ЯДЕРНАЯ УСТАНОВКА С ВЕНТИЛЯЦИОННОЙ СИСТЕМОЙ
NUCLEAR PLANT WITH VENTILATION SYSTEM

Настоящее изобретение относится к ядерной установке с вентиляционной системой. Кроме того, изобретение относится к соответствующему способу эксплуатации для вентиляционной системы.
Вентиляционная система с признаками ограничительной части пункта 1 формулы изобретения известна из описания изобретения к патенту US 5223209.
А именно, в нем раскрывается атомная электростанция, содержащая защитную оболочку и вентиляционную систему для сброса давления в защитной оболочке с фильтрацией, при этом
- вентиляционная система включает вентиляционную линию, ведущую из внутреннего пространства защитной оболочки наружу, в которую включен мокрый скруббер вентиляционного потока, возникающего во время вентиляции,
- мокрый скруббер содержит бассейн, уже заполненный промывочной жидкостью в состоянии готовности перед вентиляцией, над которым находится газовое пространство,
- вентиляционная линия включает впускную линию для вентиляционного потока, ведущую в мокрый скруббер, которая в распределителе разветвляется на множество выпускных сопел, и
- все выпускные сопла погружены в промывочную жидкость бассейна.
В системе такого рода в начале вентиляции сравнительно горячий вентиляционный поток встречается с более холодной промывочной жидкостью в бассейне мокрого скруббера. Из-за этого может возникать конденсация содержащегося в вентиляционном потоке водяного пара и потери вызываемой водяным паром инертизации. В свою очередь, это может вызвать образование в вентиляционной системе, по меньшей мере, в начальной фазе вентиляции критических концентраций легковоспламеняющихся содержащих водород газовых смесей, присутствующих в вентиляционном потоке.
Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и усовершенствование вентиляционной системы указанного типа таким образом, чтобы при небольших аппаратных и технологических издержках исключить наличие критических концентраций легковоспламеняющихся газовых смесей во всех режимах эксплуатации еще более надежно, чем было возможно до сих пор.
Согласно изобретению, эта задача решена посредством ядерной установки с вентиляционной системой, обладающей признаками п. 1 формулы изобретения.
При этом, существенным является то, что имеется, по меньшей мере, одно отдельное выпускное отверстие, которое через отводную линию соединено со впускной линией или с распределителем, и которое, по меньшей мере, в состоянии готовности вентиляционной системы, предпочтительно, также в пусковом режиме термически изолировано от промывочной жидкости в бассейне.
Другими словами, часть потока отводят от вентиляционного потока и в обход используемых обычно выпускных сопел вводят в мокрый скруббер таким образом, что он при выходе из отдельного выпускного отверстия не вступает в прямое непосредственное взаимодействие с промывочной жидкостью в бассейне, и/или соотнесенная с частью потока часть промывочной жидкости в прямом контакте с ним может сравнительно быстро подогреваться. Таким образом, проблема начального внезапного охлаждения промывочной жидкостью и происходящая вследствие этого конденсация водяного пара для ответвляемой части потока в значительной степени предотвращается, а для вентиляционного потока, в общей сложности, уменьшается. Другие, сравнительно трудозатратные меры, направленные на решение проблемы наличия водорода, таким образом, могут быть исключены или, по меньшей мере, ограничены в требуемом объеме. Незначительное ухудшение начальной эффективности задержания содержащихся в вентиляционном потоке радионуклидов может быть сравнительно легко компенсировано при помощи дополнительного фильтрующего материала.
В первом основном варианте осуществления изобретения часть потока пропускают через сухой фильтр, а затем направляют в газовое пространство над бассейном с промывочной жидкостью. В отводной линии для части потока, предпочтительно, установлен вначале открытый отсечной клапан, который при переходе из пускового режима в режим стационарной вентиляции - после того, как промывочная жидкость достаточно нагрелась, так что никакой существенной конденсации водяного пара больше не происходит - предпочтительно, пассивным образом закрывается.
Во втором основном варианте осуществления изобретения часть потока через, по меньшей мере, одно выпускное сопло выдувают в пространство, которое отделено от находящейся в бассейне промывочной жидкости перегородками. Отдельное(ые) выпускное(ые) сопло(а), предпочтительно, представляет(ют) собой (соответственно) сопло Вентури, к которому промывочная жидкость, предпочтительно, пассивно подается из специально предназначенного, сравнительного небольшого резервуара, так что работа всухую предотвращается. Необходимый для начального режима небольшой объем промывочной жидкости, в отличие от большого объема в бассейне, может быть предварительно нагрет пассивно или же, в текущем режиме эксплуатации, посредством рекуперативного подогрева, так что также в данном случае предотвращается значимая конденсация водяного пара. В предпочтительном варианте осуществления изобретения начальное пространственное отделение выпускного сопла, соотнесенного с частью потока, от других выпускных сопел в бассейне, по меньшей мере частично, устраняется после того, как промывочная жидкость в бассейне нагрета в степени, необходимой для исключения конденсации водяного пара. Это осуществляется, предпочтительно, посредством приводимых в действие температурозависимым образом пассивных приводных средств, которые разблокируют надлежащие перепускные отверстия.
Дополнительные предпочтительные варианты осуществления изобретения и возможности их комбинирования раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения, а также в нижеследующем подробном описании примерных вариантов осуществления изобретения, описываемых со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Фиг. 1 представляет собой общий схематичный вид соответствующей изобретению вентиляционной системы атомной электростанции.
На фиг. 2-4 показаны детали первого основного варианта осуществления изобретения в трех различных формах.
На фиг. 5 и 6 показаны детали второго основного варианта осуществления изобретения в двух различных формах.
На фиг. 7 показаны детали дополнительного варианта, в котором сочетаются элементы предыдущих фигур.
На фиг. 8 показаны детали дополнительного варианта, содержащего изменения относительно вариантов согласно фиг. 5 и 6.
Подобные или одинаково действующие элементы на всех фигурах обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
Фиг. 1 представляет собой общий схематичный вид основных компонентов соответствующей изобретению вентиляционной системы 2 атомной электростанции 4.
Атомная электростанция 4 включает защитную оболочку, герметично охватывающую ядерные компоненты, обозначенную как корпус 6 защитной оболочки. Замкнутое внутреннее пространство обозначено как защитная оболочка 8. Иногда, в зависимости от контекста, понятие защитная оболочка 8 означает в краткой форме или же корпус 6 защитной оболочки или совокупность из корпуса 6защитной оболочки и охватываемого им внутреннего пространства.
В случае серьезной аварии с выбросом радиоактивных частиц, газов и пара в защитной оболочке 8 и тем самом при соответствующем увеличении давления, предусматривается сброс давления в защитной оболочке 8 посредством продувки из атмосферы защитной оболочки в окружающую среду. Благодаря этому исключается превышение расчетного давления в корпус 6 защитной оболочки. Продувка происходит, предпочтительно, пассивно под действием превалирующего перепада давления между защитной оболочкой 8 и окружающей средой. Для сведения к минимуму загрязнения окружающей среды процесс продувки, обозначаемый вентиляцией, включает в себя фильтрацию и снижение радиоактивности для выпускаемого потока газа/и пара, содержащего радионуклиды, обозначаемого также поток сброса давления, поток пара или вентиляционный поток 10. Для этого предназначена вентиляционная система 2 с соответствующими фильтрующими компонентами, которую англоговорящие специалисты называют Filtered Containment System (Вентиляционно-фильтрующая система защитной оболочки) или кратко FCVS.
В данном случае вентиляционная система 2 включает мокрый скруббер 12 для вентиляционного потока, установленный, предпочтительно, в защитной оболочке 8. Базовый принцип функционирования может быть охарактеризован следующим образом: Во время вентиляции отбираемый из атмосферы защитной оболочки у впускного отверстия 16 вентиляционный поток через впускную линию 14 направляется в мокрый скруббер 12 и проходит через имеющийся там резервуар с промывочной жидкостью 18. При прямом контакте вентиляционного потока 10 с промывочной жидкостью 18 с временным перемешиванием происходит удаление из вентиляционного потока 10 содержащихся в нем радиоактивных частиц, элементарного йода, соединений йода и аэрозолей в промывочной жидкости 18. Таким образом, радиоактивные компоненты в подавляющем большинстве удерживаются в мокром скруббере 12, тогда как очищенная газообразная часть вентиляционного потока 10 после сепарации от промывочной жидкости 18 по выпускной линии 20 выводится из скруббера 12. Затем вентиляционный поток 10, в случае необходимости, после прохождения дополнительных ступеней фильтрации и очистки, а также дросселя, выпускается в окружающую среду.
Мокрый скруббер содержит полностью герметичный, закрытая от окружающей среды емкость 22, например, цилиндрической формы с полусферическим дном и крышкой, который уже в состоянии готовности (в режиме ожидания) вентиляционной системы 2 и, следовательно, перед началом вентиляции заполнен промывочной жидкостью 18 до заданного уровня 24 заполнения в нижней области. При этом, речь идет, предпочтительно, о, преимущественно, водной жидкости, которая может быть смешана с надлежащими химическими реагентами, способствующими повышению способности задерживать радиоактивные компоненты. То есть, в нижней части емкости 22 взаимосвязанная область пространства образует бассейн 26 с промывочной жидкостью 18.
Впускная линия 14 для вентиляционного потока 10 является составной частью линии сброса давления или вентиляционной линии 28, ведущей из защитной оболочки 8 через корпус 6 защитной оболочки в свободное пространство. Впускная линия 14 проходит через проход в стенке 30 емкости во внутреннее пространство емкости 22 и там оканчивается соединением с распределителем 34, предпочтительно, расположенным ниже уровня 32 жидкости. В распределителе 34 поступающий в направлении потока согласно стрелкам вентиляционный поток распределяется по некоторому количеству, предпочтительно, по нескольким выпускным соплам 38, которые, по меньшей мере частично, непосредственно окружены промывочной жидкостью 18 или погружены в нее.
Предпочтительно, под выпускными соплами 38 понимаются сопла 40 Вентури. Соответствующие сопло 40 Вентури включает на стороне впуска сужающийся конус, на стороне выпуска расширяющийся конус, и между ними сужение, обозначаемое также горловиной 42. В области горловины 42 находится одно или несколько сквозных отверстий 44 (здесь схематично обозначено только одно из сопел) в стенке сопла, через которые во время вентиляции проходящий через сопла 40 Вентури вентиляционный поток 10 вследствие эффекта Вентури всасывает и захватывает промывочную жидкость 18 из окружающего бассейна 26. Благодаря внутреннему взаимодействию вентиляционного потока 10 с увлекаемыми каплями промывочной жидкости 18, происходит, особенно при высокой скорости вентиляционного потока 10 внутри сопла 40 Вентури, например, более 200 м/с, желаемый переход содержащих радионуклиды частиц и аэрозоля, а также газообразного йода и соединений йода в промывочную жидкость 18.
Смесь вентиляционного потока 10 и промывочной жидкости 18 выходит из сопла 40 Вентури через выпускное отверстие 46. Выпускное отверстие 46 может находиться, как показано в данном случае, ниже уровня 32 жидкости, а в качестве альтернативы, также выше него. В первом случае выпускное отверстие 46 может быть ориентировано, в отличие от указанного здесь расположения, вниз или в сторону. Во втором случае происходит выдувание в находящееся над поверхностью жидкости газовое пространство 48. В этом случае сопло 40 Вентури погружено в промывочную жидкость 18, по меньшей мере, его горловиной 42.
Вместо сопел 40 Вентури на конце впускной линии 14 могут находиться также выпускные сопла 38 другого вида или выходные отверстия, которые, по меньшей мере частично, погружены в промывочную жидкость 18 и, таким образом, делают возможным непосредственное взаимодействие вентиляционного потока 10 и промывочной жидкости 18. Также возможно расположение рядом разнородных выпускных отверстий или сопел, которые ответвляются от распределителя 34 параллельно в направлении потока. В отличие от указанного здесь расположения, распределитель 34 также может находиться над уровнем 32 промывочной жидкости 18. Распределитель 34 также может включать несколько пространственно  разделенных подраспределителей, которые, например, ответвляются от впускной линии 14 в разных местах.
По потоку ниже выпускных сопел 38 происходит отделение газообразной части вентиляционного потока 10 от промывочной жидкости 18. Выталкиваемая промывочная жидкость 18 снова собирается в бассейне 26, тогда как газ собирается в имеющемся над уровнем 32 жидкости в емкости 22 газовом пространстве 48, откуда, в конце концов, выходит через соединенную с емкостью 22 выпускную линию 20.
На траектории потока между промывочной жидкостью 18 и выпускной линией 20 в емкости 22 размещен, предпочтительно, (не показанный на фигурах) пассивный осушитель или каплеотбойник, который удаляет из вентиляционного потока 10 влагу, которая, в частности, может присутствовать в нем из-за предшествующего взаимодействия с промывочной жидкостью 18. Отделенная таким образом от вентиляционного потока 18 жидкость, предпочтительно, возвращается в бассейн 26 в емкости 22. Под осушителем в данном случае может пониматься, например, пластинчатый сепаратор или центробежный сепаратор, возможно, типа циклонного сепаратора.
Кроме того, на траектории потока между промывочной жидкостью 18 и выпускной линией 20 в емкости 22 могут быть размещены различные фильтрующие блоки, предпочтительно, по потоку ниже описанного выше осушителя или сепаратора. Например, может присутствовать фильтр 50 из металлических волокон, до или после которого размещено фильтр молекулярное сито 52, или же только один из указанных типов фильтра. При этом, осушитель/сепаратор/фильтр может быть конструктивно интегрирован в емкость 22 мокрого скруббера 12 или установлен на нем снаружи. В качестве альтернативы, они могут в различных сочетаниях или все вместе быть перемещены в выпускную линию 20.
Выпускная линия 20 является составной частью проходящей через корпус 6 защитной оболочки 6вентиляционной линии 28. По потоку ниже мокрого скруббера 12 в вентиляционную линию 28, предпочтительно, включен (на фигурах не показанный) дроссель, который, предпочтительно, предназначен для обеспечения постоянного объемного расхода в режиме работы со скользящим давлением (из-за убывающего в процессе вентиляции давления в защитной оболочке) посредством, так называемого, критического расширения и желательной высокой скорости вентиляционного потока 10 в области сопел 40 Вентури. Принцип работы и необходимые для его применения конструкционные изменения подробно описаны в патенте DE 10328773 В3, принадлежащем AREVA GmbH (ранее Framatome ANP GmbH), во всей полноте включаемом в настоящий документ путем ссылки.
3
3
3
В начале режима вентиляции после предшествующего ожидания относительно горячий вентиляционный поток 10 встречается в мокром скруббере 12 с относительно холодной (с температурой, обычно, от 10 до 25°С) промывочной жидкостью 18 в бассейне 26, которая в силу большого объема (обычно, в диапазоне от 7 до 21 м, предпочтительно, около 10 м, в предельном случае, до 50 м) нагревается медленно, и ее температура приближается к температуре вентиляционного потока 10.
Такой риск обычно сохраняется, примерно, от 15 до 30 мин до тех пор, пока не произойдет достаточный наогрев промывочной жидкости 18. Достаточная инертизация, обычно, возможна при температуре около 95°С, причем, ее диапазон в зависимости от состояния газа в защитной оболочке также может составлять от 85 до 120°С.
Вследствие этого, в начальной фазе, а именно в частности, в первые 15-30 мин, может происходить значительная конденсация содержащегося в вентиляционном потоке 10 водяного пара. Поскольку водяной пар оказывает инертизирующее действие, первоначально имеющийся в наличии инертизирующий потенциал из-за этого может быть утрачен. Вследствие этого, в свою очередь, концентрация также присутствующих в вентиляционном потоке 10 легковоспламеняющихся компонентов, прежде всего, водорода в сочетании с кислородом, возрастает, превышая критическую величину, так что в лежащих по потоку ниже выпускных сопел 38 участках трубопроводов и корпусов вентиляционной системы 2 возникает очень большой риск воспламенения и взрыва.
Для исключения подобных рисков в соответствующей изобретению вентиляционной системе 2 предусмотрен ряд аппаратных и технологических мер, которые могут быть применены по отдельности, в любой комбинации друг с другом или все вместе. Далее эти меры описаны более подробно.
Первая основная мера заключается в том, что отделяемая от вентиляционного потока 10 часть потока в обход погруженных в бассейн 26 мокрого скруббера 12 выпускных сопел 38 выдувается непосредственно в находящееся над промывочной жидкостью 18 газовое пространство 48. Тем самым, в этой части потоке предотвращается ведущий к конденсации водяного пара эффект внезапного охлаждения или резкого охлаждения промывочной жидкостью 18. Благодаря этому общая интенсивность конденсации поступающего в емкость 22 вентиляционного потока 10 уменьшается, поэтому концентрация легковоспламеняющихся газовых смесей при выборе достаточно большого объема части потока относительно основного потока, который по прежнему проходит через выпускные сопла 38 и непосредственно взаимодействует с промывочной жидкостью 18 в бассейне 26, остается ниже критической величины (т.е., водород менее 4% об., кислород менее 5% об., соответственно, доля инертных газов более 50-55% об.).
Для технической реализации этой концепции, как показано на фиг. 1 в общем виде и на фиг. 2 более подробно, от (основной) впускной линии 14 может ответвляться отводная линия, которая на стороне выпуска оканчивается в газовом пространстве 48. Таким образом, выпускное отверстие 56 отводной линии 54 находится в газовом пространстве 48 выше уровня 32 жидкости. В отличие от показанного на фигурах варианта, разветвление 58 также может находится внутри емкости 22. Также возможно, чтобы разветвление 58 было интегрировано в распределитель 34.
Из-за того, что ответвляемая часть потока направляется в обход промывочной жидкости 18 в бассейне 26, степень удаления из него радиоактивных компонентов уменьшается. Для компенсации этого недостатка в отводной линии 54 установлен сухой фильтр 60. Сухой фильтр 60, как показано в данном случае, может находиться в конце отводной линии 54 в емкости 22 или, в качестве альтернативы, выше по потоку, в случае необходимости вне емкости 22, однако по потоку ниже разветвления 58.
Предпочтительно, в отводной линии 54 имеется отсечной клапан 62, посредством которого отводная линия 54 может быть перекрыта. Это показано на фиг. 3. По окончании пускового процесса и перехода в режим длительной вентиляции температура промывочной жидкости 18 в бассейне 26 повышается настолько, что описанный выше эффект охлаждения отсутствует или его влиянием можно пренебречь. Затем часть потока через отводную линию 54 может быть прекращена, вместо этого, весь вентиляционный поток 10, поступающий по (основной) впускной линии 14, направляется в выпускные сопла 38 в бассейне 26. То есть, отводная линия 54 открыта только в течение первой, сравнительно короткой фазы вентиляции, после чего ее закрывают. Предпочтительно, емкость или удерживающую способность сухого фильтра 60 приводят в соответствие с таким периодом действия отводной линии 54, который можно ориентировочно оценить для конкретных параметров системы.
Закрытие открытого в начале отсечного клапана 60 в простейшем случае может быть выполнено вручную. В качестве альтернативы, это осуществляется при помощи приводных механизмов, которыми управляют, например, посредством электрической или гидравлической или пневматической линии 64 управления, проходящие через корпус 6 защитной оболочки к пульту управления. Также возможно использование находящегося вблизи отсечного клапана 62 или интегрированного в отсечной клапан 62 устройства управления с собственным автономным энергоснабжением.
Особенно предпочтительно использование пассивных приводных и управляющих механизмов для отсечного клапана 60. Например, возможно зависимое от температуры промывочной жидкости в бассейне 26 или от другой характерной температуры внутри вентиляционной системы пассивное управление с применением биметаллов и/или материалов с памятью формы и/или плавких материалов и/или имеющих такие или подобные элементы термовентилей. В качестве пассивного привода может рассматриваться, например, предварительно напряженная пружина или заправленные баллон для сжатого газа, находящиеся под давлением текучие среды. Также возможны электрический приводы, получающие питающее напряжение от батарей или аккумуляторов или пассивных источников энергии, например, термоэлектрических генераторов. В некоторых вариантах осуществления привод и управление могут осуществляться посредством одних и тех же компонентов.
В показанном на фиг. 4 примере, так называемый, импульсный передатчик 66 давления (pressure pulse transmitter - PPT), термически соединенный с промывочной жидкостью 18 в бассейне 26, управляет регулировочным клапаном 68, который включен в линию управления 70, соединенную с газовым баллоном 72, заполненным, например, азотом. Под РРТ 66 в данном случае понимается особый тип теплообменника с первичной линией 74, которая в данном случае сообщается с промывочной жидкостью 18 в бассейне 26, и вторичной линией 76, которая в данном случае сообщается с регулировочным клапаном 68. В зависимости от температуры промывочной жидкости 18 во вторичной линии 76 возникает рабочее давление, которое либо открывает (при низких температурах), либо закрывает (при высоких температурах, превышающих заданный порог) регулировочный клапан 68 - и, таким образом, посредством находящегося под давлением в линии 70 азота, также отсечной клапан 62 в отводной линии 54.
Вторая основная мера по исключению наличия взрывоопасных газовых смесей в вентиляционной системе 2, которое может быть применено в качестве альтернативы или дополнительно к описанному выше первому основному мероприятию, представлено в общем виде на фиг. 1 и подробно - на фиг. 5 и 6.
В этом варианте часть вентиляционного потока 10 направляют через отдельное выпускное сопло 80, которое, хотя и расположено в бассейне 26 мокрого скруббера 12, не погружено непосредственно в промывочную жидкость 18, а отделено от нее перегородками 82. В показанном примере перегородки 82 образуют, например, цилиндрическую или квадратную камеру 84 сопла или выпускную камеру, окружающую отдельное выпускное сопло 80. Перегородки 82 в целом образуют ограждающую стенку 88 камеры 84 сопла. В данном примере камера 84 сопла открыта вверх, к газовому пространству 48, однако, со всех остальных сторон она закрыта. Поскольку камера 84 сопла выдается вверх из промывочной жидкости 18, в нее не может поступать промывочная жидкость 18 из бассейна 26. Напротив, вокруг отдельного выпускного сопла 80, по меньшей мере, в режиме ожидания вентиляционной системы 2 и, предпочтительно, также в пусковом режиме имеется заполненное газом газовое пространство 86, которое гидродинамически соединено с газовым пространством 48 над промывочной жидкостью 18. При достаточной высоте выступающей вверх из промывочной жидкости 18 в бассейне 26 части, камера 84 сопла и во время вентиляции защищена от поступления разбрызгиваемой воды (промывочной жидкости), которая может выталкиваться через другие выпускные сопла 38 в бассейне 26.
В данном примере осуществления изобретения отдельное выпускное сопло 80 соединено с ответвляющейся от впускной линии 14 отводной линией 90 (см. фиг. 1) параллельно с другими выпускными соплами 38 относительно вентиляционного потока 10. Ответвление 92 может также находиться в другом месте, где-либо внутри емкости 22, предпочтительно все же выше уровня 32 жидкости. Также допустимо, чтобы отдельное сопло 80 было подключено к распределителю 34. В этом случае должны также, предпочтительно, быть приняты надлежащие гидравлические меры для того, чтобы, по меньшей мере, в режиме ожидания вентиляционной системы 2 через другие выпускные сопла 38 в бассейне 26 не происходило (обратного) течения промывочной жидкости 18 в камеру 84 сопла (см. также описание фиг. 7).
В камере 84 сопла отдельное выпускное сопло 80 термически изолировано от промывочной жидкости 18 в бассейне 26 окружающим его газовым пространством 86 и перегородками 82. Благодаря этому, в данном варианте исключается или, во всяком случае, уменьшается внезапное охлаждение, ведущее к конденсации водяного пара в вентиляционном потоке 10, так что наличие закритических концентраций легковоспламеняющихся содержащих водород смесей в последующих участках системы в ходе пускового режима вентиляционной системы 2 исключается.
В одном, специально не показанном, простом варианте внутри камеры 84 сопла расположено в сухом режиме и свободно продуваемое в газовое пространство 86 выпускное сопло или выпускное отверстие, к которому аналогично сухому фильтру варианта, соответствующего фиг. 2-4, может быть присоединена отводная линия 90. В качестве альтернативы или дополнительно, далее по потоку в камере 84 сопла может быть расположен сухой фильтр, в частности, на верхнем конце камеры 84 сопла на переходе из газового пространства 86 в газовое пространство 48. В этом простом варианте, в какой-то мере, только показанное на фиг. 1 выпускное отверстие 56 вместе с относящимся к нему сухим фильтром 60 перемещено из положения, поднятого над уровнем 32 жидкости, в положение, погруженное ниже уровня 32 жидкости, однако, отделено перегородками 82 от мокрого скруббера 18. Описанная в связи с фиг. 3 и 4 для соответствующего варианта концепция расположенного в отводной линии 54 отсечного клапана 62, а также соответствующих приводных механизмов, применима с надлежащими изменениями к отводной линии 90. Таким же образом могут быть перенесены изложенные там соображения в отношении конструктивного решения и определения размеров сухого фильтра 60.
В одном из предпочтительных вариантов под отдельным выпускным соплом 80 понимается аналогичное выпускному соплу 38, установленному в бассейне 26, сопло 94 Вентури, которое у горловины 96 снабжается промывочной жидкостью 98 из специально предназначенного для этого резервуара 100. Благодаря этому предотвращается работа сопла 94 Вентури всухую, и повышается эффективность задержания радионуклидов, содержащихся в части потока, отводимом от вентиляционного потока. В этом случае, при известных условиях, от соответствующего сухого фильтра можно отказаться.
Например, резервуаром 100 (промывочной жидкости) для отдельного сопла 94 Вентури в камере 84 сопла служит охватывающая горловину 96 сопла 94 Вентури, предпочтительно, открытая вверх кольцевая камера 102, содержащая небольшое по объему, но достаточное для работы в начальной фазе количество промывочной жидкости 98. Это показано на фиг. 5.
3
Небольшой объем отдельного резервуара (предпочтительно, от 20 до 100 л, но не более, максимум, 300 л) нагревается в начале вентиляции значительно быстрее, чем существенно больший объем (обычно, в диапазоне от 7 до 21 м, см. также комментарий выше) бассейна 26, поэтому описанный выше эффект в отношении охлаждения и конденсации для проходящей через отдельное сопло 94 Вентури части вентиляционного потока в незначительной степени снижается (отношение объема отделенной промывочной жидкости к общему объему, предпочтительно, лежит в диапазоне от 1:50 до 1:500).
Благодаря, предпочтительно, имеющему место нагреванию отдельного небольшого запаса промывочной жидкости 98 в резервуаре 100, вышеназванная проблема дополнительно сглаживается. Во время вентиляции происходит пассивное нагревание, возможно, посредством надлежащих теплообменников, которые передают избыток тепла горячего вентиляционного потока 10 или другого доступного на ядерной установке источника тепла к принадлежащему отдельному соплу 94 Вентури резервуару 100. На фиг. 5 это показано для примера как теплоотводящая труба 104, термически соединенная с кольцевой камерой 102 в качестве теплоотвода и с идущей к распределителю 34 впускной линией 14 (основного) вентиляционного потока 10 в качестве источника тепла. Направление потока циркулирующего в теплоотводящей трубе 104 теплоносителя показано стрелками.
В качестве альтернативы, подача промывочной жидкости 98 к горловине 96 отдельного сопла 94 Вентури может осуществляться посредством подающей линии из резервуара, расположенного вне камеры 84 сопла. При этом, также принимается во внимание отбор промывочной жидкости 18 из бассейна 26, который осуществляется пассивно под действием превалирующего (геодезического) перепада давления. Хотя промывочная жидкость 18, отбираемая таким образом из бассейна 26, относительно холодная, она относительно быстро нагревается в камере 84 сопла, особенно, когда дальнейшая рециркуляция промывочной жидкости, проходящей через сопло 94 Вентури, посредством показанной на фиг. 6 оболочки 106 сопла 94 Вентури ограничивается внутри небольшого объема. Оболочка 106, предпочтительно, выполнена таким образом, что охватывает в значительной мере верхнюю часть сопла 94 Вентури, включая горловину 96 и выпускное отверстие 108, с образованием небольшого промежуточного пространства 110, оставляя только относительно небольшой проход 112 в остальное пространство камеры 84 сопла. В одном из возможных вариантов также ограждающая стенка 88 камеры 84 сопла может образовывать оболочку 106.
Как и в предыдущем примере, в одном предпочтительном варианте осуществления изобретения пассивное нагревание заключенного в оболочке 106 промежуточного пространства 110 и, следовательно, циркулирующей в нем промывочной жидкости может осуществляться посредством теплообмена с горячим участком вентиляционной линии 28. На фиг. 6 это показано для примера как теплообмен при помощи соответствующей теплоотводящей трубы 104.
В качестве альтернативы, отдельное сопло 94 Вентури в режиме ожидания является сухим; затем, в известной степени самостоятельно, во время начинающейся вентиляции, благодаря устанавливающемуся перепаду давления происходит всасывание достаточного для функционирования количества промывочной жидкости из предназначенного для этого резервуара, причем, резервуар может находиться даже ниже и вне мокрого скруббера 12. Этот механизм подробно описан в ранее выложенном описании изобретения к неакцептованной заявке DE 10 2013 205525 А1, принадлежащей AREVA GmbH, содержание которой во всей полноте включается в настоящий текст и признается составной частью данной заявки. Такой механизм пассивного заполнения может быть также применен ко всему бассейну 26.
Подобно описанному в связи с вариантом, соответствующим фиг. 3 и 4, функционирование отдельного сопла 94 Вентури может предусматриваться только в ходе пускового режима вентиляционной системы 2, пока бассейн 26 мокрого скруббера 12 еще недостаточно прогрелся, чтобы исключить существенную конденсацию водяного пара. После этого ведущая к соплу 94 Вентури отводная линия 90 может быть перекрыта отсечным клапаном, предпочтительно, при помощи пассивного приводного механизма, подобного описанному в связи с фиг. 3 и 4.
2
Однако, также возможно длительное функционирование отдельного сопла 94 Вентури. В этом случае является особенно предпочтительным, чтобы после начальной фазы и соответствующего нагревания промывочной жидкости 18 в бассейне 26 материальное и, по существу, основанное на различии рабочих температур концепциальное разделение между отдельным соплом 94 Вентури и остальными соплами 40 Вентури (или, в более общем смысле, выпускными соплами 38) в бассейне 26 было ликвидировано. Для этого, например, в перегородках 82, которые отделяют камеру 84 сопла от остальной части бассейна 26, может быть предусмотрено некоторое количество перепускных отверстий 114 (с площадью поперечного сечения, предпочтительно, в диапазоне от 10 до 30 см каждое, чтобы исключить закупоривание), которые сначала закрыты запорными клапанами 116, скользящими заслонками и т.п., а спустя указанное время открываются. Благодаря этому, сначала отдельное сопло 94 Вентури затем, как и другие сопла 40 Вентури, омывается, по меньшей мере, в области горловины 96 и находящихся там впускных отверстий промывочной жидкостью 18 из бассейна 26. Такие перепускные отверстия 114 и запорные клапаны 116 схематично показаны на фиг. 5 и 6.
Срабатывание и функционирование запорных клапанов 116 происходит, предпочтительно, пассивно. Например, запорные клапаны 116 могут быть соединены подпружиненным механизмом открывания, который в начальном состоянии блокирован расположенным в бассейне 26 или, по меньшей мере, термически соединенным с ним легкоплавким сплавом. Как только температура промывочной жидкости 18 в бассейне 26 превышает заданную температуру открывания, легкоплавкий сплав плавится и высвобождает механизм открывания. Вместо пружинного привода и легкоплавкого сплава, разумеется, также возможны различные иные средства открывания и средства привода, из которых здесь лишь в качестве примера можно упомянуть материалы с памятью формы, биметаллы и находящиеся под давлением текучие среды.
На фиг. 7 показан примерный вариант осуществления изобретения, в котором многие описанные выше концепции воплощены совместно предпочтительным образом. Отдельное сопло 94 Вентури со свободным выдуванием расположено в камере 84 сопла, в верхнем, находящемся над уровнем 32 жидкости конце которой в направлении потока установлен сухой фильтр 118. Ограждающая стенка 88 камеры 84 сопла снабжена рядом перепускных отверстий 114 с запорными клапанами 116, находящимися ниже уровня 32 жидкости, которые, например, при помощи легкоплавкого предохранителя блокированы в закрытом положении, и открываются при превышении заданной температуры открывания. Над уровнем 32 жидкости находится одно или несколько дополнительных перепускных отверстий 120, каждое из которых закрыто предохранительной мембраной 122. Предохранительная мембрана 122 открывается под действием заданного перепада давления, например, 500 мбар, если сухой фильтр 118 закупоривается или когда давление (частичного) потока в камере 84 сопла превышает величину, характерную для окончания пускового процесса.
Подаваемая в сопло 94 Вентури часть потока, отводимая от вентиляционного потока 10, в данном примере ответвляется непосредственно от лежащего ниже уровня 32 жидкости распределителя 34, который также обеспечивает подачу в другие сопла 40 Вентури. Установленная в короткой отводной линии или подающей линии 124 предохранительная мембрана 126, открывающаяся при перепаде давления, например, 100 мбар, в состоянии ожидания препятствует перетеканию промывочной жидкости 18 из бассейна 26 через впускные отверстия находящихся в бассейне 26 сопел 40 Вентури в камеру 84 сопла. В начале вентиляции под действием рабочего давления вентиляционного потока 10 предохранительная мембрана 126 разрывается, а также пока предотвращается перетекание значительного количества промывочной жидкости 18. Позднее, благодаря открывшимся запорным клапанам 116, становится возможным поступление промывочной жидкости 18 из бассейна 26 в камеру 84 сопла. Следовательно, в последующем закрытии подающей линии 124 в данном случае нет необходимости. Подобное соединение отдельного сопла 94 Вентури с распределителем 34 также принимается во внимание в других описываемых вариантах с отдельными соплами Вентури. Альтернативной возможностью является размещение надлежащего разветвления линии, предпочтительно, геодезически над уровнем 32 промывочной жидкости, чтобы предотвратить обратный поток
На фиг. 8 представлены две другие дополнительные возможности предупреждения появления в вентиляционной системе 2 легковоспламеняющихся газовых смесей.
Слева на фигуре сопло 94 Вентури представлено в качестве предпочтительного примера выпускного сопла 80, которое, как и сопла 80 Вентури на фиг. 5-7, отделено от промывочной жидкости 18 в бассейне 26 охватывающей его камерой 84 сопла с перегородками 82 и в которое часть потока, отводимая от вентиляционного потока 10, подается, например, по отводной линии 90, ответвляющейся от впускной линии 14 над уровнем 32 жидкости. В качестве альтернативы, подача вентиляционного потока 10 осуществляется по отводной линии, ответвляющейся под уровнем 32 жидкости, возможно, от распределителя 34 и сначала закрытой предохранительной мембраной аналогично варианту, показанному на фиг. 7. Другие обычные сопла 40 Вентури, которые соединены с распределителем 34 и непосредственно погружены в промывочную жидкость 18 в бассейне 26, здесь для ясности изображения не показаны.
Камера 84 левого сопла 94 Вентури охватывает объем, в нижней области которого образуется резервуар 130 с промывочной жидкостью 132, существенно меньший по сравнению с бассейном 26. Резервуар 130 в состоянии готовности может быть сухим или, в предпочтительном альтернативном варианте, заполнен промывочной жидкостью 132 до уровня 134 заполнения, который, предпочтительно, лишь немного выше горловины 96 и расположенных там впускных отверстий сопла 94 Вентури. Сопло 94 Вентури со своими впускными отверстиями для промывочной жидкости 132 погружено в промывочную жидкость 132 резервуара 130, которая гидродинамически и, в известной степени, также термически отделена от промывочной жидкости 18 бассейна 26 перегородками 82.
В начале вентиляции только имеющаяся в резервуаре 130 промывочная жидкость 132 сначала всасывается и циркулирует через сопло 94 Вентури, при этом, она настолько быстро нагревается, что конденсация водяного пара, присутствующего в (частичном) вентиляционном потоке 10, предотвращается.
В более поздний момент времени, когда из-за начавшегося испарения уровень промывочной жидкости 132 в резервуаре 130 может опуститься ниже впускных отверстий сопла 94 Вентури, предусматривается пассивная подпитка промывочной жидкостью 18 из окружающего бассейна 26. Для этого имеется проходящая через перегородку 82 перепускная линия 136 между бассейном 26 и внутренним резервуаром 130, которая вначале закрыта. Затвор 138, предпочтительно, снабжен температурозависимым пассивным средством открывания, открывающим перепускную линию 136, как только температура промывочной жидкости 132 в резервуаре 130 превысит заданную величину, характерную для прекращения конденсации водяного пара.
Поскольку ко времени открытия затвора 138 перепускной линии 136 промывочная жидкость 18 в бассейне 26, как правило, имеет существенно более низкую температуру, чем промывочная жидкость 132 в резервуаре 130, подпитка, предпочтительно, ограничивается степенью, необходимой для функционирования сопла 94 Вентури в мокром режиме эксплуатации. Для этого объем промывочной жидкости 132 в резервуаре 130 поддерживают насколько можно небольшим, добавляемое в единицу времени относительно небольшое количество быстро снова нагревается, так что поддерживается желательная для исключения конденсации пара температуры промывочной жидкости 132 в резервуаре 130. Как показали приблизительные расчеты, при проходящем через отдельное сопло 94 Вентури (частичном) вентиляционном потоке 1 кг/с, от 20 до 200 кг промывочной жидкости в соответствующем резервуаре 130 будет нагреваться достаточно быстро. Эта величина может быть взята за основу при определении размеров соответствующих резервуаров.
Вышеизложенное также справедливо для сопла 94 Вентури, показанного на фигуре справа.
В сопле 94 Вентури, показанном на фиг. 8 слева, перепуск промывочной жидкости 18 из бассейна 26 в резервуар 130 регулируется посредством поплавкового клапана 140 по мере необходимости. Поплавок 142 открывает включенный в перепускную линию 136 клапан каждый раз, когда уровень заполнения резервуара 130 опускается ниже заданного минимального значения, и закрывает в ином случае. В сопле 94 Вентури, показанном на фиг. 8 справа, в качестве альтернативы, в перепускной линии 136 установлен дроссель 144, возможно, в форме дроссельной шайбы, производящий непрерывное бесперебойное дросселирование перепуска и, следовательно, ограничение подпитки.
Затем, в еще более поздний момент времени, также, как описано в связи с фиг. 5-7, отделение сопла 94 Вентури от окружающего бассейна 26 может быть устранена путем разблокирования соответствующих, предпочтительно, постоянных, недросселируемых перепускных отверстий.
Как уже упоминалось, описанные меры могут комбинироваться друг с другом во множестве вариантов. Общим для всех вариантов является то, что основная часть вентиляционного потока 10 направляется через несколько, по меньшей мере частично, погруженных в промывочную жидкость 18 в бассейне 26 выпускных отверстий или сопел 38 (в частности, сопел 40 Вентури), тогда как часть потока направляется в обход этих выпускных отверстий или сопел 38, следовательно, в нем предотвращается снижение температуры, вызывающее конденсацию водяного пара. Эту часть потока направляют либо непосредственно в газовое пространство 48 мокрого скруббера 12, либо, предпочтительно, через сухой фильтр 60 или 118, либо через несколько отдельных выпускных отверстий или сопел 80 (в частности, сопел 94 Вентури). Эти отдельные выпускные отверстия 56 или сопла 80 посредством барьеров из материала и/или термических барьеров изолированы от основной массы промывочной жидкости в бассейне 26, по меньшей мере, термически и, предпочтительно, также гидродинамически, по меньшей мере, в состоянии готовности вентиляционной системы 2, предпочтительно, также в пусковом режиме вентиляции, однако, предпочтительно, не в последующем установившемся режиме вентиляции. Основным критерием переключения является температура промывочной жидкости 18 в бассейне 26.
При этом, достигаемое, например, посредством надлежащего осуществления поперечного сечения потока целевое соотношение объемного расхода части потока к общему потоку в пусковом режиме лежит, например, в диапазоне от 10 до 30%, однако, при неблагоприятном составе газа в защитной оболочке и/или при низком давлении в начале вентиляции также может составлять и вовсе от 50 до 75%. При этом, часть потока, предпочтительно, устанавливают на основании (ожидаемого или прогнозируемого) начального, имеющегося к началу вентиляции, состава газа в защитной оболочке, при условии подержания концентрации водорода в вентиляционной системе в целом менее, примерно, 4% об. и кислорода - менее, примерно, 5% об. или же содержания инертного газа более, примерно, 50-55% об.
Настоящее изобретение охватывает также предельный случай, когда весь вентиляционный поток 10 направляется через отдельное(ые) выпускное(ые) сопло(сопла) 80, следовательно, непосредственно погруженные в бассейн 26 выпускные сопла 38 совсем отсутствуют. Это представляет интерес, в частности, в случае варианта, описанного в связи с фиг. 8.
По окончании пускового режима обычно происходит переход в квазистационарный режим, в котором основные рабочие параметры, такие как давление, температура и скорость вентиляционного потока, за период в несколько часов изменяются лишь незначительно. Это происходит, в частности, когда бассейн настольно разогревается, что устанавливается состояние равновесия, а именно, когда температура в бассейне постоянна, и устанавливается являющееся следствием перегрева/остаточного тепловыделения постоянная скорость испарения, способствующая или, по меньшей мере, поддерживающая инертизацию (квазистационарный, поскольку давление в защитной оболочке медленно снижается).
В настоящем описании неоднократно речь шла о положении выше или ниже уровня 32 промывочной жидкости 18 в бассейне 26 мокрого скруббера 12. При этом, следует учитывать, что имеющий место в состоянии готовности уровень 24 заполнения при последующей вентиляции может в известных пределах изменяться, и следует заранее предусмотреть соответствующие диапазоны колебания, которые покрывают, по меньшей мере, пусковой режим процесса вентиляции.
Мокрый скруббер 12, расположенный, как было описано для примера, внутри защитной оболочки 8, в качестве альтернативы может находиться вне защитной оболочки 8. Упомянутый последним вариант представляет особенный интерес, поскольку температура промывочной жидкости, запас которой находится в бассейне скруббера, как правило, обычно соответствует температуре окружающей среды и не претерпевает предварительного нагревания из-за регистрируемого в случае серьезных аварий увеличения температуры в защитной оболочке.
Вентиляционная система 2 была описана в связи с атомной электростанцией 4, однако, она также может быть применена в других ядерных и неядерных устройствах, в которых в защитной оболочке или в подобном замкнутом объеме может потребоваться сброс давления с одновременной фильтрацией.
Соответствующие изобретению технологические принципы и варианты осуществления компонентов распространяются как на вновь производимые системы, так и на дополнительное оснащение уже существующих систем. Дополнительное оснащение может быть реализовано как внутри имеющихся емкостей, так и путем добавления вновь подсоединяемых емкостей/компонентов.
Как уже упоминалось, в рамках настоящего изобретения вместо сопел Вентури, в принципе, применимы другие типы выпускных отверстий и соответствующие технологии промывки в бассейне, как, например, другие варианты осуществления кольцевых сопел, погружные фильтр-картриджи, статические смесительные элементы или сочетания этих внутренних устройств скруббера.
Обобщая, настоящее изобретение основано на следующих, иногда для примера конкретизированных, исходных положениях, которые при рассмотрении системы представлены согласно фиг. 1:
Газовая смесь, присутствующая в защитной оболочке, поступает по впускной линии мокрого скруббера и направляется в секцию сопел Вентури. Сопла Вентури функционируют, предпочтительно, при высокой скорости потока >200 м/с (относительно области всасывания промывочной жидкости в горловине), предпочтительно, в сочетании с последующим критическим дросселированием.
2
2
Предпочтительно, используются длинномерные или же плоские сопла Вентури с площадью в области горловины от >2 см до 20 см, чтобы свести к минимуму их количество, и одновременно с оптимальными компактными габаритными размерами <3 см по толщине, чтобы гарантировать короткую траекторию промывочной жидкости, и площадью щели для всасывания промывочной жидкости <50% площади горловины под углом от 30 до 90° к оси Вентури для достижения оптимального режима отделения. В определенных случаях также может быть предпочтительным вариант короткого сопла Вентури, расположенного ниже уровня воды, возможно, также с направленным вниз выдуванием.
Отделение аэрозоля происходит посредством контакта с тонкодисперсными каплями воды, которые образуются в ходе пассивного всасывания в горловину сопла Вентури при большой разности скоростей газового потока и промывочной жидкости. Аэрозоль, вступающий в контакт с каплями воды, затем отделяют от этих капель. Для отделения газообразного йода от отходящего газа в промывочную жидкость, предпочтительно, добавляют раствор едкого натра и тиосульфат натрия. В значительной степени благодаря большой поверхности реакции в области горловины сопла Вентури газообразный йод может быть химически связан и оставаться растворенным в промывочной жидкости.
Отделение капель промывочной жидкости от очищенного потока газа происходит, предпочтительно, поэтапно. Благодаря использованию каплеотбойника, часть насыщенной промывочной жидкости отделяется уже на выходе из сопла Вентури. Для дополнительного уменьшения потребности в воде на начальной фазе может осуществляться отделение жидкости в выходной линии сопла Вентури при помощи каплеотбойника и направленное возвращение в область всасывания. Одновременно устанавливается, предпочтительно, очень высокая скорость жидкости в линии, например, от >1 до 3 м/с, и надлежащий унос капель, направляемых на последующее отделение вредных веществ (путем образования реакционных поверхностей).
На последующей стадии с использованием высокоэффективного центробежного сепаратора, который, предпочтительно, представляет собой высокоскоростной пластинчатый сепаратор с высокоскоростной и низкоскоростной ступенями, с более, чем 5, рядами ламелей, предпочтительно, >10, осуществляют количественное отделение промывочной жидкости от газового потока и ее возвращение в бассейн. Равным образом возможно использование в качестве центробежного сепаратора циклона.
На последующей стадии использования каплеуловителя, которая на фиг. 1 схематично показана как фильтр 50 из металлических волокон, который, предпочтительно, заполнен металлическими волокнами со ступенчатым изменением размера от >60 мкм до >8 мкм, может осуществляться дополнительное укрупнение оставшихся тонкодисперсных капель, а также частичное дополнительное отделение тонкодисперсных аэрозолей. Кроме этого, далее по потоку могут быть установлены волоконные маты с более тонким заполнителем или металлокерамический пористый фильтр или картриджи с волокнистой металлической массой.
Эта комбинация достигаемой при помощи последующего критического дросселирования постоянно высокой скорости потока в сопле Вентури и высокой скорости в линии, а также осаждение/ отделение посредством центробежного сепаратора и каплеуловителя делает возможным глубокое отделение >99,9% вес. аэрозолей >1 мкм, одновременно, >99% вес. проникающих тонкодисперсных аэрозолей <1 мкм, а также параллельное отделение >99% вес. йода. К тому же, дополнительно путем покапельного или непосредственного введения химикатов, таких как раствор едкого натра и/или тиосульфат натрия, достигается эффективное поглощение йода. Подключение подачи/дозирования химикатов может осуществляться путем срабатывания под действием перепада давления или при помощи термочувствительного клапана. Путем дополнительного снабжения фильтром из металлических волокон с диаметром волокон до 2 мкм достигается степень отделения аэрозолей до 99,99% даже для относительно тонкодисперсного аэрозоля в зазорах фильтра.
На следующей стадии отделения, которая на фиг. 1 схематично показана как фильтр молекулярное сито 52, отделяют газообразные соединения йода, включая, так называемый, органический йод (например, метилйодид). Фильтр йода состоит, например, из насыпного слоя, содержащего сорбент (сорбент-молекулярное сито), который посредством адсорбции и хемосорбции поглощает и удерживает газообразные соединения йода.
Затем очищенный газовый поток направляют в выпускную линию, а оттуда - в надлежащую вытяжную линию.
Три описанные стадии отделения или соответсвенно задержания могут также быть размещены в интегральном фильтровальном резервуаре или в модульных единицах различного размера. Модульный принцип может быть реализован посредством установления меньших емкостей, содержащих однако все стадии задержания, а также посредством конструкции из расположенных последовательно емкостей. В этом случае стадии задержания распределены по отдельным ёмкостям, однако, также предусматриваются смешанные варианты. Описываемое изобретение направлено на все модульные и интегральные концепции.
Чтобы ограничить температуру содержащих остаточное тепло задержанных радиоактивных аэрозолей и йода посредством испарения воды и обеспечить возможность охлаждения в ходе вентиляции горячих газов до температуры насыщенного пара, требуются большие резервуары с водой. Обезвоживание устройства могло бы поставить под угрозу осуществление функции задержания и стать причиной повторного высвобождения задержанных радиоактивных компонентов.
Поверхность блока скруббера Вентури (предпочтительно, не изолированного термически от окружающей среды) может быть, при известных условиях, использована в качестве поверхности теплообмена с окружающей средой, чтобы располагать имеющейся промывочной жидкостью для более длительного времени работы. В любом случае, при наличии таких приспособлений, как опоры, захваты, проушины, или установке, при необходимости, специальных ребер или подобных им конструкционных элементов, количество передаваемого тепла может быть увеличено от, в среднем, от 30-70 кВт до 100 кВт. Это лежит уже в области промежуточной мощности остаточного тепловыделения, аккумулируемой скруббере Вентури, и свидетельствует о практичности данной установки.
Кроме того, недавние исследования параметров защитной оболочки показали, что в определенных ситуациях могут высвобождаться радиоактивные компоненты с повышенной активностью и, следовательно, выделяться остаточное тепло с аэрозолями и йодом. Таким образом, потребность в воде в скруббере в подобных ситуациях является значительной и обуславливает большие объемы соответствующих устройств. Это означает, что время пуска, то есть, период времени, за который еще холодный скруббер нагревается поступающим вентиляционным газом до надлежащей температуры насыщенного пара, существенно увеличивается.
В время пуска содержание водяного пара в поступающей смеси из-за конденсации в холодном бассейне значительно сокращается, вследствие чего поступающая из защитной оболочки инертизированная паром смесь может снова становиться легковоспламеняющейся. По существу, этот эффект обнаруживается в любом фильтре в ходе вентиляции, поэтому некоторые системы известного уровня техники предварительно частично нагревают. Установленные в защитной оболочке фильтры должны предотвратить проблему конденсации в пусковом режиме. Однако, с установленными в защитной оболочке фильтрами связаны другие отрицательные моменты (отведение остаточного тепла, закупоривание фильтра, повторное испарение связанного в аэрозоле, а также газообразного йода и т.д.), кроме того, возможна значительная стратификация температуры в защитной оболочке, из-за которой никогда нельзя полностью исключить конденсацию пара.
Предпринятое в рамках настоящего изобретения усовершенствование блока скруббера Вентури путем сведения к минимуму уровня горючих газовых смесей, возникающих из-за конденсации пара, имеет существенное значение для достижения более высоких стандартов безопасности соответствующим образом переоснащенных или вновь создаваемых атомных электростанций. Оно делает возможным сокращение начальной фазы без инертизации паром в периоды времени, возникающие в сухих фильтрах вне защитной оболочки или даже в сухих системах, установленных относительно глубоко в защитной оболочке (нижний уровень конструкции), путем простого пассивного и рентабельного варианта конструктивного исполнения скруббера Вентури.
Обобщая, в вариантах изобретения, соответствующих фиг. 2-4, часть потока, необходимая для поддержания инертизации паром над бассейном 26, через отдельно установленный сухой фильтр 60 подают непосредственно в газовое пространство 48.
Сухой фильтр 60 состоит, например, из фильтра аэрозоля и фильтра для газообразных соединений йода. Фильтр аэрозоля состоит, например, из металлической волоконной массы со множеством слоев и малым диаметром волокон - до 2 мкм, чтобы задерживать даже тонкодисперсные частицы. Фильтр йода состоит, например, из сорбента, который посредством адсорбции (физической адсорбции и/или хемосорбции) захватывает и удерживает газообразный йод. Фильтр аэрозоля в этой компоновке целесообразным образом дополнен фильтром йода. В качестве альтернативы, установка также функционирует только с фильтром аэрозоля в качестве сухого фильтра (без стадии фильтрации йода).
Конструктивное решение отдельных стадий разрабатывают на основании ожидаемых в короткий период функционирования масс аэрозоля и йода, а также принимая во внимание допустимые скорости поступающего потока или время пребывания.
Как уже упоминалось, сухой фильтр 60, предпочтительно, функционирует только в течение относительно короткого периода времени, до тех пор, пока в бассейне скруббера не закончится фаза нагревания, и конденсация не будет препятствовать инертизации паром. Этот короткий период времени оставляет, как правило, от 20 до 30 мин.
Затем, предпочтительно, подающую линию закрывают, что может осуществляться при помощи как активных мероприятий, так и пассивных средств (см. фиг. 3 и 4). Активные мероприятия предусматривают, помимо прочего, закрытие клапана в подающей линии вручную, вручную с дистанционным приводом или применение клапана с пневматическим, гидравлическим приводом или приводным двигателем. Пассивные средства включают, помимо прочего, температурозависимые средства с использованием плавкого предохранителя или теплообменника (например, пассивного генератора импульсов), приводящие к закрытию клапана, например, отсечного клапана 62.
Отведение тепла, выделяемого захватываемыми в сухом фильтре 60 аэрозолем или йодом, в начальной фазе осуществляют при помощи пропускаемого частичного потока пара, затем при помощи потока пара из бассейна 26 и содержащихся в нем капель воды.
Обобщая, показанные на фиг. 5 и 6 варианты с применением технологии сопел Вентури другими словами могут быть описаны следующим образом:
Применяемая в рамках изобретения секция сопел Вентури состоит из двух функциональных частей, воплощенных путем разделения бассейна Вентури на первую традиционную часть, состоящую из сопел 40 Вентури, либо свободно продуваемых, либо погруженных, однако, в области всасывания (у горловины 96) полностью окруженных промывочной жидкостью 18, и вторую часть, которая отличается тем, что сопло(сопла) 94 Вентури свободно установлено(ы) в газовом пространстве 86. Подвод промывочной жидкости к соплам 94 Вентури во второй, новой части скруббера Вентури происходит целенаправленно только к горловине 96, через которую всасывается промывочная жидкость, благодаря чему сводится к минимуму закалка и отвод тепла от потока газа через отдельное сопло 94 Вентури.
В состоянии готовности вторая часть поддерживается сухой, а в режиме прохождения потока может быть в кратчайшее время пассивно заполнена промывочной жидкостью. Кроме этого, промывочная жидкость для этой второй части может быть, предпочтительно, (пассивно) предварительно подогрета поступающим из защитной оболочки перегретым газом, благодаря чему конденсация пара в момент ввода сопла 94 Вентури в действие дополнительно сокращается. При этом, возможны различные варианты осуществления теплообменника, например, трубчатый или пластинчатый теплообменник или интегрированный вариант описываемого далее первого, окружающего впускную часть сопла(сопел) 94 Вентури, отдельного бассейна.
Подача к горловине 96 отдельных сопел 94 Вентури может осуществляться либо напрямую по соответствующему трубопроводу, либо посредством создания пассивно всасывающего узла скруббера, который в области впускной части сопла 94 Вентури снабжен отдельным бассейном, представляющим собой, например, устройство в виде ванны малого объема, окружающей сопло, или кольцевой камеры 102, которая, предпочтительно, соединена с другим резервуаром с водой, откуда может осуществляться ее заполнение. Другая возможность указанной подачи состоит в использовании выброса воды из сопел 40 Вентури в остальной части бассейна специально для подачи в соответствующее сухое сопло 94 Вентури и, таким образом, обеспечения необходимого небольшого количества воды для быстрого нагревания и, следовательно, поддержания инертизации паром.
Предпочтительно, выходящую из отдельного(ых) сопла(сопел) 94 Вентури теплую или горячую промывочную жидкость также отдельно рециркулируют, чтобы достичь или поддерживать состояние высокоэффективной, быстрой инертизации паром. При этом, целенаправленно выгодно воздействовать на рециркуляцию может надлежащая оболочка 106 сопла 94 Вентури.
Благодаря описанной концепции удается пополнять и/или поддерживать постоянным в заданном диапазоне уровень жидкости в скруббере и, таким образом, ограничивать затопление всех сопел Вентури, по меньшей мере, во время нагревания всего бассейна.
Описанное ответвление скруббера Вентури в одном из вариантов конструктивного осуществления, предпочтительно, может быть дополнено пассивными элементами, которые по окончании процесса нагревания ликвидируют разделение, после чего весь бассейн 26 неограниченно, прямо и полностью омывает все сопла 40 и 94 Вентури. В одном из таких вариантов осуществления открывающиеся или удаляемые перегородки или затворные клапаны 116 в холодном состоянии могут удерживаться закрытыми, например, при помощи плавкого предохранителя. По достижении в бассейне температуры открывания, предпочтительно, в диапазоне от 85 до 120°С, предпочтительно, около 95°С, легкоплавкий сплав расплавляется и открывает отверстие или проходное сечение, например, перепускное(ые) отверстие(я) 114, для неограниченного прохождения и циркуляции промывочной жидкости. Пассивные элементы для устранения разделения бассейна могут быть реализованы, например, посредством компонентов, работающих с использованием принципа биметаллических материалов и/или материалов с памятью формы и/или термовентилей.
Благодаря целевому дросселированию в области поступления газа может быть пассивно создано движущее давление, которое в сочетании с пассивным регулированием уровня обеспечивает целенаправленное всасывание промывочной жидкости в устройство скруббера Вентури. Необходимое разрежение на всасывании может возникать самопроизвольно благодаря целевому дросселированию и снижению давления в сопле Вентури. При этом, в области поступления газа, например, через сопла, такие как, например, сопла Вентури, форсунки и т.д., создается отрицательный движущий перепад давления >0,1 бар, предпочтительно, при высоком давлении в начале вентиляции >1 бар, относительно питающего резервуара с водой, предпочтительно, основного резервуара скруббера Вентури. При этом, заполнение может осуществляться непосредственно в момент пуска при максимальном движущем перепаде давления.
Установление и регулирование уровня заполнения мокрого скруббера 12 при необходимости может осуществляться посредством поплавкового регулятора уровня, предпочтительно, с нечувствительным к засорению шариковым запором или вращающейся заслонки или при помощи управляемого пассивным генератором импульсов отсекающего элемента. Путем последовательного переключения различных механизмов может быть достигнута высокая надежность заполнения.
Максимальная скорость подачи в сопла Вентури при помощи дросселирующего устройства и принимая во внимание достижимую степень нагревания, предпочтительно, ограничивают так, чтобы парциальное давление пара на выходе из сопел Вентури составляло, по меньшей мере, 0,33 бар, более предпочтительно, от 0,5 до 1 бар с тем, чтобы в газовом пространстве скруббера Вентури в максимально короткое время устанавливались условия инертизации паром.
В другом варианте для заполнения используют имеющийся отдельный резервуар с водой, например, находящийся на уровне земли запасной резервуар с водой. При этом, подачу воды производят при помощи автономного насоса, который приводится в действие посредством аккумуляторного модуля или баллона со сжатым воздухом. При использовании сочетания подобного резервуара с упомянутыми другими резервуарами с водой гарантируется длительный отвод тепла, даже в случае притока в скруббер очень высокой мощности остаточного тепловыделения.
Обобщая, в варианте, соответствующем фиг. 7, обеспечивается сопло 94 Вентури со свободным выдуванием и дополнительным, подключенным ниже по потоку сухим фильтром 94, который, предпочтительно, аналогичен сухому фильтру 60 в вариантах, соответствующих фиг. 2-4.
Сопло 94 Вентури, при этом, размещено в замкнутом объеме, и поступающий частичный поток пара проходит через него без фильтрации. Фильтрация затем временно осуществляется в фильтре 118, расположенном ниже по потоку. После того, как в бассейне 26 достигается необходимая для исключения конденсации пара температура, открывается, например, фиксируемое при помощи легкоплавкого сплава перепускное отверстие 114, в сопло 94 Вентури через короткое время поступает промывочная жидкость 18 из бассейна 26, и автономно осуществляется очистка газа. Предохранительная мембрана 122, расположенная над промывочной жидкостью 18 в боковой ограждающей стенке 88, открывается по достижении более высокого движущего давления, и поток газа поступает в обход (байпас) сухого фильтра 118. С этого момента система сброса давления работает в режиме работы обычных систем сброса давления, известных из уровня техники.
Представленные на фиг. 8 подходы к решению задачи предупреждения появления в вентиляционной системе 2 воспламеняющихся газовых смесей, могут быть обобщены следующим образом:
Оба представленных на фигуре варианта позволяют устранить проблему кратковременного наличия воспламеняющихся газовых смесей посредством того, что количество промывочной жидкости, которое должно разогреться и затем поступить в отдельное сопло 94 Вентури, медленно непрерывно увеличивается.
Процесс вентиляции может быть начат с сухим соплом Вентури или при наличии небольшого резервуара с промывочной жидкостью, покрывающей лишь только горловину сопла Вентури. Это минимальное количество промывочной жидкости за очень короткое, в известной степени, время (обычно, <1 мин) нагревается до, примерно, 85-95°С. С этого момента может осуществляться подача дополнительной промывочной жидкости с точно определенным массовым расходом с целью сохранения этой температуры и, следовательно, поддержания достаточной инертизации паром, примерно, 50% об. До конца периода нагревания, который отличается тем, что во всем имеющемся в распоряжении необходимом для автономной работы резервуаре с промывочной жидкостью не достигнут определенный уровень температуры, массовый расход поступающей из окружающего бассейна промывочной жидкости, предпочтительно, продолжает регулироваться пассивно. В идеальном случае, с определенного таким образом конца периода нагревания доступен и может быть использован весь запас промывочной жидкости.
В первом варианте заполнение отдельного резервуара промывочной жидкостью из окружающего бассейна регулируется посредством поплавкового клапана, который ограничивает уровень заполнения резервуара необходимым минимумом и обеспечивает постоянную подпитку промывочной жидкостью. По достижении определенной температуры в отдельном резервуаре или в окружающем бассейне, срабатывает температурозависимый механизм открывания, который открывает имеющийся затвор.
Во втором варианте заполнение осуществляется через дроссельную заслонку, которая ограничивает расход поступающего потока таким образом, что уровень в отдельном резервуаре увеличивается медленно, и температура имеющейся промывочной жидкости не изменяется. Дроссель, предпочтительно, открывается пассивно, как только достигается начальная температура, достаточно высокая для срабатывания устройства с легкоплавким сплавом, биметаллом, металлом с памятью формы, термореле или подобного пускового устройства.
Список ссылочных позиций
2 Вентиляционная система
4 Атомная электростанция
6 Корпус защитной оболочки
8 Защитная оболочка
10 Вентиляционный поток
12 Мокрый скруббер
14 Впускное отверстие
18 Промывочная жидкость
20 Выпускная линия
22 Емкость
24 Уровень заполнения
26 Бассейн
28 Вентиляционная линия
30 Стенка емкости
32 Уровень жидкости
34 Распределитель
38 Выпускное сопло
40 Сопло Вентури
42 Горловина
44 Сквозное отверстие
46 Выпускное отверстие
48 Газовое пространство
50 Фильтр из металлических волокон
52 Молекулярное сито
54 Отводная линия
56 Выпускное отверстие
58 Разветвление
60 Сухой фильтр
62 Отсечной клапан
64 Линия управления
66 Импульсный передатчик давления
68 Регулировочный клапан
70 Линия управления
72 Газовый баллон
74 Первичная линия
76 Вторичная линия
80 Выпускное сопло
82 Перегородка
84 Камера сопла
86 Газовое пространство
88 Стенка камеры
90 Отводная линия
92 Разветвление
94 Сопло Вентури
96 Горловина
98 Промывочная жидкость
100 Резервуар
102 Кольцевая камера
104 Теплоотводящая труба
106 Оболочка
108 Выпускное отверстие
110 Промежуточное пространство
112 Проход
114 Перепускное отверстие
116 Запорный клапан
118 Сухой фильтр
120 Перепускное отверстие
122 Предохранительная мембрана
124 Подающая линия
126 Предохранительная мембрана
130 Резервуар
132 Промывочная жидкость
134 Уровень заполнения
136 Перепускная линия
138 Затвор
140 Поплавковый клапан
142 Поплавок
144 Дроссель