СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА С ОРГАНИЧЕСКИМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ
OPERATING METHOD OF NUCLEAR REACTOR WITH ORGANIC HEAT CARRIER

Изобретение относится к ядерной энергетике в области обеспечения теплоснабжения и может быть использовано при создании атомных станций малой мощности для обслуживания трубопроводных транспортных систем нефтепродуктов.
Использование водородсодержащих органических жидкостей в качестве теплоносителя в ядерных реакторах на тепловых нейтронах основано на том, что эти жидкости обладают рядом преимуществ по сравнению с другими видами теплоносителей. В частности:
- низкая активация теплоносителя позволяет обслуживать первый контур даже во время работы реактора;
- высокая температура кипения органического теплоносителя при атмосферном давлении позволяет избегать его вскипания при случайной потере давления в первом контуре;
- низкое рабочее давление в первом контуре существенно снижает вероятность разрыва оборудования и трубопроводов;
- коррозионная пассивность теплоносителя к конструкционным материалам позволяет использовать в качестве последних дешевые алюминиевые сплавы и углеродистые стали, применять в составе первого контура серийное нефтяное оборудование и арматуру без предъявления к ним специальных требований;
- сравнительная простота обслуживания, ремонта и управления реактором позволяет максимально автоматизировать установку, снизить требования к квалификации обслуживающего персонала и ограничить его количество.
Все вместе это дает уникальные возможности по обеспечению ядерной и радиационной безопасности, простоте эксплуатации и снижению капитальных затрат на сооружение, что особенно привлекательно при использовании в отдаленных районах.
Известен способ эксплуатации ядерного реактора с органическим теплоносителем установки АТУ-15×2 [Токарев Ю.И., Цыканов В.А., Рюмин В.П. и др. АТУ-15×2 - атомная станция теплоснабжения для отдаленных районов. // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Физика и техника ядерных реакторов. 1978. Вып. 1/21, ч.1, с 112-116], предусматривающий охлаждение активной зоны за счет циркуляции органического теплоносителя (дитолилметан) по замкнутому контуру.
К недостаткам указанного способа относится то, что под действием ионизирующего излучения и температуры молекулы теплоносителя распадаются, образуя легкие, средние и тяжелые фракции. Последние, взаимодействуя между собой, образуют сверхтяжелые молекулы, которые осаждаются на теплопередающих поверхностях в виде отложений (эффект фаулинга), что приводит к ухудшению охлаждения твэлов и невозможности продолжения эксплуатации реактора без очистки или замены топлива.
Известен способ эксплуатации ядерного реактора с органическим теплоносителем установки АРБУС (арктическая блочная установка) [Алексенко Ю.Н., Гаврилин А.И., Гатауллин Н.Г. и др. Опыт эксплуатации реакторной установки АРБУС. // Сб. докл. семинара «Перспективы использования ядерных реакторов для теплоснабжения городов и промышленных предприятий». Димитровград, НИИАР, 1978, с.24-44], который предусматривает организацию прокачки органического теплоносителя (гидростабилизированный газойль, гидротерфинил или дитолилметан) через активную зону по первому контуру, вывод реактора на мощность и работу на мощности с отводом вырабатываемой энергии теплоносителем первого контура. Недостаток этого способа состоит в ограниченной продолжительности непрерывной работы реактора (до 100 суток) за счет эффекта фаулинга. Причем скорость образования отложений пропорциональна массовой доле тяжелых фракций в теплоносителе.
Вышеуказанный недостаток устраняется тем, что в способе эксплуатации ядерного реактора с органическим теплоносителем, предусматривающем организацию прокачки органического теплоносителя через активную зону по первому контуру, вывод реактора на мощность и работу на мощности с отводом вырабатываемой энергии теплоносителем первого контура, органический теплоноситель в первый контур подают из трубопровода транспортной системы нефтепродуктов с содержанием тяжелых фракций до 10%, а после прохождения активной зоны реактора подогретый теплоноситель возвращают в тот же трубопровод.
Однократное кратковременное пребывание органической жидкости в активной зоне реактора под действием ионизирующего излучения приводит к минимальному образованию тяжелых фракций. Это делает эффект фаулинга пренебрежимо малым, что обеспечивает долговременную эксплуатацию реактора с целью подогрева транспортируемых нефтепродуктов. Низкая активация теплоносителя не приводит к увеличению радиационного фона от трубопровода.
Новыми существенными признаками по сравнению с прототипом являются:
- подача органического теплоносителя в первый контур из трубопровода транспортной системы нефтепродуктов с содержанием тяжелых фракций до 10%;
- отвод подогретого теплоносителя после прохождения активной зоны реактора в тот же трубопровод.
Новые существенные признаки заявляемого изобретения в научной и технической литературе не обнаружены, предложенное решение не следует явным образом из уровня техники, а его применение обеспечивает новые свойства. Это позволяет сделать вывод, что заявляемое решение соответствует критериям новизна и изобретательский уровень.
3
Предложенный способ эксплуатации ядерного реактора с органическим теплоносителем иллюстрируется следующим примером. Ядерный реактор с органическим теплоносителем мощностью 15 МВт, например, предназначенный для установки АТУ-15×2, подключенный к магистральному нефтепродуктопроводу (см. чертеж), обеспечит при расходе теплоносителя через активную зону 750 м/ч подогрев теплоносителя ~ 40°С при плановой продолжительности работы реактора, которая определяется количеством загруженного в него ядерного топлива. Это позволит обеспечить существенную экономию за счет отказа от систем путевого электроподогрева трубопровода.