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: Винахід належить до галузі ядерної техніки, а саме очищення радіоактивних відходів. 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 вже пошкоджені і викидають радіоактивний пил складається з п'яти систем: 1 - Системи охолодження газів з радіоактивним пилом, до якої входять теплообмінні тонкостінні трубки; 2 Аспіраційно-механічної системи уловлювання і збору газів з радіоактивним пилом, до якої входять аспіраційні щільові повітропроводи та накопичувальні бункери; 3 - Пневмотранспортної системи збору і транспортування радіоактивного пилу, що осідає на даху РБ, до якої входить компресор типу ЗАФ, пневмопровід та робот; 4 - Аспіраційно-механічної системи очистки газів від радіоактивного пилу, до якої входять циклони типу УЦ, скрубер та повітропроводи; 5 Системи укриття реакторного блока, до якої входять мати з дротяною арматурою та система охолодження газів. Технічним результатом винаходу є забезпечення надійного укриття та очистка радіоактивних відходів. UA 111537 C2 (12) UA 111537 C2 UA 111537 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 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 пошкоджені, зруйновані і викидають радіоактивний пил. Активне укриття реакторного блока, в подальшому в тексті вказуватиметься абревіатура в скороченні, тобто АУРБ призначене для ізоляції реакторного блока (в подальшому - РБ) атомної електростанції від атмосфери, охолодження, уловлювання, транспортування і очистки газів з радіоактивним пилом, що викидаються в атмосферне повітря при руйнуванні РБ відноситься згідно з діючою редакцією МПК до захисту навколишнього середовища від радіоактивних речовин атомних електростанції B23Q 11/00, G21, G21D, Е04Н 5/02. Задача, яка ставилася при розробці корисної моделі АУРБ було створення максимальнобезпечної активної системи захисту атмосферного повітря навколишнього середовища від радіоактивного пилу пошкодженого, зруйнованого реакторного блока атомної електростанції при любій можливій складності його руйнування. АУРБ складається з п'яти систем: 1 - Системи охолодження газів з пилом, що виділяються при руйнуванні реакторного блоку; 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 мукомельній 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, 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 винаходу відсутні. За рівень техніки можна вважати використання аспіраційних і пневмотранспортних систем на основі циклонів типу УЦ, що використовуються у мукомельній 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 Фіг. 1, 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 Фіг. 1) діаметром, що відповідає розрахункам на тепловиділення від зруйнованого РБ, по такому ж трубопроводу (4 Фіг. 1) нагріта тепла вода відводиться на градирню для охолодження. Аспіраційно-механічна система збору газів з пилом складається з аспіраційних щілових повітропроводів (5 Фіг. 1, 2, 3), 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 2-5,9 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 Фіг. 3) діаметром 100 мм, якими пил, що осів під дією гравітаційної сили, скидається в накопичувальні бункери (8 Фіг. 1, 2, 3) по самотічних трубах (7 Фіг. 1, 2, 3), розміщених по кутах даху РБ і під'єднаних до нижньої частини аспіраційних повітропроводів. Шнеки приводяться в дію редукторами-моторами (9 Фіг. 3), 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 1 UA 111537 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 Фіг. 1, 2), які використовуються як порохотяги, тобто на всмоктування-втягування в себе. Еластичний термостійкий пневмопровід (11 Фіг. 1, 2) з'єднаний з однієї сторони з пневмопроводом (12 Фіг. 1, 2) виготовленим з нержавіючої сталі на краю даху РБ, з другої сторони з соплом, яке закріплене на роботі (27 Фіг. 1, 2) і водиться ним з пневмопроводом по даху РБ для збору пилу. Компресор ЗАФ (10 Фіг. 1, 2) заповнюється термостійким маслом. Для запобігання швидкому зношуванню компресорів ЗАФ (10 Фіг. 1, 2) передбачена триступінчаста очистка газів від пилу за допомогою трьох одиничних циклонів типу УЦ (13 Фіг. 1, 2), 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 використовуються батарейні циклони типу УЦ (14 Фіг. 1, 2), під якими розміщені шнеки (16 Фіг. 1) і шлюзові затвори (15 Фіг. 1), які служать для збору і відведення пилу уловленого в циклонах. З такою ж метою установлені шлюзові затвори (15 Фіг. 1) 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 Фіг. 1, 2) передбачено систему мокрої очистки у вигляді інерційних скруберів (18 Фіг. 1, 2, 3). Інерційний скрубер (18 Фіг. 1, 2, 3) складається з водяного насоса (21 Фіг. 1, 2, 3), що подає воду на три форсунки-розпилювачі (19 Фіг. 1, 3) води, розміщені по вертикалі у центрі аспіраційного повітропроводу. Аспіраційний повітропровід у свою чергу розміщений у повітропроводі (20 Фіг. 1, 2, 3) 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 висотавіддаль 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 Фіг. 1, 2, 3) 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 Фіг. 2, 3) передбачено встановити, для зняття підвищеного статичного тиску, що може утворитися за рахунок ежекції повітря пилом, рукави-фільтри (22 Фіг. 2, 3) з вогнетривкої тканини, натягнутої на дротяний каркас. Для вивантаження радіоактивного пилу з бункерів передбачені герметичні засуви шиберного типу (25 Фіг. 1, 2, 3). Система укриття даху РБ складається з матів (23 Фіг. 1, 2, 3) розміром 3×3 м, виготовлених з вогнетривкої тканини (23 Фіг. 1, 2, 3), скріпленої дротяною арматурою (24 рис. 3) з двох сторін з таким розрахунком, щоб не було можливості розриву тканини при їх експлуатації. Мати установлюються на верхній частині теплообмінних труб (2 Фіг. 1, 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 установлюються під певним кутом по всьому його периметру, під'єднаними у верхній частині до труб системи охолодження газів навісними рухомими петлями, листи з нержавіючої тонколистової сталі товщиною 0,5 мм з такою ціллю, щоб вони вільно лягали на краї аспіраційних повітропроводів і даху РБ і максимально герметизували надреакторний 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 1000МВт. Для уловлювання газів з пилом вибираються найбільш 3 потужні по продуктивності циклони 2×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 Н=2 м, об'єм надреакторного простору буде становити 2 3 VНРБ=576 м × 2 м=1152 м . 2 UA 111537 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 По розрахунках приймаємо чотири циклони 2×5УЦ-700, разом з двома 3 пневмотранспортними установками продуктивністю ОПН.У. - 1000 м /год. кожна, об'єми повітря, що забираються з надреакторного простору будуть становити: 3 3 3 Q MахРБ=13250 м ×4+2000 м =55 000 м /год. 3 3 3 Q MіnРБ=11025 м ×4+2000 м =46 100 м /год. 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 V MахРБ=55000 м /год./3600×576 м =0,0265 м/с 3 2 V MіnРБ=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 КрMахРБ= 55000 м /год. /1152 м =48 об'ємів/год. = 0,8 об'єму/хв 3 3 КрMіnРБ = 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 будь-якої температури будуть забиратися аспіраційномеханічними і пневмотранспортними системами. Пневмотранспортні системи розраховані на збирання 8 т/год. радіоактивного пилу, в даному 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 Н=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 VMахРБ=55000 м /год./3600×2401 м =0,0064 м/с 3 2 VMіnРБ=46100 м /год./3600×2401 м =0,0053 м/с Кратності повітрообміну надреакторного простору будуть становити: 3 3 Кр MахРБ=55000 м /год./4802 м =11,45 об'ємів/год.=0,2 об'єму/хв; 3 3 Кр MіnРБ= 46100 м /год./4802 м =9,6 об'ємів/год.=0,16 об'єму/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/K[TCP-(tГ.ПОЧ.-tГ.КІН..)]×l, 16 Вт= 10 000 000 Вт/95,56 (Вт/м ×К)×[52,5 °C-(150 °C2 60 °C)]×l, 16 Вт=12023 м , 2 Де FНАГР. - необхідна площа поверхні нагріву, м ; 2 К=95,56 (Вт/м ×К), 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 =GB×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 разів 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/ FТР.=753 м /3,768 м =199,8200 З вище приведених розрахунків очевидно, що можна запропоновану АУРБ 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. 3 UA 111537 C2 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). ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Активне укриття реакторного блока атомної електростанції на випадок руйнування реакторного блока (РБ) і викиду радіоактивного пилу, а також у випадку вже аварійних реакторних блоків, тобто таких, що частково пошкоджені, зруйновані і викидають радіоактивний пил, призначене для ізоляції реакторного блока атомної електростанції від атмосфери, для охолодження, уловлювання, транспортування і очистки газів з радіоактивним пилом, що викидаються в атмосферне повітря, що складається з п'яти систем: а) cистеми охолодження газів з радіоактивним пилом, яка складається з теплообмінних трубок (2) з нержавіючої сталі, розміщених на висоті 25 м від поверхні плоского даху реакторного блока, паралельно йому по всій його ширині і довжині, відступаючи від країв даху реакторного блока на віддаль 0,52 м, для протікання води, що охолоджує гази з радіоактивним пилом; б) аспіраційно-механічної системи уловлювання і збору газів з радіоактивним пилом з реакторного блока, яка складається з аспіраційних щільових повітропроводів (5), розміщених по всьому периметру даху реакторного блока з самих країв, діаметри яких розраховані на швидкість повітря в них в межах 0,55,9 м/с для осідання частини радіоактивного пилу на їх дно, зі шнеками (6), розміщеними по всій їхній довжині для відведення цього пилу самотічними трубами (7) в накопичувальні бункери (8); аспіраційних повітропроводів, для забирання газів з радіоактивним дрібнодисперсним пилом, що не осів, діаметри яких розраховані на швидкість газів з пилом у них в межах 1524 м/с; в) пневмотранспортної системи збору і транспортування радіоактивного пилу, що осідає на даху РБ, що складається з компресора типу ЗАФ (10), який використовується як порохотяг на всмоктуванні, еластичного термостійкого пневмопроводу (11) з'єднаного з однієї сторони з пневмопроводом (12), виготовленим з нержавіючої сталі і розміщеним на краю даху реакторного блока і з другої сторони з соплом, яке закріплене на роботі (27) для водіння ним по даху реакторного блока для збору радіоактивного пилу, та трьох одиночних циклонів типу УЦ (13), розміщених послідовно один за одним для триступінчатої очистки газів від радіоактивного пилу; г) аспіраційно-механічної системи для очистки газів від радіоактивного пилу, що містить аспіраційний повітропровід меншого діаметра та повітропровід більшого діаметра, циклон типу УЦ (14), приєднаний через аспіраційний повітропровод меншого діаметра до пилового вентилятора (17), на наддуві якого розташований інерційний скрубер (18) для мокрої доочистки газів від радіоактивного пилу, що складається з бункера, заповненого водою, для подачі водяним насосом (21) на форсунки-розпилювачі (19), розміщені по вертикалі у центрі аспіраційного повітропроводу меншого діаметра з забезпеченням надходження частинок радіоактивного пилу з потоком повітря швидкістю 1520 м/с, направленим вертикально вниз, та їх змочування з розворотом над поверхнею води скрубера на кут 180° для випадання неуловлених тонкодисперсних частинок радіоактивного пилу з потоку газів, та повітропровід (20) більшого діаметра, занурений нижньою частиною у воду скрубера, виконаний з забезпеченням викидання очищених газів у атмосферу; при цьому площина перерізу між діаметрами повітропроводів і висота від поверхні води до нижньої частини аспіраційного повітропроводу меншого діаметра розраховані на швидкість газів у них в межах 35 м/с; д) системи укриття реакторного блока з матів (23), що виготовлені з вогнестійкої тканини з двох сторін, скріпленої дротяною арматурою (24), які установлені на верхній частині теплообмінних труб (2) системи охолодження газів по всій площі наддахового простору реакторного блока з повною герметизацією витоку газів з наддахового простору реакторного блока; для гасіння вибухової хвилі на випадок руйнування реакторного блока з викидом газів установлені з боків наддахового простору реакторного блока під кутом по всьому його периметру, під'єднаними у верхній частині до труб системи охолодження газів навісними рухомими петлями, листи (26) з нержавіючої тонколистової сталі таким чином, що вони вільно незакріпленою нижньою частиною лягають на краї щільових аспіраційних повітропроводів з максимальною герметизацією надреакторного наддахового простору. 4 UA 111537 C2 5 UA 111537 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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