ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Заявляемая полезная модель относится к области ядерной энергетики и может быть использована в ядерных энергетических установках с реакторами водо-водяного типа.
Известна система пассивного отвода тепла из защитной оболочки, состоящая из теплообменника, подключенного к емкости с запасом теплоносителя по подводящему и отводящему трубопроводам, трубопровода подпитки емкости снабжена пароприемным устройством, размещенным в емкости с запасом теплоносителя и заключается в организации циркуляции по контуру охлаждения таким образом, чтобы до достижения температуры воды в емкости до температур близких к линии насыщения при атмосферном давлении отсутствовали кипение охлаждающей воды в теплообменнике и исключались конденсационные гидроудары в контуре системы. (См. свидетельство на полезную модель №85029, МПК G21С 15/18, 2006)
Недостатками данного технического решения являются:
- необходимость систем активного принципа действия и противоаварийных мер для недопущения полного осушения первого контура, и перевода энергетической установки в безопасное состояние, вследствие того, что система пассивного отвода тепла из защитной оболочки, снижая давление в аварийном помещении, интенсифицирует истечение теплоносителя первого контура из разрыва;
- необходимость создания большого объема подоболочечного пространства для компенсации «залпового» выброса теплоносителя первого контура при разрыве трубопровода первого контура полным сечением;
- увеличенный расход протечек радиоактивной парогазовой среды в окружающую среду за счет повышенного давления в защитной оболочке;
- повышенное образование взрывоопасных гремучих смесей при выходе водорода в аварийное помещение в период «тяжелой» аварии, что происходит вследствие того, что система пассивного отвода тепла из защитной оболочки, конденсируя пар, образующийся при истечении первого контура, уменьшает количество флегмализатора реакции горения водорода которым этот пар является.
Наиболее близка, к заявленной полезной модели, энергетическая установка (См. Патент № SU 1681032, МПК 5 F01K 13/02 от 04.11.1989) содержащая парогенератор с греющим и нагреваемым трактами, первый из которых подключен к источнику тепла циркуляционными трубами с образованием первого контура, а нагреваемый тракт парогенератора соединен с воздушным конденсатором системы пассивного отвода тепла, гидроаккумулируюшую емкость, соединенную с первым контуром, причем последний размещен под герметичной теплоизолированной защитной оболочкой.
Данное техническое решение позволяет преодолеть аварийную ситуацию в энергетической установке с ядерным реактором водо-водяного типа при разрыве трубопровода первого контура без выхода радиоактивности свыше установленных нормативами пределов, используя только средства, основанные на пассивных принципах, при этом за счет того что пар образующийся при истечении первого контура в защитную оболочку не конденсируется, возможность возникновения взрывоопасных гремучих смесей при выходе водорода в аварийное помещение в период «тяжелой» аварии уменьшается.
Недостатками данного технического решения являются:
- необходимость создания большого объема подоболочечного пространства, так как до выравнивания давления внутри первого контура и защитной оболочки происходит истечение теплоносителя, часть которого испаряется, повышая давление внутри защитной оболочки, вследствие отсутствия специальной системы конденсации пара внутри защитной оболочки для обеспечения сохранения ее герметичности
- увеличенный расход протечек радиоактивной парогазовой среды в окружающую среду за счет повышенного давления в защитной оболочке.
- возможность возникновения взрывоопасных гремучих смесей в «тяжелой» аварии.
Технической задачей является создание технического решения, позволяющего преодолеть аварийную ситуацию в энергетической установке с ядерным реактором водо-водяного типа при разрыве трубопровода первого контура.
Техническим результатом решения поставленной задачи является повышение безопасности энергетической установки, а именно снижение утечек радиоактивной парогазовой среды за пределы защитной оболочки и уменьшение возможности возникновения взрывоопасных концентраций гремучих смесей образующихся при выходе водорода в период «тяжелой» аварии при уменьшении габаритов защитной оболочки.
Задача решается тем, что в энергетическая установке, содержащей парогенератор с греющим и нагреваемым трактами, первый из которых подключен к источнику тепла с образованием первого контура, а нагреваемый тракт парогенератора соединен с системой пассивного отвода тепла, гидроаккумулируюшую емкость, соединенную с первым контуром, причем последний размещен под герметичной теплоизолированной защитной оболочкой, внутренняя полость защитной оболочки дополнительно снабжена герметичной перегородкой, разделяющей ее на две части - аварийное помещение и помещение локализации газа, в котором размещены сообщающие их каналы для направления паровоздушной смеси и устройство конденсации пара, выполненное в виде барботера.
Помещение локализации газа расположено вокруг аварийного помещения.
Данное техническое решение позволяет за счет конденсации пара образующегося при истечении теплоносителя первого контура во время выравнивания давлений первого контура и внутренней полости защитной оболочки, обеспечить уменьшение объема в этой полости относительно прототипа. Другим преимуществом данного технического решения является то, что за счет наличия конденсационного устройства, выполненного в виде барботера, удается уменьшить радиоактивность утечки парогазовой смеси и снизить возможность образования гремучей смеси при выбросе водорода во время тяжелой аварии за счет локализации значительной части воздуха в помещении локализации газа, а в аварийном помещении, куда в случае «тяжелой» аварии выходит водород, находится в основном пар и таким образом исключаются условия образования гремучей смеси.
Сущность технического решения поясняется чертежом, представленным на фиг.
Энергетическая установка состоит из парогенератора (1) с греющим и нагреваемым трактами, первый из которых подключен к источнику тепла (2) с образованием первого контура (3), а нагреваемый тракт парогенератора трубопроводами (4) соединен с системой пассивного отвода тепла (5), гидроаккумулируюшую емкость (6), соединенную с первым контуром (3) трубопроводом (7) с установленным на нем обратным клапаном (8). Энергетическая установка размещена под герметичной теплоизолированной защитной оболочкой (9). Внутренняя полость защитной оболочки дополнительно снабжена герметичной перегородкой (10), разделяющей ее на две части - аварийное помещение (11), где располагается все оборудование первого контура, и помещение локализации газа (12), сообщаемые каналом (13) для направления паровоздушной смеси и устройством конденсации пара (14), выполненным в виде барботера, причем помещение локализации газа (12) расположено, вокруг аварийного помещения (11), а устройство для конденсации пара (14) и канал (13) расположены внутри помещения локализации газа (12).
Техническое решение работает следующим образом.
Исходно энергетическая установка работает в штатном режиме. В помещениях внутри защитной оболочки (11, 12) температура, давление и влажность имеют предусмотренные параметры. В устройстве для конденсации пара (14) имеется штатный запас воды. Парогенератор (1) работает в режиме генерации пара, система пассивного отвода тепла (5) отключена от парогенератора и находится в режиме ожидания. Гидроаккумулирующая емкость (6) за счет того, что давление в ней ниже давления в первом контуре (3) отключена от первого контура (3) обратным клапаном (8).
При возникновении исходного события, разгерметизации первого контура (3) происходит истечение теплоносителя первого контура (3) в аварийное помещение (11). Это приводит к снижению давления первого контура ниже уставок аварийной защиты и вызывает: срабатывание аварийной защиты (глушение ядерной реакции деления); включение в работу системы пассивного отвода тепла (5); подключение гидроаккумулирующей емкости (6). Так же, истечение теплоносителя первого контура в аварийное помещение (11) приводит к росту давления, вследствие чего по каналу (13) парогазовая среда проходит из аварийного помещения (11) в конденсационное устройство (14), где пар конденсируется, а газ, барботируемый через слой воды, выходит в помещение локализации газа (12).
После прохождения динамических процессов устанавливается следующее состояние. В энергетической установке устанавливается уровень теплоносителя первого контура, который поддерживается за счет подпитки из гидроаккумулирующей емкости (6). Уровень теплоносителя первого контура в энергетической установке поддерживается достаточным для развития однофазной (водяной) естественной циркуляции теплоносителя в первом контуре (3) через источник тепла (2) и парогенератор (1). При развитом уровне естественной циркуляции теплоносителя первого контура (3) система пассивного отвода тепла (5) эффективно отводит тепло от первого контура через парогенератор (1). Парогазовая среда из аварийного помещения (11), поступает в помещение локализации газа (12) через конденсационное устройство (14), при этом газ выходит в помещение локализации газа (12), а пар конденсируется, разогревая запас воды в конденсационном устройстве (14).
В процессе начальной фазы аварии давление в первом контуре, за счет истечения теплоносителя первого контура снижается, а давление в помещениях под защитной оболочки, по той же причине повышается. В итоге давление в первом контуре выравнивается с давлением внутри защитной оболочки (9). К этому моменту времени мощность остаточных тепловыделений выравнивается с мощностью отводимой системой пассивного отвода тепла (5). Совокупность двух факторов: отсутствие перепада давлений между первым контуром (3) и защитной оболочкой (9) и равенство мощности остаточных тепловыделений образующейся в источнике тепла (2) мощности системы пассивного отвода тепла (5), приводит к прекращению истечения теплоносителя первого контура из разрыва в аварийное помещение (11). Объем воды, запасенной в конденсационном устройстве (14), ограничивает давление внутри защитной оболочки (9) величиной, достаточной для организации требуемого теплоотвода через систему пассивного отвода тепла (5) после осушения гидроаккомулирующей емкости (6).
В дальнейшем мощность, отводимая от первого контура (3) через парогенератор (1) в систему пассивного отвода тепла (5), начинает превышать мощность остаточных тепловыделений, образующаяся в источнике тепла (2). Параметры первого контура (давление, температура и др.) начинают снижаться, что ведет к снижению параметров в защитной оболочке (9) (за счет тепло и массопотерь из защитной оболочки (9)). Так как, защитная оболочка (9) выполнена прочноплотной и теплоизолирована, скорость снижения параметров первого контура превышает скорость снижения параметров в защитной оболочке (9). Тем самым давление в защитной оболочке (9) и первом контуре (3) поддерживается выше давления насыщения при температуре первого контура на выходе из источника тепла (2), что обуславливает отсутствие кипения и, как следствие, отсутствие истечения теплоносителя первого контура в аварийное помещение (11).
После прохождения всех фаз аварийного процесса установка переходит в следующее конечное состояние. Энергетическая установка заглушена и расхоложена до холодного состояния за счет работы системы пассивного отвода тепла (5). Уровень теплоносителя первого контура (3) достаточен для существования однофазной естественной циркуляции теплоносителя первого контура через источник тепла (2) и парогенератор (1). Давление первого контура и давление в защитной оболочке равны атмосферному (или несколько выше за счет роспуска газа при использовании в реакторной установке системы газовой компенсации давления). Отвод остаточных тепловыделений осуществляется при естественной однофазной циркуляции теплоносителя первого контура (3) и работы системы пассивного отвода тепла (5).
Таким образом, данное техническое решение позволяет:
- обеспечить переход энергетической установки в конечное безопасное состояние, используя только пассивные системы и устройства, при меньшем объеме помещений под защитной оболочкой;
- снизить возможность возникновения взрывоопасных концентраций гремучей смеси при выбросе водорода во время «тяжелой» аварии, за счет разделения пара и газа, в барботере. Газ концентрируется в помещении локализации газа, а в аварийном помещении, куда в случае «тяжелой» аварии выходит водород, находится, в основном, пар;
- снизить проектный выброс активности за счет того, что активная парогазовая среда барботируется, через слой воды конденсационного устройства, а так же за счет того, что помещение локализации газа располагается вокруг аварийного помещения, вследствие чего средой контактирующей со стенкой защитной оболочки является атмосфера помещения локализации газа.