RU2595639C2 - Система пассивного отвода тепла из внутреннего объема защитной оболочки - Google Patents

Система пассивного отвода тепла из внутреннего объема защитной оболочки Download PDF

Info

Publication number
RU2595639C2
RU2595639C2 RU2014148910/07A RU2014148910A RU2595639C2 RU 2595639 C2 RU2595639 C2 RU 2595639C2 RU 2014148910/07 A RU2014148910/07 A RU 2014148910/07A RU 2014148910 A RU2014148910 A RU 2014148910A RU 2595639 C2 RU2595639 C2 RU 2595639C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat exchanger
protective shell
heat
water
sections
Prior art date
Application number
RU2014148910/07A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2014148910A (ru
Inventor
Владимир Викторович Безлепкин
Сергей Евгеньевич Семашко
Игорь Михайлович Ивков
Сергей Борисович Алексеев
Теймураз Георгиевич Варданидзе
Юрий Юрьевич Петров
Александр Сергеевич Солодовников
Юрий Владимирович Крылов
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт энергетических технологий "АТОМПРОЕКТ" ("АО "АТОМПРОЕКТ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to RU2014148910/07A priority Critical patent/RU2595639C2/ru
Application filed by Акционерное общество "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт энергетических технологий "АТОМПРОЕКТ" ("АО "АТОМПРОЕКТ") filed Critical Акционерное общество "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт энергетических технологий "АТОМПРОЕКТ" ("АО "АТОМПРОЕКТ")
Priority to CN201580075448.2A priority patent/CN107210071B/zh
Priority to US15/532,850 priority patent/US10720250B2/en
Priority to EA201650101A priority patent/EA201650101A1/ru
Priority to KR1020177017874A priority patent/KR102198440B1/ko
Priority to JP2017549161A priority patent/JP6692827B2/ja
Priority to CA2969827A priority patent/CA2969827C/en
Priority to BR112017011934-0A priority patent/BR112017011934B1/pt
Priority to MYPI2017702043A priority patent/MY189838A/en
Priority to EP15866040.7A priority patent/EP3229239B1/en
Priority to HUE15866040A priority patent/HUE046234T2/hu
Priority to UAA201707011A priority patent/UA119890C2/ru
Priority to PCT/RU2015/000784 priority patent/WO2016089250A1/ru
Priority to ARP150103928A priority patent/AR102873A1/es
Priority to JOP/2015/0294A priority patent/JO3696B1/ar
Publication of RU2014148910A publication Critical patent/RU2014148910A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2595639C2 publication Critical patent/RU2595639C2/ru
Priority to ZA2017/04490A priority patent/ZA201704490B/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/18—Emergency cooling arrangements; Removing shut-down heat
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C1/00—Reactor types
    • G21C1/02—Fast fission reactors, i.e. reactors not using a moderator ; Metal cooled reactors; Fast breeders
    • G21C1/028—Fast fission reactors, i.e. reactors not using a moderator ; Metal cooled reactors; Fast breeders cooled by a pressurised coolant
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C13/00—Pressure vessels; Containment vessels; Containment in general
    • G21C13/02—Details
    • G21C13/032—Joints between tubes and vessel walls, e.g. taking into account thermal stresses
    • G21C13/036—Joints between tubes and vessel walls, e.g. taking into account thermal stresses the tube passing through the vessel wall, i.e. continuing on both sides of the wall
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C9/00—Emergency protection arrangements structurally associated with the reactor, e.g. safety valves provided with pressure equalisation devices
    • G21C9/004—Pressure suppression
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28C—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA COME INTO DIRECT CONTACT WITHOUT CHEMICAL INTERACTION
    • F28C3/00—Other direct-contact heat-exchange apparatus
    • F28C3/04—Other direct-contact heat-exchange apparatus the heat-exchange media both being liquids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D3/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium flows in a continuous film, or trickles freely, over the conduits
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/02—Arrangements or disposition of passages in which heat is transferred to the coolant; Coolant flow control devices
    • G21C15/14—Arrangements or disposition of passages in which heat is transferred to the coolant; Coolant flow control devices from headers; from joints in ducts
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21D—NUCLEAR POWER PLANT
    • G21D3/00—Control of nuclear power plant
    • G21D3/02—Manual control
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21D—NUCLEAR POWER PLANT
    • G21D3/00—Control of nuclear power plant
    • G21D3/04—Safety arrangements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Abstract

Изобретение относится к области атомной энергетики, а именно к системам пассивного отвода тепла из внутреннего объема защитной оболочки водо-водяного энергетического реактора (СПОТ ЗО), и предназначено для охлаждения защитной оболочки реактора путем естественной циркуляции охлаждающей воды в контуре системы. Система включает, по меньшей мере, один контур циркуляции охлаждающей воды, содержащий теплообменник внутри объема защитной оболочки, включающий верхний и нижний коллекторы, соединенные теплообменными трубками, подъемный и опускной трубопроводы, связанные с теплообменником, емкость запаса охлаждающей воды, размещенную выше теплообменника вне объема защитной оболочки и соединенную с опускным трубопроводом, паросбросное устройство, соединенное с подъемным трубопроводом. При этом верхний и нижний коллекторы теплообменника разбиты на секции теплообменных трубок, исходя из условия: L/D≤20, где L - длина секции коллектора, D - внутренний диаметр коллектора. Технический результат - повышение эффективности теплоотвода, устойчивости потока в контуре и, как следствие, надежности работы системы. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к области атомной энергетики, а именно к системам пассивного отвода тепла из внутреннего объема защитной оболочки водо-водяного энергетического реактора (СПОТ ЗО), и предназначено для охлаждения защитной оболочки реактора путем естественной циркуляции охлаждающей жидкости (воды) в контуре системы.
Из уровня техники известно множество конструкций систем отвода тепла из защитной оболочки реактора с использованием естественной циркуляции тепла.
В патенте РФ RU 2125744, G21C 15/18, 27.01.1999 раскрыта система для пассивной отвода тепла из внутреннего объема защитной конструкции ядерного реактора содержащая первый теплообменник, размещенный снаружи защитной конструкции, второй теплообменник, расположенный внутри защитной конструкции реактора. Первый и второй теплообменники гидравлически соединены друг с другом в замкнутом контуре с помощью труб, содержащих теплоноситель и проходящих через защитную конструкцию и вытяжную трубу сверху, сообщающуюся с внешней атмосферой. Система также включает резервуар, заполненный водой до заданного уровня, связанный с защитной конструкцией и расположенный вблизи ее верхней стены. Первый теплообменник погружен под воду в резервуаре и вытянут вертикально от основания, примыкающего ко дну резервуара, к верхнему участку, разделяя резервуар на две гидравлически связанные области. Резервуар снабжен перекрытием определяющим первый и второй каналы, каждый из которых перекрывает соответствующую область из областей, образованных первым вертикальным теплообменником, и соединен только с соответствующей областью. Один из каналов связан с наружным воздухозабором, а другой - с вытяжной трубой, а сообщение между каналами блокируется водой, находящейся в резервуаре, когда он заполнен до заданного уровня.
В патенте РФ RU 2302674, G21C 9/00, 10.07.2007 раскрыта система отвода тепла из защитной оболочки, содержащая смонтированный под защитной оболочкой теплообменник, вход и выход которого пропущены через защитную оболочку и подключены к замкнутому контуру циркуляции легкокипящего теплоносителя, включающему турбину с электрогенератором, расположенные под защитной оболочкой энергоблок с парогенератором и установки для обеспечения безопасности энергоблока, одна из которых имеет гидроустройство и пароводяную турбину. Теплообменник установлен под куполом защитной оболочки и выполнен в виде двухъярусно расположенных кольцеобразных труб, соединенных между собой C-образными оребренными трубками, концы которых направлены к стенке защитной оболочки и охватывают гидроустройство установки для обеспечения безопасности энергоблока.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является система СПОТ, раскрытая в патенте РФ на полезную модель RU 85029, G21C 15/18, 20.07.2009 и содержащая контур циркуляции теплоносителя, включающий по крайней мере один теплообменник, размещенный внутри объема защитной оболочки, и емкость с запасом теплоносителя, установленную выше теплообменника вне объема защитной оболочки, соединенные между собой подводящим и отводящим трубопроводами. Система также снабжена пароприемным устройством, установленным в емкости с запасом теплоносителя, гидравлически связанным с последней и соединенным с отводящим трубопроводом.
Недостатком известных устройств является возможность возникновения гидроударов в системе.
Задачей изобретения является создание системы для эффективного отвода тепла из защитной оболочки реактора.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности теплоотвода, устойчивости потока в контуре (отсутствие гидроударов) и, как следствие, надежности работы системы.
Указанный технический результат достигается за счет того, что система пассивного отвода тепла из внутреннего объема защитной оболочки водо-водяного энергетического реактора, включающая по меньшей мере один контур циркуляции охлаждающей воды, содержит теплообменник, размещенный внутри объема защитной оболочки и включающий верхний и нижний коллекторы, соединенные теплообменными трубками, подъемный и опускной трубопроводы, связанные с теплообменником, емкость запаса охлаждающей воды, размещенную выше теплообменника вне объема защитной оболочки и соединенную с опускным трубопроводом, паросбросное устройство, соединенное с подъемным трубопроводом, размещенное в емкости запаса воды и гидравлически связанное с последним. При этом верхний и нижний коллекторы теплообменника разбиты на секции теплообменных трубок, исходя из условия:
L/D≤20,
где L - длина секции коллектора;
D - внутренний диаметр коллектора,
причем конструкция подъемного трубопровода обеспечивает минимальную высоту тягового участка hту, удовлетворяющую условию:
Figure 00000001
Figure 00000002
где
Figure 00000003
- суммарное гидравлическое сопротивление контура;
hmo - высота теплообменника;
g - ускорение свободного падения;
Δρmy=ρхв-(ρ′(1-x)+ρ′′x);
Δρmo=ρхв-ρгв,
где ρхв - плотность воды в опускном трубопроводе;
ρгв - плотность воды в подъемном трубопроводе в диапазоне высот теплообменника;
ρ′, ρ′′ - плотность воды и пара в состоянии насыщения;
x - среднее массовое паросодержание двухфазной смеси в тяговом участке.
Указанный технический результат достигается также в частных вариантах реализации изобретения за счет того, что:
- система включает четыре канала, в каждом из которых установлены по четыре контура циркуляции охлаждающей воды,
- по крайней мере, часть подъемного трубопровода от верхних коллекторов секций теплообменников до паросбросного устройства выполнена с наклоном вверх относительно горизонтали на угол не менее 10°,
- подъемный трубопровод включает участки, выполненные с углом наклона относительно горизонтали менее 10°, при этом указанные участки имеют длину Lуч1 и внутренний диаметр Dуч1, удовлетворяющие следующему соотношению: Lуч1/Dуч1≤10,
- по крайней мере, часть опускного трубопровода выполнена с наклоном вниз относительно горизонтали на угол не менее 10°,
- опускной трубопровод включает участки, выполненные с углом наклона относительного горизонтали менее 10°, при этом указанные участки имеют длину Lуч2 и внутренний диаметр Dуч2, удовлетворяющие следующему соотношению: Lуч2/Dуч2≤10,
- высота теплообменных трубок обеспечивает выполнение условия наличия турбулентного режима конвекции на внешней поверхности теплообменника, при котором:
Ra>4·1012,
где
Figure 00000004
Ra - критерий Рэлея;
g - ускорение свободного падения;
l - характерный размер конструкции - высота трубок теплообменника;
ν - коэффициент кинематической вязкости паровоздушной среды;
ρw - плотность паровоздушной среды на наружной стенке трубчатки теплообменника;
ρзо - плотность паровоздушной среды в объеме защитной оболочки;
Figure 00000005
Dдиф - коэффициент диффузии пара;
- теплообменник размещен в подкупольном пространстве защитной оболочки,
- секция теплообменника имеет однорядный вертикальный пучок,
- в секции теплообменника шаг между соседними трубками удовлетворяет условию эквивалентной плоской стенки.
В настоящей заявке тяговым участком называется часть подъемного трубопровода, в котором теплоноситель находится в виде пароводяной (двухфазной) смеси со средним массовым паросодержанием x. Данный участок называется «тяговым», потому что он вносит основной вклад в развитие естественной циркуляции в контуре и определяет ее интенсивность.
Проведенные эксперименты показали, что указанные соотношения параметров системы обеспечивают наиболее эффективный теплоотвод без возникновения гидроударов и пульсаций расхода теплоносителя благодаря выбору наилучших геометрических характеристик системы - соотношения длины и внутреннего диаметра секций коллекторов теплообменника, длины тягового участка контура циркуляции, высоты теплообменных трубок и оптимального размещения теплообменников системы в объеме защитной оболочки.
Выбор соотношения длины секции и внутреннего диаметра коллекторов теплообменника выполнялся исходя из условия минимизации неравномерности распределения расходов теплоносителя по трубкам теплообменника, т.е. снижения, так называемого «коллекторного эффекта». Обеспечение равномерного распределения потока по трубчатке является одним из главных условий по повышению энергетической эффективности и производительности теплообменных аппаратов. Одним из способов улучшения распределения теплоносителя по каналам коллекторных теплообменников является снижение потерь давления по ходу среды в коллекторе. Это достигается путем снижения длины коллектора и увеличения его внутреннего диаметра в пределах возможностей технологического изготовления аппарата и других его конструкционных особенностей. Для коллекторов, удовлетворяющих соотношению L/D≤20 потери давления по длине коллектора являются минимальными, а распределение расходов теплоносителя по трубкам теплообменника наиболее равномерным. При превышении указанного критерия равномерность распределения среды по каналам теплообменника ухудшается, что вызывает возникновение неустойчивости и пульсаций в общем расходе теплоносителя и, как следствие, снижение тепловой мощности теплообменника.
Конструкция изобретения пояснена чертежами, где:
на фиг. 1 показана конструкция контура циркуляции охлаждающей воды;
на фиг. 2 показана экспериментальная зависимость мощности контура охлаждения СПОТ ЗО от давления парогазовой среды в емкости;
на фиг. 3 показана расчетная зависимость давления и температуры от времени в процессе аварии.
Заявленная система представляет собой совокупность контуров циркуляции охлаждающей воды. В предпочтительном варианте реализации изобретения заявленная система состоит из четырех полностью независимых друг от друга каналов, в каждом из которых установлены четыре таких контура циркуляции.
Контур циркуляции (фиг. 1) содержит теплообменник (1), размещенный внутри объема защитной оболочки (в подкупольном пространстве) и включающий верхний (2) и нижний (3) коллекторы, соединенные теплообменными трубками (4), образующими однорядный вертикальный теплообменный пучок. К теплообменнику (1) подключены подъемный (5) и опускной (6) трубопроводы. Над теплообменником вне объема защитной оболочки размещена емкость (7) запаса охлаждающей воды (бак аварийного отвода тепла (БАОТ)), соединенная с опускным трубопроводом (6). При этом к подъемному трубопроводу (5) подключено паросбросное устройство (8), размещенное в емкости (7) запаса воды и гидравлически связанное с ней. Паросбросное устройство (8) предназначено для исключения конденсационных гидроударов и повышенного уровня вибрации в подъемном трубопроводе (5) системы. Для обеспечения выполнения этих функций на подъемной трубе паросбросного устройства (8) имеется соединительное отверстие.
Верхний (2) и нижний (3) коллекторы теплообменника разбиты на секции теплообменных трубок, исходя из условия:
L/D≤20,
где L - длина секции коллектора;
D - внутренний диаметр коллектора,
при этом конструкция подъемного трубопровода обеспечивает минимальную высоту тягового участка hту, удовлетворяющую условию:
Figure 00000006
Figure 00000007
где
Figure 00000008
- суммарное гидравлическое сопротивление контура;
hmo - высота теплообменника;
g - ускорение свободного падения;
Δρmy=ρхв-(ρ′(1-x)+ρ′′x);
Δρmo ρхв-ρгв,
ρхв - плотность воды в опускном трубопроводе;
ρгв - плотность воды в подъемном трубопроводе в диапазоне высот теплообменника;
ρ′, ρ′′ - плотности воды и пара в состоянии насыщения;
x - среднее массовое паросодержание двухфазной смеси в тяговом участке.
Секция теплообменника имеет однорядный вертикальный пучок. Шаг между соседними трубками секции, предпочтительно, удовлетворяет условию эквивалентной плоской стенки.
В предпочтительном варианте реализации высота теплообменных трубок обеспечивает выполнение условия наличия турбулентного режима конвекции на внешней поверхности теплообменника, при котором:
Ra>4·1012,
где
Figure 00000009
Ra - критерий Рэлея;
g - ускорение свободного падения;
l - характерный размер конструкции - высота трубок теплообменника;
ν - коэффициент кинематической вязкости паровоздушной среды;
ρw - плотность паровоздушной среды на наружной стенке трубчатки теплообменника;
ρзо - плотность паровоздушной среды в объеме защитной оболочки;
Figure 00000010
Dдиф - коэффициент диффузии пара.
Подъемный трубопровод от верхних коллекторов секций теплообменников до паросбросного устройства выполнен с наклоном вверх относительно горизонтали на угол не менее 10°, за исключением некоторых участков, выполненных с углом наклона менее 10°, имеющих длину Lуч1 и внутренний диаметр Dуч1, удовлетворяющих соотношению Lуч1/Dуч1≤10.
Опускной трубопровод выполнен с наклоном вниз относительно горизонтали на угол не менее 10°, за исключением отдельных участков, расположенных под углом менее 10° и имеющих длину и внутренний диаметр Dуч2, удовлетворяющих соотношению Lуч2/Dуч2≤10.
В частном варианте реализации изобретения для реакторной установки на Ленинградской АЭС-2 теплообменники (1) контуров расположены по периметру на внутренней стенке контайнмента над отметкой 49,3 м. Каждый теплообменник имеет площадь теплообмена 75 м2. Высота теплообменного пучка составляет 5 м и набрана из вертикальных трубок 38×3 мм. Общая площадь теплообменной поверхности каждого канала составляет 300 м2. Длина (L) верхней и нижней секций коллекторов теплообменника составляет 2755 мм. При этом наружный/внутренний диаметр (D) верхнего коллектора составляет 219/195 мм, нижнего коллектора - 194/174 мм.
Тепловая мощность системы выбрана из учета обеспечения снижения и поддержания в заданных проектом пределах давления внутри защитной оболочки при запроектных авариях реакторов, включая аварии с тяжелым повреждением активной зоны.
На подъемном (5) и опускном (6) трубопроводах установлена локализующая арматура (9) и (10), предназначенная для отсечения теплообменника (1) в случае его течи. Для предотвращения переопрессовки контуров СПОТ ЗО в случае аварийного закрытия отсечной арматуры установлены предохранительные клапаны (не показаны) со сбросом среды под уровень емкости (7).
Локализующая арматура и предохранительные клапаны располагаются в помещениях кольцевой обстройки наружной оболочки здания реактора на отметке +54,45 м.
Работа заявленной системы осуществляется за счет естественной циркуляции теплоносителя и не требует никаких действий по запуску. Тепловая энергия из защитной оболочки отводится за счет конденсации пара из паровоздушной смеси на наружной поверхности теплообменника (1), от которого путем естественной циркуляции теплоносителя передается в емкость запаса воды (7). Окончательный отвод тепла от емкости запаса воды к конечному поглотителю осуществляется путем выпаривания воды в емкости.
Из паросбросного устройства (8) теплоноситель поступает в объем емкости запаса охлаждающей воды (7), после чего охлажденный теплоноситель (вода) поступает по опускному трубопроводу (6) обратно в теплообменник (1). Таким образом, с помощью контура циркуляции путем выпаривания воды в емкости (7) осуществляется передача тепловой энергии от внутреннего объема защитной оболочки к конечному поглотителю - окружающей атмосфере.
Для экспериментального обоснования эффективности предлагаемой конструкции системы выполнен большой объем экспериментальных работ на нескольких экспериментальных установках.
Исследования проводились на полномасштабной модели контура охлаждения СПОТ ЗО, установленной на экспериментальном стенде ОАО ОКБМ Африкантов. Модель контура СПОТ ЗО включала в себя модель теплообменника-конденсатора, расположенные в емкости модели защитной оболочки штатные трубопроводы, а также штатное паросбросное устройство, расположенное в емкости с запасом воды.
Мощность теплосъема исследуемого контура охлаждения и параметры парогазовой среды в емкости максимально приближены к реальным условиям штатной системы в условиях аварии реакторов. Поэтому при практически полном соответствии по геометрическим и параметрическим характеристикам контура охлаждения СПОТ ЗО натурной конструкции контура охлаждения результаты исследований, полученные в модели контура охлаждения СПОТ ЗО, являются представительными и могут быть перенесены на штатный контур охлаждения СПОТ ЗО.
Проведенные испытания полномасштабной петли контура охлаждения СПОТ ЗО показали, что при максимальной температуре охлаждающей воды 100°C в емкости для охлаждающей воды и при заданной проектной мощности одной петли контура охлаждения давление в емкости не превышает предельного проектного давления в 500 кПа.
На фиг. 2 представлена экспериментальная зависимость мощности контура охлаждения СПОТ ЗО от давления парогазовой среды в емкости.
На фиг. 3 показано влияние функционирования СПОТ ЗО на параметры внутри защитной оболочки при запроектной аварии с разгерметизацией первого контура реакторной установки (течь большого диаметра) и отказом систем безопасности (линией I показаны параметры без работы СПОТ, а линией II - с работой СПОТ).
Проведенные испытания полномасштабной модели контура охлаждения СПОТ ЗО показали, что заданные проектные характеристики контура обеспечиваются как по эффективности теплоотвода, так и по устойчивости потока в контуре. Во всем диапазоне режима работы контура охлаждения - на мощности от исходного состояния до кипения воды - в емкости не наблюдалось гидроударов и вибраций элементов и конструкций испытуемого контура, которые могли бы повлиять на его работоспособность.
Таким образом, заявленная система позволяет поддерживать давление под оболочкой на уровне ниже расчетного без участия оператора в течение длительного времени и во всем спектре запроектных аварий, связанных с выходом массы и энергии под защитную оболочку.

Claims (10)

1. Система пассивного отвода тепла из внутреннего объема защитной оболочки водо-водяного энергетического реактора, включающая по меньшей мере один контур циркуляции охлаждающей воды, содержащий:
- теплообменник, размещенный внутри объема защитной оболочки и включающий верхний и нижний коллекторы, соединенные теплообменными трубками,
- подъемный и опускной трубопроводы, связанные с теплообменником,
- емкость запаса охлаждающей воды, размещенную выше теплообменника вне объема защитной оболочки и соединенную с опускным трубопроводом,
- паросбросное устройство, соединенное с подъемным трубопроводом, размещенное в емкости запаса воды и гидравлически связанное с последней, отличающаяся тем, что верхний и нижний коллекторы теплообменника разбиты на секции теплообменных трубок, исходя из условия:
L/D≤20,
где L - длина секции коллектора;
D - внутренний диаметр коллектора,
при этом конструкция подъемного трубопровода обеспечивает минимальную высоту тягового участка hту, удовлетворяющую условию:
Δ P с о п р к = Δ ρ m y g h m y + Δ ρ m o g h m o
Figure 00000011
 ,
h m y = ( Δ P с о п р к − Δ ρ m o g h m o ) / Δ ρ m y g
Figure 00000012
 ,
где Δ P с о п р к
Figure 00000013
 - суммарное гидравлическое сопротивление контура;
hmo - высота теплообменника;
g - ускорение свободного падения;
Δρmy=ρхв-(ρ′(1-x)+ρ′′x);
Δρmo=ρхв-ρгв;
ρхв - плотность воды в опускном трубопроводе;
ρгв - плотность воды в подъемном трубопроводе в диапазоне высот теплообменника;
ρ′, ρ′′ - плотности воды и пара в состоянии насыщения;
x - среднее массовое паросодержание двухфазной смеси в тяговом участке.
2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что она включает четыре канала, в каждом из которых установлены по четыре контура циркуляции охлаждающей воды.
3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что, по крайней мере, часть подъемного трубопровода от верхних коллекторов секций теплообменников до паросбросного устройства выполнена с наклоном вверх относительно горизонтали на угол не менее 10°.
4. Система по п. 3, отличающаяся тем, что подъемный трубопровод включает участки, выполненные с углом наклона относительно горизонтали менее 10°, при этом указанные участки имеют длину Lуч1 и внутренний диаметр Dуч1, удовлетворяющие соотношению Lуч1/Dуч1≤10.
5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что, по крайней мере, часть опускного трубопровода выполнена с наклоном вниз относительно горизонтали на угол не менее 10°.
6. Система по п. 5, отличающаяся тем, что опускной трубопровод включает участки, выполненные с углом наклона относительно горизонтали менее 10°, при этом указанные участки имеют длину Lуч2 и внутренний диаметр Dуч2, удовлетворяющие соотношению Lуч2/Dуч2≤10.
7. Система по п. 1, отличающаяся тем, что теплообменные трубки имеют высоту, обеспечивающую выполнение условия наличия турбулентного режима конвекции на внешней поверхности теплообменника, при котором:
Ra>4·1012,
где R a = g l 3 S c ν 2 ⋅ ρ w − ρ з о ρ з о
Figure 00000014
 ;
Ra - критерий Рэлея;
g - ускорение свободного падения;
l - характерный размер конструкции - высота трубок теплообменника;
ν - коэффициент кинематической вязкости паровоздушной среды;
ρw - плотность паровоздушной среды на наружной стенке трубчатки теплообменника;
ρзо - плотность паровоздушной среды в объеме защитной оболочки;
S c = ν D д и ф
Figure 00000015
 - число Шмидта;
Dдиф - коэффициент диффузии пара.
8. Система по п. 1, отличающаяся тем, что теплообменник размещен в подкупольном пространстве защитной оболочки.
9. Система по п. 1, отличающаяся тем, что секция теплообменника имеет однорядный вертикальный пучок.
10. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в секции теплообменника шаг между соседними трубками удовлетворяет условию эквивалентной плоской стенки.
RU2014148910/07A 2014-12-04 2014-12-04 Система пассивного отвода тепла из внутреннего объема защитной оболочки RU2595639C2 (ru)

Priority Applications (16)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014148910/07A RU2595639C2 (ru) 2014-12-04 2014-12-04 Система пассивного отвода тепла из внутреннего объема защитной оболочки
HUE15866040A HUE046234T2 (hu) 2014-12-04 2015-11-16 Rendszer passzív hõeltávolításra konténment-burkolaton belülrõl
EA201650101A EA201650101A1 (ru) 2014-12-04 2015-11-16 Система пассивного отвода тепла из внутреннего объема защитной оболочки
KR1020177017874A KR102198440B1 (ko) 2014-12-04 2015-11-16 격납용기 내부 수동 열제거 시스템
JP2017549161A JP6692827B2 (ja) 2014-12-04 2015-11-16 格納容器に内蔵の受動式除熱システム
CA2969827A CA2969827C (en) 2014-12-04 2015-11-16 Containment internal passive heat removal system
BR112017011934-0A BR112017011934B1 (pt) 2014-12-04 2015-11-16 Sistema de remoção passiva de calor interno de confinamento
MYPI2017702043A MY189838A (en) 2014-12-04 2015-11-16 Containment internal passive heat removal system
CN201580075448.2A CN107210071B (zh) 2014-12-04 2015-11-16 安全壳内部的非能动除热系统
US15/532,850 US10720250B2 (en) 2014-12-04 2015-11-16 Containment internal passive heat removal system
UAA201707011A UA119890C2 (ru) 2014-12-04 2015-11-16 Система пассивного отвода тепла из внутреннего объема защитной оболочки
PCT/RU2015/000784 WO2016089250A1 (ru) 2014-12-04 2015-11-16 Система пассивного отвода тепла из внутреннего объема защитной оболочки
EP15866040.7A EP3229239B1 (en) 2014-12-04 2015-11-16 System for passively removing heat from inside a containment shell
ARP150103928A AR102873A1 (es) 2014-12-04 2015-12-02 Sistema de evacuación pasiva del calor del volumen interno del recinto de contención
JOP/2015/0294A JO3696B1 (ar) 2014-12-04 2015-12-02 نظام للإزالة السلبية للحرارة من داخل غلاف حاوية حراري
ZA2017/04490A ZA201704490B (en) 2014-12-04 2017-07-03 System for passively removing heat from inside a containment shell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014148910/07A RU2595639C2 (ru) 2014-12-04 2014-12-04 Система пассивного отвода тепла из внутреннего объема защитной оболочки

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014148910A RU2014148910A (ru) 2016-06-27
RU2595639C2 true RU2595639C2 (ru) 2016-08-27

Family

ID=56092074

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014148910/07A RU2595639C2 (ru) 2014-12-04 2014-12-04 Система пассивного отвода тепла из внутреннего объема защитной оболочки

Country Status (15)

Country Link
US (1) US10720250B2 (ru)
EP (1) EP3229239B1 (ru)
JP (1) JP6692827B2 (ru)
KR (1) KR102198440B1 (ru)
CN (1) CN107210071B (ru)
AR (1) AR102873A1 (ru)
CA (1) CA2969827C (ru)
EA (1) EA201650101A1 (ru)
HU (1) HUE046234T2 (ru)
JO (1) JO3696B1 (ru)
MY (1) MY189838A (ru)
RU (1) RU2595639C2 (ru)
UA (1) UA119890C2 (ru)
WO (1) WO2016089250A1 (ru)
ZA (1) ZA201704490B (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200011863A (ko) 2017-11-30 2020-02-04 조인트 스탁 컴퍼니 “로제네르고아톰” 원자력 발전소의 수소폭발 방지를 제공하는 방법
RU2725161C1 (ru) * 2019-11-29 2020-06-30 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Охлаждаемая стенка токамака
RU2761866C1 (ru) * 2020-12-30 2021-12-13 Акционерное Общество "Атомэнергопроект" Способ мониторинга системы пассивного отвода тепла из внутреннего объема защитной оболочки и устройство для его осуществления
RU2789847C1 (ru) * 2019-09-11 2023-02-14 Центрум Гидроликехо Вызкуму Спол. С.Р.О. Система длительного отвода тепла из защитной оболочки

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108630327B (zh) * 2017-03-24 2023-08-25 国核示范电站有限责任公司 非能动安全壳换热器系统
CN111033824B (zh) 2017-08-18 2022-09-06 株式会社Lg新能源 锂二次电池用负极和包含其的锂二次电池
CN110116189A (zh) * 2018-02-06 2019-08-13 中国科学院金属研究所 一种核主泵壳体铸造过程中冒口的高效补缩方法
RU2687288C1 (ru) * 2018-08-16 2019-05-13 Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" Активная зона ядерного реактора
CN109387089B (zh) * 2018-10-17 2020-06-26 中广核工程有限公司 核电厂非能动冷凝器
CN109545401A (zh) * 2018-12-19 2019-03-29 岭东核电有限公司 一种铅基快堆堆外非能动余热排出系统
CN112595135A (zh) * 2020-12-09 2021-04-02 哈尔滨工程大学 一种消除蒸汽冷凝诱发水锤的非能动安全系统
CN113035393B (zh) * 2021-03-05 2022-11-18 哈尔滨工程大学 一种自驱动抽气式非能动安全壳排热系统
CN113237447B (zh) * 2021-04-21 2023-05-26 武汉钢铁有限公司 高炉炉缸侧壁碳砖厚度估算方法
CN113283189B (zh) * 2021-04-30 2022-07-26 西安交通大学 安全壳与非能动安全壳空气冷却系统跨维度耦合分析方法
CN114220573A (zh) * 2021-11-02 2022-03-22 中国核电工程有限公司 一种基于二次蒸发冷却的增强型非能动安全壳热量排出系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5126099A (en) * 1991-02-25 1992-06-30 General Electric Company Boiling water reactor plant with hybrid pressure containment cooling system
US5303274A (en) * 1993-01-21 1994-04-12 General Electric Company Retrofittable passive containment cooling system
RU96104459A (ru) * 1996-03-05 1998-03-20 Опытное Конструкторское Бюро "Гидропресс" Система пассивного отвода тепла от ядерной энергетической установки
RU2294503C1 (ru) * 2005-07-25 2007-02-27 Борис Ергазович Байгалиев Многосекционный теплообменник
RU85029U1 (ru) * 2009-02-26 2009-07-20 Открытое акционерное общество "Санкт-Петербургский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт "АТОМЭНЕРГОПРОЕКТ" (ОАО "СПбАЭП") Система пассивного отвода тепла из внутреннего объема защитной оболочки

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4502419A (en) * 1984-05-14 1985-03-05 Westinghouse Electric Corp. Discharge tube for inhibiting stratification in feedwater headers of a steam generator
ES2001332A6 (es) * 1985-07-02 1988-05-16 Framatome Sa Generador de vapor
US5612982A (en) * 1995-07-31 1997-03-18 Westinghouse Electric Corporation Nuclear power plant with containment cooling
JP4834349B2 (ja) * 2005-08-18 2011-12-14 株式会社東芝 原子炉格納容器冷却設備
CN101539287B (zh) * 2009-05-06 2011-01-05 清华大学 一种蒸汽发生器
US8702013B2 (en) * 2010-02-18 2014-04-22 Igor Zhadanovsky Vapor vacuum heating systems and integration with condensing vacuum boilers
RU98060U1 (ru) * 2010-05-31 2010-09-27 Негосударственное научно-образовательное учреждение "Саранский Дом науки и техники Российского Союза научных и инженерных общественных организаций" (ННОУ "Саранский Дом науки и техники РСНИИОО") Система теплоснабжения
JP2013088158A (ja) 2011-10-14 2013-05-13 Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd 原子力プラントの非常用復水システムとその運用方法
CN202855317U (zh) * 2012-09-04 2013-04-03 中科华核电技术研究院有限公司 一种非能动启动冷却系统
CN102903403B (zh) * 2012-09-27 2016-04-06 中国核电工程有限公司 一种能动与非能动相结合的堆芯注水热量导出装置
CN103267423A (zh) * 2013-05-10 2013-08-28 中国核电工程有限公司 核电站安全壳内的热交换器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5126099A (en) * 1991-02-25 1992-06-30 General Electric Company Boiling water reactor plant with hybrid pressure containment cooling system
US5303274A (en) * 1993-01-21 1994-04-12 General Electric Company Retrofittable passive containment cooling system
RU96104459A (ru) * 1996-03-05 1998-03-20 Опытное Конструкторское Бюро "Гидропресс" Система пассивного отвода тепла от ядерной энергетической установки
RU2294503C1 (ru) * 2005-07-25 2007-02-27 Борис Ергазович Байгалиев Многосекционный теплообменник
RU85029U1 (ru) * 2009-02-26 2009-07-20 Открытое акционерное общество "Санкт-Петербургский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт "АТОМЭНЕРГОПРОЕКТ" (ОАО "СПбАЭП") Система пассивного отвода тепла из внутреннего объема защитной оболочки

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200011863A (ko) 2017-11-30 2020-02-04 조인트 스탁 컴퍼니 “로제네르고아톰” 원자력 발전소의 수소폭발 방지를 제공하는 방법
RU2789847C1 (ru) * 2019-09-11 2023-02-14 Центрум Гидроликехо Вызкуму Спол. С.Р.О. Система длительного отвода тепла из защитной оболочки
RU2725161C1 (ru) * 2019-11-29 2020-06-30 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Охлаждаемая стенка токамака
RU2761866C1 (ru) * 2020-12-30 2021-12-13 Акционерное Общество "Атомэнергопроект" Способ мониторинга системы пассивного отвода тепла из внутреннего объема защитной оболочки и устройство для его осуществления
WO2022146189A1 (ru) 2020-12-30 2022-07-07 Акционерное Общество "Атомэнергопроект" Способ и устройство мониторинга системы пассивного отвода тепла
RU2806815C1 (ru) * 2022-10-10 2023-11-07 Акционерное общество "Опытное Конструкторское Бюро Машиностроения имени И.И. Африкантова" (АО "ОКБМ Африкантов") Система пассивного отвода тепла из внутреннего объема защитной оболочки водо-водяного энергетического реактора

Also Published As

Publication number Publication date
US20170372805A1 (en) 2017-12-28
ZA201704490B (en) 2022-03-30
CN107210071B (zh) 2019-06-21
EP3229239A4 (en) 2018-05-30
EP3229239A1 (en) 2017-10-11
AR102873A1 (es) 2017-03-29
KR102198440B1 (ko) 2021-01-07
JP6692827B2 (ja) 2020-05-13
UA119890C2 (ru) 2019-08-27
HUE046234T2 (hu) 2020-02-28
US10720250B2 (en) 2020-07-21
RU2014148910A (ru) 2016-06-27
CA2969827A1 (en) 2016-06-09
JO3696B1 (ar) 2020-08-27
KR20170105004A (ko) 2017-09-18
EA201650101A1 (ru) 2017-03-31
CN107210071A (zh) 2017-09-26
JP2017537332A (ja) 2017-12-14
WO2016089250A1 (ru) 2016-06-09
CA2969827C (en) 2023-03-07
MY189838A (en) 2022-03-11
EP3229239B1 (en) 2019-07-31
BR112017011934A2 (pt) 2017-12-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2595639C2 (ru) Система пассивного отвода тепла из внутреннего объема защитной оболочки
KR101743910B1 (ko) 수동형 원자로 냉각시스템
KR101665353B1 (ko) 수동형 원자로 격납보호시스템
US20130272474A1 (en) Passive containment air cooling for nuclear power plants
RU2595640C2 (ru) Система пассивного отвода тепла от водоводяного энергетического реактора через парогенератор
KR101743911B1 (ko) 냉각재 분실 사고 원자로 냉각시스템
JP3139856B2 (ja) 管式熱交換器
US20210142920A1 (en) Nuclear steam supply and start-up system, passively-cooled spent nuclear fuel pool system and method therefor, component cooling water system for nuclear power plant, passive reactor cooling system, steam generator for nuclear steam supply system
KR20150045491A (ko) 원자력 발전소의 기기 냉각수 계통
CA2887741C (en) Reactor containment cooling system and nuclear power plant
RU2806815C1 (ru) Система пассивного отвода тепла из внутреннего объема защитной оболочки водо-водяного энергетического реактора
TWI600027B (zh) 用於沸水式反應器之替代型抑壓池冷卻之方法及裝置
JPH04102094A (ja) 原子炉非常用凝縮装置およびその設置装置
KR100282371B1 (ko) 열교환기
CN114694857A (zh) 安全壳冷却系统
JP2019045433A (ja) 原子炉格納容器

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner