ПАССИВНАЯ СИСТЕМА РАСХОЛАЖИВАНИЯ РЕАКТОРА

Полезная модель относится к области ядерной техники и может быть использовано в ядерных энергетических установках, в частности с реакторами типа ВВЭР.
Известна ядерная энергетическая установка, имеющая в своем составе пассивную систему аварийного расхолаживания, основанную на отводе остаточных тепловыделений конечному поглотителю - воздуху. Расхолаживание установки производится с помощью промежуточного пароводяного контура, имеющего в своем составе воздушный теплообменник, размещенный в вытяжной трубе. Циркуляция осуществляется за счет превышения воздушного теплообменника над парогенератором. Для осуществления процесса расхолаживания контур подключается к парогенераторам ядерной установки по паровой и водяной трассе. В качестве устройства, регулирующего теплоотвод от воздушного теплообменника, применяется шибер, установленный в вытяжной трубе. Положение открытия шибера определяется и регулируется по параметрам среды промежуточного контура. (Патент RU №2002320 от 16.05.91)
К недостаткам данной конструкции относятся:
Значительные габаритные размеры воздушного теплообменника и вытяжной трубы, обусловленные низкими теплофизическими параметрами воздуха, что в свою очередь, требует значительных капитальных затрат на сооружение системы воздушного охлаждения.
Применение сложных в проектировании, изготовлении и эксплуатации движущихся механических частей, предназначенных для регулирования положения шибера, требующих постоянного обслуживания и проверок при эксплуатации установки, приводит к снижению надежности.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является комбинированная пассивная система расхолаживания с воздушным и водяным
теплообменником. В состав системы входит промежуточный контур, соединенный с парогенератором реактора через запорную арматуру, последовательно соединенные в промежуточном контуре воздушный теплообменник, расположенный в вытяжной трубе и водяной теплообменник. Регулировка теплоотвода от воздушного теплообменника осуществляется с помощью шибера, установленного в вытяжной трубе.
Система работает следующим образом:
После открытия запорной арматуры, соединяющей промежуточный контур с парогенератором пар поступает в воздушный теплообменник, а затем в водяной теплообменник. Полученный конденсат возвращается в парогенератор.
На начальной стадии расхолаживания, когда величина остаточных тепловыделений велика, основной теплоотвод осуществляется за счет испарения запасов воды из водяного теплообменника, установленного последовательно за воздушным теплообменником. По мере испарения запаса воды из водяного теплообменника дальнейший процесс расхолаживания осуществляется за счет отвода тепла конечному поглотителю - воздуху в воздушном теплообменнике.
Приведенная система расхолаживания позволяет существенно уменьшить размеры воздушного теплообменника (в несколько раз) по сравнению с рассчитанными на номинальную мощность, что позволяет значительно уменьшить габариты, металлоемкость конструкций и высоту вытяжной трубы. (IAEA-TECDOC-861 "Review of design approaches of advanced pressurized LWRs"-Report of Technical Committee meeting and Workshop held in Moscow, Russian Federation, 10-13 May 1994)
К недостаткам данной системы относятся:
Снижение надежности при использовании в качестве устройства регулирования мощности воздушного теплообменника шибера, имеющего в составе сложные в проектировании, изготовлении и эксплуатации движущихся механических частей, для регулирования положения шибера.
Технической задачей предлагаемой полезной модели являются повышение надежности работы системы расхолаживания.
Задача решается тем, что в состав системы расхолаживания введено эжекционное устройство, позволяющее осуществлять саморегулирование процесса отвода остаточных тепловыделений.
Сущность полезной модели поясняется чертежами: где:
На фиг.1 схематично показана пассивная система расхолаживания реактора, в состав которой включено предлагаемое эжекционное устройство.
Система представляет собой промежуточный контур, подключенный к парогенератору 5 по пару и воде через отсечные клапаны 6 и 7.
В состав системы входят водяной теплообменник 1, соединенный последовательно с воздушным теплообменником 2, располагающимся в вытяжной трубе 3, эжекционное устройство 4, установленное в верхней части вытяжной трубы 3 на выходе по воздуху из воздушного теплообменника 2
Работа системы осуществляется следующим образом:
При возникновении ситуации полного обесточивания реактора открываются клапаны 6 и 7, связывающие пассивную систему расхолаживания реактора с парогенератором 5 по пару и воде. Пар из парогенератора 5 поступает в воздушный теплообменник 2, расположенный в вытяжной трубе 3 и далее в водяной теплообменник 1. В водяном теплообменнике 1 пар конденсируется, и полученный конденсат поступает на вход парогенератора 5. Пар, генерируемый в водяном теплообменнике 1, поступает в эжекционное устройство 4, обеспечивая увеличение воздушного потока через вытяжную трубу 3, что приводит к интенсификации теплосъема через воздушный теплообменник 2.
Первоначально, когда остаточные тепловыделения велики, основной вклад в мощность теплоотвода дает водяной теплообменник. Воздушный теплообменник 2, форсированный эжекционным устройством 4, вносит дополнительный вклад в снятие остаточных тепловыделений. По мере снижения уровня остаточных тепловыделений и оголения части трубчатки водяного теплообменника 1, мощность водяного теплообменника 1 уменьшается пропорционально оголению трубчатки. Определяющая роль в теплоотводе на этом участке, переходит к воздушному теплообменнику 2 с
форсированной с помощью эжекционного устройства 4 мощностью. На этом участке осуществляется наиболее эффективное саморегулирование мощности теплоотвода. Осуществляется это следующим образом:
При уменьшение уровня остаточных тепловыделений, уменьшается мощность водяного теплообменника 1, при этом уменьшается количество пара генерируемого в водяном теплообменнике 1 со стороны запаса воды. Уменьшение количества пара, являющегося рабочей средой эжекционного устройства 4 снижает эффективность эжекционного устройства 4, а следовательно, снижается расход воздуха, проходящего через воздушный теплообменник 2, что приводит к уменьшению мощности отводимой воздушным теплообменником 2. Так как воздушный теплообменник 2 установлен на входе в водяной теплообменник 1 снижение мощности в воздушном теплообменнике 2 приводит к повышению энтальпии пароводяной смеси на выходе из воздушного теплообменника 2 и, соответственно на входе в водяной теплообменник 1, увеличивая его мощность, а следовательно, увеличению парообразования в водяном теплообменнике 1. Это, в свою очередь, приводит к увеличению мощности воздушного теплообменника 2 за счет интенсификации работы эжекционного устройства 4. Таким образом, осуществляется автоматическое поддержание определенного уровня мощности и обеспечения расхолаживания ядерной установки.
В конечной фазе теплоотвода при дорасхолаживании ядерной установки до «холодного» состояния тегоюотвод осуществляется с помощью воздушного теплообменника 2. На этом участке мощность воздушного теплообменника 2 не форсирована т.к. в эжекционное устройство 4 не подается рабочая среда вследствие полного осушения цистерны с запасом воды.
Предлагаемая пассивная система расхолаживания практически во всем диапазоне работы обеспечивает хорошее профилирование мощности остаточных тепловыделений, не имеет движущихся механических частей.
Выполнение системы расхолаживания предложенным образом позволяет существенно уменьшить размеры воздушного теплообменника, размеры и высоту вытяжной трубы, обеспечить саморегулирование отвода остаточных тепловыделений, повысить надежность работы.