ядерная энергетическая установка

Формула изобретения

Ядерная энергетическая установка, содержащая реактор с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем или его сплавами, с размещенными под свободным уровнем активной зоной, парогенераторами, средствами циркуляции и системой защитного газа, включающей фильтр очистки газа, газовый компрессор, отличающаяся тем, что установка снабжена устройством ввода газовой смеси, выполненным в виде перфорированного кольцевого коллектора, расположенным под свободным уровнем в тракте теплоносителя на входе в главный циркуляционный насос, линия всаса устройства соединена с газовой полостью реактора, с газовым баллоном с восстановительной смесью и с линией напора газового компрессора, причем кольцевой коллектор снабжен круглыми отверстиями, расположенными на поверхности, обращенной к его центру, каждое из которых имеет в верхней части отверстие меньшего диаметра, центр которого смещен по их общей вертикальной оси выше центра круглого отверстия.

Описание изобретения к патенту

Решение относится к ядерной технике и может быть использовано в реакторных установках с жидкометаллическим охлаждением.

Известна ядерная энергетическая установка, содержащая реактор с жидкометаллическим теплоносителем, с размещенными под свободным уровнем активной зоной, теплообменниками, средствами циркуляции и системой защитного газа, включающей фильтр очистки газа, газовый компрессор (см. Маргулова Т.Х. Атомные электрические станции. - М.: Высшая школа, 1984, с.251).

Недостатком данного технического решения применительно к ядерным энергетическим установкам с жидкометаллическим теплоносителем (ЖМТ) является необходимость в применении “холодных” ловушек для очистки ЖМТ от оксидов теплоносителя. Эти фильтры не позволяют улавливать примеси, находящиеся на свободных поверхностях теплоносителя в реакторном блоке. Недопустимое увеличение содержания оксидов теплоносителя в контуре их отложений на поверхностях реакторного блока, на теплопередающих поверхностях активной зоны, на теплопередающих поверхностях парогенераторов может привести к нештатным или аварийным ситуациям в работе контура и всей ядерной энергетической установки в целом.

Решаемая задача - совершенствование конструкции ядерной энергетической установки и обеспечение безопасности реакторного блока энергетической установки со свинцовым и свинцово-висмутовым теплоносителем.

Технический результат - повышение эффективности очистки от отложений примесей - оксидов теплоносителя поверхностей реакторного блока, теплопередающих поверхностей активной зоны, трубной системы парогенераторов, очистка объемов свинца от взвешенных в нем дисперсных частиц оксидов свинца и растворенного оксида свинца, очистка поверхностей конструкционных материалов, расположенных в области переменного уровня теплоносителя с интенсивным отложением шлаков, очистка поверхностей конструкционных материалов и теплоносителя от примесей продуктов коррозии конструкционных материалов с выносом их на свободные поверхности теплоносителя.

Технический результат достигается тем, что ядерная энергетическая установка, содержащая реактор с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем или его сплавами, с размещенными под свободным уровнем активной зоной, парогенераторами, средствами циркуляции и системой защитного газа, включающей фильтр очистки газа, газовый компрессор, снабжена устройством ввода газовой смеси, выполненным в виде перфорированного кольцевого коллектора, расположенного под свободным уровнем в тракте теплоносителя на входе в главный циркуляционный насос, линия всаса устройства соединена с газовой полостью реактора, с газовым баллоном с восстановительной смесью и с линией напора газового компрессора, причем кольцевой коллектор снабжен круглыми отверстиями, расположенными на поверхности, обращенной к его центру, каждое из которых имеет в верхней части круглое отверстие меньшего диаметра, центр которого смещен по их общей вертикальной оси выше центра круглого отверстия.

На фиг.1 представлена схема ядерной энергетической установки, реализующей предлагаемое техническое решение, на фиг.2 - увеличенный узел кольцевого коллектора, на фиг.3 - сечение отверстия перфорации.

В ядерном реакторе 1 с ЖМТ или его сплавами размещены под свободным уровнем 2 в тракте теплоносителя активная зона 3, парогенераторы 4, средства циркуляции, например, насосы 5. Система защитного газа включает в себя фильтр 6 очистки газа, охладитель-конденсатор 7, газовый компрессор 8. В газовом объеме реактора 1 размещены конденсаторы 9 водяного пара, соединенные с линией 10 отвода конденсата в цистерну “грязных вод”.

Ядерная энергетическая установка снабжена устройством ввода газовой смеси, выполненным в виде перфорированного кольцевого коллектора 11, расположенного под свободным уровнем 2 в тракте теплоносителя на входе в главный циркуляционный насос 5, линия всаса 12 которого соединена с газовой полостью 13 реактора 1, с газовым баллоном 14 с восстановительной смесью, баллонами 15 с водородом и баллоном 16 с аргоном и с линией напора 17 газового компрессора 8.

Причем кольцевой коллектор 11 снабжен круглыми отверстиями 18, расположенными на поверхности, обращенной к его центру, каждое из которых имеет в верхней части круглое отверстие 19 меньшего диаметра, центр которого смещен по их общей вертикальной оси выше центра круглого отверстия 18.

Работа ядерной энергетической установки в технологическом режиме очистки от оксидов теплоносителя и поверхностей ядерного реактора осуществляется следующим образом:

Основанием для проведения очистки является либо недопустимое увеличение содержания оксидов, либо регламентная очистка (по установленным срокам очистки), либо очистка после разуплотнения контура в период ремонта или вследствие аварии.

Из баллонов 15 и 16 смесь газов (аргон и водород) поступает в баллон 14, где приготавливается аргоно-водородная восстановительная смесь. Производится замена инертного защитного газа в газовой полости 13 реактора 1 на восстановительную аргоно-водородную восстановительную смесь. Аргоно-водородная восстановительная смесь через арматуру поступает на линию всаса 12, а затем в кольцевой коллектор 11 и далее на всасывающий патрубок насоса 5, где происходит дробление газовой фазы и поступление ее в другие части контура. Авторами экспериментально было доказано, что для получения оптимального размера пузырей при прохождении аргоно-водородной восстановительной газовой смеси через кольцевой коллектор необходимо выбрать отверстия истечения сложной геометрии, такое как круглое отверстие, имеющее в верхней части круглое отверстие меньшего диаметра, центр которого смещен по их общей вертикальной оси выше центра большего круглого отверстия. Аргоно-водородная восстановительная газовая смесь циркулирует по контуру в составе двухкомпонентного потока свинец-газ. Примеси - оксиды свинца, находящиеся в объеме теплоносителя, образовавшие отложения на теплопередающих поверхностях и на свободных поверхностях, восстанавливаются водородом с образованием “чистого” свинца и водяного пара. Водяной пар и, частично, восстановительная газовая смесь сепарируются на свободных поверхностях свинца и поступают в газовую полость 13. Вода конденсируется в конденсаторах 9, конденсат отводится в цистерну “грязных” вод по линии 10. Газовая смесь, содержащая частично непрореагировавший водород, поступает из объема реактора 1 на линию всаса компрессора 8 через фильтр 6 и охладитель газа 7 и далее компрессором 8 подается на линию напора 17. По мере уменьшения содержания (“срабатывания”) водорода в составе циркулирующей восстановительной газовой смеси производится его подача в систему газа с поддержанием концентрации водорода в смеси около 30 об.%. После завершения процесса очистки, контролируемого по уменьшению темпа убыли водорода в газовой смеси, прекращению накопления конденсата воды в конденсаторах 9 и по показаниям датчиков содержания кислорода в свинце, компрессор 8 останавливается.

Таким образом, обеспечение эффективной очистки свинцового теплоносителя и поверхностей в реакторном блоке достигается не применением громоздких (до 20 об.% контура, который, например, в реакторе БРЕСТ-ОД-300 составляет 8х10³ м³) и малоэффективных фильтров, требующих периодической вырезки и захоронения, а установкой кольцевого коллектора на всасывающем патрубке насоса, подключенного трубопроводами с арматурой к линии напора компрессора газа, линия всаса которого соединена с газовой полостью реактора, и переработкой незначительного количества “грязного” (слабо радиоактивного) конденсата водяного контура, отводимого из конденсаторов газовой системы.

Применение предлагаемого технического решения позволит:

- повысить эффективность очистки поверхностей реакторного блока от отложений примесей - оксидов теплоносителя, исключить образование отложений значительной толщины на теплопередающих поверхностях активной зоны с последующим ее разрушением, как это произошло на отечественной ЯЭУ АЛЛ пр. 645, тем самым обеспечить безопасную эксплуатацию реакторной установки;

- исключить образование отложений примесей - оксидов теплоносителя на теплопередающих поверхностях секций парогенераторов, что позволит обеспечить номинальные параметры и паропроизводительность секции в течение срока службы, обеспечить эффективность работы теплопередающих поверхностей;

- исключить применение малоэффективных для очистки свинцового и свинец-висмутового теплоносителей “холодных” ловушек, гидродинамических и механических фильтров, имеющих значительную массу и требующих после выработки их емкости вырезки, захоронения и замены на новые;

- упростить и повысить эффективность средств и мероприятий очистки поверхностей реакторного блока от отложений примесей - оксидов теплоносителя.