SK73695A3 - Strainer for filtering water to an emergency coolling system in a nuclear power plant - Google Patents

Description

Filter na filtráciu vody havarijného chladiaceho systému atómovej elektrárne

Oblasť techniky

Tento vynález sa týka filtra na filtráciu vody dodávanej do aspoň jedného havarijného chladiaceho systému atómovej elektrárne s reaktorom umiestneným v ochrannej nástavbe

- kontejnmente

- spodná časť ktorej tvorí nádrž slúžiacu na zhromažďovanie vody vzniknutej kondenzáciou pary prítomnej v tomto kontejnmente. Tento filter je umiestnený v zmienenej nádrži a slúži na filtráciu vody, ktorá je odoberaná z tejto nádrže a v prípade potreby je dodávaná do trysiek havarijného chladiaceho systému, aby pomocou nej bola chladená aktívna zóna reaktora, pokiaľ jej teplota stúpne nad prípustnú medzu, pričom tento filter má tvar púzdra s aspoň jednou stenou opatrenou otvormi, s výhodou valcovitého tvaru, cez ktorú môže voda vtekať zvonku, a je spojený prvým potrubím so sacím čerpadlom umiestneným mimo reaktorového kontejnmentu, ako i s druhým potrubím, dodávajúcim v prípade potreby dovnútra plášťa filtra premývaciu vodu, ktorou je možné premývať stenu filtra prechodom vody cez túto stenu smerom zvnútra von, a tým odstrániť filtračný koláč, usadený na vonkajšej stene filtra.

Doterajší stav techniky

V obvyklom prevedení pozostáva zmienený havarijný chladiaci systém z prvého kropiaceho systému, skladajúceho sa z množstva trysiek alebo rozstrekovačov, pripevnených v hornej časti reaktora, slúžiacich k tomu, aby v prípade havárie rozstrekovali velké množstvá vody na palivové tyče a tým ich chladili. V atómovej elektrárni je ďalej druhý kropiaci systém, skladajúci sa z množstva trysiek alebo rozstrekovačov, ktoré sú rovnako ako trysky a rozstrekovače prvého kropiaceho systému zásobované vodou z kondenzačnej nádrže kontejnmentu, ktoré sú však umiestnené mimo vlastný reaktor a sú určené k tomu, aby kropili plyny prítomné v kontejnmente, aby tak bol redukovaný v ňom prítomný zvýšený tlak a aby boli chladené vedenia a iné zariadenia, nachádzajúce sa vnútri kontejnmentu, avšak zvonku vlastného reaktora. V oboch prípadoch je veľmi dôležité, aby sa do trysiek nedostávali žiadne nečistoty, ako vlákna a úlomky pevných látok, ktoré by mohli spôsobiť ich upchatie. Mnohé zo zariadení, umiestnených vnútri kontejnmentu, ako sú trúbky, sú celkom alebo sčasti tepelne izolované. Vo väčšine prípadov je v súčasných atómových elektrárňach táto izolácia zhotovená z vlákien zo struskovej vlny, ktoré predstavujú riziko pre uvedené dva kropiace systémy, spôsobené tým, že nechtiac uvoľnené vlákna, ktoré sa dostanú do kropiaceho systému, môžu upchať jeho trysky. Z tohto dôvodu sú atómové elektrárne vybavované filtrami zmieneného typu.

V praxi je pre spätné premytie obvyklého filtra, na ktorom sa vytvoril povlak vlákien, upchávajúci jeho otvory, treba 5 až 10 min. Skôr sa predpokladalo, že filtre môžu pracovať aspoň 10 hod. bez potreby spätného premytia. Avšak doterajšie nehody v atómových elektrárňach ukázali, že tento odhad minimálnej prevádzkovej doby je príliš vysoký. Pri funkčných skúškach sa stalo, že vypúšťaná para vnikla do izolácie zo struskových vlákien, ktoré spadli do kondenzačnej nádrže, a upchali filtre dokonca už za 30 min. Spätné premytie, ktoré trvá 5 až 10 min. nie je kritickou operáciou, pokiaľ je prevádzané 10 hod. po prípadnej nehode reaktora, pretože potreba chladenia daná rozpadom v aktívnej zóne reaktora sa za túto dobu podstatne zníži. Ak je však treba previesť spätné premytie po dobe kratšej než 1 hod., je potrebná intenzita chladenia stále vysoká, a prerušenie prívodu vody na 5 až 10 min. je z bezpečnostných dôvodov neprijateľné.

Jedným z dôvodov, prečo spätné premytie filtra trvá zmienenú relatívne dlhú dobu je to, že vlákna, zhromažďujúce sa na vonkajšom povrchu steny filtra vo forme súvislého filtračného povlaku alebo koláča, ktorý je vytvorený okolo celého filtra, sú do seba pevne zapletené. Premývacia voda, ktorá prechádza otvormi z vnútra filtra, nespôsobuje okamžité uvoľnenie celého povlaku, ale spočiatku len jeho napnutie, ktoré vedie k narušeniu jeho štruktúry, vytváranej jednotlivými vláknami, takže sa niektoré vlákna uvolňujú a sú z povlaku odplavované. Až po silnom hydromechanickom pôsobení dôjde k zoslabeniu povlaku a povlak sa postupne vo forme kusov oddeluje od stien filtra. Iným dôvodom je to, že premývacia voda je vpúšťaná do filtra v podstate v smere jeho osi, čo spôsobuje značné rozdiely v rýchlosti prúdenia jednotlivými otvormi steny filtra. Presnejšie popísané, rýchlejší prúd nastáva v hornej časti stien filtra, t.j. na opačnom konci, vzhladom k polohe prívodu vody do filtra. To znamená, že najprv nastane oddeľovanie kusov povlaku z povrchu filtra v jeho hornej časti, ktoré ďalej postupne pokračuje smerom dole. V tejto pozdejšej fáze unikajú značné množstvá vody už uvoľnenými otvormi v hornej časti filtra.

Podstata vynálezu

Cieľom tohto vynálezu je poskytnúť filter, ktorý vzhľadom k vyššie zmieneným nedostatkom filtrov doteraz používaných, umožňuje rýchle, účinné a spoľahlivé spätné premytie. Hlavným predmetom tohto vynálezu je teda filter, ktorý môže byť spätne premývaný a u ktorého nie je potrebné dlhšie trvajúce hydromechanické pôsobenie, aby bolo dosiahnuté odplavenie nánosov vlákien. Iným predmetom tohto vynálezu je zlepšenie hydromechanických vlastností filtra v tom zmysle, že voda, ktorá vstupuje do filtra, je efektívne využívaná a rozdiely v rýchlosti prúdenia rôznymi otvormi sú znížené.

Aspoň hlavný predmet tohto vynálezu je dosiahnutý u filtra, vlastnosti ktorého sú uvedené v definičnej časti ďalej uvedeného nároku 1.

Zoznam obrázkov na výkrese

Obr. 1 je schématický pôdorys časti kontejnmentu s radou filtrov v susedstve valcovitej steny kontejnmentu;

obr. 2 je nárys, znázorňujúci filtre z obr. 1;

obr. 3 je zväčšený zvislý rez filtrom s možnosťou spätného premývania;

obr. 4 je vodorovný priečny rez pozdĺž línie IV-IV v obr. 3; obr. 5 je podobný zväčšený rez pozdĺž línie V-V v obr. 3 obr. 6 je zväčšený vodorovný rez, na ktorom je znázornený prostriedok, spôsobujúci rotáciu kvapaliny pripojený k filtru;

obr. 7 je vertikálny rez prostriedkom spôsobujúcim rotáciu kvapaliny.

Na obr. 1 je vzťahovou značkou 1 obecne označená valcovitá stena kontejnmentu reaktora (nie je znázornený), ktorá je súčasťou atómovej elektrárne. Na obr. 1 je stena 1 označená jednoduchou vlnitou čiarou. V skutočnosti je však táto stena tvorená velmi hrubou vrstvou železobetónu a nepriepustným krytom z plechov nekorodujúceho kovu na jej vnútornej strane. Súčasťou nosnej konštrukcie kontejnmentu sú stĺpy 2, 2 , umiestnené v určitej vzdialenosti od zmienenej valcovitej steny. Tieto stĺpy, ktoré môžu byť z betónu, sú v skutočnosti rozmiestnené v rôznych rozostupoch, napríklad v rozostupoch, daných uhlom 12,5°. Priemer každého stĺpa môže byť 0,8 až 1,0 m. V blízkosti valcovitej steny sa nachádza filter s možnosťou spätného premývania, spojený s prvým potrubím 4, prechádzajúcim stenou 1 a spojený so sacím čerpadlom (nie je znázornené). Filter je pripevnený pomocou držiakov 5 (viď obr. 2), ktoré sú pripojené k závesom 6, zakotveným v stene 1. K filtru je pripevnené potrubie premývacej vody 7, ktorým je dovnútra filtra privádzaná buď čistá voda z vonkajšieho zdroja, alebo filtrovaná voda, slúžiaca k spätnému premývaniu filtra. Je treba poznamenať, že filtre sú v atómovej elektrárni umiestnené v blízkosti podlahy 8 kontejnmentu 1 v značnej vzdialenosti pod normálnou výškou hladiny vody 9 v kondenzačnej nádrži, tvoriacej spodnú časť kontejnmentu.

Príklad prevedenia vynálezu

Filter 3. podía tohto vynálezu bude teraz popísaný na základe obr. 3 až 7, na ktorých je podrobne znázornená jeho konštrukcia.

Ako je jasne zrejmé z obr. 3 a 4, má tento filter tvar púzdra, v podstate tvoreného stenou filtra alebo trúbkou 10, zhotovenou napr. z plechu opatreného otvormi. V praxi môže mať trubica 10 dĺžku 0,7 až 1,5 m, s výhodou asi 1,0 m a priemer 0,4 až 0,6 m, s výhodou 0,5 m. Otvory môžu mať priemer 2 až 4 mm, pričom celková plocha týchto otvorov je 25 až 40 %, s výhodou 30 až 35 %. Tieto rozmery umožňujú prietok cez stenu filtra 100 až 250 kg/s. V znázornenom prevedení je poloha trubice filtra vertikálna a filter je na hornom konci uzavretý. Presnejšie vyjadrené, trubice filtra 10 presahuje časťou v tvare zrezaného kužeía 11 do pomerne úzkeho hrdla 12., ktoré končí kovovým vekom 13 v tvare zrezaného kužeía so značne väčším priemerom, než je priemer trubice filtra 10. Svorka 14 (vidí obr. 2) môže byť pripevnená na hrdlo 12, a táto svorka je ďalej držaná držiakmi 5. Spodný koniec trúbky filtra 10 je otvorený a je spojený s prvým potrubím 4, ktoré je pripojené na sacie čerpadlo. Potrubie 7, ktorým je dovnútra filtra privádzaná premývacia voda, má menší priemer než potrubie 4, a je dovnútra potrubia 4 zavedené v jeho zakrivenej časti otvorom 15, pričom časť potrubia 7 , ktorá sa nachádza vnútri potrubia 14, je umiestnená koncentricky vzhíadom k priamej časti 4 potrubia 4, ústiaceho do trubice filtra 10. Priemer časti 4 je trochu menší než priemer trubice filtra 10 a tieto časti sú spojené kónickým prstencom 16.

Podía tohto vynálezu je trubica filtra 10 na jej vonkajšej strane opatrená niekolkými pozdĺžnymi krídlami alebo elementárni v tvare krídiel 17, ktoré v určitých vzdialenostiach radiálne vyčnievajú z povrchu trubice filtra 10. V prevedení znázornenom na obrázkoch má filter štyri krídla 17, umiestnené na povrchu v rozostupoch 90°, vyčnievajúce radiálne pozdĺž celej dĺžky trubice filtra 10 a dosahujúce až ku kovovému veku 13 v tvare zrezaného kužela, ku ktorému sú pripevnené. Vhodná je šírka týchto krídiel 25 až 75 % priemeru trubice filtra 10, s výhodou asi 50 % tohto priemeru. U obvyklých filtrov bez krídiel sa vlákna usadzujú vo forme pružného súvislého povlaku, v ktorom sú vlákna do seba pevne zapletené. Takýto súvislý povlak kladie značný odpor separácii z povrchu filtra pri jeho spätnom premývaní. Krídla 17 na filtri podlá tohto vynálezu však rozdelujú tento povlak na niekolko jednotlivých častí, v zobrazenom prípade na štyri časti, ktoré je možné každú zvlášť značne jednoduchšie separovať z povrchu filtra.

Na znázornenom prevedení sú tieto krídla tvorené súvislými rovnými plochými kovovými plechmi jednotnej hrúbky s približne rovnakou šírkou ako je polomer trubice filtra 10. V dôsledku toho sa môžu na vonkajšom povrchu trubice filtra vytvárať vrstvy vlákien hrúbky, ktorá môže byť rovná až polomeru trubice filtra, bez toho aby vlákna, nachádzajúce sa na rôznych stranách krídiel, prichádzali do vzájomného styku.

Samozrejme je možné používať na rozdelenie povlaku na vhodný počet oddelených a lahko od filtra separovateIných častí i iné prostriedky, než sú znázornené krídla. Môžu byť použité iné, dlhé alebo kratšie výstupky na vonkajšej strane trubice filtra, za predpokladu, že dochádza k žiadanému rozdeleniu povlaku z vlákien. Rozdelenie povlaku nemusí byť dokonalé v tom zmysle, že by vlákna v jednej časti nesmeli mať žiadny kontakt s vláknami v časti susednej. Časti povlaku z vlákien môžu byť spojené zoslabenými oblasťami, v ktorých lahko dochádza k lomu povlaku a v ktorých sú malé časti vlákien volne spletené, bez toho aby dochádzalo k vytváraniu výraznejšieho odporu proti separácii susednej sekcie povlaku. Takouto možnosťou je prerušiť perforáciu steny filtra 10 v pruhoch vhodnej šírky, prebiehajúcich v smere osi filtra .

V porovnaní s doterajšími filtrami bolo dosiahnuté podstatné zlepšenie filtra podlá tohto vynálezu tým, že bol opatrený prostriedkom spôsobujúcim rotáciu kvapaliny, obecne označovaným vzťahovou značkou 18, umiestneným medzi potrubím premývacej vody 2 a filtrom. Ako je zrejmé z obr. 3a z obr. 5 až 7, prostriedok spôsobujúci rotáciu kvapaliny pozostáva z kónického telesa 19, umiestneného koncentricky v potrubí 7 a z rady zakrivených lopatiek 20, umiestnených na vonkajšej strane

Ί kónického telesa 19. Potrubie 7, alebo presnejšie jeho priama časť 7 ústi do kónického prstenca alebo do prvku potrubia 21, podobne ako časť potrubia 4 . Lopatky 20 spájajú vnútornú stenu prstenca 21 a vonkajší povrch koncentricky uloženého telesa 19. Uhol zbiehavosti koncentricky uloženého telesa 19 je vo vzťahu k uhlu zbiehavosti prstenca 21 zvolený tak, že plocha prietočného prierezu v ktoromkolvek horizontálnom reze pozdĺž vertikálnej osi je v podstate rovnaká. Ako je zrejmé z obr. 5, sú horné časti lopatiek 20 v blízkosti prstencového ústia odklonené od radiálneho smeru a sú zakrivené, ako je znázornené na obr. 6. Toto usporiadanie má za následok, že voda privádzaná do filtra v smere jeho osi je pomocou prostriedku spôsobujúceho rotáciu 18 uvádzaná do rotačného alebo cirkulačného pohybu, takže je vplyvom odstredivej sily skôr tlačená zvnútra proti stene filtra 10, než aby len prechádzala vertikálne, v smere osi filtra. Týmto spôsobom je premývacia voda tlačená otvormi v stenách filtra podstatne väčšou silou, než u bežných filtrov.

Je možné podotknúť, že prstenec 21 je udržovaný v koncentrickej polohe vzhladom k prstencu 16 pomocou vhodného počtu výčnelkov 22, ako je znázornené na obr. 5. Skúškami bolo dokázané, že povlaky vlákien, vytvorené na filtri podía tohto vynálezu, boli celkom odstránené v čase kratšom než 20 s.

Možné modifikácie príkladu prevedenia vynálezu

Je samozrejmé, že tento vynález nie je v žiadnom prípade obmedzený na prevedenie, popísané v príklade prevedenia vynálezu a znázornené na pripojených obrázkoch. Tak je možné, aby vnútri trubice filtra 10 bol umiestnený skladaný jemný filter, zhotovený napr. z filtračnej tkaniny. Vonkajšia, valcovitá stena 10 s otvormi pôsobí v tomto prípade vzhladom k tejto vnútornej filtračnej tkanine ako predbežný filter. Zároveň je vnútorná filtračná tkanina touto omnoho pevnejšou valcovitou stenou chránená. Namiesto rovných krídiel, umiestnených v smere osi, môžu byť na vonkajšej strane trubice filtra pripevnené zakrivené krídla v tvare šroubovice. Napriek tomu, že je stena filtra 10

- 8 popísaná v predchádzajúcom texte a znázornená predmet valcovitého alebo tubulárneho tvaru, napríklad plochý alebo vlnitý tvar, alebo tvar na obrázkoch ako môže mať i iný, mnohouholníka.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Filter na filtráciu vody dodávanej do aspoň jedného havarijného chladiaceho systému atómovej elektrárne s reaktorom umiestneným v kontejnmente, ktorého spodnú časť tvorí nádrž slúžiaca na zhromažďovanie vody vzniknutej kondenzáciou pary prítomnej v kontejnmentu, pričom tento filter je umiestnený v zmienenej nádrži a slúži na filtráciu vody, ktorá je odoberaná z tejto nádrže a v prípade potreby dodávaná do trysiek havarijného chladiaceho systému, aby pomocou nej bola chladená aktívna zóna reaktora v prípade, že jej teplota stúpne nad prípustnú medzu, ktorý má tvar púzdra s aspoň jednou stenou (10) s výhodou valcovitého tvaru, opatrenú otvormi, cez ktoré môže voda vtekať zvonku do zmieneného púzdra, je spojený prvým potrubím (4) so sacím čerpadlom umiestneným mimo konteinment reaktora, a ďalej je spojený s druhým potrubím (7), dodávajúcim v prípade potreby dovnútra plášťa filtra premývaciu vodu, ktorou je v prípade potreby možné premývať stenu filtra (10) prechodom tejto premývacej vody cez túto stenu smerom zvnútra von, a tým odstrániť filtračný koláč, usadený na vonkajšej stene filtra, vyznačujúci sa tým, že stena filtra (10) je opatrená prostriedkami (17) rozdelujúcimi povlak alebo vrstvu vlákien, vytvorenú na vonkajšom povrchu tejto steny filtra na niekolko častí, ktoré je oddelene možné odstrániť podstatne jednoduchšie, než súvislú vrstvu vlákien.
2. 2. Filter podía nároku 1,vyznačujúci sa tým, že zmienenými prostriedkami (17) je niekolko pozdĺžnych krídiel alebo elementov v tvare krídiel (17), vyčnievajúcich v radiálnom smere a umiestnených v určitých vzdialenostiach od seba navzájom.
3. 3. Filter podlá nároku 2,vyznačujúci sa tým, že šírka každého zo zmienených krídiel je 25 až 75 Š, s výhodou 40 až 60 % a prednostne asi 50 % maximálneho rozmeru prierezu steny filtra (10).
4. 4. Filter podía ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že zmienené druhé potrubie pozostáva z trubice (7), ktorá sa v oblasti jeho ústia nachádza v koncentrickej polohe vzhľadom k stene filtra (10), je opatrené prostriedkom spôsobujúcim rotáciu kvapaliny (18) vo forme sústavy zakrivených lopatiek (20), nachádzajúcich sa v priestore medzi zmienenou trubicou a v nej súoso umiestneným telesom v podstate kónického tvaru (19), takže voda, prechádzajúca prstencovou medzerou medzi touto trubicou a zmieneným telesom, je uvádzaná do rotačného alebo krúživého pohybu, ktorého účelom je, aby bola pritláčaná na stenu filtra (10).
5. 5. Filter podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že zmienené púzdro je na jednom konci, napr. na hornom konci, uzavreté, pričom prvé potrubie (4) je spojené s opačným koncom a do časti (4 ) tohto prvého potrubia (4) je koncentricky vložené potrubie premývacej vody (7) .