Система дегазации для ядерной энергетической установки и способ дегазации потока теплоносителя реактора
Изобретение относится к средству дегазации теплоносителя ядерной энергетической установки. Система дегазации (2) представляет собой ультразвуковую систему дегазации, содержащую блок (11) сонотродов с по меньшей мере одним сонотродом (10), размещенным на линии контура теплоносителя реактора или на линии, которая сообщается по текучей среде с контуром теплоносителя реактора. Для непрерывной работы каждый сонотрод предпочтительно размещен в проточной камере, которой может быть любая емкость, труба или резервуар, подходящие для работы в режиме непрерывного потока. В разделительной емкости образовано газовое пространство, к которому присоединена линия всасывания для отделенного потока газа. В результате в процессе работы газовое пространство поддерживается под отрицательным давлением относительно атмосферного давления. Отделение газа может быть также достигнуто или поддерживаться путем подачи продувочного газа через разделительную емкость. Техническим результатом является оптимизация интегрирования системы (2) дегазации в окружающие реактор системы с низкой потребностью в площади, возможность надежной и эффективной работы системы дегазации в соответствии с потребностями ядерной энергетической установки. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к ядерной энергетической установке, содержащей ядерный реактор и контур теплоносителя реактора с теплоносителем, в частности, на основе воды или подобного воде охладителя (например, легкая вода или тяжелая вода), а также дополнительно содержащий систему дегазации теплоносителя реактора. Изобретение относится также к способу дегазации теплоносителя ядерного реактора.
Ядерная энергетическая установка содержит ядерный реактор и взаимодействующий с ним контур теплоносителя реактора, в котором циркулирует теплоноситель. По различным причинам может быть необходимым удалить растворенные газы из жидкого теплоносителя реактора. Соответствующий технологический процесс называется «дегазификация» или «дегазация». Одной причиной необходимости процесса дегазации может быть удаление кислорода, чтобы избежать коррозию на трубопроводной линии или системе трубопроводов, окружающей реактор. Другой причиной может быть подготовка ядерного реактора для эксплуатации, чтобы количество радионуклидов не превышало допустимую величину, что позволяет ограничить вскрытия корпуса реактора.
В соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы в известном из уровня техники патентном документе EP2109114A2 описана ядерная энергетическая установка с системой дегазификации теплоносителя реактора. Упомянутая система дегазификации основана на испарении (с использованием отдувочного газа).
В патентном документе US4647425A описана ядерная энергетическая установка с системой вакуумной дегазации.
В патентном документе US2016/225470A1 описана ядерная энергетическая установка с системой мембранной дегазации.
Упомянутые выше существующие системы дегазации считаются дорогостоящими, энергозатратными и для их размещения требуются площади значительных размеров.
В этой связи задача настоящего изобретения заключается в обеспечении ядерной энергетической установки с системой дегазации, которая может быть легко встроена в окружающие реактор системы с низкой потребностью в площади, может быть приспособлена для различных потребностей в существующих установках и функционирует надежно и эффективно. Кроме того, изобретение обеспечивает соответствующий способ дегазации потока теплоносителя ядерного реактора.
В соответствии с изобретением задача, относящаяся к устройству, решена с помощью ядерной энергетической установки, охарактеризованной признаками, изложенными в пункте 1 формулы.
В связи с этим изобретение предлагает ядерную энергетическую установку, содержащую ядерный реактор и контур теплоносителя, в котором циркулирует теплоноситель, и, кроме того, содержащую систему дегазации для теплоносителя, при этом система дегазации представляет собой систему ультразвуковой дегазации, содержащую блок сонотродов с по меньшей мере одним сонотродом, размещенный на линии контура теплоносителя реактора или на линии, которая сообщается по текучей среде с контуром теплоносителя реактора, и, предпочтительно, обеспечивающую непрерывную дегазацию теплоносителя реактора.
В системе ультразвуковой дегазации газ, растворенный в жидкости, под воздействием колебаний ультразвукового диапазона образует небольшие кавитационные пузырьки. В разделительной емкости или разделительном резервуаре микропузырьки объединяются в большие пузырьки и поднимаются вверх к поверхности жидкости, в результате чего полученный отделенный газ может быть удален. Ультразвуковой осциллятор называется также сонотродом.
Настоящее изобретение основано на указанной известной технологии, коммерчески доступной, проверенной на практике и испытанной в других отраслях промышленности, и приспосабливает известную технологию в подходящее применение для дегазации теплоносителя реактора. Преимуществами являются, в том числе, экономичность и низкое энергопотребление, экономия места, низкие эксплуатационные расходы, легкость установки и использования, а также модульная конструкция, адаптируемая в соответствии с требованиями.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения блок сонотродов содержит множество сонотродов, размещенных в конфигурации с параллельным потоком. Предпочтительно, количество потоков, проходящих через действующие сонотороды, регулируется с помощью соответствующих регулируемых клапанов.
Для непрерывной работы каждый сонотрод, предпочтительно, размещен в проточной камере, которой может быть любая емкость, труба или резервуар, подходящие для работы в режиме непрерывного потока.
Хотя в принципе указанный сонотрод можно разместить в той же емкости, резервуаре или трубе, в которой осуществляется отделение газа, предпочтительно, чтобы в рассматриваемом здесь случае применения использовались ультразвуковая подсистема и разделительная подсистема, отделенные друг о друга так, что разделительная емкость находится ниже по потоку от блока сонотродов.
Предпочтительно, в разделительной емкости (разделительном резервуаре) образовано газовое пространство, к которому присоединена линия всасывания для отделенного потока газа. В результате в процессе работы газовое пространство поддерживается под отрицательным давлением относительно атмосферного давления. Отделение газа может быть также достигнуто или поддерживаться путем подачи продувочного газа через разделительную емкость.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения используется система охлаждения сонотродов, предпочтительно с теплопередающей текучей средой или охладителем, циркулирующим в открытом или замкнутом контуре охлаждения. Дополнительно или в качестве альтернативы, в частности в случае блоков с большим количеством сонотродов, используется система охлаждения, предпочтительно такого же типа, предназначенная для охлаждения потока жидкости, покидающего сонотроды.
Конкретное предпочтительное воплощение относится к ядерной энергетической установке с водо-водяным реактором (ВВР), содержащим первый контур ядерного реактора и второй контур ядерного реактора, в котором теплоноситель, подлежащий дегазации, является первичным теплоносителем первого контура ядерного реактора. Однако дегазация вторичного теплоносителя второго контура ядерного реактора также является возможной. В этом контексте термин «водо-водяной реактор» следует понимать в широком смысле, который включает реакторы с легкой водой, такие как Европейский реактор под давлением (EPR) или немецкий водо-водяной реактор «Druckwasserreaktor» (DWR), а также реакторы с тяжелой водой, такие как CANDU. Реактор CANDU, канадский дейтериевый реактор, является хорошо известной конструкцией канадского тяжеловодного ядерного реактора с водой под давлением.
Обычно доступ к первичному теплоносителю первого контура ядерного реактора возможен посредством системы регулирования химического состава и объема теплоносителя ядерного реактора (СРХСОТЯР), содержащей линию отвода теплоносителя и бак регулирования объема. Предпочтительно, от указанной линии отвода теплоносителя проходит линия подачи теплоносителя к блоку сонотродов, и поток теплоносителя, ответвленный от потока, проходящего через СРХСОТЯР, очищается с помощью ультразвуковой подсистемы.
В рассматриваемом случае, в частности, выгодно, если бак регулирования объема действует в качестве разделительной емкости для потока первичного теплоносителя, выходящего из блока сонотродов.
В более общем случае в ядерной энергетической установке любая жидкость может быть дегазирована с помощью системы ультразвуковой дегазации рассмотренного здесь типа, например, борная кислота и/или деминерализованная (обессоленная) вода перед ее впрыском в циркулирующий теплоноситель реактора.
В части способа настоящее изобретение предлагает способ дегазации потока теплоносителя ядерного реактора, при этом способ включает:
(а) воздействие ультразвуковых колебаний на поток с помощью по меньшей мере одного сонотрода и затем
(b) направление потока в разделительную емкость, в которой поток газа отделяется от жидкой фазы.
Предпочтительно, этапы (а) и (b) осуществляют непрерывно.
Приведенные выше сведения, относящиеся к устройству, по аналогии применимы к способу.
Таким образом, можно заключить, что система в соответствии с изобретением является вспомогательной системой, подходящей для дегазификации потока теплоносителя реактора, соединенной с контуром теплоносителя реактора. Для улучшения возможности уменьшения размеров и реализации модульного принципа блок из некоторого количества сонотродов в конфигурации с параллельным потоком включен в линию основного потока теплоносителя. Кроме того, в случае необходимости могут быть использованы устройство для охлаждения сонотродов и/или основного потока и сепаратор газа, не находящегося под давлением, размещенный ниже по потоку относительно устройства с сонотродами. Устройство с сонотродами в целом может быть размещено в подвижной емкости.
Примеры осуществления изобретения описаны ниже со ссылками на сопровождающие чертежи.
На фиг. 1 показано схематическое изображение системы дегазации жидкости, содержащей газ;
на фиг. 2 – первое конкретное применение системы дегазификации, представленной на фиг. 1, в ядерной энергетической установке, в данном случае для дегазации первичного теплоносителя водо-водяного реактора;
на фиг. 3 – второе конкретное применение системы дегазации, представленной на фиг. 1;
на фиг. 4 – третье конкретное применение системы дегазации, представленной на фиг. 1, в данном случае мобильное применение;
на фиг. 5 – схема водо-водяного реактора (ВВР) с первым контуром теплоносителя и связанными с реактором вспомогательными системами.
На всех фигурах сходные конструктивные элементы обозначены одинаковыми ссылочными номерами позиций.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема системы 2 дегазации жидкости, а именно жидкости, содержащей растворенный газ или пар. Входящий поток 4 или поток жидкости, подлежащей дегазации, поступает через питающую линию или трубопровод или линию 6 подачи в ультразвуковую подсистему 8, которая содержит блок из сонотродов 10, или блок 11 сонотродов. Линия 6 подачи разветвляется на ряд параллельных ответвлений 12 или ветвей так, что в процессе работы поступающая жидкость 4 разделяется на частичные расходы или потоки соответственно. Каждое ответвление 12 содержит ультразвуковую проточную камеру 14, которая содержит сонотрод 10. В настоящем описании термин «камера» употребляется в широком смысле и включает в себя любой резервуар, или емкость, или бак, или трубу, которые являются подходящими для использования в режиме непрерывного потока.
Вообще, сонотрод представляет собой устройство, которое генерирует ультразвуковые колебания и сообщает энергию колебаний к газу, жидкости, твердому телу или тканевому материалу. Сонотрод обычно состоит из пакета пьезоэлектрических преобразователей, прикрепленных к конусообразному металлическому стержню. Конец этого стержня приложен к рабочему материалу. Переменный ток, колебания которого соответствуют ультразвуковой частоте, подводится к пьезоэлектрическим преобразователям с помощью отдельного блока электропитания. Электрический ток обуславливает расширение и сжатие пьезоэлектрических преобразователей. Предпочтительно, частота тока выбирается так, чтобы она была резонансной частотой инструмента, поэтому весь сонотрод действует как полуволновой резонатор, колеблющийся в продольном направлении стоячими волнами на его резонансной частоте. Стандартные частоты, используемые для ультразвуковых сонотродов, находятся в интервале от 20 до 70 кГц. Обычно амплитуда колебаний мала и составляет приблизительно от 13 до 130 мкм.
В контексте настоящего изобретения каждый сонотрод 10 прикладывает колебательную энергию к жидкости, протекающей через соответствующую проточную камеру 14. Это приводит к кавитации – явлению, при котором быстрые изменения давления в жидкости приводят к локальному испарению и, в результате, к образованию маленьких заполненных паром полостей. Другими словами, растворенный газ оказывается захваченным в микропузырьки с газом, который может быть легко отделен от жидкости, предпочтительно, в расположенном ниже по потоку резервуаре 16.
Для этого ветви 12, расположенные ниже по потоку относительно проточных камер 14, объединены в общую сборную линию или сборный трубопровод 18, который посредством соединительной линии 20 или соединительного трубопровода транспортирует поток к разделительной подсистеме 22. Указанная разделительная подсистема 22 содержит разделительную емкость 16 или бак, заполняемые жидкостью 23, поступающей из соединительной линии 20, до достижения заданного расчетного уровня 24 заполнения в процессе работы с непрерывным потоком жидкости. Выше уровня жидкости 23 образовано газовое пространство 26, которое в процессе работы, предпочтительно, поддерживается при отрицательном давлении (ниже атмосферного давления). Это достигается с помощью линии отвода или линии 28 всасывания, присоединенной к разделительной емкости 16 на участке образования газового пространства 26 (соответствующий вакуумный насос на фигуре не показан). В процессе разделения газовые пузырьки, содержащиеся в жидкости 23, поднимаются вверх к поверхности 30 жидкости и поступают в газовое пространство 26, из которого собранный газ отводится посредством высасывания потока газа 31 через линию 28 всасывания. Таким образом, разделительная емкость действует в качестве газового сепаратора, отделяющего газ от жидкости, предварительно, обработанной выше по потоку в блоке 11 сонотродов. Дегазифицированная жидкость отводится из разделительной емкости 16 через отводящую линию 32 в виде вытекающей жидкости 34 или потока жидкости.
Соединительная линия 20 входит в разделительную емкость 16, предпочтительно, в зоне, распложенной ниже газового пространства 26, выходя в собранную в емкости жидкость 23. Для поддерживания высокой эффективности процесса разделения входное отверстие 36 в разделительной емкости 16, предпочтительно, выполнено с возможностью поддерживания тангенциального направления втекающего потока. Подобным образом выпускное отверстие 38, соединенное с отводящей линией 32, предпочтительно, поддерживает тангенциальное направление вытекающего потока.
Дополнительно или в качестве альтернативы всасыванию, создаваемому за счет отрицательного давления, отделенный газ, который собирается в газовом пространстве 26 выше жидкой фазы, может быть отведен из разделительной емкости 16 с помощью потока 40 продувочного газа, поступающего в газовое пространство 26 через присоединенную линию 42 продувочного газа (подача продувочного газа на фиг. 1 не показана).
В зависимости от условий и целей функционирования некоторые из сонотродов 10 могут быть переключены в нерабочее состояние. Может быть также желательным прервать или контролировать поток жидкости через соответствующую проточную камеру 14 с помощью отсечного клапана или регулирующего клапана 44 в соответствующей ветви 12 ультразвуковой подсистемы 8. Предпочтительно, регулирующий клапан 44 установлен выше по потоку относительно проточной камеры 14, в которой размещен сонотрод 10.
В зависимости от технических характеристик и условий работы системы может быть предпочтительным обеспечить охлаждение сонотродов 10. В предпочтительном варианте осуществления изобретения используется система линий 46 охлаждения, встроенная в ультразвуковую подсистему 8 и находящаяся в тепловом контакте с сонотродами 10, в частности, использующая воду в качестве циркулирующего хладагента. Указанный хладагент поступает на вход 48 для входящего потока 50 хладагента, а выходящий поток 54 хладагента отводится через выход 52 после нагрева хладагента за счет теплоты, рассеиваемой сонотродами 10. Повторное охлаждение хладагента, предпочтительно, обеспечивается внешней системой (на фигуре не показана), так что в процессе работы реализуется замкнутый контур охлаждения. Хладагент, циркулирующий в контуре охлаждения, предпочтительно, нагнетается с помощью насоса для хладагента, который может быть установлен в ультразвуковой подсистеме 8 или в качестве альтернативы может быть размещен снаружи.
В дополнение или в качестве альтернативы к указанной системе 56 охлаждения сонотродов может быть использована система 58 охлаждения потока жидкости, выходящего из сонотродов 10. Эта система 58 охлаждения, предпочтительно, реализуется в виде контура охлаждения с циркулирующим хладагентом, почти такого же, как контур системы 56 охлаждения сонотродов, описанный выше. Предпочтительно, этот контур охлаждения содержит теплообменник, который находится в тепловом контакте со сборной линией 18. В качестве альтернативы или дополнительно он может находится в тепловом контакте с некоторыми или всеми отдельными ветвями 12, расположенными ниже по потоку от сонотродов 10. В частности, система 58 охлаждения потока жидкости, выходящего из сонотродов 10, может быть частью или ветвью, или может иметь общие компоненты с системой 56 охлаждения сонотродов.
Вообще, при функционировании системы 2 дегазации поток или входящий поток 4 жидкости, транспортирующей растворенные газообразные компоненты, поступает в ультразвуковую подсистему 8 через линию 6 подачи, затем направляется или распределяется в параллельные ветви 12 упомянутой линии и проходит через проточные камеры 14, в которых воздействие сонотродов 10 приводит к образованию в жидкости небольших газовых пузырьков. Обработанная таким образом жидкость из различных ветвей 12 собирается затем в сборной линии 18. Результирующий поток жидкости направляется через соединительную линию 20 в разделительную подсистему 22, в которой он вводится в разделительную емкость 16. Внутри разделительной емкости 16 жидкая фаза отделяется от газовой фазы. Газовая фаза отводится в виде газового потока 31 из разделительной емкости 26 через линию 28 всасывания или другую подходящую отводящую линию путем всасывания или с помощью потока продувочного газа 40. Дегазированная жидкость 34 выходит из разделительной емкости 16 через отводящую линию 32.
В процессе работы сонотроды 10 и/или поток жидкости, выходящий из сонотродов 10, предпочтительно, охлаждаются потоком хладагента, предпочтительно воды.
Система в целом и соответствующий способ, предпочтительно, разработаны для работы с непрерывным притоком жидкости, содержащей газ, и непрерывным отводом газа и дегазированной жидкости. Транспортирование жидкости, предпочтительно, осуществляется с помощью ряда насосов, которые могут быть встроены в ультразвуковую подсистему 8 и/или могут быть размещены в другом месте в системе линий, которые направляют поток жидкости.
Модульная конструкция системы обеспечивается за счет размещения ультразвуковой подсистемы 8 в корпусе 60, который вмещает проточные камеры 14 и сонотроды 10, ветви 12 линии с соответствующими отводами и соединениями, а также, если это необходимо, линии 46 внутреннего охлаждения. Для соединения с внешними компонентами и устройствами системы 2 дегазации используются соединители линии притока жидкости, содержащей газ, и линии отвода дегазированной жидкости, а также, если предусмотрено охлаждение, соединители линий для подачи и отвода хладагента. В качестве альтернативы только отдельные проточные камеры 14, каждая из которых содержит по меньшей мере один сонотрод 10 и, если необходимо, соответствующую систему охлаждения, размещены внутри отдельных корпусов, в то время как соответствующие ответвления и узлы соединения размещены снаружи этих отдельных корпусов.
В целом ультразвуковая подсистема 8 может быть создана в виде мобильного устройства, например, с транспортирующими роликами 62, хотя с учетом требований, связанных с сейсмическими воздействиями, может быть предпочтительной такая же, но стационарная установка.
Разделительная подсистема 22 с разделительной емкостью 16, предпочтительно, размещена в качестве внешнего оборудования снаружи ультразвуковой подсистемы 8. При этом разделительная емкость 16 может быть уже существующим компонентом используемого технического оборудования. Для соединения ультразвуковой подсистемы 8 с разделительной подсистемой 22 требуется простая соединительная линия 20 (например, шланг или трубопровод). Соединительная линия может быть реализована в виде разъемного соединения, например, с использованием разъемных и/или зажимных средств, или в виде неразъемного соединения, например, с помощью сварки.
Чтобы предотвратить повторное растворение пузырьков газа в жидкости, вытекающей из сонотродов 10, перед ее поступлением в разделительную емкость 16, длину соединительной линии 20, предпочтительно, выбирают так, чтобы она была как можно короче, исходя из номинального диаметра главного трубопровода и расхода. Продолжительность перемещения жидкости из сонотрода 10 в разделительную емкость 16 должна составлять максимум 2–3 секунды.
Число ветвей 12 и соответствующих сонотродов 10 в ультразвуковой подсистеме 8 выбирают в соответствии с требованиями практического применения. В конкретных случаях достаточно использовать единственный сонотрод 10 (т. е. термин «блок сонотродов» подразумевает нижний предел только из одной ветви трубопровода), в то время как обычно для транспортирования большого объема жидкости может потребоваться множество параллельных ветвей 12 и соответствующих сонотродов 10. Соответствующий перепад давления на линии протекания жидкости является пренебрежимо малым и в большинстве случаев не имеет практического значения.
Можно также разместить некоторое количество рассмотренных выше ультразвуковых подсистем 8 параллельно, увеличивая тем самым количество параллельных ветвей с сонотродами. Подобным образом, можно разместить параллельно некоторое количество разделительных емкостей 16, если имеются соответствующие ветви линии и участки их соединения.
Дублирование и/или улучшение характеристик уже существующих систем дегазации, в частности систем различного типа, может быть также достигнуто просто путем обеспечения подходящих ветвей линии и участков их соединения.
Соответствующая система регулирования может обеспечить регулирование отдельных сонотродов 10 (в частности, регулирование мощности ультразвука, подводимого к потоку жидкости), количество активных ветвей (с помощью отсечных или регулирующих клапанов 44), охлаждающую способность (за счет расхода хладагента, например охлаждающей воды), и/или уровня жидкости внутри разделительной емкости 16.
На фиг. 2 показано первое практическое применение рассмотренного выше принципа настоящего изобретения в ядерной энергетической установке.
Водо-водяной ядерный реактор содержит первый контур 90 теплоносителя реактора, в котором циркулирует первичный теплоноситель реактора. Указанный первый контур 90 теплоносителя реактора содержит корпус 92 реактора высокого давления (КРВД), компенсатор 94 давления, парогенератор 96 и насос 98 для первичного теплоносителя. Парогенератор 96 обеспечивает передачу теплоты контуру вторичного теплоносителя. Объем, химический состав и другие физические свойства циркулирующего первичного теплоносителя реактора могут быть регулируемыми с помощью системы регулирования химического состава и объема теплоносителя ядерного реактора (СРХСОТЯР) 70, которая сообщается по текучей среде с первым контуром 90 теплоносителя реактора. Эта система схематически показана на фиг. 5.
Система регулирования химического состава и объема теплоносителя ядерного реактора (СРХСОТЯР) 70 , схематически показанная на фиг. 2, содержит линию 72 отвода (отбора) первичного теплоносителя реактора, которая соединена с нагнетательным насосом 74 высокого давления, предназначенным для возвращения первичного теплоносителя реактора в первый контур теплоносителя реактора. Бак 76 регулирования объема (БРО) сообщается по текучей среде с упомянутой линией 72 отбора на участке этой линии, находящемся выше по потоку от нагнетательного насоса 74, посредством тройникового ответвления 78.
Для поддерживания дегазации ответвленного потока первичного теплоносителя реактора используется ультразвуковая подсистема 8 с блоком 11 сонотродов рассмотренного выше типа. Линия 6 подачи теплоносителя в ультразвуковую подсистему 8 сообщается по текучей среде со стороны входа с линией 72 отбора теплоносителя из контура. Соответствующее тройниковое ответвление 80 размещено выше по потоку относительно упомянутого тройникового ответвления 78, соединяющего БРО 76 с линией 72 отвода. Также через указанное ответвление может быть пропущен весь поток теплоносителя. Со стороны выхода ультразвуковая подсистема 8 сообщается по текучей среде с БРО 76 посредством соединительной линии 20. Соединительная линия 20 соединена с нижней частью БРО 76, которая во время работы обычно содержит жидкую фазу первичного теплоносителя реактора. Выше уровня жидкой фазы находится газовое пространство 26, с которым соединена линия 28 всасывания. Линия 28 всасывания, которая в процессе работы системы поддерживается при отрицательном давлении, соединена с выпускной системой (не показана). Кроме того, может быть использована линия 42 продувочного газа, ведущая в газовое пространство 26 БРО 76, обеспечивающая подачу в БРО 76 потока отдувочного газа, содержащего азот, или другого подходящего отдувочного газа.
Таким образом, частичный или полный поток первичного теплоносителя реактора, транспортируемый через линию 72 отбора теплоносителя, поступает в ультразвуковую подсистему 8 и затем направляется в БРО 76, который действует так, как описанная выше разделительная емкость 16. Из БРО 76 дегазированный объем жидкости направляется в линию 72 отбора вновь через линию отвода 32 и тройниковое ответвление 78. Таким образом, ультразвуковая подсистема 8 и БРО 76 образуют систему 2 дегазации в системе 70 регулирования химического состава и объема теплоносителя ядерного реактора (СРХСОТЯР), которая способна непрерывно дегазифицировать часть потока первичного теплоносителя реактора или, при необходимости, весь поток.
Для того чтобы встроить такую систему 2 дегазации в существующую установку, в принципе, необходимо лишь обеспечить соединения для подключения ультразвуковой подсистемы 8 и, если необходимо, линии 28 всасывания и линии 42 продувочного газа. Следовательно, на стадии разработки ультразвуковая система 8 может быть рассмотрена как система с «черным ящиком».
В отличие от традиционной системы дегазации (мощность которой составляет более 2 МВт при объемном расходе 72 м3/ч), основанной на вакуумном испарении, система дегазации в соответствии с настоящим изобретением является намного более энергоэкономичной (мощность 0,1 МВт при объемном расходе 72 м3/ч).
На фиг. 3 показано второе практическое применение рассмотренного выше принципа изобретения в ядерной энергетической установке. На фиг. 3 показана ультразвуковая подсистема 8, размещенная в виде блока в основном потоке теплоносителя выше по потоку относительно бака 76 регулирования объема. В данном случае весь поток будет проходить через ультразвуковую подсистему 8, и вся система создана в виде части стационарной системы. Такое применение идеи изобретения является подходящим, например, для ранее созданных морских установок в Германии и Франции, осуществляющих процесс гидрогенизации в баке 76 регулирования объема. Модифицирование системы трубопроводов, по-видимому, не является необходимым, и основной поток будет распределяться в поток отдувочного газа через верхнюю часть емкости. Однако в этом случае существует вероятность возрастания в значительной степени концентрации отдувочного газа в первичном теплоносителе. В этой связи можно сделать предположение о необходимости незначительной модификация разделительной емкости 16 с обеспечением дополнительного соединения ниже поверхности жидкости в емкости для минимизации этого эффекта.
На фиг. 4 показано третье практическое применение рассмотренного выше принципа изобретения в ядерной энергетической установке, в соответствии с которым при необходимости используется мобильный вариант выполнения ультразвуковой подсистемы 8. Такое применение подразумевает ее функционирование таким же образом, как и в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 3, за исключением того, что оборудование может быть легко присоединено или отсоединено, если это необходимо.
Хотя приведенное выше описание было сконцентрировано на применениях в области ядерной энергетики, предложенная система дегазации и соответствующий способ или технологический процесс могут быть использованы в обычных (не атомных) энергетических установках или промышленных установках во всех случаях, когда необходимо осуществить дегазацию жидкости. В частности, применение мобильного варианта, иллюстрируемого на фиг. 4, для таких случаев применения является также весьма подходящим и не требует существенных изменений.
Перечень ссылочных номеров позиции
| 2 | система дегазации (дегазификации) |
| 4 | входящий поток жидкости |
| 6 | линия подачи |
| 8 | ультразвуковая подсистема |
| 10 | сонотрод |
| 11 | блок сонотродов |
| 12 | ветвь линии |
| 14 | проточная камера |
| 16 | разделительная емкость |
| 18 | сборная линия |
| 20 | соединительная линия |
| 22 | разделительная подсистема |
| 23 | жидкость |
| 24 | уровень заполнения |
| 26 | газовое пространство |
| 28 | линия всасывания |
| 30 | поверхность |
| 31 | поток газа |
| 32 | отводящая линия |
| 34 | вытекающая жидкость |
| 36 | входное отверстие |
| 38 | выпускное отверстие |
| 40 | поток продувочного газа |
| 42 | линия продувочного газа |
| 44 | регулирующий клапан |
| 46 | линия охлаждения |
| 48 | вход хладагента |
| 50 | входящий поток хладагента |
| 52 | выход хладагента |
| 54 | выходящий поток хладагента |
| 56 | система охлаждения сонотродов |
| 58 | система охлаждения потока теплоносителя |
| 60 | корпус |
| 62 | транспортирующий ролик |
| 70 | система регулирования химического состава и объема теплоносителя ядерного реактора (СРХСОТЯР) |
| 72 | линия отбора теплоносителя |
| 74 | нагнетательный насос |
| 76 | бак регулирования объема (БРО) |
| 78 | ветвь линии |
| 80 | ответвление |
| 90 | первый контур теплоносителя реактора |
| 92 | бак регулирования давления (БРД) |
| 94 | компенсатор давления |
| 96 | парогенератор |
| 98 | насос первичного теплоносителя |
1. Ядерная энергетическая установка, содержащая ядерный реактор и контур теплоносителя реактора, дополнительно содержащая систему (2) дегазации теплоносителя реактора, циркулирующего в контуре теплоносителя реактора,
отличающаяся тем, что
система (2) дегазации представляет собой ультразвуковую систему дегазации, содержащую блок (11) сонотродов с по меньшей мере одним сонотродом (10), размещенный на линии контура теплоносителя реактора или на линии, которая сообщена по текучей среде с контуром теплоносителя реактора,
при этом ядерная энергетическая установка содержит проточную систему (58) охлаждения потока теплоносителя реактора, выходящего из сонотродов (10).
2. Ядерная энергетическая установка по п. 1, в которой блок (11) сонотродов содержит множество сонотродов (10) в конфигурации с параллельным потоком.
3. Ядерная энергетическая установка по п. 2, в которой множество проточных сонотродов (10) выполнено с возможностью регулирования с помощью соответствующих регулирующих клапанов (44).
4. Ядерная энергетическая установка по любому из пп. 1-3, в которой каждый сонотрод (10) размещен в проточной камере (14).
5. Ядерная энергетическая установка по любому из пп. 1-4, которая содержит разделительную емкость (16), расположенную ниже по потоку относительно блока (11) сонотродов.
6. Ядерная энергетическая установка по п. 5, в которой разделительная емкость (16) имеет газовое пространство (26), с которым соединена линия (28) всасывания для отвода газового потока (31).
7. Ядерная энергетическая установка по любому из пп. 1-6, которая содержит систему (56) охлаждения сонотродов.
8. Ядерная энергетическая установка по любому из пп. 1-7, в которой блок (11) сонотродов выполнен в виде мобильного устройства.
9. Ядерная энергетическая установка по любому из пп. 1-8, в которой ядерный реактор представляет собой водо-водяной реактор или реактор CANDU, содержащий первый контур теплоносителя реактора и второй контур теплоносителя реактора, при этом теплоносителем реактора, подлежащим дегазации, является первичный теплоноситель первого контура теплоносителя реактора.
10. Ядерная энергетическая установка по п. 9, которая содержит систему (70) регулирования химического состава и объема теплоносителя ядерного реактора с линией (72) отбора теплоносителя и баком (76) регулирования объема, при этом линия (6) подачи проходит от указанной линии (72) отбора к блоку (11) сонотродов.
11. Ядерная энергетическая установка по п. 10, в которой бак (76) регулирования объема выполнен с возможностью выполнения функции разделительной емкости (16) для потока первичного теплоносителя реактора, выходящего из блока (11) сонотродов.
12. Ядерная энергетическая установка по любому из пп. 1-8, в которой ядерный реактор представляет собой водо-водяной реактор или реактор CANDU, содержащий первый контур теплоносителя реактора и второй контур теплоносителя реактора, при этом теплоносителем реактора, подлежащим дегазации, является вторичный теплоноситель второго контура теплоносителя реактора.
13. Способ дегазации потока теплоносителя ядерного реактора, включающий:
(а) приложение ультразвуковых колебаний к потоку с помощью по меньшей мере одного сонотрода (10) и затем
(b) направление потока в разделительную емкость (16), в которой поток газа отделяется от жидкой фазы,
при этом способ дополнительно включает этап охлаждения потока теплоносителя реактора, выходящего из сонотрода (10) или каждого сонотрода (10), перед направлением потока в разделительную емкость (16).
14. Способ по п. 13, в котором этапы (а) и (b) осуществляют непрерывно.
