ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Предлагаемое техническое решение относится к атомной энергетике, к установкам с реакторами на быстрых нейтронах, охлаждаемых свинцовым или свинец-висмутовым теплоносителем.
Известна ядерная энергетическая установка, содержащая реактор с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем или его сплавами, с размещенными под свободным уровнем активной зоной, парогенераторами, насосами и системой защитного газа, устройством ввода газовой или парогазовой смеси в тракт теплоносителя в районе входа в насосы, активную зону и в парогенераторы, в которой устройство ввода газовой смеси снабжено напорной камерой, подсоединенной к напорной линии насосов, в одной из стенок напорной камеры выполнены отверстия, соединяющие полость напорной камеры со сливной камерой, сообщенной с линией подвода газовой смеси и имеющей свободный уровень теплоносителя, и с объемом газовой системы над свободным уровнем теплоносителя (патент РФ №78002, G21C 9/016 опубликован 10.11.2008 г - прототип).
Недостатком известного технического решения является то, что в формируемом за счет падающих струй теплоносителя двухкомпонентном потоке жидкометаллический теплоноситель - газовая или парогазовая смесь происходит агломерация газовых пузырей, их укрупнение, всплытие укрупнившихся пузырей на свободную поверхность теплоносителя, сепарация пузырей на этой поверхности и выход в газовый объем над свободной поверхностью теплоносителя. Тем самым резко уменьшается количество реагентов газовой смеси, контактирующих с теплоносителем, и поверхность реакции их взаимодействия, что приводит к снижению эффективности устройства ввода газовой смеси в тракт теплоносителя.
Эти недостатки устраняются предлагаемым решением. Решается задача повышения эффективности работы устройства ввода газовой смеси в тракт теплоносителя.
Технический результат - исключение или уменьшение вероятности агломерации пузырей газовых смесей в потоке свинцового и свинец-висмутового теплоносителей на выходе из устройства ввода газовой смеси в тракт теплоносителя, путем диспергации водородосодержащих и кислородосодержащих газовых смесей на участке выхода, увеличения поверхности и времени контакта газовых реагентов и жидкометаллического теплоносителя.
Этот технический результат достигается тем, что в ядерной энергетической установке, содержащей реактор со свинцовым теплоносителем или его сплавами, с размещенными под свободным уровнем теплоносителя активной зоной, парогенераторами, насосами, систему защитного газа, устройство ввода газовой или парогазовой смеси в тракт теплоносителя в районе парогенератора, снабженное напорной камерой, подсоединенной к напорной линии насосов, в одной из стенок напорной камеры выполнены отверстия, соединяющие полость напорной камеры со сливной камерой, имеющей свободный уровень теплоносителя, сообщенной с линией подвода газовой смеси и с объемом газовой системы над свободным уровнем теплоносителя, под сливной камерой соосно с ней, установлен вершиной вверх конический отбойник, диаметр основания которого превышает диаметр сливной камеры, зазор между стенкой которой и поверхностью отбойника, образует канал отвода двухкомпонентной смеси из сливной камеры.
За счет установки конического отбойника в нижней части сливной камеры в двухкомпонентном потоке теплоноситель-газ скорость приобретает радиальную составляющую, направленную от оси камеры наружу (в объем основного потока теплоносителя). Наличие радиальной составляющей скорости способствует уменьшению концентрации пузырей в локальном объеме потока, уменьшению вероятности встреч пузырей газа в потоке, уменьшает вероятность их агломерации, всплытия и сепарации газа на свободной поверхности. Это увеличивает содержание газовых смесей в потоке жидкометаллического теплоносителя, поверхность реакции газовых смесей с жидким металлом и резко повышает эффективность устройства ввода газовой смеси в тракт теплоносителя.
На фиг.1 представлена схема ядерной энергетической установки, реализующей предлагаемое техническое решение; на фиг.2 - конструктивная схема узла устройства ввода газовых смесей в участки контура. В ядерном реакторе 1 со свинцовым или свинец-висмутовым теплоносителем, с размещенными под свободным уровнем 2 теплоносителя, активной зоной 3, парогенераторами 4, средствами циркуляции, например, насосами 5, системой защитного газа, включающей фильтры 6 очистки газа, охладитель конденсата 7 с линией 8 отвода конденсата. В газовом объеме реактора размещены конденсаторы 9 водяного пара, соединенные линией 10 отвода конденсата с цистерной "грязных вод". Ядерная энергетическая установка снабжена устройством 11 ввода газовой смеси в районе парогенератора 4. Устройство 11 ввода газовой смеси снабжено напорной камерой 12, подведенной к напорной линии 13 насосов. Сливная камера 14 сообщена с линией 15 подвода газовой смеси и имеет свой свободный уровень 16 теплоносителя, на который изливаются струи 17 теплоносителя из напорной камеры 12. Полость сливной камеры 14 сообщена с объемом газовой системы над свободным уровнем 2 теплоносителя, линией 18 с управляемой арматурой и объемом газовой полости 19. Линия 15 соединена с газовым баллоном 20 с восстановительной смесью, с баллоном 21 с водородом и баллоном 22 с аргоном.
На фиг.2 показано более подробно устройство ввода газовой или парогазовой смеси в поток теплоносителя. В его состав входит напорная камера 12, подсоединенная к напорной линии 13 насосов. В днище 23 напорной камеры 12 выполнены отверстия 24, соединяющие полость напорной камеры 12 со сливной камерой 14. Из отверстий 24 истекают струи 17 жидкого металла. В сливной камере 14 имеется свободный уровень теплоносителя. Газовый объем сливной камеры 14 сообщен линией подвода газовой смеси 15 с объемами газовой системы над свободным уровнем теплоносителя.
В нижней части сливной камеры 14, соосно с ней, установлен вершиной вверх конический отбойник 25, диаметр основания которого превышает диаметр сливной камеры 14, зазор 26 между стенкой которой и поверхностью отбойника образует канал отвода двухкомпонентной смеси из сливной камеры. Отбойник 25 приварен к сливной камере 14. Работа ядерной энергетической установки в технологическом режиме очистки от оксидов теплоносителей и поверхностей реакторного контура осуществляется следующим образам:
Основанием для проведения очистки является либо недопустимое содержание контролируемой примеси кислорода в теплоносителе и в контуре, либо регламентная очистка (по установленным срокам очистки), либо очистка после разуплотнения контура вследствие аварии или на период ремонта.
В баллоне 20 приготавливается восстановительная газовая смесь подачей газа из баллонов 21 и 22. При необходимости производится замена защитного газа в газовой полости 19 реактора 1 на восстановительную аргоно-водородную смесь. Вводятся в работу насосы, обеспечивающие подачу жидкометаллического теплоносителя в напорную камеру 12 устройства 11. Производится подача восстановительной газовой смеси по линии 15 в сливную камеру 14 устройства 11. Теплоноситель из напорной камеры 12 через отверстия 24 в ее стенке в виде падающих струй поступает в сливную камеру 14. Поверхность струй жидкого металла контактирует с восстановительной газовой смесью. Струи жидкого металла, падая на свободный уровень 16 теплоносителя, в устройстве 11 захватывают и диспергируют восстановительную газовую фазу, мелкие пузыри которой транспортируются потоком жидкометаллического теплоносителя к поверхности парогенератора и других участков контура, очищая их от отложений оксидов теплоносителя. Очистка производится путем восстановления оксидов с образованием чистого теплоносителя и водяного пара. Пузыри последнего агломерируют, всплывают и сепарируются на свободной поверхности 2 теплоносителя в реакторном контуре. Пар за счет процессов диффузии конвективных токов в объеме газовой полости 19 поступает в холодильники-конденсаторы 9 и по линии 10 поступает в цистерну "грязных вод". Возможен режим очистки, при котором восстановительная газовая смесь через линию 18 с управляемой арматурой поступает из объема газовой полости 19 в сливную камеру 14 устройства 11 за счет эжекции струй жидкого металла, истекающих на свободный уровень 16 теплоносителя в устройстве 11. По мере уменьшения содержания ("срабатывания") водорода в составе циркулирующей восстановительной газовой смеси, производится его подача в систему газа, с поддержанием концентрации водорода в смеси около 30% объемных.
После завершения процесса очистки, контролируемого по уменьшению темпа убыли водорода в газовой смеси, прекращению накопления конденсата воды в конденсаторах 9 и по показаниям датчиков содержания кислорода в жидкометаллическом теплоносителе прекращается подача восстановительной газовой смеси в объем газовой полости 19.
Таким образом, очистка теплоносителя от примеси кислорода осуществляется за счет контакта падающих струй с развитой поверхностью с восстановительной газовой смесью, а очистка поверхностей (парогенератора и др.) производится за счет доставки к ним потоком теплоносителя мелких пузырьков газовой смеси.
Применение предлагаемого технического решения позволит:
- повысить эффективность очистки теплообменных (парогенератора, активной зоны) и изотермических поверхностей реакторного контура со свинцовым или свинец-висмутовым теплоносителем от отложений примесей-оксидов теплоносителя, исключить образование отложений значительной толщины, "срывы" отложений и забивание ими каналов активной зоны.
- повысить эффективность регулируемого содержания примеси кислорода в теплоносителе реакторного контура при необходимости деформирования защитных оксидных покрытий на внутренних поверхностях контура путем ввода в объем сливной камеры устройства окислительных газовых смесей;
- ускорить проведение режима очистки теплоносителя и контура от оксидов теплоносителя;
- исключить возможность отказа устройств очистки с сопловыми насадками, вследствии забивания отверстий истечения газа в насадках примесями, содержищимися в теплоносителе.