Система аварийного расхолаживания

Полезная модель относится к энергетике и может быть использована для атомных энергетических установок. Сущность изобретения: энергетическая установка содержит систему аварийного расхолаживания, содержащую паровую и водяную ветки, теплообменник конденсатор-испаритель, прямоточный парогенератор, емкость запаса воды и воздушный теплообменник конденсатор, подключенный параллельно паровой ветке системы, имеющий теплопередающую поверхность, обеспечивающую отвода остаточных тепловыделений после исчерпания запасов воды на испарение, что позволяет существенно уменьшить размеры воздушного теплообменника и объем запасов воды, обеспечить устойчивый отвод тепла в пассивном режиме от прямоточного парогенератора неограниченное время в широком диапазоне температур первого контура и обеспечить теплоотвод в случае отказа воздушного теплообменника конденсатора.

Полезная модель относится к области ядерной энергетики и может быть использована в системах аварийного расхолаживания ядерных реакторов без потребления внешних источников энергии.

Известна система пассивного отвода тепла (СПОТ) ядерных установок, в которой отвод остаточных тепловыделении осуществляется через промежуточный контур в атмосферный воздух через воздушный теплообменник конденсатор (ВТК). (Патент RU .2002320 от 16.05.1991) Причем во время нормальной работы ядерной установки, для предотвращения попадания холодного воздуха в ВТК через неплотности, организуется естественная циркуляция в промежуточном контуре, которая предотвращает замерзание ВТК.

Недостатком такой системы является то, что ВТК имеет большие габариты, а так же то, что из-за протечек в промежуточном контуре вовремя нормальной работы ядерной установки тратится энергия, запасенная в активной зоне. Причем данная СПОТ не применима для ядерных установок с прямоточными парогенераторами, в связи с тем, что из-за большого гидравлического сопротивления прямоточного парогенератора, превышающего движущий напор промежуточного контура, невозможно организовать естественную циркуляцию в промежуточном контуре при нормальной работе ядерной установки.

Известна система пассивного отвода тепла от парогенераторов (СПОТ ПГ) ядерных установок, в которой отвод остаточных тепловыделении осуществляется через промежуточный контур в атмосферный воздух за счет выпаривания запасов воды (Патент RU 2050025 от 14.05.1992). Отвод тепла из промежуточного контура СПОТ ПГ организован через теплообменник конденсатор-испаритель (ТКИ), который в несколько раз меньше (ВТК) за счет высокой эффективности теплопередачи. Система является предвключенной и потери через промконтур отсутствуют.

Недостатком такой системы является ограниченность ее действия по времени объемом выпариваемых запасов воды.

СПОТ ПГ не применима для ядерных установок с прямоточным ПГ, так как при включении системы за счет осушения ТКИ организуется избыток теплообменной поверхности, что приводит к снижению давления пара в ПГ и запариванию дросселей, при этом мощность отводимая от прямоточного ПГ не обеспечивает отвод остаточных тепловыделений без превышения давлением 1 контура безопасных пределов.

Известна система аварийного расхолаживания CAP (Патент RU 52245 от 12.07.2005), ядерных реакторов, в которой отвод остаточных тепловыделений от активной зоны к запасу воды осуществляется через промежуточный контур, причем избыточное давление в промежуточном контуре поддерживается с помощью компенсационного баллона с газом, а остаточные тепловыделения отводятся последовательно через ВТК и ТКИ. Замерзание ВТК в режиме ожидания предотвращается осушением промежуточного контура.

Недостатком такой системы является ограниченный диапазон работы по температуре 1 контура, при котором система работает эффективно в двухфазном режиме циркуляции промежуточного контура. При понижении температуры 1 контура система аварийного расхолаживания переходит в низкоэффективный режим однофазной циркуляции. При этом газ, имеющийся в промежуточном контуре, собирается в верхней части контура и разрывает циркуляцию, полностью прекращая теплоотвод.

Наиболее близким техническим решением является система аварийного отвода тепла (САОТ), содержащая паровую и водяную ветки, конденсатор-испаритель (ТКИ) с запасом воды на испарение, прямоточный парогенератор (ПГ) и емкость запаса воды (ЕЗВ) для устойчивой работы прямоточного парогенератора (Патент RU 78600 от 16.07.2008).

Недостатком такой системы является ограниченное время работы, которое определяется объемом испаряемого запаса воды.

Технической задачей является создание системы аварийного расхолаживание, позволяющей обеспечить устойчивый отвод тепла от прямоточного парогенератора в пассивном режиме действия неограниченное время в широком диапазоне температур 1 контура.

Решение поставленной задачи позволяет осуществить одновременный теплоотвод от парогенератора и через ВТК, и через ТКИ.

Задача решается путем введения в систему аварийного отвода тепла ВТК, подключенного параллельно паровой ветке системы.

Подключение ВТК параллельно паровой ветке позволяет обеспечить одновременный отвод тепла через ВТК и ТКИ в пассивном режиме от прямоточного парогенератора, что приводит к повышению надежности работы системы.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где:

На фигуре схематично показана система аварийного расхолаживания (CAP).

Система представляет собой промежуточный контур, подключенный к парогенератору 1 по пару и воде.

В состав системы входят:

Теплообменник конденсатор-испаритель (ТКИ) 2 с запасом воды, подключенный к парогенератору 1 по пару паровой веткой 3, а по воде - водяной веткой 4. На водяной ветке 4 установлен отсечной клапан 5. Параллельно паровой ветке 3, выше верхней точки ТКИ 2, подключен воздушный теплообменник конденсатор (ВТК) 6 с помощью соединительных трубопроводов, на которых размещена отсечная арматура 7, 8. Емкость запаса воды (ЕЗВ) 9 подключена в верхней и нижней части к входу и выходу ТКИ соответственно и расположена по координате ниже верхней точки активной части ТКИ на определенную высоту, тем самым обеспечивая давление промежуточного контура, достаточное для эффективной работы прямоточного парогенератора. Парогенератор 1 отключается от 2 контура по пару и питательной воде отсечными клапанами 10, 11.

Теплопередающая поверхность ВТК рассчитана таким образом, что бы обеспечивать эффективный отвод остаточных тепловыделений после исчерпания запасов воды на испарение.

Система аварийного отвода тепла работает следующим образом:

Исходно система аварийного отвода тепла подключена к парогенератору по паровой ветке и отключена по водяной ветки в режиме ожидания система заполняется конденсатом по верхнюю точку паропровода.

При возникновении аварийной ситуации парогенератор 1 отключается от 2 контура отсечными клапанами 10, 11. К парогенератору 1 открытием отсечного клапана 5 подключается водяная ветка 4 системы. В парогенератор начинает поступать вода по водяной ветке 4 промежуточного контура. По промежуточному контуру СКАР развивается естественная циркуляция. Естественная циркуляция возникает за счет разности плотностей пара, генерируемого в парогенераторе 1 и конденсата, образующегося в ВТК 6 и ТКИ 2. Теплоотвод в конечный поглотитель в штатном режиме работы СКАР осуществляется последовательно в ВТК, а затем в ТКИ 2, где пароводяная смесь полностью конденсируется. Предлагаемое техническое решение позволяет использовать ВТК 6 максимально эффективно с момента запуска системы. Эффективный теплоотвод через ВТК 6, в период работы ТКИ 2, позволяет минимизировать запасы воды на величину необходимую для компенсации интеграла энергии отводимой за счет ВТК 6 в период работы ТКИ 2. Данная характеристика системы достигается за счет превышения ВТК 6 над ТКИ 2 и его подключения к паровой ветке, что обеспечивает поступление в ВТК 6 пара из ПГ 1 ВТК 6 с максимально возможной температурой. Последовательное подключение ВТК 6 перед ТКИ 2 обеспечивает постоянную мощность системы, ограниченную температурой запаса воды, при максимально-возможной мощности ВТК 6.

ЕЗВ 9 позволяет поддерживать давление в промежуточном контуре CAP и обеспечивает устойчивость работы прямоточного парогенератора.

После исчерпания запасов воды теплоотвод через ТКИ 2 прекращается и ВТК 6 обеспечивает отвод остаточных тепловыделений.

В случае отказа ВТК 6 (замерзание и др.) он отключается от промконтура отсечной арматурой 7, 8, а теплоотвод осуществляется через ТКИ 2.

Выполнение системы аварийного расхолаживания предложенным образом, путем комбинирования воздушного теплообменника конденсатора и теплообменника конденсатора-испарителя, позволяет существенно уменьшить размеры воздушного теплообменника, обеспечить устойчивый отвод тепла в пассивном режиме от прямоточного парогенератора неограниченное время в широком диапазоне температур первого контура и обеспечить теплоотвод в случае отказа воздушного теплообменника конденсатора, а так же независимость работы ТКИ от ВТК, обеспечивая резерв времени на восстановления функционирования ВТК, или принятие необходимых мер по управлению аварией, что позволяет повысить надежность работы системы, а, следовательно, надежность реакторной установки в целом.

1. Система аварийного расхолаживания, содержащая паровую и водяную ветки, теплообменник конденсатор-испаритель, прямоточный парогенератор, емкость запаса воды, отличающаяся тем, что параллельно паровой ветке, выше уровня активной части теплообменника конденсатора-испарителя, подключен воздушный теплообменник конденсатор.

2. Система аварийного расхолаживания по п.1, отличающаяся тем, что на отводящей и подводящей ветках воздушного теплообменника конденсатора установлена отсечная арматура.