RU2192054C2

RU2192054C2 - Nuclear power plant

Info

Publication number: RU2192054C2
Application number: RU2000110891/06A
Authority: RU
Inventors: В.А. Волков (RU); В.А. Волков; Б.И. Нигматулин (RU); Б.И. Нигматулин; К.И. Сопленков (RU); К.И. Сопленков; Вадим Григорьевич Селиванов (UA); Вадим Григорьевич Селиванов; А.Л. Воронин (RU); А.Л. Воронин
Original assignee: Волков Вячеслав Алексеевич
Priority date: 2000-05-04
Filing date: 2000-05-04
Publication date: 2002-10-27

Abstract

FIELD: nuclear power engineering; emergency shutdown facilities of nuclear reactors. SUBSTANCE: nuclear power plant has VVER-440 or VVER-1000 reactor with parallel- connected circulating loops incorporating steam generator, hot- and cold- coolant pipelines with uptake and downtake sections and drain pipes inbetween, boric acid feeding pipelines, each communicating with cold-coolant pipeline of circulating loop, and jet pumps mounted in gap of each boric acid feeding pipeline, their ejected-flow handling inlets being connected to drain pipes; jet pumps are provided with bypass ducts equipped with normally open remote-control valves; flow section diameters of these ducts are at least equal to those of boric acid feeding pipelines. EFFECT: enhanced operating reliability. 6 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к атомной энергетике, в частности к ядерным энергетическим установкам с водо-водяными реакторами. The invention relates to nuclear energy, in particular to nuclear power plants with water-cooled reactors.

Известна ядерная энергетическая установка, содержащая ядерный реактор, параллельно подключенные к реактору циркуляционные петли, включающие парогенератор, главный циркуляционный насос, горячий и холодный трубопроводы, а также трубопроводы подачи раствора борной кислоты в петлю при авариях, связанных о разуплотнением петли и потерей теплоносителя. (см. "Безопасность ядерных энергетических установок", О. Б. Самойлов, Г.Б. Усынин, А.М. Бахметьев. М. , 3нергоатомиздат, 1989 г., стр. 280). Указанная ядерная энергетическая установка в условиях аварии недостаточно надежна так как в ее циркуляционной петле, имеющей последовательные опускные и подъемные участки, обрадуются гидрозатворы, препятствующие выравниванию давления в верхней и нижней частях корпуса реактора, что на аварийных режимах с потерей теплоносителя может привести к опусканию уровня воды в реакторе, обнажению части активной зоны и ее перегреву выше допустимых температур. A nuclear power plant is known that contains a nuclear reactor, circulation loops connected in parallel to the reactor, including a steam generator, a main circulation pump, hot and cold pipelines, as well as pipelines for supplying a boric acid solution to the loop in case of accidents involving loosening of the loop and loss of coolant. (see. "Safety of Nuclear Power Plants", O. B. Samoilov, G. B. Usynin, A. M. Bakhmetyev. M., 3 Energoatomizdat, 1989, p. 280). The specified nuclear power plant in an accident is not reliable enough because in its circulation loop, which has successive lowering and lifting sections, water locks will form that impede equalization of pressure in the upper and lower parts of the reactor vessel, which in emergency conditions with loss of coolant can lead to lowering of the water level in the reactor, exposure of part of the core and its overheating above permissible temperatures.

Известна также ядерная энергетическая установка, содержащая ядерный реактор, о параллельно подключенными циркуляционными петлями, включающими парогенератор, горячий и холодный трубопроводы с подъемными и опускными участками, трубопроводы подачи раствора борной кислоты, каждый ив которых соединен с холодным трубопроводом циркуляционной петли, и струйные насосы, установленные в разрыв каждого трубопровода подачи раствора борной кислоты, ко входу которых по инжектируемым потокам подключены дренажные трубки.(см. авторское свидетельство СССР 10984436, МКИ G 21 С 15/18 от 1991 г.). Хотя струйные насосы и позволяют в этой установке удалять воду ив гидрозатворов, но их наличие повышает гидравлическое сопротивление трубопровода подачи раствора борной кислоты. При высоких давлениях теплоносителя в циркуляционных петлях, когда нет необходимости удалять воду из гидрозатворов, напор насоса подачи раствора борной кислоты, установленного на действующих ядерных энергетических установках, недостаточен для эффективной подачи раствора, что снижает надежность и безопасность эксплуатации установки. A nuclear power plant containing a nuclear reactor is also known, with circulating loops connected in parallel, including a steam generator, hot and cold pipelines with lifting and lowering sections, boric acid solution supply pipelines, each of which will be connected to a cold loop loop pipeline, and jet pumps installed into the rupture of each pipeline for supplying a solution of boric acid, to the inlet of which drain pipes are connected via injected flows (see copyright certificate about the USSR 10984436, MKI G 21 C 15/18 from 1991). Although jet pumps make it possible to remove water from hydraulic locks in this installation, their presence increases the hydraulic resistance of the boric acid solution supply line. At high coolant pressures in the circulation loops, when there is no need to remove water from the hydraulic locks, the pressure of the boric acid solution feed pump installed in existing nuclear power plants is insufficient for efficient solution supply, which reduces the reliability and safety of the installation.

Ввиду совпадения большинства существенных признаков предлагаемого устройства с существенными признаками известного, последнее выбрано в качестве прототипа. Due to the coincidence of most of the essential features of the proposed device with the essential features of the known, the latter is selected as a prototype.

В основу настоящего изобретения положена задача обеспечение работы установки на всех возможных режимах эксплуатации, снижения энергозатрат и металлоемкости вспомогательного оборудования и исключение усугубления аварийных ситуаций на отдельных нештатных режимах работы. The basis of the present invention is the task of ensuring the operation of the installation in all possible operating modes, reducing energy consumption and metal consumption of auxiliary equipment and eliminating the aggravation of emergency situations in individual emergency operating modes.

Указанная задача решается благодаря тому, что в ядерной энергетической установке, содержащей ядерный реактор, с параллельно подключенными циркуляционными петлями, включающими парогенератор, горячий и холодный трубопроводы с подъемными и опускными участками, между которыми установлены дренажные патрубки, трубопроводы подачи раствора борной кислоты, каждый ив которых соединен с холодным трубопроводом циркуляционной петли, и струйные насосы, установленные в разрыв каждого трубопровода подачи раствора борной кислоты, ко входу которых по ижектируемым потокам подключены дренажные трубки, струйные насосы снабжены байпасными каналами, которые содержат нормально открытые клапаны и имеют диаметры проходных сечений, равные, по крайней мере, диаметрам проходных сечений трубопроводов подачи раствора борной кислоты. This problem is solved due to the fact that in a nuclear power plant containing a nuclear reactor, with parallel connected circulation loops, including a steam generator, hot and cold pipelines with lifting and lowering sections, between which drainage pipes are installed, pipelines for supplying boric acid solution, each of which connected to the cold loop circulation pipe, and jet pumps installed in the gap of each boric acid solution supply pipe, to the inlet of which drain pipes are connected to the injected flows, jet pumps are equipped with bypass channels that contain normally open valves and have flow diameters equal to at least the diameters of the flow cross sections of the boric acid solution supply pipelines.

Целесообразно, для упрощения эксплуатации, нормально открытые клапаны байпасных каналов выполнить дистанционно управляемыми. It is advisable, to simplify operation, normally open valves of the bypass channels to perform remotely controlled.

Целесообразно, для упрощения конструкции соединения и соблюдения мер безопасности, байпасными каналами соединить трубопроводы перед патрубками входа ижектирующих потоков и за патрубками выхода струйных насосов. It is advisable, to simplify the design of the connection and compliance with safety measures, bypass channels to connect pipelines in front of the inlet of the inlet flows and behind the outlet of the jet pumps.

Целесообразно, для повышения безопасности эксплуатации установки, байпасными каналами снабдить струйные насосы, входы которых по инжектируемому потоку подключены к другой циркуляционной петле. It is advisable to increase the safety of operation of the installation, to provide bypass channels to jet pumps, the inputs of which are connected to another circulation loop through the injected stream.

Целесообразно, для упрощения эксплуатации, нормально открытые клапаны байпасных каналов струйных насосов, входы которых по инжектируемому потоку подключены к другой циркуляционной петле, выполнить дистанционно управляемыми. It is advisable to simplify the operation, normally open valves of the bypass channels of jet pumps, the inputs of which are injected to another circulation loop through an injected flow, can be remotely controlled.

Целесообразно, для упрощения конструкции соединения и соблюдения мер безопасности, байпасными каналами соединить трубопроводы перед патрубками входа инжектирующих потоков и за патрубками выхода струйных насосов, входы которых по инжектируемому потоку подключены к другой циркуляционной петле. It is advisable, to simplify the design of the connection and compliance with safety measures, bypass channels to connect pipelines in front of the inlet ports of the injection flows and behind the outlet pipes of the jet pumps, the inlets of which are connected to another circulation loop through the injected stream.

Особенностью предложенной установки по сравнению с прототипом является то, что струйные насосы снабжены байпасными каналами, которые содержат нормально открытые клапаны и имеют диаметры проходных сечений, равные, по крайней мере, диаметрам проходных сечений трубопроводов подачи раствора борной кислоты. A feature of the proposed installation in comparison with the prototype is that the jet pumps are equipped with bypass channels, which contain normally open valves and have diameters of the bore sections equal to at least the diameters of the bore sections of the boric acid solution supply pipelines.

Особенностью предложенной установки является также то, что нормально открытые клапаны байпасных каналов выполнены дистанционно управляемыми. A feature of the proposed installation is that normally open bypass valves are remotely controlled.

Особенностью предложенной установки является также то, что байпасные каналы соединяют трубопроводы перед патрубками входа инжектирующих потоков и за патрубками выхода струйных насосов. A feature of the proposed installation is also that bypass channels connect pipelines in front of the inlet ports of the injection flows and behind the outlet pipes of the jet pumps.

Особенностью предложенной установки является также то, что байпасными каналами снабжены струйные насосы, входы которых по инжектируемому потоку подключены к другой циркуляционной петле. A feature of the proposed installation is also that bypass channels are equipped with jet pumps, the inputs of which are connected to another circulation loop through the injected stream.

Особенностью предложенной установки является также то, что нормально открытые клапаны байпасных каналов струйных насосов, входы которых по инжектируемому потоку подключены к другой циркуляционной петле, выполнены дистанционно управляемыми. A feature of the proposed installation is also that normally open valves of the bypass channels of jet pumps, the inputs of which are connected to another circulation loop through the injected flow, are remotely controlled.

Особенностью предложенной установки является также то, что байпасные каналы соединяют трубопроводы перед патрубками входа инжектирующих потоков и за патрубками выхода струйных насосов, входы которых по инжектируемому потоку подключены к другой циркуляционной петле. A feature of the proposed installation is also that bypass channels connect the pipelines in front of the inlet ports of the injection flows and behind the outlet pipes of the jet pumps, the inlets of which are connected to another circulation loop through the injected stream.

На фиг. 1 изображена схема установки с подключением дренажного патрубка циркуляционной петли к соответствующему струйному насосу. In FIG. 1 shows the installation diagram with the connection of the drainage pipe of the circulation loop to the corresponding jet pump.

На фиг. 2 изображена схема установки о подключением дренажного патрубка одной петли к струйному насосу другой циркуляционной петли. In FIG. 2 shows the installation diagram of connecting the drain pipe of one loop to the jet pump of the other circulation loop.

Установка содержит водо-водяной реактор 1 (см. фиг.1) с активной зоной 2, размещенной в его корпусе, к нижней 3 и верхней 4 частям которого подключены холодные 5 и горячие 6 трубопроводы циркуляционных петель 7 и 8. Каждая из петель, например петля 7, содержит парогенератор 9, насос 10 и соединяющие их трубопроводы с последовательно включенными подъемными 11 и 12 и опускными 13 и 14 участками. Между подъемным 11 и опускным 13 участками холодного трубопровода 5 на трубопроводе 15, соединяющим эти участки, имеется дренажный патрубок 16. Между подъемным 12 и опускным 14 участками горячего трубопровода 6 на трубопроводе 17, соединяющим эти участки, расположен дренажный патрубок 18. Дренажные патрубки 16 и 18 могут служить для ликвидации гидрозатворов или для выравнивания давлений в нижней 3 и верхней 4 частях корпуса реактора 1. Дренажные патрубки 16, 18 подключены через патрубок 19 инжектируемого потока к струйному насосу 20, установленному на трубопроводе 21 (высокого давления) подачи раствора борной кислоты в неотсекаемую часть 22 холодного трубопровода 5 петли 7. При этом сам струйный насос 20 снабжен байпасным (обводным) каналом 23, который содержит дистанционно управляемый клапан 24 и имеет диаметр проходного сечения равный, по крайней мере, диаметру проходного сечения трубопровода 21 подачи раствора борной кислоты. Перед патрубком 19 инжектируемого потока струйного насоса 20, на дренажных патрубках 16 и 18 установлены обратные клапаны 25 и 26 соответственно. Струйный насос 20 выполнен в виде эжектора либо в виде струйного смесителя. Любой ив указанных вариантов выполнения обеспечивает не только отсос инжектируемого потока (гидрозатвора), но и смешение потоков сред с различной температурой - относительно холодного раствора борной кислоты, поступающего в патрубок 27, рабочей среды струйного насоса 20 и воды, отсасываемой из мест образования гидрозатворов в петлях 5,6, имеющих более высокую температуру. В результате перемешивания температура потока, поступающего из камеры смешения насоса 20 в его напорный патрубок 28, повышается, благодаря чему уменьшается опасность возникновения термоудара в момент ввода сравнительно холодной жидкости в каналы активной зоны 2, перегретой в результате оголения значительной ее части при аварии с утечкой теплоносителя. The installation contains a water-water reactor 1 (see Fig. 1) with an active zone 2 located in its body, to the lower 3 and upper 4 parts of which are connected cold 5 and hot 6 pipelines of circulation loops 7 and 8. Each of the loops, for example the loop 7 contains a steam generator 9, a pump 10 and pipelines connecting them with successively connected lifting 11 and 12 and lowering 13 and 14 sections. Between the lifting 11 and the lowering 13 sections of the cold pipe 5 on the pipe 15 connecting these sections, there is a drainage pipe 16. Between the lifting 12 and the lowering 14 sections of the hot pipeline 6 on the pipe 17 connecting these sections, there is a drainage pipe 18. Drainage pipes 16 and 18 can serve to eliminate hydraulic locks or to balance the pressures in the lower 3 and upper 4 parts of the reactor vessel 1. Drainage pipes 16, 18 are connected through the pipe 19 of the injected flow to the jet pump 20 mounted on the pipe the line 21 (high pressure) of the boric acid solution supply into the non-cut-off part 22 of the cold pipe 5 of the loop 7. In this case, the jet pump 20 is equipped with a bypass (bypass) channel 23, which contains a remotely controlled valve 24 and has a passage diameter equal to at least , the diameter of the bore of the pipeline 21 of the boric acid solution. In front of the nozzle 19 of the injected stream of the jet pump 20, check valves 25 and 26, respectively, are installed on the drain pipes 16 and 18. The jet pump 20 is made in the form of an ejector or in the form of a jet mixer. Any willow of the indicated embodiments provides not only the suction of the injected flow (water trap), but also the mixing of media flows with different temperatures - relatively cold boric acid solution entering the pipe 27, the working medium of the jet pump 20 and water sucked out from the places of the formation of water traps in the loops 5.6 having a higher temperature. As a result of mixing, the temperature of the flow coming from the mixing chamber of the pump 20 into its discharge pipe 28 rises, thereby reducing the risk of thermal shock at the time of the entry of a relatively cold liquid into the channels of the active zone 2, which overheated as a result of exposing a significant part of it in an accident with a coolant leak .

Возможен вариант выполнения установки, при котором дренажные патрубки 16, 18 петли 7 подключены к трубопроводу 29 (см. фиг.2) подачи раствора борной кислоты другой петли 8. В этом случае дренажные патрубки 30 и 31 подключены к патрубку 19 инжектируемого потока струйного насоса 20, а дренажные патрубки 16 и 18 подключены к патрубку 32 инжектируемого потока струйного насоса 33. An embodiment of the installation is possible in which the drainage pipes 16, 18 of the loop 7 are connected to the pipe 29 (see FIG. 2) for feeding the boric acid solution of the other loop 8. In this case, the drainage pipes 30 and 31 are connected to the pipe 19 of the injection stream of the jet pump 20 and the drain pipes 16 and 18 are connected to the pipe 32 of the injected stream of the jet pump 33.

Ядерная энергетическая установка работает следующим образом. A nuclear power plant operates as follows.

При нормальном режиме работы установки теплоноситель (вода) подается из парогенератора 9 с помощью насоса 10 по холодному трубопроводу 5 петли в нижнюю часть 3 корпуса реактора 1. При прохождении через каналы активной зоны 2 теплоноситель нагревается и выходит из верхней части 4 корпуса реактора 1 по горячему трубопроводу 6 петли 7 в парогенератор 9. Работа циркуляционных петель 8 и остальных, не показанных на чертеже, с входящим в них оборудованием, аналогична работе оборудования петли 7. In the normal operating mode of the installation, the coolant (water) is supplied from the steam generator 9 by means of a pump 10 through a cold pipe 5 loop to the lower part 3 of the reactor vessel 1. When passing through the channels of the active zone 2, the coolant is heated and exits from the upper part 4 of the reactor vessel 1 pipeline 6 loop 7 to the steam generator 9. The operation of the circulation loops 8 and the rest, not shown in the drawing, with the equipment included in them, is similar to the operation of the equipment of the loop 7.

В случае аварии, связанной с разуплотнением (разрывом) трубопроводов циркуляционных петель и потерей теплоносителя, после включения средств подачи раствора борной кислоты (на фиг.1 и 2 не показаны), раствор по байпасному каналу 23, через нормально открытый дистанционно управляемый клапан 24 и частично через струйный насос 20, при закрытых обратных клапанах 25 и 26 поступает в холодный трубопровод 5. Гидросопротивление магистрали подачи раствора борной кислоты при этом не превышает гидросопротивление трубопровода 21, поскольку площади проходных сечений магистрали равны или больше площади проходного сечения трубопровода 21. Раствора при этом будет подаваться с максимальным давлением, на которое рассчитаны средства его подачи. In the event of an accident associated with the decompaction (rupture) of the pipelines of the circulation loops and the loss of coolant, after turning on the means for supplying the boric acid solution (not shown in Figs. 1 and 2), the solution is supplied through the bypass channel 23, through a normally open remote-controlled valve 24 and partially through the jet pump 20, when the check valves 25 and 26 are closed, it enters the cold pipeline 5. The hydraulic resistance of the boric acid solution supply line does not exceed the hydraulic resistance of the pipeline 21, since the passage areas the cross sections of the pipeline are equal to or greater than the area of the passage section of the pipeline 21. The solution will be supplied with the maximum pressure for which the means of supply are designed.

По мере развития аварии, когда потеря теплоносителя вызывает повышение температуры в активной зоне 2 реактора 1, клапан 24, наряду с клапанами 25 и 26, служат средствами регулирования температуры раствора борной кислоты, подаваемой в реактор, что позволяет снижать температурные напряжения оборудования. Увеличивая гидравлическое сопротивление байпасного канала 23 путем перекрытия части его сечения клапаном 24, можно перераспределить соотношения потоков раствора борной кислоты и теплоносителя из холодной 5 и горячей 6 циркуляционных петель 7, 8 реактора 1 и тем самым повышать температуру раствора борной кислоты, поступающей в реактор 1. Дополнительно изменяя гидравлические сопротивления каналов 16, 18 (или каждого в отдельности) клапанами 25, 26, можно, смешивая потоки и регулируя расходы, заранее приготавливать теплоноситель определенной температуры, который уже затем подмешивать в определенных пропорциях (зависящих от положения клапана 24) к раствору борной кислоты. As the accident develops, when the loss of coolant causes an increase in temperature in the core 2 of reactor 1, valve 24, along with valves 25 and 26, serve as a means of controlling the temperature of the boric acid solution supplied to the reactor, which reduces the temperature stresses of the equipment. Increasing the hydraulic resistance of the bypass channel 23 by blocking part of its cross section with the valve 24, it is possible to redistribute the ratio of the fluxes of boric acid solution and coolant from cold 5 and hot 6 circulation loops 7, 8 of reactor 1 and thereby increase the temperature of the boric acid solution entering reactor 1. Additionally, changing the hydraulic resistance of the channels 16, 18 (or each individual) by valves 25, 26, it is possible, by mixing the flows and adjusting the flow rates, to pre-prepare the coolant at a certain rate ture, which has then admixed in specific proportions (depending on the position of the valve 24) to a solution of boric acid.

По дальнейшем снижении давления в циркуляционной петле 7 и появлении пара в подъемных 11, 12 и опускных 13, 14 участках петли 7 образуются гидрозатворы, В этом случае о помощью системы управления установки закрываются клапаны 24 и при открытых клапанах 25, 26 (или только 25) раствор борной кислоты начинает поступать только в струйный насос 20. Вода из нижней части гидрозатворов с помощью струйного насоса 20 через патрубок 19 инжектируемого потока удаляется из гидрозатворов и возвращается в циркуляционную петлю. Отсутствие воды в гидрозатворах обеспечивает выравнивание давлений в активной зоне 2 реактора 1, предотвращает вытеснение из нее воды и связанное с этим оголение верхней части зоны 2. With a further decrease in pressure in the circulation loop 7 and the appearance of steam in the lifting 11, 12 and lower 13, 14 sections of the loop 7, water locks are formed. In this case, valves 24 are closed using the control system of the installation and with valves 25, 26 open (or only 25) a solution of boric acid begins to flow only into the jet pump 20. Water from the bottom of the water traps using the jet pump 20 through the nozzle 19 of the injected stream is removed from the water traps and returned to the circulation loop. The lack of water in the hydraulic locks provides pressure equalization in the active zone 2 of the reactor 1, prevents the displacement of water from it and the associated exposure of the upper part of zone 2.

Использование предложенной ядерной энергетической установки позволяет обеспечить подачу раствора борной кислоты при оптимальной работе вспомогательного оборудования с устранением вредного влияния гидрозатворов на всех возможных аварийных режимах работы, что существенно повышает надежность и безопасность эксплуатации без повышения металлоемкости и энергоемкости вспомогательного оборудования. Using the proposed nuclear power plant allows for the supply of a boric acid solution with the optimal operation of auxiliary equipment, eliminating the harmful effects of hydraulic locks at all possible emergency operation modes, which significantly increases the reliability and safety of operation without increasing the metal and energy consumption of auxiliary equipment.

Claims

1. A nuclear power plant containing a nuclear reactor with parallel connected circulation loops, including a steam generator, hot and cold pipelines with lifting and lowering sections, between which drainage pipes, pipelines for supplying boric acid solution are installed, each of which is connected to a cold pipeline of the circulation loop, and jet pumps installed in the rupture of each pipeline for supplying a solution of boric acid, to the inlet of which drainage pipes are connected via injected flows tube, characterized in that the jet pumps are provided with bypass channels which comprise normally-open valves and flow sections have diameters equal to at least the diameter of the passage sections of pipelines feeding boric acid solution.

2. The nuclear power plant according to claim 1, characterized in that the normally open valves of the bypass channels are made remotely controlled.

3. The nuclear power plant according to claim 1, characterized in that the bypass channels connect the pipelines in front of the inlet ports of the injecting flows and behind the outlet pipes of the jet pumps.

4. The nuclear power plant according to claim 1, characterized in that the bypass channels are equipped with jet pumps, the inputs of which are connected to another circulation loop through the injected stream.

5. A nuclear power plant according to claim 4, characterized in that the normally open valves of the bypass channels are made remotely controlled.

6. A nuclear power plant according to claim 4, characterized in that the bypass channels connect the pipelines in front of the inlet ports of the injecting flows and behind the outlet pipes of the jet pumps.