Барботажное устройство для конденсации пара из паровоздушной смеси при аварии на атомной электростанции

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 21 С 9/ Рф 1Яц ТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКР ОПИСАНИЕ И(56) Авторское свидетельство СССРк 919519, кл. С 21 С 9/00, 1980.Патент Франции У 2254972,кл. С 21 С 9/00, опублик. 1973,(54)(57) 1. БАРБОТАЖНОЕ УСТРОЙСТВОДЛЯ КОНДЕНСАЦИИ ПАРА ИЗ ПАРОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ ПРИ АВАРИИ НА АТОМНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ, содержащее заполненныйводой бассейн, пароподводящий канали окружающую его под водой перегородку, нижний конец которой образует зазор с дном бассейна, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности и надежности работы барботажного устройства и снижения капитальных затрат на его соору:кение, на выходе из пароподводящего канала установлена пластина, образующая с кромкой канала щель так, что нижний конец перегородки расположен ниже этой щели.2. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью исключения возможности гидроудара в пароподводящем канале, пластина установлена с возможностью перемещениявдоль вертикальной оси, Изобретение относится к ядернойэнергетике, в частности к защитнымоболочкам АЭС, и может быть использовано в качестве устройства для кон 5денсации пара при аварии с потерейтеплоносителя главного циркуляционного контура реактора АЭС.Известно барботажное устройстводля конденсации пара из паровоздушной смеси при аварии на АЭС, включающее заполненный водой бассейн, выполненный в виде системы лотков, ипароподводящие каналы щелевой формы,соединяющие бассейн с помещением, 15в котором возможна разгерметизацияреакторного контура, Образующийсяв аварийном помещении пар перемешивается с находящимся там воздухом,и образовавшаяся паровоздушная смесь 20по пароподводящим каналам поступаетпод уровень воды бассейна и барботирует через слой воды. Пар при этомконденсируется, нагревая воду, а воздух поступает в пространство над 25уровнем воды бассейна.Гидравлическое сопротивление такого устройства должно быть небольшим, так как его увеличение приводитк возрастанию давления в аварийномпомещении и повышению затрат на обес-.печение необходимой прочности последнего. Для обеспечения невысокого гидравлического сопротивления устройствавеличина заглубления пароподводящих 35каналов небольшая.В то же время, глубина бассейнане может существенно превышать величину заглубления каналов, так какпри увеличении расстояния между нижней кромкой канала и дном бассейна,во-первых, у дна бассейна образуетсязастойная зона, вода в которой принимает слабое участие в процессе барботажной конденсации и используется 45неэффективно, а во-вторых, в концеаварийного истечения теплоносителя,когда в пароподводящие каналы поступает практически чистый пар с малымрасходом, работа устройства становит ся неустойчивой и сопровождается периодическим проникновением воды. бассейна в пароподводящие каналы и возникновением в пароподводящих каналахгидравлических ударов, создающих значительные динамические нагрузки наканалы и стены бассейна и опасныес точки зрения их прочности и плотности,Наиболее близким по технической сущности к изобретению является барботажное устройство для конденсации пара из паровоздушной смеси при аварии на атомной электростанции, содержащее заполненный водой бассейн, пароподводящий канал и окружающую его под водой перегородку, нижний конецкоторой образует зазор с дном бассейна, Каналы под уровнем воды окруженыперегородками, выполненными в виде эжекторов, обеспечивающих принудительную циркуляцию воды в бассейне с целью ликвидации застойных эон и повышения, тем самым, эффективности иепользования воды.Устройство работает аналогичноописанному выше и обладает теми женедостатками за исключением образования застойных зон у дна бассейна, ограничивающими сокращение площади бассейна за счет увеличения его глубины,а следовательно, не позволяющими сни-. зить металлоемкость устройства и капитальные затраты на его сооружение,Кроме того, при работе эжекторов предложенной конструкции нагревшаясяпосле конденсации пара вода выходит через зазор .между нижним краем зжектора и дном бассейна, а затем в результате естественной конвекции поднимается вверх и может снова поступать в эжектор. С другой стороны, движущая сила принудительной циркуляции, создаваемая эжектором, направл 6 на против усилия, возникающего за счет разности плотностей горячей воды с пузырями пара и воздуха внутри перегородки и сравнительно холодной воды вне ее. Поэтому при сниженииэжекционного эффекта из-за уменьшениярасхода подводимой к каналам паровоз- душной смеси в конце аварийного истечения должен возникнуть застой циркуляции. Оба эти обстоятельства вызывают резкое снижение эффективности конденсации и проскок несконденсировавшегося пара и тем самым приводят к снижению надежности и эффективности работы всего устройства в целом.Целью изобретения является повышение эффективности и надежности работы барботажного устройства и снижение капитальных затрат на его сооружение,Поставленная цель достигается тем, что в известном барботажном устройстве для конденсации пара из паровоз.1060053. 45 душной смеси при аварии на атомнойэлектростанции, содержащем заполненный водой бассейн, пароподводящийканал и окружающую его под водой пе 5регородку, нижний конец которой образует зазор с дном бассейна, на выходе из пароподводящего канала установлена пластина, образующая с кромкой канала щель так, что нижний конец 10перегородки расположен ниже этойщели,Кроме того, с целью исключения воз-.можности гидроудара в пароподводящемканале, пластина установлена с возможностью перемещения вдоль вертикальной оси,Установка пластины обеспечиваетповорот потЬка паровоздушной смесии его поджатие перед входом в воду, В ре зультате неустойчивая работа устройства начинается при значительно меньших расходах паровоздушной смеси,чем в случае полностью открытого выхода из пароподводящего канала. Вода 25бассейна в это время уже достаточнопрогрета и вероятность возникновениягидравлических ударов в пароподводящем канале, их амплитуда и время воздействия на конструкцию существенноснижаются,На.чертеже схематически изображено предлагаемое устройство, продольный разрез.Устройство включает в себя заполненный водой бассейн 1, пароподводя 35щий канал 2 и окружающую.его под водой перегородку 3, нижний край которой образует с дном бассейна 1 кольцевой зазор 4. Верхний конец паропод-водящего канала 2 соединен с аварийным помещением (на чертеже не изображено), а напротив нижнего перпендикулярно оси канала 2 расположенапластина 5, для обеспечений возможности перемещения пластины 5 вдольвертикальной оси крепление пластины5 может осуществляться, например, спомощью свободно скользящей вдольканала 2 насадки 6 с прорезями 7 длявыхода паровоздушной смеси, К нижнему торцу насадки 6 крепится пластина5, а на ее боковой поверхности расположены вертикальные прорези 8, через которые проходят прикрепленныек каналу 2 пальцы 9, выполняющие55. роль фиксаторов нижнего положенияпластины 5. Длина прорезей 8 такова,что в своем верхнем положении пластина 5 упирается в нижнюю кромку канала 2.Предлагаемое устройство рассчитано на все аварии с истечением теплоносителя главного циркуляционного контура реактора АЭС и работает следующим образом. Во время аварии образовавшаяся в аварийном помещении паровоздушная смесь поступает в пароподводящий канал 2 и, поворачивая на угол, близкий к 90 , выходит в щель между нижним краем канала 2 и пластиной 5. Здесь происходит контакт паровоздушной смеси с водой, при котором пар конденсируется, нагревая воду, оставшиеся воздушные пузыри поднимаются по зазору 10 между каналом 2 и перегородкой 3, образуя динамический двухфазный слой,и покидают водяной объем, скапливаясь под потолком бассейна 1. В результате этого возникает разность гидростатических напоров столба сравнительно холодной воды с внешней стороны перегородки 3 и столба горячей воды с пузырями пара и воздуха в зазоре 10Возникшая. разность гидростатических .напоров вызывает естественную циркуляцию воды в бассейне 1 с подъемным движением внутри перегородки 3 и опускным вне ее, В результате к месту конденсации пара начинает непрерывно поступать холодная вода из нижней части бассейна 1, а вода, нагретая после конденсации, поднимается по кольцевому за-. зору 10 и, переливаясь через верхний край перегородки 3, поступает в верхнюю часть бассейна 1, где и остается как более горячая Таким образом, при любом расходе паровоздушной сме- си исключается подвод уже нагретой воды к месту конденсации пара, и снижения эффективности конденсации не может произойти, пока не будет пол- ностью израсходована тепловая емкость воды.Расход естественной циркуляции, возникающей в бассейне 1 при работе устройства, определяется расходом подводимой паровоздушной смеси, При1увеличении расхода смеси, во-первых, увеличивается разность между температурой воды в зазоре 10 и вне перегородки 3, а во-вторых, увеличивается объемное паро- и воздухосодержание динамического двухфазного слоя в зазоре 10. Все это,приводит к возрастанию разности плотностей среды вне. напора и расхода естественной цирку- .ляции. Таким образом, предлагаемоеустройство обладает саморегулированием естественной циркуляции в бассейне 1, обеспечивающим соответствиетемпа подвода холодной воды к местуконденсации.,пара имеющемуся расходупаровоздушной смеси,В конце аварийного истечения, когда концентрация воздуха в паровоздуш-.ной смеси и ее расход снижаются дограницы устойчивой работы устройства, вода иэ бассейна 1 начинает периодически проникать в пароподводящий канал 2. Однако поскольку засчет.установки пластины 5 граница устойчивой работы устройства смещена в 20сторону значительно меньших расходов,вода в бассейне 1 в это время ужедостаточно прогрета, следовательно,амплитуда гидравлических ударов, атакже время их воздействия на конструкцию значительно снижены по сравнению с теми конструкциями, у которых выход из пароподводящего каналаполностью открыт в бассейн,.В случае установки пластины 5 с .возможностью свободного перемещенияее вдоль вертикальной оси работа устройства до наступления неустойчивогорежима ничем не отличается от.описанной выие, При доявлении неустойчивости, когда вода иэ бассейна 1 начинает .перемещаться внутрь пароподводящего канала 2, пластина 5 увлека- .ется втекакарюм в канал 2 потоком и,перемещаясь в верхнее положение, ло Ожктся на кромку канала 2, препятствуя тем самым проникновению большого количества воды в канал 2 и возникновению в нем гидравлического удара. После перекрытия пластиной 5 выходного среза канала 2 попавшее в нее небольшое количество воды быстро прогревается за счет конденсации, вновь поступающая в канал 2 паровоз- душная смесь отжимает пластину 5 в нижнее положение и выбрасывает эту воду обратно в бассейн 1, после чего процесс повторяется вновь с некоторой периодичностью.Гидравлическое сопротивление устройства зависит от величины заглубления пароподводящего канала 2 и при величине заглубления в пределах 1 м не превышает. гидравлического сопротивления известных устройств. В то же время, площадь бассейна 1 может быть значительно сокращена за счет увеличения его глубины (до 10 м и более в зависимости от мощности реактора), и металлоемкость устройства, а также капитальные затраты на его сооружение значительно сокращены.Кроме того, в конструкции устройства надежно цредотвращается возникновение гидравлических ударов и связанных с ними динамических нагрузок во всех возможных режимах работы устройства.Дополнительный положительный эффект от применения изобретения заключается в том, что перегородка 3 не несет практически никаких нагрузок, а служит лишь для организации естественной циркуляции в бассейне 1. Поэтому она может быть изготовлена из неметаллического материала, например пластмассы.3060053 Корректор хред И.Дид симиши Редактор Н.Сильнягин Тираж 395 КИПИ Государственного комитета СС делам изобретений и открытий 35, Москва, Ж, Раушская наб.