Бак металловодной защиты для охлаждения кессона
METAL-WATER PROTECTION TANK FOR THE CAISSON COOLING

Изобретение относится к области ядерной энергетики и может быть использовано в системах аварийного отвода тепла водоводяных ядерных энергетических реакторов, имеющих в своем составе замкнутый контур естественной циркуляции.
Наиболее близким техническим решением является бак железоводной защиты паропроизводящей установки ледокола «Ленин», представляющий собой железоводный набор, размещенный в баке, в который установлено оборудование паропроизводящей установки. Через бак прокачивается вода системы охлаждения оборудования паропроизводящей установки и обеспечивает охлаждение кессонов, в которые установлено оборудование паропроизводящей установки, а также элементов железоводной защиты. Вода прокачивается через бак насосами системы охлаждения оборудования папропроизводящей установки. От системы охлаждения оборудования папропроизводящей установки тепло через холодильники внешнего контура передается к забортной воде, которая подается в холодильники специальными насосами (см., например, Судовые ядерные паропроизводящие установки, Д.Ф. Романов, М.А. Лебедев, С.С. Саваренский, Н.П. Шаманов, изд. «Судостроение», Ленинград, 1967 г. с. 57-58).
Недостатком такой конструкции бака металловодной защиты для охлаждения кессона является прекращение отвода тепла от оборудования паропроизводящей установки при остановке насосов системы охлаждения оборудования паропроизводящей установки. Невозможность отвода тепла от активной зоны ректора в воду бака металловодной защиты для охлаждения кессона через канал, образованный теплоносителем первого контура, корпусом реактора, воздушный зазор между корпусом реактора и кессоном, в который установлен реактор при плановом длительном расхолаживании паропроизводящей установки по причине низкой температуры корпуса реактора, размещенного в кессоне. Неэффективный отвод тепла от активной зоны ректора в воду бака металловодной защиты для охлаждения кессона через канал, образованный теплоносителем первого контура, корпусом реактора, зазор между корпусом реактора и кессоном, в который установлен реактор, заполненный теплоносителем первого контура, вышедшим из реактора, в аварии с потерей теплоносителя первого контура по причине уменьшения разности температур между корпусом реактора и кессоном.
Технической задачей данного технического решения является создание бака металловодной защиты для охлаждения кессона, который предотвращает прекращение отвода тепла от оборудования паропроизводящей установки при остановке насосов системы охлаждения оборудования паропроизводящей установки и отвод тепла от активной зоны ректора в воду бака металловодной защиты.
Решение поставленной задачи позволяет повысить надежность системы охлаждения оборудования паропроизводящей установки и безопасность паропроизводящей установки при нормальной эксплуатации и при авариях с потерей теплоносителя первого контура.
Задача решается тем, что бак металловодной защиты для охлаждения кессона, содержащий реактор паропроизводящей установки, в верхней части снабжен не менее, чем двумя дополнительными баками с запасом воды и патрубками, соединяющими верхние баки с нижним баком.
Таким образом, внутренняя поверхность верхних баков и кессона нижнего бака, образуют общий кессон вокруг корпуса реактора с развитой теплообменной поверхностью, обеспечивающий отвод тепла от корпуса реактора через зазор между корпусом реактора и кессоном, в который установлен реактор, и передачу тепла к воде нижнего и верхних баков.
Установка не менее двух верхних баков с запасом воды и соединительных патрубков позволяет увеличить площадь теплообмена кессона реактора и исключить прекращение отвода тепла от оборудования паропроизводящей установки, за счет отвода тепла от корпуса реактора в бак металловодной защиты для охлаждения кессона через воздушный зазор между корпусом реактора и кессоном, в который установлен реактор и кессоном при естественной циркуляции теплоносителя системы охлаждения оборудования паропроизводящей установки. Кроме того, позволяет обеспечить отвод тепла от активной зоны ректора в воду бака металловодной защиты для охлаждения кессона через канал, образованный теплоносителем первого контура, корпусом реактора, воздушным зазором между корпусом реактора и кессоном, в который установлен реактор при плановом длительном расхолаживании паропроизводящей установки. Также позволяет обеспечить эффективный отвод тепла от активной зоны ректора в воду бака металловодной защиты для охлаждения кессона через канал, образованный теплоносителем первого контура, корпусом реактора, зазором между корпусом реактора и кессоном, в который установлен реактор, в аварии с потерей теплоносителя перового контура, после выхода теплоносителя первого контура и заполнения зазора в районе размещения парогенераторов, где поддерживается высокая температура корпуса реактора. Обеспечение эффективного отвода тепла от активной зоны реактора в авариях с потерей теплоносителя первого контура позволит исключить снижение уровня теплоносителя первого контура до оголения активной зоны ректора и расплавление активной зоны.
На фиг. 1 схематично показан бак металловодной защиты для охлаждения кессона.
Краткое описание конструкции бака приведено далее.
Нижний бак 1, являющийся опорой реактора 2 с активной зоной 3 и парогенераторами 4, на который через соединительные патрубки 5 установлены верхние баки 6. Внутренней поверхностью кессона нижнего бака и внутренней поверхностью верхних баков образован общий кессон 7. Патрубки подвода воды к нижнему баку 8 служат для подачи теплоносителя из системы охлаждения оборудования паропроизводящей установки.
Патрубки отвода воды из верхних баков 9 служат для возврата теплоносителя из бака металловодной защиты для охлаждения кессона в систему охлаждения оборудования паропроизводящей установки.
Бак металловодной защиты для охлаждения кессона работает следующим образом.
В исходном состоянии нижний бак 1 и верхние баки 6 полностью заполнены водой системы охлаждения оборудования паропроизводящей установки.
Отвод тепла от реактора 2 обеспечивается через канал, образованный, корпусом реактора 2, воздушным зазором между корпусом реактора 2 и кессоном 7, в который установлен реактор 2 развитием естественной циркуляции теплоносителя системы охлаждения оборудования паропроизводящей установки в баке металловодной защиты для охлаждения кессона в направлении от нижнего бака 1 в верхние баки 6 через патрубки 5 при увеличении температуры кессона 7.
При длительном расхолаживании паропроизводящей установки отвод тепла от активной зоны 3 реактора 2 в бак металловодной защиты для охлаждения кессона обеспечивается следующим образом.
Теплоноситель из системы охлаждения оборудования паропроизводящей установки, через патрубки подвода воды к нижнему баку 8 направляется в нижний бак 1, где омывает кессон 7 реактора и, нагреваясь, поднимается в верхнюю часть нижнего бака 1 к соединительным патрубкам 5. Через соединительные патрубки 5 теплоноситель направляется в верхние баки 6, где также снимает тепло с кессона 7, образованного внутренней поверхностью верхних баков, расположенных вокруг реактора 2 на уровне размещения парогенераторов 4. Из верхних баков 6 через патрубки отвода воды из верхних баков 9 теплоноситель возвращается в систему охлаждения оборудования паропроизводящей установки. Передача тепла от активной зоны 3 реактора 2 к кессону 7 обеспечивается через канал, образованный теплоносителем первого контура, корпусом реактора 2, воздушным зазором между корпусом реактора 2 и кессоном 7, в который установлен реактор 2.
В аварии с потерей теплоносителя первого контура отвод тепла от активной зоны 3 реактора в бак металловодной защиты для охлаждения кессона обеспечивается следующим образом.
Теплоноситель из системы охлаждения оборудования паропроизводящей установки, через патрубки 8 подвода воды к нижнему баку направляется в нижний бак 1, где омывает кессон 7 реактора 2 и, нагреваясь, поднимается в верхнюю часть нижнего бака 1 к соединительным патрубкам 5. Через соединительные патрубки 5 теплоноситель направляется в верхние баки 6, где также снимает тепло с кессона 7, образованного внутренней поверхностью верхних баков, расположенных вокруг реактора 2 на уровне размещения парогенераторов 4. Из верхних баков 6 через патрубки 9 отвода воды из верхних баков теплоноситель возвращается в систему охлаждения оборудования паропроизводящей установки. Теплоноситель, истекающий из реактора 2, скапливается в нижней части кессона 7, скапливается на верхней поверхности нижнего бака 1, после чего стекает в нижнюю часть нижнего бака 1, обеспечивая поступление воды к кессону 7 и его заполнение водой и пароводяной смесью с высоким коэффициентом теплопередачи. Передача тепла от активной зоны 3 реактора к кессону 7 обеспечивается через канал, образованный теплоносителем 1 контура, корпусом реактора 2, зазором между корпусом реактора 2 и кессоном 7, в который установлен реактор 2 заполненным водой и пароводяной смесью. Теплоноситель первого контура, нагреваясь в активной зоне 3 реактора, поднимается в верхнюю часть реактора 2, где отдает тепло корпусу реактора 2. Теплоноситель первого контура, находящийся в зазоре между кессоном 7 и корпусом реактора 2 снимает тепло с нижней и верхней частей корпуса реактора 2 поднимается вверх и передает тепло теплоносителю бака металловодной защиты для охлаждения кессона через кессон 7.
Таким образом, использование предложенного технического решения повышает надежность системы охлаждения оборудования паропроизводящей установки при нормальной эксплуатации, за счет исключения насосных средств в системе охлаждения оборудования паропроизводящей установки. Кроме того, данное техническое решение позволяет повысить безопасность паропроизводящей установки путем надежно и эффективного отвода тепла от активной зоны реактора в воду бака металловодной защиты при длительном расхолаживании и при авариях с потерей теплоносителя первого контура.