CZ34408U1 - Koncentrátor vodíku - Google Patents

Description

Koncentrátor vodíku

Oblast techniky

Technické řešení se týká koncentrátoru vodíku a ostatních nekondenzujících plynů odváděných z několika odběrových míst na pojistných ventilech kompenzátoru objemu, na impulzních ventilech pojistných ventilů kompenzátoru objemu, na odlehčujících ventilech kompenzátoru objemu a na potrubích, která spojují tyto ventily s kompenzátorem objemu primárních okruhů v jaderných elektrárnách s lehkovodními reaktory. Vodíkje nejvýznamnějším a nejnebezpečnějším z těchto nekondenzujících plynů vyskytujících se v kompenzátoru objemu, a proto bude nadále v textu uváděn za celou skupinu nekondenzujících plynů.

Dosavadní stav techniky

Vodíkje rozpuštěný ve vodě primárního okruhu jaderných elektráren s lehkovodními reaktory. Na primární okruh je připojen kompenzátor objemu, v němž se voda ohřívá topnými tělesy na bod varu, aby se v něm vytvořil parní polštář, který slouží k regulaci a udržování konstantního tlaku v reaktoru a celém primárním okruhu. Zapnutím topných těles se tlak v primárním okruhu zvyšuje, vstřikem vody do parního polštáře se tlak snižuje. Při varu však dochází k odplynění vody v kompenzátoru objemu a vodík, před varem rozpuštěný v primární vodě, přechází do parního polštáře. Protože se voda v kompenzátoru objemu obměňuje, odplyňuje se stále další vodík a jeho množství v parním polštáři stoupá.

Na prostor parního polštáře v kompenzátoru objemu jsou několika potrubími připojeny pojistné ventily, odlehčovací ventily a impulzní ventily pojistných ventilů. Za normálního provozu, když jsou uvedené ventily uzavřeny, jsou tato potrubí slepá a vyplněná stagnující směsí vodíku a syté páry z parního polštáře kompenzátoru objemu. Vlivem tepelných ztrát pára z paroplynové směsi v těchto potrubích kondenzuje, ale vodík zde zůstává. Kondenzát odteče zpět ke kompenzátoru objemu a do slepých potrubí vstoupí další paroplynová směs, která přinese další vodík, který zde opět zůstane, takže množství vodíku zde stoupá. Tím v těchto potrubích a ventilech vzniká prostor zamořený vodíkem, v němž teplota klesá až do vychladnutí.

To má několik negativních důsledků:

1. Vychladlé ventily mohou při otevření utrpět teplotní šok a selhat. Výrobce neručí za těchto okolností za jejich funkci.

2. V případě otevření ventilů je do barbotážní nádrže vypuštěno velké množství nahromaděného vodíku, který nemůže být zachycen vodní náplní barbotážní nádrže, protrhne pojistné membrány a pronikne do kontejmentu, kde muže způsobit výbuch.

3. Prudká změna teploty při otevření ventilu způsobí dilatační namáhání potrubí.

Proto je nutné vodík ze zamořeného prostoru v těchto potrubích i ventilech odpouštět, aby se v nich nehromadil, a snižovat i jeho parciální tlak v parním polštáři kompenzátoru objemu.

Podstata technického řešení

Ve vodíkem zamořených prostorech jsou ve stěně potrubí od kompenzátoru objemu k pojistným, impulzním a odlehčovacím ventilům, případně ve stěně těchto ventilů, vytvořena vstupní odběrní místa, z nichž je odpouštěno odběrním potrubím požadované množství paroplynové směsi přes odměřovací orgán do kolektoru, v němž se slučují proudy paroplynné směsi od jednotlivých

- 1 CZ 34408 UI odběrních míst, a z kolektoru paroplynná směs odváděna dále do centrálního škrticího orgánu a z něj do barbotážního potrubí, jež je zavedeno do rozptylovače pod hladinou barbotážní nádrže.

O teplotě odpouštěné paroplynné směsi, a tím i o teplotě potrubí a ventilu, rozhoduje parciální tlak páry v odpouštěné paroplynné směsi. Aby nedošlo k poklesu teploty je proto nutno odvádět paroplynnou směs, jejíž převážnou část tvoří pára. Zbytečně odpouštěná pára potom zatěžuje systém odpouštění a způsobuj e i další problémy. Podstata tohoto technického řešení spočívá v tom, že za odběrním místem je na odběrním potrubí vytvořen chladič, ve kterém volitelná část páry ze směsi zkondenzuje a kondenzát odteče přes odběrní místo zpět do kompenzátoru objemu. Chladicí účinek chladiče je regulovatelný buďto pasivně odstraněním části odnímatelné izolace, nebo aktivně regulovaným přívodem chladicího media. Tím se sníží množství páry v paroplynné směsi vystupující z chladiče dále do systému odpouštění vodíku.

Potrubí mezi odběrním místem a chladičem musí být svislé, nebo silně spádované směrem k odběrnímu místu, a musí být bohatě dimenzované.

Snížení množství páry v paroplynné směsi má následující výhody:

1. Zvýší se životnost všech škrticích průřezů v systému odpouštění vodíku, protože pára v systému odpouštění kondenzuje a dvoufázové proudění paroplynné směsi a vody škrticími průřezy způsobuje jejich erozi. Paroplynná směs totiž dosahuje při průtoku škrticími orgány vysoké rychlosti, a na svoji rychlost urychlí i částice kondenzátu, které potom erodují kovové materiály.

2. Zabraňuje se zahlcení škrticích průřezů zkondenzovanou vodou a tím snížení výkonu odpouštění vodíku, nestabilním jevům, nebo úplnému zahlcení odpouštění.

3. Omezuje se vliv odpouštění na barbotážní nádrž, na četnost odpouštění kondenzátu z barbotážní nádrže do organizovaných úniků a na ředění H3BO3V barbotážní nádrži.

4. Dojde-li při provozu ke zvýšení množství vodíku, lze páru ze směsi odstranit úplně a vodík ochladit. Snížením teploty vodíku se zvyšuje propustnost škrticího orgánu.

5. V případě potřeby lze zvýšením chlazení snižovat i parciální tlak vodíku v parním polštáři kompenzátoru objemu, ovšem za cenu zvýšení příkonu topných těles kompenzátoru objemu.

Pokud je vstupních odběrních míst více než jedno, je za chladičem do odběrního potrubí vložen odměřovací orgán, v němž je odměřovací clonka s ochranným sítkem, které ho chrání proti ucpáním clonky nečistotami.

Odběrní orgán má následující úkoly:

1. Určuje množství paroplynové směsi, které bude z jednotlivých odběrních míst odpouštěno.

2. Protože má řádově větší odpor než jednotlivá odběrní potrubí, eliminuje vliv rozdílného hydraulického odporu těchto odběrních potrubí na odpouštěné množství.

3. Brání pulzování pojistných ventilu kompenzátoru objemu. Impulzní ventily, které řídí otevírání pojistných ventilů, jsou totiž spojeny samostatnými potrubími přímo s kompenzátorem objemu, aby nedocházelo k jejich ovlivnění otevřením pojistných ventilů. Odběrní potrubí bez odměřovacích orgánů by způsobila ovlivnění impulzních ventilů poklesem tlaku na vstupu do pojistných ventilů a tím by došlo k jejich pulzování.

Od odměřovacího orgánu pokračuje odběrné potrubí do kolektoru, kde se slučují odběrná potrubí z jednotlivých odběrných míst, kterých bývá většinou sedm.

- 2 CZ 34408 UI

Na výstupní kolektorové hrdlo kolektoru je připojen centrální škrticí orgán opatřený na obou koncích uzavíracími ventily, vstupním ventilem na straně k výstupnímu kolektorovému hrdlu kolektoru a výstupním ventilem, na který je připojeno výstupní potrubí, které je výstupním připojovacím místem zaústěno do barbotážního potrubí, které je zaústěno do rozptylovače pod hladinou vody v barbotážní nádrži.

Objasnění výkresů

Na obr. 1 je zjednodušené schéma koncentrátoru vodíku.

Na obr. 2 je zjednodušené schéma regulace chladicího výkonu aktivního chladiče.

Na obr. 3 je příklad provedení aktivního chladiče.

Na obr. 4 je příklad provedení odměřovacího orgánu.

Na obr. 5 je příklad provedení centrálního škrticího orgánu.

Příklady uskutečnění technického řešení

Ve zjednodušeném schéma na obr. 1 je z vodíkem zamořeného prostoru 101 odpouštěna paroplynná směs odběrním místem 4 do odběrního potrubí 3, na němž je vytvořen chladič 6, v němž zkondenzuje zvolený podíl páry z paroplynné směsi. Kondenzát steče zpět do vodíkem zamořeného prostoru 101 a o páru ochuzená paroplynná směs pokračuje odběrním potrubím 3 do odměřovacího orgánu 5 a z něj dále do kolektoru 1, ve kterém se slučují odpouštěná množství z jednotlivých odběrních míst 4. Z výstupního kolektorového hrdla 2 pokračuje paroplynná směs vstupním ventilem 10 do centrálního škrticího orgánu 9 a dále výstupním ventilem 11 a výstupním potrubím 13 do výstupního místa 12 vytvořeného ve stěně barbotážního potrubí 102 zaústěného pod hladinu v barbotážní nádrži.

Na obr. 2 je zjednodušené schéma regulace chladicího výkonu aktivního chladiče 6. Odběrní potrubí 3 je v chladiči 6 ochlazováno chladicím mediem přiváděným regulačním orgánem 8.

Na obr. 3 je příklad provedení aktivního chladiče 6.

Na obr. 4 je příklad provedení odměřovacího orgánu 5.

V tělese odměřovacího orgánu 5 je zabudována odměřovací clonka 51 a odměřovací sítko 52. které chrání clonku 51 před ucpáním nečistotami. Odměřovací orgán 5 je rozebíratelný, aby bylo možno bez vyříznutí z potrubí vyčistit sítko 52, nebo vyměnit clonku 51.

Na obr. 5 je příklad provedení centrálního škrticího orgánu 9.

V tělese centrálního škrticího orgánu 9 je uložena sada v sérii řazených škrticích clonek 91, které před ucpáním chrání předřazené škrtící sítko 92. Centrální škrticí orgán 9 je rozebíratelný, aby bylo možno vyměnit nebo vyčistit clonky 91 a sítko 92 bez vyřezání z potrubí.

Claims (6)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Koncentrátor vodíku, tvořený kolektorem (1) s výstupním kolektorovým hrdlem (2), a alespoň jedním odběrním potrubím (3) spojujícím kolektor (1) se vstupním odběrním místem (4), vytvořeným ve stěně vodíkem zamořeného prostoru (101), vyznačující se tím, že za odběrním místem (4) je na odběrním potrubí (3) vytvořen chladič (6).
2. 2. Koncentrátor vodíku podle nároku 1, vyznačující se tím, že mezi chladičem (6) a kolektorem (1) je do odběrního potrubí (3) vložen odměřovací orgán (5) s odměřovací clonkou(51) a ochranným sítkem (52).
3. 3. Koncentrátor vodíku podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že chladič (6) je pasivní a je vytvořen odnímatelnou izolací alespoň na části odběrního potrubí (3) mezi vstupním odběrním místem (4) aodměřovacím orgánem (5), při čemž změnu izolace je možno provádět i servomechanizmem.
4. 4. Koncentrátor vodíku podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že chladič (6) je aktivní, přičemž do chladiče (6) je přiváděno chladicí medium.
5. 5. Koncentrátor vodíku podle nároku 4, vyznačující se tím, že v přívodu chladicího media do chladiče (6) je zabudován regulační orgán (8).
6. 6. Koncentrátor vodíku podle nároku 1 až 5, vyznačující se tím, že na výstupní kolektorové hrdlo (2) kolektoru (1) je připojen centrální škrticí orgán (9) opatřený na obou koncích uzavíracími ventily, a to vstupním ventilem (10), připojeným na výstupní kolektorové hrdlo (2), a výstupním ventilem (11), na nějž je výstupním potrubím (13) připojeno výstupní připojovací místo (12) umístěné na barbotážním potrubí (102) vedoucím do barbotážní nádrže.