RU2018983C1

RU2018983C1 - Device for building up excess pressure in localization system of radioactive heat carrier

Info

Publication number: RU2018983C1
Application number: SU914949703A
Authority: RU
Inventors: А.Я. Столяревский; А.С. Доронин
Original assignee: Российский научный центр "Курчатовский институт"
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 1994-08-30

Abstract

FIELD: nuclear technology. SUBSTANCE: localization system comprises a container filled with cooling fluid, and a gas cushion located above its level. The inlet of sprayed fluid line is positioned inside said container, close to its bottom. Sorbent is contained in a separate vessel which isolates it from ambient medium. Sorbent may also be located in upper part of container filled with gas cushion. Substances used as a sorbent may have a higher absorbing capacity with respect to carbon dioxide than that of sprayed fluid. EFFECT: improved design. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано для усовершенствования аварийных систем локализации радиоактивного теплоносителя, а также для пожаротушения и снижения давления в различных помещениях АЭС. The invention relates to nuclear engineering and can be used to improve emergency systems for the localization of radioactive coolant, as well as for fire fighting and pressure reduction in various rooms of nuclear power plants.

Известно техническое решение [1], согласно которому при авариях с большими течами или разрушением активной зоны быстрый рост давления предотвращается путем разбрызгивания жидкости в помещении с аварийным ростом давления за счет передавливания жидкости из емкости давлением вытесняющего вещества. Причем вода подается в спринклерное устройство из емкости за счет давления азота и ее запаса хватает на 30 мин, а запорная арматура системы (клапаны) включается пассивным образом по превышению давления. A technical solution is known [1], according to which, in accidents with large leaks or destruction of the active zone, a rapid increase in pressure is prevented by spraying the liquid in the room with an emergency pressure increase due to the pressure of the liquid from the tank by the pressure of the displacing substance. Moreover, water is supplied to the sprinkler device from the tank due to nitrogen pressure and its supply is enough for 30 minutes, and the shutoff valves of the system (valves) are turned on in a passive manner when the pressure is exceeded.

К основным недостаткам данного технического решения следует отнести наличие запорной арматуры (клапанов), а также обязательное поддержание во время нормальной эксплуатации реактора азотной подушки (с избыточным давлением азота, обеспечивающим подачу всей охлаждающей воды из емкости к разбрызгивающему устройству) над уровнем охлаждающей жидкости. Однако существует постоянная вероятность отказа запорной арматуры и утечки азота из емкости, что может привести к отказу системы во время аварийной ситуации на АЭС, т.е. к снижению надежности и эффективности системы. The main disadvantages of this technical solution include the presence of shutoff valves (valves), as well as the mandatory maintenance of a nitrogen pad during normal operation of the reactor (with an excess nitrogen pressure that supplies all cooling water from the tank to the spray device) above the level of coolant. However, there is a constant probability of shut-off valve failure and nitrogen leakage from the tank, which can lead to system failure during an emergency at a nuclear power plant, i.e. to reduce the reliability and efficiency of the system.

Наиболее близким к изобретению является устройство для создания избыточного давления в системе локализации теплоносителя, содержащее герметичную емкость, заполненную разбрызгиваемой жидкостью с газовой подушкой, содержащей диоксид углерода, сообщающуюся с разбрызгивающим устройством магистралью подачи разбрызгиваемой жидкости, вход которой размещен ниже уровня разбрызгиваемой жидкости, и сорбент. Closest to the invention is a device for generating overpressure in a coolant localization system, comprising a sealed container filled with a spray liquid with a gas pad containing carbon dioxide in communication with a spray device with a spray liquid supply line, the inlet of which is located below the level of the spray liquid, and a sorbent.

Основным недостатком указанного технического решения является то, что жидкость разбрызгивают под действием сжатого газа (СO₂), т.е. внутри емкости до начала разбрызгивания жидкости необходимо обеспечивать постоянное избыточное давление газа, А так как в этом решении не исключена вероятность утечек газа из емкости, то при разбрызгивании жидкости некоторая ее часть останется в емкости. Однако при одинаковых количествах утечек газа данное устройство позволит разбрызгать больше жидкости за счет десорбции СО₂, растворенного в сорбенте - разбрызгиваемой жидкости.The main disadvantage of this technical solution is that the liquid is sprayed under the action of compressed gas (CO ₂ ), i.e. inside the tank before the start of liquid spraying, it is necessary to ensure a constant excess gas pressure, and since this solution does not exclude the possibility of gas leakage from the tank, when spraying the liquid some of it will remain in the tank. However, with the same amount of gas leakage, this device will allow more liquid to be sprayed due to desorption of CO ₂ dissolved in the sorbent — the sprayed liquid.

Целью изобретения - является повышение надежности и эффективности системы, а также снижение вредных воздействий на окружающую среду радиоактивных веществ и материалоемкости системы. The aim of the invention is to increase the reliability and efficiency of the system, as well as reducing the harmful effects on the environment of radioactive substances and material consumption of the system.

Это обеспечивается тем, что сорбент размещен в полости, изолированной от окружающей среды и разбрызгиваемой жидкости, а полость гидравлически соединена с газовой подушкой, причем в качестве сорбента используют вещество с поглощающей способностью по отношению к диоксиду углерода больше, чем у разбрызгиваемой жидкости. This is ensured by the fact that the sorbent is placed in a cavity isolated from the environment and the spray liquid, and the cavity is hydraulically connected to the gas cushion, moreover, a substance with an absorbing capacity with respect to carbon dioxide is used more than the spray liquid.

Кроме того сорбент размещен в отдельной емкости, расположенной снаружи и/или на периферии емкости с разбрызгиваемой жидкостью. In addition, the sorbent is placed in a separate container located outside and / or on the periphery of the tank with the sprayed liquid.

В качестве сорбента может быть использован активированный уголь или цеолит. Activated carbon or zeolite can be used as a sorbent.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема пассивной системы локализации радиоактивного теплоносителя; на фиг.2 - конструктивная схема устройства создания избыточного давления в системе локализации. In FIG. 1 is a schematic diagram of a passive system for localizing a radioactive coolant; figure 2 is a structural diagram of a device for creating excess pressure in the localization system.

Предлагаемая система локализации радиоактивного теплоносителя содержит герметичная емкость 1, заполненную охлаждающей жидкостью 2, разбрызгивание которой осуществляют через спринклерные устройства 3, 4 и 5, сообщающиеся с внутренним объемом емкости магистралями 6 - 8 соответственно, а также запорную арматуру 9 - 11, установленную на магистралях 6 и 8 соответственно (см. фиг.1). The proposed system for the localization of radioactive coolant contains a sealed container 1 filled with coolant 2, the spraying of which is carried out through sprinkler devices 3, 4 and 5, communicating with the internal volume of the tank by lines 6 - 8, respectively, as well as shutoff valves 9 - 11 installed on the lines 6 and 8, respectively (see figure 1).

Над уровнем жидкости 2 в емкости имеется газовая подушка 12 (газовая полость, содержащая диоксид углерода). Вход магистрали 6 расположен внутри емкости 1 в непосредственной близости от ее днища 13, сорбент 14 - в отдельной емкости 15, изолирующей его от окружающей среды. Above the liquid level 2 in the tank there is a gas cushion 12 (gas cavity containing carbon dioxide). The entrance of the highway 6 is located inside the tank 1 in the immediate vicinity of its bottom 13, the sorbent 14 is in a separate tank 15, isolating it from the environment.

Сорбент 16, 17 также может быть размещен на периферии емкости, но изолирован от разбрызгиваемой жидкости перегородкой (например, днищем 13) или оболочкой 18 соответственно (см. фиг.2) или адсорбент 19 (фиг.1) размещен внутри верхней части емкости заполненной газовой подушкой 12. Причем возможны различные сочетания приемов размещения сорбента (например, фиг.2). The sorbent 16, 17 can also be placed on the periphery of the tank, but is isolated from the sprayed liquid by a partition (for example, the bottom 13) or the shell 18, respectively (see Fig. 2) or the adsorbent 19 (Fig. 1) is placed inside the upper part of the tank filled with gas a pillow 12. Moreover, various combinations of methods for placing the sorbent are possible (for example, figure 2).

Кроме того, в качестве сорбента могут быть использованы активированный уголь, цеолиты или другие высокоактивные адсорбенты, в том числе жидкие (бензин и др. ), которые обладают поглощающей способностью по отношению к СО₂ больше, чем разбрызгиваемой жидкости (вода). Причем в случае размещения сорбента 14 в емкости 15 газовая полость 20 сообщена магистралью 21 с верхней частью емкости 1, заполненной газом, а в случае размещения сорбента 16 подачу десорбируемого СО₂ в газовую подушку 12 осуществляют из полости 22 через магистраль 23.In addition, activated carbon, zeolites or other highly active adsorbents, including liquid (gasoline, etc.), which have an absorption capacity with respect to CO ₂ more than a spray liquid (water), can be used as a sorbent. Moreover, in the case of placing the sorbent 14 in the tank 15, the gas cavity 20 is communicated by the line 21 with the upper part of the tank 1 filled with gas, and in the case of placing the sorbent 16, the desorbed CO _{2 is} supplied to the gas cushion 12 from the cavity 22 through the line 23.

На фиг. 2 показана возможность подачи десорбированного СО₂ в газовую подушку 12 через отверстия 24, выполненные в верхней части оболочки 18 над уровнем распыляемой жидкости 2, залитой во внутрь оболочки.In FIG. 2 shows the possibility of supplying desorbed CO ₂ to the gas cushion 12 through openings 24 made in the upper part of the shell 18 above the level of the sprayed liquid 2 poured into the shell.

Описанная система размещена (фиг. 1) внутри контайнмента 25 во внутреннем объеме реакторного помещения 26, отделенном от верхней части контайнмента герметичным железобетонным перекрытием 27, включающим металлический колпак 28 над реактором 29. Каждая часть контайнмента имеет свои независимые вентиляционные системы (на чертеже не показаны). The described system is placed (Fig. 1) inside the containment 25 in the internal volume of the reactor room 26, separated from the upper part of the containment by a sealed reinforced concrete floor 27, including a metal cap 28 above the reactor 29. Each part of the containment has its own independent ventilation systems (not shown in the drawing) .

Спринклерное устройство 3 установлено с возможностью разбрызгивания воды над реактором 29, трубопроводами (паропроводами) 30 и насосами 31, а спринклеры 4 и 5 - над парогенераторами 32. A sprinkler device 3 is installed with the possibility of spraying water over the reactor 29, pipelines (steam lines) 30 and pumps 31, and sprinklers 4 and 5 above steam generators 32.

На фиг.2 показано, что корпус емкости 1 снабжен оребрением, например, в виде прямых тонкостенных ребер 33, размещенных вдоль корпуса, а под корпусом размещена емкость 34 для сбора радиоактивного конденсата, закрепленная на ребрах 33. Корпус емкости снабжен также заправочными клапанными устройствами 35 и 36 соответственно для сорбента и СО₂, а также для воды. На магистрали 37 подачи распыляемой воды может быть установлен технологический клапан 38.Figure 2 shows that the body of the tank 1 is equipped with a fin, for example, in the form of straight thin-walled ribs 33 located along the body, and under the body there is a tank 34 for collecting radioactive condensate, mounted on the ribs 33. The body of the tank is also equipped with filling valve devices 35 and 36, respectively, for the sorbent and CO ₂ , as well as for water. On the line 37 of the spray water can be installed process valve 38.

Описываемое устройство работает следующим образом. The described device operates as follows.

В период проведения пусконаладочных работ на АЭС располагаемые в контайнменте рядом с емкостями охлаждающей воды пассивной системы емкости 15, предназначенные для подачи в емкости 1 с водой газообразного СО₂ под давлением, заполняют поочередно сначала необходимым количеством сорбента 14, например активированным углем типа АГ-2 или АР-В, а затем - дозированной порцией жидкой или твердой углекислоты, которая сорбируется при этом в сорбенте. Заполнение ведут таким образом, чтобы равновесное давление свободного СО₂(Р) соответствовало, с одной стороны, требуемой степени (а) заполнения сорбента (например, 35 кг СО₂/кг сорбента), а с другой стороны, заданному избыточному давлению (например, 0,05 МПа) в емкостях разбрызгиваемой воды при нормальной эксплуатации.During commissioning work at nuclear power plants, tanks 15, located in the containment next to the cooling water tanks of the passive system, designed to supply gaseous CO ₂ under pressure in the tank 1 with water, are first filled with the necessary amount of sorbent 14, for example, activated charcoal of the AG-2 type or AR-B, and then a dosed portion of liquid or solid carbon dioxide, which is sorbed in this case in the sorbent. The filling is carried out in such a way that the equilibrium pressure of free CO ₂ (P) corresponds, on the one hand, to the required degree (a) of filling of the sorbent (for example, 35 kg of CO ₂ / kg of sorbent), and on the other hand, to a predetermined overpressure (for example, 0.05 MPa) in containers of sprayed water during normal operation.

Это условие обеспечивают подбором сорбента и степени а исходя из характеристик сорбента по уравнению Фрейндлиха (изотерма при температуре нормальной эксплуатации t_o, например -20^оС):
ln a = lnK + n^-1 lnP, где R и n - константы Фрейндлиха, определяемые типом сорбента.This condition provides the selection of the sorbent and the extent and characteristics of the sorbent based on Freundlich equation (isotherm at the temperature of normal operation t _o, for example ^-20 ° C):
ln a = lnK + n ^-1 lnP, where R and n are the Freundlich constants determined by the type of sorbent.

В процессе нормальной эксплуатации и в другие периоды работы АЭС емкости с сорбентом и емкости 1 разбрызгиваемой воды сообщаются по газовым магистралям 21. Во время аварии, например, с разрывом трубопровода 30 или паропровода реактора 29 в реакторном помещении 26 начинается одновременный рост давления и температуры, определяемый истечением пара (с температурой для ВВЭР около 300^оС). В этот период происходящий нагрев атмосферы реакторного помещения передается через нагрев стенки емкости 15 с сорбентом к содержащему СО₂ сорбенту 14. Изменение температуры сорбента 14 находят по зависимости:
Р =- АТ^-1 + В, где А и В - параметры данного сорбента;
Т - абсолютная температура сорбента, к десорбции СО₂ из сорбента до создания в сообщающихся полостях равновесного давления Р, соответствующего данной температуре Т.During normal operation and during other periods of operation of a nuclear power plant, tanks with a sorbent and a tank 1 of sprayed water are communicated through the gas lines 21. During an accident, for example, with a rupture of the pipe 30 or the steam pipe of the reactor 29 in the reactor room 26, a simultaneous increase in pressure and temperature, determined by steam outflow (with a temperature for VVER about 300 ^about C). During this period, the ongoing heating of the atmosphere of the reactor room is transmitted through the heating of the wall of the vessel 15 with the sorbent to the CO ₂ -containing sorbent 14. The change in temperature of the sorbent 14 is found according to:
P = - AT ^-1 + B, where A and B are the parameters of this sorbent;
T is the absolute temperature of the sorbent, to the desorption of CO ₂ from the sorbent to create an equilibrium pressure P in the communicating cavities corresponding to a given temperature T.

Для приводимых выше параметров это означает, что при прогреве сорбента 14 до температуры, например, 70^оС давление в газовых полостях 12 и 20 и магистрали 21, а следовательно, и над поверхностью помещения (после выхода разбрызгиваемой жидкости и снижения ее уровня) ниже входа магистрали 8) радионуклидов в сорбенте.For cited above parameters, this means that during heating the sorbent 14 to a temperature, e.g., 70 ° ^C the pressure in the gas cavities 12 and 20 and the duct 21, and hence above the surface of the room (after the sprayed liquid and reduce its level) input enlarge Highways 8) of radionuclides in the sorbent.

Предлагаемое устройство позволяет повысить надежность системы локализации радиоактивного теплоносителя за счет пассивности включения системы при тяжелых авариях на АЭС и саморегулирования расхода разбрызгиваемой жидкости в зависимости от протекания аварии, а также за счет снижения начального рабочего давления;
повысить эффективность системы за счет саморегулирования расхода охлаждающей жидкости, инертизации среды в реакторном помещении во время протекания аварии вытесняющим веществом тем больше, чем тяжелее условия аварии, подачи разбрызгиваемой жидкости с температурой, величина которой снижается, в то время как величина температуры в реакторном помещении растет вследствие охлаждения разбрызгиваемой жидкости при фазовом переходе вытесняющего вещества, а также повышения степени заполнения емкости охлаждающей жидкостью;
снижение вредных воздействий на окружающую среду радиоактивных веществ за счет использования в качестве холодной ловушки поверхности емкости, содержащей вытесняющее вещество с фазовым переходом во время аварии на АЭС, адсорбции неконденсирующихся радиоактивных веществ неизменяющимся количеством сорбента внутри герметичной емкости после выполнения системой своих основных функций, связывание радионуклидов как внутри емкости, так и в реакторном помещении за счет наличия в газовой среде СО₂;
снижение материалоемкости системы за счет восстановления избыточного давления СО₂ в газовой подушке вследствие подачи требуемых количеств СО₂ из изолированного от окружающей среды и охлаждающей жидкости соpбента;
обеспечить возможность распыления мелкодисперсионных порошкообразных веществ, обладающих большой теплоемкостью и/или сорбирующими свойствами;
упростить операцию заправки системы, например, за счет заправки СО₂ в твердой фазе.The proposed device allows to increase the reliability of the localization of the radioactive coolant due to the passivity of the system during severe accidents at nuclear power plants and self-regulation of the flow rate of the sprayed liquid depending on the course of the accident, as well as by reducing the initial working pressure;
to increase the efficiency of the system due to self-regulation of the coolant flow rate, inertization of the medium in the reactor room during the course of the accident by the displacing substance, the more severe the accident conditions, the supply of spray liquid with a temperature that decreases, while the temperature in the reactor room increases due to cooling the spray liquid during the phase transition of the displacing substance, as well as increasing the degree of filling the tank with coolant;
reduction of harmful environmental impacts of radioactive substances due to the use of a container containing a displacing substance with a phase transition during an accident at a nuclear power plant as a cold trap, adsorption of non-condensable radioactive substances by an unchanging amount of sorbent inside an airtight container after the system performs its main functions, binding of radionuclides as inside the tank and in the reactor room due to the presence of CO ₂ in the gas medium;
reducing the material consumption of the system by restoring the excess pressure of CO ₂ in the gas cushion due to the supply of the required amounts of CO ₂ from the sorbent isolated from the environment and coolant;
to provide the possibility of spraying finely dispersed powdery substances with high heat capacity and / or sorbing properties;
to simplify the operation of refueling the system, for example, by refueling CO ₂ in the solid phase.

Claims

1. DEVICE FOR CREATING AN EXCESSIVE PRESSURE IN THE RADIOACTIVE HEAT CARRIER LOCALIZATION SYSTEM, containing a sealed container filled with spray liquid, with a gas pad including carbon dioxide and communicating with the spray device, the spray line of the spray liquid level, and the spray fluid supply line below the inlet level the fact that, in order to increase the reliability and efficiency of the system, as well as reduce the harmful effects on the environment of radioactive substances and material consumption of the system, the sorbent is placed in a cavity isolated from the surrounding medium and the spray liquid, the cavity is hydraulically connected to the gas cushion, and a substance with an absorbing capacity with respect to carbon dioxide greater than that of the spray liquid is used as a sorbent.

2. The device according to claim 1, characterized in that the sorbent is located in a separate container located outside and / or on the periphery of the tank with the sprayed liquid.

3. The device according to claims 1 and 2, characterized in that activated carbon or zeolite is used as the sorbent.