ядерная установка и способ сброса давления в ядерной установке

Формула изобретения

1. Ядерная установка (1) с защитной оболочкой (2), к которой присоединен трубопровод (6) сброса давления, в который последовательно включены газодувка (34) и расположенный в резервуаре (14) с моющей жидкостью (W) скруббер Вентури (12), причем газодувка (34) и скруббер Вентури (12) рассчитаны с возможностью установления в скруббере Вентури (12) в рабочем состоянии газодувки (34) скорости течения направляемой в трубопроводе (6) сброса давления среды более 130 м/с, преимущественно более 180 м/с.

2. Установка по п.1, газодувка (34) которой выполнена в виде центробежного вентилятора большой мощности с номинальной частотой вращения более 10000 об/мин и сжатием, по меньшей мере, 200 мбар, преимущественно более 500 мбар.

3. Установка по п.1 или 2, у которой скруббер Вентури (12) содержит трубы Вентури (16), сравнительно большая часть которых своими выходными отверстиями (18) расположена выше предусмотренного заданного уровня (20) моющей жидкости (W), а сравнительно малая часть которых, преимущественно примерно до 10%, расположена с направленным вниз направлением выхода.

4. Установка по п.1 или 2, у которой трубы Вентури (16) скруббера Вентури (12) имеют отношение площади сечения своих желобков к входной площади для моющей жидкости (W) менее 10:1, преимущественно примерно 3:1.

5. Установка по п.1 или 2, у которой трубы Вентури (16) скруббера Вентури (12) выполнены в виде круглых труб Вентури с шириной желобка менее примерно 80 мм, преимущественно менее примерно 40 мм, или в виде плоских труб Вентури с шириной желобка менее примерно 100 мм.

6. Установка по п.1 или 2, у которой трубы Вентури (16) скруббера Вентури (12) имеют отношение высоты к ширине желобка более 20, преимущественно более 50.

7. Установка по п.1 или 2, резервуар (14) которой со стороны моющей жидкости соединен с накопителем (50) моющей жидкости.

8. Установка по п.1 или 2, резервуар (14) которой со стороны моющей жидкости посредством трубопровода (52) обратного питания соединен с внутренним пространством защитной оболочки (2).

9. Установка по п.8, трубопровод (52) обратного питания которой посредством трубопровода (6) сброса давления соединен с внутренним пространством защитной оболочки (2).

10. Установка по п.9, резервуар (14) которой расположен геодезически, по меньшей мере, примерно на 5 м, преимущественно, по меньшей мере, на 10 м, выше места (56) выхода трубопровода (6) сброса давления из защитной оболочки (2).

11. Установка по п.1 или 2, у которой электропитание компонентов системы (4) сброса давления и задержания радиоактивных веществ выполнено независимо от ядерной установки (1).

12. Установка по п.1 или 2, у которой газодувка (34) рассчитана с возможностью возникновения внутри защитной оболочки (2) с учетом возникающих в аварийных ситуациях в активной зоне газов и паровых смесей и утечек разрежения менее 5 мбар, а на напорной стороне газодувки (34) - повышенного давления около 500 мбар.

13. Установка по п.1 или 2, у которой за скруббером Вентури (12) в трубопроводе (6) сброса давления расположен гравитационный капельный осадитель и/или волокнистый осадитель, преимущественно из волокон толщиной более 50 мкм, в частности из волокон убывающей толщины.

14. Установка по п.1 или 2, у которой за скруббером Вентури (12) в трубопроводе (6) сброса давления расположен металловолокнистный фильтр (28) из волокон толщиной до 5 мкм, преимущественно из волокон высококачественной стали или спеченных фильтрующих волокон с диаметром пор или волокон менее 5 мкм.

15. Установка по п.1 или 2, у которой к трубопроводу (6) сброса давления присоединен обводной трубопровод, преимущественно покрытый соединениями серебра, в который параллельно главному потоку включен нагреватель с молекулярным ситом для фильтрования объемного потока до 50% расчетного расхода.

16. Установка по п.1 или 2, резервуар (14) которой заполнен моющей жидкостью (W) с рН-показателем, по меньшей мере, 9.

17. Способ сброса давления в ядерной установке (1) по одному из пп.1-16, при котором в скруббере Вентури (12) скорость течения направляемой в трубопроводе (6) сброса давления среды устанавливают более 130 м/с, преимущественно более 180 м/с.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к ядерной установке с защитной оболочкой, к которой присоединен трубопровод сброса давления. Оно относится также к способу сброса давления в подобной установке.

В АЭС в случае аварийных ситуаций независимо от данной аварийной ситуации и принятых при необходимости ответных мер, например инертизации атмосферы защитной оболочки, приходится считаться с возможным значительным повышением давления внутри защитной оболочки. Для того чтобы избежать, возможно, вытекающих из этого структурных нарушений самой защитной оболочки или расположенных в ней системных компонентов, АЭС могут быть сконструированы для сброса давления в защитной оболочке посредством выпуска ее атмосферы (вентиляция). Для этого к защитной оболочке ядерной установки обычно присоединен трубопровод сброса давления. Такие защитные оболочки имеют обычно небольшие утечки, например менее 0,1%/сутки, так что даже в таких аварийных ситуациях возникают лишь минимальные выбросы радиоактивных веществ в окружающую среду через утечки. Другие защитные оболочки, например российского реактора типа ВВЕР-440, имеют, однако, значительные негерметичности, например 20-100 мас.% в сутки, так что описанная техника нагнетательной вентиляции неприменима из-за постоянно неотфильтрованных утечек.

В атмосфере защитной оболочки обычно содержится, однако, радиоактивный материал, например инертные газы, йод или аэрозоль, который при вентиляции может попасть в окружающую АЭС среду. В частности, в сравнительно тяжелых аварийных ситуациях с возможным проникновением расплава активной зоны захваченные воздухом радиоактивные вещества (аэрозоли) внутри защитной оболочки могут возникать в особенно высоких концентрациях, так что при наличии больших негерметичностей или при возникновении недопустимого повышенного давления может произойти выброс значительных количеств подобных аэрозолей или радиоактивных веществ в окружающую ядерную установку среду. Подобные захваченные воздухом радиоактивные вещества, в частности из-за длительных периодов полураспада, возможно, уносимых компонентов, например изотопов йода или цезия, могут вызвать продолжающееся сравнительно длительно время заражения местности. Во избежание этого предусмотренные для вентиляции атмосферы защитной оболочки системы сброса давления снабжены обычно фильтровальными или задерживающими устройствами, которые должны предотвращать утечку уносимых захваченных воздухом радиоактивных веществ в окружающую среду.

Для этой цели, например, из ЕР 0285845 В1 известна конструкция для сброса давления в АЭС, у которой в присоединенный к защитной оболочке трубопровод сброса давления последовательно включены скруббер Вентури, выполненный в виде фильтра для задержания захваченных воздухом радиоактивных веществ, и дроссель. Скруббер Вентури включает в себя определенное число расположенных в наполненной в резервуар моющей жидкости труб Вентури, в которые подают направляемый по трубопроводу сброса давления газовый поток.

Трубы Вентури имеют выполненное в виде сопла место сужения, в котором протекающий газовый поток ускоряется до особенно высокой скорости течения. В зоне этого места сужения предусмотрены впускные отверстия для моющей жидкости, причем поступающая моющая жидкость захватывается протекающим газовым потоком. За счет сравнительно высокой скорости течения газового потока в этом месте происходит дробление моющей жидкости, причем уносимые захваченные воздухом радиоактивные вещества или аэрозоли проникают в возникающие за счет этого капельки жидкости. За счет последующего осаждения капелек из газового потока возможно, тем самым, удаление большой части уносимых аэрозолей или захваченных воздухом радиоактивных веществ.

У описанной в ЕР 0285845 В1 системы включенный последовательно со скруббером Вентури дроссель рассчитан на эксплуатацию с так называемым критическим расширением. При критическом расширении в трубопроводной системе устанавливаются условия давления, т.е., в частности, падение давления посредством дросселя, таким образом, что протекающая в трубопроводе среда протекает через дроссель со скоростью звука. У системы в ЕР 0285845 В1 этот эффект используется для того, чтобы в случае необходимости, т.е. при сбросе давления в защитной оболочке, установить постоянный по времени объемный расход в трубопроводе сброса давления. Однако в ядерных установках, защитная оболочка которых имеет обусловленные расчетом значительные негерметичности, именно при сравнительно длительных аварийных ситуациях в окружающую среду могут попасть значительные количества захваченных воздухом радиоактивных веществ. Поэтому для обеспечения дальнейшей надежной эксплуатации таких установок желательным является соблюдение предъявляемых международных требований к уровню защиты ядерных установок.

В основе изобретения лежит поэтому задача создания ядерной установки описанного выше рода, у которой даже при обусловленных расчетом негерметичностях защитной оболочки даже минимальные количества захваченных воздухом радиоактивных веществ или аэрозолей задерживались бы в скруббере Вентури с особенно высокой надежностью, так, чтобы их выброс в окружающую среду был исключен с особенно высокой надежностью. Далее должен быть создан способ сброса давления в подобной ядерной установке.

В отношении ядерной установки эта задача решается согласно изобретению за счет того, что в трубопровод сброса давления последовательно включены газодувка и расположенный в резервуаре с моющей жидкостью скруббер Вентури, причем газодувка и скруббер Вентури рассчитаны с возможностью установления в скруббере Вентури в рабочем состоянии газодувки скорости течения направляемой в трубопроводе сброса давления среды более 130 м/с, преимущественно более 180 м/с.

Изобретение исходит из того факта, что для осаждения захваченных воздухом радиоактивных веществ или аэрозолей в скруббере Вентури или трубе Вентури посредством подачи воды внутри трубы вследствие господствующих там условий течения создают сравнительно мелкий капельный туман, причем осаждаемые захваченные воздухом радиоактивные вещества или аэрозоли могут проникнуть в эти капельки и, тем самым, могут быть удалены вместе с ними из газового потока. Таким образом, особенно высокое осаждающее действие также для мельчайших аэрозолей достигается за счет поддержания на особенно высоком уровне вероятности, с которой аэрозоли проникают в подходящие водяные капельки и заключаются в них. Как неожиданным образом оказалось, именно в трубах Вентури, в которых по типу пассивной конструкции обеспечена подача моющей жидкости внутрь них посредством господствующего в месте сужения разрежения и, тем самым, без внешних приводных средств вероятность проникновения и заключения даже мельчайших аэрозолей в капельном тумане возрастает в значительной, далеко сверхпропорциональной степени, так что при очень высоких скоростях течения газового потока в трубе Вентури могут быть достигнуты степени осаждения в моющей жидкости смешанных аэрозолей с размером частиц около 1 мкм свыше 99,9%, а сравнительно мелких аэрозолей с размером частиц менее 0,5 мкм - 98% и более. Система сброса давления и задержания радиоактивных веществ в ядерной установке рассчитана поэтому на соблюдение подобных высоких скоростей течения в случае сброса давления.

Чтобы обеспечить при этом подобные высокие степени осаждения именно в отношении изменяющихся в тяжелых аварийных ситуациях, возможно в течение всей аварийной ситуации в большом объеме характеристических параметров, например давления в установке на каждом этапе возможной аварийной ситуации, и тем самым в максимально возможном объеме предотвратить выброс зараженных компонентов в окружающую среду на каждом этапе аварийной ситуации, система сброса давления и задержания радиоактивных веществ в ядерной установке рассчитана, кроме того, на подобную высокую степень осаждения почти независимо от возникающих в защитной оболочке ядерной установки количеств газа и пара. Для обеспечения этого за счет создания высоких давлений посредством предвключенной высокопроизводительной газодувки предусмотрено установление условий течения в скруббере Вентури, предусмотренных в соответствии с расчетом.

Используемая для этого газодувка выполнена предпочтительно в виде центробежного вентилятора высокой мощности с номинальной частотой вращения, по меньшей мере, 10000 об/мин и давлением, по меньшей мере, 200 мбар, преимущественно более 500 мбар.

Предпочтительным образом скруббер Вентури содержит большое число труб Вентури. Они могут быть выполнены в виде так называемых коротких труб Вентури, выходные отверстия которых расположены ниже предусмотренного заданного уровня моющей жидкости, так что трубы Вентури в основном полностью погружены в моющую жидкость. Предпочтительным образом, однако, сравнительно большая часть труб Вентури выполнена в виде так называемых длинных труб Вентури, выходные отверстия которых расположены выше предусмотренного заданного уровня моющей жидкости. Предпочтительным образом при этом для гравитационного осаждения капель предусмотрено отклонение газа.

За счет выдувающих сначала выше моющей жидкости труб Вентури можно, в частности вследствие небольшой при атмосферной эксплуатации плотности газа и связанных с этим больших объемных потоков, поддерживать низкой определяющую размер компонентов наброску воды и тем самым установить особенно высокую скорость пустых труб в скруббере Вентури. Следствием являются значительно меньший диаметр скруббера Вентури и меньшая высота компонентов, а также соответственно меньший расход моющей жидкости. За счет обеспечиваемой этим компактной конструкции скруббера даже при высокой производительности откачки, например более 10000-30000 м³/ч, возможно выполнение вентилятора высокого давления и скруббера, а также волокнистого фильтра с молекулярным ситом только в двух модулях, например в так называемой конструкции "skid-mounted". Благодаря этому возникает значительное сокращение производственно-монтажных затрат, поскольку оснащение всего устройства, включая оптимизацию, приемные испытания и т.д., может осуществляться уже на заводе. Используемые произвольно программируемое цифровое управление и электронная техника могут быть испытаны и оптимизированы также уже на заводе.

Для предотвращения, кроме того, осаждения в зоне резервуара, которое могло бы привести к повышенной потребности в обслуживании и уходе, скруббер Вентури в другом предпочтительном выполнении рассчитан на сравнительно интенсивные завихрение и циркуляцию моющей жидкости при эксплуатации. Для этого предпочтительно малая часть труб Вентури, преимущественно до 10%, с направленным вниз направлением выхода расположена внутри резервуара и ниже заданного уровня моющей жидкости.

Особенно благоприятным для обеспечения высоких степеней осаждения оказалось установление сравнительно большого объема воды в скруббере Вентури, например, более 5 л, преимущественно более 10 л, моющей жидкости на 1 м ³ газа. Именно комбинация подобных больших объемов воды с предусмотренными в соответствии с расчетом высокими скоростями течения способствует надежному осаждению в особой степени. Для обеспечения этого трубы Вентури в другом предпочтительном выполнении имеют простирающееся по периферии сопел кольцевое щелевое питание с углом раскрытия 20-85°, преимущественно 30-45°. Для подобной большой подачи воды трубы Вентури скруббера Вентури имеют далее предпочтительно отношение площади сечения своего желобка к входной площади для моющей жидкости менее 10:1, преимущественно около 3:1. Площадь сечения желобка указывает при этом свободно омываемую протекающей средой площадь сечения в месте сужения внутри соответствующей трубы Вентури.

В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения трубы Вентури скруббера Вентури выполнены с возможностью обеспечения пассивных всасывания и распределения моющей жидкости за счет созданного протекающей средой разрежения вплоть до зоны сердцевины струи внутри трубы Вентури. Для этого трубы Вентури скруббера Вентури выполнены предпочтительно в виде круглых труб Вентури с шириной желобка менее примерно 80 мм, преимущественно менее примерно 40 мм, или в виде плоских сопел Вентури с шириной желобка менее примерно 100 мм. Дополнительно или в качестве альтернативы трубы Вентури скруббера Вентури имеют предпочтительно отношение высоты к ширине желобка более 20, преимущественно более 50.

Особенно компактная конструкция системы сброса давления и задержания радиоактивных веществ с соответствующим сокращением производственно-монтажных затрат достигается за счет того, что оснащенный скруббером Вентури резервуар предпочтительным образом со стороны моющей жидкости соединен с дополнительным накопителем моющей жидкости. Таким образом, находящуюся в резервуаре моющую жидкость можно поддерживать в сравнительно малом количестве, причем в случае необходимости, т.е., в частности, при возникающем расходе моющей жидкости, может быть предусмотрен долив из дополнительного накопителя моющей жидкости. Неактивный в этом смысле, в частности больший, резервуар с моющей жидкостью может быть при этом размещен в отдельном резервуаре и служить, в частности, для долива испарившейся моющей жидкости. Уровень в резервуаре может быть пассивно задан за счет расположения дополнительного накопителя моющей жидкости на той же геодезической высоте или с помощью управления поплавком. В качестве дополнительного накопителя моющей жидкости могут быть использованы также, в частности, так и так предусмотренные дополнительные резервуары для воды, например резервуар для сточных вод, деионата и т.п., причем при необходимости долив моющей жидкости в резервуар может происходить за счет перепада давлений или посредством мембранных насосов или сжатого воздуха.

Особенно эффективное задержание радиоактивных веществ достигается за счет того, что система сброса давления и задержания радиоактивных веществ ядерной установки в особенно предпочтительном выполнении рассчитана на рециркуляцию при необходимости осажденных в моющей жидкости, захваченных воздухом радиоактивных веществ или аэрозолей внутрь защитной оболочки. Для этого снабженный скруббером Вентури резервуар в особенно предпочтительном выполнении соединен со стороны моющей жидкости посредством трубопровода обратного питания с внутренним пространством защитной оболочки ядерной установки. За счет такого выполнения можно при необходимости, т.е., в частности постоянно или с периодическими интервалами, находящуюся в резервуаре загрязненную удаленными из газового потока радиоактивными веществами или аэрозолями моющую жидкость полностью или частично возвратить в защитную оболочку, так что требующие, в целом, обработки радиоактивные вещества надежно остаются в защитной оболочке. При этом долив моющей жидкости в резервуар может происходить, в частности, из дополнительного накопителя моющей жидкости. За счет подобной рециркуляции или возврата радиоактивных веществ можно поддерживать особенно низкими количество и концентрацию содержащихся в целом в моющей жидкости радиоактивных веществ, так что можно поддерживать особенно низкими, например, также эффекты ресуспензии, приводящие к утечке радиоактивных веществ в подключенные фильтровальные устройства. Это способствует, в частности, сравнительно длительному режиму вентиляции в течение нескольких дней и недель, не перегружая подключенного металловолокнистого фильтровального устройства доочистки ресуспендированными аэрозолями и осаждением йода на йодосорбционном фильтре в результате ресуспензии йода. Именно за счет использования труб Вентури достигается непосредственное охлаждение газа, перегретого остаточным тепловыделением или теплотой сжатия, что обеспечивает возврат к месту всасывания с исключением дополнительных охладителей/охлаждающих контуров и возможность простого регулирования разрежения в защитной оболочке.

Для эффективного осаждения органического йода предпочтительно в байпасе к главному потоку, рассчитанном на частичный поток менее 50% расчетного расхода, в длительном режиме эксплуатации задерживающей системы предусмотрено молекулярное сито, например, покрытое нитратом серебра или другими соединениями серебра и т.д.

Перегрев газового потока перед вхождением в молекулярное сито может происходить электрически или посредством теплообменника, расположенного в трубопроводе между вентилятором высокого давления и скруббером. За счет этого обеспечиваются пассивный и простой перегрев и удаление из процесса значительной части внесенной теплоты сжатия, так что испаряется меньше моющей жидкости и, тем самым, может быть осуществлено дальнейшее уменьшение компонентов.

За счет распыления технологической жидкости на сторону всасывания газодувки высокой мощности могут происходить непрерывная дезактивация приточных частей радиоактивных веществ, аэрозолей и йода и уменьшение теплоты сжатия. Благодаря этому, например, для многоблочных установок создана экономически весьма благоприятная возможность центрального общего устройства задержания радиоактивных веществ с проложенными снаружи соединительными трубопроводами к различным установкам без необходимости массивных экранирующих мер.

Таким образом, достигаются значительное улучшение задержания радиоактивных веществ и обеспечение длительной эксплуатации, в частности при наличии йода и аэрозолей. Далее за счет возврата или рециркуляции осажденных в скруббере Вентури радиоактивных веществ возникающее за счет аэрозолей или захваченных воздухом радиоактивных веществ остаточное тепловыделение удерживается далеко от резервуара и смещено внутрь защитной оболочки, так что возникающие из этого возможные нагрузки в резервуаре, например, за счет испарения жидкости могут поддерживаться особенно низкими. Именно за счет достигаемого этим предотвращения испарения моющей жидкости возникает в целом, т.е. также с учетом, возможно, предусмотренного долива моющей жидкости в резервуаре, сокращение потребности в моющей жидкости.

Для поддержания особенно малым числа необходимых рассчитанных в отношении значительных требований к безопасности вводов через защитную оболочку ядерной установки трубопровод обратного питания в другом предпочтительном варианте осуществления изобретения соединен через трубопровод сброса давления с внутренним пространством защитной оболочки. Рециркуляция или обратное питание происходит при этом за счет подачи струи в центральную зону трубопровода сброса давления, так что в противотоке газовому потоку сброса давления может происходить перевод загрязненной радиоактивными веществами моющей жидкости внутрь защитной оболочки.

Возврат загрязненной радиоактивными веществами моющей жидкости происходит преимущественно непрерывно или периодически через отдельный ввод меньшего диаметра или периодически за счет временного создания разрежения в защитной оболочке и короткого прерывания отсоса и обратного питания через тот же ввод посредством подачи струи со скоростью более 10 м/с - при медленном росте давления - однако создания разрежения. Пониженное давление может повышаться в этом случае циклически.

Для обеспечения при этом обратного питания по типу полностью пассивной системы без привлечения внешних активных компонентов резервуар в другом предпочтительном выполнении расположен геодезически, по меньшей мере, примерно на 5 м, преимущественно, по меньшей мере, мере на 10 м выше места выхода трубопровода сброса давления из защитной оболочки. Таким образом, возможно обратное питание загрязненной радиоактивными веществами моющей жидкости по трубопроводу сброса давления внутрь защитной оболочки только за счет геодезического давления в водяном столбе между трубопроводом сброса давления и резервуаром, так что обратное питание струи в противотоке газовому потоку может происходить без дополнительных активных вспомогательных средств.

Особенно высокая эксплуатационная надежность достигается за счет того, что электропитание компонентов системы сброса давления и задержания радиоактивных веществ, т.е., в частности, газодувка и взаимодействующее с ней управление, выполнено независимо от ядерной установки, так что даже в аварийной ситуации обеспечивается надежный сброс давления. В случае необходимости питание газодувки может происходить, например, посредством не затронутого аварией энергоблока или мобильного дизельного электроагрегата с генератором. Особенно благоприятные условия течения в скруббере Вентури обеспечиваются за счет того, что газодувка рассчитана на создание выбранного подходящим образом перепада давлений, преимущественно незначительного разрежения, например, менее 5 мбар, внутри защитной оболочки и повышенного давления около 500 мбар на напорной стороне газодувки.

Для особенно надежного, в целом, задержания радиоактивных веществ за скруббером Вентури предпочтительно в трубопроводе сброса давления расположена осадительная система, преимущественно содержащая гравитационный капельный осадитель и/или волокнистый осадитель, преимущественно с волокнами толщиной более 50 мкм, в частности с волокнами убывающей толщины. В качестве альтернативы или дополнительно за скруббером Вентури предпочтительно в трубопроводе сброса давления расположен металловолокнистый фильтр с волокнами толщиной примерно до 5 мкм, преимущественно волокнами высококачественной стали или спеченными фильтрующими волокнами с диаметром пор или волокон менее 5 мкм. Именно это обеспечивает то, что даже небольшое количество, возможно, проникающих мелких аэрозолей с размером частиц менее 0,5 мкм может еще в значительной степени задерживаться. Фильтрующие элементы изготовлены преимущественно из волокон высококачественной стали. Тонкая фильтрация может происходить также посредством фильтров из спеченных волокон с диаметром пор менее 2 мкм.

Предпочтительно моющая жидкость выполнена в особой степени для эффективного задержания йода или йодсодержащих соединений. Для этого моющая жидкость в резервуаре имеет предпочтительно рН-показатель, по меньшей мере, 9, причем этот рН-показатель может быть достигнут, например, посредством добавления NaOH, других щелочей и/или тиосульфата натрия. Дозирование этих химикатов к моющей жидкости может происходить предпочтительно посредством всасывания находящимся в потоке свежей воды струйным насосом из отдельного резервуара для установления концентрации в моющей жидкости 0,5-5 мас.%.

Далее за счет дополнительной непосредственной подачи свежей воды полностью или частично через задерживающее устройство в зону корпуса реактора под давлением в противотоке вентиляционному газу посредством имеющихся систем в качестве простых аварийных мер, например посредством пожарного насоса или других систем, одновременно достигаются циркуляция радиоактивных веществ и охлаждение активной зоны реактора за счет поглощения энергии. За счет бóльших, в частности, на раннем этапе аварийной ситуации подаваемых количеств с возрастающим уровнем в защитной оболочке можно достичь этим дальнейшего предпочтительного уменьшения отсасываемой парогазовой смеси и, тем самым, уменьшения габаритов задерживающего или отсасывающего устройства.

В отношении способа сброса давления в ядерной установке описанного выше рода задача решается за счет того, что в скруббере Вентури скорость течения направляемой в трубопроводе сброса давления среды устанавливают более 130 м/с, преимущественно более 180 м/с.

Достигнутые изобретением преимущества состоят, в частности, в том, что за счет целенаправленной комбинации скруббера Вентури с предвключенной газодувкой и за счет подходящего расчета этих компонентов в основном в течение всей аварийной ситуации можно гарантировать протекание газового потока сброса давления через скруббер Вентури с особенно высокой скоростью. За счет этого в любом случае гарантировано высокое осаждающее действие более 99,5%, преимущественно более 99,9% уносимых захваченных воздухом радиоактивных веществ или аэрозолей, в частности также с учетом мелких аэрозольных фракций с размером частиц менее 0,5 мкм, так что удается количественное задержание на жидкой фазе и общее осаждающее действие в длительном режиме без перегрузки подключенного металлического фильтровального блока более 99,99%, в частности более 99,999%, что особенно надежно препятствует выбросу радиоактивных веществ в окружающую среду.

Система сброса давления и задержания радиоактивных веществ, образованная скруббером Вентури и предвключенной газодувкой, почти на всех этапах аварийной ситуации гарантирует надежное протекание через скруббер Вентури, причем к тому же при соответственно мощной газодувке обеспечен активный отсос атмосферы из защитной оболочки. Именно в ядерных установках с обусловленной расчетом сравнительно высокой утечкой или негерметичностью защитной оболочки газодувка по типу двойной функции может служить, тем самым, для откачки возникающих в тяжелых аварийных ситуациях газов атмосферы защитной оболочки с созданием разрежения в ней и для возврата радиоактивных веществ в жидкой фазе в защитную оболочку, так что даже при таких негерметичных защитных оболочках в случае необходимости может осуществляться надежная эксплуатация без загрязнения окружающей среды.

Способ и устройства используются преимущественно для того, чтобы возникающие в аварийных ситуациях с расплавлением активной зоны за счет высвобождающегося остаточного тепла газы или пары, включая утечки, полностью отсасывать при небольшом разрежении в защитной оболочке относительно окружающего пространства и перед выпуском в окружающую среду почти полностью очищать от захваченных воздухом радиоактивных веществ. Задержанные радиоактивные вещества в короткое время возвращают в защитную оболочку. За счет газодувки высокого давления к тому же вследствие постоянной подачи объемного потока к трубам Вентури достигается равномерно высокая скорость без необходимости сложного расположения уступами по высоте труб Вентури для частичного покрытия нагрузки. За счет комбинации высокоскоростного скруббера Вентури с возвратом, комбинированным с подключенными металловолокистыми фильтрами, можно также в длительном режиме независимо от концентрации аэрозоли в защитной оболочке обеспечить степень общего осаждения 99,99-99,999%.

Пример осуществления изобретения более подробно поясняется с помощью чертежа, на котором изображают:

- фиг.1: схематично ядерную установку с системой сброса давления и задержанием радиоактивных веществ;

- фиг.2: резервуар со скруббером Вентури;

- фиг.3: место питания установки на фиг.1 в виде фрагмента.

Одинаковые детали обозначены на всех фигурах одними и теми же ссылочными позициями.

Ядерная установка 1 на фиг.1 содержит защитную оболочку 2, которая содержит предусмотренные для вырабатывания электроэнергии ядерные компоненты и другие системные компоненты. Для того чтобы можно было надежно исключить структурные нарушения или нестабильности защитной оболочки 2 даже в случае сравнительно тяжелой аварийной ситуации, при которой вследствие протекающих внутри защитной оболочки 2 процессов приходится считаться с сильным возрастанием давления в ней, ядерная установка 1 оборудована присоединенной к защитной оболочке 2 системой 4 сброса давления и задержания радиоактивных веществ. Она обеспечивает в случае необходимости целенаправленный и контролируемый выпуск атмосферы, называемый также вентиляцией, из защитной оболочки 2 в окружающую ее среду.

Система 4 сброса давления и задержания радиоактивных веществ содержит присоединенный к защитной оболочке 2 трубопровод 6 сброса давления, присоединенный со стороны выхода к сбросной трубе 8. Во избежание заражения окружающей ядерную установку 1 среды в случае вентиляции или выпуска атмосферы защитной оболочки система 4 сброса давления и задержания радиоактивных веществ рассчитана также на надежное задержание содержащихся в атмосфере защитной оболочки, захваченных воздухом радиоактивных веществ или аэрозолей. Для этого система 4 сброса давления и задержания радиоактивных веществ содержит мокрый скруббер 10, выполненный в виде фильтровального устройства для подобных захваченных воздухом радиоактивных веществ или аэрозолей.

Мокрый скруббер 10 содержит, в свою очередь, включенный в трубопровод 6 сброса давления скруббер Вентури 12, расположенный в резервуаре 14 с моющей жидкостью W. Скруббер Вентури 12 содержит некоторое число труб Вентури 16, которые своими выходными отверстиями 18 заканчиваются в газовом объеме 22, находящемся в резервуаре 14 выше заданного уровня 20 моющей жидкости W. Газовый объем 22 присоединен, в свою очередь, со стороны выхода к дополнительному участку трубопровода 6 сброса давления, который через фильтровальное устройство 26 соединен со сбросной трубой 8. Фильтровальное устройство 26 содержит, в свою очередь, металловолокнистый фильтр 28, промежуточный дроссель 30 и молекулярное сито 32. Металловолокнистый фильтр 28 при этом, в частности, в качестве тонкого фильтра снабжен волокнистыми фильтрующими ковриками с убывающим диаметром волокон от 50 мкм до примерно 1 мкм, так что эффективно задерживаться могут, в частности, также проникающие мелкие аэрозоли с размером частиц менее 0,5 мкм.

Система 4 сброса давления и задержания радиоактивных веществ ядерной установки 1 рассчитана на особенно надежное задержание радиоактивных веществ и, в частности, на степень осаждения 98% и более даже сравнительно мелких аэрозолей с размером частиц менее 0,5 мкм. Для этой цели и для надежного в случае необходимости отсоса атмосферы из защитной оболочки 2 перед скруббером Вентури 12 в трубопроводе 6 сброса давления расположена мощная газодувка 34, называемая также Turbo Blower . В основу цели расчета положено при этом то, что в случае возникновения аварийной ситуации через скруббер Вентури 12 газовый поток сброса давления может протекать с особенно высокой скоростью течения более 150 м/с, в частности более 200 м/с. Как оказалось, при таких высоких скоростях течения достигается почти скачкообразное возрастание степени осаждения, причем, в частности, с капельками моющей жидкости связываются и осаждаются также мелкие и мельчайшие аэрозольные частицы. За счет подходящего выбора, в частности, проходных сечений и мощности газодувки 34 при этом гарантировано, что почти на всех этапах аварийной ситуации обеспечивается такая высокая скорость течения в скруббере Вентури 12. Для обеспечения соответственно высоких герметичностей системы, например, ввод вала газодувки выполняют дополнительно с уплотнением посредством блокирующего газа, подаваемого непрерывно.

Дополнительно достигается, тем самым, то, что в случае возникновения аварийной ситуации атмосферу из защитной оболочки 2 активно всасывают посредством газодувки 34, так что даже при утечках или негерметичностях защитной оболочки 2 надежно предотвращен выброс ее атмосферы в окружающую среду. Для безопасности электропитание газодувки 34 выполнено независимым от ядерной установки 1. В качестве альтернативы в многоблочных установках может быть предусмотрено избыточное электропитание газодувки 34, причем в случае необходимости питание газодувки 34 может происходить посредством не затронутого аварийной ситуацией энергоблока. Электропитание выполняют поэтому отдельно, т.е. независимо от существующей коммутационной установки и проводящей техники. В качестве дополнительного критерия расчета к тому же мощность газодувки 34 выбирают таким образом, чтобы с учетом возникающих количеств газа и пара и их возможных негерметичностей или утечек в случае необходимости внутри защитной оболочки 2 возникало небольшое разрежение, например менее 5 мбар, а на напорной стороне газодувки 34 - повышенное давление около 500 мбар.

Как показано в увеличенном виде на фиг.2, скруббер Вентури 12 содержит трубы Вентури 16. Трубы Вентури 16 питаются со стороны газового потока от общей подающей системы 40, соединенной с входной стороны с трубопроводом 6 сброса давления. Сравнительно большая часть труб Вентури 16 выполнена в виде так называемых длинных труб Вентури, которые своими выходными отверстиями 18 расположены выше предусмотренного заданного уровня 20 моющей жидкости W и, тем самым, по типу «свободно выдувающего» устройства заканчиваются непосредственно в газовом объеме 22. Кроме того, предусмотрено также предотвращение загрязнения или нарушения эксплуатационной характеристики скруббера Вентури 12 вследствие осаждения или седиментации за счет того, что сравнительно малая часть, а именно менее 10%, труб Вентури 16 ориентирована наискось вниз. За счет этих завихрителей Вентури достигается интенсивная циркуляция моющей жидкости W внутри резервуара 14, так что седиментация надежно предотвращена.

В частности, трубы Вентури 16, выполненные в виде так называемых длинных труб Вентури, рассчитаны на сравнительно большие объемы воды для требующего обработки газового потока более 5, в частности более 10 литров моющей жидкости W на 1 м ³ газа. Для этого в трубах Вентури 16 во входной зоне 42 для моющей жидкости W предусмотрено кольцевое щелевое питание по периферии сопел под углом раскрытия 30-45°. Расчет осуществлен при этом так, что отношение площади сечения желобка, вычисленного в месте 44 сужения или так называемого желобка каждой трубы Вентури 16, к входной площади для моющей жидкости W, вычисленной на кольцевом щелевом питании, составляет примерно 3:1. Место 44 сужения является в остальном также тем местом, в котором протекающий газовый поток имеет свою максимальную скорость течения; вследствие этого в месте 44 сужения вычисляют также для расчета и согласования скруббера Вентури 12 и учитываемой скорости течения.

В данном примере трубы Вентури 16, выполненные в виде длинных труб Вентури, выполнены в виде круглых труб Вентури с шириной желобка менее 40 мм, так что при пассивных всасывании и распределении моющей жидкости вследствие созданного протекающей средой разрежения гарантирована подача моющей жидкости W до зоны сердцевины струи внутри соответствующей трубы Вентури 16. Трубы Вентури 16 имеют, кроме того, отношение высоты к ширине желобка более 50.

Как видно далее на фиг.1, для обеспечения особенной компактной конструкции резервуара 14 предусмотрено многокомпонентное хранение моющей жидкости W. С одной стороны, в резервуаре 14 находится моющая жидкость W, в которой расположен скруббер Вентури 12. Дополнительно резервуар 14 со стороны моющей жидкости соединен посредством питающего трубопровода 48 с дополнительным накопителем 50 моющей жидкости. Накопитель 50 моющей жидкости может представлять собой сконструированную специально для этого емкость, которая для надежного долива моющей жидкости W в резервуар 14 расположена геодезически подходящим образом высоко, причем заданный уровень 20 моющей жидкости W в резервуаре 14 устанавливается за счет установившегося в дополнительном накопителе 50 уровня моющей жидкости W. В качестве альтернативы в качестве дополнительного накопителя 50 моющей жидкости может быть предусмотрена также так и так предусмотренная емкость для воды, например резервуар для сточных вод, деионата и т.п., причем при необходимости долив моющей жидкости W в резервуар 14 может происходить за счет подходящим образом выбранного перепада давлений или, например, посредством мембранных насосов или сжатого воздуха.

Далее резервуар 14 со стороны моющей жидкости соединен посредством трубопровода 52 обратного питания с ограничением расхода и переливным трубопроводом с внутренним пространством защитной оболочки 2. За счет этого по типу рециркуляции или обратного питания обеспечивается возврат моющей жидкости W, загрязненной захваченными воздухом радиоактивными веществами или аэрозолями, из резервуара 14 в защитную оболочку 2. Таким образом, за счет постоянной или периодической рециркуляции загрязненной подобным образом моющей жидкости W радиоактивные вещества во всей своей совокупности могут особенно надежно задерживаться внутри защитной оболочки 2, что особенно снижает опасность утечки радиоактивности в окружающую среду. Именно за счет такой рециркуляции моющей жидкости W также перенесенное задержанными радиоактивными веществами остаточное тепловыделение может быть последовательно возвращено из резервуара 14 в защитную оболочку 2, так что испарение моющей жидкости W в резервуаре 14 поддерживается на особенно низком уровне. Несмотря на рециркуляцию моющей жидкости W во внутреннее пространство защитной оболочки 2 и долива моющей жидкости W из дополнительного накопителя 50 можно, тем самым, вследствие предотвращенного испарения особенно уменьшить возникающий, в целом, расход моющей жидкости W.

Как обозначено штриховой линией 54, трубопровод 52 обратного питания через трубопровод 6 сброса давления может быть соединен с внутренним пространством защитной оболочки 2. Как видно из увеличенного фрагмента на фиг.3, рециркуляция происходит при этом по типу пассивной реализации в противотоке выходящему из защитной оболочки 2 газовому потоку, причем не требуется дополнительного ввода через защитную оболочку 2. Для обеспечения при этом достаточного питающего давления для возвращаемой моющей жидкости W в примере выполнения резервуар 14 с находящейся в нем моющей жидкостью W расположен на достаточной геодезической высоте, а именно около 10 м выше места 56 выхода трубопровода 6 сброса давления из защитной оболочки 2. Только за счет геодезического давления в водяном столбе в трубопроводе 52 обратного питания обеспечено, тем самым, по типу пассивной системы достаточное обратное питающее давление моющей жидкости W внутрь защитной оболочки 2. В качестве альтернативы может быть предусмотрено также циклическое обратное питание за счет закрывания выходной арматуры при повышенном давлении в защитной оболочке или использование отдельного небольшого трубопровода небольшого докритического сечения и соответствующей подачи с помощью насосов, например с помощью питаемого из независимого от энергоснабжения газового накопителя пневматического мембранного насоса или центробежного насоса. Необходимые для этого компоненты, например воздухосборник 58, и управляемый собственной средой мембранный клапан изображены на фиг.1 схематично.

Для надежного задержания йода рН-показатель моющей жидкости W в резервуаре 14 установлен на щелочное значение, в частности, значение более 9. Для этого дозирование в случае необходимости NaOH, других щелочей и/или тиосульфата натрия в количестве более 0,5-5 мас.% происходит посредством их всасывания находящимся в потоке свежей воды струйным насосом.

Перечень ссылочных позиций

1 - ядерная установка

2 - защитная оболочка

4 - система сброса давления и задержания радиоактивных веществ

6 - трубопровод сброса давления

8 - сбросная труба

10 - мокрый скруббер

12 - скруббер Вентури

14 - резервуар

16 - трубы Вентури

18 - выходное отверстие

20 - заданный уровень

22 - газовый объем

24 - газодувка

26 - фильтровальное устройство

28 - металловолокнистый фильтр

30 - промежуточный дроссель

32 - молекулярное сито

34 - газодувка

40 - подающая система

42 - входная зона

44 - место сужения

48 - питающий трубопровод

50 - накопитель моющей жидкости

52 - трубопровод обратного питания

54 - штриховая линия

56 - место выхода

58 - воздухосборник

W - моющая жидкость