Активне укриття реакторного блока атомної електростанції на випадок руйнування реакторного блока і викиду радіоактивного пилу, а також у випадку вже аварійних реакторних блоків, тобто таких, що частково пошкодж

Реферат: Активне укриття реакторного блока атомної електростанції на випадок руйнування реакторного блока і викиду радіоактивного пилу, а також у випадку вже аварійних реакторних блоків (РБ), тобто таких, що частково пошкоджені, зруйновані і викидають радіоактивний пил, складається з п'яти систем: - системи охолодження газів з радіоактивним пилом, що містить теплообмінні тонкостінні трубки певного діаметра з нержавіючої сталі; - аспіраційно-механічної системи уловлювання і збору газів з радіоактивним пилом, викидуваних з РБ, що містить аспіраційні щілинні повітропроводи, розміщені по всьому периметру даху РБ; - пневмотранспортної системи збору і транспортування радіоактивного пилу, що осідає на даху РБ, що складається з компресора типу ЗАФ, еластичного термостійкого пневмопроводу; аспіраційно-механічної системи очистки газів від радіоактивного пилу в циклонах типу УЦ, що розміщені на всасі, і мокрої доочистки газів від радіоактивного пилу у інерційному скрубері; - системи укриття РБ з матів, що виготовляють з вогнестійкої тканини з двох сторін, скріпленої дротяною арматурою. UA 100024 U (66) Номер та дата UA 100024 U UA 100024 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель активне укриття реакторного блока (АУРБ) (1) атомної електростанції на випадок руйнування реакторного блока і викиду радіоактивного пилу, а також у випадку вже аварійних реакторних блоків, тобто таких, що частково пошкоджені, зруйновані і викидають радіоактивний пил, призначена для ізоляції реакторного блока (РБ) атомної електростанції від атмосфери, охолодження, уловлювання, транспортування і очистки газів з радіоактивним пилом, що викидаються в атмосферне повітря при руйнуванні РБ. В основу корисної моделі поставлена задача створення максимально-безпечної активної системи захисту атмосферного повітря навколишнього середовища від радіоактивного пилу пошкодженого, зруйнованого реакторного блока атомної електростанції при будь-якій можливій складності його руйнування. Поставлена задача вирішується тим, що АУРБ складається з п'яти систем: 1. Системи охолодження газів з пилом, що виділяються при руйнуванні реакторного блока. 2. Аспіраційно-механічної системи уловлювання і збору газів з радіоактивним пилом, викидуваних з РБ. 3. Пневмотранспортної системи збору і транспортування радіоактивного пилу, що осів на даху РБ. 4. Аспіраційної системи очистки газів від пилу в циклонах типу УЦ, що використовуються у борошномельній промисловості і мають високий коефіцієнт очистки: по мучному пилу наближено 98-99 % відсотків і мокрої доочистки газів від пилу, що викидаються у атмосферне повітря у інерційному скрубері. 5. Системи укриття РБ з матів (26), що виготовляються з азбестової або базальтової тканини з двох сторін, скріпленої дротяною арматурою. АУРБ належить до захисту атмосферного повітря навколишнього середовища при руйнуванні, пошкодженні ядерних реакторних блоків атомних електростанцій з викидом газів з радіоактивним пилом в атомній енергетиці. АУРБ призначене для ізоляції реакторного блока атомної електростанції від атмосфери, охолодження, уловлювання, транспортування, очистки газів з радіоактивним пилом, що викидаються в атмосферне повітря при пошкодженні, руйнуванні РБ. Аналоги до корисної моделі у відомій літературі відсутні. Корисна модель пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 та 2 зображене АУРБ, на фіг. 3 – розрізи А-А та Г-Г фіг.1, розрізи Б-Б та В-В фіг.2. Використання аспіраційних і пневмотранспортних систем на основі циклонів типу УЦ, що використовуються у борошномельній промисловості для уловлювання, транспортування борошняного пилу повітрям цих систем і мають по такому пилу коефіцієнт очистки наближено 98÷99 %. Система охолодження газів з пилом складається з теплообмінних тонкостінних трубок (2) з нержавіючої сталі діаметром 20÷50 мм, розміщених на висоті 2÷5 м від поверхні даху РБ паралельно до плоского даху РБ по всій його ширині і на всю довжину, відступаючи від країв даху РБ на ширину 0,5÷2 м. Кількість і діаметр трубок, як і вся система охолодження газів з пилом, розраховуються по замовленню замовника на відсоток можливих тепловиділень від потужності РБ внаслідок руйнування (тобто 1÷5 %). В трубки подається холодна вода по трубопроводу (3) діаметром, що відповідає розрахункам на тепловиділення від зруйнованого РБ, по такому ж трубопроводу (4) нагріта тепла вода відводиться на градирню для охолодження. Аспіраційно-механічна система збору газів з пилом складається з аспіраційних щілинних повітропроводів (5), тобто у верхній частині аспіраційного повітропроводу знаходиться щілина по всій його довжині для забору-всмоктування газів з пилом із наддахового простору РБ. Повітропроводи розміщуються по всьому периметру даху РБ з самих країв, і розраховуються їхні діаметри на швидкість повітря в них в межах 0,5÷5,9 м/с, при якій частина пилу осідатиме на дно цих аспіраційних повітропроводів. Для забору і відведення цього пилу на дні аспіраційних повітропроводів розміщуються по всій їхній довжині шнеки (6) діаметром 100 мм, якими пил, що осів під дією гравітаційної сили, скидається в накопичувальні бункери (8 рис. 1, 2, 3) по самоплинних трубах (7), розміщених по кутах даху РБ і під'єднаних до нижньої частини аспіраційних повітропроводів. Шнеки приводяться в дію редукторами-моторами (9), розміщеними в аспіраційних повітропроводах також по кутах даху РБ. Всі інші діаметри аспіраційних повітроводів розраховуються на швидкість газів з пилом у них в межах 15÷24 м/с, при якій неможливе осідання пилу в них. Для збору радіоактивного пилу, що випадає на дах РБ з газів, що викидаються з пошкодженого РБ, служать системи пневмотранспорту (кількість їх може бути різною від двох і до п'яти і більше) на основі компресорів ЗАФ (10), які використовуються як 1 UA 100024 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 порохотяги, тобто на всмоктування-втягування в себе. Еластичний термостійкий пневмопровід (11) з'єднаний з однієї сторони з пневмопроводом (12) виготовленим з нержавіючої сталі на краю даху РБ, з другої сторони з соплом, яке закріплене на роботі (27) і водиться ним з пневмопроводом по даху РБ для збору пилу. Компресор ЗАФ (10) заповнюється термостійким маслом. Для запобігання швидкому зношуванню компресорів ЗАФ (10) передбачена триступінчаста очистка газів від пилу за допомогою трьох одиничних циклонів типу УЦ (13), розміщених послідовно один за одним. Аспіраційно-механічні і пневмотранспортні системи очистки газів від пилу за допомогою високоефективних батарейних і одиночних циклонів типу УЦ є дуже надійними (у тканинних фільтрах тканина може забиватися пилом і вони можуть виходити з дієздатності, що при аварії РБ недопустимо). Для уловлювання пилу з газів аспіраційно-механічних систем використовується батарейні циклони типу УЦ (14), під якими розміщені шнеки (16) і шлюзові затвори (15), які служать для збору і відведення пилу, уловленого в циклонах. З такою ж метою установлені шлюзові затвори (15) у пневмотранспортних установках - під кожним одиночним циклоном УЦ окремий шлюзовий затвор. Для доуловлювання радіоактивного пилу з газів, що пройшли очистку в батарейних циклонах типу УЦ аспіраційно-механічних установок після виходу газів з пилових вентиляторів РЗ-БВ-Ц5-37 (17), передбачено систему мокрої очистки у вигляді інерційних скруберів (18). Інерційний скрубер (18) складається з водяного насоса (21), що подає воду на три форсунки-розпилювачі (19) води, розміщені по вертикалі у центрі аспіраційного повітропроводу. Аспіраційний повітропровід у свою чергу розміщений у повітропроводі (20) більшого діаметра від аспіраційного повітропроводу, зануреного нижньою частиною у воду, що залита в інерційний скрубер, розрахованого на швидкість в площині перерізу між повітропроводами 3÷5 м/с, на таку ж швидкість розраховується висота-віддаль від поверхні води до нижньої частини аспіраційного повітропроводу, що відходить від вентилятора і нижньою частиною знаходиться над поверхнею води. За рахунок змочування частинок радіоактивного пилу у аспіраційному повітропроводі водою з форсунок-розпилювачів, в якому швидкість повітря є в межах 15÷20 м/с і повороту газів з пилом у інерційному скрубері (18) на кут 180° неуловлені тонкодисперсні частинки пилу будуть випадати з потоку газів у воду скрубера; фактично після мокрої доочистки гази будуть викидатися в атмосферне повітря на 99,9 % очищеними від радіоактивного пилу. На бункери (8) передбачено встановити, для зняття підвищеного статичного тиску, що може утворитися за рахунок ежекції повітря пилом, рукава-фільтри (22) з вогнетривкої тканини, натягнутої на дротяний каркас. Для вивантаження радіоактивного пилу з бункерів передбачені герметичні засуви шиберного типу (25). Система укриття даху РБ складається з матів (23) розміром 3×3 м, виготовлених з вогнетривкої тканини (23), скріпленої дротяною арматурою (24) з двох сторін з таким розрахунком, щоб не було можливості розриву тканини при їх експлуатації. Мати установлюються на верхній частині теплообмінних труб (2) системи охолодження газів по всій площі даху РБ таким чином, щоб вони повністю герметизували витік газів з наддахового простору РБ. З боків наддахового простору РБ для гасіння вибухової хвилі установлюються під певним кутом по всьому його периметру, під'єднаними у верхній частині до труб системи охолодження газів навісними рухомими петлями, листи з нержавіючої тонколистої сталі товщиною 0,5 мм з такою метою, щоб вони вільно лягали на краї аспіраційних повітропроводів і даху РБ і максимально герметизували над реакторний наддаховий простір. У випадку аварії і руйнування РБ з викидом газів з радіоактивним пилом, системи аспіраційно-механічного і пневмотранспортного збору і транспортування газів з пилом і їх очистки включаються в дію і розраховані на уловлювання та збір такої кількості газів і пилу, що унеможливлюється їхнє попадання неочищеними в атмосферне повітря. Для більш конкретного роз'яснення приводяться розрахунки для РБ розміром надреакторних дахових просторів 25×25 м і 50×50 м потужністю 1000 МВт. Для уловлювання газів з пилом вибираються найбільш 3 потужні по продуктивності циклони 2×5 УЦ-700 з max продуктивністю 13250 м /год. і min 3 продуктивністю 11025 м /год. Розрахункову площу перекриття надреакторного простору 2 приймаємо 24 м×24 м=576 м , висота Η=2 м, об'єм над реакторного простору буде становити 2 3 VНРБ=576 м ×2 м=1152 м . По розрахунках приймаємо чотири циклони 2×5УЦ-700, разом з двома 3 пневмотранспортними установками продуктивністю QПН.У. - 1000 м /год. кожна, об'єми повітря, що забираються з надреакторного простору будуть становити: 3 3 3 3 3 3 QМах РБ = 13250 м × 4+2000 м =55 000 м /год. QMin РБ = 11025 м × 4+2000 м =46 100 м /год. 2 UA 100024 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Відповідно до формули Q=3600VF, де V- швидкість повітря, що проходить через площину перекриття надреакторного простору РБ, м/с, F - площа перекриття надреакторного простору 2 РБ, м , швидкості повітря, що проходить через площину системи укриття РБ з матів будуть дорівнювати: 3 2 VMax РБ = 55000 м /год. /3600×576 м =0,0265 м/с 3 2 VMin РБ = 46100 м /год./3600×576 м =0,0222 м/с Кратність повітрообміну, тобто кількість об'ємів повітря надреакторного простору в одиницю часу, що забирається аспіраційно-механічними і пневмотранспортними системами становитиме: 3 3 КрMax. РБ= 55000 м /год. /1152 м =48 об'ємів/год.=0,8 об'єму/хв 3 3 КрMin. РБ= 46100 м /год. /1152 м =40 об'ємів/год. = 0,67 об'єму/хв. З цього розрахунку стає очевидним, що при такій кратності повітрообміну повітря наддахового надреакторного простору стає неможливим витікання газів з радіоактивним пилом у атмосферне повітря, фактично всі гази любої температури будуть забиратися аспіраційномеханічними і пневмотранспортними системами. Пневмотранспортні системи розраховані на збирання 8 т/год. радіоактивного пилу, в данному випадку буде задіяно 2 Пн-системи, разом буде забезпечуватись збирання і транспортування 16 т/год. пилу. Для РБ розміром 50×50 м розрахункова площа перекриття надреакторного простору 2 становитиме 49×49 м=2401 м , при висоті укриття Η=2 м, об'єм його буде VУКР=2 м×2401 2 3 м =4802 м . Залишаємо 4 циклони 2×5УЦ-700, швидкості повітря, що проходить через систему укриття РБ з вогнетривких матів, будуть: 3 2 VMax. РБ=55000 м /год. /3600×2401 м =0,0064 м/с 3 2 VMi.n РБ=46100 м /год./3600×2401 м =0,0053 м/с Кратності повітрообміну надреакторного простору будуть становити: 3 3 КрMax. РБ=55000 м /год. /4802 м =11,45 об'ємів/год.=0,2 об'єма/хв; 3 3 КрMi. РБ=46100 м /год. /4802 м =9,6 об'ємів/год.=0,16 об'єма/хв. При таких кратностях повітрообміну повітря надреакторного дахового простору також унеможливлюється викид газів з радіоактивним пилом в атмосферу. Але так як невідомо, які можуть бути руйнування РБ, тому приводиться розрахунок охолодження газів, виходячи з розрахунку тепловиділень 1 % від потужності реактора тобто 10 MB. Приймаються параметри води і газів tВ.ПОЧ.=20 °C, tВ.КІН.=85 °C, tГ.ПОЧ.=150 °C, tГ.КІН. = 60 °C. 2 FНАГР.= Q/К[Tcp - (tГ.ПОЧ.-tГ.КІН.)]×1,16 Вт = 10 000 000 Вт/95,56 (Вт/м хК)×[52,5 °C-(150 °C2 60 °C)]×1,16 Вт=12023 м , 2 де FНАГР. - необхідна площа поверхні нагріву, м ; 2 К=95,56 (Вт/м хК), К - коефіцієнт теплопередачі; ТСЕР.=20+85/2=52,5 °C. Приймаємо 200 трубок діаметром 50 мм, швидкість води VВ.ТР. = 1,5 м/с, відповідно розхід 2 3 води буде GB=1,5 м/с×0,00196 м ×200×3600 с=2116,8 м /год. Кількість тепла, що буде забиратися такою кількістю води: 3 QТ.В.=GВ×1000 (tВ.КІН. - tВ.ПОЧ.)×1/16 Вт=2116,8 м /год.×1000 × 65 °C×1,16 Вт=159606720 Вт=159 МВт. Нам потрібно забрати 1 % від потужності реактора, тобто 10 МВт тепла, тобто 159 мВт: 10 мВт=15,9 разу менше, відповідно площа теплообмінника буде становити: 2 2 FНАГР.К=12023 м /15,96=753 м . Площа однієї трубки становитиме: 2. FTP.=ПД×24 м=3,14×0,05 м×24 м=3,768 м Кількість трубок буде становити: 2 2 nтр=FНАГР.К/FTP.=753 м /3,768 м =199,8≈200 З вище приведених розрахунків очевидно, що корисну модель можна вважати цілком реальним для попередження і локалізації наслідків пошкодження, аварії реакторних блоків атомних електростанцій. По розрахунках установочна і споживана потужність на аспіраційно-механічні і пневмотранспортні системи (без врахування потужності затрат на обіг і охолодження води) буде становити наближено 100 кВ при персоналі обслуговування 5 чоловік. Вартість всього устаткування, монтажу, наладки та інших затрат для одного РБ в українських цінах для АУРБ буде становити не більше 1 000 000 у. од. (доларів USA). 3 UA 100024 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Активне укриття реакторного блока атомної електростанції на випадок руйнування реакторного блока і викиду радіоактивного пилу, а також у випадку вже аварійних реакторних блоків (РБ), тобто таких, що частково пошкоджені, зруйновані і викидають радіоактивний пил, що призначають для ізоляції реакторного блока атомної електростанції від атмосфери, охолодження, уловлювання, транспортування і очистки газів з радіоактивним пилом, що викидаються в атмосферне повітря, складається з п'яти систем: - системи охолодження газів з радіоактивним пилом, що містить теплообмінні тонкостінні труби певного діаметра (2) з нержавіючої сталі, розміщені на висоті 2÷5 м від поверхні плоского даху РБ, паралельно йому по всій його ширині і довжині, відступаючи від країв даху РБ на віддаль 0,5÷2 м, і через які протікає вода, що охолоджує гази з радіоактивним пилом; - аспіраційно-механічної системи уловлювання і збору газів з радіоактивним пилом, викидуваних з РБ, що містить аспіраційні щілинні повітропроводи (5), розміщені по всьому периметру даху РБ з самих країв, діаметри яких розраховують на швидкість повітря в них в межах 0,5÷5,9 м/с для осідання частини радіоактивного пилу на їх дно, по якому шнеки (6) розміщені по всій їхній довжині відводять цей пил самопливними трубами (7) в накопичувальні бункери (8); аспіраційних повітропроводів, що забирають гази з радіоактивним мілкодисперсним неосілим пилом, діаметри яких розраховують на швидкість газів з пилом у них в межах 15÷24 м/с, при якій унеможливлюється осідання пилу в них; - пневмотранспортної системи збору і транспортування радіоактивного пилу, який осідає на даху РБ, що містить компресор типу ЗАФ (10), який використовують як порохотяг на всмоктуванні-втягуванні в себе; еластичний термостійкий пневмопровід (11) з'єднаний з однієї сторони з пневмопроводом (12), виготовленим з нержавіючої сталі і розміщеним на краю даху РБ і з другої сторони з соплом, яке закріплене на роботі (27) і водиться ним з еластичним пневмопроводом (11) по даху РБ для збору радіоактивного пилу; триступінчатої очистки газів від радіоактивного пилу за допомогою трьох одиночних циклонів типу УЦ (13), розміщених послідовно один за одним; - аспіраційно-механічної системи очистки газів від радіоактивного пилу в циклонах типу УЦ (14), що використовують у мукомельній промисловості і мають високий коефіцієнт очистки: по мучному пилу наближено 98÷99 % відсотків, розміщених на всасі, і мокрої доочистки газів від радіоактивного пилу у інерційному скрубері (18), розміщеному на наддуванні пилового вентилятора (17); інерційний скрубер (18) включає бункер, заповнений водою, яка водяним насосом (21) подається на форсунки-розпилювачі (19), розміщені по вертикалі у центрі аспіраційного повітропроводу для змочування частинок радіоактивного пилу, що подається з потоком повітря швидкістю 15÷20 м/с, направленим вертикально вниз, і який над поверхнею води скрубера розвертається на кут 180° для випадання неуловлених тонкодисперсних частинок радіоактивного пилу з потоку газів, які повітропроводом (20) більшого діаметра, зануреного нижньою частиною у воду скрубера, викидаються у атмосферу, причому площину перерізу між діаметрами повітропроводів скрубера і висоту-віддаль від поверхні води до нижньої частини аспіраційного повітропроводу меншого діаметра розраховують на швидкість газів у них в межах 3÷5 м/с; фактично після очистки газів у щілинних аспіраційних повітропроводах, циклонах типу УЦ і мокрої доочистки газів у інерційному скрубері вони будуть викидатися в атмосферне повітря на 99,9 % відсотків очищеними від радіоактивного пилу; - системи укриття РБ з матів (23), що виготовляють з вогнестійкої тканини з двох сторін, скріпленої дротяною арматурою (24), які встановлюють на верхній частині теплообмінних труб (2) системи охолодження газів по всій площі наддахового простору РБ таким чином, щоб вони повністю герметизували витік газів з наддахового простору РБ; для гасіння вибухової хвилі на випадок руйнування РБ з викидом газів встановлюють з боків наддахового простору РБ під певним кутом по всьому його периметру, під'єднаними у верхній частині до труб системи охолодження газів навісними рухомими петлями, листи (26) з нержавіючої тонколистової сталі з такою метою, щоб вони вільно незакріпленою нижньою частиною лягали на краї щілинних аспіраційних повітропроводів і максимально герметизували надреакторний наддаховий простір. 4 UA 100024 U 5 UA 100024 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6