FI111052B - Suodatin ydinvoimalan hätäjäähdytysjärjestelmän veden suodattamiseksi - Google Patents

Description

111052

SUODATIN YDINVOIMALAN HÄTÄJÄÄHDYTYSJÄRJESTELMÄN VEDEN SUODATTAMISEKSI

Tämä keksintö koskee veden suodattamista ainakin yhteen hätäjäähdytysjärjestelmään sen tyyppises-‘ 5 sä ydinvoimalassa, joka käsittää suojarakennukseen asennetun reaktorin, jonka alaosa muodostaa altaan säiliössä olevan höyryn lauhtumisesta muodostuneen veden keräämiseksi, suodattimen ollessa asennettu lauh-dealtaaseen ja suodattaessa veden, joka otetaan al-10 taasta ja tarvittaessa syötetään hätäjäähdytysjärjestelmän suuttimiin reaktorin sydämen jäähdyttämiseksi luvattoman lämpötilan nousun sattuessa sen sisällä, suodattimen ollessa lisäksi muodoltaan kotelo, missä on ainakin yksi edullisesti sylinterimäinen aukollinen 15 suodattimen seinä, jonka läpi vesi voi virrata ulkopuolelta kotelon sisään, ja ollen liitetty ensimmäisellä putkiosalla reaktorin suojarakennuksen ulkopuolelle sijoitettuiin imupumppuun suodattimen seinän huuhtelemiseksi tarvittaessa kierrättämällä vettä sen 20 kautta sisäpuolelta ja ulos, sen avulla irrottamaan suodattimen seinän ulkopuolelle saostunut suodos.

Todellisessa käytössä edellä mainittu hätä-jäähdytysjärjestelmä sisältää ensimmäisen sprinkler-järjestelmän käsittäen suuren joukon reaktorin ylä-: . 25 osaan asennettuja ja suuria vesimääriä polttoainesau- voille ruiskuttamaan soveltuvia sprinkler-suuttimia niiden jäähdyttämiseksi hätätilanteessa. Laitos sisältää lisäksi toisen sprinkler-järjestelmän käsittäen suuren joukon suuttimia tai sprinklereitä, jotka, ku-30 ten ensimmäisen järjestelmän vastaavat, ottavat veten-sä suojarakennuksen lauhdealtaasta, mutta, jotka on asennettu reaktoritilan ulkopuolelle ja ovat sopivia suihkuttamaan kaasufaasin suojarakennukseen vallitse-' van ylipaineen alentamiseksi sen sisällä sekä put- 35 kiosien tai muiden komponenttien jäähdyttämiseksi suo-jarakennuksen sisällä, mutta reaktorin itsensä uiko- 2 111052 puolella. Molemmissa tapauksissa on hyvin tärkeää, että suuttimiin syötetty vesi on vapaa kaikenlaisista epäpuhtauksista, kuten kuiduista, rakeista tai hiukkasista, jotka voisivat tukkia suuttimet. Luonnollisesti 5 tämä on erityisen tärkeää hätäjäähdytysjärjestelmässä, jonka on oltava ehdottoman luotettava. Monet suojara-kennuksen sisäpuolelle asennetut komponentit, kuten putkiosat, ovat kokonaan tai osittain lämpöeristetty-jä. Useimmissa nykyaikaisissa ydinvoimaloissa tämä 10 eristys on tehty mineraalivillakuiduista, jotka muodostavat riskitekijän sprinkler-järjestelmiä ajatellen siinä, että tahattomasti vapautuneet kuidut voivat tukkia suuttimet, mikäli pääsevät sprinkler-järjestelmiin. Tämän vuoksi ydinvoimalat on varustettu joh-15 dannossa esitetyn tyyppisillä suodattimilla.

Todellisessa toiminnassa kestää n. 5-10 minuuttia vastahuuhdella tavanomainen suodatin, johon on kerääntynyt suodattimen reiät tukkimaan pyrkivä kuitu-kerros. Aiemmin ajateltiin, että suodattimien piti 20 toimia ainakin 10 tuntia tarvitsematta vastahuuhtelua. Kuitenkin todelliset tapaukset ovat osoittaneet, että tämä arvioitu minimitoiminta-aika on liian pitkä. Toimintakokeissa on tapahtunut, että poistettu höyry on vienyt mukanaan mineraalikuitueristystä, joka on pu-. 25 donnut lauhdealtaaseen ja tukkinut suodattimet jopa 30 ?· minuutin jälkeen. Vastahuuhtelu, joka kestää 5-10 mi nuuttia, ei ole kriittinen toimenpide 10 tuntia reaktorin mahdollisen laukeamisen jälkeen, koska reaktorin sydämen hajoamisvoima on silloin huomattavasti pienen-30 tynyt kuten jäähdytystarvekin. Kuitenkin jos vasta- ; - - huuhtelua tarvitaan vähemmän kuin 1 tunnin jälkeen, » ·· sydämen jäähdytys tarve on yhä huomattava, ja veden syötön keskeytys hätäjäähdytysjärjestelmään 5-10 minuutin ajaksi on siksi turvallisuussyistä mahdotonta 35 hyväksyä.

Eräs syy, miksi suodattimen vastahuuhtelu vie , näin suhteellisen pitkän ajan on se, että suodattimen 3 111052 seinän ulkopuolelle kerääntyvät kuidut muodostavat yhtäjaksoisen ympärysmaton eli kakun, jossa ne tiiviisti * kietoutuvat yhteen. Suodattimen seinän sisäpuolelta ja säteen suuntaisesti rei'itysten läpi virtaava pesuvesi . 5 ei aikaansaa koko kerroksen välitöntä irtoamista, vaan aluksi pelkästään venyttää kerrosta rikkoen kuitura-kennetta siten, että yksittäiset kuidut toinen toisensa jälkeen vapautuvat ja irtoavat kerroksesta. Vasta merkittävän hydromekaanisen toiminnan jälkeen kerrok-10 sesta tulee heikompi ja se peräjälkeen jakaantuu paloihin, jotka jättävät suodattimen seinän. Toinen syy on se, että pesuveden annetaan virrata suodattimeen pääosin akselinsuuntaista käytävää pitkin, joka saa aikaan huomattavia paikallisia virtausvoimakkuuden 15 vaihteluita suodattimen seinän eri rei'issä. Tarkemmin sanottuna virtaus keskittyy kotelon syöttöosan vastaiseen yläosaan. Tämä tarkoittaa, että kuitumatto irtoaa paloina, alkaen kotelon yläosasta ja edeten alaspäin. Tässä myöhemmässä vaiheessa virtaa huomattavia määriä 20 pesuvettä jo paljaan yläosan rei'itysten läpi vaikuttamatta yhä kuiduilla peittyneen alaosan rei'ityksiin.

Julkaisusta FI 57885 on tunnettua putki-painesuodattimen suodatuselementti, joka käsittää vuorotellen läpäiseviä ja läpäisemättömiä osia, joihin 25 läpäisemättömiin osiin ei muodostu suodatuskakkua.

Muodostuneen suodatuskakun irrottaminen suodattimen läpäisevien osien pinnalta suoritetaan takaisinpuhal-luksella. Lisäksi julkaisusta US 4565631 on tunnettua suodatin veden suodattamiseksi teollisissa voimalai-30 toksissa. Mainittuun suodattimeen kuuluu putkeen asen- -. nettu suodatusverkko, joka on jaettu useampaan loh- , ·· koon. Virtausta eri lohkojen läpi säädellään venttii- leiden avulla.

Keksinnön tarkoitus on voittaa edellä maini- f 35 tut aiemmin käytettyjen suodatinten puutteet ja tuottaa suodatin, joka koko ajan kykenee nopeaan, tehokkaaseen ja luotettavaan vastahuuhteluun. Keksinnön pe- 4 111052 rustarkoitus on siten tuottaa vastahuuhdeltava suodatin, joka ei vaadi pitkitettyä hydromekaanista työskentelyä kerääntyneiden kuitujen irrottamiseksi. Keksinnön toinen tarkoitus on parantaa suodattimen hydro-5 mekaanisia ominaisuuksia siten, että tuleva pesuvesi käytetään tehokkaasti hyväksi ja virtausvaihtelut eri rei'ityksen osissa pienenevät.

Vähintään keksinnön perustarkoitus saavutetaan suodattimena, jolla on patenttivaatimuksen 1 10 luonnehtimassa lauseessa selostetut ominaisuudet.

Keksintöä kuvataan lyhyesti mukaaniiitettyjen piirustusten avulla, joissa kuva 1 esittää kaaviokuvaa osasta suojarakennusta sekä joukon suodattimia sylinterinmuotoisen suojarakennuk-15 sen seinän vieressä; kuva 2 esittää kuvan 1 suodattimien pystykuvaa; kuva 3 esittää suurennettuna keksinnön mukaisen vasta-huuhdeltavan suodattimen pystyleikkauksen; kuva 4 esittää kuvan 3 vaakaleikkauksen pitkin linjaa 20 IV-IV; kuva 5 esittää samanlaisen kuvan 3 vaakaleikkauksen pitkin linjaa V-V; kuva 6 esittää suodattimeen liitetyn pyörimisen synnyttävän laitteen suurennettua vaakaleikkausta; ja 25 kuva 7 esittää pyörimisen synnyttävän laitteen pysty- ♦ leikkausta.

Kuvassa 1 viitenumero 1 viittaa yleisesti sylinterin muotoiseen reaktorin suojarakennuksen muodostamaan seinään, joka on osa ydinvoimalasta. Kuvassa 1 30 seinä 1 esitetään yhdellä kaarevalla viivalla. Käytän- - - . nössä kuitenkin tämä seinä koostuu hyvin paksusta te- « ·· räsbetoniseinästä ja sen sisäpuolelle asennetusta tii viistä, ruostumattomasta teräslevyvuorauksesta. Joukko pilareita 2, 2', jotka muodostavat osan suojarakennuk-35 sen kantavasta rakenteesta, asennetaan tietylle etäisyydelle sylinterin muotoisen seinän sisäpuolelle.

, Tällaiset pilarit, jotka voidaan tehdä betonista, on 5 111052 käytännössä jaettu tasaisesti pitkin sylinterin muotoisen seinän kehää, esim. 12,5°:en jaotuksella. Kunkin pilarin halkaisija voi olla 0,8-1,0 m. Sylinterinmuotoisen seinän viereen varustetaan vastahuuhdeltava , 5 suodatin 3, joka liitetään ensimmäiseen seinän 1 läpi ulottuvaan putkiosaan 4, ja imupumppuun sen ulkopuolella. Suodatinta pitävät paikallaan pidikkeet 5 (kuva 2), jotka liitetään seinälle 1 ankkuroituihin kiinnikkeisiin 6. Suodattimeen yhdistetään pesuvesiputki 7 10 sen syöttäessä joko puhdasta vettä ulkopuolelta tai suodatettua vettä suodattimen sisään suodattimen seinän huuhtelemiseksi. Pitää korostaa, että ydinvoimalan suodattimet asennetaan suojarakennuksen 1 pohjan 8 läheisyyteen huomattavasti normaali vedenpinnan 9 ala-15 puolelle lauhdealtaassa, jonka muodostaa suojarakennuksen alaosa.

Seuraavassa viitataan kuviin 3-7, jotka esittävät yksityiskohtaisesti keksinnön mukaisen suodattimen 3 rakennetta.

20 Kuten kuvista 3 ja 4 selvimmin voidaan nähdä, suodatin 3 on muodoltaan kotelo, joka pääosin koostuu sylinterin muotoisesta suodattimen seinästä eli putkesta 10, valmistettuna esim. revitetystä metallilevystä. Käytännössä suodattimen putki 10 voi olla pi-25 tuudeltaan alueella 0,7-1,5 m, edullisesti n. 1,0 m, • ♦ ja halkaisijaltaan alueella 0,4-0,6 m, edullisesti n. 0,5 m. Rei'itysten läpimitta voi olla alueella 2-4 mm, suodattimen seinän rei'itetyn alueen ollessa kokonaisuudessaan 25-40 %, edullisesti 30-35 %. Tällaiset mi-30 tat sallivat virtauksen seinän läpi alueella 100-250 . . kg/s. Kuvatussa suoritusmuodossa suodattimen putki on suunnattu pystysuoraan ja suljettu yläpäästä. Täsmällisemmin suodattimen putki 10 yhdistyy katkaistun kartio-osan 11 kautta suhteellisen kapeaan nieluun 12, 35 joka päättyy katkaistuun metallilevykartioon 13, jonka halkaisija ylittää runsaasti suodattimen putken 10 halkaisijan. Panta 14 (kuva 2) voidaan liittää nieluun 6 111052 12, pantaa vuorostaan pidettäessä paikallaan pidik-keillä 5. Suodattimen putken 10 alapää on avoin ja liitetty ensimmäiseen putkiosaan 4, joka liitetään imupumppuun. Pesuvettä suodattimen sisään syöttävän 5 putkiosan 7 halkaisija on pienempi kuin putkiosan 4, mihin se asennetaan sen kaarevassa osassa olevan reiän 15 kautta, putkiosan 4 sisällä sijaitsevan osan 7' ollessa asennettu samankeskeisesti suodatinputkeen 10 liittyvään putkiosan 4 suoraan osaan 4' nähden. Osan 10 4' halkaisija on hieman pienempi kuin suodatinputken 10 halkaisija kartiomaisen sovituskappaleen 16 ollessa varustettu niiden väliseen liitoskohtaan.

Keksinnön mukaan suodattimen putki 10 varustetaan ulkopuolelta joukolla pituussuuntaisia kehälle 15 tietyin välein ja säteen suuntaan ulottuvia sivulevyjä tai siipimäisiä osia 17. Kuvatussa suoritusmuodossa suodattimessa on neljä 90°:en välein ja akselin suunnassa suodattimen putken 10 koko pituudelle ja koko matkan katkaistun kartion metallilevyyn 13, joka toi-20 mii siipien kiinnikkeenä, asti ulottuvaa sivulevyä 17. Edullisesti siipiosien leveys on alueella 25-75 % suodatin putken 10 halkaisijasta, edullisemmin n. 50 % siitä. Tavanomaisissa suodattimissa, ilman siipiosia, kuidut saostuvat joustavan jatkuvan ja ympyränmuotoi-25 sen kerroksen muodossa, jossa kuidut kietoutuvat melko ♦ tiiviisti yhteen. Tällainen yhtäjaksoinen kerros tarjoaa huomattavan vastuksen irrotettaessa suodattimen seinästä vastahuuhtelussa. Kuitenkin keksinnön suodat-timelle varustetut siipiosat 17 jakavat kuitukerroksen 30 useisiin erillisiin lohkoihin, tässä tapauksessa neljään, jotka yksittäin irrotetaan suodattimen seinästä ·· paljon helpommin.

Kuvatussa suoritusmuodossa siivet koostuvat yhtenäisistä, suorista metallilevyistä, joiden yhte-35 nainen leveys on suunnilleen sama kuin suodattimen putken 10 säde. Tämän seurauksena voi muodostua kuitu-kerroksia, joiden paksuus kasvaa suodatinputken sätee- 7 111052 seen asti, putken ulkopuolelle ilman, että erillisten siipiosien kullakin lohkolla sijaitsevat kuidut tulevat tekemisiin toistensa kanssa.

Tietysti on ajateltavissa käyttää muita lait-5 teitä kuin kuvattuja siipiosia kuitumaton jakamiseen sopivaan määrään erillisiä ja helposti irrotettavia lohkoja. Siten voidaan käyttää muita pitkiä tai lyhyitä ulokkeita suodattimen putken ulkopinnalla saamassa aikaan, että kuitukerros jaetaan lohkoihin, kuten ha-10 lutaan. Kerroksen jakamisen ei tarvitse olla täydellistä siinä mielessä, että kuiduilla yhdessä lohkossa ei ole minkäänlaista yhteyttä viereisen lohkon kuituihin. Täten kuitulohkot voidaan erottaa heikennetyillä vyöhykkeillä, jotka muodostavat murtolinjat ja, joissa 15 pienempiä kuitumääriä pidetään väljästi yhteenkietou-tuneina ilman, että ne tarjoavat merkittävän vastuksen viereisten kuitulohkojen irrottamiselle. Siten yksi .mahdollisuus olisi keskeyttää suodattimen seinän 10 rei'itys pitkin akselinsuuntaisia, erillisiä, sopivan 20 leveitä seinäosia.

Verrattuna tavanomaisiin suodattimiin keksinnön suodatinta on parannettu huomattavasti varustamalla pyörimisen synnyttävä laite, yleisesti kuvattuna viitteellä 18, pesuvesiputken 7 aukon viereen lähelle 25 suodatinta. Kuten kuvasta 3 ilmenee, yhdessä kuvien 5- * ’·* 7 ohella, pyörimisen synnyttävä laite käsittää kar- tiomaisen rungon 19, asennettuna samankeskeisesti put-kiosan 7 kanssa, ja suuren määrän rungon 19 ulkopuolelle asennettuja kaarevia teriä 20. Putkiosa 7, tai 30 tarkemmin sen suora osa 7', päättyy kartiomaiseen su-.. pistuvaan kaulukseen eli putkimaiseen osaan 21, osana ,, ·*- putkea 4' . Terät 20 ulottuvat kappaleen 21 sisäpuolen ja samankeskisesti asennetun rungon 19 välille. Saman-4 keskeisesti asennetun rungon 19 kartiokkuus sovitetaan 35 siten kappaleen 21 kartioon, että kaikkien mahdollisten vaakasuorien poikkileikkausten läpivirtauspinta-ala pitkin pystysuoraa keskiakselia on olennaisesti 8 111052 sama. Kuten käy ilmi kuvasta 5, terien 20 yläosat ren-kaanmuotoisen aukon käytävän vieressä kallistetaan säteen suuntaan nähden, ja terien muoto on kaareva, kuten kuvasta 6 voidaan nähdä. Yhdessä nämä ominaisuudet 5 johtavat siihen, että pyörimisen synnyttävän laitteen 18 akselin suunnassa suodattimeen syöttämä vesi saadaan pyörimään tai kiertämään siten, että se keskipakoisvoiman vaikutuksesta puristetaan ulospäin vasten suodattimen seinää 10, mieluummin kuin liikkuu akselin 10 suuntaisessa pystysuorassa virtauksessa. Tällä tavalla pesuvesi puristetaan suodattimen seinän reikien läpi paljon suuremmalla voimalla kuin tavanomaisissa suo-dattimissa.

Voidaan mainita, että kappale 21 pidetään sa-15 mankeskeisessä asennossaan kaulukseen 16 nähden sopivalla määrällä säteen suuntaisia, kuvassa 5 esitettyjä, laippoja 22. Kokeet ovat osoittaneet, että kuitu-muodostumat keksinnön suodattimessa irroitetaan kokonaisuudessaan alle 20 sekunnissa.

20 On sanomattakin selvää, että keksintöä ei ra joiteta millään tavalla edellä kuvattuun ja piirustuksissa esitettyyn suoritusmuotoon. Siten poimutettu, esim. suodatinkankaasta valmistettu hienosuodatin voidaan asentaa suodattimen putken 10 sisäpuolelle. Ulko-25 puolinen rei'itetty sylinterinmuotoinen seinä 10 toi- I · ' * mii siten esisuodattimena sisäpuolisen kankaan toimi essa hienosuodattimena, jota sitten suojaa ulkoinen ja lujempi sylinterin muotoinen suodattimen seinä. Suorien akselin suuntaisten siipiosien asemesta voidaan 30 käyttää kaarevia spiraalimaisesti suodatinputken ulko-. . puolta pitkin kulkevia siipiosia. Vaikka edellä kuvat- tu ja piirroksissa esitetty suodattimen seinä 10 on sylinterimäinen tai putkimainen, se voi olla jonkin muun muotoinen ja olla esim. tasomainen, aaltomainen 35 tai monikulmainen.

» < »

Claims (2)

9 111052

1. Suodatin veden suodattamiseksi ainakin yhteen sentyyppisen ydinvoimalan hätäjäähdytysjärjestel- 5 mään, joka käsittää suojarakennukseen asennetun reaktorin, jonka alaosa muodostaa altaan suojarakennukses-sa olevan höyrylauhteen muodostaman veden keräämiseksi, suodattimen ollessa asennettu lauhdealtaaseen ja suodattaessa veden, joka otetaan altaasta ja tarvitta-10 essa syötetään hätäjäähdytysjärjestelmän suuttimiin reaktorin sydämen jäähdyttämiseksi luvattoman lämpötilan nousun sattuessa sen sisällä, suodattimen ollessa muodoltaan kotelo (3), joka sisältää yhden edullisesti sylinterin muotoisen, aukollisen suodattimen seinän 15 (10), jonka läpi vesi voi virrata ulkopuolelta sisään koteloon, ja joka on suljettu toisesta päästään sekä vastakkaisesta päästään liitetty ensimmäiseen put-kiosaan (4), joka on yhdistetty reaktorin suojaraken-nuksen ulkopuolelle sijoitettuun imupumppuun, sekä 20 toiseen putkiosaan (7) pesuveden syöttämiseksi tarvittaessa kotelon sisäpuolelle suodattimen seinän (10) huuhtelemiseksi kierrättämällä vettä vastasuuntaan, ja sen avulla irrottaen suodattimen seinän ulkopuolelle kerääntynyt suodos, tunnettu siitä, että suo- ; . 25 dattimen seinässä (10) on joukko pituussuuntaisia, ke- • « hälle tietyin välein sijoitettuja ja säteen suuntaan ojentuvia sivulevyjä tai siipimäisiä yksiköitä (17) , jotka on järjestetty jakamaan suodattimen seinän ulkopuolelle muodostunut kuitumatto tai -kerros useisiin 30 lohkoihin, jotka erikseen irrotetaan helpommin kuin yhtenäinen kuitumatto, ja jotka tähän tarkoitukseen * varustetaan vapailla suunnikkaan pitkittäissivuilla.

2. Vaatimuksen 1 mukainen suodatin, t u n - • n e t t u siitä, että toinen putkiosa (7) sijoitettu- 35 na aukon alueella samankeskeisesti suodattimen seinään (10) nähden varustetaan pyörimisen synnyttävällä lait- » · 10 111052 teella (18) kaarevien terien (20) ryhmän muodossa, jotka ulottuvat putken ja pääosin siihen sijoitetun olennaisesti kartiomaisen rungon (19) välille siten, että rengasmaisen, putken ja rungon välisen, raon läpi 5 kulkeva vesi saadaan pyörimään tai kiertämään sen puristamiseksi vasten suodattimen seinää (10). « ( * •r 1 ft « 11 111052 . 1. Sildon för filtrering av vatten till ät- minstone ett nödkylsystem i kärnkraftverk av det slag 5 5 sora innefattar en reaktor i en inneslutning vilkens underdel bildar en bassäng för ansamling av vatten som bildas genom kondensation av i inneslutningen förekom-mande änga, varvid sildonet är anordnat i kondensa-tionsbassängen och har tili uppgift att filtrera vat-10 ten som tas frän bassängen och vid behov befordras tili i sagda nödkylsystem ingäende dysor i och för kylning av reaktorhärden i händelse av otilläten tem-peraturstegring i derma, sarat har formen av ett hus (3) vilket innefattar en lämpligen cylindrisk, hälför-15 sedd silvägg (10) genom vilken vattnet kan strömma i riktning utifrän och in i husets inre och vilket är slut et vid en ände samt vid den motsatta änden anslu-tet till dels ett första ledningsrör (4) som kommuni-cerar med en utanför reaktorinneslutningen befintlig 20 sugpump, dels ett andra ledningsrör (7) för tillförsel av spolvatten tili husets inre i syfte att vid behov renspola silväggen (10) genom att spolvattnet bringas att passera densamma i riktning inifrän och ut under avlägsnande av filtrat som avsatts pä silväggens utsi-25 da, kännetecknat därav, att silväggen (10) * uppvisar ett antal längsgäende, periferiskt ätskilda och radiellt utskjutande vingar eller vingliknande element (17) , vilka har tili uppgift att dela en pä silväggens utsida uppbyggd matta eller pälagring av 30 fibrer i flera delsektioner som var för sig är lättare ,· lösgörbara än en sammanhängande fibermatta, och vilka „ 1 för detta ändamäl uppvisar fria längskanter.

2. Sildon enligt krav 1, kännetecknat e därav, att sagda andra ledningsrör (7) i omrädet av en 35 koncentriskt relativt silväggen (10) lokaliserad myn-ning uppvisar en rotationsalstrare (18) i form av en , sats krökta blad (20) som sträcker sig mellan rÖret 12 111052 och en centralt i detta lokaliserad, väsentligen ko-nisk kropp (19), varvid vatten som passerar i det ringformiga utrymmet raellan röret och denna kropp för-sätts i en rotations- eller vridrörelse i syfte att 5 pressa ut densamma mot silväggen (10).