RU2776024C1 - Method for passive cooldown of reactor plant with reactor under pressure - Google Patents

Method for passive cooldown of reactor plant with reactor under pressure Download PDF

Info

Publication number
RU2776024C1
RU2776024C1 RU2021135701A RU2021135701A RU2776024C1 RU 2776024 C1 RU2776024 C1 RU 2776024C1 RU 2021135701 A RU2021135701 A RU 2021135701A RU 2021135701 A RU2021135701 A RU 2021135701A RU 2776024 C1 RU2776024 C1 RU 2776024C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reactor
pool
pressure
core
valves
Prior art date
Application number
RU2021135701A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виталий Алексеевич Узиков
Ирина Витальевна Узикова
Ильдар Радикович Сулейманов
Original Assignee
Виталий Алексеевич Узиков
Filing date
Publication date
Application filed by Виталий Алексеевич Узиков filed Critical Виталий Алексеевич Узиков
Application granted granted Critical
Publication of RU2776024C1 publication Critical patent/RU2776024C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: nuclear power industry.
SUBSTANCE: invention is aimed at an increase in the safety of nuclear hull research reactors and low-power reactors by using passive heat removal systems. A method for passive cooldown of a hull reactor includes placement of a reactor vessel with heat carrier circulation paths leading to the reactor core and diverting from the reactor core, as well as a neutron reflector in a pool with water, provision of a reactor plant with passive-action valves of natural circulation, providing safe heat removal from the reactor core and radiation channels in the reflector during the reactor cooldown in case of the absence of forced circulation. Pool water is used as the main heat absorber during the reactor cooldown.
EFFECT: increase in the safety and reliability of a system for cooldown of hull research reactors and low-power reactors.
5 cl, 5 dwg

Description

Уровень техникиState of the art

Изобретение относится к системам обеспечения безопасного теплоотвода остаточного энерговыделения от активной зоны корпусных исследовательских реакторных установок и реакторов малой мощности.The invention relates to systems for ensuring safe heat removal of residual energy release from the core of pressurized research reactors and low-power reactors.

В известных в настоящее время установках обычно имеется система аварийного впрыска воды для предотвращения опорожнения корпуса реактора с активной зоной. Также имеется система аварийного охлаждения, позволяющая отводить остаточную мощность и охлаждать активную зону. Система аварийного впрыска обычно включает насосы высокого давления, аккумуляторы среднего давления и насосы низкого давления. В системе аварийного охлаждения реактора часто используется система прямого охлаждения первого контура с использованием специальных теплообменников для окончательного охлаждения. Заполненные водой гидроаккумуляторы под давлением связаны с первым контуром охлаждения реактора через запорные клапаны, чувствительные к заданному более низкому значению давления в первом контуре. Вода, наполняющая гидроаккумуляторы, находится под давлением азота. Однако устройства имеют ряд недостатков. В такой системе нет уверенности, что закачка воды из аккумуляторов аварийного охлаждения активной зоны происходит в наиболее благоприятный момент. Более того, закачка воды в первый контур обычно заканчивается закачкой в него азота, используемого для повышения давления воды в аккумуляторах, поэтому этот способ аварийного расхолаживания несет риски попадания газа в активную зону и перегрев твэлов.Currently known installations usually have an emergency water injection system to prevent emptying of the reactor vessel with the core. There is also an emergency cooling system to remove residual power and cool the core. The emergency injection system usually includes high pressure pumps, medium pressure accumulators and low pressure pumps. The reactor emergency cooling system often uses a direct primary cooling system using special heat exchangers for final cooling. The water-filled pressurized accumulators are connected to the reactor's primary cooling circuit through shut-off valves sensitive to a lower primary pressure set point. The water filling the accumulators is under nitrogen pressure. However, the devices have a number of disadvantages. In such a system, there is no certainty that the injection of water from the accumulators for emergency core cooling occurs at the most favorable moment. Moreover, the injection of water into the primary circuit usually ends with the injection of nitrogen into it, which is used to increase the water pressure in the accumulators, so this method of emergency cooling carries the risks of gas entering the core and overheating of the fuel elements.

Известен тепловой гетерогенный реактор МИР.М1 с замедлителем и отражателем из металлического бериллия. По конструктивным особенностям он является канальным и размещен в бассейне с водой. Такое конструкторское решение позволило совместить основные преимущества бассейновых и канальных реакторов, что позволило охлаждать каналы с ТВС и экспериментальные каналы теплоносителем контура охлаждения бассейна (КОБ). Однако при возможном осушении рабочих ТВС, например, при впрыске газа из компенсатора давления, охлаждение внешней поверхности каналов водой КОБ недостаточно, и трубчатые ТВС из алюминия перегреваются и деформируются, что приводит к выходу продуктов деления в первый контур и газовых продуктов деления в систему спецвентиляции.Known thermal heterogeneous reactor MIR.M1 with a moderator and a reflector of metallic beryllium. According to its design features, it is a channel and is placed in a pool of water. Such a design solution made it possible to combine the main advantages of pool and channel reactors, which made it possible to cool the channels with fuel assemblies and experimental channels with the coolant of the pool cooling circuit (CPB). However, in case of possible drying of the working fuel assemblies, for example, when gas is injected from the pressure compensator, the cooling of the outer surface of the channels by the FSC water is insufficient, and tubular aluminum fuel assemblies overheat and deform, which leads to the release of fission products into the primary circuit and fission gas products into the special ventilation system.

Известна пассивная система аварийного расхолаживания (патент US 20180261343 A1) реактора с корпусом в защитной оболочке, погруженным в бассейн. При аварийных ситуациях вода бассейна реактора используется для расхолаживания реактора, причем циркуляция охлаждающего теплоносителя через корпус реактора производится за счет естественной конвекции. Недостатком этой конструкции является сложность конструкции теплообменного оборудования в корпусе реактора и вероятность отказа клапанов в контуре расхолаживания, что делает применение этого способа расхолаживания активной зоны недостаточно надежным, а при несанкционированном открытии клапанов опасным.Known passive system of emergency cooling (patent US 20180261343 A1) reactor with a housing in a protective shell, immersed in the pool. In emergency situations, the water of the reactor pool is used to cool down the reactor, and the circulation of the cooling coolant through the reactor vessel is carried out due to natural convection. The disadvantage of this design is the complexity of the design of heat exchange equipment in the reactor pressure vessel and the likelihood of failure of the valves in the cooldown circuit, which makes the use of this method of core cooling insufficiently reliable, and dangerous if the valves are opened unauthorized.

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 отводящий патрубок для воды, которая проходит через активную зону, нагревается и с помощью соответствующего трубопровода выводится из бассейна к теплообменнику. Из теплообменника вода подается обратно по соответствующей возвратной трубе к подводящему 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, using an appropriate pipeline, is removed from the pool to the heat exchanger. From the heat exchanger, water is fed back through the corresponding return pipe to the 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 lower 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 the two volumes communicate freely, the level of fluid flow between them is zero because the fluids in them are at 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, таким образом, замещается водой из бассейна, которая холоднее. Выше уже указывалось, что корпус реактора изолирован. В дополнение к этому вода в бассейне содержит борную кислоту 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 pressure vessel is insulated. In addition, the water in the pool contains boric acid in such a way that, when it enters the reactor core, it gradually stops the reaction.

Объем воды, находящейся в бассейне, сравнительно большой, что, в случае выхода из строя насоса первого контура, обеспечивает достаточно большое число часов работы реактора без перегрева активной зоны выше заранее установленного безопасного уровня.The volume of water in the pool is relatively large, which, in the event of a failure of the primary circuit pump, ensures a sufficiently large number of hours of operation of the reactor 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, имеет недостаток, заключающийся в том, что в случае использования высокотемпературного реактора его конструкция 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. Поэтому этот способ расхолаживания приводит, скорее, к увеличению риска создания аварийной ситуации, чем к повышению надёжности теплоотвода остаточной мощности.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, has the disadvantage that, in the case of using a high temperature reactor, its design is too complicated. 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. Therefore, this method of cooling leads, rather, to an increase in the risk of creating an emergency situation, rather than to an increase in the reliability of heat removal of the residual power.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по наибольшему количеству совпадающих существенных признаков способом пассивного расхолаживания исследовательского реактора с контуром принудительной циркуляции через активную зону в качестве прототипа выбран безопасный реактор бассейно-корпусного типа (патент CN 100578683 C). Водо-водяная реакторная установка под давлением, включает цилиндрический корпус с активной зоной, расположенный в бассейне с водой, первый контур принудительного охлаждения с насосом, запорно-регулирующей арматурой и отводящим тепло от первого контура основным теплообменником, размещенными в помещении на отметке выше уровня воды в бассейне, а также теплообменник расхолаживания, размещенный непосредственно в бассейне и отводящий тепло остаточного энерговыделения к воде бассейна, циркуляция через который осуществляется вспомогательным насосом. В случае выхода из строя вспомогательного насоса, при расхолаживании активной зоны реактора, открываются гидравлически регулируемые клапана на отводящем и подводящем патрубках корпуса реактора, обеспечивая тем самым массообмен теплоносителя между корпусом и бассейном за счет естественной циркуляции (ЕЦ).Closest to the claimed invention in terms of the largest number of matching essential features, the method of passive cooling of a research reactor with a forced circulation loop through the core was chosen as a prototype for a safe pool-vessel type reactor (patent CN 100578683 C). Pressurized water-cooled reactor plant, includes a cylindrical vessel with an active zone located in a pool of water, a first forced cooling circuit with a pump, shut-off and control valves and a main heat exchanger that removes heat from the primary circuit, located in the room at a mark above the water level in pool, as well as a cooldown heat exchanger located directly in the pool and removing the heat of the residual energy release to the pool water, circulation through which is carried out by an auxiliary pump. In the event of failure of the auxiliary pump, when the reactor core cools down, hydraulically adjustable valves open on the outlet and inlet pipes of the reactor vessel, thereby ensuring the mass transfer of the coolant between the vessel and the pool due to natural circulation (EC).

У прототипа и заявляемого изобретения имеются следующие сходные существенные признаки в способе расхолаживания. Способ расхолаживания реакторной установки под давлением с контуром принудительной циркуляции через активную зону в корпусе реактора включает размещение корпуса реактора с подводящими и отводящими патрубками в бассейне с водой, причем подводящие и отводящие патрубки реактора оснащены клапанами ЕЦ, открывающимися при нарушениях принудительной циркуляции через активную зону и формирующими тракт естественной циркуляции теплоносителя через активную зону и бассейн реактора.The prototype and the claimed invention have the following similar essential features in the cooling method. The method for cooling down a reactor plant under pressure with a forced circulation loop through the core in the reactor vessel includes placing the reactor vessel with inlet and outlet nozzles in a pool of water, wherein the reactor inlet and outlet nozzles are equipped with EC valves that open when forced circulation through the core is disturbed and form path of natural coolant circulation through the core and the reactor pool.

Однако существенным недостатком такой системы расхолаживания является способ открытия клапанов ЕЦ с использованием гидравлики, что может повлечь отказы клапанов при их открытии и возможные ошибки персонала при управлении клапанами. Серьезным отказом, снижающим безопасность реактора, может быть как ситуация с ошибочным или непреднамеренным открытием клапана ЕЦ при работе реактора на мощности, так несрабатывание или заклинивание клапана при подаче сигнала на открытие, поэтому этот способ расхолаживания нельзя отнести к высоконадежным способам по показателям безопасности.However, a significant disadvantage of such a cooling system is the method of opening the EC valves using hydraulics, which can lead to valve failures during their opening and possible personnel errors when controlling the valves. A serious failure that reduces the safety of the reactor can be either a situation with an erroneous or unintentional opening of the EC valve when the reactor is operating at power, or a failure or jamming of the valve when a signal to open is given, so this cooldown method cannot be classified as a highly reliable method in terms of safety indicators.

Указанный недостаток обусловлен тем, что любые активные системы воздействия на системы охлаждения и расхолаживания активных зон реакторных установок несут риски несрабатывания или ложного срабатывания, что приводит к снижению безопасности реакторных установок.This disadvantage is due to the fact that any active systems for influencing the cooling and cooling systems of the active zones of reactor plants bear the risk of failure or false operation, which leads to a decrease in the safety of reactor plants.

Заявляемый способ пассивного расхолаживания корпусного реактора под давлением позволяет устранить указанные недостатки и при существенном упрощении конструкции обеспечить требуемые показатели безопасности при увеличении допустимой мощности реактора, которая определяет величину остаточного энерговыделения.The inventive method of passive cooldown of a pressurized vessel reactor makes it possible to eliminate these drawbacks and, with a significant simplification of the design, to provide the required safety indicators with an increase in the allowable power of the reactor, which determines the magnitude of the residual energy release.

В качестве дополнительной системы расхолаживания реакторной установки при долговременной остановке заявляемый способ предусматривает использование контура охлаждения бассейна (КОБ), работа которого подобна работе аналогичного контура в реакторах МИР.М1 и в номинальном режиме обеспечивает охлаждение блоков отражателя и установленных в них экспериментальных каналов (ячеек) с облучательными устройствами, а после остановки реактора и образовании контура естественной циркуляции в активной зоне через бассейн, работа КОБ позволяет поддерживать температуру воды в бассейне на низком уровне, что снижает испарение и выход радиоактивных газов с поверхности воды. As an additional system for cooling down a reactor plant during a long-term shutdown, the proposed method provides for the use of a pool cooling circuit (COC), the operation of which is similar to the operation of a similar circuit in the MIR.M1 reactors and in the nominal mode provides cooling of the reflector blocks and experimental channels (cells) installed in them with irradiation devices, and after the reactor shutdown and the formation of a natural circulation loop in the core through the pool, the operation of the BER allows you to maintain the temperature of the water in the pool at a low level, which reduces evaporation and release of radioactive gases from the water surface.

Целью предложенного способа является повышения надежности способа пассивного расхолаживания корпусного реактора путем применения клапанов пассивного действия, срабатывающих за счет действия гравитационных сил при изменении гидравлических параметров и давления в первом контуре охлаждения реактора, а также применение клапана пассивного действия в КОБ, обеспечивающего образование тракта естественной циркуляции теплоносителя через блоки отражателя нейтронов и каналы (ячейки) облучения, расположенные в отражателе, при отказе принудительной циркуляции КОБ.The purpose of the proposed method is to increase the reliability of the method of passive cooldown of the pressure vessel reactor by using passive valves that are triggered by the action of gravitational forces when the hydraulic parameters and pressure in the primary cooling circuit of the reactor change, as well as the use of a passive valve in the COB, which ensures the formation of a natural circulation path of the coolant through neutron reflector blocks and irradiation channels (cells) located in the reflector, in case of failure of the forced circulation of the BER.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Изобретение направлено на создание эффективной системы безопасного теплоотвода остаточного энерговыделения от активной зоны ядерных реакторов корпусного типа под давлением, включая исследовательские реакторы, а также теплоотвода от экспериментальных каналов (ячеек) в отражателе нейтронов исследовательских реакторов, полностью построенной на пассивных принципах действия и обладающей повышенным уровнем надежности срабатывания при вероятных аварийных ситуациях с нарушением принудительной циркуляции.The invention is aimed at creating an efficient system for safe heat removal of residual energy release from the core of pressure vessel-type nuclear reactors, including research reactors, as well as heat removal from experimental channels (cells) in the neutron reflector of research reactors, completely built on passive operating principles and having an increased level of reliability operation in case of probable emergency situations with violation of forced circulation.

Поставленная цель достигается тем, что в способе пассивного расхолаживания корпусного реактора под давлением с использованием в качестве аккумулятора тепловой энергии воды бассейна кроме клапанов ЕЦ пассивного действия на входном и выходном патрубках корпуса реактора, находящихся в бассейне под уровнем воды, предусмотрено, что с целью перехода к режиму открытия затворов клапанов естественной циркуляции при аварийных ситуациях с нарушением циркуляции теплоносителя в первом контуре, в емкости компенсатора давления, размещенной в верхней части бассейна реактора и соединенной с подводящим и отводящим трактами, устанавливают клапаны, открывающиеся при снижении перепада давления между трактами и создающие байпасный канал циркуляции теплоносителя между ними, а также канал отвода газа из компенсатора давления, что обеспечивает снижение давления в контуре охлаждения реактора и подачу холодной воды из компенсатора давления в корпус реактора для охлаждения активной зоны. Пассивный принцип срабатывания клапанов строится на соотношении результирующей силы перепада давления, действующего на заслонку клапанов ЕЦ, и силы тяжести, действующей на заслонку.This goal is achieved by the fact that in the method of passive cooldown of a pressure vessel reactor using pool water as a thermal energy accumulator, in addition to passive EC valves on the inlet and outlet branch pipes of the reactor vessel located in the pool under the water level, it is provided that, in order to switch to to the mode of opening the shutters of natural circulation valves in emergency situations with violation of the circulation of the coolant in the primary circuit, valves are installed in the pressure compensator tank located in the upper part of the reactor pool and connected to the inlet and outlet tracts, which open when the pressure drop between the tracts and create a bypass channel coolant circulation between them, as well as a gas outlet channel from the pressure compensator, which ensures a decrease in pressure in the reactor cooling circuit and the supply of cold water from the pressure compensator to the reactor pressure vessel for core cooling. The passive principle of valve operation is based on the ratio of the resulting force of the pressure drop acting on the EC damper damper and the force of gravity acting on the damper.

Кроме того, в исследовательских реакторах для повышения эффективности системы безопасного теплоотвода от блоков отражателя нейтронов и от обучательных устройств (ОУ) в отражателе, в том числе ОУ с делящимся материалом (например, при наработке осколочного Mo-99 из обогащенного урана), под отражателем нейтронов, размещенным в бассейне вокруг корпуса реактора на уровне активной зоны, образована камера пониженного давления путем откачки теплоносителя в контур охлаждения бассейна (КОБ), обеспечивая при этом нисходящую циркуляцию теплоносителя через отражатель с установленными в нем ячейками с ОУ. Возможная аварийная ситуация с прекращением принудительной циркуляции в КОБ при работающем реакторе приводит к резкому ухудшению теплоотвода от ОУ с высоким энерговыделением в экспериментальных ячейках. Поэтому после остановки принудительной циркуляции КОБ требуется организация интенсивного теплоотвода от ячеек отражателя, что осуществляется переходом на естественную циркуляцию, обеспечиваемую установкой на боковой стенке камеры пониженного давления дискового клапана ЕЦ. Клапан представляет собой металлический диск, прижимаемый к стенке гидростатическим давлением столба жидкости в бассейне при наличии разряжения в камере, т.е. при работе КОБ. В случае прекращения работы КОБ, свободно висящий на тросиках диск отходит от стенки под собственным весом, образуя кольцевую щель, через которую может осуществляться естественная циркуляция теплоносителя через отражатель нейтронов и ОУ в ячейках отражателя, обеспечивая тем самым достаточный теплоотвод, даже если КОБ прекратил работу, а реактор продолжает работать на номинальном уровне мощности.In addition, in research reactors, to improve the efficiency of the system for safe heat removal from neutron reflector units and from training devices (DU) in the reflector, including the OS with fissile material (for example, when producing Mo-99 fragmentation from enriched uranium), under the neutron reflector , located in the pool around the reactor vessel at the level of the core, a reduced pressure chamber is formed by pumping the coolant into the pool cooling circuit (CPB), while ensuring the downward circulation of the coolant through the reflector with the cells with OS installed in it. A possible emergency situation with the cessation of forced circulation in the FCC when the reactor is running leads to a sharp deterioration in heat removal from the OS with a high energy release in the experimental cells. Therefore, after stopping the forced circulation of the CVD, it is required to organize intensive heat removal from the cells of the reflector, which is carried out by switching to natural circulation, provided by installing a EC disk valve on the side wall of the reduced pressure chamber. The valve is a metal disc pressed against the wall by the hydrostatic pressure of the liquid column in the pool in the presence of vacuum in the chamber, i.e. during the operation of COB. In the event of CBF operation stoppage, the disk freely hanging on the cables moves away from the wall under its own weight, forming an annular slot through which the coolant can be naturally circulated through the neutron reflector and OS in the cells of the reflector, thereby ensuring sufficient heat removal, even if the CBF has stopped working, and the reactor continues to operate at the nominal power level.

Таким образом, заявляемый способ расхолаживания корпусного реактора с использованием клапанов пассивного действия обеспечивает не только безопасный режим теплоотвода от активной зоны исследовательских реакторов и энергетических реакторов малой мощности, но также позволяет отводить тепло от ОУ с высоким энерговыделением, установленных в ячейках отражателя исследовательских реакторов большой мощности при любых режимах работы систем охлаждения, включая аварийные ситуации.Thus, the inventive method of cooldown of a vessel reactor using passive valves provides not only a safe mode of heat removal from the core of research reactors and low-power power reactors, but also allows heat to be removed from OS with a high energy release installed in reflector cells of high-power research reactors at any modes of operation of cooling systems, including emergency situations.

Графическое изображение способа пассивного расхолаживания представлено в виде схем циркуляции теплоносителя в системах охлаждения на разных этапах расхолаживания исследовательского реактора, корпус которого и отражатель нейтронов размещены бассейне. На Фиг. 1 представлена схема штатной циркуляции теплоносителя в первом контуре и контуре охлаждения бассейна. На Фиг. 2 показана схема потоков при переходе на естественную циркуляцию в первом контуре через емкость компенсатора давления при нарушении принудительной циркуляции и сохраняющемся повышенном давлении в первом контуре. Контур охлаждения бассейна при этом работает в нормальном режиме. На Фиг. 3 показана схема потоков теплоносителя при переходе на естественную циркуляцию в первом контуре при снижении давления в нем. Поток теплоносителя проходит через клапаны ЕЦ, установленные на подводящем к активной зоне и отводящем от активной зоны трактах циркуляции теплоносителя, а также через клапан ЕЦ, установленный в емкости компенсатора давления. Контур охлаждения бассейна при этом работает в штатном режиме. На Фиг. 4 показан переход на схему испарительного охлаждения воды в бассейне, циркулирующей через активную зону, и отражатель нейтронов при отказе всех систем принудительного расхолаживания в результате, например, полного обесточивания, поломок насоса, разрывов циркуляционных трубопроводов, несанкционированного закрытия задвижек и т.д.The graphic representation of the passive cooldown method is presented in the form of coolant circulation schemes in the cooling systems at different stages of the research reactor cooldown, the vessel of which and the neutron reflector are located in the pool. On FIG. 1 shows a diagram of the normal circulation of the coolant in the primary circuit and the cooling circuit of the pool. On FIG. Figure 2 shows the flow diagram during the transition to natural circulation in the primary circuit through the pressure compensator tank in case of violation of forced circulation and the remaining increased pressure in the primary circuit. The pool cooling circuit is operating normally. On FIG. 3 shows the scheme of coolant flows during the transition to natural circulation in the primary circuit with a decrease in pressure in it. The coolant flow passes through the EC valves installed on the coolant circulation paths leading to the core and leaving the core, as well as through the EC valve installed in the pressure compensator vessel. The pool cooling circuit is operating normally. On FIG. 4 shows the transition to the scheme of evaporative cooling of water in the pool circulating through the core and the neutron reflector in case of failure of all forced cooling systems as a result, for example, of a complete blackout, pump breakdowns, breaks in circulation pipelines, unauthorized closing of valves, etc.

На Фиг. 5 приведена схема расхолаживания энергетического реактора малой мощности. Так как циркулирующий в первом контуре охлаждения теплоноситель имеет высокую температуру (свыше 300°С), прямой контакт элементов тракта циркуляции теплоносителя с водой бассейна крайне нежелателен. Поэтому корпус реактора выполнен в виде трубы Фильда и заключен в теплоизолирующий кожух с газовой (воздушной) прослойкой. Патрубки циркуляционных трубопроводов находятся в верхней части корпуса реактора и также не имеют прямого контакта с водой бассейна. Компенсатор давления, циркуляция горячего теплоносителя через который при нормальной работе реактора минимальна, размещается в бассейне реактора, также как и клапаны естественной циркуляции на непроточных участках трубопроводов, подсоединенных к подводящему к активной зоне (нижняя часть корпуса реактора) и отводящему от активной зоны трактам циркуляции теплоносителя.On FIG. Figure 5 shows a diagram of the cooling down of a low power power reactor. Since the coolant circulating in the primary cooling circuit has a high temperature (over 300°C), direct contact of the elements of the coolant circulation path with the pool water is highly undesirable. Therefore, the reactor vessel is made in the form of a Field tube and is enclosed in a heat-insulating casing with a gas (air) layer. The branch pipes of the circulation pipelines are located in the upper part of the reactor vessel and also do not have direct contact with the pool water. The pressure compensator, through which circulation of the hot coolant is minimal during normal operation of the reactor, is located in the reactor pool, as well as natural circulation valves on stagnant sections of pipelines connected to the coolant circulation paths leading to the core (lower part of the reactor pressure vessel) and draining from the core .

На схемах цифрами обозначены:On the diagrams, the numbers indicate:

1 - Бассейн реакторной установки;1 - Pool of the reactor plant;

2 - Корпус реакторной установки;2 - Reactor plant housing;

3 - Активная зона реакторной установки;3 - The active zone of the reactor plant;

4 - Отражатель нейтронов реакторной установки с ячейками облучения;4 - Neutron reflector of the reactor plant with irradiation cells;

5 - Помещение оборудования первого контура охлаждения реактора;5 - Equipment room for the primary cooling circuit of the reactor;

6 - Циркуляционный насос первого контура охлаждения реактора;6 - Circulation pump of the first reactor cooling circuit;

7 - Запорно-регулирующая арматура первого контура охлаждения реактора;7 - Shut-off and control valves of the primary cooling circuit of the reactor;

8 - Теплообменник (парогенератор) первого контура охлаждения реактора;8 - Heat exchanger (steam generator) of the primary cooling circuit of the reactor;

9 - Циркуляционные трубопроводы первого контура охлаждения реактора;9 - Circulation pipelines of the first reactor cooling circuit;

10 - Дренажная линия из помещения первого контура;10 - Drainage line from the primary circuit room;

11 - Подводящий к активной зоне тракт циркуляции теплоносителя;11 - Coolant circulation path leading to the core;

12 - Отводящий от активной зоны тракт циркуляции теплоносителя;12 - Coolant circulation path from the core;

13 - Компенсатор давления первого контура;13 - Primary circuit pressure compensator;

14 - Клапан ЕЦ в компенсаторе давления, срабатывающий по перепаду давления между подводящим и отводящим патрубками;14 - EC valve in the pressure compensator, triggered by the pressure difference between the inlet and outlet pipes;

15 - Шток клапана ЕЦ в компенсаторе давления;15 - EC valve stem in the pressure compensator;

16 - Шаровая заслонка по воде клапана ЕЦ в компенсаторе давления;16 - Ball valve for water of the EC valve in the pressure compensator;

17 - Шаровая заслонка по газу клапана ЕЦ в компенсаторе давления;17 - Ball valve for gas of the EC valve in the pressure compensator;

18 - Демпферная пружина клапана ЕЦ в компенсаторе давления;18 - Damper spring of the EC valve in the pressure compensator;

19 - Сдувка газа из компенсатора давления первого контура в спец вентиляцию;19 - Gas purge from the primary circuit pressure compensator to special ventilation;

20 - Предохранительный клапан от превышения давления в первом контуре;20 - Safety valve against excess pressure in the primary circuit;

21 - Клапан ЕЦ, срабатывающий по снижению давления в первом контуре;21 - EC valve, triggered by a decrease in pressure in the primary circuit;

22 - Шаровая заслонка клапана ЕЦ, срабатывающего по снижению давления в первом контуре;22 - Ball damper of the EC valve, triggered by a decrease in pressure in the primary circuit;

23 - Демпферная пружина клапана ЕЦ, срабатывавшего по снижению давления в первом контуре;23 - Damper spring of the EC valve, which was triggered by a decrease in pressure in the primary circuit;

24 - Камера пониженного давления под отражателем нейтронов;24 - Reduced pressure chamber under the neutron reflector;

25 - Помещение оборудования контура охлаждения бассейна;25 - Equipment room for the pool cooling circuit;

26 - Циркуляционный насос контура охлаждения бассейна;26 - Circulation pump of the pool cooling circuit;

27 - Запорно-регулирующая арматура контура охлаждения бассейна;27 - Shutoff and control valves of the pool cooling circuit;

28 - Теплообменник контура охлаждения бассейна;28 - Heat exchanger of the pool cooling circuit;

29 - Циркуляционные трубопроводы контура охлаждения бассейна;29 - Circulation pipelines of the pool cooling circuit;

30 - Отводящий трубопровод контура охлаждения бассейна от камеры низкого давления под отражателем нейтронов;30 - Outlet pipeline of the pool cooling circuit from the low pressure chamber under the neutron reflector;

31 - Трубопровод контура охлаждения бассейна для возврата охлаждённого теплоносителя в бассейн реактора;31 - Pipeline of the pool cooling circuit for returning the cooled coolant to the reactor pool;

32 - Дренажная линия из помещения контура охлаждения бассейна;32 - Drainage line from the pool cooling circuit room;

33 - Клапан ЕЦ, срабатывающий по повышению давления в камере низкого давления под отражателем нейтронов;33 - EC valve, triggered by pressure increase in the low pressure chamber under the neutron reflector;

34 - Дисковая заслонка клапана ЕЦ, срабатывающего по повышению давления в камере низкого давления под отражателем нейтронов;34 - Disc valve of the EC valve, triggered by an increase in pressure in the low pressure chamber under the neutron reflector;

35 - Тросиковая подвеска дисковой заслонки клапана ЕЦ, срабатывающего по повышению давления в камере низкого давления под отражателем нейтронов;35 - Cable suspension of the EC damper disc, triggered by an increase in pressure in the low pressure chamber under the neutron reflector;

36 - Тросики для взвода в закрытое состояние клапанов ЕЦ, срабатывающих по перепаду давления на активной зоне и клапанов ЕЦ, срабатывающих по снижению давления в первом контуре;36 - Cables for closing the EC valves, triggered by a pressure drop in the core and EC valves, triggered by a decrease in pressure in the primary circuit;

В качестве неограничивающего примера реализации способа пассивного расхолаживания корпусного реактора, рассмотрена работа системы отвода остаточного тепловыделения от корпусного реактора, размещенного в бассейне. В приведенном примере в качестве клапанов пассивного действия используются клапаны специальной конструкции (Фиг. 1, поз. 14, 21 и 34), в качестве заслонки в которых используются, например, металлические шары (Фиг. 2, поз. 16 или Фиг. 3, поз. 22) образующие в поднятом (взведенном) состоянии уплотнение шар-конус и удерживаемые в этом состоянии от падения в нижнее положение перепадом давления на заслонке клапана. Этот перепад давления создает направленную вверх силу, плотно прижимающую шаровую поверхность заслонки к конусной поверхности корпуса клапана, герметизируя его. Перепад давления на шаровых заслонках клапанов в номинальном режиме работы реактора определяется либо разностью между гидростатическим давлением в бассейне реактора (Фиг. 1, поз. 1) и давлением в патрубке, на котором установлен клапан (Фиг. 1, поз. 11, 12), либо разностью давлений между участками подводящего и отводящего патрубков, к которым подсоединен компенсатор давления с расположенным в нем сдвоенным клапаном по воде и по газу (Фиг. 1, поз. 14-18).As a non-limiting example of the implementation of the method of passive cooldown of a pressure vessel reactor, the operation of the system for removing residual heat from a pressure vessel reactor located in a pool is considered. In the example shown, valves of a special design (Fig. 1, pos. 14, 21 and 34) are used as passive valves, in which, for example, metal balls are used as a damper (Fig. 2, pos. 16 or Fig. 3, pos. 22) forming a ball-cone seal in the raised (cocked) state and kept in this state from falling to the lower position by the pressure drop across the damper flap. This pressure differential creates an upward force that presses the ball of the flapper tightly against the tapered surface of the valve body, sealing it. The pressure drop across the ball dampers of the valves in the nominal mode of operation of the reactor is determined either by the difference between the hydrostatic pressure in the reactor pool (Fig. 1, item 1) and the pressure in the nozzle on which the valve is installed (Fig. 1, item 11, 12), or the pressure difference between the sections of the inlet and outlet pipes, to which a pressure compensator is connected with a double valve for water and gas located in it (Fig. 1, pos. 14-18).

Любое нарушение эксплуатационных параметров по расходу теплоносителя в первом контуре (Фиг. 1, поз. 6, 7, 8, 9, 11, 12), приводящее к уменьшению принудительной циркуляции через активную зону, обуславливает снижение перепада давления на активной зоне и на клапане ЕЦ (Фиг. 2, поз. 14-18), установленном в компенсаторе давления (Фиг. 2, поз. 13). Снижение расхода через активную зону может быть вызвано, например, поломкой или обесточиванием циркуляционного насоса (Фиг. 1, поз. 3), непреднамеренным закрытием арматуры (Фиг. 1, поз. 7) либо разрывом циркуляционного трубопровода (Фиг. 1, поз. 9, 11, 12). В последнем случае, если разрыв циркуляционных трубопроводов происходит в помещении оборудования первого контура (Фиг. 1, поз. 5), либо в помещении оборудования КОБ (Фиг. 1, поз. 25), вода из облицованных нержавеющим стальным листом помещений возвращается через сливные трубопроводы (Фиг. 1, поз. 10 либо поз. 32) обратно в бассейн реактора, поэтому уровень воды в бассейне при аварийных ситуациях с разгерметизацией не понижается, что является важным фактором безопасности реакторной установки. Any violation of operational parameters for coolant flow in the primary circuit (Fig. 1, pos. 6, 7, 8, 9, 11, 12), leading to a decrease in forced circulation through the core, causes a decrease in pressure drop across the core and at the EC valve (Fig. 2, pos. 14-18) installed in the pressure compensator (Fig. 2, pos. 13). A decrease in the flow through the core can be caused, for example, by a breakdown or blackout of the circulation pump (Fig. 1, item 3), unintentional closing of the valve (Fig. 1, item 7) or a rupture of the circulation pipeline (Fig. 1, item 9 , 11, 12). In the latter case, if a rupture of the circulation pipelines occurs in the primary circuit equipment room (Fig. 1, item 5), or in the CSC equipment room (Fig. 1, item 25), water from the rooms lined with stainless steel sheet returns through the drain pipelines (Fig. 1, item 10 or item 32) back to the reactor pool, so the water level in the pool does not decrease in emergency situations with depressurization, which is an important safety factor for the reactor plant.

Вследствие снижения перепада давления на клапане ЕЦ (Фиг. 2, поз. 13) в компенсаторе давления (Фиг. 2, поз. 13) происходит уменьшение давления, прижимающего шаровой клапан (Фиг. 2, поз. 16) к посадочной поверхности корпуса клапана, и при достижении определённого значения перепада давления шаровая заслонка под собственным весом опускается вниз, открывая тем самым проход теплоносителя по байпасной линии между подводящим и отводящим патрубками, и, одновременно, через шток (Фиг. 2, поз. 15) открывает шаровую заслонку (Фиг. 2, поз. 17) газовой линии, образуя тем самым канал для выхода сжатого газа из компенсатора в систему спецвентиляции (Фиг. 2, поз. 19). Для шаровой конструкции заслонки клапана в компенсаторе давления решение задачи обеспечения требуемого режима срабатывания клапана ЕЦ достигается выполнением соотношения Due to the decrease in pressure drop across the EC valve (Fig. 2, item 13) in the pressure compensator (Fig. 2, item 13), there is a decrease in pressure pressing the ball valve (Fig. 2, item 16) to the seating surface of the valve body, and when a certain value of the pressure drop is reached, the ball valve lowers under its own weight, thereby opening the passage of the coolant along the bypass line between the inlet and outlet pipes, and, at the same time, through the stem (Fig. 2, item 15) opens the ball valve (Fig. 2, item 17) of the gas line, thereby forming a channel for the exit of compressed gas from the compensator into the special ventilation system (Fig. 2, item 19). For the spherical design of the valve damper in the pressure compensator, the solution to the problem of ensuring the required operation mode of the EC valve is achieved by fulfilling the relation

Figure 00000001
Figure 00000001

гдеwhere

Figure 00000002
- зависимость перепада давления на байпасной линии между подводящим (Фиг. 2, поз. 11) и отводящим (Фиг. 2, поз. 12) патрубками от расхода теплоносителя в первом контуре, кг/см2;
Figure 00000002
- dependence of the pressure drop on the bypass line between the inlet (Fig. 2, item 11) and outlet (Fig. 2, item 12) branch pipes on the coolant flow in the primary circuit, kg/cm 2 ;

Figure 00000003
- площадь проходного сечения посадочного отверстия шаровой заслонки клапана ЕЦ (Фиг. 2, поз. 14) в компенсаторе давления, см2;
Figure 00000003
- the area of the passage section of the landing hole of the ball valve of the EC valve (Fig. 2, pos. 14) in the pressure compensator, cm 2 ;

Figure 00000004
- масса шаровой заслонки (Фиг. 2, поз. 16) на клапане ЕЦ в компенсаторе давления, кг.
Figure 00000004
- mass of the ball valve (Fig. 2, item 16) on the EC valve in the pressure compensator, kg.

Динамический удар при падении шаровой заслонки в компенсаторе давления смягчается демпферной пружиной (Фиг. 2, поз. 18).The dynamic shock when the ball valve falls in the pressure compensator is softened by a damper spring (Fig. 2, item 18).

В первые секунды после открытие клапана ЕЦ в компенсаторе давления обеспечивается подача относительно холодной воды из компенсатора в активную зону через короткий промежуток времени из-за относительно малой длины подводящего трубопровода до реактора, что облегчает задачу расхолаживания активной зоны на начальном, самом опасном этапе развития аварийной ситуации, когда уровень остаточного энерговыделения в активной зоне ещё очень велик.In the first seconds after the opening of the EC valve in the pressure compensator, relatively cold water is supplied from the compensator to the core after a short period of time due to the relatively short length of the supply pipeline to the reactor, which facilitates the task of cooling the core at the initial, most dangerous stage of the development of an emergency. when the level of residual energy release in the core is still very high.

Выход сжатого газа из компенсатора давления приводит к постепенному снижению давления в первом контуре, вследствие чего уменьшается прижимное давление шаровых заслонок (Фиг. 3, поз. 22) клапанов ЕЦ (Фиг. 3, поз. 21), из-за чего перепад давления на этих шаровых заслонках становится недостаточным для удержания их в верхнем (закрытом) состоянии и они под собственным весом падают вниз, открывая тем самым укороченный тракт естественной циркуляции через активную зону (Фиг. 1, поз. 3) и бассейн (Фиг. 1, поз. 1).The release of compressed gas from the pressure compensator leads to a gradual decrease in pressure in the primary circuit, as a result of which the down pressure of the ball valves (Fig. 3, item 22) of the EC valves (Fig. 3, item 21) decreases, due to which the pressure drop across these ball valves become insufficient to keep them in the upper (closed) state and they fall down under their own weight, thereby opening a shortened natural circulation path through the core (Fig. 1, pos. 3) and the pool (Fig. 1, pos. one).

Для шаровой конструкции заслонки клапана решение задачи обеспечения требуемого режима срабатывания клапана ЕЦ на подводящем и отводящем патрубках достигается выполнением соотношенияFor a ball valve damper design, the solution to the problem of ensuring the required operation mode of the EC valve on the inlet and outlet pipes is achieved by fulfilling the relation

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

гдеwhere

Figure 00000007
- зависимость перепада давления на отводящем (Фиг. 2, поз. 12) и подводящем (Фиг. 2, поз. 11) патрубках от расхода теплоносителя в первом контуре, кг/см2;
Figure 00000007
- dependence of the pressure drop on the outlet (Fig. 2, item 12) and inlet (Fig. 2, item 11) branch pipes on the coolant flow rate in the primary circuit, kg/cm 2 ;

Figure 00000008
- площадь проходного сечения посадочного отверстия шаровой заслонки клапанов ЕЦ, установленных, соответственно, на отводящем и подводящем патрубках, см2;
Figure 00000008
- area of the passage section of the landing hole of the ball valve of the EC valves, installed, respectively, on the outlet and inlet pipes, cm 2 ;

Figure 00000009
- масса шаровой заслонки на клапанах ЕЦ, установленных, соответственно, на отводящем и подводящем патрубках, кг.
Figure 00000009
- mass of the ball damper on the EC valves installed, respectively, on the outlet and inlet pipes, kg.

Таким образом, подбор массы шаровой заслонки и площади проходного сечения посадочного отверстия обеспечивают требуемый режим и последовательность срабатывания клапанов ЕЦ на патрубках реактора. Динамический удар при падении шаровых заслонок (Фиг. 3, поз. 22) смягчается демпферными пружинами (Фиг. 3, поз. 23).Thus, the selection of the mass of the ball damper and the area of the orifice of the landing hole provide the required mode and sequence of operation of the EC valves on the reactor branch pipes. The dynamic impact of falling ball valves (Fig. 3, pos. 22) is softened by damper springs (Fig. 3, pos. 23).

После открытия всех клапанов ЕЦ в первом контуре циркуляция теплоносителя через активную зону при её расхолаживании осуществляется по укороченному тракту корпус реактора - бассейн , обеспечивая тем самым безопасный теплоотвод при любом уровне остаточного тепловыделения реактора. Вода бассейна при этом выступает в качестве аккумулятора тепловой энергии, и если есть необходимость поддерживать температуру этой воды на низком уровне, то это можно обеспечить, используя контур охлаждения бассейна. Таким образом, КОБ обеспечивает не только заданный режим охлаждения экспериментальных ячеек с облучательными устройствами при штатной работе реактора, но также выполняет роль эффективной системы отвода остаточного энерговыделения реакторной установки. After opening all EC valves in the primary circuit, the coolant circulation through the core during its cooldown is carried out along a shortened path of the reactor pressure vessel - pool , thereby ensuring safe heat removal at any level of residual heat release from the reactor. In this case, the pool water acts as an accumulator of thermal energy, and if there is a need to keep the temperature of this water at a low level, then this can be ensured using the pool cooling circuit. Thus, the BER provides not only the specified mode of cooling of experimental cells with irradiation devices during normal operation of the reactor, but also acts as an effective system for removing the residual energy release of the reactor facility.

Однако для обоснования высокого уровня безопасности и теплотехнической надёжности необходимо рассматривать полный отказ систем принудительного охлаждения, включая КОБ. В этом случае возникает риск перегрева облучательных устройств в отражателе (Фиг. 4, поз. 4), особенно если в нем загружены ОУ с делящимся материалом (например, для наработки осколочного Mo-99 из обогащенного урана). В этом случае для обеспечения безопасного расхолаживания таких устройств корпус камеры пониженного давления под отражателем оснащается клапанами ЕЦ с дисковыми затворами (Фиг. 4, поз. 34), свободно свисающими на тросиках (Фиг. 4, поз. 35). При нормальной работе КОБ удерживающие затвор тросики отклоняются от вертикальной плоскости на угол α и дисковые затворы плотно прижимаются к отверстию в корпусе (Фиг. 3, поз. 34) под действием гидростатического напора воды в бассейне и разряжения, создаваемого при откачке теплоносителя из камеры пониженного давления и герметизируют камеру со стороны её корпуса, обеспечивая заданный расход теплоносителя через отражатель и расположенные в нем экспериментальные ячейки облучения. При прекращении циркуляции в КОБ перестают действовать на дисковую заслонку силы, прижимающие её к посадочной поверхности корпуса, и она под собственным весом отходит на поддерживающих тросиках от отверстия и занимает положение в вертикальной плоскости, открывая тем самым проход теплоносителю из бассейна под отражатель. However, in order to justify a high level of safety and thermal reliability, it is necessary to consider a complete failure of forced cooling systems, including CBF. In this case, there is a risk of overheating of the irradiation devices in the reflector (Fig. 4, item 4), especially if it is loaded with OS with fissile material (for example, to produce Mo-99 fragmentation from enriched uranium). In this case, to ensure safe cooling of such devices, the body of the reduced pressure chamber under the reflector is equipped with EC valves with butterfly valves (Fig. 4, item 34), freely hanging on cables (Fig. 4, item 35). During normal operation of the CB, the cables holding the shutter deviate from the vertical plane by an angle α and the butterfly valves are tightly pressed against the hole in the body (Fig. 3, item 34) under the action of the hydrostatic pressure of water in the pool and the vacuum created when the coolant is pumped out of the reduced pressure chamber and seal the chamber from the side of its body, providing a given flow rate of the coolant through the reflector and the experimental irradiation cells located in it. When the circulation in the COB ceases to act on the disk damper, the forces pressing it against the seating surface of the housing, and under its own weight, it moves away from the hole on the supporting cables and takes a position in the vertical plane, thereby opening the passage for the coolant from the pool under the reflector.

Для дисковой конструкции заслонки клапана ЕЦ решение задачи обеспечения требуемого режима срабатывания клапана в камере пониженного давления (КПД) под отражателем нейтронов достигается выполнением соотношения For the disc design of the EC valve damper, the solution to the problem of ensuring the required mode of valve actuation in the reduced pressure chamber (LPC) under the neutron reflector is achieved by fulfilling the relation

Figure 00000010
Figure 00000010

гдеwhere

Figure 00000011
- зависимость перепада давления на дисковой заслонке (Фиг. 3, поз. 34) от расхода в КОБ, кг/см2;
Figure 00000011
- dependence of the pressure drop across the butterfly valve (Fig. 3, pos. 34) on the flow rate in the COB, kg/cm 2 ;

Figure 00000012
- площадь проходного сечения посадочного отверстия дисковой заслонки в камере пониженного давления под отражателем нейтронов, см2;
Figure 00000012
- area of the flow section of the landing hole of the disk damper in the chamber of reduced pressure under the neutron reflector, cm 2 ;

Figure 00000013
- масса дисковой заслонки на клапане ЕЦ, установленном в камере пониженного давления под отражателем нейтронов, кг;
Figure 00000013
is the mass of the disc damper on the EC valve installed in the reduced pressure chamber under the neutron reflector, kg;

α - угол отклонения удерживающих диск тросиков от вертикальной плоскости при закрытом состоянии клапана ЕЦ, установленном в камере пониженного давления под отражателем нейтронов, рад.α is the angle of deviation of the cables holding the disc from the vertical plane when the EC valve is closed, installed in the reduced pressure chamber under the neutron reflector, rad.

При развитии естественной циркуляции через активную зону и отражатель с находящимися в нем ячейками облучения, практически вся мощность остаточного тепловыделения идет на разогрев воды в бассейне. В этом случае есть два основных механизма теплоотвода от этой воды - отвод тепла через стенки бассейна в окружающие конструкции и отвод тепла испарением воды с поверхности бассейна. Тепловым излучением и отводом тепла циркулирующим над поверхностью бассейна воздухом можно пренебречь. Однако и этих механизмов теплоотвода вполне хватит, чтобы поддерживать температуру активной зоны и облучательных устройств в допустимом диапазоне, который даже при наличии кипения на поверхности твэлов и ОУ не превысят значения температуры ~115°С, определяемой температурой насыщения воды в нижней части бассейна. При этом, в зависимости от объема бассейна, максимальная температура в нем в нем будет достигнута через несколько суток, а затем будет плавно снижаться с учетом снижения уровня остаточного энерговыделения. Принимая во внимание наиболее эффективный механизм теплоотвода, такой как испарение с поверхности воды бассейна, средняя температура в бассейне не превысит 85-90°С. Следствием такого механизма теплоотвода от расхолаживаемого реактора станет постепенное и медленное снижение уровня воды в бассейне, но это снижение легко компенсируется подпиткой свежей воды.With the development of natural circulation through the core and the reflector with irradiation cells located in it, almost all the power of residual heat is used to heat the water in the pool. In this case, there are two main mechanisms of heat removal from this water - heat removal through the walls of the pool to the surrounding structures and heat removal by evaporation of water from the surface of the pool. Thermal radiation and heat removal from the air circulating above the surface of the pool can be neglected. However, these heat removal mechanisms are quite enough to maintain the temperature of the core and irradiation devices in an acceptable range, which, even in the presence of boiling on the surface of the fuel elements and OS, will not exceed the temperature value of ~115°C, determined by the saturation temperature of the water in the lower part of the pool. At the same time, depending on the volume of the pool, the maximum temperature in it will be reached in a few days, and then it will gradually decrease, taking into account the decrease in the level of residual energy release. Taking into account the most efficient heat removal mechanism, such as evaporation from the pool water surface, the average temperature in the pool will not exceed 85-90°C. The consequence of this mechanism of heat removal from the reactor being cooled down will be a gradual and slow decrease in the water level in the pool, but this decrease is easily compensated by fresh water replenishment.

Claims (5)

1. Способ пассивного расхолаживания реакторной установки с размещённым в бассейне корпусом реактора под давлением, при котором используют клапаны с затворами, открывающимися для формирования контура естественной циркуляции теплоносителя через активную зону и бассейн реактора, и подсоединенные к подводящему к активной зоне и отводящему от активной зоны трактам циркуляции теплоносителя, отличающийся тем, что открытие затворов клапанов естественной циркуляции обеспечивают гравитационными силами при снижении прижимающего затвор к посадочному месту давления в контуре охлаждения реактора, а с целью перехода к режиму открытия затворов клапанов естественной циркуляции в емкости компенсатора давления, размещенной в верхней части бассейна реактора и соединенной с подводящим и отводящим трактами, устанавливают клапаны, открывающиеся при снижении перепада давления между трактами и создающие канал циркуляции теплоносителя между подводящим и отводящим трактами и канал отвода газа из компенсатора давления, что обеспечивает снижение давления в контуре охлаждения реактора и подачу холодной воды из компенсатора давления в корпус реактора на охлаждение активной зоны.1. The method of passive cooling of a reactor plant with a pressure vessel located in the pool, in which valves with gates are used that open to form a natural coolant circulation loop through the core and the reactor pool, and connected to the ducts leading to the core and draining from the core coolant circulation, characterized in that the opening of the gates of the natural circulation valves is provided by gravitational forces when the pressure pressing the gate to the seat in the reactor cooling circuit decreases, and in order to switch to the mode of opening the gates of the natural circulation valves in the pressure compensator vessel located in the upper part of the reactor pool and connected to the inlet and outlet tracts, valves are installed that open when the pressure drop between the tracts decreases and create a coolant circulation channel between the inlet and outlet ducts and a gas outlet channel from the pressure compensator ion, which ensures a decrease in pressure in the reactor cooling circuit and the supply of cold water from the pressure compensator to the reactor pressure vessel to cool the core. 2. Способ пассивного расхолаживания реакторной установки по п. 1, отличающийся тем, что клапаны в компенсаторе давления, создающие при своем открытии канал циркуляции теплоносителя между подводящим и отводящим трактами и канал отвода газа из компенсатора давления, выполняют в виде сдвоенного клапана пассивного действия, который срабатывает за счет гравитационных сил.2. The method of passive cooling of the reactor plant according to claim 1, characterized in that the valves in the pressure compensator, which, when opened, create a coolant circulation channel between the inlet and outlet tracts and a gas outlet channel from the pressure compensator, are made in the form of a double valve of passive action, which works due to gravitational forces. 3. Способ пассивного расхолаживания реакторной установки по п. 1 и/или 2, отличающийся тем, что корпус реактора выполняют в виде трубки Фильда и обеспечивают тепловую изоляцию нагретых поверхностей тракта циркуляции теплоносителя реакторной установки от воды в бассейне, создавая газовый зазор использованием внешнего кожуха.3. The method of passive cooling of the reactor plant according to claim 1 and / or 2, characterized in that the reactor vessel is made in the form of a Field tube and provides thermal insulation of the heated surfaces of the reactor plant coolant circulation path from the water in the pool, creating a gas gap using an external casing. 4. Способ пассивного расхолаживания реакторной установки с размещёнными в бассейне корпусом реактора под давлением и отражателем нейтронов с ячейками облучения, при котором используют клапаны с затворами, открывающимися для формирования контура естественной циркуляции теплоносителя через активную зону и бассейн реактора, и подсоединенные к подводящему к активной зоне и отводящему от активной зоны трактам циркуляции теплоносителя, отличающийся тем, что открытие затворов клапанов естественной циркуляции обеспечивают гравитационными силами при снижении прижимающего затвор к посадочному месту давления в контуре охлаждения реактора, а с целью перехода к режиму открытия затворов клапанов естественной циркуляции в емкости компенсатора давления, размещенной в верхней части бассейна реактора и соединенной с подводящим и отводящим трактами, устанавливают клапаны, открывающиеся при снижении перепада давления между трактами и создающие канал циркуляции теплоносителя между подводящим и отводящим трактами и канал отвода газа из компенсатора давления, что обеспечивает снижение давления в контуре охлаждения реактора и подачу холодной воды из компенсатора давления в корпус реактора на охлаждение активной зоны, а конструкция отражателя нейтронов обеспечивает проток теплоносителя из бассейна под отражатель в камеру пониженного давления и далее теплоноситель направляют в контур охлаждения бассейна.4. Method for passive cooling down of a reactor plant with a pressurized reactor vessel and a neutron reflector with irradiation cells located in the pool, in which valves with shutters are used that open to form a natural coolant circulation loop through the core and the reactor pool, and connected to the inlet to the core and to the coolant circulation paths from the core, characterized in that the opening of the gates of the natural circulation valves is provided by gravitational forces when the pressure pressing the gate to the seat in the reactor cooling circuit is reduced, and in order to switch to the mode of opening the gates of the natural circulation valves in the pressure compensator tank, located in the upper part of the reactor pool and connected to the inlet and outlet tracts, valves are installed that open when the pressure drop between the tracts decreases and create a coolant circulation channel between the inlet and outlet pipes acts and a channel for removing gas from the pressure compensator, which ensures a decrease in pressure in the reactor cooling circuit and the supply of cold water from the pressure compensator to the reactor pressure vessel for core cooling, and the design of the neutron reflector ensures the flow of coolant from the pool under the reflector into the reduced pressure chamber and then the coolant sent to the cooling circuit of the pool. 5. Способ пассивного расхолаживания реакторной установки по п. 3, отличающийся тем, что камера пониженного давления оснащена клапаном естественной циркуляции пассивного действия, открытие которого при прекращении принудительной циркуляции в контуре охлаждения бассейна обеспечивает развитие естественной циркуляции теплоносителя через отражатель с ячейками облучения.5. The method of passive cooling of the reactor plant according to claim 3, characterized in that the reduced pressure chamber is equipped with a natural circulation valve of passive action, the opening of which, when the forced circulation in the cooling circuit of the pool is stopped, ensures the development of natural circulation of the coolant through the reflector with irradiation cells.
RU2021135701A 2021-12-05 Method for passive cooldown of reactor plant with reactor under pressure RU2776024C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2776024C1 true RU2776024C1 (en) 2022-07-12

Family

ID=

Citations (6)

* 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
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
CN100578683C (en) * 2007-11-09 2010-01-06 中国核动力研究设计院 Non-kinetic inherently safe tube-pool type 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
US20180261343A1 (en) * 2007-11-15 2018-09-13 Nuscale Power, Llc Passive emergency feedwater system

Patent Citations (6)

* 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
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
CN100578683C (en) * 2007-11-09 2010-01-06 中国核动力研究设计院 Non-kinetic inherently safe tube-pool type reactor
US20180261343A1 (en) * 2007-11-15 2018-09-13 Nuscale Power, Llc Passive emergency feedwater system
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

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. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4148417B2 (en) Stable passive residual heat removal system for liquid metal furnace
US5043136A (en) Passive cooling safety system for liquid metal cooled nuclear reactors
US5223210A (en) Passive cooling system for liquid metal cooled nuclear reactors with backup coolant flow path
US3935063A (en) Emergency heat removal system for a nuclear reactor
KR100935089B1 (en) Passive safety-grade decay heat removal system from a sodium freezing issue at the intermediate heat removal sodium loop
US4050983A (en) Passive containment system
WO2010038358A1 (en) Pressurized water nuclear power plant
JPS62187291A (en) Passive safety device for nuclear reactor
US20210287815A1 (en) Valve assembly with isolation valve vessel
US5190720A (en) Liquid metal cooled nuclear reactor plant system
KR100813939B1 (en) Passive type emergency core cooling system for an integral reactor with a safeguard vessel
KR101250479B1 (en) Apparatus for safety improvement of passive type emergency core cooling system with a safeguard vessel and Method for heat transfer-function improvement using thereof
US20040240601A1 (en) Forced cooling circular deep & minus; water pond type heat supply nuclear reactor with natural circulation
JP2010032526A (en) Reactor containment vessel and nuclear power plant using it
RU2776024C1 (en) Method for passive cooldown of reactor plant with reactor under pressure
RU2769102C1 (en) Passive cooling system of a nuclear reactor
US5499278A (en) Water inventory management in condenser pool of boiling water reactor
JP7439263B2 (en) integrated reactor
CN113661547B (en) Nuclear power plant serious accident handling safety system and control method thereof
KR100556288B1 (en) Safety injection tank with sealing device for passive type fluidic device
Jin et al. Application of severe accident management guidance in the management of an SGTR accident at the Wolsong plants
WO2022122057A1 (en) Passive system with increased reliability for decay-heat removal from a nuclear reactor and method carried out on the system
Kusumastuti et al. Reactor cavity cooling system with passive safety features on RDE: Thermal analysis during accident
RU2150757C1 (en) Nuclear reactor cooling device
CN105741890A (en) Passive pressurized water reactor protection system and differential-pressure self-operated valves