ВВЭР, Проект: R 2.08/95. Результаты. Проекты. Издание: Siemens Power Generation под эгидой EUROPEAN COMISSION, а именно задание 2. Оценка состояния дел с разработкой систем улавливания продутстов деления на Западе, с. 14, 15, фиг. 11).

Устройство, или фильтр по тексту отчета, включает резервуар высокого давления (сосуд - в Отчете) с моющим раствором, расположенные внутри резервуара высокого давления в обьеме моющего раствора смещивающие устройства cTp TiHoro типа(набор сопел Вентури - в Отчете) и над ними устройства для распределения парогазовых смесей(смешивающие элементы Зу.11ьцера, расположенные в двух слоях в середине резервуара по его сечению - в Отчете), каплеотделители другие слои смешивающих элементов, расположенных в верхней части корпуса, отделяют капли воды из выходящего газопарового потока - в Отчете), размещенные над уровнем моющего раствора, и штуцеры входа и выхода очищаемой парогазовой смеси. Сопла окружены рассеивающими пластинами, расположенными выше выходов сопел, чтобы разрущить водную струю и преобразовать поток в быстро двигающуюся пену. Одновременно происходит и улавливание моющим раствором аэрозолей из парогазовой смеси.

Парогазовая смесь, преобразовавшись в соплах в парожидкостную смесь, двигается вверх и попадает в смещивающие элементы Зульцера, погруженные в моющий раствор. Смещивающие элементы Зульцера с открытыми самопересекающимися каналами течения рассеивают в жидкости газы, которые несут аэрозоли. Разделяющие силы, возникающие в смешивающих элементах, разбивают газовый поток на маленькие пузыри, в результате чего граница раздела фаз непрерывно возобновляется соединением пузырей и формированием новых пузырей. А поско тьк в струе потока в смешивающем элементе имеет место и рассеивание энергии, го поток пузырей и массопередающая поверхность сохраняются. Увеличенная турбулентность в жидкости увеличивает массообмен.

Достоинством конструктивного выполнения рассматриваемого средства производства яв.ляется то, что он оборудован большим, чем описанный выше аналог, числом ступеней очистки парогазовой и парожидкостной смесей от радиоактивных вешеств, что обеспечивает высокою эффективность устройства. По в то же время конструтсгивное выполнение стуттеней обусловливает недостатки в работе устройства в целом. Выполнение в боковой стенке каждого сопла Вентури входных каналов для всасывания моюшего раствора внутрь сопла ограничивают расход инжектируемого

моющего раствора, ограничивая тем самым соотношение вступающих во взаимодействие парогазовой смеси и моющего раствора в сторону снижения последнего. Это, в свою очередь, снижает интенсивность переноса аэрозолей и летучих форм йода из газообразной среды в жидкую.

Выполненные из гофрированной тонколистовой стали каплеотделители (смешивающие элементы, расположенные над уровнем моющего раствора в середине резервуара и в верхней части его) подвержены разрущению в условиях постоянного испарения моющего раствора. Отсутствие в устройстве фильтра с сыпучим фильтрующим сорбентом, который мог бы обеспечить не менее, чем 100 - KpaTH TO очистк парогазовой смеси от каждой из форм йода, вкупе с перечисленными выше недостатками не позволит известному устройству обеспечить необходимую степень очистки парогазовой и парожидкостной смесей перед выбросом в окружающею среду.

Авторами настоящей заявки создано такое устройство, в котором исключены недостатки известных из зфовня техники и описанных выще объектов того же назначения.

Заявляемая полезная модель - устройство для очистки потоков парогазовых смесей, образ ющихся при сбросе избыточного давления из-под защитных оболочек атомных электростанций, как и прототип, содержит резервуар высокого давления с моющим раствором, расположенные внутри резервуара высокого давления в объеме моющего раствора смещивающие устройства струйного типа и над ними устройства для распределения парожидкостной смеси, каплеотделители, размещенные в резервуаре над уровнем моющего раствора, и щтуцеры входа и выхода очищаемых потоков парогазовых смесей.

Заявляемое устройство отличается от прототипа тем, что оно снабжено размещенным снаружи резервуара высокого давления выще уровня моющего раствора и сообщенным со щтуцером входа очищаемых потоков парогазовых смесей фильтром с фильтретощим сорбентом, смешивающие устройства струйного типа выполнены в виде эжекторов, а фильтрующие элементы каплеотделителя, установленного перед штуцером выхода очищаемых потоков парогазовых смесей, выполнены из стекловолокна.

В соответствии с зависимым пунктом 2 формулы полезной -сюдезш устройство отличается и тем, что во входных отверстиях сопел эжекторов установлены обратные клапаны, а зависимый п. 3 формулы полезной модели предусматривает снабжение выходных отверстий сопел эжекторов запорными устройствами.

Усоверщенствование конструкции устройства в соответствии с полезной модели, а особенно с признаками отличительной части предполагает достижение следующих преимуществ перед прототипом:

1.Снабжение устройства для очистки фильтром с сыпучим фильтрующим сорбентом, размещенным снаружи резервуара высокого давления и сообщенным со щтуцером входа позволит очистить потоки парогазовой смеси еще до поступления в резервуар. Благодаря массообмену в фильтре основная часть радиоактивных молекулярного и органического йода будет поглощена фильтрующим сорбентом марки Термоксид, чем облегчен процесс улавливания остатков всех форм летучего йода, а также аэрозолей в эжекторах и каплеотделителях.

Размещение фильтра выще уровня моющего раствора в резервуаре высокого давления предотвратит нежелательное намокание сорбента при неизбежном подъеме уровня моющего раствора из- за поступивщей в резервуар парогазовой смеси и обеспечит со фанение сорбционной емкости сорбента.

2.Использование эжекторов, а не сопел Вентури позволит существенно изменить соотнощение вст Т ающих во взаимодействие моющего раствора и парогазовой смеси в сторону увеличения моющего раствора. Это приведет к более интенсивному переносу массы (аэрозолей, йода) из парогазовой смеси в моющий раствор;

3.Выполнение фильтрующих элементов каплеотделителя из стекловолокна исключает их коррозию, в то время, как вероятность коррозионного разрушения металлических волокон велика. Эта вероятность обусловлена микронным размером волокна в поперечнике. Однако с другой стороны, такой минимальный размер металловолокна необходим для достижения заданной степени очистки парогазовой смеси от мельчайщих частиц аэрозолей и капель моющего раствора.

Проведенные авторами опьггные испьггания заявляемой полезной модели выявили, что на фильтрующих элементах из стекловолокна происходит и сорбция йода, что повыщает коэффициент очистки парогазовых смесей.

Необходимо отметить, что металлическое волокно по сравнению со стекловолокном намного дороже; более того, металлическое волокно в России не производится.

4.Установка обратных клапанов во входных отверстиях сопел эжекторов и снабжение выходньос отверстий сопел запорными устройствами предотвращают запо;шение в режиме ожидания донной полости резервуара высокого давления и mT iiepa входа парогазовой смеси. Благодаря этому исключаются гидравлические удары, возникающие в начальный период работы устройства для очистки, когда, в отсутствие обратных клапанов и запорных устройств, находящийся в штуцере входа парогазовой смеси и в донной полости резервуара холодный моющий раствор контактирует с парогазовой смесью, имеющей .максимальные расход, температуру и давление.

Гидравлические удары могут возникать и при существенных колебаниях то в сторону меньшения, то Беличения расхода парогазовой смеси, поступающей в течение аварийного выброса из защитной оболочки. Обратные клапаны, регулируя расход парогазовой смеси, исключают это негативное явление.

Отс тствие сопроволдающих гидравлические удары вибраций устройства для очистки обеспечивает стабильную работу, прочность и устойчивость его.

Заявляемая полезная модель соответствует всем критериям патентоспособности.

Она является новой, т.к. на данный момент заявителем не выявлено ни одного известного из уровня техники рещения, характеризуемого такой же совокупностью признаков.

Полезная модель промыщленно применима, т.к. она охарактеризована конкретными констр тстивными признаками, каждый из которьпс воспроизводим и не противоречит использованию заявляемого устройства в промыщленных условиях. При этом вся совокупность признаков и каждый признак в отдельности направлены на достижение ожидаемого технического результата - высокоэффективной очистки парогазовых смесей, образующихся в защитных оболочках ядерных реакторов при аварии на атомных электростанциях, от радиоактивньгх. аэрозолей и форм радиоактивного йода при обеспечении надежной в экспл -атации конструкции устройства и составных частей его.

Для подтверждения сказанного представляем описание констр тсции устройства и его работы.

Полезная модель иллюстрируется чертежами. Па фиг.1 изображен общий вид устройства для очистки в разрезе; на фиг. 2 и 3 - констр тсция сопла эжектора по п.п. 2 и 3 форму.лы полезной моде.1ш.

Устройство содержит резервуар 1 высокого давления с моющим раствором 2,заполняющим резервуар 1 до уровня А. Внутри резервуара 1 высокого давления в объеме моющего раствора 2 расположены смещивающие устройства 3 струйного типа. Над устройствами 3 также в объеме моющего раствора 2 расположены устройства 4 для распределения парогазовой смеси по сечению резервуара 1, выполненные из гофрированной нержавеющей сетки. Пад уровнем А моющего раствора 2 в резервуаре 1 высокого давления размещены каплеотделители 5 и 6.

Па дне 7 и крышке 8 установлены, соответственно, штуцер 9 входа парогазовой смеси и штуцер 10 выхода парогазовой смеси.

Устройство для очистки снабжено фильтром 11с сыпучим фильтруюшим сорбентом 12.Фильтр 11 размещен снаружи резервуара 1 выще уровня А

моющего раствора 2 в резервуаре I и сообщен со щт -цером 9 трубопроводом 13.фи.т1ьтр 11 имеет 14 д.1Я подключения к защитной оболочке.

Смещивающие устройства 3 струйного типа выполнены в виде эжекторов, в каждом из которых между соплом 15 и камерой смешения 16 имеется кольцевой зазор 17 для инжектирования моющего раствора 2 из резервуара 1 в камеру смешения 16.

Каплеотделитель 5 выполнен из гофрированной сетки, а фильтр т зщие элементы 18 каплеотделителя 6, установленного перед шт тдером 10, выполнены из стекловолокна.

Во входном отверстии сопла 15 каждого эжектора 3 может быть установлен обратный клапан 19, выполненный в виде щара или поршня, а выходное отверстие сопла 15 каждого эжектора может быть снабжено запорным устройством 20, например в виде мембраны.

Очистка потоков парогазовых смесей при сбросе избыточного давления изпод защитных оболочек в случае аварии на атомной электростанции будет происходить следующим образом.

Потоки парогазовых смесей из защитной оболочки пост т1ают через штуцер 14 в фильтр 11с теми же термодинамическими параметрами, что и условия в защитной оболочке. При прохождении парогазовых смесей через слой фильтрующего сорбента 12 летучие формы йода сорбируются в порах его. Часть аэрозолей задержится слоем сорбента 12, но основная часть их, а также не поглощаемая часть летучего йода уносятся из фильтра 11 потоком парогазовой смеси по трубопроводу 13 в устройство для очистки. Затем парогазовая смесь пост Т1ает в сопла 15 эжекторов 3, где пониженное давление, возникающее из-за ускоренного движения парогазовой смеси внутри сопел 15, используется для всасывания моющего раствора 2 в высокоскоростную среду внутри эжектора 3 через кольцевой зазор 17. Засасываемый раствор 2 образует капельный туман, который захватывает аэрозоли и йод.

Газ и капли раствора 2, выходя из эжекторов 3, попадают в моющий раствор 2 в резервуаре 1. При прохождении через слои раствора 2 вверх большинство этих капель захватываются им, поэтому и мелкие аэрозоли остаются в растворе 2, однако некоторое количество капе.ггь выделяется из раствора при лопании газовых пузырей на поверхности его. Размер капель очень мал, поэтому улавливание субмикронных аэрозолей и летучего йода, захваченных каплями, осуществляется на стуттенях очистки, размещенных над уровнем моющего раствора: сначала на каплеуловителе 5 из гофрированной сетки, а зате.м на каплеуловителе 6 с фильтрующими элементами 18 из ультратонкого стекловолокна, который способен улавливать не только аэрозоли, но и летучий йод.

LJ После прохождения через каплеуловитель 6 парогазовая смесь, очищенная на 99,99 % от радиоактивных аэрозолей и на 99,9 о от всех форм йода, выбрасывается в атмосферу.

При установке обратных клапанов 19 во входных отверстиях сопел 15 эжекторов 3 и снабжении запорными устройствами 20 выходных отверстий сопел 15 начальный период работы устройства для очистки может характеризоваться следующим образом.

Потоки парогазовой смеси, поступая через щтуцер 9 в эжектор 3, поднимают вверх обратные клапаны 19, после чего разрывают мембрану 20 и попадают в моющий раствор 2 в резервуаре 1. PI далее процесс осуществляется так, как описано выще.

Как только расход парогазовых смесей значительно уменьщится, обратные клапаны 19 опускаются, закрывая входные отверстия сопел 15, предотвращая провал моющего раствора 2 из резервуара 1 в донную полость резервуара 1, а значит и гидравлические удары и вибрации. Устройство для очистки работает в стабильном режиме.

Claims (3)

1. Устройство для очистки потоков парогазовых смесей, образующихся при сбросе избыточного давления из-под защитных оболочек атомных электростанций, содержащее резервуар высокого давления с моющим раствором, расположенные внутри резервуара высокого давления в объеме моющего раствора смешивающие устройства струйного типа и над ними устройства для распределения парожидкостной смеси по сечению резервуара, каплеотделители, размещенные в резервуаре высокого давления над уровнем моющего раствора, и штуцеры входа и выхода очищаемых потоков парогазовых смесей, отличающееся тем, что оно снабжено размещенным снаружи резервуара высокого давления выше уровня моющего раствора и сообщенным со штуцером входа очищаемых потоков парогазовых смесей фильтром с сыпучим фильтрующим сорбентом, смешивающие устройства струйного типа выполнены в виде эжекторов, а фильтрующие элементы каплеотделителя, установленного перед штуцером выхода очищаемых потоков парогазовых смесей, выполнены из стекловолокна.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что во входных отверстиях сопел эжекторов установлены обратные клапаны.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что выходные отверстия сопел эжекторов снабжены запорными устройствами.