Спосіб оптимізації системи розхолоджування гермооб’єму реакторного відділення

Реферат: Спосіб оптимізації системи розхолоджування гермооб'єму реакторного відділення, що містить трубу круглого перерізу, струминні форсунки, жалюзійний сепаратор, трубопровід підведення охолоджувальної рідини і трубопровід відведення конденсату. Процес оптимізації відбувається при зіткненні краплинного потоку із стінками струминного розпилювача-охолоджувача шляхом збільшення кута розкриття факела і перетину факелів один з одним. UA 74422 U (12) UA 74422 U UA 74422 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі струминної техніки і може бути використана в енергетичній галузі, де виникає необхідність використання струминних апаратів для локалізації аварійних наслідків в гермооб'ємі реакторної установки при течі першого і другого контуру. На разі на діючих атомних електростанціях (АЕС) України з РУ ВВЕР-1000 відсутні системи безпеки, здатні ефективно протидіяти прямому зрошуванню борним розчином усього устаткування, що знаходиться в гермооб'ємі при спрацьовуванні спринклерних пристроїв в умовах аварії із втратою теплоносія. Тому виникає питання про удосконалення (модернізацію) існуючої спринклерної системи за рахунок упровадження струминного розпилювачаохолоджувача (СРО) шляхом його оптимізації. Найбільш близьким до заявленої корисної моделі є спосіб конденсації пари в гермооб'ємі реакторного відділення [1], який полягає в наступному. При витіканні теплоносія з трубопроводу першого контуру і підвищенні тиску в герметичному об'ємі (ГО) на вході в СРО через струминні форсунки поступає охолоджувальний розчин, що подається спринклерним насосом з температурою 50 °C, потім парогазова суміш за рахунок ежекції поступає у внутрішню порожнину труби СРО і конденсується на струминах краплинного факела з подальшим відведенням усього утвореного конденсату в бак-приямок ГО без прямого зрошування устаткування реакторного відділення. Недоліками способу є: - відсутність переходу від вертикального руху парогазової суміші і краплинного потоку у факелі до руху вздовж розширеного факела; - зростання габаритних показників СРО при збільшенні довжини труб і кута розпилення факела; - відсутня методика розрахунку при зіткненні краплинного потоку стінок СРО і накладенні факелів один на одного; - немає об'єднаної моделі СРО з розрахунковими кодами. У цілому вказані недоліки знижують ефективність використання даного способу. Суть корисної моделі полягає в оптимізації геометричних параметрів СРО шляхом розрахункового моделювання з випаданням крапель рідини на стінки СРО, що дозволить понизити параметри середовища в ГО реакторного відділення АЕС з ВВЕР при аварії зі втратою теплоносія. Технічний результат досягається шляхом збільшення кута розкриття факела з подальшим випаданням краплинного потоку на стінки СРО. Ефективність способу полягає в незмінному значенні площі прохідного перерізу, зменшенні довжини труб СРО, скороченні тривалості процесу, економії і зменшенні фінансових витрат, підвищенні надійності розхолоджування гермооб'єму. Для вирішення поставленої задачі був вибраний метод локальної конденсації пари на струминах краплинного факела при зіткненні краплинного потоку зі стінками СРО і накладенням факелів один на одного. Особливістю корисної моделі є те, що об'єднання моделі СРО з тепло-гідравлічним кодом MELCOR 1.8.5 дозволяє враховувати конденсацію пари на стінках, устаткуванні і металоконструкціях гермооб'єму при аварії зі втратою теплоносія. Це дозволить наблизитися до реальних процесів, що відбуваються в гермооб'ємі в плині часу. При впровадженні даної технології непотрібна масштабна зміна спринклерної системи, необхідно лише модернізувати існуючу систему, доповнивши її СРО. Реалізація способу зниження тиску в гермооб'ємі на прикладі двох форсунок СРО показане на фіг. 1, де 1 - форсунка; 2 - струминний розпилювач-охолоджувач; 3 - жалюзійний сепаратор; 4 - трубопровід для відведення конденсату; 5 - бак-приямок гермооб'єму; 6 - всмоктуючий трубопровід; 7 - арматура; 8 - спринклерний насос; 9 - напірний трубопровід. Спосіб зниження тиску в гермооб'ємі полягає в наступному. СРО 2 є трубою круглого перерізу, перед входом в яку декількома рядами встановлені струминні форсунки 1 для розпилення спринклерного охолоджувального розчину. Подача розчину на форсунки здійснюється з напірного трубопроводу спринклерної системи 9 за допомогою спринклерного насоса 8. У нижній частині труби знаходиться жалюзійний сепаратор 1 UA 74422 U 5 10 3 для видалення не сконденсованих газів і трубопровід 4 для відведення спринклерного розчину і конденсату в бак-приямок гермооб'єму 5 реакторної установки, який всмоктуючим трубопроводом 6 і арматурою 7 з'єднується зі спринклерним насосом. За габаритами установка є трубою завдовжки в межах 1…3 м (залежно від кута розпилення), що повністю відповідає її розміщенню на основу куполу гермооб'єму по периферії без додаткових перешкод для роботи перевантажувальної машини, що дає можливість проводити періодичні випробування системи форсунки без затікання устаткування ГО. При паралельній роботі струминних форсунок, окрім випадання крапель рідини на стінки СРО, окремі факели перекривають один одного, утворюючи при цьому єдиний факел розпилення. Це приводить до зміни концентрації крапель і зменшення площі факела в порівнянні із сумою площ окремих факелів. До перетину кожен факел діє незалежно один від одного і обмежений площею FФ , але після точки перетину на кожному кроці інтеграції з площі віднімається площа відповідного сегменту FФС (фіг. 1), і в рівняння балансу площ підставляється вже нова площа [2-5]. Кількість секторів зіткнення факелів один з одним і стінкою визначимо з виразу вигляду: NC  nФ1  nФ2   2 і NФC  nФ1  nФ2   4 , FФ 15 де nФ1,nФ2 - кількість форсунок і їх рядів в трубі СРО, відповідно. Прохідний переріз сегменту при випаданні краплинного потоку на стінки СРО: 20 25 30      , 2      FC  R Ф     sin  / 2  180   180   де R Ф - радіус факела. Перемноживши останні два вирази, отримаємо площу факела, що попадає на стінки СРО: FФС  FC  NC . Аналогічно запишемо площу факела при дотику факелів один до одного і до стінок СРО: FФН  FC  NФC . Віднімаючи відповідні площі із загальної площі факела, запишемо залишкову площу факела при випаданні краплинного потоку на стінки СРО: FФ1  FФ  FФС  FФН . У момент, коли відбувається зіткнення краплинного потоку зі стінками СРО, в рівняння для краплинного потоку вводиться функція випадання краплинного потоку на стінки СРО з урахуванням записаних виразів. Масовий потік крапель, що дотикається до стінок СРО, запишемо у вигляді виразу: dGКС FКФqМ 1  FФС ,   dr VК FФ  NФС  FС де FФК - площа факела, що зайнята краплями; qМ - масовий потік пари, що конденсується, на одній краплі; 35 40 45 50 VК - об'єм краплі. Усі вказані зміни площ враховуються в математичній моделі СРО, що дозволяє проаналізувати вплив обмежуючих стінок СРО на процеси, що відбуваються СРО разом з ГО. Реалізація даного способу дозволить сформувати адаптовану до умов АЕС систему зниження тиску в гермооб'ємі в умовах аварії з течею методом локальної конденсації пари струминним розпилювачем-охолоджувачем. При цьому зниження тиску і розхолоджування ГО в умовах течі за допомогою СРО формує умови, при яких підвищення параметрів в ΓО не досягатиме верхніх проектних меж, що забезпечить ефективне керування ресурсом системи герметичних огород РУ АЕС [6]. Пропонований спосіб в умовах аварії з течею дозволить максимально обмежити зростання тиску в ГО на можливо низькому рівні без локалізації гермооб'єму. Даний спосіб може бути реалізований при роботі локалізувальних систем безпеки в аварійних умовах з "малою" і "середньою" течею в гермооб'ємі РУ для енергоблоків "малої" серії з ВВЕР-1000/В-302 і серійними енергоблоками АЕС з ВВЕР-1000/В-320. Приклад 1. Як оцінка надана динаміка зміни тиску в ГО із зіткненням і без зіткнення краплинного потоку зі стінками СРО при різних значеннях кута розкриття факела. Змінюючи кут розкриття факела в діапазоні від 3 до 8° за заданих початкових умов довжини труби 2 м і площі 2 прохідного перетину 1,5 м , можна простежити динаміку зміни тиску в ГО і визначити оптимальні параметри СРО. Результати розрахункового моделювання зображені на фіг. 2, де 1, 3, 5 - зміна тиску в ГО із зіткненням краплинного потоку зі стінками СРО при  = 3, 6 і 8°; 2 UA 74422 U 5 10 15 20 25 30 35 2, 4, 6 - зміна тиску в ГО без зіткнення краплинного потоку зі стінками СРО при  = 3,6 і 8°. Отже, як показали результати розрахункового моделювання, оптимальними параметрами СРО з точки зору ефективності є: кут 6, що відповідає довжині труби 1,2 м при незмінній площі прохідного перерізу. При порівнянні кривих, отриманих на фіг. 2, видно, що динаміка зміни тиску в ГО із зіткненням і без зіткнення крапель рідини зі стінками СРО практично не відрізняються при постійному куті розпилення. У разі відсутності зіткнення крапель рідини за стінками СРО, із збільшенням кута розпилення значно збільшується вхідний переріз труби, оскільки випадання крапель на стінки СРО зменшує довжину труби без зміни вхідної площі. Це особливо важливо для гермооб'єму РУ з обмеженим місцем для розміщення СРО. Приклад 2. За прикладом 1 простежимо вплив кута розкриття факела на кількість видаленої вологи (сконденсованої пари) з ГО за наявності СРО. При цьому геометричні розміри труби СРО із збільшенням кута розкриття факела в діапазоні 3.8° зменшуються за довжиною від 3 до 2 1 м при постійному прохідному перерізі СРО 1,5 м . Кількість видаленої вологи з ГО із зіткненням і без зіткнення краплинного потоку зі стінками СРО при різних значеннях кута розкриття факела показано на фіг. 3, де 1, 3, 5 - кількість сконденсованої пари при зіткненні краплинного потоку стінок СРО при  = 3, 6 і 8°; 2, 4, 6 - кількість сконденсованої пари без зіткнення краплинного потоку зі стінками СРО при  = 3, 6 і 8°. Аналогічно прикладу 1 результати розрахунку, отримані з урахуванням і без урахування зіткнення крапель рідини зі стінками СРО за кількістю видаленої вологи з ГО відрізняються не набагато, що підтверджує ефективність використання даного способу. Таким чином, пропонований спосіб є промислово застосовним, оскільки не вимагає розміщення устаткування з великими масогабаритними показниками пристрою, дозволяє отримати максимальну ефективність при мінімальних витратах, що робить його економічно доцільним. Джерела інформації: 8 1. Патент України № 32561, МПК G21C15/00, опубл. 26.05.2008, бюл. № 10. 2. Прямоточные распылительные аппараты в теплоэнергетике / B.C. Галустов. М.:Энергоатомиздат, 1989. - 240 с. 3. Расчѐты теплообменных аппаратов / А.С. Цыганков. Справочное пособие, Ленинград, 1956. - 262 с. 4. Общие принципы расчѐта прямоточных распылительных тепломассообменных аппаратов / B.C. Галустов и др. Теплоэнергетика, 1974. 5. Основы техники распыливания жидкостей / Д.Г. Пажи, B.C. Галустов. - М: Химия, 1984. 256 с. 6. Серия норм МАГАТЭ по безопасности Проектирование систем защитной оболочки реактора для атомных электростанций / МАГАТЭ. - Австрия, Вена, 2008. - 143 с. 40 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 Спосіб оптимізації системи розхолоджування гермооб'єму реакторного відділення, що містить трубу круглого перерізу, струминні форсунки, жалюзійний сепаратор, трубопровід підведення охолоджувальної рідини і трубопровід відведення конденсату, який відрізняється тим, що процес оптимізації відбувається при зіткненні краплинного потоку із стінками струминного розпилювача-охолоджувача шляхом збільшення кута розкриття факела і перетину факелів один з одним, а також при русі краплинного потоку вздовж розширення факела, без зміни конструктивних характеристик, причому всі елементи є єдиною системою. 3 UA 74422 U 4 UA 74422 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5