Способ сжигания водорода на атомной электростанции

СОЮЗ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИ СПУБЛИК 19) 1)4 021 С 90 ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕ У СВИДЕТЕЛЬСТ К АВТОРС(54) СПОСОБ АТОМНОЙ ЭЛЕ (57) Изобре энергетике, дотвращения его сжигани кого с помо СЖИГАНИЯ ВОДОРТРОСТАНЦИИ(5 Цель изобретения - снижение металл - емкости оборудования и 1 снижение взрывоопасности среды в аварийном помещении. Способ сжигания водорода на атомной электростанции включает отбор взрывоопасной среды по меньшей мере из двух расположенных в верхней части объема аварийного помещения точек и перемешивание ее с невэрывоопасной средой до получения вэрывобезопасной смеси. После этого смесь разделяется на два потока с соотношением расходов 1:5-10. Поток с меньшим расходом прокачивается через контактный аппарат, где водород сгорает, а образовавшаяся инертная среда сбрасывается в помещение. Поток с большим расходом возвращают в аварийное помещение в место, удаленное от точек2(56 ентация электроОЬ 1-й блок,ый эал. Деазраторернутая тепловаяимум). ЧертежАТЭП.спублике Куба,Часть 111, тепчертежи Арх.В АС-1000, Л.; ковая докум заказа В 12 01. Машиннление. Раз усковой ми 030353, Ло Хурагуа в Р ский проект ческая т.3, 1, чертеж станцииздание 4ное отде схема ( Арх. УАЭС Техниче лотехни У 56999 ЛоАТЭП" отбора.:Ь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ение относится к ядерно а именно к системам пре1 13Изобретение относится к ядернойэнергетике, а именно к системам предотвращения взрывов водорода путемего сжигания, например каталитического, с помощью контактного аппарата.Цель изобретения - снижение взрывоопасности и сокращение затрат насжигание водорода, выделившегося на атомной электростанции в помещениипри аварии с потерей теплоносителя.На фиг.1 приведена схема системы,реализующей предлагаемый способ;на фиг.2 показан график зависимости коэффициента неравномерности концентрации радиоактивных веществ от крат. - ности обмена среды в помещении.В помещении 1 атомной электростанции, в котором размещена реакторная установка 2 (на схеме показана только часть реактора), установлен контактный аппарат 3 для каталитического сжигания водорода с присоединенными к нему трубопроводами 4 и 5, смесителем 6 и используемым в данном примере в качестве побудителя циркуляции высоконапорным водогазовым эжектором 7, обеспечивающим прокачку отбираемой из помещения 1 среды через контактный аппарат 3, Вход в смеситель 6 и в представленном на фиг.1 воплощении выход из высоконапорного водогазового эжектора 7 открыты в помещение. Вместе с помещением 1 все перечисленные элементы образуют контур сжигания водорода. В трубопровод 4 перед контактным аппаратом включен электрокалорифер 8 для того, чтобы предотвратить попадание на контактный аппарат влаги, снижающей эффективность его работы. К входному концу смесителя присоединен трубопровод 9, с помощью которого из помещения 1 отбирается среда в местах возможного накопления водорода. Отбор среды осуществляется, например, из объема 10 под крышкой люка 11 и объема 12 шахты реактора и из помещения 13, в котором размещается требующее периодического обслуживания при работе реактора электрообрудование реакторной установки (на фиг.1 не изображено). Обычно это помещение отдЕлено от помещения 1 реакторной установки 2 стеной 14, обеспечивающей биологическую защиту для обслуживающего персонала, В ней установлена разрывная мембрана 15, которая в случае аварии разрушается, соединяя помещение 13 с помещением 1. На участке трубопровода 9, 12970 2 10 15 О 25 30 35 40 45 50 55 расположенном в помещении 13, установлен клапан 16 избыточного давления.который при нормальных условиях эксплуатации препятствует попаданию загрязненного радионуклидами воздуха иэпомещения 1 по трубопроводу 9 в помещение 13, а при аварийных условияхпозволяет осуществлять отсос средыиз помещения 13 по трубопроводу 9. К выходному концу смесителя 6,кроме трубопровода 4, присоединен низконапорный водогазовый эжектор 17 В который в приведенном примере системы также используется в качестве побуди теля циркуляции. Присоединение к выходу из смесителя 6 двух линий с побудителями циркуляции обеспечиваетразделение на два потока отобраннойиз помещения 1 взрывоопасной средыпосле перемешивания ее в смесителе,как это предусмотрено согласно предлагаемого способа. Эжектор 17 вместес помещением 1 и смесителем 6 образуют контур перемешивания. Для большей эффективности перемешивания среды вход в смеситель 6 и выход изэжектора 17 располагают в удаленныхдруг от друга концах помещения 1. К водогазовым,эжекторам 7 и 17 присоединен коллектор 18 для подвода эжектирующей воды от насосов 19 аварийной спринклерной системы 20. Для того, чтобы возможные неисправности в каком-либо из каналов спринклерной системы не могли нарушить работу водо- газовых эжекторов 7 и 17, напорные линии 21 спринклерных насосов 19 присоединены к коллектору 18 с помощью обратных клапанов 22.Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.При аварии с потерей теплоносителя по аварийному сигналу включается в работу аварийная спринклерная система 20 с насосами 19. Вода от насосов 19, одновременно с подачей ее на спринклерные устройства начинает поступать в водогазовые эжекторы 7 и 17. Эжекторы создают разрежение на входе в смеситель 6 и в трубопровод 9 и засасывают в них среду из помещений реакторной установки. В смесителе 6 отобранная из разных точек среда перемешивается и концентрация водорода в ней выравнивается, приближаясь к средней, После этого отобранная среда разделяется на два потока. Один поток с помощью эжектора 7 прокачиваются3 131297через контактный аппарат 3, где водород сгорает, а образовавшаяся инертная среда сбрасывается в помещение 1.Другой поток эжектором 17 сразу направляется в помещение 1.5Благодаря отбору взрывоопаснойсреды из разных точек аварийного помещения, перемешиванию ее в смесителеи возврату в гомещение в наиболееудаленное от точек место отбора, прорисходит приближение локальных концентраций водорода в аварийном помещении к средней, а благодаря сжиганиюводорода в контактном аппарате предотвращается накопление, а затем и снижение концентрации водорода в помещении. Тем самым обеспечивается взрывобезопасность помещений АЭС в условиях аварии с потерей теплоносителя.В способе сжигания водорода только 2 Очасть отбираемой среды после перемешивания и выравнивания концентрацийводорода направляют в контактный аппарат. Это обеспечивает снижение размеров контактного аппарата и сокращение затрат на его создание и на создание всей реализующей способ системыв целом, так как контактный аппаратявляется наиболее дорогостоящей еечастью. 30Минимальный расход среды, которыйнеобходимо направлять в контактныйаппарат для выведения всего поступающего в аварийное помещение водородаопределяется соотношением 35ФфпКдгде % - расход среды, направляемыйклв контактный аппарат, м /ч;9, - скорость поступления водоро Ода в аварийное помещение,м /ч,с - средняя концентрация водородав аварийном помещении;коэффициент, учитывающий несовершенство отбора и перемешиваниясреды, который с увеличением числаточек отбора,и общего расхода отбираемой среды приближается к единице.Неравномерность распределения во Одорода в помещении характеризуетсяотношением фп кд ф:1+кд фкд кд где Фп - расход среды, направляемый после перемешивания в помещение, минуя контактный аппарат, должне находиться в определенных предельна. Для условий атомной электростанции зти пределы соответствуют соотношению СпС%кд 55 где Г - локальная концентрация водорода в помещении.Чем выше общий расход среды, отбираемой и возвращаемой в помещение,О 4т.е. чем выше обмен среды в помещении,тем меньше локальные концентрации отличаются от средней. С увеличениемкратности обмена среды в помещении4- ,а - общий расход среды отбираемойуи возвращаемой в помещением Ч - объемпомещения, коэффициент неравномерности Е стремится к единице. Качественноэта зависимость показана на фиг.2.Она носит ассимптотический характер.Начиная с некоторого значения фсмакекоэффициент неравномерностиуже близок к единице, дальнейшее увеличениекратности обмена среды снижает егонезначительно. Снижение кратности обФмена ниже некоторого значения, Ум,приводит к резкому увеличению Г, чтов свою очередь приводит к увеличениюрасхода среды, направляемой в контактный аппарат, и, следовательно, к егоудорожанюо. Это следует иэ того, чтоепо условиям взрывобезопасности необходимо чтобы СС. Используяравенство с помощью формул (1) и (2)получают Чифкд=доп Ч,Таким образом , с ухудшением неравномерности распределения водородав помещении, т.е. с ростомвозрастает % и повышается стоимостькдконтактного аппарата, С увеличениемкратности обмена среды в помещениирасход среды, направляемый в контактный аппарат, сокращается, а его стоимость снижается. Однако увеличениеФ- выше некоторого предела при/ Чкводит к незначительному снижению Фди соответственно к незначительному снижению стоимости контактного аппарата,что не компенсирует рост затрат на увеличение общего расхода % .Озсюда вытекает, что для оптимального решенияпоставленной задачи соотношение рас- ходов5 1317.9Границы соотношения 5-10 определяют условия достпжепия наименьшей металлоемкости оборудования, требуемого для осуществления предлагаемого способа. При снижении данного соотношения менее 5 и при сохранении условий по взр.,1 вобезопасности среды перец контактным аппаратом начинает резко возрастать расход среды через аппарат и, следовательно, его габарить 1, 10 металлоемкость и соответственно экономии.скис затраты, Увеличение рассматриваемого соотношения более 10 приводит к росту металлоемкости эа счет увеличения ра."меров эжектора 15перемешивания.Предлагаемый способ сжигания водорода, выделившегося на атомной электростанции, обеспечивает снижение взрывоопасности водорода при аварии с пот: рей теплоносителя и сокращаетзатраты,70Формула изобретенияСпособ сжигания водорода на атомной эчектростанции, включающий отборвзрывоопасной среды, перемешиваниесс с нензрывоопасной средой до пол -пения взрывобезопасной смеси, котс 1 уюнаправляют для окисления водорода,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью снижения металлоемкости обсрудования для сжигания водорода иснижения взрывоопасности среды в аварийном помещении, отбор среды производят по меньшей мере из двух расположенных в верхней части объема аве -рийного помещения точек, причем взрывобезопасную смесь разделяют на двапотока с соотношением расходов 1:5-10,затем поток с брьшим расходом возвращают в аварийное помещение в место, удаленное от точек отбора а поток с меньшим расходом направляютлля окисления водорода,,0 Составитель К.Косоуров Техред Л.Олийнык К Редактор Т, Шагов ктор С Шекма 163 Тирах 395ИИПИ Государственного комитета СССо делам изобретений и открытийосква, Ж, Раушская наб., д. 4/ Заказ 5 писное 13 роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектна