АВАРИЙНАЯ СИСТЕМА ПОДАЧИ РАСТВОРА БОРНОЙ КИСЛОТЫ В АКТИВНУЮ ЗОНУ РЕАКТОРА АЭС
EMERGENCY SYSTEM OF BORIC ACID SOLUTION SUPPLY TO ACTIVE ZONE OF NPP REACTOR

Изобретение относится к атомной энергетике, областью его применения являются реакторные установки (РУ) водо-водяного типа энергоблоков атомных электростанций (АЭС), и оно может быть использовано в качестве системы аварийного охлаждения реактора при запроектных авариях, связанных с полным обесточиванием АЭС, и авариях с потерей конечного поглотителя (внешнего отвода тепла).
Известна аварийная система питания охлаждающей водой реактора, основанная на принципе выполнения естественной циркуляции резервная система и система охлаждения тепла послераспада для реактора (см. DE 2521269 A, G21C 15/18, опубл. 1976 г.). Описанная в этом источнике аварийная система питания содержит резервный контур и контур охлаждения тепла послераспада для реактора, охлаждаемого водой под давлением. В контуре расположен охладитель тепла послераспада с включенным параллельно нему резервуаром борной кислоты, перед которыми включена параллельная схема из насоса и закрываемого заслонкой трубопровода. Насосом при неповрежденном первичном контуре охлаждения вода прокачивается через охладитель тепла послераспада. В случае аварии заслонка открывается, и возникает естественная циркуляция через охладитель тепла послераспада. Для уменьшения реактивности первичного охлаждающего средства путем открытия соответствующих вентилей перед резервуаром борной кислоты может подключаться насос, за счет чего делается возможным запитывание борной кислоты в первичный контур охлаждения. После резервуара борной кислоты и охладителя тепла послераспада включен один единственный общий дроссель с регулируемым сечением пропускания. Такие системы естественной циркуляции являются сложными и вряд ли могут быть приспособлены к различным случаям повреждений.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является аварийная система питания и борирования для реактора, охлаждаемого водой под давлением (см. RU 2150153, G21C 15/18, G21C 9/00, опубл. 2000 г.), включающая штатные резервуары запаса раствора борной кислоты, трубопроводы с аварийными питающими насосами подачи концентрированного раствора борной кислоты от штатных источников в активную зону реактора, систему подпитки емкостей водой, обратные клапаны, запорные и дросселирующие устройства, задвижки.
Недостатком данной системы является то, что действие системы питания и подачи раствора борной кислоты для активной зоны реакторов ограничено по времени. Время действия этой системы определяется запасом, который имеется в штатных источниках запаса раствора борной кислоты.
Если при обесточивании АЭС произойдет задержка в прекращении цепной реакции или цепная реакция будет вообще прервана, в случае полного обесточивания АЭС и/или потеряна возможность расхолаживания штатными системами (в случае землетрясения, смерча или других сильных разрушающих факторов), тепло, выделяемое в активной зоне, не будет отведено - произойдет расплавление активной зоны со всеми вытекающими из этого последствиями.
Исходя из известных систем для ограничения повреждений при аварии реактора, охлаждаемого водой под давлением, в основе изобретения лежит задача такого выполнения аварийной системы охлаждения активной зоны реакторной установки (РУ) АЭС с учетом обычного в конструкции реакторов резервирования, чтобы с небольшими затратами могла достигаться дополнительная надежность и вводимое количество охлаждающей воды могло согласовываться с ходом аварии.
В основу изобретения поставлена задача создания системы аварийного охлаждения активной зоны (первого контура) реактора путем подачи концентрированного раствора борной кислоты от автономных источников в активную зону, конструкция которой позволяет обеспечение стояночной концентрации борной кислоты в первом контуре РУ при авариях с полным обесточиванием, когда отсутствует возможность подачи раствора борной кислоты штатными системами, а также при авариях с потерей конечного поглотителя тепла (всех систем охлаждения) и невозможности расхолаживания через парогенераторы.
В качестве решения задачи предлагается аварийная система подачи раствора борной кислоты в активную зону реактора АЭС, содержащая бак запаса с раствором борной кислоты, трубопроводы заполнения бака от штатных систем АЭС, аварийный питающий насос, всасывающий трубопровод, соединяющий всас насоса с баком системы и штатными станционными баками запаса раствора борной кислоты, напорный трубопровод, соединенный со штатным трубопроводом подачи раствора борной кислоты в активную зону РУ, трубопроводы рециркуляции, перелива и дренажа и заполнения бака, трубопроводы системы снабжены регулировочной, запорно-отсечной и контрольно-измерительной аппаратурой, согласно изобретению, система снабжена автономным источником борной кислоты и автономным трубопроводом подачи концентрированного раствора борной кислоты в активную зону реактора, один конец которого подсоединен к напорному трубопроводу непосредственно перед реактором, а другой - к автономному источнику борной кислоты через присоединительное устройство и питающий насос.
Также согласно изобретению в качестве автономного питающего насоса применена мотопомпа, присоединенная к внешним автономным источникам борной кислоты.
Также согласно изобретению в качестве соединительного устройства мотопомпы и внешних автономных источников борной кислоты применены армированные рукава.
Также согласно изобретению в качестве присоединительного устройства применен гибкий соединительный трубопровод с приспособлением для быстрого присоединения.
Введение указанных отличий позволяет с небольшими затратами достигнуть дополнительной надежности АЭС при запроектных авариях, согласуя вводимое количество охлаждающей воды с ходом аварии.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, где изображена система аварийного охлаждения активной зоны РУ АЭС.
Аварийная система подачи раствора борной кислоты в активную зону реактора АЭС содержит бак 1 запаса концентрированного раствора борной кислоты, аварийный питающий насос 2, всасывающий 3, напорный 4 трубопроводы. Насос 2 оснащен трубопроводом 5 рециркуляции с запорной арматурой 6 и дросселем 7, снижающим давление в трубопроводе. На напоре и всасе насоса 2 установлены манометры 8. Бак 1 оснащен датчиком уровня 9, трубопроводом перелива и дренажа 10 с запорной арматурой 11, 12. Трубопроводы перелива и дренажа 10 подсоединены к трубопроводам 13 общестанционной системы бакового хозяйства. Всасывающий трубопровод 3 соединяет всас насоса 2 с баком 1, а также штатными станционными баками запаса раствора борной кислоты. Всас насоса 2 отделен от баков запорной арматурой 15 и 16. Напорный трубопровод 4 через обратный клапан 17, двойную запорную арматуру 18, 19 и заслонку 20 между ними соединен со штатным трубопроводом 21 подачи раствора борной кислоты в первый контур РУ на АЭС. Автономный трубопровод 22 подачи концентрированного раствора борной кислоты в первый контур РУ на АЭС с двойной запорной арматурой 23, 24 и заслонкой 25 между ними подсоединен одним концом к напорному трубопроводу 4 путем врезки в него, а другим через присоединительное устройство 26 и автономный питающий насос 34, в качестве которого применена мотопомпа, соединен с автономным источником 35 с раствором борной кислоты. В качестве соединительного устройства мотопомпы 34 и автономного источника применены армированные рукава, а в качестве присоединительного устройства применен гибкий соединительный трубопровод с приспособлениями для быстрого присоединения. Автономный трубопровод 22 оснащен запорной арматурой 27, 28 для удаления воздуха и трубопроводом дренажа 29 с запорной арматурой 30. Баки штатного запаса (на чертеже не показаны) соединены трубопроводом 39, трубопроводом 36 с запорной арматурой 16 и 31 с всасывающим 2 трубопроводом перед насосом 2. Для удаления воздуха из системы установлены воздушники 37, 38.
Заполнение системы - бака 1 осуществляется из системы подготовки борного концентрата и свежей борной кислоты, через трубопровод 39, далее по трубопроводам 36 при открытой арматуре 31, 16.
Дренирование бака 1 при необходимости осуществляется через запорную арматуру 32 и обратный клапан 33 в штатный бак запаса борной кислоты 14.
Для предотвращения кристаллизации борной кислоты в баке 1 в системе предусмотрена рециркуляция борной кислоты путем включения штатного станционного насоса малой мощности по следующей схеме. Открывается арматура 11, 12, включается штатный станционный насос и раствор борной кислоты от насоса через трубопроводы 13 бакового хозяйства, арматуру 12, бак 1, арматуру 11 и далее на всас насоса циркулирует по замкнутому контуру, обеспечивая при этом перемешивание борной кислоты в баке 1 системы.
При возникновении сигнала о том, что произошло полное обесточивание АЭС и/или потеряна возможность расхолаживания штатными системами (в результате землетрясения, смерча или других сильных разрушающих факторов), по сигналу оператора система подачи концентрированного раствора борной кислоты в первый контур РУ на АЭС вводится в работу.
Аварийная система подачи раствора борной кислоты в активную зону реактора АЭС работает следующим образом.
Перед пуском вся арматура системы находится в закрытом состоянии. По сигналу запуска системы заглушка 20 переводится в положение открыто, арматура 15 на трубопроводе 3 всаса, арматура 6 на трубопроводе 5 рециркуляции, воздушники 37 и арматура 18 на напорном 4 трубопроводе открываются. Вода из бака 1 заполняет всасывающие 3 и напорные 4 трубопроводы до арматуры 19, при этом воздух удаляется из системы через воздушники 37. После заполнения тракта воздушники 37 закрываются и включается насос 2, при этом циркуляция раствора осуществляется через трубопровод 5 рециркуляции и установленный на нем дроссель 7, который обеспечивает положение рабочей точки насоса 2, в рабочей зоне Q-H характеристики. При достижении показания на манометре 8 значения 18-20 МПа оператор открывает на напорном трубопроводе 4 арматуру 19 и закрывает арматуру 6 на трубопроводе циркуляции 5, после чего осуществляется подача раствора борной кислоты в первый контур РУ. Подача раствора осуществляется до тех пор, пока значение на уровнемере 9 не достигнет минимума, что свидетельствует об опорожнении бака 1. По сигналу уровнемера оператор закрывает арматуру 19 и отключает насос 2. На данном этапе работа системы может быть закончена и считается выполненной, так как объема закаченного раствора борной кислоты, поданного из бака 1 в первый контур РУ, достаточно для достижения стояночной концентрации борной кислоты в первом контуре РУ.
Далее происходит подключение других систем, призванных расхолодить РУ через второй контур, однако в случае невозможности их работы система подачи концентрированного раствора борной кислоты от автономных источников в первый контур может быть также задействована в процессе расхолаживания РУ следующим образом.
Поскольку бак 1 пуст, арматура 15 закрывается, открывается воздушник 38, трубопровод 36 заполняется борной кислотой, поступающей из баков штатного запаса борной кислоты на АЭС по трубопроводу 39 борного концентрата и свежей борной кислоты. После заполнения трубопровода 36 воздушник 38 закрывается и открывается арматура 16.
Учитывая, что к этому моменту система отработала по первому этапу работы и трубопроводы находятся в заполненном состоянии, для подачи раствора борной кислоты в первый контур РУ достаточно запустить насос 2 и при достижении давления на манометре 8 требуемого в данный момент времени значения открыть арматуру 19. В дальнейшем требуется контролировать работу насоса 2 по манометру 8 и уровнемерам в баках штатного запаса борной кислоты, после их опорожнения необходимо закрыть арматуру 19 и отключить насос 2.
Если запасов штатных баков раствора борной кислоты оказывается недостаточно для полного расхолаживания РУ, то в системе предусмотрена возможность подключения внешнего автономного источника 35 и автономного питающего насоса - мотопомпы 34 для осуществления окончательного расхолаживания РУ. Для этого необходимо заранее (при приближении к уровню опустошения баков штатного запаса борной кислоты) осуществить подготовку мотопомпы 34 и емкости автономного источника 35 борной кислоты (любые имеющиеся и подвезенные на станцию емкости), соединить их между собой армированными рукавами и подключить всю эту конструкцию к присоединительному устройству системы 26.
Для работы автономной системы открыть арматуру 23, заглушку 25 и через воздушники 27, 28 провести газоудаление из трубопроводов, после чего закрыть воздушники 27, 28. Система подготовлена к пуску и может быть запущена путем включения насоса - мотопомп 34 и открытия арматуры 24.
Использование предложенной системы аварийного охлаждения активной зоны реактора АЭС позволяет обеспечить подачу раствора борной кислоты на всех возможных аварийных режимах работы, что существенно повышает надежность и безопасность эксплуатации без повышения металлоемкости и энергоемкости вспомогательного оборудования АЭС.