Устройство для заморозки жидкого натрия в трубопроводах АЭС
DEVICE FOR FREEZING LIQUID SODIUM IN NPP PIPELINES

Изобретение относится к области энергетики, а именно к теплообменным аппаратам, и может быть применено для создания пробки в трубопроводе с жидкометаллическим теплоносителем (натрием) при аварийных ситуациях на АЭС.
Известно «Устройство для регулируемого охлаждения жидкого щелочного металла в трубах реакторов на быстрых нейтронах» по патенту RU 180 121 U1 МПК G21C 15/00/ А.И. Попов, О.Л. Ташлыков. Опубликовано 05.06.2018 [Устройство для регулируемого охлаждения жидкого металла в трубах реакторов на быстрых нейтронах: Патент RU 180 121 U1 / Попов А. И., Ташлыков О. Л.. Опубликовано 05.06.2018], содержащее корпус из тепловоспринимающего основания, теплоотводящей крышки, гермовыводов и термоэлектрических модулей.
Данное устройство является более сложным в конструктивном исполнении, что может негативно проявиться при ремонте и эксплуатации, а также может быть невыгодно по экономическим соображениям.
Известна «Охлаждаемая ловушка» по патенту СССР №291526, MПК G21C 15/02, авторов Жан-Пьер Ле Жанну и Ноэль Лион. Заявитель «Комиссариата Л'Энержи Атомик» (Франция), [Жан-Пьер ле Жанну, Ноэль Лион. Охлаждаемая ловушка. Патент СССР №291526. МПК G21C 15/02. Заявитель: «Комиссариата Л. Энерджи Атомик» (Франция)]. Данное устройство содержит корпус с крышкой и днищем, змеевик для охлаждающей жидкости, трубу для подачи жидкого металла, фильтр и теплоизоляционное покрытие. Жидкий металл, подлежащий очистке от примесей, охлаждается в системе теплообмена до температуры насыщения, при которой появляются кристаллы, захватывающие примеси, охлаждающиеся в фильтре.
Недостатком данного устройства является его низкая эффективность.
Прототипом предлагаемого изобретения является «Устройство для ускоренного замораживания и последующего размораживания жидкого щелочного металла в трубах реакторов АЭС» по патенту RU 171 057 U1 МПК G21В 1/00/ О.Л. Ташлыков, А.И. Попов, С. Е. Щеклеин. Опубликовано 18.05.2017 [Устройство для ускоренного замораживания и последующего размораживания жидкого щелочного металла в трубах реакторов АЭС: Патент RU 171 057 U1 / Ташлыков О. Л., Попов А. И., Щеклеин С. Е. Опубликовано: 18.05.2017], содержащее разъёмный кожух, укрепляемый на трубе и содержащий торцевую крышку, завихрители воздуха и входной патрубок.
Недостатком данного прототипа является значительное время на кристаллизацию ввиду низкой эффективности процесса охлаждения, как следствие - большой расход сжатого воздуха, а при замораживании трубопроводов с радиоактивным натрием данный недостаток приводит к увеличению дозовых затрат персонала.
Проблема заключается в длительном процессе охлаждения и заморозки натрия в трубопроводе, что не позволяет оперативно провести ремонтные работы.
Указанная проблема решается тем, что в устройстве для заморозки жидкого натрия в трубопроводах АЭС, содержащем кожух, имеющий тепловой экран, входной и выходной патрубки, для отвода тепла используется газообразный азот, который интенсивно замораживает натрий. Кроме того, газообразный азот является инертным газом, что увеличивает безопасность устройства, так как в случае разгерметизации трубопровода газообразный азот не вступит в реакцию с натрием.
Конструкция предложенного устройства изображена на фиг.1. Устройство содержит установленный на подающую жидкий натрий трубопровод 1 кожух 2, имеющий тепловой экран 3, входной патрубок 4 и выходной патрубок 5, связанный с атмосферой. К баку с жидким азотом 6 через один регулирующий вентиль 7 подключен вход испарителя-подогревателя 8, а его выход соединен с входным патрубком, причем через другой регулирующий вентиль 9 к испарительному подогревателю подключен внешний источник 10 нагревающей среды.
Устройство работает следующим образом. На участок трубопровода, требующий замену или проведения ремонтных работ, устанавливается тепловой экран 3, для избежание теплового удара стенки трубопровода, затем устанавливает кожух 2.
При необходимости замораживания жидкого натрия в трубопроводе 1 открывают регулирующий вентиль 9, подающий внешнюю нагревающую среду от источника 10 в испаритель-подогреватель 8, а затем через другой регулирующий вентиль 7 подают из бака 6 жидкий азот в испаритель-подогреватель 8, где он испаряется и подогревается до необходимой минусовой температуры [Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей/ Варгафтик Н.Б. // Издательство «Наука» главная редакция физико-математической литературы Москва 1972 С 433 - 464]. Для избежание резкого перепада температуры стенки трубы защищаются тепловым экраном 3 [Теплопередача/ Исаченко В.П. Осипова В.А. Сукомел А.С.// Энергия 1981]. Газообразный азот с низкой температурой через патрубок 4 поступает внутрь кожуха 2, охлаждает трубу 1 с натрием и затем выходит через патрубок 5 в атмосферу.
Изменяя вентилем 7 подачу жидкого азота из бака 6, и регулируя вентилем 9 подачу от источника 10 внешней нагревающей среды в испаритель-подогреватель 8, выбирается необходимая скорость охлаждения натрия в трубопроводе 1.
В роли нагревающей среды от источника 10 в испарителе-подогревателе 8 может применяться горячая вода, пар или другая среда, используемая на АЭС для передачи тепловой энергии.
Таким образом, устройство для заморозки жидкого натрия в трубопроводах АЭС обеспечивает эффективный отвод тепла от трубопровода, и, как следствие, значительно сокращает время заморозки в нём натрия.
Предлагаемое устройство обладает высокой скоростью заморозки жидкого натрия в трубах АЭС на быстрых нейтронах, безопасно в использовании и может найти широкое применение на других объектах, использующих жидкие металлические рабочие тела.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в уменьшении времени охлаждения и заморозки натрия, что позволяет повысить безопасность за счёт сокращение дозовых затрат персонала и использования инертного газообразного азота.