Натриевый контур ядерной установки с реактором на быстрых нейтронах
SODIUM LOOP OF NUCLEAR POWER PLANT WITH FAST NEUTRON REACTOR

Техническая часть
Изобретение относится к аварийной защите и присоединению парогенератора в натриевом контуре ядерной энергетической установки, работающей с реактором на быстрых нейтронах.
Текущее состояние техники
В ранее известных вариантах присоединения парогенератора в натриевом контуре ядерной установки с реактором на быстрых нейтронах, где в натриевом контуре находятся, в частности, парогенератор, насос, теплообменник, трубопроводы контура, буферная емкость и резервуары аварийной защиты, модули парогенератора на стороне впуска натрия подключены к впускной натриевой камере при помощи впускного соединительного трубопровода, без встроенных ответвлений, а на стороне выпуска натрия модули парогенератора присоединены выпускным соединительным трубопроводом к общей выпускной камере натрия и эта камера далее присоединена одним соединительным трубопроводом к буферной емкости.
Далее, в ранее известных вариантах присоединения парогенератора в натриевом контуре ядерной установки с реактором на быстрых нейтронах, к первому резервуару системы аварийной защиты присоединена на одной стороне только лишь буферная емкость, которая, кроме всего прочего, выравнивает объемные изменения натрия с температурой во всем натриевом контуре, а на другой стороне второй резервуар аварийной защиты.
Если в процессе эксплуатации модульного парогенератора в натриевом контуре ядерной установки с реактором на быстрых нейтронах возникает небольшая течь между его водной или паровой стороной и его натриевой стороной, это не приводит к опасной перегрузке по давлению модуля парогенератора и всего оборудования контура, и оборудование вместе с ядерным реактором отсоединяется для отстранения возникшей течи. Ранее известные исполнения присоединения модульного парогенератора в натриевом контуре для этих случаев подходят. Возникшая течь обнаруживается и устраняется методами, которые не являются предметом данного изобретения.
При возникновении большой течи между водной или паровой стороной модульного парогенератора и его натриевой стороной в ранее известных вариантах присоединения парогенератора в натриевом контуре ядерной установки с реактором на быстрых нейтронах ситуация, с точки зрения безопасности, развивается по-иному. В этом случае ранее известные способы присоединения парогенератора в натриевом контуре очень невыгодны потому, что ведут к высокой перегрузке по давлению не только конструкции модулей парогенератора, но и оборудования всего натриевого контура. Это может привести впоследствии и к утечке натрия в области парогенератора и к последующему пожару. Большая течь в модуле парогенератора может быть вызвана в частности повреждением одной из трубок модулей, отделяющих его водную или паровую стороны от его натриевой стороны. Такая авария может угрожать ядерной безопасности целой энергетической установки, работающей с ядерным реактором на быстрых нейтронах.
Сущность изобретения
Указанные выше недостатки устраняются посредством такого присоединения парогенератора в натриевом контуре ядерной установки с реактором на быстрых нейтронах, сущность которого заключается в том, что модули парогенератора на стороне впуска натрия соединены с впускной камерой натрия при помощи впускных соединительных трубопроводов со встроенными разгрузочными трубками с защитным элементом, а эти разгрузочные трубки присоединены к первому резервуару аварийной защиты. Одновременно, на стороне выпуска натрия, каждый модуль парогенератора индивидуально соединен выпускным трубопроводом с буферной емкостью, причем последняя далее присоединена выпускным натриевым патрубком к натриевому контуру, а также, одновременно, к по меньшей мере одному первому резервуару аварийной защиты при помощи разгрузочных трубопроводов, оборудованных как минимум одной первой мембраной. Кроме того, одновременно, к этому первому резервуару аварийной защиты присоединен второй резервуар системы защиты, при помощи трубопровода ресивера с установленной как минимум одной второй мембраной.
Сущность изобретения далее заключается в том, что защитный элемент состоит из разгрузочной камеры с крышкой, соединенной с дном и снабженной разгрузочным патрубком, предохранительной мембраной, вставкой и конфузором с впускным патрубком, где конфузор одним концом соединен с впускной камерой модуля парогенератора, а другой его конец, расположенный снаружи впускной камеры, оборудован дном, которым плотно проходит вставка, соединенная с пространством впускной камеры и оборудованная снаружи конфузора и внутри разгрузочной камеры предохранительной мембраной, и где разгрузочный патрубок одновременно присоединен к разгрузочному трубопроводу, а впускной патрубок одновременно присоединен к впускному соединительному трубопроводу.
При возникновении больших утечек в модуле парогенератора между водной или паровой стороной и его натриевой стороной выгодно, когда отношение среднего проточного сечения разгрузочного трубопровода и одной из теплообменных трубок от 5 до 25 и когда расстояние между предохранительной мембраной и концевой частью разгрузочного трубопровода во впускной камере меньше чем 25 средних проточных сечений разгрузочного трубопровода. Оба соотношения приводят к положительному снижению нагрузки давления на парогенератор в случае большой утечки.
Еще одним преимуществом является то, что при возникновении большой течи в модуле парогенератора между его водной или паровой стороной и натриевой стороной, разгрузочными трубопроводами с элементами безопасности с одной стороны и индивидуально присоединенными модулями парогенератора к буферной емкости при помощи выпускных соединительных трубопроводов на стороне другой, самовольным прорывом мембран активируются объемы разгрузочной емкости и первого, и второго резервуаров аварийной защиты и, таким образом, по существу, устраняется опасное увеличение давления при большой утечке как в модулях парогенератора, так и в оборудовании контура натрия.
Таким образом, существенно снижается опасность утечки натрия в области парогенератора и опасность последующего пожара, а также разрушения оборудования от перегрузки по давлению. Приведенная схема присоединения парогенератора имеет также существенные преимущества и с точки зрения обеспечения ядерной безопасности энергетической установки с ядерным реактором на быстрых нейтронах в целом.
Перечень графических материалов
На Фиг. 1 показан пример присоединения парогенератора во вторичном контуре ядерной энергетической установки с реактором на быстрых нейтронах.
Фиг. 2 показывает пример исполнения элемента аварийной защиты на впуске натрия в модуль парогенератора.
Список цифровых обозначений
1 - модуль парогенератора
2 - буферная емкость
3 - первый резервуар
4 - второй резервуар
5 - впускной коллектор
6 - впускной натриевый патрубок
7 - впускной соединительный трубопровод
8 - разгрузочный трубопровод
9 - элемент безопасности
10 - выпускной соединительный трубопровод
11 - первая мембрана
12 - разгрузочная ветвь
13 - вторая мембрана
14 - соединительный аварийный трубопровод
15 - выпуск
16 - выпускной натриевый патрубок
17 - впускная камера
18 - выпускная камера
19 - теплообменная трубка
20 - конфузор
21 - трубная решетка
22 - предохранительная мембрана
23 - вставка
24 - разгрузочная камера
25 - разгрузочный патрубок
26 - дно
27 - крышка
28 - впускной патрубок
Примеры исполнения изобретения
Каждый отдельный модуль парогенератора 1 со стороны впуска натрия через свою впускную камеру 17 при помощи впускного соединительного трубопровода 7 соединен с впускным коллектором 5. На впускном коллекторе 5 размещен впускной патрубок натрия 6. На впускном соединительном трубопроводе встроен защитный элемент 9, который также присоединен к разгрузочному трубопроводу 8, приходящему в первый резервуар 3 системы аварийной защиты. На стороне выпуска натрия каждый модуль парогенератора 1 соединен по отдельности через свою выпускную камеру 18 выпускным трубопроводом 10 с буферной емкостью 2. Буферная емкость 2 далее соединена с контуром натрия выпускным натриевым патрубком 16. Кроме того, буферная емкость 2 дополнительно соединена с по меньшей мере одним первым резервуаром 3 системы аварийной защиты по крайней мере через одну разгрузочную ветвь 12. Разгрузочная ветвь 12 снабжена как минимум одной первой мембраной 11. Далее, первый резервуар 3 одновременно подключен к выпуску 15 через по меньшей мере один соединительный аварийный трубопровод 14, который снабжен как минимум одной второй мембраной 13, а затем через хотя бы один второй резервуар 4 аварийной защиты.
Защитный элемент 9 при этом образован разгрузочной камерой 24 с крышкой 27, которая соединена с дном 26 и снабжена разгрузочным патрубком 25. Кроме того, защитный элемент 9 образован предохранительной мембраной 22, вкладышем 23 и конфузором 20, с впускным патрубком 28, которые взаимно расположены и соединены таким образом, что конфузор 20 одним концом присоединен к впускной камере 17 модуля парогенератора 1, а другой конец расположен вне впускной камеры 17 и оборудован дном 26. Этим дном 26 плотно проходит вставка 23, которая приходит во впускную камеру 17. В то же время вставка 23 оборудована вне конфузора 20, но внутри разгрузочной камеры 24, предохранительной мембраной 22. Более того, разгрузочный патрубок 25 также соединен с разгрузочным трубопроводом 8 и впускной патрубок 28 соединен с соединительным трубопроводом 7.
В данном варианте отношение среднего сечения разгрузочного трубопровода 8 и одной трубы теплообменника 19 имеет значение 19, а расстояние между предохранительной мембраной 22 и концевой частью разгрузочного трубопровода 8 во впускной камере 17 имеет значение восемь средних проточных сечений разгрузочного трубопровода 8.
Во время нормального присоединения парогенератора в натриевый контур натриевый контур работает таким образом, что натрий поступает впускным натриевым патрубком 6 на впускной коллектор 5, далее течет впускным отверстием 7 в элемент безопасности 9 впускным патрубком 28 и далее через конфузор 20 во впускную камеру 17, теплообменными трубками 19 в выпускную камеру 18, и далее соединительным выпускным трубопроводом 10 в буферную емкость 2, снабженную выпускным натриевым патрубком 16.
Если произойдет большая утечка в модуле парогенератора 1 между его водной или паровой стороной и его натриевой стороной, когда вода или водяной пар интенсивно проникает и реагирует с натрием в бурной химической реакции, происходит интенсивное увеличение давления и температуры, как продуктов реакции и натрия, и напряжение металла модуля парогенератора 1 и, в то же время, последовательно происходит интенсивный рост давления и температуры в контуре натрия.
В этом случае, по сути изобретения, присоединение парогенератора работает так, что на стороне впуска натрия в модуль парогенератора 1 произойдет инициирование защитного элемента 9, когда мембрана 22 разрушена и через разгрузочный патрубок 25, присоединеный к разгрузочному трубопроводу 8, течет натрий и возникшие продукты реакции натрия с водой или паром в первый резервуар 3, а при повышении давления в первом резервуаре 3 происходит разрыв второй мембраны 13 на соединительном трубопроводе 14 и присоединение второго резервуара 4, а также возможен выпуск газов из контура через отверстие выпуска 15, и тем самым срабатывание аварийной защиты этой стороны модуля парогенератора 1. На стороне выпуска натрия из неплотного модуля парогенератора 1 произойдет, благодаря его прямому отдельному подключению соединительным трубопроводом 10 к буферной емкости 2, быстрая экструзия натрия и вместе с ним продуктов химической реакции проникающей в натрий воды или водяного пара из неплотного модуля парогенератора 1 и последующий разрыв первой мембраны 11 и соединение разгрузочной ветви 12 с первым резервуаром 3 и тем самым срабатывание аварийной защиты этой стороны модуля парогенератора 1.
В результате происходит интенсивный сброс давления как в модуле парогенератора 1, так и во всех устройствах в контуре натрия ядерной установки с реактором на быстрых нейтронах и, таким образом, осуществляется их аварийная защита.
Одновременно происходит инициация запорной арматуры и арматуры выпуска на стороне воды и пара модуля парогенератора 1, на приложенных чертежах специально не обозначенных.