RU2769102C1 - Passive cooling system of a nuclear reactor - Google Patents

Passive cooling system of a nuclear reactor Download PDF

Info

Publication number
RU2769102C1
RU2769102C1 RU2021117184A RU2021117184A RU2769102C1 RU 2769102 C1 RU2769102 C1 RU 2769102C1 RU 2021117184 A RU2021117184 A RU 2021117184A RU 2021117184 A RU2021117184 A RU 2021117184A RU 2769102 C1 RU2769102 C1 RU 2769102C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reactor
circuit
coolant
core
primary circuit
Prior art date
Application number
RU2021117184A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виталий Алексеевич Узиков
Ирина Витальевна Узикова
Original Assignee
Виталий Алексеевич Узиков
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
Application filed by Виталий Алексеевич Узиков filed Critical Виталий Алексеевич Узиков
Priority to RU2021117184A priority Critical patent/RU2769102C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2769102C1 publication Critical patent/RU2769102C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/24Promoting flow of the coolant
    • G21C15/26Promoting flow of the coolant by convection, e.g. using chimneys, using divergent channels
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

FIELD: nuclear power industry.
SUBSTANCE: invention relates to nuclear shell-type reactors with natural circulation of a coolant under pressure. The core cooling system contains a reactor vessel with inlet and outlet pipes located in a pool of water, circulation pipelines, a volume compensator and a heat exchanger of the first cooling circuit located above the water level in the pool. The inlet pipe is connected to the pipeline of the coolant cooled in the heat exchanger and is located in the lower part of the reactor vessel, and the outlet pipe is connected to the pipeline of the coolant heated in the reactor and is located in the upper part of the reactor vessel. The sections of pipelines connected to the inlet and outlet pipes are equipped with passive opening valves to reduce pressure in the first circuit, providing a shortened natural circulation circuit. The height difference between the core and the primary circuit heat exchanger is selected from the condition of providing the required pressure. The final heat sink can be the natural environment, and to prevent the release of radioactive substances into the environment, an intermediate heat transfer circuit made in the form of a gravitational heat pipe is used.
EFFECT: providing physical protection of the reactor plant, increasing the reliability of the cooling system by eliminating possible emergencies associated with de-energization of circulation pumps, as well as with the failure of pumps and shut-off valves in the cooling circuit.
4 cl, 5 tbl, 3 dwg

Description

Уровень техникиState of the art

В последние годы значительный возрос интерес к разработке коммерчески жизнеспособных реакторных установок, в которых используется явление естественной циркуляции (также известное как термосифонный эффект) с целью обеспечения потока теплоносителя первого контура для охлаждения активной зоны ядерного реактора. Настоящее изобретение в целом относится к системам ядерных реакторов и, в частности, к системам ядерных реакторов, в которых используется естественная циркуляция однофазного теплоносителя первого контура, таким как корпусные реакторы с водой под давлением.In recent years, there has been a significant increase in interest in the development of commercially viable reactor plants that use the natural circulation phenomenon (also known as the thermosiphon effect) to provide a flow of primary coolant to cool the core of a nuclear reactor. The present invention relates generally to nuclear reactor systems, and in particular to nuclear reactor systems using natural circulation of single-phase primary coolant, such as pressurized water pressure vessel reactors.

Известна атомная станция теплоснабжения АСТ-500 (Россия) с реактором мощностью 500 МВт (тепл.), предназначенная для выработки низкотемпературного тепла для централизованного теплоснабжения и горячего водоснабжения городов. АСТ-500 - реактор с водой под давлением с цельной компоновкой элементов первого контура и естественной циркуляцией теплоносителя первого контура. К особенностям реактора АСТ-500 можно отнести естественную циркуляцию теплоносителя первого контура при пониженных рабочих параметрах и особенности интегрального реактора, такие как встроенный парогазовый компенсатор давления, внутриреакторные теплообменники для аварийного теплоотвода, внешний теплообменник, защитную оболочку. Основным недостатком этого кипящего водо-водяного реактора является неравномерность выгорания топлива по высоте активной зоны из-за увеличивающегося паросодержания, что снижает экономические показатели установки. К недостаткам можно отнести так же невозможность её использования для иных целей (наработка изотопов, облучение материалов, научные исследования и т.д.), кроме выработки низко потенциального тепла.Known nuclear power plant AST-500 (Russia) with a reactor with a capacity of 500 MW (thr.), designed to generate low-temperature heat for district heating and hot water supply of cities. AST-500 is a pressurized water reactor with an integral layout of the primary circuit elements and natural circulation of the primary coolant. The features of the AST-500 reactor include natural circulation of the primary coolant at reduced operating parameters and features of the integral reactor, such as a built-in steam-gas pressure compensator, in-reactor heat exchangers for emergency heat removal, an external heat exchanger, and a containment shell. The main disadvantage of this boiling water reactor is the uneven fuel burnup along the height of the core due to the increasing steam content, which reduces the economic performance of the plant. The disadvantages include the impossibility of using it for other purposes (production of isotopes, irradiation of materials, scientific research, etc.), except for the generation of low-potential heat.

Известны энергетические корпусные реакторы с кипящей водой под давлением и естественной циркуляцией теплоносителя, например, реактор ВК-50 (Россия) с установленной электрической мощностью 50 МВт. Пар, производимый в активной зоне реактора, поступают непосредственно на турбину, производя электроэнергию. К недостаткам этой установки можно отнести проявление автоколебательного режима по мощности и неравномерность выгорания топливных стержней по высоте активной зоны.Known power vessel reactors with boiling water under pressure and natural circulation of the coolant, for example, the VK-50 reactor (Russia) with an installed electrical power of 50 MW. The steam produced in the reactor core goes directly to the turbine, producing electricity. The disadvantages of this installation include the manifestation of a self-oscillating regime in terms of power and the uneven burnup of fuel rods along the height of the core.

В канадском патенте CA 1070860 A описана ядерная установка, содержащая корпусной ядерный реактор с использованием воды под давлением (ВВР), называемый принципиально безопасным реактором. В соответствии с этим патентом корпус реактора, содержащий активную зону, выполнен из стали и с внешней стороны изолирован. Корпус реактора, в верхнюю и нижнюю часть которого встроены системы гидрозатворов, погружен в бассейн с водой, имеющий собственный корпус. Корпус реактора имеет в верхней части выходной патрубок для воды, которая проходит через активную зону, нагревается и с помощью соответствующей подающей трубы выводится из бассейна к теплообменнику. Из теплообменника вода подается обратно по соответствующей возвратной трубе к впускному патрубку, расположенному под активной зоной в корпусе реактора. На возвратной трубе первого контура устанавливается циркуляционный насос. Активная зона реактора, два патрубка, подающая труба и возвратная труба с установленным на ней циркуляционным насосом, а также теплообменник образуют первый контур реактора.Canadian patent CA 1070860 A describes a nuclear facility comprising a pressurized water pressure vessel (PWR) nuclear reactor, referred to as a fundamentally safe reactor. In accordance with this patent, the reactor vessel containing the core is made of steel and insulated from the outside. The reactor vessel, in the upper and lower parts of which systems of hydraulic seals are built, is immersed in a pool of water, which has its own vessel. The reactor vessel has an outlet pipe in the upper part for water, which passes through the core, is heated and, with the help of an appropriate supply pipe, is removed from the pool to the heat exchanger. From the heat exchanger, water is fed back through an appropriate return pipe to an inlet pipe located under the core in the reactor pressure vessel. A circulation pump is installed on the return pipe of the primary circuit. The reactor core, two branch pipes, a supply pipe and a return pipe with a circulation pump installed on it, as well as a heat exchanger form the first circuit of the reactor.

В вышеупомянутом канадском патенте принципиальная безопасность обеспечивается тем, что вода в бассейне находится под давлением и предусмотрено устройство соединения, которое в случае аварии обеспечивает свободное протекание воды из бассейна в нижний патрубок с одной стороны, а также устройство соединения, которое обеспечивает свободное протекание воды из верхнего патрубка в бассейн с другой стороны. Возможная авария может выражаться в том, что если откажет насос первого контура, то это приведет к увеличению температуры внутри реактора.In the aforementioned Canadian patent, fundamental safety is ensured by the fact that the water in the pool is under pressure and a connection device is provided that, in the event of an accident, ensures the free flow of water from the pool into the lower connection on one side, as well as a connection device that ensures the free flow of water from the upper branch pipe to the pool on the other side. A possible accident can be expressed in the fact that if the primary circuit pump fails, this will lead to an increase in the temperature inside the reactor.

Устройство соединения нижнего патрубка с водой в бассейне представляет собой уплотнение по воздуху или даже открытую трубу, в которую при нормальных рабочих условиях поток не поступает благодаря соответствующему подбору давлений, что объяснено ниже. Устройство соединения верхнего патрубка с водой в бассейне представляет собой колокол газа или сжатого пара, установленный в верхней части сравнительно высокой камеры, также наполненной газом или паром. Высота указанной камеры должна быть такой, чтобы соответствующий уровень жидкости, содержащейся в бассейне, обеспечивал давление, равное падению давления воды, циркулирующей в контуре реактора. Таким образом, нижний патрубок реактора и окружающая вода в бассейне оказываются под одним и тем же давлением, т.е. отсутствует перепад давления между двумя объемами: несмотря на тот факт, что эти два объема свободно сообщаются, уровень потока жидкости между ними равен нулю, поскольку жидкости в них находятся под одним и тем же давлением.The device for connecting the bottom connection to the water in the pool is an air seal or even an open pipe, into which, under normal operating conditions, no flow enters due to the appropriate selection of pressures, as explained below. The device for connecting the upper pipe to the water in the pool is a bell of gas or compressed steam installed in the upper part of a relatively high chamber, also filled with gas or steam. The height of said chamber must be such that the appropriate level of the liquid contained in the basin provides a pressure equal to the pressure drop of the water circulating in the reactor circuit. Thus, the lower nozzle of the reactor and the surrounding water in the pool are under the same pressure, i.e. there is no pressure difference between the two volumes: despite the fact that these two volumes communicate freely, the level of fluid flow between them is zero, since the fluids in them are under the same pressure.

В случае отказа циркуляционного насоса падение давления между нижним и верхним патрубками исчезает, давление в верхнем патрубке увеличивается и вода из реактора выталкивается в наполненную газом камеру, а из нее в бассейн. Одновременно вода из бассейна попадает в нижний патрубок и из него поступает в область активной зоны. Вода из реактора оказывается, таким образом, замещенной водой из бассейна, которая холоднее, выше уже указывалось, что корпус реактора изолирован. В дополнение к этому вода в бассейне содержит бор таким образом, что, попадая в активную зону реактора, она постепенно останавливает ход реакции.In case of failure of the circulation pump, the pressure drop between the lower and upper pipes disappears, the pressure in the upper pipe increases and the water from the reactor is pushed into the chamber filled with gas, and from it into the pool. At the same time, water from the pool enters the lower branch pipe and from it enters the core area. The water from the reactor is thus replaced by water from the pool, which is colder, it has already been mentioned above that the reactor vessel is insulated. In addition, the water in the pool contains boron in such a way that, when it enters the reactor core, it gradually stops the reaction.

Объем воды, находящейся в бассейне, сравнительно большой, что обеспечивает достаточно большое число часов работы реактора в случае выхода из строя насоса первого контура без перегрева активной зоны выше заранее установленного безопасного уровня.The volume of water in the pool is relatively large, which ensures a sufficiently large number of hours of operation of the reactor in the event of a failure of the primary circuit pump without overheating the core above a predetermined safe level.

С чисто технической точки зрения работы принципиально безопасный реактор вышеописанного типа, являющийся предметом защиты по канадскому патенту CA 1070860 A, не является чем-то исключительным. Однако этот известный реактор имеет недостаток, заключающийся в том, что в случае использования высокотемпературного реактора его конструкции оказывается слишком сложной. В самом деле, давление жидкости в бассейне должно быть выше, чем давление, соответствующее температуре насыщения жидкости, выходящей из области активной зоны, поэтому либо количество воды в бассейне оказывается ограниченным, тогда остановка реактора будет обеспечена, но охлаждение активной зоны достигается только на короткое время, либо количество воды в бассейне будет большим, тогда для обеспечения удержания жидкости под давлением требуется сложная конструкция из железобетона.From a purely technical point of view of operation, a fundamentally safe reactor of the type described above, which is the subject of Canadian patent CA 1070860 A, is not something exceptional. However, this known reactor has the disadvantage that, in the case of using a high temperature reactor, its design is too complex. Indeed, the pressure of the liquid in the pool must be higher than the pressure corresponding to the saturation temperature of the liquid leaving the core area, so either the amount of water in the pool is limited, then the shutdown of the reactor will be ensured, but cooling of the core is achieved only for a short time. , or the amount of water in the pool will be large, then a complex structure of reinforced concrete is required to ensure the retention of liquid under pressure.

Из исследовательских ректоров, работающих на естественной циркуляции, известен ядерный реактор исследовательского типа, описанный в патенте RU2501103C1. Система охлаждения активной зоны и отражателя реактора содержит активную зону и отражатель, расположенные в заполненном теплоносителем бассейне реактора. Активная зона и отражатель размещены в корпусе, выполненном в виде короба с двумя обечайками и нижней опорной решеткой с отверстиями. Активная зона расположена во внутренней обечайке корпуса, а отражатель расположен во внешней обечайке. Высоту внутренней обечайки выбирают из условия обеспечения такого расхода теплоносителя за счет естественной циркуляции, при котором обеспечивается расхолаживание активной зоны без превышения допустимых значений температур оболочек тепловыделяющих элементов. Недостатком такого реактора является невозможность обеспечения высокой мощности реактора, обусловленная низкой температурой кипения при низком давлении в активной зоне, ухудшенной теплоотдачей при достижимых в бассейне скоростях естественной циркуляции и повышенный выход радиолитических газов из бассейна реактора.Of the research reactors operating on natural circulation, a research-type nuclear reactor is known, described in patent RU2501103C1. The reactor core and reflector cooling system comprises a core and a reflector located in the reactor pool filled with coolant. The active zone and the reflector are placed in a housing made in the form of a box with two shells and a lower support grid with holes. The active zone is located in the inner shell of the body, and the reflector is located in the outer shell. The height of the inner shell is chosen from the condition of ensuring such a flow rate of the coolant due to natural circulation, which ensures the cooling of the core without exceeding the allowable temperatures of the fuel element claddings. The disadvantage of such a reactor is the impossibility of providing a high power of the reactor, due to the low boiling point at low pressure in the core, degraded heat transfer at natural circulation rates achievable in the pool, and an increased output of radiolytic gases from the reactor pool.

Наиболее близким аналогом, совпадающим с заявляемым изобретением по наибольшему количеству существенных признаков, является «Универсальная система пассивного отвода тепла от активной зоны исследовательского реактора» [1]. Принципиальной особенностью предлагаемой пассивной системы таплоотвода от реактора мощностью 10 МВт является отсутствие в контуре охлаждения не только активных элементов, таких как циркуляционные насосы и запорно-регулирующая арматура, но и пассивных элементов с движущимися частями на тракте циркуляции, таких как обратный клапан. Контур охлаждения включает в себя лишь сосуды, трубопроводы и теплообменник. Отсутствие элементов с механическими движущимися частями позволяет существенно уменьшить вероятность отказов оборудования и повысить надежность функционирования системы охлаждения при снижении ее стоимости. Универсальность предлагаемой системы позволяет использовать ее для широкого спектра разрабатываемых типовых реакторных установок различной мощности, предназначенных для исследований по разным направлениям научно-исследовательских и прикладных работ, связанных с ядерными технологиями.The closest analogue, coinciding with the claimed invention in the largest number of essential features, is the "Universal system of passive heat removal from the active zone of a research reactor" [1]. The principal feature of the proposed passive system for heat removal from a 10 MW reactor is the absence in the cooling circuit of not only active elements, such as circulation pumps and valves, but also passive elements with moving parts in the circulation path, such as a check valve. The cooling circuit includes only vessels, pipelines and a heat exchanger. The absence of elements with mechanical moving parts can significantly reduce the likelihood of equipment failures and increase the reliability of the cooling system while reducing its cost. The versatility of the proposed system makes it possible to use it for a wide range of developed typical reactor plants of various capacities intended for research in various areas of research and applied work related to nuclear technologies.

Недостатком этой системы является то, что при авариях с разрывом циркуляционного трубопровода LOCA разрывается контур циркуляции теплоносителя через активную зону реактора, что при больших уровнях остаточного энерговыделения создает угрозу перегрева и разрушения активной зоны с выходом радиоактивных веществ в помещения и окружающую среду.The disadvantage of this system is that in case of accidents with a rupture of the LOCA circulation pipeline, the coolant circulation loop through the reactor core is broken, which, at high levels of residual energy release, creates a threat of overheating and destruction of the core with the release of radioactive substances into the premises and the environment.

Заявляемая пассивная система теплоотвода позволяет устранить указанные недостатки и при существенном упрощении конструкции обеспечить требуемые показатели безопасности при увеличении мощности реактора.The inventive passive heat removal system makes it possible to eliminate these shortcomings and, with a significant simplification of the design, to provide the required safety indicators with an increase in the reactor power.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Изобретение направлено на создание эффективной системы теплоотвода от ядерного реактора, построенной на пассивных принципах действия и обладающей повышенным уровнем безопасности при вероятных аварийных ситуациях.The invention is aimed at creating an efficient system for heat removal from a nuclear reactor, built on passive principles of operation and having an increased level of safety in case of possible emergency situations.

Для устранения недостатков, отмеченных выше, решения поставленной технической задачи и достижения технического результата согласно предложенному изобретению в известной [1] безопасной ядерной установке улучшение конструкции заключается в том, что:To eliminate the shortcomings noted above, solve the set technical problem and achieve the technical result according to the proposed invention in the well-known [1] safe nuclear installation, the design improvement is that:

• корпус реактора размещен в бассейне с легкой водой, предпочтительно глубоко под уровнем земли;• the reactor vessel is placed in a light water pool, preferably deep below ground level;

• разница высот между активной зоной теплообменником первого контура достаточна для создания большого движущего напора естественной циркуляции;• the height difference between the core and the primary circuit heat exchanger is sufficient to create a large natural circulation driving head;

• обеспечивается минимальное гидравлическое сопротивление на всех участках первого контура, включая корпус реактора и теплообменник;• minimal hydraulic resistance is ensured in all sections of the primary circuit, including the reactor pressure vessel and heat exchanger;

• патрубок подвода охлаждённого теплоносителя находится в нижней части корпуса реактора, а патрубок отвода нагретого теплоносителя – в верхней части; • The coolant inlet pipe is located in the lower part of the reactor pressure vessel, and the heated coolant outlet pipe is in the upper part;

• на участках трубопровода, примыкающих к верхнему и нижнему патрубку установлены клапаны пассивного действия, открывающиеся при снижении давления в первом контуре и обеспечивающие создание укороченного контура естественной циркуляции в активной зоне через бассейн реактора;• Passive valves are installed on the sections of the pipeline adjacent to the upper and lower branch pipes, which open when the pressure in the primary circuit decreases and ensure the creation of a shortened natural circulation circuit in the core through the reactor pool;

• конечным поглотителем тепла является либо циркулирующий через вытяжную вентиляционную трубу атмосферный воздух, либо циркулирующая вода в открытом водоеме, либо потребитель тепловой энергии, либо сочетание перечисленных систем;• the final heat sink is either atmospheric air circulating through the exhaust ventilation pipe, or circulating water in an open reservoir, or a thermal energy consumer, or a combination of the above systems;

• система теплоотвода от реакторной установки предпочтительно должна включать промежуточный контур, выполненный по принципу гравитационной тепловой трубы, с кипением рабочей жидкости в теплообменнике первого контура и конденсацией пара в теплообменнике конечного поглотителя;• The system of heat removal from the reactor plant should preferably include an intermediate circuit made according to the principle of a gravitational heat pipe, with boiling of the working fluid in the primary circuit heat exchanger and steam condensation in the heat exchanger of the final absorber;

• компенсатор объема соединен с верхней точкой первого контура и оснащен клапаном защиты от превышения давления;• the volume compensator is connected to the upper point of the primary circuit and is equipped with an overpressure protection valve;

• первый контур соединен с монжусом, находящимся на уровне не выше бассейна реактора и обеспечивающим прием теплоносителя из верхней части первого контура при переходе на укороченный контур естественной циркуляции в бассейне реактора для обеспечения перегрузки ТВС при снятой крышке корпуса реактора;• the primary circuit is connected to a monte-jus located at a level not higher than the reactor pool and providing coolant intake from the upper part of the primary circuit when switching to a shortened natural circulation circuit in the reactor pool to ensure refueling of fuel assemblies with the reactor vessel cover removed;

• корпус реактора на уровне активной зоны может быть выполнен из материала (например, циркалоя), слабо поглощающего нейтроны, а отражатель нейтронов может быть расположен за пределами корпуса реактора в легководном бассейне;• The reactor vessel at the level of the core can be made of a material (eg zircaloy) that weakly absorbs neutrons, and the neutron reflector can be located outside the reactor vessel in a light water basin;

• в качестве отражателя нейтронов может быть применена тяжелая вода, например, в циркалоевом резервуаре с каналами для облучения;• heavy water can be used as a neutron reflector, for example, in a zircalic tank with channels for irradiation;

• для охлаждения тяжелой воды в отражателе может быть применена схема с естественной циркуляцией, а тепло отводится теплообменником к конечному поглотителю, например, к атмосферному воздуху.• A natural circulation scheme can be used to cool the heavy water in the reflector, and the heat is removed by a heat exchanger to the final absorber, for example, to atmospheric air.

Решение задачи достижения требуемой мощности реактора

Figure 00000001
достигается через обеспечение разности высот h между теплообменником и активной зоной, определяемой из соотношенияSolving the problem of achieving the required reactor power
Figure 00000001
is achieved by providing a height difference h between the heat exchanger and the active zone, determined from the relation

Figure 00000002
Figure 00000002

где where

Figure 00000001
- максимальная мощность реакторной установки, Вт;
Figure 00000001
- maximum power of the reactor plant, W;

Figure 00000003
- требуемый расход теплоносителя в первом контуре при мощности
Figure 00000001
, кг/с;
Figure 00000003
- required coolant flow rate in the primary circuit at power
Figure 00000001
, kg/s;

Figure 00000004
- потеря напора на реакторе, включая активную зону, при расходе теплоносителя в первом контуре
Figure 00000003
, Па;
Figure 00000004
- pressure loss in the reactor, including the core, with coolant flow in the primary circuit
Figure 00000003
, Pa;

Figure 00000005
- потеря напора на трубопроводе с нагретым теплоносителем при расходе теплоносителя в первом контуре
Figure 00000003
, Па;
Figure 00000005
- pressure loss in the pipeline with heated coolant at coolant flow in the primary circuit
Figure 00000003
, Pa;

Figure 00000004
- потеря напора на трубопроводе с охлажденным теплоносителем при расходе теплоносителя в первом контуре
Figure 00000003
, Па;
Figure 00000004
- pressure loss in the pipeline with cooled coolant at coolant flow in the primary circuit
Figure 00000003
, Pa;

Figure 00000004
- потеря напора на теплообменнике при расходе теплоносителя в первом контуре
Figure 00000003
, Па;
Figure 00000004
- loss of pressure on the heat exchanger at the flow rate of the coolant in the primary circuit
Figure 00000003
, Pa;

Figure 00000006
- разность между средними плотностями теплоносителя на подъемном и опускном участках первого контура;
Figure 00000006
- the difference between the average coolant densities in the upstream and downstream sections of the primary circuit;

g - ускорение свободного падения, м/с2. g - free fall acceleration, m/s 2 .

Достижение поставленных целей достигается тем, что расположение реактора глубоко под уровнем земли обеспечивает преимущества перед обычной архитектурой исследовательских реакторных установок:Achieving these goals is achieved by the fact that the location of the reactor deep underground provides advantages over the usual architecture of research reactor facilities:

- исключается большинство сценариев внешнего воздействия на реакторную установку, поэтому можно не рассматривать многие аварийные ситуации возникающие в результате взрывов, смерчей, снеговой нагрузки, падения самолета и т.д., нет необходимости в дорогостоящем контейнменте, упрощается физическая защита реакторной установки; - most scenarios of external impact on the reactor plant are excluded, so many emergency situations resulting from explosions, tornadoes, snow loads, aircraft crashes, etc. can be ignored, there is no need for expensive containment, the physical protection of the reactor plant is simplified;

- отсутствие дорогостоящих и сложных систем теплоотвода от активной зоны может резко снизить стоимость реакторной установки;- the absence of expensive and complex systems for heat removal from the core can drastically reduce the cost of the reactor plant;

- большая глубина погружения активной зоны под землю позволяет создать простую и высокоэффективную систему естественной циркуляции. При этом нет видимых ограничений по увеличению высоты естественной циркуляции и соответствующего повышения движущего напора через активную зону;- a large depth of immersion of the core under the ground allows you to create a simple and highly efficient system of natural circulation. At the same time, there are no visible restrictions on increasing the height of natural circulation and the corresponding increase in the driving pressure through the core;

- реактор может работать одинаково безопасно и эффективно в очень широком диапазоне мощностей исходя из поставленных задач облучения;- the reactor can operate equally safely and efficiently in a very wide range of capacities based on the tasks of irradiation;

- практически отсутствует проблема дорогостоящего демонтажа реакторной установки.- there is practically no problem of expensive dismantling of the reactor plant.

При работе реактора обеспечивается автоматическое подстраивание расхода в контурах охлаждения при изменении уровня мощности, а отсутствие возможности для персонала ошибочных или злонамеренных действий по снижению интенсивности циркуляции теплоносителя исключает аварийные ситуации с ухудшением теплоотвода от активной зоны. Кроме того, автоматическое подстраивание расхода в контурах охлаждения при изменении уровня мощности обеспечивает предельную простоту управления реакторной установкой и снижает требования к квалификации персонала. Поэтому такой реактор может работать в странах, в которых отсутствует персонал с большим опытом управления реакторными установками, а также реакторная установка может использоваться для учебных целей.During operation of the reactor, automatic adjustment of the flow rate in the cooling circuits is ensured when the power level changes, and the absence of the possibility for personnel of erroneous or malicious actions to reduce the intensity of coolant circulation eliminates emergency situations with deterioration of heat removal from the core. In addition, automatic adjustment of the flow rate in the cooling circuits when the power level changes ensures the utmost simplicity of the reactor plant control and reduces the requirements for personnel qualification. Therefore, such a reactor can operate in countries where there are no personnel with extensive experience in managing reactor facilities, and the reactor facility can also be used for training purposes.

Относительно небольшие скорости восходящего потока теплоносителя в активной зоне при высоком давлении обеспечивают большой запас до начала кипения на поверхности твэлов и не создают проблем для верхнего расположения органов системы управления и защиты на крышке реактора, что существенно упрощает их конструкцию. Отсутствие арматуры и насосов в контурах охлаждения обеспечивают плавность изменения параметров теплоотвода и полностью исключают гидроудары. Relatively low velocities of the upward flow of the coolant in the core at high pressure provide a large margin before the onset of boiling on the surface of the fuel elements and do not create problems for the upper location of the controls and protection systems on the reactor head, which greatly simplifies their design. The absence of fittings and pumps in the cooling circuits ensures smooth changes in heat removal parameters and completely eliminates water hammer.

Заявляемая система теплоотвода реакторной установки с клапанами укороченной внутрибассейновой циркуляции обеспечивает быстрый и простой переход на расхолаживание активной зоны водой бассейна, что позволяет без проблем производить транспортно-перегрузочные работы при открытой крышке корпуса реактора.The inventive reactor plant heat removal system with shortened intra-basin circulation valves provides a quick and easy transition to core cooling with pool water, which makes it possible to carry out transport and reloading operations without problems with the reactor vessel cover open.

Описание чертежейDescription of drawings

Нижеследующее описание относится к сопроводительным чертежам, которые показывают в качестве неограничивающего примера вариант осуществления изобретения и в котором на Фиг. 1 приведена трехконтурная схема исследовательской реакторной установки, конечным поглотителем тепла которой является циркулирующий в вытяжной вентиляционной трубе атмосферный воздух. На Фиг. 2 приводится схема охлаждения активной зоны водой бассейна укороченным контуром естественной циркуляции через клапаны открытия по снижению давления пассивного действия. На Фиг. 3 в качестве примера конкретного исполнения показан вид активной зоны реактора и используемые ТВС.The following description relates to the accompanying drawings which show, by way of non-limiting example, an embodiment of the invention and in which, in FIG. Figure 1 shows a three-loop diagram of a research reactor facility, the final heat sink of which is atmospheric air circulating in the exhaust ventilation pipe. On FIG. Figure 2 shows the scheme for cooling the core with pool water by a shortened natural circulation circuit through passive pressure reduction opening valves. On FIG. 3, as an example of a specific design, shows the view of the reactor core and the fuel assemblies used.

Представленная на Фиг. 1 трехконтурная система теплоотвода исследовательского реактора с естественной циркуляцией включает в себя бассейн с деминерализованной водой 1, в котором размещен корпус реактора 2 под давлением со съемной крышкой 3, на которой размещаются приводы 4 рабочих органов системы управления и защиты (СУЗ) 5, которые перемещаются в активной зоне реактора 6. Отвод нагретого в реакторе теплоносителя к теплообменнику первого контура 7 осуществляется от верхней части корпуса по трубопроводу 8, а возврат охлажденного теплоносителя производится в нижнюю часть корпуса реактора - по трубопроводу 9. Вблизи входного и выходного патрубков реактора под уровнем воды в бассейне установлены клапаны пассивного действия 10 и 11, открывающиеся при снижении давления в первом контуре и обеспечивающие создание укороченного контура естественной циркуляции активной зоны с водой бассейна. В процессе работы эти клапаны удерживаются в закрытом состоянии высоким давлением в первом контуре. Перед заполнением первого контура и поднятием давления запирающий элемент этих клапанов механически взводят, а после достижения необходимого давления отпускают, и он удерживается от открытия только за счет перепада давления в первом контуре и в бассейне реактора. Заполнение первого контура производится выдавливанием воды из монжуса 12 и сдувкой газов через компенсатор объема 13, подсоединенный к верхней точке первого контура. Разность высот h между активной зоной и теплообменником первого контура обеспечивает движущий напор естественной циркуляции. Для обеспечения удобства работы с каналами облучения 14, расположенными в отражателе нейтронов 15, последний расположен за пределами корпуса реактора в бассейне 1.Shown in FIG. 1, the three-loop heat removal system of a research reactor with natural circulation includes a pool with demineralized water 1, in which a pressurized reactor vessel 2 is placed with a removable cover 3, on which drives 4 of the operating elements of the control and protection system (CPS) 5 are placed, which move in the reactor core 6. The coolant heated in the reactor is removed to the primary circuit heat exchanger 7 from the upper part of the vessel through pipeline 8, and the cooled coolant is returned to the lower part of the reactor vessel through pipeline 9. Near the inlet and outlet nozzles of the reactor under the water level in the pool passive valves 10 and 11 are installed, which open when the pressure in the primary circuit decreases and ensure the creation of a shortened natural circulation circuit of the core with pool water. During operation, these valves are kept closed by high pressure in the primary circuit. Before filling the primary circuit and raising the pressure, the locking element of these valves is mechanically cocked, and after reaching the required pressure, it is released, and it is kept from opening only due to the pressure drop in the primary circuit and in the reactor pool. The filling of the primary circuit is carried out by squeezing water out of the monte-jus 12 and blowing gases through the volume compensator 13 connected to the upper point of the primary circuit. The height difference h between the core and the primary circuit heat exchanger provides the driving head of natural circulation. To ensure the convenience of working with irradiation channels 14 located in the neutron reflector 15, the latter is located outside the reactor vessel in pool 1.

Второй контур охлаждения выполнен в виде гравитационной тепловой трубы, в которой испарение рабочей жидкости (например, воды) происходит в кожухотрубном парогенераторе 7, являющимся также теплообменником первого контура. Сгенерированный пар по паропроводу 16 поступает в воздушный теплообменник 17, а образовавшийся конденсат стекает по трубопроводу 18 обратно в парогенератор 7.The second cooling circuit is made in the form of a gravitational heat pipe, in which the evaporation of the working fluid (for example, water) occurs in the shell-and-tube steam generator 7, which is also the heat exchanger of the primary circuit. The generated steam through the steam line 16 enters the air heat exchanger 17, and the resulting condensate flows down through the pipeline 18 back to the steam generator 7.

Воздушный теплообменник 17 является частью третьего контура охлаждения и передает тепло конечному поглотителю тепла - атмосферному воздуху, циркулирующему за счет естественной конвекции в вытяжной вентиляционной трубе 19. Атмосферный воздух, поступающий через проемы 20, проходит через воздушный теплообменник и нагревается, конденсируя пар второго контура. Нагретый воздух, попадая в вытяжную вентиляционную трубу 19 за счет разности плотностей воздуха в трубе и в окружающем пространстве, обеспечивает движущий напор естественной циркуляции. Таким образом, трёхконтурная система теплоотвода от ядерного реактора может работать на пассивном принципе действия. The air heat exchanger 17 is part of the third cooling circuit and transfers heat to the final heat sink - atmospheric air circulating due to natural convection in the exhaust ventilation pipe 19. The atmospheric air entering through the openings 20 passes through the air heat exchanger and heats up, condensing the steam of the second circuit. The heated air, getting into the exhaust ventilation pipe 19 due to the difference in air densities in the pipe and in the surrounding space, provides a driving head of natural circulation. Thus, a three-loop heat removal system from a nuclear reactor can operate on a passive principle of operation.

Теплообменник третьего контура может отдавать свое тепло также в открытый водоем, который в этом случае будет конечным поглотителем тепла. Это более экономичный вариант, однако, могут возникнуть проблемы с очисткой от отложений солей на греющих поверхностях теплообменных трубок.The heat exchanger of the third circuit can also give off its heat to an open reservoir, which in this case will be the final heat sink. This is a more economical option, however, there may be problems with cleaning salt deposits on the heating surfaces of the heat exchange tubes.

Конечным поглотителем тепла может быть, например, теплоцентраль, однако в этом случае циркуляция теплоносителя в этом контуре обеспечивается принудительно (насосами).The final heat sink can be, for example, a heating plant, however, in this case, the circulation of the heat carrier in this circuit is provided forcibly (by pumps).

На Фиг. 2 представлена схема проведения транспортно-технологических операций по перегрузке реактора топливными сборками. Перед проведением перегрузки снижается уровень теплоносителя в первом контуре и производится переход на теплоотвод от активной зоны через укороченный контур естественной циркуляции с водой бассейна при открытых клапанах 10 и 11. Для этого сбрасывается давление газа в компенсаторе объема 13 и после открытия запорной арматуры заполняется монжус 12. При этом давление на запорные элементы клапанов 10 и 11 снижается и они под собственным весом опускаются вниз, открывая канал для прохода теплоносителя. Остаточное тепловыделение в активной зоне передается воде бассейна и через испарение с поверхности отводится в систему спецвентиляции. Это позволяет проводить перегрузку реактора при открытой крышке на корпусе. Для того чтобы реже производить операцию разуплотнения корпуса реактора перегружается не только активная зона, но и ячейки под тепловыделяющие сборки (ТВС) 21 в верхней части корпуса. Это позволяет производить перегрузку ТВС в активной зоне без разуплотнения первого контура, под давлением.On FIG. 2 shows a diagram of carrying out transport and technological operations for reloading the reactor with fuel assemblies. Before refueling, the coolant level in the primary circuit is reduced and a transition is made to heat removal from the core through a shortened natural circulation circuit with pool water with valves 10 and 11 open. To do this, the gas pressure in the volume compensator 13 is relieved and after opening the stop valves, monjus 12 is filled. In this case, the pressure on the shut-off elements of valves 10 and 11 decreases and they fall down under their own weight, opening the channel for the passage of the coolant. Residual heat release in the core is transferred to the pool water and is removed from the surface through evaporation to the special ventilation system. This allows the reactor to be refueled with the vessel lid open. In order to less frequently perform the operation of decompression of the reactor vessel, not only the core is reloaded, but also the cells for fuel assemblies (FA) 21 in the upper part of the vessel. This allows fuel assemblies to be refueled in the core without decompression of the primary circuit, under pressure.

В качестве неограничивающего примера конкретного исполнения рассмотрена трехконтурная система охлаждения корпусного исследовательского реактора тепловой мощностью 25 МВт, с давлением в первом контуре 6 МПа. На Фиг.3 показана активная зона реактора диаметром 490 мм, состоящая из 30 ТВС типа ВВР-КН (24 ТВС с 8-и трубчатыми твэлами 22 и 6 ТВС с 6-и трубчатыми твэлами 23). В центральных каналах 5-ти твэльных ТВС 24 размещаются рабочие органы системы управления и защиты. Пространство между корпусом и ТВС, а также пространство между центральной замедляющей полостью 26 и ТВС заполнено материалом 25, слабо поглощающим нейтроны (например, циркалой, алюминий, бериллий и т.д.).As a non-limiting example of a specific design, a three-circuit cooling system for a pressurized research reactor with a thermal power of 25 MW, with a pressure in the primary circuit of 6 MPa, is considered. Figure 3 shows the reactor core with a diameter of 490 mm, consisting of 30 fuel assemblies of the VVR-KN type (24 fuel assemblies with 8 tubular fuel rods 22 and 6 fuel assemblies with 6 tubular fuel rods 23). In the central channels of 5 fuel rod fuel assemblies 24, the working bodies of the control and protection system are located. The space between the housing and the fuel assembly, as well as the space between the central moderating cavity 26 and the fuel assembly, is filled with a material 25 that weakly absorbs neutrons (for example, zircaloy, aluminum, beryllium, etc.).

Основные теплотехнические и нейтронно-физические параметры рассматриваемой исследовательской реакторной установки мощностью 25 МВт с обоснованными далее расчетными характеристиками приведены в Таблице 1.The main thermal and neutron-physical parameters of the considered research reactor facility with a capacity of 25 MW with the calculated characteristics substantiated below are given in Table 1.

Таблица 1. Основные параметры реактора с естественной циркуляцией теплоносителяTable 1. Main parameters of the reactor with natural circulation of the coolant

Характеристики реактораReactor characteristics ЗначениеMeaning Тип реактораReactor type Реактор с водяным охлаждением под давлением, промежуточным спектром нейтронов и центральной ловушкойPressurized water reactor with intermediate neutron spectrum and central trap Мощность, МВтPower, MW 2525 Максимальная плотность теплового потока, см-2с-1 Maximum heat flux density, cm -2 s -1 1,17×1015 1.17×10 15 ТопливоFuel Диоксид урана, 20% обогащение по U-235Uranium dioxide, 20% U-235 enrichment Геометрия активной зоныCore geometry Цилиндрическая форма с нейтронной ловушкой в центреCylindrical shape with a neutron trap in the center Количество ячеек для топливных сборок, штNumber of cells for fuel assemblies, pcs 30thirty Тип ТВС, штTVS type, pcs ВВР-КНVVR-KN из нихof them 5-трубных, шт5-pipe, pcs 66 8-трубных, шт8-pipe, pcs 2424 Количество контуров охлажденияNumber of cooling circuits 33 Теплоноситель I контураCoolant of the 1st circuit Легкая водаlight water Диаметр активной зоны, ммCore diameter, mm ∅480∅480 Высота активной зоны, ммActive zone height, mm 600600 Расход теплоносителя I контура, [т ч-1]Coolant consumption of the I circuit, [t h -1 ] 463,3463.3 Температура на входе в ТВС, [°C]Temperature at the inlet to the fuel assembly, [°C] 118118 Температура на выходе в ТВС, [°C]Temperature at the outlet to the fuel assembly, [°C] 164164 Подогрев теплоносителя в активной зоне, [°C]Coolant heating in the core, [°C] 4646 Максимальная температура твэлов, [°C]Maximum temperature of fuel rods, [°C] 242242 Потеря напора на активной зоне, ПаPressure loss in the active zone, Pa 1410014100 Давление на выходе из активной зоны, [Па]Pressure at the core outlet, [Pa] 5.5 ×106 5.5× 106 Гидравлический диаметр циркуляционных трубопроводов [мм]Hydraulic diameter of circulation pipes [mm] 400400 Высота I контура с естественной циркуляцией [м]Height of the I circuit with natural circulation [m] 8080

В Таблице 2 представлены характеристики ТВС, принятые для расчетного анализа.Table 2 presents the characteristics of fuel assemblies taken for the calculation analysis.

Таблица 2. Характеристики ТВС BBP-КН [2]Table 2. Characteristics of fuel assemblies BBP-KN [2]

ПараметрParameter ЗначениеMeaning Обогащение 235U, %Enrichment 235U, % 19,719.7 Плотность урана, г×см-3 Density of uranium, g×cm -3 2,82.8 Масса 235U в ТВС, гMass of 235U in fuel assemblies, g 8-трубная8-pipe 250250 5-трубная5-pipe 199199 Число твэловNumber of fuel rods 8-трубная8-pipe 8eight 5-трубная5-pipe 55 Толщина твэла, ммFuel rod thickness, mm 1,61.6 Толщина сердечника, ммCore thickness, mm 0,70.7 Толщина оболочки, ммShell thickness, mm 0,450.45 Площадь теплопередающей
поверхности, м2
Heat transfer area
surface, m 2
1,341.34

Основные расчетные параметры парогенератора тепловой трубы при наличии воздуха в промежуточном контуре приведены в Таблице 3.The main design parameters of the heat pipe steam generator in the presence of air in the intermediate circuit are given in Table 3.

Таблица 3 Основные параметры парогенератора тепловой трубы (наличие неконденсируемых газов, консервативный расчет)Table 3 Main parameters of the heat pipe steam generator (presence of non-condensable gases, conservative calculation)

ПараметрParameter ЗначениеMeaning МатериалMaterial Нержавеющая стальStainless steel Теплопроводность материала, [Вт м -1 К -1]Thermal conductivity of the material, [W m -1 K -1 ] 16sixteen Передаваемая мощность, [МВт]Transmitted power, [MW] 2525 Расход греющего теплоносителя, [т ч-1]Heating medium consumption, [t h -1 ] 463,3463.3 Температура на входе в ТВС, [°C]Temperature at the inlet to the fuel assembly, [°C] 164164 Температура на выходе в ТВС, [°C]Temperature at the outlet to the fuel assembly, [°C] 118118 Давление в тепловой трубе, [МПа]Pressure in the heat pipe, [MPa] 0,170.17 Температура пара в тепловой трубе, [°C]Steam temperature in the heat pipe, [°C] 115115 Расход пара в тепловой трубе, [т ч-1]Steam consumption in the heat pipe, [t h -1 ] 69,1269.12 Среднелогарифмический температурный напор, [°C]Mean logarithmic temperature difference, [°C] 2424 Внешний диаметр теплообменных трубок, [м]External diameter of heat exchange tubes, [m] 0,0250.025 Толщина стенки теплообменных трубок, [м]Wall thickness of heat exchange tubes, [m] 0,0020.002 Расчетный коэффициент теплопередачи, [Вт м-2 К-1]Estimated heat transfer coefficient, [W m -2 K -1 ] 14831483 Расчетная поверхность теплообмена, [м2]Estimated heat exchange surface, [m 2 ] 700700 Принятая поверхность теплообмена, [м2]Accepted heat exchange surface, [m 2 ] 765765 Длина теплообменной трубки, [м]Heat exchange tube length, [m] 9nine Количество теплообменных трубок, [шт]Number of heat exchange tubes, [pcs] 10631063 Скорость теплоносителя в трубках, [м с -1]Coolant velocity in tubes, [m s -1 ] 0,370.37 Перепад давления по первому контуру, [Па]Pressure drop along the primary circuit, [Pa] 600600

Для оценки параметров воздушного теплообменника проведено моделирование подогрева воздуха при его прохождении через зазоры между эллиптическими трубками из нержавеющей стали с толщиной стенки 1 мм, параметры которых представлены в Таблице 4.To evaluate the parameters of the air heat exchanger, the modeling of air heating during its passage through the gaps between elliptical stainless steel tubes with a wall thickness of 1 mm, the parameters of which are presented in Table 4, was carried out.

Таблица 4 Основные параметры воздушного теплообменника Table 4 Main parameters of the air heat exchanger

ПараметрParameter ЗначениеMeaning Передаваемая мощность, [МВт]Transmitted power, [MW] 2525 МатериалMaterial Нержавеющая стальStainless steel Теплопроводность материала трубок, [Вт м -1 К -1]Thermal conductivity of the tube material, [W m -1 K -1 ] 16sixteen Поверхность теплообмена, [м2]:Heat exchange surface, [ m2 ]: °° - со стороны воздуха°° - air side 1086,41086.4 °° - со стороны пара°° - steam side 10301030 Размер сечения эллипсных теплообменных трубок, [мм]Cross-sectional size of elliptical heat exchange tubes, [mm] 10,4×18,4×1,510.4×18.4×1.5 Длина трубок, [м]Tube length, [m] 9nine Количество трубок в ряду (справа и слева)Number of tubes in a row (right and left) 11201120 Количество слоев в теплообменнике, [шт]Number of layers in the heat exchanger, [pcs] 10ten Количество трубок, [шт]Number of tubes, [pcs] 2240022400 Гидравлический диаметр по воздуху, [м]Hydraulic diameter by air, [m] 0,0380.038 Гидравлический диаметр по пару, [м]Hydraulic diameter for steam, [m] 0,0140.014 Расход пара / конденсата (при 25 МВт), [т ч-1]Steam / condensate consumption (at 25 MW), [t h -1 ] 69,169.1 Расход воздуха (при 25 МВт), [т ч-1]Air consumption (at 25 MW), [t h -1 ] 739739 Подогрев воздуха, [°С]Air heating, [°С] 33,233.2 Перепад давления по воздуху, [Па]Air pressure drop, [Pa] 50fifty

В таблице 5 приведены расчётные параметры вытяжной трубы высотой 145 м, с диаметром проходного сечения в нижней части 12,6 м, а в верхней части 10,4 м.Table 5 shows the calculated parameters of the exhaust pipe with a height of 145 m, with a diameter of the passage section in the lower part of 12.6 m, and in the upper part of 10.4 m.

Таблица 5 Основные расчетные параметры вытяжной трубы высотой 145 мTable 5 Main design parameters of the exhaust pipe with a height of 145 m

Отводимая мощность, МВтPower output, MW 10ten 2525 50fifty 100100 Температура воздуха на входе, °СInlet air temperature, °C 2020 2020 2020 2020 Температура воздуха на выходе, °СOutlet air temperature, °C 37,337.3 53,253.2 73,573.5 110110 Расход воздуха, кг/сAir consumption, kg/s 571571 739739 932932 11081108 Перепад давления на теплообменнике, ПаPressure drop across the heat exchanger, Pa 3333 50fifty 6969 100100

Список источниковList of sources

1. Vitaly Uzikov, Irina Uzikova, “Universal system of passive heat removal from the core of a research reactor”, Nuclear Technology and Radiation Protection., Vol. XXXV, No. 2, June 2019.1. Vitaly Uzikov, Irina Uzikova, “Universal system of passive heat removal from the core of a research reactor”, Nuclear Technology and Radiation Protection., Vol. XXXV, no. 2 June 2019.

2. Аринкин Ф.М., Шаймерденов А.А. и др. / Конверсия активной зоны исследовательского реактора ВВР-К, Атомная энергия, 2017, т.123, №1 - с. 15-20.2. Arinkin F.M., Shaimerdenov A.A. et al. / Conversion of the active zone of the WWR-K research reactor, Atomic Energy, 2017, vol. 123, No. 1 - p. 15-20.

Claims (14)

1. Пассивная система охлаждения ядерного реактора в виде контура естественной циркуляции, включающего корпусной реактор, расположенный под уровнем земли, теплообменник первого контура, размещенный над реактором, подводящий и отводящий циркуляционные трубопроводы, а также компенсатор объема, отличающаяся тем, что корпус с активной зоной реактора, а также подводящий и отводящий патрубки с примыкающими участками циркуляционных трубопроводов размещаются в бассейне с водой, подводящий патрубок, соединенный с трубопроводом охлажденного теплоносителя, находится в нижней части корпуса, а отводящий патрубок, соединенный с трубопроводом нагретого теплоносителя, находится в верхней части корпуса, участки циркуляционного трубопровода, примыкающие к патрубкам, снабжены пассивными клапанами открытия по снижению давления в первом контуре, а разность высот h между теплообменником и находящейся под ним активной зоной в корпусе реактора определяется из соотношения1. Passive cooling system of a nuclear reactor in the form of a natural circulation circuit, including a vessel reactor located below ground level, a primary circuit heat exchanger located above the reactor, inlet and outlet circulation pipelines, and a volume compensator, characterized in that the vessel with the reactor core , as well as the inlet and outlet pipes with adjacent sections of the circulation pipelines, are located in the pool with water, the inlet pipe connected to the cooled coolant pipeline is located in the lower part of the housing, and the outlet pipe connected to the heated coolant pipeline is located in the upper part of the housing, sections of the circulation pipeline, adjacent to the nozzles, are equipped with passive opening valves to reduce the pressure in the primary circuit, and the height difference h between the heat exchanger and the core located under it in the reactor vessel is determined from the relation
Figure 00000007
Figure 00000007
гдеwhere
Figure 00000008
- максимальная мощность реакторной установки, Вт;
Figure 00000008
- maximum power of the reactor plant, W;
Figure 00000009
- требуемый расход теплоносителя в первом контуре при мощности
Figure 00000008
, кг/с;
Figure 00000009
- required coolant flow rate in the primary circuit at power
Figure 00000008
, kg/s;
Figure 00000010
- потеря напора на реакторе, включая активную зону, при расходе теплоносителя в первом контуре
Figure 00000009
, Па;
Figure 00000010
- pressure loss in the reactor, including the core, with coolant flow in the primary circuit
Figure 00000009
, Pa;
Figure 00000011
- потеря напора на трубопроводе с нагретым теплоносителем при расходе теплоносителя в первом контуре
Figure 00000009
, Па;
Figure 00000011
- pressure loss in the pipeline with heated coolant at coolant flow in the primary circuit
Figure 00000009
, Pa;
Figure 00000010
- потеря напора на трубопроводе с охлажденным теплоносителем при расходе теплоносителя в первом контуре
Figure 00000009
, Па;
Figure 00000010
- pressure loss in the pipeline with cooled coolant at coolant flow in the primary circuit
Figure 00000009
, Pa;
Figure 00000010
- потеря напора на теплообменнике при расходе теплоносителя в первом контуре
Figure 00000009
, Па;
Figure 00000010
- loss of pressure on the heat exchanger at the flow rate of the coolant in the primary circuit
Figure 00000009
, Pa;
Figure 00000012
- разность между средними плотностями теплоносителя на подъемном и опускном участках первого контура; кг/м3;
Figure 00000012
- the difference between the average coolant densities in the upstream and downstream sections of the primary circuit; kg / m 3 ;
g - ускорение свободного падения, м/с2.g - free fall acceleration, m/s 2 . 2. Пассивная система охлаждения ядерного реактора в виде контура естественной циркуляции по п. 1, отличающаяся тем, что первый контур соединен с монжусом, обеспечивающим частичное опорожнение первого контура при проведении транспортно-перегрузочных операций активной зоны.2. Passive cooling system of a nuclear reactor in the form of a natural circulation circuit according to claim 1, characterized in that the primary circuit is connected to a monte-jus, which provides partial emptying of the primary circuit during core transport and reloading operations. 3. Пассивная система охлаждения ядерного реактора, выполненная по трехконтурной схеме охлаждения, при которой первый контур с естественной циркуляцией включает корпусной реактор, расположенный под уровнем земли, теплообменник, передающий тепло от первого ко второму контуру и размещенный над реактором, подводящий и отводящий циркуляционные трубопроводы и компенсатор объема, отличающаяся тем, что конечным поглотителем тепла третьего контура является природная среда в виде атмосферного воздуха и/или открытого водоема, а второй контур выполнен в виде гравитационной тепловой трубы, передающей тепло от первого контура к третьему.3. Passive cooling system of a nuclear reactor, made according to a three-circuit cooling scheme, in which the first circuit with natural circulation includes a pressure vessel reactor located below ground level, a heat exchanger that transfers heat from the first to the second circuit and is located above the reactor, inlet and outlet circulation pipelines and a volume compensator, characterized in that the final heat sink of the third circuit is the natural environment in the form of atmospheric air and/or open water, and the second circuit is made in the form of a gravitational heat pipe that transfers heat from the first circuit to the third one. 4. Пассивная система охлаждения ядерного реактора, выполненная по трехконтурной схеме охлаждения по п.3, отличающаяся тем, что естественная циркуляция конечного поглотителя тепла в виде атмосферного воздуха через воздушный теплообменник третьего контура обеспечивается вытяжной трубой.4. Passive cooling system of a nuclear reactor, made according to a three-circuit cooling scheme according to claim 3, characterized in that the natural circulation of the final heat sink in the form of atmospheric air through the air heat exchanger of the third circuit is provided by an exhaust pipe.
RU2021117184A 2021-06-14 2021-06-14 Passive cooling system of a nuclear reactor RU2769102C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021117184A RU2769102C1 (en) 2021-06-14 2021-06-14 Passive cooling system of a nuclear reactor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021117184A RU2769102C1 (en) 2021-06-14 2021-06-14 Passive cooling system of a nuclear reactor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2769102C1 true RU2769102C1 (en) 2022-03-28

Family

ID=81075880

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021117184A RU2769102C1 (en) 2021-06-14 2021-06-14 Passive cooling system of a nuclear reactor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2769102C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116702472A (en) * 2023-06-07 2023-09-05 西安交通大学 Reactor core nuclear thermal characteristic numerical analysis method for heat pipe pile
RU2806815C1 (en) * 2022-10-10 2023-11-07 Акционерное общество "Опытное Конструкторское Бюро Машиностроения имени И.И. Африкантова" (АО "ОКБМ Африкантов") System of passive heat removal from the inner volume of the containment shell of water-water energy reactor

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4186050A (en) * 1978-05-22 1980-01-29 General Atomic Company Nuclear reactors
CA1070860A (en) * 1975-06-10 1980-01-29 Aktiebolaget Asea-Atom Power reducing pool water for a nuclear reactor
SU1820758A1 (en) * 1990-03-26 1995-09-10 Институт атомной энергии им.И.В.Курчатова Nuclear reactor
WO2003058642A1 (en) * 2002-01-08 2003-07-17 Nuclear Power Institut Of China A nuclear plant spent fuel low temperature reactor
RU2501103C1 (en) * 2012-07-24 2013-12-10 Открытое Акционерное Общество "Ордена Ленина Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Энерготехники Имени Н.А. Доллежаля" Core cooling system and pool-type nuclear reactor reflector
RU139057U1 (en) * 2013-11-25 2014-04-10 Открытое Акционерное Общество "Ордена Ленина Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Энерготехники Имени Н.А. Доллежаля" FIRST BOOT OF THE POOL NUCLEAR REACTOR
KR101832067B1 (en) * 2016-09-30 2018-02-23 한국수력원자력 주식회사 Coolant tank, and containment passive cooling system including the same

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1070860A (en) * 1975-06-10 1980-01-29 Aktiebolaget Asea-Atom Power reducing pool water for a nuclear reactor
US4186050A (en) * 1978-05-22 1980-01-29 General Atomic Company Nuclear reactors
SU1820758A1 (en) * 1990-03-26 1995-09-10 Институт атомной энергии им.И.В.Курчатова Nuclear reactor
WO2003058642A1 (en) * 2002-01-08 2003-07-17 Nuclear Power Institut Of China A nuclear plant spent fuel low temperature reactor
RU2501103C1 (en) * 2012-07-24 2013-12-10 Открытое Акционерное Общество "Ордена Ленина Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Энерготехники Имени Н.А. Доллежаля" Core cooling system and pool-type nuclear reactor reflector
RU139057U1 (en) * 2013-11-25 2014-04-10 Открытое Акционерное Общество "Ордена Ленина Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Энерготехники Имени Н.А. Доллежаля" FIRST BOOT OF THE POOL NUCLEAR REACTOR
KR101832067B1 (en) * 2016-09-30 2018-02-23 한국수력원자력 주식회사 Coolant tank, and containment passive cooling system including the same

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
V. Uzikov и др., "Universal system of passive heat removal from the core of a research reactor", Nuclear Technology and Radiation Protection., Vol. XXXV, N. 2, June 2019, с. 107-121. *
Митенков Ф.М. и др., Реакторная установка атомной станции теплоснабжения АСТ-500, Атомная энергия. Том 58, вып. 5. — 1985, с. 308-313. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2806815C1 (en) * 2022-10-10 2023-11-07 Акционерное общество "Опытное Конструкторское Бюро Машиностроения имени И.И. Африкантова" (АО "ОКБМ Африкантов") System of passive heat removal from the inner volume of the containment shell of water-water energy reactor
CN116702472A (en) * 2023-06-07 2023-09-05 西安交通大学 Reactor core nuclear thermal characteristic numerical analysis method for heat pipe pile
CN116702472B (en) * 2023-06-07 2024-02-20 西安交通大学 Reactor core nuclear thermal characteristic numerical analysis method for heat pipe pile

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5517357B2 (en) Passive emergency water supply system
Zheng et al. Water-ingress analysis for the 200áMWe pebble-bed modular high temperature gas-cooled reactor
US9984777B2 (en) Passive emergency feedwater system
CN101884073A (en) The submerged containment vessel that is used for nuclear reactor
Fukami et al. CAREM project: innovative small PWR
CN113990535B (en) Integrated molten salt reactor heat exchanger and passive waste heat discharging system thereof
RU2769102C1 (en) Passive cooling system of a nuclear reactor
Hannerz Towards intrinsically safe light-water reactors
Miller et al. Main Features of the Reactor Cavity Cooling System for the Framatome SC HTGR
US4976913A (en) Nuclear energy system using pelletized fuel in a boiling liquid reactor
Uzikov et al. The Concept of the Heat Removal System of a High‐Flux Research Reactor
Kaliatka et al. Heat removal from RBMK reactor core using non-regular means
Wagner et al. MELCOR Integrated Severe Accident Code Demonstration and Sensitivity Study of FHR Accident Progression.
Keller et al. Passive cooling to cold shutdown
Sungur et al. CALCULATION OF RELIABILITY ON JUSTIFICATION COOLING OF THE VVER-1200 CORE DURING THE OPERATION OF PASSIVE HEAT REMOVAL SYSTEM THROUGH STEAM GENERATOR
Uspuras et al. Deterministic Analysis of Beyond Design Basis Accidents in RBMK Reactors
Zhao et al. Discussion on design of new-style innovative small modular reactor
Supriatna et al. REVIEW ON THE RCCS FUNCTION TO ANTICIPATE THE STATION BLACK-OUT ACCIDENT IN RGTT200K
Dolgov et al. Operational experience of safety methods at the Bilibino heat and power station
Matev Simulation of the Operation in Passive Mode of Reactor Cavity Cooling System of High-Temperature Gas-Cooled Reactor
Jayanti et al. Preliminary analysis of a small, inherently safe boiling water reactor
EP4381525A1 (en) A low pressure water reactor and a method for controlling a low pressure water reactor
Dragunov et al. Project of SVBR-75/100 reactor plant with improved safety for nuclear sources of small and medium power
Beeley et al. Operating experience with the sodium reactor experiment and its application to the hallam nuclear power facility
Leyse An Advanced Engineering Test Reactor