СИСТЕМА АВАРИЙНОГО ОТВОДА ТЕПЛА
EMERGENCY HEAT REMOVAL SYSTEM

Техническое решение относится к области ядерной энергетики и может быть использовано в системах аварийного отвода тепла, имеющих в своем составе замкнутый контур естественной циркуляции.
Известна система аварийного расхолаживания (САР) 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. (См., например, патент №52245, RU от 12.07.2005, опубл. 10.03.2006)
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.
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). 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. (См., например, патент №2002320, RU от 16.05.1991, опубл. 30.10.1993)
Недостатком такой системы является то, что ВТК имеет большие габариты, а так же то, что из-за протечек в промежуточном контуре во время 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.
Наиболее близким техническим решением является система аварийного расхолаживания, содержащая паровую и водяную ветки, теплообменник конденсатор-испаритель, прямоточный парогенератор, емкость запаса воды и воздушный теплообменник конденсатор, подключенный параллельно паровой ветке системы. (См., например, патент №109898, RU от 16.05.1991, опубл. 27.10.2011)
Недостатком такой системы является необходимость ее заполнения конденсатом по верхнюю точку паропровода в режиме ожидания, в результате чего возможно замерзание системы и разрушение оборудования.
Технической задачей является создание системы аварийного отвода тепла пассивного принципа действия, которая исключает замерзание оборудования системы в режиме ожидания и упрощает технологическое обслуживание системы за счет исходного заполнения системы воздухом.
Решение поставленной задачи позволяет повысить надежность системы и безопасность реакторной установки при авариях с потерей теплоносителя.
Задача решается тем, что система аварийного отвода тепла, содержащая теплообменник-нагреватель и теплообменник-охладитель, соединенные друг с другом подъемной и опускной ветками, емкость с запасом воды, соединенную трубопроводом с опускной веткой, дополнительно снабжена емкостью для сбора неконденсирующихся газов, которая подключена к опускной ветке между теплообменником-охладителем и емкостью с запасом воды, причем между емкостью с запасом воды и емкостью для сбора неконденсирующихся газов установлен обратный клапан, а между последним и теплообменником-конденсатором - управляемая арматура.
Введение емкости для сбора неконденсирующихся газов позволяет использовать исходно осушенный теплообменник-охладитель, то есть система заполнена воздухом, что предотвращает замерзание системы при низких температурах. Кроме того, упрощается технологическое обслуживание системы за счет исключения дополнительного оборудования, обеспечивающего не замерзание водяного теплообменника.
На фигуре схематично показана система аварийного отвода тепла.
В состав системы входят:
теплообменник-нагреватель 1, теплообменник-охладитель 2, емкость с запасом воды 3, емкость для сбора неконденсирующихся газов 4, которая подключена к опускной ветке 5 циркуляционного контура системы между теплообменником-охладителем 2 и емкостью с запасом воды 3, управляемая арматура 6 и 7, установленная между теплообменником-охладителем 2 и обратным клапаном 8.
Система аварийного отвода тепла (САОТ) работает следующим образом.
В исходном состоянии система заполнена воздухом.
Ввод САОТ обеспечивается за счет подключения теплообменника-охладителя 2 к теплообменнику-нагревателю 1, емкости для сбора неконденсирующихся газов 4 к циркуляционному контуру САОТ и отключения теплообменника-нагревателя 1 от паротурбинной установки (ПТУ). Вода из емкости 3 под действием давления газовой подушки поступает в теплообменник-нагреватель 1 и испаряется, пар поступает в теплообменник-охладитель 2, где конденсируется, вода под действием собственного веса возвращается в теплообменник-нагреватель 1, образуя замкнутый контур циркуляции.
Емкость для сбора неконденсирующихся газов 4 в исходном состоянии заполнена воздухом при атмосферном давлении и соединена с циркуляционным контуром САОТ. В момент ввода системы в действие пар, поступающий из теплообменника-нагревателя 1, сжимает неконденсирующиеся газы, содержащиеся в трубопроводах подъемной ветки 9, коллекторах и трубной системе теплообменника-охладителя 2, концентрирует их в нижней части контура как более тяжелую субстанцию и передавливает в емкость для сбора неконденсирующихся газов 4. Обратный клапан 8, установленный на опускной ветке 5 между точками подключения емкости для сбора неконденсирующихся газов 4 и емкости с запасом воды 3, препятствует поступлению воды из емкости 3 в теплообменник-нагреватель 1 обратным током и исключает блокирование этой водой поступление газа в емкость 4.
После ввода системы в действие и стабилизации параметров емкость для сбора неконденсирующихся газов 4 отключается от контура, что препятствует возвращению газа в контур циркуляции при последующем снижении давления.
Кроме того, для отключения емкости для сбора неконденсирующихся газов 4 от опускной ветки 5 циркуляционного контура САОТ вместо управляемой арматуры 7 может быть использован обратный клапан.
Использование предложенного технического решения повышает надежность и безопасность системы и реакторной установки в целом при авариях с потерей теплоносителя, так как использование исходно осушенного теплообменника-охладителя предотвращает замерзание системы при низких температурах. При этом упрощается технологическое обслуживание системы за счет исключения дополнительного сложного оборудования, обеспечивающего не замерзание водяного теплообменника. Появляется возможность концентрировать в емкости неконденсирующиеся газы, образующиеся в пароводяной смеси и переносимые в рабочем режиме системы.