Ядерная энергетическая установка

Полезная модель относится к ядерной энергетике и может быть использована в установках с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. В предлагаемой ядерной энергетической установке на верхних торцевых поверхностях труб постоянного напора насосов выполнены радиальные канавки формирования падающих струй теплоносителя, а надтрубное пространство труб постоянного напора сообщено с линиями подачи восстановительной и окислительной газовых смесей из системы защитного газа в газовый объем над свободным уровнем теплоносителя. Повышается эффективность очистки от отложений примесей-оксидов внутренних поверхностей реакторного контура.

1 с.п. ф-лы, 3 илл.

Решение относится и ядерной технике и может быть использовано в установках с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем.

Известна ядерная энергетическая установка, содержащая реактор с жидкометаллическим теплоносителем или его сплавами, с размещенными под его свободным уровнем активной зоной, парогенераторами, средствами циркуляции и системой защитного газа, включающей фильтр очистки газа, газовый компрессор, снабженная устройством ввода газовой смеси в тракт теплоносителя, на выходе из устройства установлена одна или несколько труб с сопловыми насадками, подключенных к линии напора газового компрессора, линия всаса которого соединена с газовой полостью реактора и с газовыми баллонами с восстановительной смесью (патент на изобретение РФ 2192052, G21C 9/016, 19/31 от 27.10.2002).

Недостатком данного технического решения является то, что при истечении из сопловых насадок пузыри газовой фазы имеют размер равный или больший размера истечения в сопловых насадках. Отверстия истечения в сопловых насадках с размерами менее 1,0-3,0 мм выполнять недопустимо, вследствие их возможного забивания примесями, содержащимися в теплоносителе. Скорость вылетания пузырей указанных размеров превышает 0,5 м/с. Доставка пузырей с восстановительной газовой (газопаровой) смесью ко всем поверхностям на опускных участках разветвленного реакторного контура со скоростями теплоносителя менее 0,5 м/с не обеспечивается. Для таких участков очистка контура известным решением не эффективна.

Известна ядерная энергетическая установка, содержащая реактор с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем или его сплавами, с размещенными под свободным уровнем активной зоной, парогенераторами, насосами и системой защитного газа, устройствами ввода газовой смеси в тракт теплоносителя в районе входа в активную зону и в парогенераторы. Устройство ввода газовой смеси снабжено напорной камерой, подсоединенной к напорной линии насосов, в одной из стенок напорной камеры выполнены отверстия, соединяющие полость напорной камеры со сливной камерой, сообщенной с линией подвода газовой смеси и имеющей свободный уровень теплоносителя и с объемом газовой системы над свободным уровнем теплоносителя (полезная модель РФ 78002, G21C 9/016, от 08.07.2008).

Недостатками данного технического решения для реакторных контуров с главными циркуляционными насосами, имеющими трубы постоянного напора, является необходимость введения в состав реакторного контура специального элемента, содержащего напорную камеру, подсоединяемую к напорной линии насосов, с выполненными в одной из стенок напорной камеры отверстиями, соединяющими полость напорной камеры со сливной камерой (невозможность увеличивать и регулировать содержание кислорода и допассивацию поверхностей реакторного контура), недостаточная степень очистки внутренних поверхностей реакторного контура от отложений примесей оксидов.

Решаемая задача - совершенствование конструкции ядерной энергетической установки.

Технический результат - упрощение конструкции ядерного реакторного контура ядерной энергетической установки, повышение эффективности очистки от отложений примесей-оксидов внутренних поверхностей реакторного контура, обеспечение возможности формировать и деформировать оксидные защитные покрытия на поверхностях конструкционных материалов, контактирующих с теплоносителем.

Технический результат достигается тем, что в ядерной энергетической установке, содержащей реактор с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем или его сплавами с размещенными под его свободным уровнем активной зоной, парогенераторами, насосами с трубами постоянного напора и системой защитного газа, устройством ввода газовой смеси в тракт теплоносителя, на верхних торцевых поверхностях труб постоянного напора насосов выполнены радиальные канавки формирования падающих струй теплоносителя, а надтрубное пространство труб постоянного напора сообщено с линиями подачи восстановительной и окислительной газовых смесей из газовой системы в газовый объем под свободный уровнем теплоносителя.

На фиг.1 представлена схема ядерной энергетической установки, реализующей представляемое техническое решение, на фиг.2 - конструктивная схема участка реакторного блока вблизи верхней торцевой поверхности трубы постоянного напора главного циркуляционного насоса реакторного контура, на фиг.3 - вид сверху труб постоянного напора.

В ядерном реакторе 1 со свинцовым теплоносителем размещены под свободным уровнем 2 теплоносителя активная зона 3, парогенераторы 4, главные циркуляционные насосы 5 с трубами 6 постоянного напора. На верхних торцевых поверхностях 7 труб 6 постоянного напора выполнены радиальные канавки 8 формирования падающих струй теплоносителя. Ядерная энергетическая установка снабжена линией ввода восстановительной (водородосодержащей) газовой смеси для очистки реакторного контура от твердой фазы частиц оксида свинца, а также линией ввода окислительной (кислородосодержащей) газовой смеси для формирования и деформирования оксидных защитных покрытий на поверхностях конструкционных материалов контура. Надтрубное пространство 9 вблизи труб 6 постоянного напора насосов 5. сообщено с линией 10 подачи восстановительной газовой смеси из газовых баллонов 12 и 13 соответственно и линией 11 подачи окислительной газовой смеси. Баллон 12 восстановительной газовой смеси соединен с баллоном 14 с аргоном и с баллоном 13 с водородом. Баллон 15 окислительной газовой смеси соединен с баллоном 14 с аргоном и с баллоном 16 с кислородом.

Работа ядерной энергетической установки в технологическом режиме удаления оксидов теплоносителя из теплоносителя, и из отложений на поверхностях реакторного контура осуществляется следующим образом.

Основанием для проведения очистки является либо недопустимое содержание контролируемой примеси кислорода в теплоносителе и в контуре, либо регламентная очистка (по установленным срокам очистки), либо очистка после разуплотнения контура вследствие аварии или после ремонтных работ.

В баллоне 12 приготавливается восстановительная газовая смесь подачей газов из баллонов 13 и 14. При работе установки на номинальном или в частных режимах по линии 10 в надтрубное пространство 9 реакторного блока вблизи труб 6 постоянного напора насоса 5 подается восстановительная газовая смесь из баллона 12. Работа насосов реакторного контура осуществляется с подачей свинцового теплоносителя вверх по трубе постоянного напора. Далее теплоноситель изливается из кольцевого зазора между валом насоса 5 и стенкой трубы постоянного напора 6, поступает на верхние торцевые поверхности 7 труб 6 постоянного напора. На торцевых поверхностях 7 поток свинца поступает в радиальные канавки 8, в которых происходит формирование падающих струй свинцового теплоносителя. Падающие струи свинцового теплоносителя захватывают восстановительную газовую смесь под свободный уровень 2 и образуют пузыри. Крупные пузыри всплывают, а мелкие захватываются. потоком теплоносителя и разносятся по реакторному контуру. При контакте водорода, находящегося в объеме пузырей, с оксидами свинца происходит химическая реакция восстановления, продуктами которой являются "чистый свинец" и водяной пар. Водяной пар выводится в газовый объем реакторного контура, где конденсируется и выводится из реакторного блока традиционными способами.

Работа ядерной энергетической установки в технологическом режиме формирования и деформирования защитных оксидных покрытий на поверхностях конструкционных материалов реакторного контура осуществляется следующим образом.

Основанием для проведения режима технологической обработки реакторного контура кислородосодержащей газовой смесью является показание датчика содержания кислорода в свинце, свидетельствующее о недопустимом раскислении теплоносителя, аварийное поступление продуктов фрикционного, эрозионного или др. износа сталей в теплоносителе, проведение ремонтных работ.

В баллоне 15 приготавливается окислительная газовая смесь подачей аргона из баллона 14 и кислорода из баллона 16. При работе установки на номинальном или в частных режимах по линий 11 в надтрубное пространство 9 реакторного блока вблизи труб 6 постоянного напора насоса 5 подается окислительная газовая смесь из баллона 16. Работа насоса реакторного контура осуществляется с подачей свинцового теплоносителя вверх по трубе 6 постоянного напора. Далее теплоноситель изливается из кольцевого зазора между вращающимся валом насоса 5 и неподвижной трубой 6 постоянного напора и поступает на верхние торцевые поверхности 7 труб 6 постоянного напора. На торцевых поверхностях 7 поток свинца поступает в радиальные канавки 8, в которых происходит формирование падающих струй свинцового теплоносителя. Падающие струи теплоносителя захватывают окислительную газовую смесь под свободный уровень 2 и образуют пузыри. Крупные пузыри всплывают и сепарируются на свободном уровне 2 теплоносителя, а мелкие захватываются потоком и увеличивают формирование и деформирование оксидных защитных покрытий на поверхностях реакторного контура.

Таким образом, регулирование окислительного потенциала и очистка теплоносителя и контура от кислорода осуществляется за счет контакта струй, формируемых в канавках на торцевых поверхностях труб постоянного напора, с соответствующей газовой смесью, формирование развитой поверхности контакта газовых пузырей с теплоносителем в результате падения струй на свободную поверхность теплоносителя.

Применение предлагаемого технического решения позволит следующее:

- повысить эффективность очистки теплообменных (парогенератора, активной зоны) и изотермических поверхностей реакторного контура со свинцовым теплоносителем от отложений примесей-оксидов теплоносителя;

- исключить образование отложений значительной толщины, "срывы" отложений и предотвратить забивание ими проходных каналов активной зоны;

- повысить эффективность регулирования содержания кислорода в теплоносителе реакторного контура;

- обеспечить необходимое формирование и деформирование защитных оксидных покрытий на внутренних поверхностях реакторного контура, тем самым обеспечить требуемый ресурс контура;

- ускорить и упростить проведение режима очистки контура от оксидов и формирование оксидных защитных покрытий.

Ядерная энергетическая установка, содержащая реактор с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем или его сплавами с размещенными под его свободным уровнем активной зоной, парогенераторами, главными циркуляционными насосами с трубами постоянного напора и системой защитного газа, устройством ввода газовой смеси в тракт теплоносителя, отличающаяся тем, что на верхних торцевых поверхностях труб постоянного напора насосов выполнены радиальные канавки формирования падающих струй теплоносителя, а надтрубное пространство труб постоянного напора сообщено с линиями подачи восстановительной и окислительной газовых смесей из системы защитного газа в газовый объем над свободным уровнем теплоносителя.