RU2073916C1

RU2073916C1 - System for boron fast inserting to first circuit of nuclear water-moderated water-cooled energy plant

Info

Publication number: RU2073916C1
Application number: RU9494023468A
Authority: RU
Inventors: В.А. Новоселов; Г.И. Бирюков; М.П. Никитенко; А.М. Афров
Original assignee: Опытное Конструкторское Бюро "Гидропресс"
Priority date: 1994-06-21
Filing date: 1994-06-21
Publication date: 1997-02-20

Abstract

FIELD: nuclear energy engineering. SUBSTANCE: system is concerned to devices for chain reaction emergency shutdown in core composition of water-moderated water-cooled reactors. Upper part of boron vessel 11 has pressurizer 13 composed by vapor chamber 14 and water vessel 15. Flattening pipe 17 connects boron vessel 11 to circulating loop which includes vapor chamber 8 of volume pressurizer 7, so this connection works with gas agent but not in water circuit, in other words mass exchange processing is going in more pure medium. Besides there is no coolant contamination of first circuit by nitrogen and the same for boron vessel by radioactive atoms. Coolant is priming to boron vessel 11 by pressure pipe 19 which is going through core area 2 preliminary and it prevents coolant circulating diminishing in active core 2 as res result of recirculation loop arising. EFFECT: more simple construction, higher efficiency of operating. 7 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к ядерным энергетическим установкам водо-водяного типа, а более конкретно: к системам быстрой остановки цепной реакции в активной зоне водо-водяного реактора. The invention relates to nuclear power plants of a water-water type, and more particularly: to systems for quickly stopping a chain reaction in the active zone of a water-water reactor.

Известно техническое решение, в котором для остановки цепной реакции в активной зоне включается насос, закачивающий из емкостей раствор с концентрированной борной кислотой в подводящие трубопроводы. Недостатком указанного технического решения является низкое быстродействие системы из-за инерционности насосов, их ограниченной производительности. A technical solution is known in which, to stop the chain reaction in the active zone, a pump is turned on, which injects a solution of concentrated boric acid from the tanks into the supply pipelines. The disadvantage of this technical solution is the low speed of the system due to the inertia of the pumps, their limited performance.

Еще одним недостатком указанного технического решения является то, что одновременно с подачей концентрированного раствора бора необходимо открыть систему дренажа первого контура, иначе будет переопрессовка первого контура и насос прекратит закачку концентрированного раствора бора в первый контур. Another drawback of this technical solution is that simultaneously with the supply of concentrated boron solution, it is necessary to open the drainage system of the primary circuit, otherwise the primary circuit will be re-pressed and the pump will stop pumping the concentrated boron solution into the primary circuit.

То есть необходимо привести в действие ряд систем, что приведет к задержке остановки цепной реакции в активной зоне. Указанное техническое решение рассчитано на применение при уменьшении объема теплоносителя в первом контуре. That is, it is necessary to activate a number of systems, which will lead to a delay in stopping the chain reaction in the core. The specified technical solution is designed for use with a decrease in the volume of coolant in the primary circuit.

Кроме того, известно техническое решение (прототип), в котором борные емкости с концентрированным раствором бора имеют в верхней части выравнивающий компенсатор с газовой (азотной) полостью и водяной полостью, выделенной от части с концентрированным раствором бора. Водяная полость соединена выравнивающим трубопроводом с подводящим трубопроводом реакторной установки (главным циркуляционным трубопроводом после главного циркуляционного насоса). In addition, a technical solution (prototype) is known in which boron containers with a concentrated boron solution have an equalizing compensator in the upper part with a gas (nitrogen) cavity and a water cavity separated from the part with a concentrated boron solution. The water cavity is connected by a leveling pipe to the inlet pipe of the reactor installation (main circulation pipe after the main circulation pump).

Внутри борной емкости расположен нагреватель раствора, выполненный в виде трубчатого теплообменника погружного типа, подсоединенного к напору и всасу главного циркуляционного насоса. Верхняя часть борной емкости соединена с напорной частью главного циркуляционного насоса напорным трубопроводом, а нижняя часть борной емкости со всасом главного циркуляционного насоса подающим трубопроводом. Inside the boron tank there is a solution heater, made in the form of a tubular submersible heat exchanger connected to the pressure and inlet of the main circulation pump. The upper part of the boron tank is connected to the pressure part of the main circulation pump by a pressure pipe, and the lower part of the boron tank is connected to the inlet of the main circulation pump by a supply pipe.

На подающем и напорном трубопроводах установлена быстродействующая запорная арматура. On the supply and pressure pipelines installed quick-acting stop valves.

При нормальных условиях эксплуатации в борной емкости устанавливается давление, близкое к давлению теплоносителя на выходе из главных циркуляционных насосов. Изменение давления в первом контуре или изменение температуры раствора бора в борной емкости и связанное с этим расширение объема раствора компенсируются перетеканием теплоносителя по выравнивающему трубопроводу внутрь борной емкости или из нее. Under normal operating conditions, a pressure close to the pressure of the coolant at the outlet of the main circulation pumps is established in the boron tank. A change in pressure in the primary circuit or a change in the temperature of the boron solution in the boron tank and the associated expansion of the solution volume are compensated by the flow of the coolant through the leveling pipe into or out of the boron tank.

При необходимости быстрой остановки цепной реакции в активной зоне быстродействующую запорную арматуру открывают, и концентрированный раствор бора поступает на всас главного циркуляционного насоса по подающему трубопроводу, а теплоноситель с напора главного циркуляционного насоса по напорному трубопроводу поступает в верхнюю часть борной емкости. If it is necessary to quickly stop the chain reaction in the active zone, quick-acting shutoff valves are opened, and concentrated boron solution enters the inlet of the main circulation pump through the supply pipe, and the coolant from the pressure of the main circulation pump through the pressure pipe enters the upper part of the boron tank.

Недостатком указанного технического решения является то, что при открытии быстродействующей запорной арматуры возникает контур рециркуляции (напор главного циркуляционного насоса) и подача теплоносителя на активную зону уменьшается, что ухудшает отвод тепла от активной зоны. The disadvantage of this technical solution is that when you open a quick-acting shut-off valve, a recirculation loop (pressure of the main circulation pump) occurs and the flow of coolant to the core decreases, which impairs heat removal from the core.

Еще одним недостатком указанного технического решения является то, что часть поступающего по подающему трубопроводу концентрированного раствора бора вновь возвращается в борную емкость по напорному трубопроводу из-за рециркуляции, а это уменьшает эффективность быстрого ввода бора. Another disadvantage of this technical solution is that part of the concentrated boron solution fed through the feed pipe is returned to the boron tank through the pressure pipe due to recirculation, and this reduces the efficiency of rapid boron injection.

Еще одним недостатком указанного технического решения является то, что азот в борной емкости растворяется в воде, находящейся в водной полости, и по выравнивающему трубопроводу поступает в первый контур при понижении давления в нем. Наличие азота в теплоносителе первого контура приводит к образованию азотной кислоты под действием облучения, что снижает надежность оборудования. Another disadvantage of this technical solution is that the nitrogen in the boron tank dissolves in the water in the water cavity, and through the leveling pipeline enters the primary circuit when the pressure in it decreases. The presence of nitrogen in the primary coolant leads to the formation of nitric acid under the action of irradiation, which reduces the reliability of the equipment.

Кроме того, азот из теплоносителя поступает в импульсные трубки контрольно-измерительных приборов, где образует газовые пробки, искажая показания приборов, что приводит к негативным явлениям. Для ликвидации этого необходимо "продувать" импульсные трубки, а это приводит к возникновению термических напряжений в штуцерах приварки импульсных трубок из-за прокачки по ним охлажденной воды. In addition, nitrogen from the coolant enters the pulse tubes of the instrumentation, where it forms gas plugs, distorting the readings of the devices, which leads to negative phenomena. To eliminate this, it is necessary to “blow through” the impulse tubes, and this leads to the occurrence of thermal stresses in the fittings for welding the impulse tubes due to the flow of chilled water through them.

Еще одним недостатком указанного технического решения является то, что на трубчатом теплообменнике выпадает осадок из теплоносителя, который циркулирует по нему. Осадок этот радиоактивен, а это ухудшает обслуживание первого контура. Технический результат повышение безопасности. Технический результат достигается путем того, что напорный трубопровод соединяет верх борной емкости с отводящим трубопроводом, выравнивающий компенсатор объема выполнен в виде водяной и паровой полостей; паровая полость соединена выравнивающим трубопроводом с паровой полостью парового компенсатора объема. Another disadvantage of this technical solution is that on the tubular heat exchanger precipitate from the coolant that circulates through it. This precipitate is radioactive, and this degrades the maintenance of the primary circuit. The technical result is increased security. The technical result is achieved by the fact that the pressure pipe connects the top of the boron tank to the discharge pipe, the equalizing volume compensator is made in the form of water and steam cavities; the steam cavity is connected by a leveling pipe to the steam cavity of the steam volume compensator.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема быстрого ввода бора в первый контур ядерной энергетической установки водо-водяного типа с вариантом исполнения нагревателя раствора в виде конденсатора, использующего пар парогенератора; на фиг. 2 показана схематично система, где выравнивающий компенсатор выполнен меньшего диаметра части борной емкости с концентрированным раствором бора; на фиг. 3 вариант исполнения, где выравнивающий компенсатор объема выполнен в виде отдельной емкости, соединенной с борной емкостью трубопроводом; на фиг. 4 вариант с установленным на напорном трубопроводе шариковым клапаном. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a diagram of the rapid introduction of boron into the first circuit of a water-water type nuclear power plant with an embodiment of a solution heater in the form of a condenser using steam from a steam generator; in FIG. 2 schematically shows a system where an equalizing compensator is made of a smaller diameter part of a boron vessel with a concentrated boron solution; in FIG. 3 embodiment, where the equalizing volume compensator is made in the form of a separate tank connected to the boron tank by a pipeline; in FIG. 4 option with a ball valve mounted on the pressure pipe.

Система быстрого ввода бора в первый контур ядерной энергетической установки водо-водяного типа содержит реактор 1 с активной зоной 2, парогенераторы 3, главные циркуляционные насосы 4, подводящие 5 и отводящие 6 трубопроводы, образующие в совокупности с реактором 1, парогенераторами 3 и главными циркуляционными насосами 4 циркуляционный контур. The quick input system of boron into the primary circuit of a water-water type nuclear power plant comprises a reactor 1 with an active zone 2, steam generators 3, main circulation pumps 4, supply 5 and discharge 6 pipelines, which together with reactor 1, steam generators 3 and main circulation pumps 4 circulation circuit.

Паровой компенсатор объема 7, состоящий из паровой 8 и водяной полости 9, соединен дыхательным трубопроводом 10 с отводящим трубопроводом 6. A steam compensator of volume 7, consisting of steam 8 and a water cavity 9, is connected by a breathing pipe 10 to a discharge pipe 6.

В борных емкостях 11 с концентрированным раствором бора расположены нагреватели раствора 12. In boron tanks 11 with concentrated boron solution, solution heaters 12 are located.

В верхней части борной емкости расположен выравнивающий компенсатор объема 13, состоящий из паровой полости 14 и водяной полости 15, внутри которой расположен электронагреватель 16. In the upper part of the boron tank there is a leveling compensator for the volume 13, consisting of a vapor cavity 14 and a water cavity 15, inside which an electric heater 16 is located.

Паровая полость 14 соединена с паровой полостью 8 парового компенсатора объема 7 выравнивающим трубопроводом 17, на котором установлено дроссельное устройство 18. The steam cavity 14 is connected to the steam cavity 8 of the steam compensator of the volume 7 by an equalizing pipe 17 on which the throttle device 18 is mounted.

Верхняя часть борной емкости 11 с концентрированным раствором бора соединена напорным трубопроводом 19 с отводящим трубопроводом 6. На напорном трубопроводе 19 установлена быстродействующая запорная арматура 20. The upper part of the boron tank 11 with a concentrated boron solution is connected by a pressure pipe 19 to a discharge pipe 6. A quick shut-off valve 20 is installed on the pressure pipe 19.

Нижняя часть борной емкости 11 соединена подающим трубопроводом 21 с подводящим трубопроводом 5 на всасе главного циркуляционного насоса 4. The lower part of the boron tank 11 is connected by a supply pipe 21 with a supply pipe 5 at the inlet of the main circulation pump 4.

На подающем трубопроводе 21 установлена быстродействующая арматура 22. On the supply pipe 21 installed quick-acting valves 22.

В борной емкости 11 выравнивающий компенсатор 13 отделен от части с концентрированным раствором перегородкой 23 с отверстием 24. In the boron tank 11, the equalizing compensator 13 is separated from the part with the concentrated solution by a partition 23 with an opening 24.

Нагреватель раствора 12, выполненный в виде погружного трубчатого теплообменника, соединен подводящей частью c паровой полостью парогенератора 3 трубопроводом 25 с запорнорегулирующей арматурой 26. The solution heater 12, made in the form of a submersible tubular heat exchanger, is connected by a supply pipe 25 to the steam cavity of the steam generator 3 with shut-off valves 26.

Отводящая часть нагревателя раствора 12 соединена с водяной полостью парогенератора 3 трубопроводом 27 с запорнорегулирующей арматурой 28. The outlet portion of the solution heater 12 is connected to the water cavity of the steam generator 3 by a pipe 27 with shutoff valves 28.

Нагреватель раствора 12 в указанном варианте, по крайней мере частично, расположен выше уровня воды в парогенераторе. The solution heater 12 in said embodiment is at least partially located above the water level in the steam generator.

В варианте на фиг. 2 показан выравнивающий компенсатор 13 меньшего диаметра части борной емкости 11 с концентрированным раствором бора. In the embodiment of FIG. 2 shows a leveling compensator 13 of a smaller diameter part of a boron vessel 11 with a concentrated boron solution.

На фиг. 3 показан вариант развития варианта на фиг. 2. In FIG. 3 shows an embodiment of the embodiment of FIG. 2.

Выравнивающий компенсатор 13 выполнен в отдельной емкости, соединенной с борной емкостью трубопроводом 29. The equalizing compensator 13 is made in a separate tank connected to the boron tank by a pipe 29.

На фиг. 4 показан вариант ввода напорного трубопровода в борную емкость с шариковым клапаном 30 с плавающим шаром 31, упорным конусом 32 и выходными отверстиями 33. In FIG. 4 shows an embodiment for introducing a pressure pipe into a boron tank with a ball valve 30 with a floating ball 31, a stop cone 32, and outlet openings 33.

Система работает следующим образом. The system operates as follows.

Ядерная энергетическая установка в нормальных условиях эксплуатации работает по общеизвестной схеме: главные циркуляционные насосы 4 прокачивают теплоноситель по циркуляционному контуру через подводящие трубопроводы 5, реактор 1, активную зону 2, отводящие трубопроводы 6, парогенераторы 3. В активной зоне 2 теплоноситель нагревается, в парогенераторах 3 передает тепловую энергию на генерацию пара. Under normal operating conditions, the nuclear power plant operates according to a well-known scheme: the main circulation pumps 4 pump the coolant through the supply circuit 5, reactor 1, core 2, drain pipes 6, steam generators 3. In the core 2, the coolant is heated, in steam generators 3 transfers thermal energy to steam generation.

Паровой компенсатор объема 7 уменьшает пики колебания давления в первом контуре при изменениях мощности реактора 1 и парогенераторов 3. The steam compensator of volume 7 reduces the peaks of pressure fluctuations in the primary circuit with changes in the power of reactor 1 and steam generators 3.

Борные емкости 11 заполнены концентрированным раствором бора, подогретым нагревателем 12, берущим тепло от пара парогенератора 3. Температура концентрированного раствора бора будет несколько ниже температуры пара в парогенераторах. The boron tanks 11 are filled with a concentrated boron solution heated by a heater 12, taking heat from the steam of the steam generator 3. The temperature of the concentrated boron solution will be slightly lower than the temperature of the steam in the steam generators.

В выравнивающие компенсаторы 11 поступает пар по выравнивающему трубопроводу 17 из паровой полости 8 парового компенсатора объема 7. На перегородке 23, имеющей температуру, близкую к температуре концентрированного раствора бора и на стенках выравнивающего компенсатора, пар конденсируется и выравнивающий компенсатор частично заполняется конденсатом и в нем образуется паровая полость 14 и водяная полость 15. In equalizing expansion joints 11, steam enters through the equalizing pipe 17 from the steam cavity 8 of the steam volume compensator 7. On the baffle 23 having a temperature close to the temperature of the concentrated boron solution and on the walls of the equalizing compensator, the steam condenses and the equalizing compensator is partially filled with condensate and forms in it steam cavity 14 and water cavity 15.

Включают электронагреватель 16 и подогревают конденсат до температуры насыщения при давлении в паровом компенсаторе давления 7. Turn on the electric heater 16 and heat the condensate to a saturation temperature at a pressure in the steam pressure compensator 7.

В системе устанавливается равновесие. Частично тепло от водяной полости 15 будет передаваться через перегородку 23 и стенки борной емкости 11 концентрированному раствору бора, и пар в паровой емкости 14 будет конденсироваться, будет подниматься уровень в водяной полости 15, пар в паровую полость 14 будет поступать из паровой полости 8 парового компенсатора 7. The system establishes equilibrium. Partially, heat from the water cavity 15 will be transferred through the baffle 23 and the walls of the boron tank 11 to the concentrated boron solution, and the steam in the steam tank 14 will condense, the level in the water cavity 15 will rise, the steam in the steam cavity 14 will come from the steam cavity 8 of the steam compensator 7.

Включают электронагреватель 16 и выпаривают воду до необходимого уровня. Turn on the electric heater 16 and evaporate water to the desired level.

Дроссельное устройство 18 "смягчает" передающиеся колебания давления в паровой полости 8, вследствие чего уменьшается дополнительное включение-выключение электронагревателей 16. The throttle device 18 "softens" the transmitted pressure fluctuations in the vapor cavity 8, thereby reducing the additional on-off of the electric heaters 16.

При необходимости быстрого ввода раствора бора в активную зону 2 открывают быстродействующую запорную арматуру 20 и 22. По подающему трубопроводу 21 концентрированный раствор бора поступает на всас главного циркуляционного насоса 4, который вместе с основным теплоносителем закачивает его в реактор 1 по подводящему трубопроводу 5 и далее в активную зону 2, где атомы бора начинают останавливать цепную реакцию. На место забранного из борной емкости концентрированного раствора бора по напорному трубопроводу 19 поступает теплоноситель из отводящего трубопровода в верхнюю часть борной емкости под перегородку 23. Через отверстие 24 происходит выравнивание давления в части борной емкости с концентрированным раствором бора и выравнивающем компенсаторе объема (а следовательно, и первым контуром). If it is necessary to quickly enter boron solution into the active zone 2, quick-acting shutoff valves 20 and 22 are opened. Through the supply pipe 21, the concentrated boron solution enters the inlet of the main circulation pump 4, which, together with the main heat carrier, pumps it into the reactor 1 via the supply pipe 5 and then to core 2, where boron atoms begin to stop the chain reaction. In place of the concentrated boron solution taken from the boron tank through the pressure pipe 19, coolant flows from the discharge pipe to the upper part of the boron tank under the baffle 23. Through hole 24, pressure is equalized in the part of the boron tank with concentrated boron solution and an equalizing volume compensator (and, therefore, first circuit).

Варианты, показанные на фиг. 2 и фиг. 3, работают по той же технологической схеме. Отличие заключается в уменьшении перетечки тепла из выравнивающего компенсатора 13 в емкость с концентрированным раствором бора и, следовательно, в уменьшении расхода электроэнергии и уменьшении числа включений-выключений электронагревателей 16. The options shown in FIG. 2 and FIG. 3, work according to the same technological scheme. The difference lies in the reduction of heat transfer from the equalizing compensator 13 to the container with a concentrated boron solution and, therefore, in reducing the energy consumption and reducing the number of on-off switches of the electric heaters 16.

На фиг. 4 изображен вариант, связанный с необходимостью подачи концентрированного раствора бора под активную зону 2 при разгерметизации первого контура и при опорожнении борных емкостей 11. Уменьшение объема концентрированного раствора бора в борных емкостях приводит к возникновению в них уровня. Плавающий шарик 31 вместе с поверхностью понижается и упирается на упорный конус 32, запирая выход концентрированного раствора в отводящие трубопроводы 6. In FIG. 4 shows an option associated with the need to supply a concentrated boron solution under the core 2 during depressurization of the primary circuit and during emptying of boron tanks 11. A decrease in the volume of concentrated boron solution in boron tanks leads to a level in them. The floating ball 31 together with the surface is lowered and abuts against the stop cone 32, locking the outlet of the concentrated solution into the discharge pipes 6.

При отсутствии разгерметизации первого контура теплоноситель поступает в борную емкость через выходные отверстия 33. In the absence of depressurization of the primary circuit, the coolant enters the boron tank through the outlet openings 33.

В описании работы изобретения отсутствует работа поз. 25, 26, 27, 28, т. к. она очевидна. In the description of the work of the invention there is no work pos. 25, 26, 27, 28, because it is obvious.

Предложенная система отличается тем, что вместо газового (азотного) выравнивающего компенсатора в верхней части борной емкости выполнен выравнивающий компенсатор, состоящий из паровой и водяной полости. The proposed system is characterized in that instead of a gas (nitrogen) equalizing compensator, an equalizing compensator consisting of a steam and a water cavity is made in the upper part of the boron tank.

Выравнивающий трубопровод соединяет борную емкость с циркуляционным контуром (паровой полостью парового компенсатора объема) по пару, т. е. происходит массообмен более чистых сред паром, а не водой. При этом не происходит "загрязнение" первого контура азотом, а борной емкости радиоактивными атомами. A leveling pipeline connects the boron tank to the circulation circuit (the steam cavity of the steam volume compensator) in pairs, i.e., mass transfer of cleaner media by steam rather than water occurs. In this case, there is no "contamination" of the primary circuit with nitrogen, but of the boron tank with radioactive atoms.

Предложенное изобретение не приводит к возникновению рециркуляционного контура, приводящего к уменьшению циркуляции теплоносителя через активную зону. Все это приводит к повышению надежности ядерной энергетической установки. The proposed invention does not lead to the emergence of a recirculation loop, leading to a decrease in the circulation of the coolant through the active zone. All this leads to increased reliability of a nuclear power plant.

Посчитать экономический эффект от предлагаемого изобретения не представляется возможным, т. к. оно направлено на повышение безопасности АЭС. Как показал опыт в нашей стране и за рубежом, при аварии на АЭС Три-Майн-Айленд и в Чернобыле экономический ущерб было невозможно спрогнозировать. It is not possible to calculate the economic effect of the proposed invention, since it is aimed at improving the safety of nuclear power plants. As experience in our country and abroad showed, during the accident at the Three Mine Island and Chernobyl nuclear power plants, it was impossible to predict economic damage.

Claims

1. A system for rapidly introducing boron into the first circuit of a water-water type nuclear power plant, comprising a reactor, an active zone, steam generators, main circulation pumps, inlet and outlet pipes, a steam volume compensator with a steam and water cavity connected by a breathing pipe to a discharge pipe, boron tanks with a concentrated boron solution and a heater of this solution, an equalizing volume compensator, a pressure pipe, a supply pipe connecting the suction of the main circulation a low-boron tank pump, a quick-acting stop valve located on the pressure and supply pipelines, characterized in that the equalizing volume compensator is made in the form of water and steam cavities, the vapor cavity of the equalizing volume compensator being connected to the vapor cavity of the steam volume compensator by an equalizing pipeline, and at least one heater is installed in the water cavity of the equalizing volume compensator and the top of the tank with concentrated boron solution is connected piping with a discharge pipe.

2. The system according to claim 1, characterized in that the leveling volume compensator in the boron tank is separated from the part with a concentrated boron solution by a partition with an opening.

3. The system of claims. 1 and 2, characterized in that the equalizing volume compensator is made of a smaller diameter of a part of the boron tank with a concentrated boron solution.

4. The system according to p. 3, characterized in that the leveling volume compensator is made in a separate tank connected to the boron tank by a pipeline.

5. The system according to claim 1, characterized in that the boron tank solution heater is located at least partially above the water level in the steam generator and its supply part is located above and connected to the steam cavity of the steam generator, and the discharge part is located below and connected to the water cavity of the steam generator .

6. The system of claims. 1 to 4, characterized in that a throttling device is installed on the leveling pipe.

7. The system of claims. 1 5, characterized in that on the pressure pipe in the boron tank installed ball valve.