устройство для создания избыточного давления в системе локализации радиоактивного теплоносителя

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ В СИСТЕМЕ ЛОКАЛИЗАЦИИ РАДИОАКТИВНОГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ, содержащее герметичную емкость, заполненную разбрызгиваемой жидкостью, с газовой подушкой, включающей диоксид углерода и сообщающуюся с разбрызгивающим устройством магистраль подачи разбрызгиваемой жидкости, вход которой размещен ниже уровня разбрызгиваемой жидкости, и сорбент, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и эффективности системы, а также снижения вредных воздействий на окружающую среду радиоактивных веществ и материалоемкости системы, сорбент размещен в полости, изолированной от окружающей емкость среды и разбрызгиваемой жидкости, полость гидравлически соединена с газовой подушкой, причем в качестве сорбента использовано вещество с поглощающей способностью по отношению к диоксиду углерода большей, чем у разбрызгиваемой жидкости.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сорбент расположен в отдельной емкости, размещенной снаружи и/или на периферии емкости с разбрызгиваемой жидкостью.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что в качестве сорбента использован активированный уголь или цеолит.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано для усовершенствования аварийных систем локализации радиоактивного теплоносителя, а также для пожаротушения и снижения давления в различных помещениях АЭС.

Известно техническое решение [1], согласно которому при авариях с большими течами или разрушением активной зоны быстрый рост давления предотвращается путем разбрызгивания жидкости в помещении с аварийным ростом давления за счет передавливания жидкости из емкости давлением вытесняющего вещества. Причем вода подается в спринклерное устройство из емкости за счет давления азота и ее запаса хватает на 30 мин, а запорная арматура системы (клапаны) включается пассивным образом по превышению давления.

К основным недостаткам данного технического решения следует отнести наличие запорной арматуры (клапанов), а также обязательное поддержание во время нормальной эксплуатации реактора азотной подушки (с избыточным давлением азота, обеспечивающим подачу всей охлаждающей воды из емкости к разбрызгивающему устройству) над уровнем охлаждающей жидкости. Однако существует постоянная вероятность отказа запорной арматуры и утечки азота из емкости, что может привести к отказу системы во время аварийной ситуации на АЭС, т.е. к снижению надежности и эффективности системы.

Наиболее близким к изобретению является устройство для создания избыточного давления в системе локализации теплоносителя, содержащее герметичную емкость, заполненную разбрызгиваемой жидкостью с газовой подушкой, содержащей диоксид углерода, сообщающуюся с разбрызгивающим устройством магистралью подачи разбрызгиваемой жидкости, вход которой размещен ниже уровня разбрызгиваемой жидкости, и сорбент.

Основным недостатком указанного технического решения является то, что жидкость разбрызгивают под действием сжатого газа (СO₂), т.е. внутри емкости до начала разбрызгивания жидкости необходимо обеспечивать постоянное избыточное давление газа, А так как в этом решении не исключена вероятность утечек газа из емкости, то при разбрызгивании жидкости некоторая ее часть останется в емкости. Однако при одинаковых количествах утечек газа данное устройство позволит разбрызгать больше жидкости за счет десорбции СО₂, растворенного в сорбенте - разбрызгиваемой жидкости.

Целью изобретения - является повышение надежности и эффективности системы, а также снижение вредных воздействий на окружающую среду радиоактивных веществ и материалоемкости системы.

Это обеспечивается тем, что сорбент размещен в полости, изолированной от окружающей среды и разбрызгиваемой жидкости, а полость гидравлически соединена с газовой подушкой, причем в качестве сорбента используют вещество с поглощающей способностью по отношению к диоксиду углерода больше, чем у разбрызгиваемой жидкости.

Кроме того сорбент размещен в отдельной емкости, расположенной снаружи и/или на периферии емкости с разбрызгиваемой жидкостью.

В качестве сорбента может быть использован активированный уголь или цеолит.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема пассивной системы локализации радиоактивного теплоносителя; на фиг.2 - конструктивная схема устройства создания избыточного давления в системе локализации.

Предлагаемая система локализации радиоактивного теплоносителя содержит герметичная емкость 1, заполненную охлаждающей жидкостью 2, разбрызгивание которой осуществляют через спринклерные устройства 3, 4 и 5, сообщающиеся с внутренним объемом емкости магистралями 6 - 8 соответственно, а также запорную арматуру 9 - 11, установленную на магистралях 6 и 8 соответственно (см. фиг.1).

Над уровнем жидкости 2 в емкости имеется газовая подушка 12 (газовая полость, содержащая диоксид углерода). Вход магистрали 6 расположен внутри емкости 1 в непосредственной близости от ее днища 13, сорбент 14 - в отдельной емкости 15, изолирующей его от окружающей среды.

Сорбент 16, 17 также может быть размещен на периферии емкости, но изолирован от разбрызгиваемой жидкости перегородкой (например, днищем 13) или оболочкой 18 соответственно (см. фиг.2) или адсорбент 19 (фиг.1) размещен внутри верхней части емкости заполненной газовой подушкой 12. Причем возможны различные сочетания приемов размещения сорбента (например, фиг.2).

Кроме того, в качестве сорбента могут быть использованы активированный уголь, цеолиты или другие высокоактивные адсорбенты, в том числе жидкие (бензин и др. ), которые обладают поглощающей способностью по отношению к СО₂ больше, чем разбрызгиваемой жидкости (вода). Причем в случае размещения сорбента 14 в емкости 15 газовая полость 20 сообщена магистралью 21 с верхней частью емкости 1, заполненной газом, а в случае размещения сорбента 16 подачу десорбируемого СО₂ в газовую подушку 12 осуществляют из полости 22 через магистраль 23.

На фиг. 2 показана возможность подачи десорбированного СО₂ в газовую подушку 12 через отверстия 24, выполненные в верхней части оболочки 18 над уровнем распыляемой жидкости 2, залитой во внутрь оболочки.

Описанная система размещена (фиг. 1) внутри контайнмента 25 во внутреннем объеме реакторного помещения 26, отделенном от верхней части контайнмента герметичным железобетонным перекрытием 27, включающим металлический колпак 28 над реактором 29. Каждая часть контайнмента имеет свои независимые вентиляционные системы (на чертеже не показаны).

Спринклерное устройство 3 установлено с возможностью разбрызгивания воды над реактором 29, трубопроводами (паропроводами) 30 и насосами 31, а спринклеры 4 и 5 - над парогенераторами 32.

На фиг.2 показано, что корпус емкости 1 снабжен оребрением, например, в виде прямых тонкостенных ребер 33, размещенных вдоль корпуса, а под корпусом размещена емкость 34 для сбора радиоактивного конденсата, закрепленная на ребрах 33. Корпус емкости снабжен также заправочными клапанными устройствами 35 и 36 соответственно для сорбента и СО₂, а также для воды. На магистрали 37 подачи распыляемой воды может быть установлен технологический клапан 38.

Описываемое устройство работает следующим образом.

В период проведения пусконаладочных работ на АЭС располагаемые в контайнменте рядом с емкостями охлаждающей воды пассивной системы емкости 15, предназначенные для подачи в емкости 1 с водой газообразного СО₂ под давлением, заполняют поочередно сначала необходимым количеством сорбента 14, например активированным углем типа АГ-2 или АР-В, а затем - дозированной порцией жидкой или твердой углекислоты, которая сорбируется при этом в сорбенте. Заполнение ведут таким образом, чтобы равновесное давление свободного СО₂(Р) соответствовало, с одной стороны, требуемой степени (а) заполнения сорбента (например, 35 кг СО₂/кг сорбента), а с другой стороны, заданному избыточному давлению (например, 0,05 МПа) в емкостях разбрызгиваемой воды при нормальной эксплуатации.

Это условие обеспечивают подбором сорбента и степени а исходя из характеристик сорбента по уравнению Фрейндлиха (изотерма при температуре нормальной эксплуатации t_o, например -20^оС):

ln a = lnK + n^-1 lnP, где R и n - константы Фрейндлиха, определяемые типом сорбента.

В процессе нормальной эксплуатации и в другие периоды работы АЭС емкости с сорбентом и емкости 1 разбрызгиваемой воды сообщаются по газовым магистралям 21. Во время аварии, например, с разрывом трубопровода 30 или паропровода реактора 29 в реакторном помещении 26 начинается одновременный рост давления и температуры, определяемый истечением пара (с температурой для ВВЭР около 300^оС). В этот период происходящий нагрев атмосферы реакторного помещения передается через нагрев стенки емкости 15 с сорбентом к содержащему СО₂ сорбенту 14. Изменение температуры сорбента 14 находят по зависимости:

Р =- АТ^-1 + В, где А и В - параметры данного сорбента;

Т - абсолютная температура сорбента, к десорбции СО₂ из сорбента до создания в сообщающихся полостях равновесного давления Р, соответствующего данной температуре Т.

Для приводимых выше параметров это означает, что при прогреве сорбента 14 до температуры, например, 70^оС давление в газовых полостях 12 и 20 и магистрали 21, а следовательно, и над поверхностью помещения (после выхода разбрызгиваемой жидкости и снижения ее уровня) ниже входа магистрали 8) радионуклидов в сорбенте.

Предлагаемое устройство позволяет повысить надежность системы локализации радиоактивного теплоносителя за счет пассивности включения системы при тяжелых авариях на АЭС и саморегулирования расхода разбрызгиваемой жидкости в зависимости от протекания аварии, а также за счет снижения начального рабочего давления;

повысить эффективность системы за счет саморегулирования расхода охлаждающей жидкости, инертизации среды в реакторном помещении во время протекания аварии вытесняющим веществом тем больше, чем тяжелее условия аварии, подачи разбрызгиваемой жидкости с температурой, величина которой снижается, в то время как величина температуры в реакторном помещении растет вследствие охлаждения разбрызгиваемой жидкости при фазовом переходе вытесняющего вещества, а также повышения степени заполнения емкости охлаждающей жидкостью;

снижение вредных воздействий на окружающую среду радиоактивных веществ за счет использования в качестве холодной ловушки поверхности емкости, содержащей вытесняющее вещество с фазовым переходом во время аварии на АЭС, адсорбции неконденсирующихся радиоактивных веществ неизменяющимся количеством сорбента внутри герметичной емкости после выполнения системой своих основных функций, связывание радионуклидов как внутри емкости, так и в реакторном помещении за счет наличия в газовой среде СО₂;

снижение материалоемкости системы за счет восстановления избыточного давления СО₂ в газовой подушке вследствие подачи требуемых количеств СО₂ из изолированного от окружающей среды и охлаждающей жидкости соpбента;

обеспечить возможность распыления мелкодисперсионных порошкообразных веществ, обладающих большой теплоемкостью и/или сорбирующими свойствами;

упростить операцию заправки системы, например, за счет заправки СО₂ в твердой фазе.