ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Решение относится к ядерной технике и может быть использовано в реакторных установках с тяжелыми жидкометаллическими теплоносителями.
Известна ядерная энергетическая установка, содержащая реактор с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем или его сплавами, с размещенными под свободным уровнем активной зоной, парогенераторами, средствами циркуляции и системой защитного газа, включающей фильтр очистки газа, газовый компрессор, снабженная устройством ввода газовой смеси в тракте 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 G21С 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 отверстия истечения в сопловых насадках. Отверстия истечения в сопловых насадках выполнять размерами менее 1.0-3.0 мм допустимо, вследствие их возможного забивания примесями, содержащимися в теплоносителе и технически сложно. Скорость витания пузырей указанных размеров превышает 0.5 м/с. Доставка пузырей восстановительной газовой фазы ко всем поверхностям на опускных участках разветвленного реакторного контура со скоростями теплоносителя 0.5 м/с и менее не обеспечивается. Для таких участков контура очистка известным решением не эффективна.
Задачи, решаемые изобретением - совершенствование конструкции ядерной энергетической установки, увеличение ресурса и повышение ее безопасности.
Технический результат - повышение эффективности очистки от отложений примесей - оксидов теплоносителя поверхностей реакторного блока, теплопередающих поверхностей активной зоны, теплопередающих поверхностей парогенераторов.
Технический результат достигается тем, что ядерная установка, содержащая реактор с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем или его сплавами, с размещенными под свободным уровнем активной зоной, парогенераторами, средствами циркуляции (насосами), систему защитного газа, устройство ввода газовой смести в тракт теплоносителя в районе входа в активную зону и в парогенераторы, снабжена напорной камерой, подсоединенной к напорной линии насосов, в одной из ее стенок выполнены
отверстия, соединяющие полость напорной камеры со сливной камерой, сообщенной с линией подвода газовой смеси и имеющей свободный уровень теплоносителя. Полость сливной камеры сообщена с объемом газовой системы над свободным уровнем теплоносителя.
На фиг.1 представлена схема ядерной энергетической установки, реализующей предлагаемое техническое решение, на фиг.2 - конструктивная схема узла устройства ввода газовых смесей в участки контура.
В ядерном реакторе со свинцовым или свинец-висмутовым теплоносителем 1, с размещенными под свободным уровнем 2 теплоносителя активной зоной 3, парогенератором 4, средствами циркуляции, например, насосами 5, системой защитного газа, включающей фильтры 6 очистки газа, охладителя конденсатора 7 с линией отвода конденсата 8. В газовом объеме реактора размещены конденсаторы 9 водяного пара, соединенные линией 10 отвода конденсата с цистерной «грязных вод». Ядерная энергетическая установка снабжена устройством 11 ввода газовой смеси в районе парогенератора 4. Устройство 11 ввода газовой смеси снабжено напорной камерой 12, подведенной к напорной линии 13 насосов. В одной из стенок 14 напорной камеры 12 выполнены отверстия 15, соединяющие полость напорной камеры 12 со сливной камерой 16. Последняя сообщена с линией подвода 17 газовой смеси и имеет свой свободный уровень теплоносителя 18, на который изливаются струи 19 теплоносителя из напорной камеры 12. Полость сливной камеры 16 сообщена с полостью 20 газовой системы над свободным уровнем 2 теплоносителя, линией с управляемой арматурой 21. Линия 17 соединена с газовым баллоном 22 с восстановительной смесью, с баллоном 23 с водородом и баллоном 24 с аргоном.
Работа ядерной энергетической установки в технологическом режиме очистки от оксидов теплоносителей и поверхностей 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 на период ремонта.
В баллоне 22 приготавливается восстановительная газовая смесь подачей газа из баллонов 23 и 24. При необходимости производится замена защитного газа в газовой полости 20 реактора 1 на восстановительную аргоно-водородную смесь. Вводятся в работу насосы, обеспечивающие подачу жидкометаллического теплоносителя в напорную камеру 12 устройства 11. Производится подача восстановительной газовой смеси по
линии 17 в сливную камеру 16 устройства 11. Теплоноситель из напорной камеры 12 через отверстия 15 в ее стенке в виде падающих струй поступает в сливную камеру 16. Поверхность струй жидкого металла, падая на свободный уровень теплоносителя 18 в устройстве 11, захватывают и диспергируют восстановительную газовую фазу, мелкие пузыри которой транспортируются потоком жидкометаллического теплоносителя к поверхности парогенератора и других участков контура, очищая их от отложений оксидов теплоносителя. Очистка производится путем восстановления оксидов с образованием чистого теплоносителя и водяного пара. Пузыри последнего агломерируют, всплывают и сепарируются на свободной поверхности 2 теплоносителя в реакторном контуре. Пар за счет процессов диффузии конвективных токов в объеме газовой полости 20 поступает в холодильники-конденсаторы 9 и по линии 10 поступает в цистерну «грязных вод». Возможен режим очистки, при котором восстановительная газовая смесь через линию с управляемой арматурой 21 поступает из объема газовой полости 20 в сливную камеру 16 устройства 11 за счет эжекции струй жидкого металла, истекающих на свободный уровень теплоносителя 18 в устройстве 11. По мере уменьшения содержания («срабатывания») водорода в составе циркулирующей восстановительной газовой смеси, производится его подача в систему газа, с поддержанием концентрации водорода в смеси около 30% объемных. После завершения процесса очистки, контролируемого по уменьшению темпа убыли водорода в газовой смеси, прекращению накопления конденсата воды в конденсаторах 9 и по показаниям датчиков содержания кислорода в жидкометаллическом теплоносителе прекращается подача восстановительной газовой смеси в объем газовой полости 20.
Таким образом, очистка теплоносителя от примеси кислорода осуществляется за счет контакта падающих струй с развитой поверхностью с восстановительной газовой смесью, а очистка поверхностей, как парогенераторы и др., производится за счет доставки к ним потоком теплоносителя мелких пузырьков газовой смеси.
Применение предполагаемого технического решения позволит:
- повысить эффективность очистки теплообменных (парогенератора, активной зоны) и изотермических поверхностей реакторного контура со свинцовым или свинец-висмутовым теплоносителем от отложений примесей - оксидов теплоносителя; исключить образование отложений значительной толщины, «срывы» отложений и забивание ими каналов активной зоны,
- повысить эффективность регулируемого содержания примеси кислорода в теплоносителе реакторного контура при необходимости деформирования защитных
оксидных покрытий на внутренних поверхностях контура путем ввода в объем сливной камеры устройства окислительных газовых смесей;
- ускорить проведение режима очистки теплоносителя и контура от оксидов теплоносителя;
- исключить возможность отказа устройств очистки с сопловыми насадками вследствие забивания отверстий истечения газа в насадках примесями, содержащимися в теплоносителе.