СПОСОБ НАПОЛНЕНИЯ ВОДОЙ ОСНОВНОГО КОНТУРА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА И СОЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВНЕДРЕНИЯ УКАЗАННОГО СПОСОБА
METHOD FOR FILLING WATER INTO MAIN CIRCUIT OF NUCLEAR REACTOR AND CONNECTION DEVICE FOR IMPLEMENTING SAID METHOD

Изобретение относится к способу наполнения водой первичного контура и выпуска воздуха из первичного контура (также упоминаемого здесь как основной контур) ядерного реактора с водяным охлаждением после остановки реактора; указанный первичный контур содержит бак, который наполняется водой и в котором находится ядерное топливо. Первичный контур дополнительно содержит, по меньшей мере, одну петлю охлаждения, предназначенную для отвода воды от бака, передачи тепла парогенератору и возврата охлажденной воды в бак; каждый парогенератор соединен с первым боковым отверстием бака с помощью первого жидкостного контура для вытекающей воды и со вторым боковым отверстием бака с помощью второго жидкостного контура для поступающей воды, при этом пара указанных боковых отверстий, к которым относятся первое и второе боковые отверстия, связана с каждой петлей охлаждения.
Первый жидкостной контур петли охлаждения обычно носит название «горячая ветвь», поскольку он транспортирует отбираемую из бака воду в парогенератор, и второй жидкостной контур обычно носит название «холодная ветвь», поскольку он возвращает охлажденную парогенератором воду, обратно в бак. Трубы парогенератора часто имеют перевернутую U-образную форму и обычно носят название «шпильки». Эти трубы погружены в воду замкнутого вторичного контура, которая циркулирует в парогенераторе с целью доведения воды до кипения и подачи пара к турбине, приводящий в движение генератор. Парогенераторы обычно содержат несколько сотен U-образных труб, каждая из которых образована трубой диаметром около сантиметра. Эти трубы обычно расположены выше уровня бака и образуют высокие точки, в которых не может быть удален воздух. Для наполнения этого участка первичного контура требуется специальная процедура.
Каждый из блоков ядерной установки периодически должен останавливаться для выполнения технического обслуживания и дозаправки ядерного топлива. При дозаправке необходимо предотвратить образование больших воздушных пробок, которые могут оставаться в парогенераторах. При повторном запуске реактора, несмотря на то, что объем воздушных пробок значительно уменьшается за счет нагнетания давления в первичном контуре с целью поддержания жидкого состояния воды посредством недопущения ее закипания, эти воздушные пробки циркулируют в контуре с водой, и чрезмерно большие пробки могут повредить главные насосы из-за явления кавитации, вызываемого прохождением большого объема воздуха через насос. Как следствие, а также по химическим причинам перед повторным запуском блока необходимо удалить практически весь воздух, содержащийся в первичном контуре.
Для наполнения первичного контура водой таким образом, чтобы объем захваченного воздуха оставался ниже порогового значения, установленного службами госнадзора по технике безопасности согласно типу установки, существует несколько способов наполнения водой и удаления воздуха из первичного контура энергоблока после его остановки для дозаправки топливом. Первый способ, обычно носящий название «динамический выпуск воздуха», состоит из простого наполнения U-образных труб водой, когда насосы первичного контура запускаются повторно. Воздух, отводимый из U-образных труб, собирается в высших точках первичного контура, например, у крышки бака, откуда он затем удаляется. Эта операция повторяется многократно, после чего выполняется количественная оценка воздуха. Этот способ наполнения и удаления воздуха требует многократного повышения и сброса давления в первичном контуре, что может отрицательно повлиять на механическую прочность бака при долгосрочной эксплуатации, а также требует пуска и остановки главного насоса значительное число раз.
Для увеличения срока службы энергетических установок используется другой способ наполнения, в котором наполнение выполняется после создания вакуума в первичном контуре, при этом ядерное топливо находится на месте внутри бака. Однако этот способ имеет недостатки. В частности, во время фазы сброса давления и фазы наполнения в первичном контуре должен поддерживаться вакуум. В случае притока воздуха или неисправности установки, создающей вакуум, операции должны начинаться повторно. Кроме того, подготовка к созданию вакуума продолжается относительно долго, обычно сотню часов, при этом несколько часов могут быть критичными при составлении графика остановки энергоблока.
Задача изобретения состоит в устранении указанных недостатков, в частности, за счет разработки способа наполнения водой и выпуска воздуха из первичного контура ядерного реактора при его подготовке к повторному запуску, который должен быть менее затратным с точки зрения времени, затрачиваемого на управление, и снижать продолжительность остановки установки при одновременном соблюдении всех правил техники безопасности во время проведения операций с ядерными объектами.
Поставленная задача решена в способе, определенном выше во введении и который согласно изобретению содержит этапы, на которых
a) доводят уровень воды в баке до первого уровня, на котором из каждой петли охлаждения воздух удаляется, по меньшей мере, с помощью одного из указанных соответствующих боковых отверстий, к которым относятся первое и второе боковые отверстия;
b) размещают в баке устройство соединения и жидкостной изоляции, предназначенное для соединения с одним из указанных первого и второго жидкостных контуров каждой петли охлаждения, по существу, для изоляции указанного жидкостного контура по отношению к внутренней стороне бака;
c) нагнетают воду, по меньшей мере, в одну петлю охлаждения в одном из первого и второго жидкостных контуров указанной петли охлаждения, с которой соединено устройство соединения и жидкостной изоляции, с расходом, предусмотренным для наполнения указанной петли охлаждения водой, при этом осуществляется удаление воздуха из парогенератора;
d) прекращают указанное нагнетание воды после того, как вода, вытекающая в бак из каждой петли охлаждения, поднимет уровень воды до второго уровня, на котором все из указанных первого и второго боковых отверстий бака полностью погружены в воду; и
e) удаляют устройство жидкостного соединения.
Благодаря выполнению указанных этапов наполнение первичного контура водой не требует выполнения цикла нагнетания давления и последующего сброса давления. Это увеличивает срок службы бака. К тому же, включение насосов первичного контура не является обязательным, что уменьшает объем технического обслуживания этих насосов. Среди прочих преимуществ следует отметить, что способ, в общем, не требует модификации существующих элементов установки для внедрения способа в стандартную установку необходимо только добавить устройство соединения и жидкостной изоляции. Кроме того, внедрение способа требует намного меньше времени по сравнению с известными способами, упомянутыми выше. Это время, к примеру, может быть уменьшено примерно до 12 часов некритичной подготовки плюс 2-3 часа на установку.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления способа изобретения используются, по меньшей мере, одна или несколько из следующих компоновок:
первичный контур, содержащий множество N петель охлаждения, соединенных с баком; устройство соединения и жидкостной изоляции, устанавливаемое на этапе b), может соединяться с группой из N боковых отверстий бака, включающей в себя первую группу из N указанных первых боковых отверстий и вторую группу из N указанных вторых боковых отверстий; это позволяет получить одно устройство для соединения и жидкостной изоляции для соединения с комплектом первых жидкостных контуров (горячие ветви) и с комплектом вторых жидкостных контуров (холодные ветви);
устройство для соединения и жидкостной изоляции имеет такую конструкцию, что на этапе c) вода, нагнетаемая в жидкостной контур, течет к по меньшей мере одному другому жидкостному контуру такого же типа, проходя через внутреннюю полость устройства соединения и жидкостной изоляции; что позволяет нагнетать воду в единственную петлю охлаждения на уровне горячей ветви или холодной ветви и обеспечивать наполнение по меньшей мере одной другой ветви такого же типа горячей или холодной, соединенной с указанным устройством, благодаря прохождению воды из ветви нагнетания в указанную по меньшей мере одну другую ветвь посредством устройства для соединения и жидкостной изоляции;
нагнетание воды на этапе c) выполняется с помощью аварийного контура нагнетания, который соединен с указанным жидкостным контуром и выполнен с возможностью нагнетания воды в случае аварийной потери воды в первичном контуре во время эксплуатации ядерного реактора; это обеспечивает использование контура нагнетания, уже существующего в установке и, в общем, содержащего резервуар с водой и систему нагнетательных насосов, тем самым, исключая дорогостоящие модификации;
на этапе b) устройство для соединения и жидкостной изоляции соединяется с каждым указанным первым боковым отверстием бака; это, по существу обеспечивает изоляцию каждого первого жидкостного контура по отношению к внутренней стороне бака;
на этапе c) нагнетание воды в N петель охлаждения выполняется из одного контура нагнетания;
используется устройство для соединения и жидкостной изоляции, которое, по существу, закупоривает, по меньшей мере, одно боковое отверстие, связанное с жидкостным контуром, с которым соединено устройство;
способ наполнения водой применяется для первичного контура, в котором указанный парогенератор содержит некоторое количество труб для транспортирования воды, каждая из которых содержит два вертикальных участка трубы, соединенных друг с другом U-образно; нагнетание воды выполняется на этапе c) при расходе, который превышает заданный расход или равен заданному расходу, достаточному для того, чтобы во всех трубах каждого парогенератора вода поднималась в первом из двух вертикальных участков трубы и опускалась во втором вертикальном участке трубы, удаляя при этом воздух из трубы.
Поставленная задача также решена в устройстве для соединения и жидкостной изоляции, предназначенном для осуществления указанного способа, содержащем согласно изобретению:
систему позиционирования и направления, содержащую, по меньшей мере, две телескопических стойки, каждая из которых оборудована основанием, предназначенным для фиксированного позиционирования относительно бака;
центральный кожух, который поддерживается системой позиционирования и направления и может перемещаться с помощью указанной системы, по существу, в вертикальном направлении для опускания в бак; и
N телескопических соединительных элементов, смонтированных на центральном кожухе так, что каждый из них может быть обращен к соответствующему боковому отверстию из группы N боковых отверстий бака и каждый телескопический соединительный элемент может выдвигаться для соединения с указанным соответствующим боковым отверстием.
Благодаря такой компоновке после удаления из бака ядерного топлива и регулирующих стержней устройство для соединения и жидкостной изоляции можно установить сверху бака, точно позиционируя основания системы позиционирования и направления в местах, для которых заданы угловые положения относительно оси бака, например, с помощью поворотной платформы, расположенной в верхней части оболочки реактора, без необходимости начального регулирования высоты при позиционировании телескопических соединительных элементов.
В предпочтительных вариантах осуществления устройства для соединения и жидкостной изоляции согласно изобретению используются одна или несколько компоновок из следующих компоновок:
каждый из нескольких телескопических соединительных элементов содержит внутренний канал, обеспечивающий прохождение среды между указанным соответствующим боковым отверстием и внутренним пространством центрального кожуха; это позволяет ветвям одного типа, например, горячим ветвям, сообщаться друг с другом с помощью устройства для соединения и жидкостной изоляции, с которым соединены эти ветви;
устройство для соединения и жидкостной изоляции содержит общий исполнительный механизм, расположенный внутри указанного центрального кожуха и предназначенный для совместного приведения в действие N телескопических соединительных элементов; это упрощает конструкцию механизма;
указанный исполнительный механизм содержит поворотно-регулируемую втулку, соединенную штангами с N телескопическими элементами, причем каждая штанга шарнирно соединена с втулкой и поступательно перемещающейся частью телескопического элемента; это позволяет получить простую и компактную конструкцию исполнительного механизма, даже когда предусмотрено более двух телескопических элементов;
указанная втулка соединена с возможностью вращения с приводной штангой, герметично проходящей сквозь центральный кожух, при этом указанная приводная штанга вращается с помощью управляющего средства, поддерживаемого системой позиционирования и направления; это позволяет использовать управляющее средство, например, электродвигатель, без риска погружения в воду в баке.
Другие отличительные характеристики и преимущества станут понятными из приведенного ниже описания некоторых неограничивающих примеров осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На Фиг.1 схематично показан ядерный реактор, в котором установлено устройство для соединения и жидкостной изоляции, предназначенное для осуществления способа наполнения водой и удаления воздуха согласно изобретению, частичный вид в вертикальном разрезе;
на Фиг.2 схематично показан ядерный реактор, изображенный на Фиг.1, где устройство для соединения и жидкостной изоляции было опущено и соединено с горячими ветвями первичного контура, частичный вид в разрезе;
на Фиг.3 схематично показано устройство для соединения и жидкостной изоляции в том же состоянии соединения, что и на Фиг.2, но на более поздней стадии осуществления способа наполнения водой и удаления воздуха согласно изобретению, где вода нагнетается в горячие ветви с помощью существующего аварийного контура нагнетания, увеличенный вид;
на Фиг.4 схематично показан ядерный реактор с четырьмя петлями охлаждения, где устройство для соединения и жидкостной изоляции согласно изобретению соединяет горячие ветви первичного контура друг с другом на этапе способа согласно изобретению, где вода нагнетается с помощью одного из аварийных контуров нагнетания установки, частичный вид сверху в горизонтальном разрезе;
на Фиг.5 представлена схема наполнения труб парогенераторов с использованием способа наполнения водой и удаления воздуха согласно изобретению; показаны параметры, которые должны приниматься в расчет при определении достаточного расхода;
на Фиг.6 схематично показано устройство для соединения и жидкостной изоляции, оборудованное общим исполнительным механизмом для совместного приведения в действие телескопических соединительных элементов, частичный вид сверху в горизонтальном разрезе.
На Фиг.1 показан вид в разрезе бака 2 ядерного реактора по плоскости, проходящей через вертикальную ось бака, и две петли 11 и 12 охлаждения первичного контура, которые соединены с баком через боковые отверстия бака. Каждая охлаждающая петля содержит парогенератор 6, соединенный с первым боковым отверстием 21 бака с помощью первого жидкостного контура 3 для вытекающий воды, обычно именуемого как «горячая ветвь», и со вторым боковым отверстием 22 бака с помощью второго жидкостного контура 4 для поступающей воды, обычно именуемого как «холодная ветвь». Каждая холодная ветвь содержит насосную систему 5, которая обеспечивает циркуляцию воды в охлаждающей петле от горячей ветви к холодной ветви.
Одна из охлаждающих петель оборудована устройством 8 для поддержания давления, которое повышает давление воды в первичном контуре во время эксплуатации, например, до давления порядка 150 бар. Когда реактор находится в эксплуатации, бак перекрывается крышкой, сквозь которую герметично проходят подвижные штанги, именуемые регулирующими стержнями. Вода удерживается под давлением в герметичном первичном контуре.
Парогенераторы 6 передают тепло от первичного контура к вторичному контуру (не показан на фигуре). Каждый генератор, к примеру, может иметь высоту 20 метров, диаметр 4 метра и массу 350 тонн. Для обеспечения очень большой плоскости поверхности теплопередачи вода первичного контура циркулирует в пучке, состоящем из сотен или даже тысяч тонких труб 7, погруженных во вторичную среду, циркулирующую в баке парогенератора. Внутренний диаметр трубы 7 обычно составляет 1 см. Каждая труба 7 содержит два вертикальных участка 7A и 7B трубы, соединенных друг с другом и образующих U-образную форму, и пучок труб содержит группу перевернутых U-образных труб различной высоты для оптимизации общей площади поверхности теплообмена, как показано на Фиг.5.
После остановки реактора для выполнения технического обслуживания и, в частности, для дозаправки топлива, крышки бака и механизм регулирующих стержней, масса которых может составлять более 100 тонн, демонтируются с бака и устанавливаются в положенное для этого место. Способ наполнения водой и выпуска воздуха по изобретению применяется сразу же после установки крышки в положенное место и удаления топлива из бака.
Согласно заявленному способу используется устройство для соединения и жидкостной изоляции, основная функция которого состоит в фактической изоляции комплекта ветвей одного типа от внутренней стороны бака, т.е. комплекта горячих ветвей или комплекта холодных ветвей. «Фактическая изоляция» означает изоляцию, которая может быть полной, так чтобы жидкостной контур, например, горячая ветвь, был полностью защищен от сообщения с внутренней стороной бака, а также означает изоляцию, которая может быть неполной, так чтобы создавался проход для продувки воздуха, например, отверстие в конце жидкостного контура на уровне бокового отверстия бака. Пример неполной изоляции описывается ниже в отношении варианта осуществления, в котором устройство для соединения и жидкостной изоляции использует телескопические уплотнительные элементы, в которых расположены такие каналы для продувки воздухом.
В приведенном ниже описании, прежде всего, подробно представлен вариант осуществления, в котором используется устройство 30 для полной изоляции комплекта горячих ветвей 3 по отношению к внутренней стороне бака. Выбор горячих ветвей связан с тем, что входы холодных ветвей в бак, в общем, недоступны в большинстве реакторов с водяным теплоносителем. Фактически, эти входы могут быть закрыты внутри бака кожухом, собранным внутри бака и направляющим поступающую воду к нижней части бака. Кроме того, для насосной системы 5 может быть предпочтительным, если наполнение парогенератора 6 в каждой петле охлаждения 11-14 осуществляется в одном направлении потока при перекачивании во время эксплуатации.
Описание относится к первичному контуру, содержащему несколько петель охлаждения, но способ может также может применяться на установке, содержащей одну петлю охлаждения, и в этом случае устройство для соединения и жидкостной изоляции предназначено для перекрывания бокового отверстия бака, связанного с одной горячей ветвью или одной холодной ветвью.
При наполнении водой для эффективного отвода воздуха из петли охлаждения, удаляемого из U-образных труб 7 парогенератора 6 петли, желательно, чтобы ветвь, по которой удаляется воздух, действовала как воздушный канал, так чтобы выпускаемый воздух не препятствовал наполнению водой сегмента ветви. В связи с этим способ по изобретению содержит первый этап регулирования уровня воды в баке до первого уровня, расположенного таким образом, чтобы для каждой петли охлаждения, по меньшей мере, боковое отверстие, связанное с ветвью, по которой выпускается воздух, подвергалось воздействию воздуха. Когда боковые отверстия бака, в общем, расположены на одинаковой высоте в большинстве технических средств, они все будут подвергаться воздействию воздуха, как только уровень воды в баке будет отрегулирован. Указанный первый уровень необязательно должен быть точно задан, поэтому допускаются изменения от одной операции наполнения до другой до тех пор, пока боковые отверстия подвергаются воздействию воздуха.
В первом варианте осуществления способа наполнения, применяемом в реакторе, схематично показанном на Фиг.1-4, уровень 20 воды в баке доводится до первого уровня, расположенного таким образом, чтобы отверстия 22, связанные с холодными ветвями 4 (Фиг.3, Фиг.4), подвергались воздействию воздуха, и эти отверстия 22 расположены на такой же высоте, как и отверстия 22, связанные с горячими ветвями 3.
На Фиг.1 устройство 30 для соединения и жидкостной изоляции расположено по отношению к баку в точно заданном угловом положении относительно вертикальной оси бака и на высоте, которая еще не отрегулирована. Для углового позиционирования устройства 30, поскольку крышка бака демонтирована, преимущественно можно использовать направляющие колонки 26, которые смонтированы на баке и выступают за сопрягаемую поверхность 25 бака (Фиг.3). Эти колонки 26 служат для направления крышки на место ее размещения на сопрягаемой поверхности 25. Благодаря конструкции точно известны угловые положения осей отверстий 21 и 22 бака относительно осей колонок 26. Устройство 30 преимущественно может быть снабжено устройством 31 позиционирования и направления, содержащим позиционирующие отверстия, которые соответствуют колонкам 26.
В настоящем варианте осуществления система 31 позиционирования и направления содержит, по меньшей мере, две телескопические стойки 310, предназначенные для фиксируемого позиционирования относительно бака 2, причем эта система поддерживает центральный кожух 32 (Фиг.2). На центральном кожухе 32 установлены N телескопических соединительных элементов 321 в таком же количестве, как и количество петель охлаждения в первичном контуре. Каждая телескопическая стойка 310 оборудована основанием 312, предназначенным для размещения на опорном фланце 27, жестко прикрепленном к баку, или на участке резервуара строения, в котором размещен бак, и исполнительным механизмом 311 для изменения положения по высоте системы 31 позиционирования и направления, по существу, в вертикальном направлении. Это обеспечивает вертикальное перемещение центрального кожуха 32 для его опускания в бак в положение, подготовленное для соединения, по существу, на таком же уровне, что и уровень боковых отверстий 21, связанных с горячими ветвями.
Позиционирование по высоте системы 31 управляется, к примеру, с помощью датчиков, которые используют сопрягаемую поверхность 25 бака в качестве точки отсчета для точного позиционирования каждого телескопического соединительного элемента 321 на заданном вертикальном расстоянии относительно сопрягаемой поверхности, при этом указанное расстояние устанавливается таким образом, чтобы телескопический элемент был точно выровнен по оси с боковым отверстием бака, с которым он должен быть соединен. Сопрягаемая поверхность бака реактора, в общем, практически является плоской и строго горизонтальной. Допустимые отклонения по плоскости составляют, к примеру, приблизительно пять десятых миллиметра для бака диаметром четыре метра. Сопрягаемая поверхность является надежной точкой отсчета для позиционирования по высоте комплекта телескопических элементов 321.
В положении, подготовленном для соединения, каждый из N телескопических соединительных элементов 321 обращен к соответствующему боковому отверстию 21 бака и каждый из них может быть задействован для соединения с отверстием 21.
Устройство 30 для соединения и жидкостной изоляции преимущественно содержит стандартный исполнительный механизм 320, расположенный внутри центрального кожуха 32 и предназначенный для совместного приведения в действие N телескопических соединительных элементов 321 (Фиг.6). В варианте осуществления, показанном на Фиг.6, механизм 320 содержит поворотно-регулируемую втулку 325, соединенную с двумя телескопическими элементами 321 с помощью штанг 324, при этом каждая штанга шарнирно соединена с втулкой 325 и поступательно перемещающейся частью телескопического элемента. В варианте осуществления, показанном на Фиг.4, механизм также содержит поворотно-регулируемую втулку 325, соединенную с четырьмя телескопическими элементами 321 с помощью четырех шарнирных штанг. Преимущественно втулка 325 может быть соединена с возможностью вращения с приводной штангой 323, герметично проходящей сквозь центральный кожух 32 (Фиг.3). Приводная штанга 323 этого типа приводится в действие с возможностью вращения с помощью управляющего средства 33, например, с помощью электродвигателя, поддерживаемого системой 31 позиционирования и направления.
Также преимущественно на телескопических элементах 321 могут быть установлены надувные кольцевые уплотнения 322 для обеспечения герметичного соединения между каждым элементом 321 и боковым отверстием 21 бака. Последовательно перемещающаяся часть телескопического элемента имеет наружный диаметр меньше внутреннего диаметра бокового отверстия 21. До тех пор, пока устройство 30 остается в убранном положении, как показано на Фиг.6, надувные уплотнения 322 остаются в ненакачанном состоянии. Когда соединительное устройство 30 выдвигается, передний участок каждого телескопического элемента 321 вставляется в боковое отверстие 21, оставляя определенное радиальное пространство. Надувные уплотнения 322 могут быть накачаны для образования уплотнения.
Устройство 30 для соединения и жидкостной изоляции в присоединенном состоянии показано на Фиг.2, 3 и 4. В показанном варианте осуществления каждый телескопический соединительный элемент 321 включает в себя внутренний канал, который позволяет среде перемещаться между соответствующим боковым отверстием 21 и пространством внутри центрального кожуха 32 устройства 30. Таким образом, вода может циркулировать по устройству 30 между ветвями, которые соединены с устройством и являются здесь горячими ветвями 3.
Поскольку комплект горячих ветвей изолирован от внутренней стороны бака с помощью устройства 30, первичный контур может быть наполнен водой посредством нагнетания воды в горячие ветви до тех пор, пока петли охлаждения не будут полностью наполнены. Вода нагнетается, к примеру, с помощью контура 50 нагнетания, соединенного с одной горячей ветвью, поскольку вода будет постепенно наполнять все горячие ветви, проходя через центральный кожух 32 и телескопические элементы 321. В установке с четырьмя петлями охлаждения (Фиг.4) узел, образованный кожухом 32 и элементами 321, напоминает по форме букву X и по этой причине может носить название «наполнительная крестовина».
Контур 50 нагнетания преимущественно может использовать аварийную систему нагнетания, обычно носящую название SIS, которая может нагнетать воду в случае потери воды в первичном контуре во время эксплуатации реактора. Большинство существующих установок включают в себя, по меньшей мере, одну такую аварийную систему нагнетания, которая, в общем, содержит резервуар с водой, расположенный снаружи или внутри оболочки реактора, и насосы низкого давления и высокого давления для аварийного нагнетания воды.
На этапе нагнетания воды по способу изобретения насосы аварийного нагнетания воды низкого давления преимущественно используются в качестве системы 52 насосов для нагнетания воды из аварийного бака 51 в горячую ветвь 3 с помощью входа 53 для нагнетания, расположенного на горячей ветви и постоянно соединенного с системой 52 насосов (Фиг.3). Фактически для воздействия на воду с целью ее подъема в U-образные трубы парогенераторов насосы должны обеспечивать определенный расход, как объясняется ниже. Понятно, что в первичном контуре присутствует атмосферное давление, поскольку в холодных ветвях 4 воздух отводится в воздух, находящийся в баке.
Контур 50 нагнетания необязательно должен быть аварийным контуром нагнетания. В добавление или в качестве альтернативы SIS-системе можно использовать систему регулирования химического состава и объема, обычно упоминаемую как CVC, которая служит для поддержания необходимого количества воды в первичном контуре для охлаждения активной зоны. CVC-система обычно содержит контур нагнетания, также носящий название контур загрузки, и контур опорожнения, также носящий название контур выпуска, для регулирования объема воды в первичном контуре. Контур загрузки и его систему насосов можно использовать в качестве контура 50 нагнетания.
Первичный контур может быть оборудован несколькими входами 53 для нагнетания воды, соединенными с нагнетательными насосами, и в зависимости от конфигурации установки могут использоваться несколько входов для нагнетания, если это предпочтительно для обеспечения достаточной скорости нагнетания.
Как показано на Фиг.3 и Фиг.4, вода, нагнетаемая в горячую ветвь 3, проходит в другие горячие ветви через «наполнительную крестовину». Уровень 70 воды в вертикальных участках 7A труб 7 парогенераторов повышается до тех пор, пока он не достигнет вершины самых высоких U-образных трубок, и затем вода опускается по вертикальным участкам 7B труб к холодным ветвям 4 для протекания в бак 2. Воздух, присутствующий в U-образных трубах 7, проходит в холодные ветви, откуда он может выходить в бак через боковые отверстия 22.
На Фиг.5 видно, что наполнение всех U-образных труб парогенераторов предусматривает соблюдение определенных условий по расходу воды. Фактически, в пучке перевернутых U-образных труб различной высоты трубы 71, имеющие наибольшую высоту, не могут заполняться полностью, если расход воды в горячей ветви является недостаточным. В таких случаях вода будет циркулировать только по группе других труб 72, которые не являются высокими, и уровень 70 воды в трубах 71, имеющих наибольшую высоту, будет оставаться на относительной высоте h, что является недостаточным для прохождения воды через верхние части U-образных труб.
За счет увеличения расхода при нагнетании эффективный расход будет увеличиваться и, следовательно, уменьшаются потери напора в более низких трубах 72, что способствует постепенному подъему воды в самых высоких трубах 71. Выше определенного расхода при нагнетании вода достигает верхних участков практически всех наиболее высоких U-образных труб и опускается на сторону холодных ветвей, обеспечивая при этом относительно низкий расход воды в наиболее высоких U-образных трубах. Расход при нагнетании воды может увеличиваться для роста различных расходов в трубном пучке, но при этом следует соблюдать осторожность во избежание создания слишком высокого расхода при нагнетании, что могло бы привести к потерям напора в наиболее высоких U-образных трубах и препятствовать подъему воды до верхних участков труб. Для указанной конфигурации труб потери напора пропорциональны квадрату расхода. Для каждой другой конфигурации установки может предусматриваться диапазон расходов при нагнетании или даже оптимальный расход при нагнетании, которые могут быть получены посредством экспериментальных испытаний или математического моделирования. Количество используемых контуров нагнетания можно определить на основе соответствующих расходов при нагнетании.
В непоказанном варианте осуществления может быть предусмотрено устройство 30 для соединения и жидкостной изоляции и в котором, по меньшей мере, один из N телескопических соединительных элементов 321 может закупоривать боковое отверстие бака, с которым он соединяется. Это предусматривает нагнетание воды в соответствующую петлю охлаждения для наполнения петли. Например, в реакторе ERR™, имеющем четыре петли охлаждения с отдельным контуром нагнетания для каждой горячей ветви петли, может быть предусмотрено устройство 30 для соединения и жидкостной изоляции, содержащее четыре телескопических уплотнительных элемента, каждый из которых выполняет роль пробки, перекрывающей соответствующее боковое отверстие бака. Наполнение водой может осуществляться посредством совместного приведения в действие систем насосов для четырех контуров нагнетания и регулирования расходов насосов, так чтобы четыре петли охлаждения наполнялись примерно с одним и тем же расходом. Как вариант, одна система насосов, имеющая высокий расход, могла быть соединена с четырьмя входами для нагнетания горячих ветвей.
Также может быть предусмотрено устройство 30 для соединения и жидкостной изоляции, содержащее, по меньшей мере, один телескопический закупоривающий элемент и, по меньшей мере, два телескопических незакупоривающих элемента, позволяющих соответствующим горячим ветвям сообщаться друг с другом. Это может обеспечивать преимущество в конфигурации, где можно было бы использовать, по меньшей мере, два входа для нагнетания в горячие ветви, соединенные с разными системами насосов, так чтобы система насосов, имеющая больший расход питала, по меньшей мере, две горячие ветви через один вход для нагнетания, и система насосов, имеющая наименьший расход, питали одну горячую ветвь.
Как указано в начале данного описания, устройство для соединения и жидкостной изоляции необязательно должно полностью изолировать комплект ветвей одного типа от внутренней стороны бака. Например, в качестве версии указанного варианта осуществления можно использовать телескопические, по существу, закупоривающие элементы, каждый из которых снабжен, по меньшей мере, одним каналом для выпуска воздуха, например, дроссельным отверстием, через которое небольшое количество воды, нагнетаемой в соответствующую ветвь во время этапа нагнетания воды, может непосредственно попадать в бак без прохождения через парогенератор. В зависимости от конфигурации труб горячих ветвей в местах их соединений с баком такие дроссельные отверстия для выпуска воздуха фактически могут использоваться для предотвращения захвата воздуха в горячую ветвь в непосредственной близости от телескопического элемента, закупоривающего ветвь. Положение фактически могло бы стать критическим, если бы захваченный воздух не перемещался в бак после удаления устройства для соединения и жидкостной изоляции.
Канал для выпуска воздуха, к примеру, мог бы быть образован посредством размещения частично углового надувного уплотнения 322 на телескопическом уплотнительном элементе, оставляя небольшой проход для воздуха между наружной поверхностью телескопического элемента и обращенной к нему внутренней стенкой трубы горячей ветви. Канал (каналы) для выпуска воздуха телескопического уплотнительного элемента мог бы иметь такие размеры, чтобы расход воды, выпускаемой непосредственно в бак, не превышал относительно небольшую величину расхода воды, нагнетаемой в ветвь во время этапа нагнетания воды, например, несколько процентов. Это позволяет поддерживать достаточный расход воды в ветви в направлении парогенератора, в то же время не повышая слишком быстро уровень воды в баке во избежание закрывания отверстий, связанных с холодными ветвями, прежде чем не будет закончено наполнение холодных ветвей.
Кроме того, в вариантах, где устройство для соединения и жидкостной изоляции позволяет горячим ветвям сообщаться друг с другом, в устройстве может быть предусмотрено, по меньшей мере, одно дроссельное отверстие выпуска воздуха, например, в центральном кожухе 32, во избежание риска перемещения объема турбулентного воздуха в устройстве на более поздней стадии к горячей ветви и его захватывания в парогенераторе в конце этапа нагнетания воды.
В другом непоказанном варианте осуществления может быть предусмотрено основное или вспомогательное нагнетание воды для непосредственной подачи воды внутрь устройства 30 для соединения и жидкостной изоляции, например, с помощью жесткого или гибкого трубопровода, герметично соединенного с центральным кожухом 32 устройства 30, чтобы вода, нагнетаемая по этой траектории, наполняла горячие ветви посредством прохождения через телескопические соединительные элементы 321, когда они предназначены для прохождения среды.
В описанных выше вариантах осуществления после наполнения парогенераторов из горячих ветвей 3 вода протекает в бак из каждой петли охлаждения и обеспечивает увеличение уровня воды до тех пор, пока холодные ветви 4 не будут полностью наполнены, как только боковые отверстия 22 будут полностью погружены в воду. Горячие ветви 3, которые здесь находятся на одинаковой высоте, также находятся ниже уровня воды в баке, и этап нагнетания воды может быть остановлен. Разумеется, в конфигурации, где горячие ветви находятся выше холодных ветвей, необходимо подождать до тех пор, пока боковые отверстия 21, связанные с горячими ветвями, не погрузятся в воду для прекращения нагнетания воды без риска попадания воздуха в петли охлаждения. В общем, нагнетание воды прекращается, когда в баке достигается второй уровень воды, и в этот момент первое и второе боковые отверстия, связанные с каждой петлей охлаждения, полностью погружаются в воду. Можно использовать датчики уровня воды, установленные в баке, для инициирования прекращения нагнетания воды.
Устройство 30 для соединения и жидкостной изоляции может быть поднято из воды и удалено из бака без попадания воздуха в петли охлаждения. Объем воды, вытесненный в результате удаления устройства, может быть принят в расчет в случаях, когда это ведет к значительному падению уровня воды в баке, так чтобы обеспечить достаточно высокий указанный второй заданный уровень. На практике существует широкий диапазон уровня воды между верхней частью боковых отверстий 21, связанных с горячими ветвями, и сопрягаемой поверхностью бака, например, порядка метра. Второй уровень мог бы быть на несколько сантиметров или даже несколько десятков сантиметров выше боковых отверстий 21.
Когда первичный контур наполняется водой с помощью способа, описанного выше, и является герметичным, вода, имеющаяся в первичном контуре и, в частности, в парогенераторах на большей высоте, чем уровень в баке, не может перемещаться к баку при удаленном устройстве 30. Работы по техническому обслуживанию ядерного реактора могут продолжаться до тех пор, пока реактор не будет снова запущен, без риска попадания воздуха в первичный контур до тех пор, пока вода в баке удерживается выше уровня боковых отверстий бака, связанных с петлями охлаждения.
Вышеприведенное описание относится к ядерному реактору, в котором теплоноситель первичного контура, по существу, состоит из воды. Однако понятно, что способ изобретения не ограничивается до наполнения специальным теплоносителем и может быть внедрен в установках, в которых используются другие теплоносители. Термин «вода» следует понимать в общем смысле как указание на теплоноситель в жидком состоянии.