RU2082226C1

RU2082226C1 - Device for emergent cooling of nuclear reactor

Info

Publication number: RU2082226C1
Application number: RU9393047526A
Authority: RU
Inventors: П.Н. Бирбраер; В.С. Востоков; В.С. Горбунов; В.Г. Зотов; С.И. Синельник
Original assignee: Опытное конструкторское бюро машиностроения
Priority date: 1993-10-13
Filing date: 1993-10-13
Publication date: 1997-06-20

Abstract

FIELD: nuclear power engineering. SUBSTANCE: device has several channels which operate in parallel and consist of emergency heat exchange unit 4, which is connected through pipes 5 and 6 to radiator which is located in housing 8. Air pipes 9 and 10 with valves are connected to housing 8. Valves are shaped by pair of lattices. Pipe 5 on its vertical piece is designed as column 11 which supports radiator. Heat movement of radiator on column 11 is provided by means of lattice movement. EFFECT: increased functional capabilities. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области атомной техники и может быть использовано в реакторах на быстрых нейтронах м натриевым теплоносителем. The invention relates to the field of nuclear engineering and can be used in fast neutron reactors with a sodium coolant.

Энергетические натриевые реакторы на быстрых нейтронах обычно снабжаются системой аварийного расхолаживания, предназначенной для снятия с активной зоны и рассеивания в окружающую среду остаточных тепловыделений в тех случаях, когда отвод тепла системами нормальной эксплуатации по каким-либо причинам невозможен. Sodium fast neutron reactors are usually equipped with an emergency cooling system designed to remove residual heat from the core and disperse into the environment in cases where heat removal by normal operation systems is impossible for any reason.

Обычно система аварийного расхолаживания выполняется автономной, т. е. не связанной с системами нормального теплоотвода, и содержит несколько независимых каналов, способных, с учетом возможных отказов, расхолодить установку. Для обеспечения безопасности реактора за счет повышения надежности системы аварийного расхолаживания используется естественное движение теплоносителей в пределах системы, предусматривается также максимально возможное уменьшение количество активных элементов, срабатывание которых необходимо при включении системы в работу. Typically, the emergency cooling system is autonomous, that is, not connected with normal heat sink systems, and contains several independent channels capable of dampening the installation, taking into account possible failures. To ensure the safety of the reactor by increasing the reliability of the emergency cooling system, the natural movement of coolants within the system is used, the maximum possible reduction in the number of active elements, the operation of which is necessary when the system is turned on, is also provided.

Известна система аварийного расхолаживания, содержащая обечайку, расположенную с зазорами между реактором и шахтой реактора. Зазоры соединены воздуховодами с атмосферой и вытяжной трубой. Тепло с корпуса реактора снимается циркулирующим естественным образом по зазорам воздухом и с воздухом через трубу рассеивается в атмосферу. При работе реактора за счет теплоотвода системами нормальной эксплуатации температура корпуса относительно невелика, соответственно невелики и потери тепла через систему аварийного расхолаживания (с воздухом, уходящим в вытяжную трубу). В аварийных ситуациях растет температура корпуса реактора, что автоматически влечет за собой увеличение отводимой системой аварийного расхолаживания мощности [1]
Недостатком известной конструкции является то, что ее применение ограничено из-за необходимости соблюдения соотношения мощности установки и площади поверхности обдуваемого воздухом корпуса 1 мВт(э),м². В результате экономически целесообразным оказывается применение такой конструкции системы аварийного расхолаживания лишь для реакторов незначительной мощности (менее 1000 мВт тепловых).A known emergency cooling system containing a shell located with gaps between the reactor and the reactor shaft. The gaps are connected by air ducts to the atmosphere and the exhaust pipe. Heat is removed from the reactor vessel in a naturally circulating manner through gaps with air and is dissipated through the pipe into the atmosphere with air. During reactor operation due to heat removal by normal operation systems, the temperature of the vessel is relatively low, and accordingly, the heat loss through the emergency cooling system (with air leaving the exhaust pipe) is also small. In emergency situations, the temperature of the reactor vessel increases, which automatically entails an increase in the power taken off by the emergency cooling system [1]
A disadvantage of the known design is that its use is limited due to the need to comply with the ratio of the power of the installation and the surface area of the air blown housing 1 mW (e), m ² . As a result, it is economically feasible to use this design of the emergency cooling system only for reactors of low power (less than 1000 mW thermal).

Известна система аварийного расхолаживания, содержащая несколько каналов, в каждый из которых входят теплообменник аварийного расхолаживания, установленный в реактор, радиатор, соединенный с аварийным теплообменником трубопроводами, газодувка, соединенную с радиатором воздуховодами, на которых установлена регулирующая и запорная арматура [2]
Значительное количество активных элементов газодувка, армарута, которые должны сработать при включении системы аварийного расхолаживания в работу, снижают надежность системы аварийного расхолаживания и, как следствие, безопасность реактора.Known emergency dampening system containing several channels, each of which includes an emergency damping heat exchanger installed in the reactor, a radiator connected to the emergency heat exchanger by pipelines, a gas blower connected to the radiator by air ducts on which control and shutoff valves are installed [2]
A significant number of active elements of the gas blower, armarut, which should work when the emergency cooling system is turned on, reduce the reliability of the emergency cooling system and, as a consequence, the safety of the reactor.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является система аварийного расхолаживания ядерного реактора, состоящая из шести каналов, каждый из которых включает в себя установленный в реактор аварийный теплообменник, трубопроводами соединенный с радиатором, расположенным внутри закрепленного на здании реактора корпусе, который снабжен подводящим и отводящим воздуховодами с заслонками, управляемыми с помощью приводом [3]
При нормальной работе реактора система аварийного расхолаживания находится в состоянии готовности к работе. Надежная естественная циркуляция теплоносителей в каналах системы обеспечивается в этом режиме установкой заслонок в положение, обеспечивающее некоторый расход воздуха через корпус радиатора (необходимый расход воздуха и, соответственно, степень открытия заслонок, зависит от многих факторов, например от температуры атмосферного воздуха).Closest to the proposed invention is an emergency cooldown system for a nuclear reactor, consisting of six channels, each of which includes an emergency heat exchanger installed in the reactor, connected by pipelines to a radiator located inside the housing attached to the reactor building, which is equipped with inlet and outlet ducts with shutters driven by drive [3]
During normal operation of the reactor, the emergency cooling system is in a state of readiness for operation. Reliable natural circulation of coolants in the channels of the system is ensured in this mode by setting the dampers in a position that provides some air flow through the radiator body (the required air flow and, accordingly, the degree of opening of the dampers depends on many factors, for example, ambient air temperature).

Для включения системы расхолаживания в работу необходимо с помощью приводом полностью открыть заслонки на воздуховодах. В результате растут расходы естественной циркуляции воздуха через корпус радиатора и теплоносителя по контуру "радиатор трубопроводы аварийный теплообменник" и, соответственно, увеличивается мощность, отводимая от реактора системой аварийного расхолаживания, вплоть до установления режима, обеспечивающего расхолаживания реактора. To turn the cooling system into operation, it is necessary to completely open the dampers on the air ducts using the actuator. As a result, the costs of natural air circulation through the radiator and heat carrier casing increase along the “radiator pipelines emergency heat exchanger” circuit and, accordingly, the power diverted from the reactor by the emergency cooling system increases, up to the establishment of a regime that ensures the cooling of the reactor.

Известная конструкция имеет следующие недостатки. The known design has the following disadvantages.

Во-первых, потери тепла через каналы системы при нормальной работе реактора, необходимые для поддержания каналов системы в поддающемуся расчету и контролю состоянии готовности к работе, ухудшают экономические характеристики реактора. Во-вторых, наличие активных элементов (заслонок с приводами на воздуховодах), срабатывание которых необходимо для включения системы в работу, снижает надежность системы и, как следствие, безопасность реактора. Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение безопасности реактора. Поставленная задача достигается тем, что один из трубопроводов, соединяющий аварийный теплообменник с радиатором, на вертикальном участке выполнен в виде установленной в здании реактора колонны, являющейся опорой радиатора, который при этом располагается в корпусе с зазорами, допускающими их взаимное перемещение, причем заслонки воздуховодов выполнены в виде парных решеток, одна из которых соединена с корпусом радиатора, а вторая выполнена с возможностью совместного с колонной и радиатором перемещения относительно корпуса радиатора. Firstly, heat losses through the system channels during normal reactor operation, necessary to maintain the system channels in a calculable and controlled state of readiness for operation, worsen the economic characteristics of the reactor. Secondly, the presence of active elements (dampers with actuators on the ducts), the operation of which is necessary to turn the system on, reduces the reliability of the system and, as a consequence, the safety of the reactor. The technical task of the invention is to increase the safety of the reactor. The task is achieved in that one of the pipelines connecting the emergency heat exchanger to the radiator in a vertical section is made in the form of a column installed in the reactor building, which is the radiator support, which is located in the housing with gaps allowing their mutual movement, moreover, the air duct shutters in the form of paired gratings, one of which is connected to the radiator body, and the second is made with the possibility of joint movement with the column and radiator relative to the radiator body.

На фиг. 1 изображен общий вид одного канала системы аварийного расхолаживания; на фиг. 2 узел А фиг. 1 (продольный разрез по корпусу радиатора и заслонкам). In FIG. 1 shows a general view of one channel of an emergency cooling system; in FIG. 2 node A of FIG. 1 (longitudinal section through the radiator body and dampers).

В здании 1 расположена шахта 2 с реактором 3. Аварийный теплообменник 4, установленный в реактор 3, трубопроводами 5 и 6 соединен с радиатором 7, расположенном в корпусе 8. Корпус 8 установлен в здании 1 и снабжен подводящим воздуховодом 9 и отводящим воздуховодом (вытяжной трубой) 10. Трубопровод 5 на вертикальном участке выполнен в виде колонны 11, на которую опирается радиатор 7. Радиатор 7 установлен в опорах 12 и 13 корпуса 8 с некоторыми зазорами. Корпус 8 содержит решетки 14 и 15. Парные решетки 14 и 15 решетки 16 и 17 соответственно опираются на корпус 8 и в верхней своей части соединены с корпусом через упругие элементы 18 и 19 соответственно. Кроме того, решетки снабжены упорами 20 и 21 для взаимодействия с колонной 11 и радиатором 7. Трубопроводы 5, 6 покрыты теплоизоляцией (не показаны) и снабжены электронагревателями (не показаны) для разогрева трубопроводов перед заполнением их теплоносителем. A shaft 2 with a reactor 3 is located in building 1. An emergency heat exchanger 4 installed in the reactor 3 is connected by pipelines 5 and 6 to a radiator 7 located in the housing 8. The housing 8 is installed in the building 1 and is equipped with a supply duct 9 and a discharge duct (exhaust pipe) ) 10. The pipeline 5 in the vertical section is made in the form of a column 11, on which the radiator 7 rests. The radiator 7 is installed in the supports 12 and 13 of the housing 8 with some gaps. The casing 8 comprises gratings 14 and 15. The paired gratings 14 and 15 of the grating 16 and 17, respectively, are supported by the casing 8 and are connected to the casing through their elastic elements 18 and 19, respectively. In addition, the grilles are equipped with stops 20 and 21 for interaction with the column 11 and the radiator 7. The pipelines 5, 6 are coated with thermal insulation (not shown) and equipped with electric heaters (not shown) for heating the pipelines before filling them with coolant.

Работа системы аварийного расхолаживания при таком ее исполнении происходит следующим образом. The operation of the emergency cooling system with this design is as follows.

При работе реактора 3 в номинальном режиме системами нормального теплоотвода обеспечиваются проектные уровни температур в реакторе. В каналах системы аварийного расхолаживания за счет потерь тепла с трубопроводов 5, 6 в помещение здания 1 и радиатора 7 в корпус 8, а также за счет подвода тепла от активной зоны реактора (не показана) к установленному в реактор 3 аварийному теплообменнику 4 происходит естественная циркуляция теплоносителя по контуру "аварийный теплообменник 4 трубопроводы 5, 6 радиатор 7". Заслонки 17, 16 под действием веса и упругих элементов 19, 18 находятся в нижнем положении и совместно с решетками 15, 14 отсекают воздуховоды 9, 10 от расположенного в корпусе 8 радиатора 7 так, что циркуляции воздуха по трассе "атмосфера воздуховод 9 корпус 8 воздуховод 10 атмосфера" не происходит. When the reactor 3 is in nominal mode, normal heat sink systems provide design temperature levels in the reactor. In the channels of the emergency cooling system due to heat losses from the pipelines 5, 6 to the building 1 and the radiator 7 to the housing 8, as well as due to the supply of heat from the reactor core (not shown) to the emergency heat exchanger 4 installed in the reactor 3, natural circulation occurs coolant along the circuit "emergency heat exchanger 4 pipelines 5, 6 radiator 7". The damper 17, 16 under the influence of weight and elastic elements 19, 18 are in the lower position and together with the grilles 15, 14 cut off the air ducts 9, 10 from the radiator 7 located in the housing 8 so that the air circulates along the route "atmosphere duct 9 body 8 duct 10 atmosphere "does not occur.

В случае прекращения теплосъема с активной зоны реактора 3 системами нормального теплоотвода уровень температур в реакторе 3 начинает повышаться. В результате естественной циркуляции теплоносителя по трубопроводам 5, 6 через радиатор 7 и аварийный теплообменник 4, повышение температуры в реакторе 3 вызывает рост температуры теплоносителя в колонне 11. Повышение температуры колонны 11 обуславливает ее температурное удлинение, вызывающее перемещение опертого на нее радиатора 7 в корпусе 8. Одновременно колонна 11 и радиатор 7 вступают во взаимодействие с упорами 20, 21 решеток 16 и 17 соответственно, вследствие чего происходит совместное перемещение колонны 11, радиатора 7 и решеток 16, 17 внутри корпуса 8 с аккумуляцией энергии упругими элементами 18, 19. In the event of termination of heat removal from the reactor core 3 by normal heat removal systems, the temperature level in the reactor 3 begins to rise. As a result of the natural circulation of the coolant through pipelines 5, 6 through the radiator 7 and the emergency heat exchanger 4, an increase in temperature in the reactor 3 causes an increase in the temperature of the coolant in the column 11. An increase in the temperature of the column 11 causes its temperature extension, causing the radiator 7 supported on it to move in the housing 8 . At the same time, the column 11 and the radiator 7 interact with the stops 20, 21 of the grilles 16 and 17, respectively, as a result of which the columns 11, the radiator 7 and the grilles 16, 17 move together inside case 8 with the accumulation of energy by elastic elements 18, 19.

В результате этого перемещения совпадают окна решеток 14, 15 и воздух из атмосферы через воздуховод 9 поступает в корпус 8, где снимает тепло с радиатора 7, и, нагретый, естественным образом выбрасывается в атмосферу через воздуховод 10. При этом, в результате дополнительного охлаждения теплоносителя в радиаторе 7, усиливается расход естественной циркуляции по трубопроводам 5, 6 через аварийный темплообменник 4 и радиатор 7, т. е. растет мощность отводимой от реактора 3 каналом системы аварийного расхолаживания. Процесс продолжается до установления стационарного режима, при котором происходит расхолаживание реактора. As a result of this movement, the windows of the grilles 14, 15 coincide and the air from the atmosphere through the duct 9 enters the casing 8, where it removes heat from the radiator 7, and the heated one is naturally released into the atmosphere through the duct 10. Moreover, as a result of additional cooling of the coolant in the radiator 7, the flow of natural circulation through the pipelines 5, 6 through the emergency heat exchanger 4 and the radiator 7 is increased, that is, the power of the emergency cooling system removed from the reactor 3 increases. The process continues until a stationary regime is established, in which the reactor cools down.

Перемещение радиатора 7 относительно корпуса 8 определяется высотой колонны 11 и разницей в уровнях температуры колонны 11 в состоянии работы системы аварийного расхолаживания и при нормальной работе реактора. Высота колонны 11 назначается при проектировании из условия достижения необходимого расхода естественной циркуляции через радиатор, а разность уровней температур обычно близка к подогреву теплоносителя в активной зоне реактора 3. Для реальной конструкции это перемещение не менее 100 мм. The movement of the radiator 7 relative to the housing 8 is determined by the height of the column 11 and the difference in temperature levels of the column 11 in the state of operation of the emergency cooling system and during normal operation of the reactor. The height of the column 11 is assigned when designing from the condition of achieving the required flow rate of natural circulation through the radiator, and the temperature level difference is usually close to heating the coolant in the reactor core 3. For a real design, this movement is not less than 100 mm.

По окончании процесса расхолаживания, вслед за уменьшением температуры колонны 11 и вызванным этим сокращением ее длины, решетки 16, 17 под действием веса и упругих элементов 18, 19, опускаясь, перекрывают окна решеток 14, 15. В результате уменьшается расход воздуха через корпус 8 и, соответственно, снижается мощность канала системы аварийного расхолаживания вплоть до исходного состояния (до уровня потерь с трубопроводов 5, 6 и радиатора 7 через теплоизоляцию в здание 1). At the end of the cooling process, following the decrease in the temperature of the column 11 and the resulting reduction in its length, the grilles 16, 17 under the influence of weight and elastic elements 18, 19, lowering, overlap the windows of the grilles 14, 15. As a result, the air flow through the housing 8 and decreases accordingly, the channel power of the emergency cooling system is reduced up to the initial state (to the level of losses from pipelines 5, 6 and radiator 7 through thermal insulation to building 1).

Таким образом система аварийного расхолаживания по данному изобретению для включения в работу не требует срабатывания каких-либо активных элементов или действий оператора, включение в работу происходит естественным образом при изменении теплового состояния реактора. Thus, the emergency cooling system according to this invention for inclusion in the work does not require the operation of any active elements or operator actions, the inclusion in the work occurs naturally when the thermal state of the reactor changes.

Следует отметить, что наличие электрообогрева на трубопроводах 5, 6 позволяет, в случае необходимости, (например, для проверки работоспособности системы) включить систему аварийного расхолаживания в работу при нормально работающем реакторе. Для этого следует лишь поднять температуру колонный с помощью электронагревателей. It should be noted that the presence of electric heating on pipelines 5, 6 allows, if necessary (for example, to check the system’s operability), to turn on the emergency cooling system during normal operation of the reactor. To do this, you only need to raise the column temperature using electric heaters.

Сравнение с прототипом показывает, что, во-первых, система аварийного расхолаживания по данному изобретению позволяет значительно уменьшить тепловые потери при нормальной работе реактора, во-вторых, система не содержит активных элементов, срабатывает автоматически вслед за изменением температурного состояния реактора, что значительно повышает безопасность реактора. Comparison with the prototype shows that, firstly, the emergency cooling system according to this invention can significantly reduce heat loss during normal operation of the reactor, and secondly, the system does not contain active elements, it works automatically after a change in the temperature state of the reactor, which significantly increases safety the reactor.

Claims

An emergency cooldown system for a nuclear reactor containing an emergency heat exchanger installed in the reactor, connected by pipelines to a radiator, located inside the housing attached to the reactor building, equipped with inlet and outlet ducts with dampers, characterized in that one of the pipelines connecting the emergency heat exchanger to the radiator is on a vertical the site is made in the form of a column installed in the reactor building, which is the radiator support, which is located in the housing with gaps, allowing them mutual movement, moreover, the air duct flaps are made in the form of paired gratings, one of which is connected to the radiator body, and the second is made with the possibility of movement with the column and radiator relative to the radiator case.