WO2022146185A1 - Система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора - Google Patents

Система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора Download PDF

Info

Publication number
WO2022146185A1
WO2022146185A1 PCT/RU2021/000576 RU2021000576W WO2022146185A1 WO 2022146185 A1 WO2022146185 A1 WO 2022146185A1 RU 2021000576 W RU2021000576 W RU 2021000576W WO 2022146185 A1 WO2022146185 A1 WO 2022146185A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
melt
drum
housing
flange
water supply
Prior art date
Application number
PCT/RU2021/000576
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Александр Стальевич СИДОРОВ
Надежда Васильевна СИДОРОВА
Кристин Александрович ЧИКАН
Ксения Константиновна БАДЕШКО
Original Assignee
Акционерное Общество "Атомэнергопроект"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное Общество "Атомэнергопроект" filed Critical Акционерное Общество "Атомэнергопроект"
Priority to JP2023539290A priority Critical patent/JP7490897B2/ja
Priority to CN202180088302.7A priority patent/CN116686055A/zh
Priority to EP21915935.7A priority patent/EP4273884A1/en
Priority to KR1020237020695A priority patent/KR20230125196A/ko
Priority to CA3203514A priority patent/CA3203514A1/en
Publication of WO2022146185A1 publication Critical patent/WO2022146185A1/ru

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C9/00Emergency protection arrangements structurally associated with the reactor, e.g. safety valves provided with pressure equalisation devices
    • G21C9/016Core catchers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Definitions

  • the invention relates to the field of nuclear energy, in particular, to systems that ensure the safety of nuclear power plants (NPP), and can be used in severe accidents leading to the destruction of the reactor vessel and its containment.
  • NPP nuclear power plants
  • the greatest radiation hazard is posed by accidents with a core meltdown, which can occur in the event of a multiple failure of the core cooling systems.
  • the key aspect in this case is that the water supply through the installed valves must be carried out at a certain point in time when certain (specific) conditions are reached, namely: premature water supply can lead to a steam explosion, and the inability to supply water can lead to overheating of the equipment inside the vessel under the action of radiant heat flows from the side of the melt mirror, which, ultimately, can lead to the collapse of equipment inside the vessel, water from the reactor shaft into the melt, mixing of water with the melt, resulting in steam explosions that destroy the localization and cooling system melt and containment area with the release of radioactive substances into the environment.
  • a known system [1, 2, 3] for localization and cooling of the melt of the core of a nuclear reactor containing a guide plate installed under the nuclear reactor vessel, and based on a truss-console mounted on embedded parts at the base of a concrete mine, a multilayer housing, the flange of which is provided with a thermal protection, a filler consisting of a set of cassettes installed on top of each other, a service platform installed inside the body between the filler and the guide plate.
  • the superheated melt begins to flow into the hole formed under the influence of the residual pressure present in the reactor vessel, which propagates non-axisymmetrically inside the volume of the multilayer vessel and exerts a dynamic effect on peripheral structures: the zone of hermetic connection of the multilayer vessel with farm-console, thermal protection of the flange of the multilayer housing, water supply valves located in the multilayer housing, which leads to their destruction, as well as the destruction of the flange of the multilayer housing, and the internal surfaces of the truss-console, washed by the core melt, which as a result leads to disruption of the localization system and melt cooling, due to the destruction of its elements;
  • the technical result of the claimed invention is to increase the reliability of the system for localization and cooling of the melt of the core of a nuclear reactor.
  • the tasks to be solved by the claimed invention are to prevent the destruction of peripheral structures, equipment installed on the housing flange, and to ensure a guaranteed supply of cooling water to the melt in case of failure of the water supply valves installed in the housing.
  • the system for localizing and cooling the melt of the core of a nuclear reactor containing a guide device, a truss-console, a filler for receiving and distributing the melt, is located in a housing, along the perimeter of which water supply valves are installed and a thermal protection is installed on the flange
  • the invention additionally contains a drum mounted on the housing flange, made in the form of a shell with reinforcing ribs installed on the inside along its perimeter, resting on the cover and bottom, having tension elements connecting the drum through a support flange welded to it with a housing flange, spacers providing an adjusting gap between the drum and the housing flange, while the drum has branch pipes equipped with thermal reflectors and cooling ribs, in which water supply valves are installed.
  • One essential feature of the claimed invention is the presence in the system of localization and cooling of the melt of the core of a nuclear reactor of a drum mounted on the flange of the housing, made in the form of a shell with reinforcing ribs installed on the inside along its perimeter, resting on the cover and bottom, having tension elements connecting drum through a support flange welded to it with a housing flange, spacers providing an adjustment gap between the drum and the housing flange, branch pipes equipped with thermal reflectors and ribs, in which water supply valves are located.
  • the drum with water supply valves installed in it, makes it possible to ensure the recirculation of the vapor-gas mixture, steam-water mixture or water between the space inside and outside the housing in case of failure of the water supply valves installed along the perimeter of the housing, and, therefore, provide steam-gas, steam-water or water cooling of the melt mirror and equipment located above the melt mirror (truss-console and guide device) due to the recirculation of cooling media between the reactor shaft and internal volumes located both inside the vessel and above the melt mirror.
  • Reinforcing ribs installed on the inner side of the drum shell protect the drum water supply valves from the impact of flying objects and the azimuth propagation of shock waves due to crushing and reflection of shock waves, weakening their effect on the housing water supply valves.
  • Thermal reflectors and cooling ribs protect the drum water supply valves from off-design effects of thermal radiation from the melt surface, as well as from the impact of flying objects that can disrupt the operation of these water supply valves.
  • FIG. 1 shows a system for localizing and cooling the melt of the core of a nuclear reactor, made in accordance with the claimed invention.
  • FIG. 2 shows a drum mounted on a housing flange.
  • FIG. 3 shows a fragment of the drum mounted on the housing flange.
  • FIG. 4 shows a water supply valve installed in the drum.
  • the system for localization and cooling of the melt of the core of a nuclear reactor contains a guide device (1) installed under the body (2) of the nuclear reactor and based on a truss-console (3). Under the truss-console (3) there is a body (4), which is mounted at the base of the reactor shaft on embedded parts.
  • the body (4) with filler (7) is designed to receive and distribute the melt.
  • Filler (7) is installed inside the body (4).
  • a drum (12) is mounted on the flange (5) of the housing (4).
  • pipes (10) with thermal reflectors (11) and cooling fins (21) are installed in the drum (12), valves (9) for water supply are installed in the pipes (10), which ensure recirculation steam-gas mixture, steam-water mixture or water between the space inside and outside the housing (4).
  • the claimed system for localization and cooling of the melt of the core of a nuclear reactor operates as follows.
  • the core melt under the action of hydrostatic and residual pressures begins to flow onto the surface of the guide device (1) held by the truss-console (3).
  • the melt, flowing down the guide device (1) enters the housing (4) and comes into contact with the filler (7).
  • partial melting of the thermal protection of the truss-console (3) and thermal protection (6) of the flange (5) of the body (4) occurs.
  • these thermal protections reduce the thermal effect of the core melt on the protected equipment, and, on the other hand, reduce the temperature and chemical activity of the melt itself.
  • Thermal protection (6) of the flange (5) of the body (4) provides protection of its upper thick-walled inner part from thermal effects from the core melt mirror from the moment the melt enters the filler (7) and until the end of the interaction of the melt with the filler (7), then until the start of water cooling of the crust located on the surface of the core melt.
  • Thermal protection (6) of the flange (5) of the body (4) is installed in such a way that it allows to protect the inner surface of the body (4) above the level of the core melt formed in the body (4) in the process of interaction with the filler (7), namely, that upper part of the body (4), which has a greater thickness compared to the cylindrical part of the body (4), which ensures normal (without a heat transfer crisis in the boiling mode in a large volume) heat transfer from the core melt to the water located on the outer side of the body ( four).
  • the thermal protection (6) of the flange (5) of the body (4) is heated and partially destroyed, shielding thermal radiation from the side of the melt mirror.
  • the geometrical and thermophysical characteristics of the thermal protection (6) of the flange (5) of the body (4) are selected in such a way that, under any conditions, they provide shielding of the flange (5) of the body (4) from the side of the melt mirror, thereby ensuring the independence of protective functions from time completion of the processes of physical and chemical interaction of the core melt with the filler (7).
  • the presence of thermal protection (6) of the flange (5) of the housing (4) makes it possible to ensure the performance of protective functions before the start of water supply to the crust located on the surface of the core melt.
  • thermal protection (6) of the flange (5) of the housing (4) provides protection against flying objects in the event of the destruction of the bottom of the reactor vessel (2), provides protection against destruction by the flowing melt and protection from falling fragments of thermal protection located above the melt surface.
  • the temperature of the melt mirror begins to grow due to the redistribution of residual energy releases in the melt between physical and chemical reactions, heat transfer through the body (4), thermal radiation to the equipment and convective heating gas mixture from the side of the melt mirror.
  • the water supply of the housing (4) will heat up faster than the valves (9) of the water supply of the drum (12) and will work to open much earlier in time.
  • a drum (12) is installed on the flange (5) of the body (4).
  • the drum (12) is made in the form of a shell (13) with reinforcing ribs (14) installed on the inside along its perimeter, resting on the cover (15) and bottom (16).
  • the drum (12) has tension elements (17) connecting the drum (12) through the support flange (18) welded to it with the flange (5) of the body (4).
  • Spacer elements (20) are installed in the drum (12), by means of which an adjusting gap (19) is provided between the drum (12) and the flange (5) of the housing (4).
  • Branch pipes (10) are installed in the drum (12). Each branch pipe (10) is equipped with heat reflectors (11) and cooling fins (21). In the branch pipes (10) of the drum (12) there are water supply valves (9) that ensure the recirculation of the steam-gas mixture, steam-water mixture or water between the space inside and outside the housing (4).
  • Thermal reflectors (11) and cooling ribs (21) protect the water supply valves (9) of the drum (12) from non-design impact of thermal radiation from the melt surface, as well as from the impact of flying objects that can disrupt the operation of these water supply valves (9).
  • Adjustment gap (19) allows for accurate installation of the drum (12) on the flange (5) of the housing (4).
  • the heating intensity of the drum (12) located between the truss-console (3) and the body (4) will significantly depend on the intensity of thermal radiation from the side of the melt mirror and the condition of the water supply valves (8) of the body (4): fragments of the bottom of the body (2) of the nuclear reactor into the melt located in the body (4), there will be an ejection (splash) of the liquid melt or its wave-like rise, then it is possible to weld the valves (8) for supplying water to the body (4) with liquid melt and completely block their passage sections. Under these conditions, a complete failure of the water supply valves (8) of the housing (4) to supply cooling water to the melt mirror is possible.
  • Heating of the thermal protection (6) of the flange (5) of the body (4), thermal protections in the truss-console (3) and the drum (12) will continue.
  • the heating of the drum (12) is accompanied by the heating of the water supply valves (9), which are triggered to open when the set temperature is reached.
  • Actuation to open the water supply valves (9) of the drum (12) provides communication between the media located outside and inside the housing (4) above the position of the melt mirror, that is, above the location of the filler (7).
  • the water supply valves (9) of the drum (12) are opened, the steam-water mixture located outside the housing (4) begins to flow into the internal space of the housing (4) from above onto the slag cap formed by the dissolved filler elements (7).
  • water supply valves (9) are installed in the drum (12), located above the water supply valves (8) of the body (4) in such a way that the "steam hump" formed when water boils on the outer surface of the body (4) does not locks the flow area of the water supply valves (9) of the drum (12) and does not interfere with the equalization of pressure between the vapor-gas media located both outside and inside the housing (4).
  • the melt mirror After actuation of the water supply valves (8) of the body (4), the melt mirror does not cool down, since the water level is somewhat lower than the location of the indicated water supply valves (8). There is a further heating by radiant heat fluxes of the equipment located above the melt mirror, including the valves (9) of the water supply of the drum (12). Having reached the response temperature, the water supply valves (9) of the drum (12) open, ensuring pressure equalization inside and outside the housing (4).
  • a vertical steam-gas draft arises, which ensures the circulation of the steam-gas mixture along the following path: the steam-water mixture enters through the valves (8) for supplying water into the body (4) into the space above the melt mirror, where it evaporates intensively and, rushing upwards, partially exits through the open valves (9) water supply of the drum (12) into the space around the outer surface of the housing (4) - in the space above it, located around the outer surface of the shell (13) of the drum (12), and then into a sealed shell, and partially passes along the truss-console (3) and enters the guide device (1), through which, depending on the state the bottom of the reactor vessel (2) and the guide device (1) may eventually also go into the hermetic shell.
  • the successive operation of the water supply valves (8) of the body (4) and the water supply valves (9) of the drum (12) ensures the recirculation of the vapor-gas mixture that cools the equipment of the nuclear reactor core melt localization and cooling system located above the melt mirror, which allows, ultimately, to ensure stable long-term, first steam-gas, and then steam (vapor-droplet) cooling of the melt mirror in conditions of over-design equipment failures.
  • the use of a drum with water supply valves installed in nozzles equipped with thermal reflectors and cooling fins as part of the system for localizing and cooling the core melt of a nuclear reactor made it possible to increase its reliability by placing water supply valves at different levels and ensuring cooling of the melt mirror. with insufficient level of cooling water in the reactor shaft.

Landscapes

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

Abstract

Изобретение относится к области атомной энергетики, к системам, обеспечивающим безопасность атомных электростанций, и может быть использовано при авариях, приводящих к разрушению корпуса реактора и его герметичной оболочки. Система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора содержит направляющее устройство, ферму-консоль, наполнитель для приема и распределения расплава, размещенный в корпусе, по периметру которого установлены клапаны подачи воды и на фланце установлена тепловая защита, барабан, установленный на фланце корпуса, выполненный в форме обечайки с установленными с внутренней стороны по ее периметру усиливающими ребрами, опирающимися на крышку и днище, имеющий элементы натяжения, соединяющие барабан через приваренный к нему опорный фланец с фланцем корпуса, дистанционирующие элементы, обеспечивающие регулировочный зазор между барабаном и фланцем корпуса. При этом в барабане выполнены патрубки, снабженные тепловыми отражателями и охлаждающими ребрами, в которых установлены клапаны подачи воды для повышения надежности системы локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора.

Description

СИСТЕМА ЛОКАЛИЗАЦИИ И ОХЛАЖДЕНИЯ
РАСПЛАВА АКТИВНОЙ ЗОНЫ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
Область техники
Изобретение относится к области атомной энергетики, в частности, к системам, обеспечивающим безопасность атомных электростанций (АЭС), и может быть использовано при тяжёлых авариях, приводящих к разрушению корпуса реактора и его герметичной оболочки.
Наибольшую радиационную опасность представляют аварии с расплавлением активной зоны, которые могут происходить при множественном отказе систем охлаждения активной зоны.
При таких авариях расплав активной зоны - кориум, расплавляя внутриреакторные конструкции и корпус реактора, вытекает за его пределы, и вследствие сохраняющегося в нем остаточного тепловыделения, может нарушить целостность герметичной оболочки АЭС - последнего барьера на пути выхода радиоактивных продуктов в окружающую среду.
Для исключения этого необходимо локализовать вытекший из корпуса реактора расплав активной зоны (кориум) и обеспечить его непрерывное охлаждение, вплоть до полной кристаллизации. Эту функцию выполняет Система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора, которая предотвращает повреждения герметичной оболочки АЭС и тем самым защищает население и окружающую среду от радиационного воздействия при тяжелых авариях ядерных реакторов.
Одним из самых важных факторов обеспечения надежного процесса охлаждения и локализации расплава активной зоны ядерного реактора в случае возникновения тяжелых аварий, является своевременное, гарантированное обеспечение подачи воды внутрь многослойного корпуса для охлаждения расплава, которые реализуется за счет установки в верхней части корпуса, предназначенного для приема и распределения расплава, клапанов подачи воды. Ключевым аспектом в данном случае является то, что подача воды через установленные клапаны должна быть осуществлена в определенный момент времени при достижении определенных (специфических) условий, а именно: преждевременная подача воды может привести к паровому взрыву, а невозможность подачи воды может привести к перегреву оборудования внутри корпуса под действием лучистых тепловых потоков со стороны зеркала расплава, что, в конечном итоге, может привести к обрушению оборудования внутрь корпуса, попаданию воды из шахты реактора в расплав, смешиванию воды с расплавом, результатом чего станут паровые взрывы, разрушающие систему локализации и охлаждения расплава и гермозону с выходом радиоактивных веществ в окружающую среду.
Предшествующий уровень техники
Известна система [1, 2, 3] локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора, содержащая направляющую плиту, установленную под корпусом ядерного реактора, и опирающуюся на ферму-консоль, установленный на закладные детали в основании бетонной шахты многослойный корпус, фланец которого снабжен тепловой защитой, наполнитель, состоящий из набора кассет, установленных друг на друге, площадку обслуживания, установленную внутри корпуса между наполнителем и направляющей плитой.
Данная система имеет низкую надежность, обусловленную следующими недостатками:
- при проплавлении (разрушении) корпуса реактора расплавом активной зоны, в образовавшееся отверстие под действием остаточного давления, имеющегося в корпусе реактора, начинает истекать перегретый расплав, который распространяется неосесимметрично внутри объёма многослойного корпуса и оказывает динамическое воздействие на периферийные конструкции: зону герметичного соединения многослойного корпуса с фермой-консолью, тепловую защиту фланца многослойного корпуса, клапаны подачи воды, расположенные в многослойном корпусе, что приводит к их разрушению, а также разрушению фланца многослойного корпуса, и внутренних поверхностей фермы-консоли, омываемых расплавом активной зоны, что в результате приводит к нарушению работы системы локализации и охлаждения расплава, ввиду разрушения её элементов;
- при струйном поступлении большого объема, (например, от 10 до 15 м3) перегретого расплава внутрь многослойного корпуса на наполнитель, часть такого расплава, в результате отражающего эффекта со стороны наполнителя, перемещается в обратном направлении в сторону периферийных конструкций - в сторону герметичного соединения многослойного корпуса с фермой- консолью, в сторону тепловой защиты фланца многослойного корпуса и в сторону многослойного корпуса, а именно, в зону установки клапанов подачи воды, что приводит к их повреждению и разрушению (завариванию), и, следовательно, нарушению процесса подачи воды внутрь многослойного корпуса для охлаждения расплава, в результате чего может произойти разрушение системы локализации и охлаждения расплава и выход радиоактивных веществ в окружающую среду;
- при истечении расплава внутрь многослойного корпуса в наполнитель объем расплава увеличивается за счёт плавления наполнителя и повышается его уровень внутри многослойного корпуса, при этом падение обломков активной зоны и днища корпуса реактора приводит к образованию выплесков (волн) расплава, которые динамически воздействуют на периферийное оборудование и установленные в многослойном корпусе клапаны подачи воды, что приводит к их разрушению (завариванию), и, следовательно, нарушению процесса подачи воды внутрь многослойного корпуса для охлаждения расплава, в результате чего может произойти разрушение системы локализации и охлаждения расплава и выход радиоактивных веществ во внешнюю среду; - в процессе истечения расплава из корпуса ядерного реактора и при взаимодействии расплава с наполнителем образуются аэрозоли, перемещающиеся вверх из горячих зон и оседающие в холодных зонах на периферийном оборудовании и на клапанах подачи воды, что приводит к их экранированию с последующим блокированием срабатывания от воздействия теплового излучения со стороны зеркала расплава, и, следовательно, к нарушению процесса подачи воды внутрь многослойного корпуса для охлаждения расплава, в результате чего может произойти разрушение системы локализации и охлаждения расплава и выход радиоактивных веществ во внешнюю среду.
Раскрытие изобретения
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности системы локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора.
Задачи, на решение которых направлено заявленное изобретение, заключаются в исключении разрушения периферийных конструкций, оборудования, установленного на фланец корпуса, и обеспечении гарантированной подачи охлаждающей воды на расплав в случае отказа клапанов подачи воды, установленных в корпусе.
Поставленные задачи решаются за счет того, что система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора, содержащая направляющее устройство, ферму-консоль, наполнитель для приема и распределения расплава, размещенный в корпусе, по периметру которого установлены клапаны подачи воды и на фланце установлена тепловая защита, согласно изобретению, дополнительно содержит барабан, установленный на фланце корпуса, выполненный в форме обечайки с установленными с внутренней стороны по её периметру усиливающими ребрами, опирающимися на крышку и днище, имеющий элементы натяжения, соединяющие барабан через приваренный к нему опорный фланец с фланцем корпуса, дистанционирующие элементы, обеспечивающие регулировочный зазор между барабаном и фланцем корпуса, при этом в барабане выполнены патрубки, снабженные тепловыми отражателями и охлаждающими ребрами, в которых установлены клапаны подачи воды.
Одним существенным признаком заявленного изобретения является наличие в системе локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора барабана, установленного на фланце корпуса, выполненного в форме обечайки с установленными с внутренней стороны по её периметру усиливающими ребрами, опирающимися на крышку и днище, имеющего элементы натяжения, соединяющие барабан через приваренный к нему опорный фланец с фланцем корпуса, дистанционирующие элементы, обеспечивающие регулировочный зазор между барабаном и фланцем корпуса, патрубки, снабженные тепловыми отражателями и ребрами, в которых размещены клапаны подачи воды. Барабан, с установленными в нём клапанами подачи воды позволяет обеспечить рециркуляцию парогазовой смеси, пароводяной смеси или воды между пространством внутри и снаружи корпуса в условиях отказа клапанов подачи воды, установленных по периметру корпуса, и, следовательно, обеспечить парогазовое, пароводяное или водяное охлаждение зеркала расплава и оборудования, расположенного выше зеркала расплава (фермы-консоли и направляющего устройства) за счёт рециркуляции охлаждающих сред между шахтой реактора и внутренними объёмами, расположенными как внутри корпуса, так и выше зеркала расплава.
Усиливающие рёбра, установленные с внутренней стороны обечайки барабана, обеспечивают защиту клапанов подачи воды барабана от воздействия летящих предметов и азимутального распространения ударных волн за счёт дробления и отражения ударных волн, ослабляя их воздействие на клапаны подачи воды корпуса. Тепловые отражатели и охлаждающие ребра, в свою очередь, защищают клапаны подачи воды барабана от непроектного воздействия теплового излучения со стороны зеркала расплава, а также от воздействия летящих предметов, способных нарушить работоспособность указанных клапанов подачи воды.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображена система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора, выполненная в соответствии с заявленным изобретением.
На фиг. 2 изображён барабан, установленный на фланец корпуса.
На фиг. 3 изображён фрагмент барабана, установленного на фланец корпуса.
На фиг. 4 изображён клапан подачи воды, установленный в барабане.
Варианты осуществления изобретения
Как показано на фиг. 1 - 4, система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора содержит направляющее устройство (1), установленное под корпусом (2) ядерного реактора и опирающееся на ферму- консоль (3). Под фермой-консолью (3) установлен корпус (4), который монтируется в основании шахты реактора на закладных деталях. Корпус (4) с наполнителем (7) предназначен для приема и распределения расплава. В верхней части корпуса (4) выполнен фланец (5), снабженный тепловой защитой (6). Внутри корпуса (4) установлен наполнитель (7). В зоне между наполнителем (7) и фланцем (5) по периметру корпуса (4) расположены клапаны (8) подачи воды. На фланце (5) корпуса (4) установлен барабан (12).
Как показано на фиг. 2-4, в барабане (12) установлены патрубки (10) с тепловыми отражателями (11) и охлаждающими рёбрами (21), в патрубки (10) установлены клапаны (9) подачи воды, обеспечивающие рециркуляцию б парогазовой смеси, пароводяной смеси или воды между пространством внутри и снаружи корпуса (4).
Заявленная система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора работает следующим образом.
В момент разрушения корпуса (2) ядерного реактора расплав активной зоны под действием гидростатического и остаточного давлений начинает поступать на поверхность направляющего устройства (1), удерживаемого фермой-консолью (3). Расплав, стекая по направляющему устройству (1), попадает в корпус (4) и входит в контакт с наполнителем (7). При секторном неосесимметричном стекании расплава происходит частичное плавление тепловых защит фермы-консоли (3) и тепловой защиты (6) фланца (5) корпуса (4). Разрушаясь, эти тепловые защиты, с одной стороны, снижают тепловое воздействие расплава активной зоны на защищаемое оборудование, а с другой - уменьшают температуру и химическую активность самого расплава.
Тепловая защита (6) фланца (5) корпуса (4) обеспечивает защиту его верхней толстостенной внутренней части от теплового воздействия со стороны зеркала расплава активной зоны с момента поступления расплава в наполнитель (7) и до окончания взаимодействия расплава с наполнителем (7), то есть до момента начала охлаждения водой корки, расположенной на поверхности расплава активной зоны. Тепловая защита (6) фланца (5) корпуса (4) устанавливается таким образом, что позволяет обеспечить защиту внутренней поверхности корпуса (4) выше уровня расплава активной зоны, образующегося в корпусе (4) в процессе взаимодействия с наполнителем (7), именно, той верхней части корпуса (4), которая имеет большую толщину по сравнению с цилиндрической частью корпуса (4), обеспечивающей нормальную (без кризиса теплообмена в режиме кипения в большом объёме) передачу тепла от расплава активной зоны к воде, находящейся с внешней стороны корпуса (4). В процессе взаимодействия расплава активной зоны с наполнителем (7) тепловая защита (6) фланца (5) корпуса (4) подвергается разогреву и частичному разрушению, экранируя тепловое излучение со стороны зеркала расплава. Г еометрические и теплофизические характеристики тепловой защиты (6) фланца (5) корпуса (4) выбираются таким образом, что при любых условиях обеспечивают экранирование фланца (5) корпуса (4) со стороны зеркала расплава, благодаря чему, обеспечивается независимость защитных функций от времени завершения процессов физико-химического взаимодействия расплава активной зоны с наполнителем (7). Наличие тепловой защиты (6) фланца (5) корпуса (4) позволяет обеспечить выполнение защитных функций до начала подачи воды на корку, расположенную на поверхности расплава активной зоны.
Защита клапанов (8) подачи воды корпуса (4) осуществляется пассивным способом: тепловая защита (6) фланца (5) корпуса (4) обеспечивает защиту от летящих предметов при разрушении днища корпуса реактора (2), обеспечивает защиту от разрушения стекающим расплавом и защиту от падения обломков Тепловых защит, расположенных выше зеркала расплава.
Поступление металлических и оксидных компонентов расплава в наполнитель (7), размещенный в корпусе (4), приводит к постепенному расплавлению наполнителя (7) и образованию свободной поверхности расплава - зеркала расплава - внутри корпуса (4). По мере завершения физико- химических реакций между металлическими и оксидными компонентами расплава и наполнителем (7) температура зеркала расплава начинает расти за счёт перераспределения остаточных энерговыделений в расплаве между физико-химическими реакциями, теплопередачей через корпус (4), тепловым излучением на оборудование и конвективным нагревом газовой смеси со стороны зеркала расплава.
Тепловое излучение на клапаны подачи воды (8) корпуса (4) и клапаны (9) подачи воды барабана (12) со стороны зеркала расплава действует неравномерно: на клапаны (8) подачи воды корпуса (4) такое излучение действует значительно сильнее, чем на клапаны (9) подачи воды барабана (12), что связано с различным расположением указанных клапанов (8) и (9) по высоте относительно положения зеркала расплава. Вследствие этого клапаны
(8) подачи воды корпуса (4) будут нагреваться быстрее клапанов (9) подачи воды барабана (12) и сработают на открытие значительно раньше по времени.
Если клапаны (8) подачи воды корпуса (4) не сработают на открытие, что возможно, например, при падении одного или нескольких обломков днища корпуса реактора (2) в ванну расплава с образованием волн (выплесков) расплава, заваривающих указанные клапаны (8) подачи воды, тогда тепловое излучение со стороны зеркала расплава будет продолжать нагревать клапаны
(9) подачи воды барабана (12) до срабатывания первых одного-двух из них.
Как показано на фиг. 1 - 4, на фланце (5) корпуса (4) установлен барабан (12). Конструктивно барабан (12) выполнен в форме обечайки (13) с установленными с внутренней стороны по её периметру усиливающими ребрами (14), опирающимися на крышку (15) и днище (16). Барабан (12) имеетэлементы (17) натяжения, соединяющие барабан (12) через приваренный к нему опорный фланец (18) с фланцем (5) корпуса (4). В барабане (12) установленыдистанционирующие элементы (20), посредством которых обеспечивается регулировочный зазор (19) между барабаном (12) и фланцем (5) корпуса (4). В барабане (12) установлены патрубки (10). Каждый патрубок (10) снабжен тепловыми отражателями (11) и охлаждающими ребрами (21). В патрубках (10) барабана (12) размещены клапаны (9) подачи воды, обеспечивающие рециркуляцию парогазовой смеси, пароводяной смеси или воды между пространством внутри и снаружи корпуса (4).
Усиливающие рёбра (14) барабана (12), установленные с внутренней стороны его обечайки (13), обеспечивают защиту клапанов (9) подачи воды от воздействия летящих предметов и азимутального распространения ударных волн за счет дробления и отражения ударных волн. Тепловые отражатели (11) и охлаждающие ребра (21) защищают клапаны (9) подачи воды барабана (12) от непроектного воздействия теплового излучения со стороны зеркала расплава, а также от воздействия летящих предметов, способных нарушить работоспособность указанных клапанов (9) подачи воды.
Регулировочный зазор (19) позволяет обеспечить точную установку барабана (12) на фланец (5) корпуса (4).
В процессе локализации расплава активной зоны в наполнителе (7) возможны нарушения целостности некоторых элементов оборудования системы локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора:
- тепловые защиты фермы-консоли (3) могут быть секторно повреждены (разрушены или расплавлены) в результате неосесимметричного поступления расплава;
- тепловая защита (6) фланца (5) корпуса (4) может быть локально разрушена в нижней части выплесками расплава, а в верхней части может быть секторно разрушена в результате неосесимметричного поступления расплава.
Эти разрушения возможны как на начальной стадии локализации расплава активной зоны, так и на длительной стадии локализации. При таких разрушениях, лучистые и конвективные тепловые потоки со стороны зеркала расплава начинают оказывать значительное воздействие на оборудование, расположенное выше корпуса (4): на направляющее устройство (1), на ферму- консоль (3), на барабан (12). В этих условиях интенсивность разогрева барабана (12), расположенного между фермой-консолью (3) и корпусом (4) будет существенно зависеть от интенсивности теплового излучения со стороны зеркала расплава и состояния клапанов (8) подачи воды корпуса (4): если при падении обломков днища корпуса (2) ядерного реактора в расплав, находящийся в корпусе (4), произойдёт выброс (выплеск) жидкого расплава или его волнообразный подъём, то возможно заваривание клапанов (8) подачи воды корпуса (4) жидким расплавом и полная блокировка их проходного сечения. В этих условиях возможен полный отказ клапанов (8) подачи воды корпуса (4) на подачу охлаждающей воды на зеркало расплава. Разогрев тепловой защиты (6) фланца (5) корпуса (4), тепловых защит в ферме-консоли (3) и барабана (12) будет продолжаться. Разогрев барабана (12) сопровождается разогревом клапанов (9) подачи воды, которые срабатывают на открытие при достижении заданной температуры. Срабатывание на открытие клапанов (9) подачи воды барабана (12) обеспечивает связь между средами, расположенными снаружи и внутри корпуса (4) выше положения зеркала расплава, то есть выше расположения наполнителя (7). При открытии клапанов (9) подачи воды барабана (12), пароводяная смесь, находящаяся снаружи корпуса (4), начинает поступать во внутреннее пространство корпуса (4) сверху на шлаковую шапку, образованную растворёнными элементами наполнителя (7). Начинается процесс пароводяного охлаждения поверхности расплава. Для того, чтобы клапаны (9) подачи воды барабана (12) не подвергались значительному формоизменению в результате тепловых деформаций патрубков (10), на которые воздействует тепловое излучение со стороны зеркала расплава, необходимо ограничить прямое действие лучистых тепловых потоков. С этой целью патрубки (10) внутри барабана (12) закрыты тепловыми отражателями (11) лучистых тепловых потоков. С внешней стороны барабана (12) к патрубкам (10) приварены охлаждающие рёбра (21), обеспечивающие интенсификацию теплоотвода от патрубков (10).
В условиях, при которых уровень охлаждающей воды, находящейся со стороны наружной поверхности корпуса (4), будет располагаться несколько ниже отметки установки клапанов (8) подачи воды корпуса (4), невозможно гидростатическое поступление охлаждающей воды внутрь корпуса (4) при срабатывании на открытие клапанов (8) подачи воды. Учитывая тот факт, что при интенсивном отводе тепла от корпуса (4) в режиме «кипения в большом объёме», вдоль наружной стенки корпуса (4) образуется «пароводяной горб», обусловленный парообразованием, размеры которого составляют от 0,5 до 1,5 м по высоте, необходимо обеспечить поступление этой пароводяной смеси внутрь корпуса (4) для охлаждения зеркала расплава. Однако при отсутствии гидростатического подпора пароводяная смесь не будет поступать через открытые клапаны (8) подачи воды корпуса (4) в связи с небольшой разницей давлений внутри указанного корпуса (4) и снаружи него. Эта небольшая разница давлений обусловлена более высокой температурой внутри корпуса (4) относительно давления насыщенного пара со стороны внешней поверхности корпуса (4). Для выравнивания этих давлений необходимо обеспечить рециркуляцию парогазовой среды снаружи и внутри корпуса (4). С этой целью в барабане (12) установлены клапаны (9) подачи воды, расположенные выше клапанов (8) подачи воды корпуса (4) таким образом, что «пароводяной горб», образующийся при кипении воды на наружной поверхности корпуса (4), не запирает проходное сечение клапанов (9) подачи воды барабана (12) и не мешает выравниванию давления между парогазовыми средами, расположенными как снаружи, так и внутри корпуса (4).
После срабатывания клапанов (8) подачи воды корпуса (4) охлаждение зеркала расплава не происходит, так как уровень воды располагается несколько ниже расположения указанных клапанов (8) подачи воды. Происходит дальнейший разогрев лучистыми тепловыми потоками оборудования, расположенного над зеркалом расплава, в том числе, и клапанов (9) подачи воды барабана (12). Достигнув температуры срабатывания, клапаны (9) подачи воды барабана (12) открываются, обеспечивая выравнивание давления внутри и снаружи корпуса (4). Возникает вертикальная парогазовая тяга, обеспечивающая циркуляцию парогазовой смеси по следующему тракту: пароводяная смесь поступает через клапаны (8) подачи воды внутрь корпуса (4) в пространство над зеркалом расплава, где интенсивно испаряется и, устремляясь вверх, частично выходит через открытые клапаны (9) подачи воды барабана (12) в пространство вокруг наружной поверхности корпуса (4) - в пространство над ним, расположенное вокруг наружной поверхности обечайки (13) барабана (12), и далее - в герметичную оболочку, а частично проходит вдоль фермы-консоли (3) и поступает в направляющее устройство (1), через которое, в зависимости от состояния днища корпуса реактора (2) и направляющего устройства (1), может, в конечном итоге, также выйти в герметичную оболочку. Следовательно, последовательное срабатывание клапанов (8) подачи воды корпуса (4) и клапанов (9) подачи воды барабана (12) обеспечивает рециркуляцию парогазовой смеси, охлаждающей оборудование системы локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора, расположенное над зеркалом расплава, что позволяет, в конечном итоге, обеспечить устойчивое длительное, сначала парогазовое, а затем паровое (парокапельное) охлаждение зеркала расплава в условиях сверхпроектных отказах оборудования.
Таким образом, применение в составе системы локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора барабана с клапанами подачи воды, установленными в патрубки, снабженные тепловыми отражателями и охлаждающими ребрами, позволило повысить её надежность за счет размещения на разных уровнях клапанов подачи воды и обеспечения охлаждения зеркала расплава при недостаточном уровне охлаждающей воды в шахте реактора.
Источники информации:
1. Патент РФ № 2576517, МПК G21C 9/016, приоритет от 16.12.2014 г.;
2. Патент РФ № 2576516, МПК G21C 9/016, приоритет от 16.12.2014 г.;
3. Патент РФ № 2575878, МПК G21C 9/016, приоритет от 16.12.2014 г.

Claims

Формула изобретения
Система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора, содержащая направляющее устройство, ферму-консоль, наполнитель для приема и распределения расплава, размещенный в корпусе, по периметру которого установлены клапаны подачи воды и на фланце установлена тепловая защита, отличающаяся тем, что дополнительно содержит барабан, установленный на фланце корпуса, выполненный в форме обечайки с установленными с внутренней стороны по её периметру усиливающими ребрами, опирающимися на крышку и днище, имеющий элементы натяжения, соединяющие барабан через приваренный к нему опорный фланец с фланцем корпуса, дистанционирующие элементы, обеспечивающие регулировочный зазор между барабаном и фланцем корпуса, при этом в барабане выполнены патрубки, снабженные тепловыми отражателями и ребрами, в которых установлены клапаны подачи воды.
PCT/RU2021/000576 2020-12-29 2021-12-15 Система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора WO2022146185A1 (ru)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023539290A JP7490897B2 (ja) 2020-12-29 2021-12-15 原子炉の炉心からの溶融物を封じ込めて冷却するシステム
CN202180088302.7A CN116686055A (zh) 2020-12-29 2021-12-15 核反应堆堆芯熔化物冷却和定域系统
EP21915935.7A EP4273884A1 (en) 2020-12-29 2021-12-15 System for confining and cooling melt from the core of a nuclear reactor
KR1020237020695A KR20230125196A (ko) 2020-12-29 2021-12-15 원자로 노심 용융 코어 캐처 및 냉각 시스템
CA3203514A CA3203514A1 (en) 2020-12-29 2021-12-15 System for confining and cooling melt from the core of a nuclear reactor

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020143779A RU2758496C1 (ru) 2020-12-29 2020-12-29 Система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора
RU2020143779 2020-12-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022146185A1 true WO2022146185A1 (ru) 2022-07-07

Family

ID=78466548

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2021/000576 WO2022146185A1 (ru) 2020-12-29 2021-12-15 Система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP4273884A1 (ru)
JP (1) JP7490897B2 (ru)
KR (1) KR20230125196A (ru)
CN (1) CN116686055A (ru)
CA (1) CA3203514A1 (ru)
RU (1) RU2758496C1 (ru)
WO (1) WO2022146185A1 (ru)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2575878C1 (ru) 2014-12-16 2016-02-20 Акционерное Общество "Атомэнергопроект" Система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора водоводяного типа
RU2576517C1 (ru) 2014-12-16 2016-03-10 Акционерное Общество "Атомэнергопроект" Система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора водоводяного типа
RU2576516C1 (ru) 2014-12-16 2016-03-10 Акционерное Общество "Атомэнергопроект" Система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора водоводяного типа
RU2696004C1 (ru) * 2018-08-29 2019-07-30 Акционерное Общество "Атомэнергопроект" Система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора водоводяного типа
RU2696619C1 (ru) * 2018-09-25 2019-08-05 Акционерное Общество "Атомэнергопроект" Устройство локализации расплава активной зоны ядерного реактора
RU2700925C1 (ru) * 2018-09-25 2019-09-24 Акционерное Общество "Атомэнергопроект" Устройство локализации расплава активной зоны ядерного реактора
CN109273109B (zh) * 2018-11-13 2020-01-31 中国核动力研究设计院 一种熔融物安全壳滞留系统
RU2734734C1 (ru) * 2020-03-13 2020-10-22 Акционерное Общество "Атомэнергопроект" Направляющее устройство системы локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора
RU2736544C1 (ru) * 2020-03-20 2020-11-18 Акционерное Общество "Атомэнергопроект" Система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора
RU2736545C1 (ru) * 2020-03-20 2020-11-18 Акционерное Общество "Атомэнергопроект" Система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2696612C1 (ru) 2018-12-26 2019-08-05 Акционерное Общество "Атомэнергопроект" Устройство локализации расплава
JP7182504B2 (ja) 2019-03-27 2022-12-02 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 コリウムシールド

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2575878C1 (ru) 2014-12-16 2016-02-20 Акционерное Общество "Атомэнергопроект" Система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора водоводяного типа
RU2576517C1 (ru) 2014-12-16 2016-03-10 Акционерное Общество "Атомэнергопроект" Система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора водоводяного типа
RU2576516C1 (ru) 2014-12-16 2016-03-10 Акционерное Общество "Атомэнергопроект" Система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора водоводяного типа
RU2696004C1 (ru) * 2018-08-29 2019-07-30 Акционерное Общество "Атомэнергопроект" Система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора водоводяного типа
RU2696619C1 (ru) * 2018-09-25 2019-08-05 Акционерное Общество "Атомэнергопроект" Устройство локализации расплава активной зоны ядерного реактора
RU2700925C1 (ru) * 2018-09-25 2019-09-24 Акционерное Общество "Атомэнергопроект" Устройство локализации расплава активной зоны ядерного реактора
WO2020067919A1 (ru) * 2018-09-25 2020-04-02 Акционерное Общество "Атомэнергопроект" Устройство локализации расплава активной зоны ядерного реактора
CN109273109B (zh) * 2018-11-13 2020-01-31 中国核动力研究设计院 一种熔融物安全壳滞留系统
RU2734734C1 (ru) * 2020-03-13 2020-10-22 Акционерное Общество "Атомэнергопроект" Направляющее устройство системы локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора
RU2736544C1 (ru) * 2020-03-20 2020-11-18 Акционерное Общество "Атомэнергопроект" Система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора
RU2736545C1 (ru) * 2020-03-20 2020-11-18 Акционерное Общество "Атомэнергопроект" Система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора

Also Published As

Publication number Publication date
JP2024501979A (ja) 2024-01-17
EP4273884A1 (en) 2023-11-08
CA3203514A1 (en) 2022-07-07
RU2758496C1 (ru) 2021-10-29
KR20230125196A (ko) 2023-08-29
CN116686055A (zh) 2023-09-01
JP7490897B2 (ja) 2024-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11476010B2 (en) Cooling method for reactor molten core melt and cooling control system for reactor molten core
RU2696004C1 (ru) Система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора водоводяного типа
JP2023515283A (ja) 原子炉の炉心溶融物の位置特定と冷却のためのシステム
JPH0727050B2 (ja) 受動冷却系を備えた液体金属冷却型原子炉
RU2758496C1 (ru) Система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора
KR102626473B1 (ko) 원자로 노심용융물의 억제 및 냉각 시스템
RU2767599C1 (ru) Система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора
EP4246534A1 (en) System for confining and cooling melt from the core of a nuclear reactor
EA045342B1 (ru) Система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора
CA3191248A1 (en) Corium localizing and cooling system of a nuclear reactor
EA045312B1 (ru) Система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора
US20230343476A1 (en) System for confining and cooling melt from the core of a nuclear reactor
JP7494398B2 (ja) 原子炉の炉心からの溶融物を封じ込めて冷却するシステム
JP7494384B2 (ja) 原子炉における炉心溶融物の局在化および冷却のためのシステム
EA044913B1 (ru) Система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора
CA3066230A1 (en) Cooling method for reactor molten core melt and cooling control system for reactor molten core
EA044696B1 (ru) Система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21915935

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 3203514

Country of ref document: CA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023539290

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202180088302.7

Country of ref document: CN

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112023012405

Country of ref document: BR

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112023012405

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20230621

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021915935

Country of ref document: EP

Effective date: 20230731

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 523441394

Country of ref document: SA