Схема энергетической установки с ядерным реактором

Решение относится к ядерной технике и может быть использовано в установках с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. Предложено в ядерной энергетической установке верхнюю часть трубы постоянного напора выполнить в виде диффузора, в газовой полости насоса над кольцевым зазором выхода теплоносителя из трубы постоянного напора установить устройство поворота потока теплоносителя, нижняя обтекаемая потоком поверхность которого выполнена в виде поверхности вращения вокруг оси насоса, например, тороидальной, на нисходящем участке которой выполнены отверстия, сообщенные с устройством приготовления восстановительной и окислительной газовых смесей. Технический результат-повышение эффективности очистки от отложений примесей-оксидов внутренних поверхностей реакторного контура, обеспечение возможности формировать и доформировать оксидные защитные покрытия на поверхностях, котнтактирующих с теплоносителем. 1 с.п. ф-лы, 2 илл.

Решение относится к ядерной технике и может быть использовано в установках с тяжелыми жидкометаллическими теплоносителями.

Известна ядерная энергетическая установка, содержащая реактор с жидкометалличесикм теплоносителем или его сплавами, с размещенными под его свободным уровнем активной зоной, парогенераторами, средствами циркуляции и системой с защитного газа, включающей фильтр очистки газа, газовый компрессор, снабженная устройством ввода газовой смеси в тракт теплоносителя, на выходе 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 91016, 19/31 опубл. 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 различными размерами менее 1,0-3,0 мм выполнять недопустимо, из-за возможного их забивания частицами примесей, содержащихся в теплоносителе. Скорость влетания пузырей с такими размерами превышает 0,5 м/с. Доставка пузырей с восстановительной газовой (газопаровой) смесью ко всем поверхностям разветвленного реакторного корпуса, включая опускные участки со скоростями потока жидкометаллического теплоносителя, может составлять менее 0,5 м/с. Для таких участков очистка контура от примесей известными решениями не обеспечивается.

Известна ядерная энергетическая установка, содержащая реактор с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем или его сплавами, с размещенными под свободным уровнем активной зоной, парогенераторами, главными циркуляционными насосами с трубами постоянного напора, системой защитного газа, устройствами приготовления восстановительной и окислительной газовых смесей и 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 под свободным уровнем теплоносителя (патент РФ 78002, G21C 9/016, опубл. 08.07.2008) - прототип.

Недостатком данного технического решения для реакторных контуров с главными циркуляционными насосами, имеющими трубу постоянного напора, является необходимость введения в состав реакторного контура специальных единиц оборудования, содержащих напорную камеру, подсоединенную к напорной линии насосов с выполненными в одной из стенок напорной камеры отверстиями, соединяющими полость напорной камеры со сливной камерой, а так же невозможность увеличивать и регулировать содержание примеси кислорода в реакторном контуре и, соответственно, производить доформирование защитных оксидных покрытий на поверхностях реакторного контура, недостаточна эффективность очистки от отложений примесей -оксидов внутренних поверхностей реакторного контура.

Решаемая задача - совершенствование конструкции ядерной энергетической установки в плане упрощения реакторного контура.

Технический результат - повышение эффективности очистки от отложений примесей-оксидов внутренних поверхностей реакторного контура, обеспечение возможности формировать и доформировать 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, главными циркуляционными насосами с трубами постоянного напора, системой защитного газа, устройствами приготовления восстановительной и окислительной газовых смесей, верхняя часть трубы постоянного напора выполнена в виде диффузора, в газовой полости насоса над кольцевым зазором выхода теплоносителя из трубы постоянного напора установлено устройство поворота потока теплоносителя, нижняя, обтекаемая потоком поверхность которого выполнена в виде поверхности вращения вокруг оси насоса, например, тороидальной поверхности, на нисходящем участке которой выполнены отверстия, сообщенные с устройством приготовления восстановительной и окислительной газовых смесей.

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.

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, диффузор 7, устройство 8 поворота потока теплоносителя установлено в газовой полости 9 насоса 5 над кольцевым зазором выхода теплоносителя из трубы 6 постоянного напора. Нижняя, обтекаемая потоком теплоносителя поверхность устройства поворота потока выполнена в виде поверхности вращения вокруг оси насоса 5, например, тороидальной поверхности. Устройство 8 поворота потока теплоносителя вблизи труб 6 постоянного напора насосов 5 сообщено с линией 10 подачи восстановительной газовой (водородосодержащей) смеси для очистки реакторного контура от твердой фазы оксида свинца и линией 11 подачи окислительной (кислородосодержащей) газовой смеси для формирования и доформирования оксидных защитных покрытий на поверхности конструкционных материалов контура. Баллон 12 приготовления восстановительной газовой смеси соединен с баллоном 13 с водородом и с баллоном 14 с аргоном. Баллон 15 приготовления окислительной газовой смеси соединен с баллоном 14 с аргоном и с баллоном 16 с кислородом. На нисходящем участке тороидальной поверхности выполнены отверстия 17, сообщенные с линией 10 подачи восстановительной газовой (водородосодержащей) смеси для очистки реакторного контура от твердой фазы оксида свинца и линией 11 подачи окислительной (кислородосодержащей) газовой смеси.

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 устройство 8 поворота потока теплоносителя, расположенное над кольцевым зазором между диффузором 7 и валом насоса 5, через отверстия 17 подается восстановительная газовая смесь из баллона 12. Работа насосов реакторного контура осуществляется с подачей свинцового теплоносителя вверх по трубе 6 постоянного напора. Далее теплоноситель изливается из кольцевого зазора между валом насоса 5 и устройством 8 поворота потока теплоносителя и захватывает пузыри газовой смеси. 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 доформирования 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 линии 11 в устройство 8 поворота потока теплоносителя, находящегося в кольцевом зазоре между диффузором 7 и трубой 6 постоянного напора насоса 5, через отверстия 17 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 в полость между устройством 8 поворота потока и диффузором 7 и захватывает пузыри газовой смеси. Крупные пузыри всплывают и сепарируются на свободном уровне 2 теплоносителя, а мелкие захватываются потоком и увеличивают формирование и доформирование 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 6 постоянного напора, с соответствующей газовой смесью, формирования 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 доформирование 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.

Анализ аналогов показывает, что предлагаемое решение соответствует критерию «новизна» и «промышленная применимость».

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, системой защитного газа, устройствами приготовления восстановительной и окислительной газовых смесей, отличающаяся тем, что верхняя часть трубы постоянного напора выполнена в виде диффузора, в газовой полости насоса над кольцевым зазором выхода теплоносителя из трубы постоянного напора установлено устройство поворота потока теплоносителя, нижняя, обтекаемая потоком поверхность которого выполнена в виде поверхности вращения вокруг оси насоса, например, тороидальной, на нисходящем участке которой выполнены отверстия, сообщенные с устройством приготовления восстановительной и окислительной газовых смесей.