КОНТУР МНОГОКРАТНОЙ ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ ЯДЕРНОГО КАНАЛЬНОГО РЕАКТОРА

Полезная модель относится к области эксплуатации ядерных канальных реакторов, касается в частности контура многократной принудительной циркуляции (КМПЦ) и может быть использована при выполнении регламентных работ на КМПЦ в период кратковременной остановки реактора.
КМПЦ относится к основным системам реакторной установки, предназначен для подачи воды в топливные каналы реактора в целях отвода тепла от тепловыделяющих сборок и от графитовой кладки. Подвод недогретой до кипения воды к каждому каналу осуществляется индивидуально снизу по трубопроводам водяных коммуникаций (ВК). Вода, охлаждая твэлы в активной зоне, нагревается до кипения и частично превращается в пар. Пароводяная смесь из верхней части каналов по индивидуальным трубопроводам пароводяных коммуникаций (ПВК) отводится в сепараторы. КМПЦ состоит из двух параллельных петель, оборудование которых расположено симметрично относительно вертикальной осевой плоскости реактора. Каждая петля КМПЦ осуществляет охлаждение половины топливных каналов реактора. Связь между петлями по воде отсутствует. В каждой петле имеется по два барабана-сепаратора (БС), предназначенных для разделения пароводяной смеси на сухой насыщенный пар и воду. В период кратковременной остановки реактора производят проверку на герметичность обратных клапанов (ОК) (по 22 клапана в каждой петле) раздаточных групповых коллекторов (РГК).
Ближайшим аналогом заявляемой полезной модели является контур многократной принудительной циркуляции, описанный в книге «Канальный ядерный энергетический реактор» под редакцией Ю.Н. Черкашева, Москва, изд. ГУП НИИКИЭТ, 2006, с.110-111. КМПЦ включает барабан-сепараторы, всасывающие коллектора, главные циркуляционные насосы (ГЦН), напорные коллектора (НК), раздаточно-группповые коллектора (РГК), запорно-регулирующие клапаны (ЗРК), обратные клапаны (ОК) (по 22 клапана в каждой петле), топливные каналы (ТК), расходомеры, соединенные водо и паропроводами. В качестве обратных клапанов РГК установлены клапаны с затворами, у которых ось вращения установлена на внутренней стенке корпуса. Опробование ОК на герметичное запирание является регламентной процедурой, выполняемой на КМПЦ при каждом останове блока на планово-предупредительный ремонт (ППР). Процедура испытания клапанов занимает достаточно продолжительное время сопоставимое с объемом подготовительных и ремонтных работ. Обратные клапаны необходимы для предотвращения непреднамеренного опорожнения участка активной зоны реактора. Работы по проверке на герметичность закрытия ОК проводятся на остановленном и расхоложенном реакторе следующим образом. Запорно-регулирующие клапаны (ЗРК), в количестве 1693, закрывают. Напорная часть КМПЦ - ГЦН, напорный коллектор и РГК опорожняются через штатную систему дренажей, люки-лазы НК открыты. Далее посредством открытия вручную запорно-регулирующих клапанов (8…10 ЗРК), заполняют РГК с испытуемым обратным клапаном, тем самым добиваются перепада давления до и после клапана, необходимого для его закрытия. Клапан закрывается, наблюдающий визуально фиксирует отсутствие протечек в НК, испытание данного обратного клапана завершено. Персонал выполняет обратное закрытие группы ЗРК. Далее переходят к испытанию каждого из следующих клапанов. Вышеописанная операция, приведенная в этом абзаце, повторяется 44 раза, по количеству установленных обратных клапанов. Опробования ОК РГК предполагает одиночное испытание каждого клапана в отдельности, для чего, при опорожненном НК и РГК, необходимо открывать группу ЗРК соответствующего РГК, что требует значительных затрат времени и использования большого количества персонала. Для контроля эффективности испытаний, наблюдающий визуально оценивает результат испытания каждого ОК. Используемые в аналоге обратные клапаны 10 фиг.1, 2 устроены по типу «клапана-хлопушки» и состоят из корпусов 21 с крышками 22 и крепежными элементами 23, шарнирных механизмов подвесов 24, уплотняющих поверхностей корпусов 25 и затворов 26. Под действием напора, затворы 6 отклоняются от вертикальных осей, освобождая проходные сечения, обеспечивают поступление теплоносителя (воды) в реактор 16. При отсутствии расхода перед клапанами 10, затворы 26 под действием силы тяжести, обусловленной его весом и давлением теплоносителя со стороны реактора 16, занимают вертикальное положение, перекрывают проходное сечение. При этом топливные каналы 17, питающиеся от соответствующего РГК 12 остаются заполненными водой, даже при остановленных ГЦН 5, что очень важно, т.к. отсутствие воды в топливном канале 17 может привести к нарушению барьера безопасности.
Недостатком технического решения, описанного в данном аналоге является то, что в структуре КМПЦ испытания ОК проводятся длительно из-за большого количества операций, в частности из-за того, что каждый обратный клапан испытывают отдельно. Другим недостатком является то, что длительность испытаний приводит к повышению дозовых нагрузок на персонал.
Задача, решаемая заявляемой полезной моделью заключается в сокращении длительности операции по проверке ОК раздаточно-группового коллектора (РГК) в составе КМПЦ и снижения дозовых нагрузок на персонал.
Сущность данного технического решения состоит в том, что в контуре многократной принудительной циркуляции ядерного канального реактора, включающем барабан-сепараторы, всасывающие и напорные коллекторы, главные циркуляционные насосы, запорно-регулирующие клапаны, раздаточно-групповые коллекторы с обратными клапанами, топливные каналы, расходомеры, соединенные водо- и паропроводами, предложено, на раздаточно-групповых коллекторах в качестве обратных клапанов использовать клапаны с осесимметричными затворами, снабженными хвостовиками, установленными с возможностью свободного перемещения относительно направляющих опор, закрепленных в корпусах клапанов.
Срабатывание клапанов, эффективность испытания, легко контролировать штатной системой измерения давления в напорном коллекторе, и по отсутствию расхода, через предварительно выбранные для контроля испытаний реперные ЗРК соответствующих РГК. При реализации полезной модели выполняется одномоментное опробование сразу всех 22-х обратных клапанов на одной стороне реактора. Не требуется вскрытие лючка смотрового блока КОФЗ, не требуется закрытие ЗРК перед опробованием клапанов по сравнению с предыдущим методом, не требуется проведение настройки расходов по ТК, т.к. ЗРК не закрывались, кроме некоторой их корректировки по отдельным ТК, значительное сокращение времени подготовки и проведения испытаний, снижение дозовых нагрузок на персонал, значительное сокращение сроков проведения ремонта энергоблока, создание условий обеспечения дополнительной выработки электроэнергии.
кгс
2
см
Иллюстрационный материал по заявляемой полезной модели представлен на фиг.1, 2, 3, где на фиг.1 показана принципиальная схема КМПЦ, на фиг.2 представлен эскиз клапана, используемого в КМПЦ аналога, на фиг.3 - конструкция обратного клапана используемого в КМПЦ заявляемой полезной модели. Контур многократной принудительной циркуляции (КМПЦ), принципиальная схема которого, адаптированная к комментарию по данной полезной модели, представленная на фиг.1, состоит из двух независимых петель. Каждая из петель обеспечивает охлаждение соответственно левой и правой половины реактора 16 и включает в себя по два барабан-сепаратора (БС) 1, предназначенных для разделения пароводяной смеси, поступающей из реактора 16, на пар и воду, с получением на выходе сухого насыщенного пара, обеспечивают смешение отсепарированной контурной воды с питательной водой и формируют запас теплоносителя. Из БС 1, вода КМПЦ фиг.1, в каждой петле при давлении насыщенного пара 70 /  поступает в опускные трубопроводы 2, где смешивается с питательной водой. Далее, по опускным трубопроводам 2, вода попадает во всасывающий коллектор (ВК) 3, который служит для размещения части теплоносителя необходимого для устойчивой работы главных циркуляционных насосов (ГЦН) 5, являющихся побудителем расхода КМПЦ, фиг.1. Из всасывающего коллектора (ВК) 3, по всасывающим трубопроводам 4, вода поступает в ГЦН 5. Под действием напора, развиваемого ГЦН 5, вода подается, через напорные трубопроводы 6 в напорный коллектор (НК) 7, который служит для объединения расходов теплоносителя от всех ГЦН 5, и равномерного распределения воды по раздаточным групповым коллекторам (РГК) 12. В напорном коллекторе на выходных отверстиях установлены механические фильтры 8, предотвращающие попадание механических частиц и посторонних предметов в РГК 12, далее за фильтрами 8 установлены сопловые вставки 9, служащие для стабилизации динамики потока в РГК 12 и равномерному распределению теплоносителя по запорно-регулирующим клапанам (ЗРК) 13. Для решения проблем безопасности, связанных с поддержанием уровня теплоносителя в активной зоне реактора 16, в случае нарушения герметичности трубопроводов напорной части 6 или аварийной остановки ГЦН 5, на участке КМПЦ между НК 7 и РГК 12, установлены обратные клапаны 10, которые служат элементом пассивной безопасности, т.к. поддерживают безопасный уровень теплоносителя в активной зоне реактора. Из РГК 12, по трубопроводам водяных коммуникаций 15, теплоноситель поступает в топливные каналы 17, где в результате теплообмена подогревается до температуры насыщения и происходит ее частичное испарение. Образовавшаяся пароводяная смесь поступает через трубопроводы пароводяных коммуникаций 18 в барабан-сепараторы 1, где разделяется на пар и на воду. Отсепарированный пар по паропроводам 19 подается к турбинам, вода - в опускные трубопроводы, где смешивается с питательной водой, подаваемой в БС по трубопроводам 20. Обратные клапаны 10 фиг.1, 3, используемые в заявленной полезной модели, состоят из корпусов 21 с направляющими опорами 27, в которых перемещаются осесиметричные затворы 26 конической формы, снабженные хвостовиками 28. Направляющие опоры 27 служат для ограничения радиальных перемещений затворов 26 и удержания их точно по центру корпуса 21. Уплотняющие шарообразные поверхности в корпусах 21, выполнены заодно с ними. Таким образом, поверхности клапанов 25 и затворов 26 образуют уплотнения по типу шар-конус. Из закрытого состояния, затворы 26, под действием потока теплоносителя перемещаются вместе с хвостовиками 28 в направляющих опорах 27 и нерабочими сторонами надежно фиксируются, упираясь в них. Уплотняющие поверхности разъединены, теплоноситель поступает в реактор 16. Эти положения затворов 26 определяют состояние клапанов 10 - клапаны открыты. При отсутствии расхода перед клапанами 10, затворы 26 под давлением теплоносителя со стороны реактора 16, перемещаются от опор 27 и упираются в уплотняющие поверхности корпусов клапанов 25, собирая уплотнение шар-конус, тем самым предотвращается утечка теплоносителя из реактора 16.
Работы по проверке срабатывания обратных клапанов (ОК) на КМПЦ выполняют на остановленном и расхоложенном реакторе. Для вывода из работы энергоблока на ППР, выполняют комплекс действий по останову - разгрузку, снижение параметров и расхолаживание контура МПЦ. Для разгрузки и останова энергоблока снижают тепловую мощность реактора до 500 МВт и затем производят останов реактора. Далее выполняют расхолаживание, путем поочередного отключения главных циркуляционных насосов ГЦН 5, снижения давления и температуры теплоносителя в КМПЦ. При достижении Т=120°С включаются насосы расхолаживания (HP), производят останов ГЦН и выполняют дальнейшее расхолаживание до Т=60°С. Контур остается заполненным, давление гидростатическое, в соответствии с уровнем воды в БС, Т=50…60°С. Запорно-регулирующие клапаны (ЗРК) 10 остаются открытыми. Напорный коллектор 7 не опорожняется. Требуется заневоливание в открытом состоянии ОК 10 ГЦН 5. Требуется опорожнение двух напорных трубопроводов ГЦН 5, путем одновременного открытия двух напорных задвижек половины реактора, на которой выполняется опробование клапанов 10. В результате опорожнения участка напорной части КМПЦ в НК 7 устанавливается разряжение (снижение давления) и под действием гидростатического давления в контуре со стороны реактора 16, 22 клапаны 10 закрываются сразу все на испытуемой половине (петле) реактора 16.
В результате использования данной полезной модели удается на 80-85 часов сократить время проведения ремонтных работ, а следовательно и остановку реактора, что позволяет получить за счет дополнительной выработки электроэнергии экономический эффект в порядка 7 млн. руб. в год. В результате использования заявляемой полезной модели значительно снижаются дозовые нагрузки на персонал.