СИСТЕМА АВАРИЙНОГО РАСХОЛАЖИВАНИЯ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
SYSTEM OF EMERGENCY COOLING NUCLEAR REACTOR

Изобретение относится к области ядерной техники и может быть использовано в энергетических установках с реактором, охлаждаемым водой под давлением, и предназначено для аварийного расхолаживания, основанного на отводе остаточных тепловыделений.
Известна система пассивного отвода тепла водо-водяных энергетических реакторов в виде отдельного циркуляционного контура, включающего парогенератор и воздушный теплообменник. Отвод остаточных тепловыделений в реакторе осуществляется путем отвода пара из парогенератора в воздушный теплообменник (см., например, патент №200232 RU, опубл. 30.10.1993, кл. МПК G21C 15/18).
Недостатком такой системы является значительные габаритные размеры воздушного теплообменника и вытяжной трубы, обусловленные низкими теплофизическими параметрами воздуха
Известна пассивная система расхолаживания реактора в виде отдельного циркуляционного контура, имеющего дополнительно промежуточный контур охлаждения, включающий теплообменник водяного охлаждения (см., например, патент №52245 RU, опубл. 10.03.2006, кл. МПК G21C 15/18).
Недостатком такой системы является ограниченный диапазон температуры первого контура, при котором система работает эффективно в двухфазном режиме циркуляции промежуточного контура. При понижении температуры первого контура система аварийного отвода тепла переходит в низкоэффективный режим однофазной циркуляции.
Известна система пассивного отвода тепла от ядерного реактора, в которой на линии отвода пара в воздушный теплообменник установлен теплообменник, охлаждаемый водой атмосферного бака (см., например, патент №2067720 RU, опубл. 10.10.1996, кл. МПК G21C 15/18).
Недостатком такой системы являются значительные габариты системы, обусловленные габаритами теплообменника воздушного охлаждения бака с запасом воды.
Известна система аварийного охлаждения реакторной установки, содержащей ядерный реактор, соединенный циркуляционными трубопроводами с парогенератором, снабженным аварийным контуром, состоящим из теплообменной поверхности (поверхностного конденсатора), погруженного в бак с водой (см., например, патент №2050025 RU, опубл. 10.12.1995, кл. МПК G21C 15/18).
Недостатком такой системы являются большие габариты, наличие дополнительного оборудования и арматуры.
По наибольшему числу общих признаков патент №2050025 выбираем за прототип.
Технической задачей является создание системы аварийного расхолаживания ядерного реактора, совмещенной с парогенератором, путем размещения теплообменной поверхности теплообменника аварийного контура в корпусе парогенератора.
Решение технической задачи позволяет уменьшить габариты установки и повысить надежность работы системы расхолаживания за счет сокращения исключения дополнительных корпусов и трубопроводов первого контура с сохранением работоспособности системы аварийного расхолаживания реактора.
Задача решается тем, что в системе аварийного охлаждения ядерного реактора, включающей ядерный реактор, парогенератор, снабженный аварийным контуром, состоящим из теплообменной поверхности, теплообменная поверхность аварийного контура выполнена из теплообменных элементов, аналогичных теплообменным элементам парогенератора и расположенных между теплообменными элементами парогенератора, причем коллектор подвода охлаждающей воды в теплообменные элементы аварийного контура расположен внутри коллектора подвода питательной воды в теплообменные элементы парогенератора, а коллектор отвода охлаждающей воды из аварийного контура размещен в крышке парогенератора.
Теплообменные элементы парогенератора и аварийного контура выполнены в виде змеевиков, которые расположены вокруг центральной трубы, в которой размещены трубы подвода питательной и охлаждающей воды.
Суть технического решения поясняется чертежом, где:
на фиг. 1 показана общая схема системы аварийного расхолаживания;
на фиг. 2 изображена верхняя часть парогенератора с элементами системы аварийного расхолаживания.
Система аварийного расхолаживания ядерного реактора включает ядерный реактор 1, соединенный циркуляционными трубопроводами 2 с парогенератором 4, емкость охлаждающей воды 3, соединенную с атмосферой и расположенной выше парогенератора 4 с размещенном в ней теплообменником-конденсатором 5, который соединен трубопроводами через запорную арматуру с теплообменной поверхностью аварийного контура 17, расположенной в корпусе 6 парогенератора 4.
Парогенератор состоит из корпуса 6 с крышкой 7. Крышка 7 снабжена патрубком 8 и коллектором 9 отвода пара от теплообменной поверхности аварийного контура, а также патрубком 10 и коллектором 11 подвода охлаждающей воды к теплообменной поверхности аварийного контура, который расположен в полости коллектора 12 подвода питательной воды к теплообменной поверхности парогенератора 4 через патрубок 13. Отвод пара от теплообменной поверхности парогенератора осуществлен через коллектор пара 14 и патрубок 15. В корпусе 6 расположены теплообменные элементы 16, образующие теплообменную поверхность парогенератора 4, и теплообменные элементы 17, образующие теплообменную поверхность аварийного контура. Теплообменные элементы 16 и 17 выполнены в виде змеевиков, навитых вокруг центральной трубы 18, в полости которой размещены трубы подвода питательной воды 19 и трубы подвода охлаждающей воды 20.
Требуемые теплогидравлические характеристики теплообменной поверхности аварийного контура обеспечиваются расположением теплообменных элементов 17 на определенном диаметре в расчетном количестве, а также с использованием заходности змеевиков и размеров труб, которые могут отличаться от размеров труб парогенератора.
Система аварийного расхолаживания работает следующим образом.
Во время нормальной эксплуатации реакторной установки теплообменные элементы аварийного контура 17 по внутритрубному пространству осушены и не участвуют в работе в составе парогенератора 4.
При авариях, связанных с невозможностью расхолаживаться штатными системами расхолаживания, теплообменная поверхность аварийного контура работает в составе пассивного канала системы аварийного расхолаживания.
При включении системы в работу происходит открытие запорной арматуры на опускном участке трубопровода от теплообменника конденсатора 5. Вода из него самотеком подается к патрубку 10 подвода охлаждающей воды к теплообменной поверхности аварийного контура, затем через коллектор 11 трубы 20 на вход теплообменной поверхности аварийного контура, в котором подогревается до температуры кипения, испаряется, и через коллектор 9 и патрубок 8 по трубопроводу поступает на вход теплообменника-конденсатора 5. В теплообменнике-конденсаторе 5 пар отдает тепло через теплопередающую поверхность воде, находящейся в емкости 3, связанной с атмосферой, конденсируется, и конденсат самотеком опять поступает к патрубку 10 подвода охлаждающей воды к теплообменной поверхности аварийного контура.
Применение парогенератора со встроенной теплообменной поверхностью аварийного контура позволяет уменьшить габариты установки и повысить надежность работы системы расхолаживания за счет исключения дополнительных корпусов и трубопроводов первого контура с сохранением работоспособности системы аварийного расхолаживания реактора.