RU2794150C1 - Hydrogenation system for pressured water reactor and corresponding method - Google Patents
Hydrogenation system for pressured water reactor and corresponding method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2794150C1 RU2794150C1 RU2021136304A RU2021136304A RU2794150C1 RU 2794150 C1 RU2794150 C1 RU 2794150C1 RU 2021136304 A RU2021136304 A RU 2021136304A RU 2021136304 A RU2021136304 A RU 2021136304A RU 2794150 C1 RU2794150 C1 RU 2794150C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- pressure
- hydrogen
- line
- coolant
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к реактору с водой под давлением, содержащему первый контур теплоносителя реактора, связанную с ним систему контроля водно-химического режима, а также соответствующую систему гидрирования. Изобретение также относится к соответствующему способу работы реактора с водой под давлением.The present invention relates to a pressurized water reactor comprising a primary reactor coolant loop, an associated water chemistry control system, and an associated hydrogenation system. The invention also relates to a corresponding method for operating a pressurized water reactor.
Реактор с водой под давлением содержит первый контур теплоносителя реактора, внутри которого теплоноситель первого контура реактора циркулирует под высоким давлением. Система контроля водно-химического режима (CVCS) гидравлически связана с первым контуром теплоносителя реактора. CVCS содержит участок низкого давления, который обычно обеспечивает точку входа или нагнетания различных текучих сред в теплоноситель первого контура реактора. В частности, может потребоваться нагнетание водорода в первый контур реактора, чтобы, например, связывать растворенный кислород.The pressurized water reactor comprises a first reactor coolant loop within which the primary reactor coolant circulates at high pressure. The water chemistry control system (CVCS) is hydraulically connected to the primary reactor coolant circuit. The CVCS contains a low pressure section that typically provides an entry or injection point for various fluids into the primary coolant of the reactor. In particular, it may be necessary to inject hydrogen into the reactor primary loop in order to, for example, bind dissolved oxygen.
В документе EP 0 852 800 B1 описан реактор с водой под давлением в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения. В описываемой системе линия подачи водорода выходит в участок низкого давления CVCS выше по потоку от нагнетательного насоса высокого давления (то есть на его стороне всасывания), тем самым реализуя подачу водорода при низком давлении (типичное рабочее давление: 3 бара).EP 0 852 800 B1 describes a pressurized water reactor according to the preamble of paragraph 1 of the claims. In the described system, the hydrogen supply line exits to the low pressure section of the CVCS upstream of the high pressure discharge pump (i.e. on its suction side), thereby realizing a low pressure hydrogen supply (typical operating pressure: 3 bar).
Кроме того, существуют системы мокрой химии для закачки гидразина или перекиси водорода в линии низкого давления.In addition, wet chemistry systems exist for pumping hydrazine or hydrogen peroxide into low pressure lines.
Недостатки этих подходов обычно связаны с ограничением скорости подачи водорода. Процесс подачи является временно инертным, и его воздействие задерживается во времени. Кроме того, жидкие химические растворы могут быть токсичными, злокачественными, коррозионными и/или в целом вредными для окружающей среды и обслуживающего персонала и могут не обеспечивать свободный водород.The disadvantages of these approaches are usually associated with the limitation of the hydrogen supply rate. The feeding process is temporarily inert, and its effect is delayed in time. In addition, liquid chemical solutions may be toxic, malignant, corrosive, and/or generally harmful to the environment and personnel, and may not provide free hydrogen.
Следовательно, задача, лежащая в основе настоящего изобретения, состоит в том, чтобы предложить реактор с водой под давлением с системой гидрирования и соответствующий способ работы, которые подходят для эффективной и быстрой подачи водорода в теплоноситель первого контура реактора. Устройство и соответствующий процесс должны быть надежными и устойчивыми к возмущениям. Желательна модульная и компактная конструкция.Therefore, the object underlying the present invention is to provide a pressurized water reactor with a hydrogenation system and an associated method of operation that are suitable for efficiently and rapidly supplying hydrogen to the primary coolant of the reactor. The device and associated process must be robust and resistant to disturbances. A modular and compact design is desirable.
В соответствии с изобретением эти задачи решены с помощью реактора с водой под давлением по пункту 1 формулы изобретения. Соответствующий способ работы охарактеризован в пункте 7 формулы изобретения.In accordance with the invention, these problems are solved using a pressurized water reactor according to paragraph 1 of the claims. The corresponding method of operation is described in paragraph 7 of the claims.
Следовательно, ключевым признаком является то, что в линии подачи газообразного водорода установлен подающий насос высокого давления для обеспечения давления подачи выше, чем давление на выходе (или выходное давление) нагнетательного насоса для теплоносителя первого контура реактора, и что линия подачи выходит в нагнетательную линию, то есть в точке ввода, расположенной ниже по потоку от нагнетательного насоса.Therefore, the key feature is that a high pressure feed pump is installed in the hydrogen gas feed line to provide a feed pressure higher than the outlet pressure (or outlet pressure) of the pressure pump for the primary coolant, and that the feed line exits into the pressure line, that is, at an injection point downstream of the pressure pump.
Предлагаемая техническая модификация общего подхода заключается в создании активного ввода высокого давления вместо пассивного ввода в участок низкого давления системы.A proposed technical modification of the general approach is to create an active high pressure inlet instead of a passive inlet into the low pressure section of the system.
Эта конструкция основана на необходимости иметь систему подачи водорода, способную подавать точно определенное количество водорода за определенное время. В современных конструкциях количество газообразного водорода в баке регулирования объема (VCT) или в газовом сепараторе зависит от конструкции станции. В обоих случаях максимальное рабочее давление соответствующих частей системы варьируется от 1 до 4 бар (выше в случае переходных процессов). Для подачи водорода под высоким давлением в соответствии с настоящим изобретением точка ввода находится ниже по потоку от нагнетательных насосов высокого давления. С точки зрения физики преимуществом ввода водорода является диффузия при определенном давлении за определенное время через определенную поверхность, в то время как давление составляет приблизительно в 40 раз выше, чем для ввода низкого давления.This design is based on the need to have a hydrogen supply system capable of supplying a precisely defined amount of hydrogen in a certain amount of time. In modern designs, the amount of hydrogen gas in the volume control tank (VCT) or in the gas separator depends on the plant design. In both cases, the maximum working pressure of the respective parts of the system varies from 1 to 4 bar (higher in the case of transients). For high pressure hydrogen supply in accordance with the present invention, the injection point is downstream of the high pressure positive displacement pumps. From a physics point of view, the advantage of introducing hydrogen is diffusion at a certain pressure for a certain time through a certain surface, while the pressure is about 40 times higher than for a low pressure injection.
Вместо пассивных механизмов (например, ввода на станции гидрирования или распылителе в VCT) предпочтительно использовать поршневой компрессор для повышения давления газа в трубопроводе, чтобы обеспечить ввод ниже по потоку от нагнетательных насосов высокого давления.Instead of passive mechanisms (eg, injection at a hydrogenation station or nebulizer in a VCT), it is preferable to use a reciprocating compressor to pressurize the gas in the pipeline to allow injection downstream of the high pressure positive displacement pumps.
Регулирование давления на выходе поршневого компрессора должно быть ограничено условиями эксплуатации в нагнетательной линии. Благодаря такой конструкции скорость диффузионного процесса значительно увеличивается из-за высокого давления. Пузырьки газа будут вводиться непосредственно в нагнетательный поток, где растворимость водорода в ~50 раз выше, чем на участке системы низкого давления. Это также позволяет легче контролировать процесс гидрирования (т.е. время ожидания действия регулирования меньше).The pressure control at the outlet of a reciprocating compressor must be limited by the operating conditions in the discharge line. Thanks to this design, the rate of the diffusion process is greatly increased due to the high pressure. Gas bubbles will be injected directly into the injection stream, where the hydrogen solubility is ~50 times higher than in the low pressure section of the system. This also makes it easier to control the hydrogenation process (ie, the waiting time for the control action is shorter).
Еще одним преимуществом конструкции является то, что загрязнение азотом не будет происходить в такой степени, как в случае ввода низкого давления через станцию гидрирования (с подключенным VCT и продуваемым азотом). Это ограничивает образование C14 в активной зоне, тем самым ограничивая количество радиоактивных отложений.Another advantage of the design is that nitrogen contamination will not occur to the same extent as in the case of low pressure injection through the hydrogenation station (with VCT connected and nitrogen purged). This limits the formation of C14 in the core, thereby limiting the amount of radioactive deposits.
С точки зрения времени и стоимости важным моментом является сокращение времени, затрачиваемого во время запуска на ожидание повышения концентрации водорода для достижения 100% режима мощности.In terms of time and cost, the important point is to reduce the time spent during start-up waiting for the increase in hydrogen concentration to reach 100% power mode.
Конструкцию также можно легко продублировать (обеспечить резервирование) в любой точке, чтобы гарантировать высокую доступность.The design can also be easily duplicated (provide redundancy) at any point to ensure high availability.
Таким образом, в настоящем изобретении используется подающий насос высокого давления, предпочтительно поршневой компрессор или мембранный компрессор, для ввода водорода в любом подходящем месте CVCS ниже по потоку от нагнетательного насоса (который может быть любого подходящего типа). Эту концепцию можно также сформулировать как независимое от противодавления гидрирование теплоносителя первого контура реактора из-за в целом более низкого давления в первом контуре реактора по сравнению с давлением нагнетания подающего насоса и нагнетательного насоса.Thus, the present invention uses a high pressure feed pump, preferably a reciprocating compressor or a diaphragm compressor, to introduce hydrogen at any suitable CVCS location downstream of the pressure pump (which may be of any suitable type). This concept can also be formulated as backpressure-independent hydrogenation of the primary reactor coolant due to the generally lower primary reactor pressure compared to the feed pump and pressure pump discharge pressures.
Следует напомнить, что предлагаемый ввод под высоким давлением с точкой ввода, расположенной ниже по потоку от нагнетательного насоса (типичное давление на выходе 185 бар) обеспечивает, помимо прочего, следующие преимущества:It should be recalled that the proposed high pressure inlet with an inlet point located downstream of the pressure pump (typical outlet pressure 185 bar) provides, among other things, the following advantages:
- помимо трубопроводов нет полостей, содержащих газообразный водород;- in addition to pipelines, there are no cavities containing gaseous hydrogen;
- следовательно, меньший риск взрыва благодаря улучшенному обнаружению/предотвращению утечек;- hence less risk of explosion due to improved detection/prevention of leaks;
- контроль водорода с более коротким временем отклика;- hydrogen control with shorter response time;
- более высокие возможные и более стабильные концентрации водорода в первом контуре реактора благодаря устойчивости к возмущениям;- higher possible and more stable concentrations of hydrogen in the primary circuit of the reactor due to resistance to disturbances;
- инертизация VCT в CVCS посредством азота больше не требуется;- inerting the VCT into the CVCS with nitrogen is no longer required;
- модульная конструкция.- modular design.
Недостатками являются необходимость в подающем насосе высокого давления в линии подачи газа и высокое давление водорода в линии подачи.The disadvantages are the need for a high pressure feed pump in the gas supply line and high hydrogen pressure in the supply line.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения запорный клапан расположен на участке линии подачи между подающим насосом и точкой ввода в нагнетательную линию.In a preferred embodiment of the invention, a check valve is located in the section of the supply line between the supply pump and the point of entry into the discharge line.
Предпочтительно, линия подачи газа содержит трубу с двойными стенками с вакуумным промежутком между внутренней стенкой и внешней стенкой, при этом система обнаружения утечек предназначена для контроля давления внутри промежутка и, предпочтительно, для изоляции протекающего участка трубопровода.Preferably, the gas supply line comprises a double-walled pipe with a vacuum gap between the inner wall and the outer wall, the leak detection system being designed to monitor the pressure within the gap and, preferably, to isolate the leaking section of the pipeline.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения система гидрирования содержит систему управления с датчиком водорода, который измеряет содержание водорода в теплоносителе первого контура реактора в нагнетательной линии ниже по потоку от точки ввода, при этом система управления предназначена для закрытия запорного клапана, если упомянутое измеренное содержание водорода не соответствует установленной скорости подачи водорода в систему гидрирования.In another preferred embodiment of the invention, the hydrogenation system comprises a control system with a hydrogen sensor that measures the hydrogen content of the primary reactor coolant in the injection line downstream of the injection point, the control system being configured to close the check valve if said measured hydrogen content is not corresponds to the set rate of hydrogen supply to the hydrogenation system.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения система гидрирования содержит систему управления с датчиком водорода, который измеряет содержание водорода в теплоносителе первого контура реактора в линии отбора, при этом система управления предназначена для управления скоростью подачи водорода путем установки мощности подающего насоса на основе разницы между упомянутым измеренным содержанием водорода и заданным значением упомянутого содержания водорода.In yet another preferred embodiment of the invention, the hydrogenation system comprises a control system with a hydrogen sensor that measures the hydrogen content of the primary reactor coolant in the extraction line, the control system being designed to control the hydrogen supply rate by setting the feed pump power based on the difference between said measured hydrogen content and a predetermined value of said hydrogen content.
Далее со ссылкой на прилагаемые чертежи обсуждаются примеры вариантов осуществления изобретения.Next, with reference to the accompanying drawings, examples of embodiments of the invention are discussed.
На фиг. 1 показан схематический общий вид реактора с водой под давлением;In FIG. 1 shows a schematic overview of a pressurized water reactor;
на фиг. 2 – схема трубопроводов и контрольно-измерительного оборудования системы гидрирования, соединенной с системой контроля водно-химического режима реактора с водой под давлением;in fig. 2 - scheme of pipelines and instrumentation of the hydrogenation system connected to the control system of the water-chemistry regime of the pressurized water reactor;
на фиг. 3 – блок-схема соответствующих контрольно-измерительных функций;in fig. 3 - block diagram of the corresponding control and measuring functions;
на фиг. 4 – система обнаружения утечки на трубе с двойными стенками или баке для использования в системе, показанной на фиг. 2.in fig. 4 is a leak detection system on a double wall pipe or tank for use in the system shown in FIG. 2.
Как показано на фиг. 1, реактор 2 с водой под давлением (PWR) содержит первый контур 4 теплоносителя реактора, через который проходит теплоноситель первого контура реактора. Первый контур 4 теплоносителя реактора содержит корпус 6 высокого давления ядерного реактора (RPV), нагнетатель 8, парогенератор 10 и циркуляционный насос 12 теплоносителя реактора (RCP). Парогенератор 10 обеспечивает тепловое соединение со вторым контуром теплоносителя реактора. Объем, химический состав и другие физические свойства циркулирующего теплоносителя первого контура реактора можно контролировать с помощью системы 14 контроля водно-химического режима реактора (CVCS), которая гидравлически соединена с первым контуром 4 теплоносителя реактора. Это схематично показано на фиг. 1.As shown in FIG. 1, a pressurized water reactor (PWR) 2 comprises a first reactor coolant loop 4 through which the primary reactor coolant passes. The first reactor coolant circuit 4 comprises a nuclear reactor pressure vessel (RPV) 6, a blower 8, a
На фиг. 2 показана упрощенная схема трубопроводов и контрольно-измерительного оборудования (P&ID) системы 16 гидрирования, соединенной с CVCS 14 реактора PWR 2 на атомной электростанции (АЭС). Как объяснено выше, CVCS 14 гидравлически соединена с первым контуром 4 теплоносителя реактора PWR 2, чтобы непрерывно извлекать поток теплоносителя первого контура реактора из первого контура 4 теплоносителя реактора, обрабатывать его химически и/или физически и повторно нагнетать его в первый контур 4 теплоносителя реактора после упомянутой обработки. Обработка обычно выполняется при низком давлении (например, 4 бар изб.) по сравнению с высоким давлением в первом контуре 4 теплоносителя реактора (например, 185 бар изб.) во время работы.In FIG. 2 shows a simplified piping and instrumentation (P&ID) diagram of a
Через линию 18 отбора, сокращенно отбор, проходит поток теплоносителя первого контура реактора низкого давления после снижения давления с помощью редуктора давления (здесь не показан). Для отвода тепла от потока теплоносителя первого контура реактора в линии 18 отбора установлен теплообменник 20, через который проходит охлаждающая среда (см. следующий абзац). Ниже по потоку от теплообменника 20 теплоноситель первого контура ректора с низким давлением и низкой температурой проходит через основную линию 22 CVCS 14 и может быть подвергнут химической и/или физической обработке. Основную линию 22 можно рассматривать как нижний по потоку участок линии 18 отбора. Например, если необходимо, для ввода борной кислоты и/или деминерализованной воды в поток теплоносителя первого контура реактора к основной линии 22 может быть подсоединена линия подачи борной кислоты и/или линия подачи деминерализованной воды (здесь не показаны). Кроме того, имеется бак 24 регулирования объема (VCT), сообщающийся с основной линией 22 CVCS 14 и предназначенный для работы в качестве компенсационного резервуара. Кроме того, к VCT 24 может быть присоединена линия 28 выпуска текучей среды, например, для облегчения удаления газообразных отходов или в целом для дегазации.Through the
Ниже по потоку от тройникового соединения 30 с VCT 24 находится нагнетательный насос 32 высокого давления, подключенный к основной линии 22, чтобы довести давление протекающего теплоносителя первого контура реактора обратно до уровня, соответствующего первому контуру 4 теплоносителя реактора (например, 185 бар изб.), и заново вводить или нагнетать его в упомянутый контур или петлю через последующую нагнетательную линию 34. Более конкретно, в показанном примере есть два нагнетательных насоса 32 высокого давления, подключенных параллельно для резервирования. Кроме того, имеется теплообменник 20, через который проходит нагревающая среда который и расположен в нагнетательной линии 34 для повышения температуры теплоносителя первого контура ректора перед вводом в первый контур 4 теплоносителя реактора. Предпочтительно, горячий поступающий теплоноситель первого контура реактора, проходящий через линию 18 отбора, выступает в качестве нагревающей среды, так что достигается рекуперативный нагрев и охлаждение.Downstream of
Для облегчения ввода водорода (H2) в теплоноситель первого контура реактора, проходящий через CVCS 14, имеется система 16 гидрирования, сообщенная с CVCS 14. В соответствии с изобретением система 16 гидрирования предназначена для ввода водорода под высоким давлением в поток высокого давления теплоносителя первого контура реактора, проходящий через нагнетательную линию 34. Для этого имеется подвод 36 водорода или источник водорода, в частности электролитическая ячейка или водородный баллон, обеспечивающий подачу водорода при низком или среднем давлении, например 40 бар изб. Линия 38 подачи водорода (газа) проходит от источника 36 водорода к нагнетательной линии 34, причем точка ввода находится ниже по потоку от нагнетательного(ых) насоса(ов) 32. Подающий насос 40 высокого давления расположен в линии 38 подачи для обеспечения давления подачи, которое незначительно превышает давление на выходе нагнетательного(ых) насоса(ов) 32 и, таким образом, превышает давление, преобладающее в нагнетательной линии 34.To facilitate the introduction of hydrogen (H 2 ) into the primary coolant passing through the
В предпочтительном варианте осуществления изобретения имеется необязательная линия перепуска, проходящая в обход подающего насоса 40 и, предпочтительно, ведущая в выпускную систему в случае, если запорный клапан 44 представляет собой соленоидный клапан, а мембранному компрессору подающего насоса 40 требуется некоторое время, чтобы не допустить повышения давления в линии 38 подачи газа выше, чем необходимо, и/или для предотвращения ненужных переходных процессов давления в подающем насосе 40.In the preferred embodiment of the invention, there is an optional bypass line that bypasses the
Соединение между подающей линией 38 и нагнетательной линией 34, предпочтительно простое тройниковое соединение 42 или патрубок, предпочтительно, расположено на участке нагнетательной линии 34, расположенном между нагнетательным(и) насосом(ами) 32 и теплообменником 20. Запорный клапан 44, расположенный в линии 38 подачи между подающим насосом 40 и тройниковым соединением 42, позволяет перекрывать линию 38 подачи независимо от состояния подающего насоса 40, тем самым отсоединяя систему 16 гидрирования от CVCS 14 и перекрывая поток водорода в нагнетательную линию 34, если это желательно или требуется.The connection between the
Подающий насос 40, предпочтительно, представляет собой поршневой компрессор или мембранный компрессор, сокращенно компрессор 70, предпочтительно с регулируемой скоростью двигателя. Это означает, что мощность откачки и, следовательно, скорость подачи водорода можно регулировать. Скорость подачи водорода регулируется мощностью откачки с помощью соответствующей системы 46 управления (см. фиг. 3 и описание, приведенное ниже). В качестве альтернативы, на основе компрессорной технологии, для управления может быть предусмотрено решение, содержащее регулирующий клапан в подающей линии 38 и дополнительные приборы. Система 46 управления также регулирует запорный клапан 44 или управляет им. Следовательно, подающий насос 40 и запорный клапан 44 можно рассматривать как исполнительные объекты системы 16 гидрирования. Подходящая схема управления будет более подробно описана ниже.The
Предпочтительно, соединение от распределения водорода низкого давления к подающему насосу 40 будет выполнено рядом с тройниковым соединением 42 с нагнетательной линией 34, чтобы сократить длину трубы трубопровода высокого давления. Соединение предпочтительно располагать за пределами здания реактора, чтобы обеспечить возможность обслуживания и снизить квалификационные требования. В существующих системах нет необходимости в дополнительных изменениях нагнетательной линии 34, за исключением тройникового соединения 42 для подключения линии 38 подачи газа.Preferably, the connection from the low pressure hydrogen distribution to the
Время простоя может быть уменьшено с помощью второго (резервного) компрессора, позволяющего проводить техническое обслуживание второй нагнетательной цепи во время работы станции на полной мощности. Хотя в настоящее время VCT 24 можно легко использовать в любой атмосфере, его также можно использовать для средства дегазации, не влияя на гидрирование.Downtime can be reduced by using a second (standby) compressor, allowing maintenance of the second discharge circuit while the plant is operating at full capacity. While currently VCT 24 can be easily used in any atmosphere, it can also be used as a degassing agent without affecting hydrogenation.
Сенсорный ввод в систему 46 управления обеспечивается рядом датчиков концентрации водорода, сокращенно датчиков водорода или датчиков H2.Sensory input to the
Первый датчик 48 водорода выполнен с возможностью измерения содержания или концентрации водорода в потоке теплоносителя первого контура реактора с низким давлением и низкой температурой в линии 18 отбора или последующей основной линии 22 CVCS 14. Его также называют датчиком на линии отбора или "датчиком H2 на линии отбора". В показанном примере точка измерения находится ниже по потоку от теплообменника 20 и выше по потоку от тройникового соединения 30 с VCT 24. По практическим соображениям измерения предпочтительно проводить в байпасе от основного потока. Другими словами, имеется короткое ответвление 50, проходящее параллельно основной линии 22, при этом вход 52 в байпас и выход 54 выполнены посредством тройниковых соединений, так что поток теплоносителя первого контура реактора отклоняется от основного потока, а затем снова объединяется с ним. Датчик 48 водорода расположен либо непосредственно в упомянутом ответвлении 50, либо во вторичном ответвлении.The
Второй датчик 56 водорода предназначен для измерения содержания или концентрации водорода на участке высокого давления, но, предпочтительно, низкотемпературного потока теплоносителя первого контура реактора внутри нагнетательной линии 34 ниже по потоку от точки ввода системы 16 гидрирования (т.е. тройникового соединения 42). Его также называют датчиком на линии нагнетания или "датчиком H2 на линии нагнетания". В показанном примере точка измерения находится выше по потоку от теплообменника 20. Как и первый датчик 48 водорода, второй датчик 56 водорода может быть расположен в байпасе от основного потока. То есть может иметься ответвление 58, отходящее от нагнетательной линии 34, так что второй датчик 56 водорода расположен в указанном ответвлении 58 или во вторичном ответвлении. Как показано на фиг. 2, ответвление 58 может вести к участку низкого давления основной линии 22 или к ответвлению 50 с первым датчиком 48 водорода, при этом его выход, предпочтительно, расположен ниже по потоку от первого датчика 48 водорода. Таким образом, реализуется обратный поток отбора проб из участка высокого давления в участок низкого давления CVCS 14. Редукционный клапан (здесь явно не показан) в линии 60 обратного потока компенсирует разные уровни давления.The
Описание функций КИПиА и концепции управленияDescription of instrumentation functions and control concepts
Схема контрольно-измерительных приборов и автоматики (КИПиА), представленная на фиг. 3, показывает упрощенную логику, которая должна быть интегрирована для управления системой 16 гидрирования. Оборудование (в частности, датчики, клапаны, компрессоры) также может быть интегрировано в собственные КИПиА станции или может быть поставлено с автономными КИПиА в виде черного ящика. Вход схемы содержит заданное значение концентрации H2 и столько сигналов обратной связи компонентов, сколько требуется оператору станции. Сама КИПиА будет основана на стандартных компонентах КИПиА, поэтому ее легко внедрить в любую существующую структуру КИПиА. Дополнительные компоненты, например электролизер в качестве источника водорода, также могут быть реализованы в черном ящике по запросу.The scheme of instrumentation and automation (KIPiA), presented in Fig. 3 shows the simplified logic that must be integrated to control the
Измеренияmeasurements
Как обсуждалось выше, предпочтительно, имеется два средства измерения водорода в режиме реального времени: одно подключено к линии 18 отбора (включая последующую основную линию 22), а второе – к нагнетательной линии 34. Средство измерения линии отбора расположено на участке низкого давления/температуры CVCS 14, чтобы физически упростить сопряжение для измерения в режиме реального времени. Предпочтительно, чтобы измерения проводились в байпасе от основного потока. По причинам доступности в каждом месте в нагнетательной линии 34 и/или линии 18 отбора датчики 48, 56 водорода могут быть реализованы два или три раза с простой логикой голосования, обеспечивающей, например, сигнал 1-из-2 или 2-из-3.As discussed above, there are preferably two real-time hydrogen metering devices, one connected to the extraction line 18 (including the subsequent main line 22) and the second to the
Исполнительные механизмыExecutive mechanisms
Как обсуждалось выше, в конструкции станции гидрирования предусмотрено по существу два исполнительных механизма. Поршневой или мембранный компрессор 70, который используется в качестве подающего насоса 40 для нагнетания водорода в основную нагнетательную линию 34 CVCS 14, и запорный клапан 44, расположенный ниже по потоку от компрессора 70 и предназначенный для выполнения функций изоляции либо для случаев нормальной работы, либо для функций ограничения. В зависимости от технологии компрессора в линии 38 подачи газа может быть необходим или полезен дополнительный регулирующий клапан.As discussed above, there are essentially two actuators in the design of the hydrogenation station. A reciprocating or
УправлениеControl
Управление системой 16 гидрирования основано на измерении водорода в линии 18 отбора. Концентрация водорода в линии 18 отбора по существу такая же, как и в первом контуре 4 теплоносителя реактора, при условии, что основные первичные насосы (то есть насосы 12 теплоносителя реактора) работают, и, следовательно, первый контур 4 теплоносителя реактора находится в гомогенизированном состоянии.The management of the
Заданное значение (обозначенное на схеме как "Заданное значение") системы 16 гидрирования устанавливает оператор в виде константы и вместе с концентрацией H2 в линии 18 отбора (H2 в отборе), регулируемое отклонение получают путем вычитания концентрации H2 в линии 18 отбора из заданного значения (по сути, заданное значение является целевым значением в основном первом контуре). ПИД-регулятор 66 регулирует реактивность управления с помощью переменного регулирования усиления на основе разницы между заданным значением и концентрацией водорода, измеренной в линии 18 отбора. Чем выше отклонение между заданным значением и концентрацией H2 в линии 18 отбора, тем более реактивным будет регулятор из-за усиления, которое увеличивают пропорционально отклонению.The setpoint (referred to as "Setpoint" in the diagram) of the
Компрессор 70 (с регулируемой скоростью) подающего насоса 40 регулируется с помощью ПИД-регулятора 66. Он отключается по паре различных сигналов, таких как: закрытый запорный клапан 44, ошибки датчика, низкое давление насоса теплоносителя реактора (RCP) или сигнал максимума H2. Запорный клапан 44 работает аналогичным образом.The (speed-controlled)
Сигнал от ПИД-регулятора 66 к компрессору 70 задерживается для запуска регулирования по сравнению с сигналом открытия запорного клапана 44. Чтобы не иметь непрерывного активного контура управления, запорный клапан 44 открывается только в случае определенного минимального управляющего отклонения. Если регулирование показывает, что в этом шаге нет необходимости, предел может быть установлен на 0.The signal from the
ОграниченияRestrictions
В целом, имеется сигнал "Достигнута максимальная концентрация" и сигнал "Достигнута минимальная концентрация", причем оба эти сигнала генерируются на основе измеренной концентрации водорода в линии 18 отбора. Чтобы сделать схему более надежной в случае, если участки CVCS 14 не работают, также можно получить внешний сигнал от системы отбора проб.In general, there is a "Maximum Concentration Reached" signal and a "Minimum Concentration Reached" signal, both of which are generated based on the measured hydrogen concentration in the
Датчик 48 водорода в линии 18 отбора действует как рабочее защитное устройство, чтобы начать гидрирование в случае работы вслед за нагрузкой или других типов возмущений концентрации водорода в основной первичной системе или прекратить гидрирование, как только это будет технически определено, что достигнуты пределы концентрации.The
Датчик 56 водорода в нагнетательной линии 34 используется для проверки возможности ввода. Если концентрация в нагнетательной линии 34 не повышается в течение заданного времени, несмотря на работу компрессора 70, то компрессор 70 отключается (например, в случае отключения линии подачи).The
Безопасность при эксплуатацииOperational safety
Для обеспечения необходимой безопасности содержащего водород трубопровода предпочтительно использовать трубы 80 с двойными стенками с системой 82 контроля утечки для линии 38 подачи, в частности ее участка высокого давления, расположенного ниже по потоку от подающего насоса 40. Схематический пример показан на фиг. 4. В нормальных рабочих условиях в пространстве (промежутке) между внутренней стенкой 84 и внешней стенкой 86 будет поддерживаться вакуум с помощью небольшого вакуумного насоса 90. В случае протечки внутренней стенки 84 (или внешней стенки 86), связанной с повышением давления в промежуточном пространстве, которое должно быть обнаружено соответствующим манометром 88, сработает сигнал тревоги, позволяющий автоматически предпринять действия по изоляции трубы (проводной сигнал манометра 88 и подающего насоса является предпочтительным). В случае такого аварийного сигнала автоматическое действие будет включать в себя непосредственную остановку поршневого компрессора 70 на входе, тем самым ограничивая количество водорода в части трубы с двойными стенками.To ensure the necessary safety of the hydrogen-containing pipeline, it is preferable to use double-
Список ссылочных позицийList of reference positions
2 реактор с водой под давлением (PWR)2 pressurized water reactor (PWR)
4 первый контур теплоносителя реактора4 primary reactor coolant circuit
6 корпус высокого давления ядерного реактора (RPV)6 nuclear reactor pressure vessel (RPV)
8 нагнетатель8 supercharger
10 парогенератор10 steam generator
12 насос теплоносителя реактора (RCP)12 reactor coolant pump (RCP)
14 система контроля водно-химического режима реактора (CVCS)14 reactor water chemistry control system (CVCS)
16 система гидрирования16 hydrogenation system
18 линия отбора18 selection line
20 теплообменник20 heat exchanger
22 основная линия22 main line
24 бак регулирования объема (VCT)24 volume control tank (VCT)
26 линия подачи жидкости26 liquid supply line
28 линия выпуска жидкости28 liquid outlet line
30 тройниковое соединение30 tee connection
32 нагнетательный насос32 pressure pump
34 нагнетательная линия34 injection line
36 источник водорода36 source of hydrogen
38 линия подачи газа38 gas supply line
40 подающий насос40 feed pump
42 тройниковое соединение42 tee connection
44 запорный клапан44 stop valve
46 система управления46 control system
48 датчик водорода48 hydrogen sensor
50 ответвление50 branch
52 вход52 input
54 выход54 exit
56 датчик водорода56 hydrogen sensor
58 ответвление58 branch
60 линия обратного потока60 return line
66 ПИД-регулятор66 PID controller
70 компрессор70 compressor
80 труба с двойной стенкой80 double wall pipe
82 система контроля утечек82 leak control system
84 внутренняя стенка84 inner wall
86 внешняя стенка86 outer wall
88 манометр88 gauge
90 вакуумный насос.90 vacuum pump.
Claims (12)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2794150C1 true RU2794150C1 (en) | 2023-04-12 |
Family
ID=
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4282062A (en) * | 1977-10-27 | 1981-08-04 | Babcock-Brown Boveri Reaktor Gmbh | Procedure and equipment for injecting gas into liquids |
CN1196819A (en) * | 1995-09-29 | 1998-10-21 | 西门子公司 | Device for introducing gas into primary coolant in pressurised water reactor |
JP2000075079A (en) * | 1998-08-31 | 2000-03-14 | Hitachi Ltd | Device for controlling concentration of hydrogen |
US20120294404A1 (en) * | 2011-04-28 | 2012-11-22 | Hitachi-GE Nuclear Engergy, Ltd. | Nuclear Power Plant and Method of Operating It |
RU137152U1 (en) * | 2013-08-06 | 2014-01-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | NUCLEAR POWER PLANT |
US20140177777A1 (en) * | 2012-12-21 | 2014-06-26 | John Whittaker | Startup/shutdown hydrogen injection system for boiling water reactors (bwrs), and method thereof |
CN104299666A (en) * | 2014-08-26 | 2015-01-21 | 上海舜华新能源系统有限公司 | Ultra-micro-flow high-pressure hydrogen accurate injection system and method |
CN206194383U (en) * | 2016-11-14 | 2017-05-24 | 深圳中广核工程设计有限公司 | Nuclear power plant's nuclear island hydrogen supply system |
CN106847349A (en) * | 2016-11-25 | 2017-06-13 | 深圳中广核工程设计有限公司 | One loop of nuclear power station cooling agent high-pressure hydrogenation system |
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4282062A (en) * | 1977-10-27 | 1981-08-04 | Babcock-Brown Boveri Reaktor Gmbh | Procedure and equipment for injecting gas into liquids |
CN1196819A (en) * | 1995-09-29 | 1998-10-21 | 西门子公司 | Device for introducing gas into primary coolant in pressurised water reactor |
JP2000075079A (en) * | 1998-08-31 | 2000-03-14 | Hitachi Ltd | Device for controlling concentration of hydrogen |
US20120294404A1 (en) * | 2011-04-28 | 2012-11-22 | Hitachi-GE Nuclear Engergy, Ltd. | Nuclear Power Plant and Method of Operating It |
US20140177777A1 (en) * | 2012-12-21 | 2014-06-26 | John Whittaker | Startup/shutdown hydrogen injection system for boiling water reactors (bwrs), and method thereof |
RU137152U1 (en) * | 2013-08-06 | 2014-01-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | NUCLEAR POWER PLANT |
CN104299666A (en) * | 2014-08-26 | 2015-01-21 | 上海舜华新能源系统有限公司 | Ultra-micro-flow high-pressure hydrogen accurate injection system and method |
CN206194383U (en) * | 2016-11-14 | 2017-05-24 | 深圳中广核工程设计有限公司 | Nuclear power plant's nuclear island hydrogen supply system |
CN106847349A (en) * | 2016-11-25 | 2017-06-13 | 深圳中广核工程设计有限公司 | One loop of nuclear power station cooling agent high-pressure hydrogenation system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111540487B (en) | Cooling treatment method for reactor after steam generator heat transfer pipe failure accident | |
CZ124293A3 (en) | Pressurized-water reactor and method of moderating effects of leakages | |
US10964436B2 (en) | System for hydrogen injection for boiling water reactors (BWRs) during startup / shutdown | |
CN102288492A (en) | High-temperature and high-pressure circulating water constant-load extension experimental device with acoustic emission testing function | |
JP2016085189A (en) | Power generating plant | |
RU2794150C1 (en) | Hydrogenation system for pressured water reactor and corresponding method | |
KR102629816B1 (en) | Hydrogenation system and method for pressurized water reactor | |
JP3758465B2 (en) | Condenser, power plant equipment, and operation method thereof | |
JPH04109197A (en) | Reactor core decay heat removing device for pressurized water reactor | |
FI75441B (en) | SAEKERHETSSPRUTANORDNING FOER TRYCKVATTENKAERNREAKTOR. | |
CN113421663B (en) | Natural circulation cooling method suitable for pressurized water reactor nuclear power plant | |
CN114112798B (en) | Trisodium phosphate dissolution rate experimental system | |
CN111997955B (en) | Control rod hydraulic drive intermittent type formula operation return circuit and control rod drive equipment | |
CN118603452A (en) | Nuclear power condensate system and leak detection method thereof | |
KR101450450B1 (en) | An apparatus and method for injecting aqueous solutions of zinc in the reactor coolant | |
RU2152088C1 (en) | System for evacuating gas from under water- moderated reactor cover | |
CN118116625A (en) | Pressurization system and method for nuclear power plant | |
CN114993578A (en) | Condenser leakage pipe online positioning system and method based on gas detection | |
CN111696689A (en) | Safe injection system and nuclear power station | |
CN114812261A (en) | Constant pressure water replenishing device | |
CN110970140A (en) | Boron implantation system | |
JPH02222893A (en) | Nuclear power plant | |
JPH02264894A (en) | Safety protection facility of pressurized water nuclear power plant | |
JPH0468600B2 (en) | ||
Chan et al. | COMMISSIONING OF THE DE-IONIZED WATER SYSTEM FOR TAIWAN PHOTON SOURCE |