Система аварийного расхолаживания с саморазмораживанием
Полезная модель относится к энергетике и может быть использована для атомных энергетических установок. Сущность изобретения: энергетическая установка содержит систему аварийного расхолаживания с саморазмораживанием, содержащую паровую и водяную ветки, теплообменник конденсатор-испаритель с запасом воды и трубой отвода пара, прямоточный парогенератор, емкость запаса воды и воздушный теплообменник конденсатор, расположенный в тяговой трубе, имеющий теплопередающую поверхность, обеспечивающую отвода остаточных тепловыделений после исчерпания запасов воды на испарение, в котором выходной конец трубы отвода пара от теплообменника конденсатора испарителя размещен на входе тяговую трубу воздушного теплообменника конденсатора, 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, обеспечить теплоотвод в случае замерзания воздушного теплообменника конденсатора за счет разморозки образующимся в теплообменнике конденсаторе-испарителе паром.
Полезная модель относится к области ядерной энергетики и может быть использована в системах аварийного отвода тепла 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 тепловые потери через промконтур практически 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.
Наиболее близким техническим решением является 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.
Технической задачей является создание системы аварийного отвода тепла, позволяющей обеспечить устойчивый отвод тепла от прямоточного парогенератора в пассивном режиме действия неограниченное время в широком диапазоне температур 1 контура при минимальных габаритах системы, с устойчивостью к низким температурам атмосферного воздуха.
Задача решается путем подключения ВТК параллельно паровой ветке системы и расположения выходного конца трубы отвода пара от ТКИ с входной стороны тяговой трубы в ВТК.
Решение поставленной задачи позволяет осуществить одновременный отвод тепла через ВТК и ТКИ в пассивном режиме от прямоточного парогенератора и обеспечить ввод в работу ВТК при отрицательных температурах окружающей среды, что приводит к повышению надежности работы системы.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где:
На фигуре схематично показана система аварийного расхолаживания с саморазмораживанием.
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 и трубой отвода пара 3, подключенный к парогенератору 1 по пару паровой веткой 4, а по воде - водяной веткой 5. На водяной ветке 5 установлен отсечной клапан 6. Параллельно паровой ветке 4, выше верхней точки ТКИ 2, подключен воздушный теплообменник конденсатор (ВТК) 7, расположенный внутри тяговой трубы 8, с помощью соединительных трубопроводов, на которых размещена отсечная арматура 9, 10. Емкость запаса воды (ЕЗВ) 11 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 12, 13.
ТКИ 2 обеспечивает эффективный отвод остаточных тепловыделений до исчерпания запасов воды на испарение.
ВТК 7 обеспечивает эффективный отвод остаточных тепловыделений после исчерпания запасов воды на испарение.
Система аварийного расхолаживания с саморазмораживанием работает следующим образом:
Исходно система подключена к парогенератору по паровой ветке 4 и отключена по водяной ветке 5 отсечным клапаном 6 в режиме ожидания система заполняется конденсатом по верхнюю точку паровой ветки.
При возникновении аварийной ситуации парогенератор 1 отключается от 2 контура отсечными клапанами 12, 13. К парогенератору 1 открытием отсечного клапана 6 подключается водяная ветка 5 системы. В парогенератор начинает поступать вода по водяной ветке 5. По промежуточному контуру системы развивается естественная циркуляция. Естественная циркуляция возникает за счет разности плотностей пара, генерируемого в парогенераторе 1 и конденсата, образующегося в ВТК 7 и ТКИ 2. Теплоотвод в конечный поглотитель в штатном режиме работы системы осуществляется последовательно в ВТК 7, и ТКИ 2, где теплоноситель промежуточного контура системы полностью конденсируется. Предлагаемое техническое решение позволяет использовать ВТК 7 максимально эффективно с момента запуска системы. Эффективный теплоотвод через ВТК 7, в период работы ТКИ 2, позволяет минимизировать запасы воды ТКИ 2 на величину прямо пропорциональную интегралу энергии отводимой в ВТК 7 во время работы ТКИ 2. Данная характеристика системы достигается за счет превышения ВТК 7 над ТКИ 2 и его подключения к паровой ветке, что обеспечивает поступление в ВТК 7 пара из ПГ 1 с максимально возможной температурой. Последовательное подключение ВТК 7 перед ТКИ 2 обеспечивает постоянную мощность системы, ограниченную температурой запаса воды, при максимально-возможной мощности ВТК 7.
ЕЗВ 11 позволяет поддерживать давление в промежуточном контуре системы и обеспечивает устойчивость работы парогенератора 1.
После исчерпания запасов воды теплоотвод через ТКИ 2 прекращается и ВТК 7 обеспечивает отвод остаточных тепловыделений.
В случае замерзания ВТК 7 теплоотвод осуществляется через ТКИ 2, и образующийся при испарении запасов воды пар через трубу отвода пара 3 подается на вход тяговой трубы 8 и далее в ВТК 7, где за счет конденсации пара ВТК 7 размораживается и вводится в работу.
Выполнение системы аварийного расхолаживания предложенным образом 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 ВТК 7 и его ввод в работу в случае замерзания, 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, воздушный теплообменник конденсатор, отличающаяся тем, что выходной конец трубы отвода пара теплообменника конденсатора-испарителя совмещен с входной стороной тяговой трубы воздушного теплообменника конденсатора.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что на отводящей и подводящей ветках воздушного теплообменника конденсатора установлена отсечная арматура.
