Ядерная энергетическая установка

Решение относится к ядерной технике и может быть использовано в установках с тяжёлыми жидкометаллическими теплоносителями.
Известна ядерная энергетическая установка, содержащая реактор со свинцовым жидкометаллическим теплоносителем или его сплавами, с размещенными под его  свободным уровнем активной зоной, парогенераторами, средствами циркуляции и системой защитного газа, включающей фильтр очистки газа, газовый компрессор, снабжённый устройством ввода в тракт теплоносителя, на выходе устройства установлена одна или несколько труб с сопловыми насадками, подключенных к линии напора газового компрессора, линия всаса которых соединена с газовой полостью реактора и с газовыми баллонами с восстановительной смесью (патент на изобретение РФ № 2192052G21C9/016, 19/31 от 27.10.2002).
Недостатком данного технического решения является то, что при истечении из сопловых насадок пузыри газовой фазы имеют размер равный или больший размера истечения из сопловых насадок. Отверстия истечения в сопловых насадках размерами менее 1.0-3.0 мм. выполнять недопустимо, в следствии их возможного забивания частицами примесей, содержащихся в теплоносителе. Скорость витания пузырей указанных размеров превышает 0.5 м/с. Доставка пузырей с восстановительной газовой (газопаровой) смесью всем поверхностям контура с возможными отложениями примесей на опускных участках разветвлённого реакторного контура со скоростями менее 0.5 м/с не обеспечивается. Для таких участков очистка контура известными решениями не эффективна.
Известна ядерная энергетическая установка, содержащая реактор со свинцовым жидкометаллическим теплоносителем или его сплавами, с размещенными под  свободным уровнем активной зоной, парогенераторами, насосами и системой защитного газа, устройствами ввода газовой смеси в тракт теплоносителя в районе входа в активную зону и в парогенераторы отличающееся тем, что устройство ввода газовой смеси снабжено напорной камерой, подсоединённой 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 имеющий свободный уровень теплоносителя и с объемом газовой системы под свободным уровнем теплоносителя (патент на изобретение РФ № 24748 от 20.08.2002).
Недостатком данного технического решения для реакторных контуров: сложность конструкции устройства ввода восстановительных и окислительных газовых смесей, наличие в нём отверстий малого диаметра, которые могут забиваться примесями , содержащимися в теплоносителе и увеличение высоты газового объёма в районе установки устройства.
Задачи решаемые предлагаемым техническим решением – совершенствование конструкции ядерной энергетической установки, упрощение конструкции и эксплуатации.
Технический результат – упрощение конструкции реакторного контура ядерной энергетической установки, повышение эффективности очистки от отложений примесей – оксидов внутренних поверхностей реакторного контура с погружными осевыми насосами, обеспечение возможности формировать и доформировать оксидные защитные покрытия на поверхностях конструкционных материалов, контактирующих с теплоносителем.
Технический результат достигается тем, что ядерная энергетическая установка, содержащая реактор с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем или его сплавами с размещёнными под свободной поверхностью активной зоной, горизонтальными парогенераторами, осевыми погружными насосами и системой защитного газа, устройством ввода газовой смеси в тракт теплоносителя, но на входе теплоносителя в насос для формирования падающих на свободную поверхность капель и струй теплоносителя установлены наклонно, под углом к свободной поверхности теплоносителя, не менее одной пластины, нижний край которых заглублён под уровень, а верхний край которых выступает над свободным уровнем потока теплоносителя, поступающего в насос в районе верхнего края установленной трубки подачи окислительной или восстановительной газовой смеси.
На фиг.1 представлена схема ядерной энергетической установки, реализующая предлагаемое техническое решение, на фиг.2 – конструктивная схема элементов устройства ввода мелко дисперсионной газовой смеси с захватом в потоке теплоносителя, поступающего на вход в насос, струями и каплями теплоносителя, падающими на его свободную поверхность.
В ядерном реакторе со свинцовым теплоносителем 1, с размещёнными под свободной поверхностью теплоносителя 2, активной зоной 3, парогенераторами 4, главными циркуляционными насосами 5. На входе в насосы 5, для формирования падающих на свободную поверхность капель и струй 6 теплоносителя установлены, наклонно, под углом к свободной поверхности теплоносителя  2, не менее одной пластины 7. Нижний край пластин 7 заглубляется под свободную поверхность, а верхний край пластин 7 выступает над свободной поверхностью 2 теплоносителя, поступающего в насос. В районе верхнего края пластин 7 и падающих на свободную поверхность капель и струй 6 теплоносителя установлена трубка 8 подачи окислительной или восстановительной газовой смеси
Газовый объём 9 реакторного контура сообщён трубкой 8 с линией подачи 10 восстановительной газовой смеси и с линией подачи 11 окислительной газовой смеси из газовых баллонов с водородом 12 и кислородом 13, соответственно. Баллон 14 предназначен для формирования заданной смеси водорода из баллона 12 с защитным газом контура (аргоном), а также для формирования заданной смеси кислорода из баллона 13 с аргоном из баллона 15.
Работа ядерной энергетической установки в технологическом режиме удаления оксидов теплоносителя из теплоносителя и из их отложений на поверхностях реакторного контура осуществляется следующим образом: Основанием для проведения очистки теплоносителя и контура от его оксидов является либо недопустимо высокое содержание контролируемой примеси кислорода в теплоносителе и в контуре, либо регламентная очистка (по установленным срокам проведения режима очистки), либо очистка после разуплотнения контура вследствие аварии или ремонтных работ. В баллоне 14 приготавливается восстановительная газовая смесь подачей из баллонов с водородом 12 и аргоном 15. При работе установки в номинальном или частичном режимах по линии 10 в газовый объем 9 в близи устройства через трубку 8 подаётся восстановительная газовая смесь. Поток свинцового теплоносителя поступает после парогенератора 4 в главный циркуляционный насос 5. Омывая пластину 7 теплоноситель поступает на верхнюю часть пластины, находящуюся выше свободной поверхности теплоносителя, откуда в виде струй, капель, брызг попадает на эту поверхность. Падая, теплоноситель захватывает газовую смесь в виде мелкодисперсионных пузырей под свободный уровень теплоносителя и поступает в составе двухкомпонентного потока в насос 5. С напора главного циркуляционного насоса пузырьки поступают в каналы реактора, парогенератора и другие каналы, восстанавливая оксиды до чистого свинца и очищая теплоноситель и поверхности контура от этих примесей. Образующийся водяной пар сепарируется на свободных поверхностях теплоносителя и далее конденсируется в аварийных конденсаторах, откуда выводится в цистерну «горячих» вод.
Работа ядерной энергетической установки в технологическом режиме формирования и доформирования защитных оксидных покрытий на поверхностях конструкционных материалов реакторного контура осуществляется следующим образом: основанием для проведения режима технологической обработки реакторного контура кислородосодержащей газовой смесью являются показания оперативного датчика о содержании кислорода в свинце, свидетельствующие о недопустимом раскислении теплоносителя в контуре. Возможными причинами этого является аварийное наступление фрикционного износа (истирания), эрозионного, коррозионного износа сталей в теплоносителе, проведение ремонтных работ. В баллоне 14 приготавливается окислительная газовая смесь подачей аргона из баллона 15 и кислорода из баллона 13. Работа насоса реакторного контура осуществляется в номинальном или частичном режимах. Теплоноситель, падая в виде струй, капель, брызг с верхнего участка пластины 7 на свободную поверхность теплоносителя, захватывает мелкодисперсные пузырьки окислительной газовой смеси. Кислород, взаимодействуя со свинцом, частично растворяется в нем до насыщения, частично образует мелкие частицы оксидов свинца, последние двигаются с потоком теплоносителя, частично растворяясь в нём до насыщения, частично поступая к поверхностям в контуре формируют на нем необходимый «запас» кислорода в виде мелкодисперсных частиц оксидов свинца, который растворяясь расходуется, при необходимости, на формирование и доформирование оксидных защитных покрытий на его поверхностях, подпитывая контур кислородом.
Таким образом, регулирование окислительного потенциала и очистка теплоносителя и контура от оксидов теплоносителя осуществляется за счет взаимодействия с мелкодисперсной газовой (газопаровой) фазой, поступающей на вход в главный циркуляционный насос и формируемой в потоке за счет захвата газовой фазы падающими струями, брызгами, каплями с верхнего участка пластины установленной под углом в потоке теплоносителя.
Принятие предлагаемого технического решения позволяет следующее:
- повысить эффективность очистки теплообменных (активная зона, парогенератор) и изотермических поверхностей реакторного контура со свинцовым теплоносителем от отложений примесей-оксидов теплоносителя;
- исключить образование отложений примесей значительной толщины «срыва» этих отложений и предотвратить имевшее место забивание ими проходных каналов активной зоны реактора;
- повысить эффективность регулирования содержания кислорода в теплоносителе реакторного контура;
- обеспечивать требуемый «запас» кислорода в теплоносителе, тем самым обеспечить необходимое формирование и доформирование защитных оксидных покрытий на внутренних поверхностях реакторного контура, обеспечить требуемый ресурс работы контура;
- ускорить и упростить проведение технологических режимов очистки контура от оксидов и формирования и доформирования защитных оксидных покрытий.