Система аварийного расхолаживания реакторной установки с жидкометаллическим теплоносителем
Владельцы патента RU 2341834:
Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт атомного энергетического машиностроения" (ОАО "ВНИИАМ") (RU)
Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано в реакторных установках с жидкометаллическим теплоносителем. Система аварийного расхолаживания реакторной установки с жидкометаллическим теплоносителем содержит поверхность охлаждения, размещенную в вертикальном воздуховоде, снабженном входным и выходным шиберами, а также средство разогрева упомянутой поверхности, причем под поверхностью охлаждения установлен люк, закрепленный в стенке воздуховода, а средство для разогрева выполнено в виде роторного нагревателя с всасывающим и нагнетательным патрубками, подключенными к воздуховоду в зонах, расположенных соответственно выше и ниже поверхности охлаждения, при этом нагнетательный патрубок роторного нагревателя соединен с воздуховодом посредством упомянутого люка, крышка которого установлена на нем с возможностью осевого перемещения. Такая система расхолаживания обеспечивает равномерность температур разогреваемого металла и ускорение разогрева поверхности охлаждения перед заполнением ее жидкометаллическим теплоносителем. 1 ил.
Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано в реакторных установках с жидкометаллическим теплоносителем.
Реакторные установки с жидкометаллическим теплоносителем снабжаются системой аварийного расхолаживания, предназначенной для снятия с активной зоны реактора и рассеивания в окружающую среду остаточных тепловыделений в тех случаях, когда отвод тепла системами нормальной эксплуатации по каким-либо причинам невозможен. Для снятия и рассеивания остаточных тепловыделений обычно используют поверхность охлаждения, размещенную в воздуховоде, через который за счет естественной циркуляции проходит охлаждающий атмосферный воздух.
В качестве поверхности охлаждения может быть использовано оборудование реакторной установки (корпус реактора или парогенератора, трубопроводы и т.д.), через которое проходит жидкометаллический теплоноситель при нормальной эксплуатации реакторной установки, а также трубный пучок воздушного теплообменника, специально предназначенного для расхолаживания этой установки.
При этом приходится решать две проблемы, одна из которых заключается в том, что поверхность охлаждения перед первоначальным заполнением ее жидкометаллическим теплоносителем или после ревизии и ремонта имеет температуру, приблизительно равную температуре окружающего воздуха, тогда как жидкометаллический теплоноситель разогрет до температуры порядка 200-250°С. Поэтому, прежде чем подать в поверхность охлаждения жидкометаллический теплоноситель с высокой температурой, ее нужно разогреть до такой температуры, чтобы не допустить переохлаждения («затвердевания») жидкометаллического теплоносителя.
Опасность переохлаждения («затвердевания») жидкометаллического теплоносителя может возникнуть при работе системы в режиме «готовность к расхолаживанию реакторной установки».
Известна система аварийного расхолаживания реакторной установки с жидкометаллическим теплоносителем, содержащая поверхность охлаждения, размещенную в воздуховоде, снабженном входным и выходным шиберами, а также средство разогрева упомянутой поверхности (Методы обоснования и оптимизации основных характеристик систем отвода остаточного тепловыделения в быстрых реакторах с натриевым теплоносителем. Ашурко Ю.М. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Обнинск, ФЭИ, 2003, С.21-22, рис.4-4).
В известной системе в качестве средства для разогрева поверхности предлагается применить установку газового разогрева. Однако установки газового разогрева, например горелочные устройства, являются средством повышенной пожарной опасности.
К настоящему изобретению наиболее близким техническим решением из известных (прототипом) является система аварийного расхолаживания реакторной установки с жидкометаллическим теплоносителем, содержащая поверхность охлаждения, размещенную в вертикальном воздуховоде, снабженном входным и выходным шиберами, а также средство разогрева упомянутой поверхности, причем под поверхностью охлаждения установлен люк, закрепленный в стенке воздуховода (Моделирование процессов в воздушном теплообменнике системы аварийного расхолаживания РУ БН-800. / Артемов В.И., Яньков Г.Г., Зорин В.М. и Шамароков А.С. // Теплоэнергетика, №3, 2004, С.30-38).
В прототипе в качестве средства разогрева используют электронагреватели, которыми оснащают подводящие и отводящие трубопроводы поверхности охлаждения. Прежде чем подать в трубопроводы жидкометаллический теплоноситель их разогревают электронагревателями. По истечении некоторого времени от трубопроводов за счет теплопроводности разогревается и поверхность охлаждения.
Недостатком прототипа является большая неравномерность температур разогреваемого металла и большой отрезок времени для разогрева поверхности охлаждения до требуемой температуры, что не согласуется с необходимостью быстрого ввода в действие системы расхолаживания реакторной установки.
Кроме того, такая система не позволяет регулировать температуру охлаждающего воздуха (протечек воздуха через закрытые шиберы) на входе в поверхность охлаждения при нахождении системы в режиме «готовность к расхолаживанию реакторной установки», что может привести к переохлаждению («затвердеванию») жидкометаллического теплоносителя.
Технической задачей изобретения является обеспечение равномерности температур разогреваемого металла и ускорение разогрева поверхности охлаждения перед заполнением ее жидкометаллическим теплоносителем, а также недопущение переохлаждения («затвердевания») жидкометаллического теплоносителя при работе системы в режиме «готовность к расхолаживанию реакторной установки» за счет обеспечения регулирования температуры охлаждающего воздуха, проникающего через зазоры лопаток закрытых шиберов и далее поступающего к поверхности охлаждения.
Техническая задача решается в системе аварийного расхолаживания реакторной установки с жидкометаллическим теплоносителем, содержащей поверхность охлаждения, размещенную в вертикальном воздуховоде, снабженном входным и выходным шиберами, а также средство разогрева упомянутой поверхности, причем под поверхностью охлаждения установлен люк, закрепленный в стенке воздуховода, а средство для разогрева выполнено в виде роторного нагревателя с всасывающим и нагнетательным патрубками, подключенными к воздуховоду в зонах, расположенных соответственно выше и ниже поверхности охлаждения, при этом нагнетательный патрубок роторного нагревателя соединен с воздуховодом посредством упомянутого люка, крышка которого установлена на нем с возможностью осевого перемещения.
Снабжение системы роторным нагревателем, подключенным к воздуховоду указанным образом, и установка крышки на люке с возможностью осевого перемещения позволяют разогревать поверхность охлаждения перед подачей в нее жидкометаллического теплоносителя и регулировать температуру охлаждающего воздуха, проходящего через неплотности лопаток закрытых шиберов при входе в поверхность охлаждения при работе системы в режиме «готовность к расхолаживанию реакторной установки».
Перед подачей в поверхность охлаждения жидкометаллического теплоносителя при закрытых шиберах и открытом люке воздуховода включают роторный нагреватель, ротор, вращаясь, направляет воздух по замкнутому контуру: напорный патрубок роторного нагревателя, люк воздуховода, воздуховод и всасывающий патрубок роторного нагревателя. Механическая энергия двигателя, затраченная на приведение роторного нагревателя во вращение, переходит в теплоту по принципу эквивалентности работы и тепла. Воздух быстро прогревается, разогревая при этом поверхность охлаждения до температуры, достаточной, чтобы можно было заполнять поверхность охлаждения жидкометаллическим теплоносителем без опасности его «затвердевания».
Из уровня техники известно, что роторные нагреватели широко используются в народном хозяйстве (см., например, авторское свидетельство СССР №309133, М. Кл. F27D 7/04, 1969). Однако использование роторного нагревателя для предварительного разогрева поверхности охлаждения перед подачей в нее жидкометаллического теплоносителя, а также для поддержания температуры охлаждающего воздуха перед поверхностью охлаждения в заданных пределах, исключающих переохлаждение жидкометаллического теплоносителя, из уровня техники не известно, поэтому можно заключить, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется чертежом, где схематично изображена система аварийного расхолаживания реакторной установки с жидкометаллическим теплоносителем.
Система аварийного расхолаживания реакторной установки с жидкометаллическим теплоносителем содержит поверхность 1 охлаждения, размещенную в вертикальном воздуховоде 2, снабженном входным и выходным шиберами 3 и 4 соответственно. В качестве поверхности 1 охлаждения может быть использован корпус реактора или парогенератора, трубопроводы и другое оборудование реакторной установки, через которое проходит жидкометаллический теплоноситель при нормальной эксплуатации реакторной установки (на чертеже условно не показано). В данном примере конкретной реализации заявляемого технического решения в качестве поверхности 1 охлаждения использован трубный пучок воздушного теплообменника, специально предназначенного для расхолаживания реакторной установки.
Система содержит также средство разогрева поверхности 1, выполненное в виде роторного нагревателя 5 с всасывающим и нагнетательным патрубками 6 и 7 соответственно. Всасывающий патрубок 6 роторного нагревателя 5 подключен к воздуховоду 2 в зоне 8, расположенной выше поверхности 1 охлаждения, причем это подключение выполнено посредством циркуляционного трубопровода 9 и коллектора 10. Нагнетательный патрубок 7 роторного нагревателя 5 подключен к воздуховоду 2 в зоне 11, расположенной ниже поверхности 1 охлаждения, при этом нагнетательный патрубок 7 роторного нагревателя 5 подключен к воздуховоду 2 посредством люка 12.
Люк 12 установлен под поверхностью 1 охлаждения, закреплен в стенке воздуховода 2 и снабжен крышкой 13, которая установлена на нем с возможностью осевого перемещения посредством привода 14. Воздуховод 2 зоной 8, расположенной выше поверхности 1 охлаждения, подсоединен к вытяжной трубе 15. Поверхность 1 охлаждения посредством трубопроводов 16 и 17 подключена к контуру циркуляции жидкометаллического теплоносителя реакторной установки (на чертеже условно не показано).
Система аварийного расхолаживания реакторной установки с жидкометаллическим теплоносителем работает следующим образом.
Поверхность 1 охлаждения перед первоначальным заполнением ее жидкометаллическим теплоносителем или после ревизии и ремонта находится в воздуховоде 2, в котором шиберы 3 и 4 хотя и закрыты, но, как правило, пропускают наружный воздух из-за тяги, создаваемой вытяжной трубой 15. Поэтому поверхность 1 имеет температуру, приблизительно равную температуре окружающего воздуха. Жидкометаллический теплоноситель, который следует подать в поверхность 1, разогрет до температуры порядка 250°С. Поэтому, прежде чем подать в поверхность 1 жидкометаллический теплоноситель, ее нужно разогреть до требуемой температуры с целью недопущения в ней «затвердевания» жидкометаллического теплоносителя.
Далее убедившись, что шиберы 3 и 4 закрыты, крышку 13 люка 12 перемещают в верхнее положение при помощи привода 14, подключив, таким образом, воздуховод 2 к роторному нагревателю 5. Затем включают роторный нагреватель 5, который направляет воздух по замкнутому контуру: нагнетательный патрубок 7 роторного нагревателя 5, люк 12, воздуховод 2 с поверхностью 1, коллектор 10, циркуляционный трубопровод 9 и всасывающий патрубок 6 роторного нагревателя 5. Механическая энергия двигателя, затраченная на приведение роторного нагревателя во вращение, переходит в теплоту по принципу эквивалентности работы и тепла. Воздух быстро прогревается, разогревая при этом поверхность 1 охлаждения до температуры, достаточной, чтобы можно было заполнять поверхность 1 охлаждения жидкометаллическим теплоносителем без опасности его «затвердевания».
После разогрева поверхности 1 роторный нагреватель 5 отключают, крышку 13 люка 12 опускают в нижнее положение и поверхность 1 при помощи трубопроводов 16 и 17 заполняют жидкометаллическим теплоносителем.
После заполнения поверхности 1 жидкометаллическим теплоносителем систему переводят в режим «готовность к расхолаживанию реакторной установки». В этом режиме лопатки шиберов 3 и 4 закрыты. Из-за неплотности шиберов 3 и 4, а также из-за потерь тепла через теплоизоляцию корпуса 1 возникает опасность, особенно в зимний период времени, переохладить жидкометаллический теплоноситель до температуры, которая ниже температуры его затвердевания. Чтобы этого не произошло, необходимо поддерживать температуру охлаждающего воздуха, проникающего через неплотности нижнего шибера 3, перед поверхностью 1 такой, чтобы избежать опасности «затвердевания» теплоносителя. Для этого при помощи привода 14 поднимают крышку 13 люка 12 и выставляют ее в промежуточное положение. Затем включают роторный нагреватель 5, который подает нагретый воздух в зону 11 воздуховода 2, где он перемешивается с холодным воздухом из открытого шибера 3, не допуская, таким образом, переохлаждения теплоносителя.
Предлагаемую систему аварийного расхолаживания реакторной установки с жидкометаллическим теплоносителем включают в режим расхолаживания в случае прекращения теплосъема в реакторной установке системами нормального теплоотвода. Для этого открывают шиберы 3 и 4, и атмосферный воздух за счет тяги, создаваемой вытяжной трубой 15, начинает циркулировать через межтрубное пространство поверхности 1, охлаждая при этом жидкометаллический теплоноситель в ее трубном пространстве. Таким образом, происходит рассеивание в окружающую среду остаточных тепловыделений реакторной установки.
Система аварийного расхолаживания реакторной установки с жидкометаллическим теплоносителем, содержащая поверхность охлаждения, размещенную в вертикальном воздуховоде, снабженном входным и выходным шиберами, а также средство разогрева упомянутой поверхности, причем под поверхностью охлаждения установлен люк, закрепленный в стенке воздуховода, отличающаяся тем, что средство для разогрева выполнено в виде роторного нагревателя с всасывающим и нагнетательным патрубками, подключенными к воздуховоду в зонах, расположенных соответственно выше и ниже поверхности охлаждения, при этом нагнетательный патрубок роторного нагревателя соединен с воздуховодом посредством упомянутого люка, крышка которого установлена на нем с возможностью осевого перемещения.
