Система пасивного аварійного охолодження корпуса ядерного реактора

1 Система пасивного аварійного охолодження корпуса ядерного реактора, що містить корпус реактора з активною зоною і бетоном біологічного захисту та гідроакумулятори, яка відрізняється тим, що корпус реактора із зовнішньої сторони оснащено пакетом теплових труб, випаровувальні ділянки яких охоплюють дно та бокову поверхню корпуса реактора до рівня, не нижче верхнього рівня розташування активної зони, а конденсаційні їх ділянки виведено крізь герметичне ущільнення в бетоні біологічного захисту в грунт 2 Система пасивного аварійного охолодження корпуса ядерного реактора за п 1, яка відрізняється тим, що конденсаційні ділянки теплових труб оснащено ребрами Корисна модель відноситься до галузі енергетики і може бути використана при розробці пасивної системи аварійного охолодження корпуса ядерного реактора, роботоздатної в тому числі і в умовах повного знеструмлення станції, тобто при ВІДМОВІ систем енергопостачання, включаючи відмову дизель-генераторів Відома система аварійного охолодження корпуса ядерного реактора (див книгу О Б Самойлов, Г Б Усынин, А М Бахметьев Безопасность ядерных энергетических установок — М Энергоатомиздат, 1989, с 80, рис 5 9, а) має в своему складі корпус реактора, парогенератори, ШВИДКОДІЮЧІ редукційні установки Відведення теплоти здійснюється шляхом випарювання теплоносія з парогенераторів через ШВИДКОДІЮЧІ редукційні установки в атмосферу Недоліком цієї системи є низькі надійність, ефективність та обмеженість часу и роботи в умовах втрати станцією енергоживлення, так як система включає елементи автоматики, що можуть відмовити в умовах аварії, а також вона не може постачатися теплоносієм із-за відсутності подачі електроенергії в умовах повного знеструмлення станції на насоси аварійного живлення парогенераторів Система є активною, тобто для початку и роботи повинен бути виданий керуючий сигнал с 16, рис 1, с 40-42, рис 16), що містить корпус реактора з активною зоною і бетоном біологічного захисту та гідроакумулятори В гідроакумуляторах знаходиться запас води під тиском, що його утворює азот При зниженні тиску теплоносія в корпусі реактора із-за розривів трубопроводів спрацьовують зворотні клапани і вода із гідроакумуляторів подається в корпус реактора В цьому технічному рішенні надійність та ефективність підвищено за рахунок застосування пасивних пристроїв, робота яких не залежить від керуючих сигналів та наявності електроживлення В той же час система має обмежені можливості по тривалості дії із-за кінцевого об'єму гідроакумуляторів і відсутності системи охолодження води, що в аварійній ситуації подається в корпус реактора В основу корисної моделі поставлено задачу створення системи пасивного аварійного охолодження корпуса ядерного реактора, в якій нова конструкція пристроїв пасивної дії дозволила б забезпечити надійність, ефективність та тривалий час роботи, в тому числі в умовах повного знеструмлення станції Поставлена задача вирішується тим, що в системі пасивного аварійного охолодження корпусу ядерного реактора, що містить корпус реактора з активною зоною і бетоном біологічного захисту та гідроакумулятори, згідно з корисною моделлю, корпус реактора із зовнішньої сторони споряджено пакетом теплових труб, випаровувань ні ділянки яких охоплюють дно та бокову поверхню корпуса реактора до рівня, не нижче верхнього рівня розташування активної зони, а конденсаційні їх ділян В якості найбільш близької по технічній суті вибрана система пасивного аварійного охолодження корпуса ядерного реактора (див книгу О Б Самойлов, С Б Зубков, В А Чирков Безопасность реакторов ВВР Авария с потерей теплоносителя — Горький Горьков политехи ин-т, 1986, ю СО 1375 ки виведено крізь герметичне ущільнення в бетоні біологічного захисту в грунт Конденсаційні ділянки теплових труб можуть бути споряджені ребрами Спорядження корпуса реактора із зовнішньої сторони пакетом теплових труб, випаровувальні ділянки яких охоплюють дно та бокову поверхню корпуса реактора до рівня, не нижче верхнього рівня розташування активної зони, а конденсаційні їх ділянки виведено крізь герметичне ущільнення в бетоні біологічного захисту в грунт, причому конденсаційні ділянки можуть бути споряджені ребрами, дозволяє забезпечити надійність, ефективність та тривалий час роботи за рахунок надійного та ефективного теплозбирання та тепловідведення за межі третього бар'єру безпеки залишкової теплоти після аварійної зупинки реактора тепловими трубами, що майже без втрат передають великі теплові потоки практично необмежений час Для початку їх роботи не потрібне втручання оперативного персоналу чи якихось керуючих сигналів Залишкова теплота починає відводитися в грунт, як тільки в результаті протікання аварійних процесів вода, що потрапила в реактор з гідроакумуляторів, нагріваючись від тепловиділяючих елементів за рахунок природної конвекції нагріває внутрішні стінки корпуса Шляхом теплопровідності теплота передається на зовнішню поверхню корпуса реактора, де вона сприймається випаровувальними ділянками теплових труб і передається в грунт, в якому розсіюється Навіть при оголенні активної зони у випадку повного випаровування води, що була подана з гідроакумуляторів та неможливості подачі нових порцій теплоносія при повному знеструмленні станції система буде відводити теплоту, що буде передаватися на корпус реактора шляхом випромінювання та від розплавлених часток ядерного палива шляхом теплопровідності Відведення теплоти в грунт дозволяє виграти час для проведення необхідних аварійних міроприємств, попередити швидке проплавлення корпусу реактора у випадку розплавлення активної зони та сприяти зменшенню наслідків важких аварій шляхом збільшення часу утримання продуктів розпаду в герметичних об'ємах, так як їх концентрація найбільша на початку аварійних процесів і поступово зменшується в часі Технічна суть та принцип дії запропонованої системи пасивного аварійного охолодження корпуса ядерного реактора пояснюється фігурою На фігурі зображена система пасивного аварійного охолодження корпуса ядерного реактора у розрізі Система пасивного аварійного охолодження корпуса ядерного реактора включає в себе корпус реактора 1 з активною зоною 2, бетон біологічного захисту 3, гідроакумулятори 4, пакет теплових труб 5 з їх випаровувальними 6 та конденсаційними 7 ділянками Конденсаційні ділянки 7 теплових труб 5 з ребрами 8 розміщені в грунті 9 Гідроакумулятори 4 з'єднані з корпусом реактора 1 через зворотні клапани 10 Система пасивного аварійного охолодження корпуса ядерного реактора працює слідуючим чином В результаті протікання аварійних процесів ізза розгерметизації першого контура тиск в корпусі реактора 1 знижується При зниженні тиску до визначеної величини спрацьовують зворотні клапани 10 і вода з гідроакумуляторів 4 подається в корпус реактора 1 Тут вода прогрівається від залишкової теплоти активної зони 2 зупиненого реактора і передає цю теплоту на корпус реактора 1, де и сприймають випаровувальні ділянки 6 теплових труб 5 При подальшому розвитку аварійної ситуації у випадку повного знеструмлення станції і неможливості подачі теплоносія в корпус реактора 1 насосами високого чи низького тиску вода, що була подана з гідроакумуляторів, може бути повністю випарена Після випарювання залишків теплоносія активна зона 2 починає розігрівати корпус реактора 1 Випаровувальні ділянки 6 теплових труб 5 сприймають цей тепловий потік Теплоносій теплових труб 5 випаровується або кипить і у вигляді пари за рахунок прихованої теплоти пароутворення переносить цей тепловий потік через бетон біологічного захисту 3 на конденсаційні ділянки 7, розміщені в грунті 9 Тут пара конденсується і теплоносій у вигляді рідини повертається у випаровувальні ділянки 6, де все повторюється спочатку Сприйнятий конденсаційними ділянками 7 тепловий потік розподіляється на ребра 8 і передається в грунт 9 Виготовлена та досліджена модель системи пасивного аварійного охолодження корпуса ядерного реактора, що мала у своєму складі блок нагрівання, у який було вмонтовано випаровувальну ділянку теплової труби Конденсаційну споряджену ребрами ділянку теплової труби було установлено в зволожене середовище на основі мінеральних волокон - імітатор грунту Після проведення ДОСЛІДІВ було зроблено слідуючі висновки - після вмикання нагрівача блоку нагрівання температура теплової труби починала підвищуватися, - через деякий час на кожному рівні потужності нагрівача блоку нагрівання встановлювався стаціонарний режим (стабільна температура на кожному з елементів системи) по ланцюгу блок нагрівання - теплова труба - імітатор грунту При цьому максимальна температура імітатора грунту фіксувалась поблизу ребер теплової труби, а по мірі віддалення від теплової труби вона зменшувалась аж до температури кімнати, де проводились досліди, - застосування теплових труб дозволяє досягнути високої надійності та ефективності роботи системи пасивного аварійного охолодження корпуса ядерного реактора внаслідок притаманності цих якостей основним складовим частинам системи, а саме тепловим трубам, - система пасивного аварійного охолодження корпуса ядерного реактора є повністю пасивною, тобто працює за рахунок використання законів природи і не потребує ні живлення, ні обслуговування, ні втручання людини, - ресурс системи пасивного аварійного охолодження корпуса ядерного реактора визначається тривалістю роботоздатності теплових труб і є одного порядку з тривалістю роботи атомної станції 1375 ФІГ, ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71