CZ34408U1 - Hydrogen concentrator - Google Patents

Description

Koncentrátor vodíkuHydrogen concentrator

Oblast technikyField of technology

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.The technical solution concerns a concentrator of hydrogen and other non-condensing gases discharged from several sampling points on volume compensator safety valves, volume compensator safety impulse valves, volume compensator relief valves and on pipelines connecting these valves to the primary circuit volume compensator in nuclear power plants. with light water reactors. Hydrogen is the most important and dangerous of these non-condensing gases occurring in the volume compensator, and will therefore continue to be listed in the text for the whole group of non-condensing gases.

Dosavadní stav technikyPrior art

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.Hydrogen is dissolved in the water of the primary circuit of nuclear power plants with light water reactors. A volume compensator is connected to the primary circuit, in which the water is heated by boilers to the boiling point to form a steam cushion, which serves to regulate and maintain a constant pressure in the reactor and the entire primary circuit. By switching on the heaters, the pressure in the primary circuit increases, by injecting water into the steam cushion, the pressure decreases. However, during boiling, the water in the volume compensator is degassed and the hydrogen, dissolved in the primary water before boiling, passes into the steam cushion. As the water in the volume compensator changes, more and more hydrogen is degassed and its amount in the steam cushion increases.

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.Safety valves, relief valves and impulse valves of safety valves are connected to the space of the steam cushion in the volume compensator by several pipes. During normal operation, when said valves are closed, these pipes are blind and filled with a stagnant mixture of hydrogen and saturated steam from the steam cushion of the volume compensator. Due to heat losses, steam from the steam-gas mixture condenses in these pipes, but hydrogen remains there. The condensate drains back to the volume compensator and another steam-gas mixture enters the blind pipes, which brings in more hydrogen, which remains there again, so that the amount of hydrogen increases here. This creates a hydrogen-contaminated space in these pipes and valves, in which the temperature drops until it cools down.

To má několik negativních důsledků:This has several negative consequences:

1. Vychladlé ventily mohou při otevření utrpět teplotní šok a selhat. Výrobce neručí za těchto okolností za jejich funkci.1. Cooled valves can suffer a thermal shock and fail when opened. The manufacturer is not liable for their function in these circumstances.

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.2. When the valves are opened, a large amount of accumulated hydrogen is discharged into the bubbling tank, which cannot be trapped by the water filling of the bubbling tank, ruptures the safety membranes and penetrates into the containment, where it can cause an explosion.

3. Prudká změna teploty při otevření ventilu způsobí dilatační namáhání potrubí.3. A sharp change in temperature when the valve is opened will cause expansion stress in the piping.

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.Therefore, it is necessary to release hydrogen from the contaminated space in these pipes and valves so that it does not accumulate in them, and to reduce its partial pressure in the steam cushion of the volume compensator.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

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 jednotlivýchIn hydrogen-contaminated spaces, inlet sampling points are created in the pipe wall from the volume compensator to the safety, impulse and relief valves, or in the wall of these valves, from which the required amount of steam-gas mixture is discharged through the sampling pipe via the metering device to the collector, where steam-gas mixture streams from individual

- 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.- 1 CZ 34408 UI of sampling points, and from the collector the steam-gas mixture is discharged further into the central throttle body and from there into the bubbling pipe, which is introduced into the diffuser below the level of the bubbling tank.

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.The temperature of the discharged steam-gas mixture, and thus also the temperature of the pipe and the valve, is determined by the partial pressure of steam in the discharged steam-gas mixture. In order not to drop the temperature, it is therefore necessary to discharge the steam-gas mixture, most of which is steam. Unnecessarily released steam then burdens the release system and causes other problems. The essence of this technical solution lies in the fact that a cooler is formed on the sampling line behind the sampling point, in which an optional part of the steam condenses from the mixture and the condensate flows through the sampling point back to the volume compensator. The cooling effect of the heat sink is controllable either passively by removing part of the removable insulation, or by an actively controlled supply of coolant. This reduces the amount of steam in the steam-gas mixture leaving the condenser further into the hydrogen vent system.

Potrubí mezi odběrním místem a chladičem musí být svislé, nebo silně spádované směrem k odběrnímu místu, a musí být bohatě dimenzované.The piping between the sampling point and the cooler must be vertical or steeply sloping towards the sampling point, and must be richly dimensioned.

Snížení množství páry v paroplynné směsi má následující výhody:Reducing the amount of steam in the steam-gas mixture has the following advantages:

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.1. The service life of all throttle cross-sections in the hydrogen vent system is increased because the steam in the vent system condenses and the two-phase flow of the steam-gas mixture and water through the throttle cross-sections causes their erosion. This is because the steam-gas mixture reaches a high speed when flowing through the throttling organs, and accelerates the condensate particles to their speed, which then erodes the metallic materials.

2. Zabraňuje se zahlcení škrticích průřezů zkondenzovanou vodou a tím snížení výkonu odpouštění vodíku, nestabilním jevům, nebo úplnému zahlcení odpouštění.2. The flooding of throttle cross-sections with condensed water is prevented, thus reducing the performance of hydrogen venting, unstable phenomena, or complete flooding of venting.

3. Omezuje se vliv odpouštění na barbotážní nádrž, na četnost odpouštění kondenzátu z barbotážní nádrže do organizovaných úniků a na ředění H3BO3V barbotážní nádrži.3. The effect of discharge on the bubbling tank, on the frequency of discharge of condensate from the bubbling tank into organized leaks and on the dilution of the H3BO3V bubbling tank is limited.

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.4. If the amount of hydrogen increases during operation, the steam can be completely removed from the mixture and the hydrogen can be cooled. Lowering the hydrogen temperature increases the permeability of the throttle body.

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.5. If necessary, increasing the cooling can also reduce the partial pressure of hydrogen in the steam cushion of the volume compensator, but at the cost of increasing the power input of the radiators of the volume compensator.

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.If there are more than one inlet sampling points, a metering device is inserted behind the cooler into the sampling line, in which there is a metering orifice with a protective screen, which protects it against clogging of the orifice with dirt.

Odběrní orgán má následující úkoly:The purchasing body has the following tasks:

1. Určuje množství paroplynové směsi, které bude z jednotlivých odběrních míst odpouštěno.1. It determines the amount of steam-gas mixture that will be discharged from individual sampling points.

2. Protože má řádově větší odpor než jednotlivá odběrní potrubí, eliminuje vliv rozdílného hydraulického odporu těchto odběrních potrubí na odpouštěné množství.2. Because it has an order of magnitude greater resistance than the individual sampling lines, it eliminates the effect of the different hydraulic resistance of these sampling lines on the amount discharged.

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.3. Prevents pulsation of the volume compensator safety valves. The impulse valves which control the opening of the safety valves are connected in separate pipes directly to the volume compensator, so that they are not affected by the opening of the safety valves. The sampling line without metering devices would cause the impulse valves to be affected by a drop in the pressure at the inlet to the safety valves and thus their pulsation.

Od odměřovacího orgánu pokračuje odběrné potrubí do kolektoru, kde se slučují odběrná potrubí z jednotlivých odběrných míst, kterých bývá většinou sedm.From the metering body, the sampling pipeline continues to the collector, where the sampling pipelines from the individual sampling points, which are usually seven, are merged.

- 2 CZ 34408 UI- 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.A central throttle body provided at both ends with shut-off valves, an inlet valve on the side of the collector outlet collector neck and an outlet valve is connected to the collector outlet, which is connected to the bubbling pipe, which opens into the bubbling pipe, which opens. into the diffuser below the surface of the water in the bubbling tank.

Objasnění výkresůExplanation of drawings

Na obr. 1 je zjednodušené schéma koncentrátoru vodíku.Fig. 1 is a simplified diagram of a hydrogen concentrator.

Na obr. 2 je zjednodušené schéma regulace chladicího výkonu aktivního chladiče.Fig. 2 is a simplified diagram of the regulation of the cooling capacity of an active cooler.

Na obr. 3 je příklad provedení aktivního chladiče.Fig. 3 is an example of an embodiment of an active cooler.

Na obr. 4 je příklad provedení odměřovacího orgánu.Fig. 4 is an example of an embodiment of a metering member.

Na obr. 5 je příklad provedení centrálního škrticího orgánu.Fig. 5 is an example of an embodiment of a central throttle body.

Příklady uskutečnění technického řešeníExamples of technical solution

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.In the simplified diagram of FIG. 1, the steam-gas mixture is discharged from the hydrogen-contaminated space 101 through a sampling point 4 into a sampling line 3, on which a cooler 6 is formed, in which it condenses a selected proportion of steam from the steam-gas mixture. The condensate flows back into the hydrogen-contaminated space 101 and the steam-depleted steam-gas mixture continues through the sampling line 3 to the metering element 5 and from there further to the collector 1, where the discharged quantities from the individual sampling points 4 are combined. 10 to the central throttle body 9 and further through an outlet valve 11 and an outlet pipe 13 to an outlet point 12 formed in the wall of the bubbling pipe 102 opening below the surface in the bubbling tank.

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.Fig. 2 is a simplified diagram of the regulation of the cooling capacity of the active cooler 6. The sampling line 3 is cooled in the cooler 6 by the cooling medium supplied by the regulating member 8.

Na obr. 3 je příklad provedení aktivního chladiče 6.Fig. 3 shows an example of an embodiment of an active cooler 6.

Na obr. 4 je příklad provedení odměřovacího orgánu 5.Fig. 4 is an example of an embodiment of the metering member 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.A metering orifice 51 and a metering screen 52 are built into the body of the metering member 5, which protects the orifice 51 from being clogged with dirt. The metering member 5 can be disassembled so that the strainer 52 can be cleaned or the orifice 51 can be replaced without being cut out of the pipe.

Na obr. 5 je příklad provedení centrálního škrticího orgánu 9.Fig. 5 is an example of an embodiment of a central throttle body 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.Housed in the body of the central throttle body 9 is a set of a series of arranged throttle orifices 91 which protect the upstream throttle screen 92 from clogging. The central throttle body 9 is detachable to replace or clean the orifices 91 and screen 92 without cutting from the piping.

Claims (6)

NÁROKY NA OCHRANUCLAIMS FOR PROTECTION 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).A hydrogen concentrator comprising a collector (1) with an outlet collector neck (2) and at least one sampling line (3) connecting the collector (1) to an inlet sampling point (4) formed in the wall of the hydrogen-contaminated space (101), characterized by in that a cooler (6) is formed on the sampling line (3) behind the sampling point (4). 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).Hydrogen concentrator according to Claim 1, characterized in that a metering element (5) with a metering orifice (51) and a protective screen (52) is inserted into the sampling line (3) between the condenser (6) and the collector (1). 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.Hydrogen concentrator according to Claim 1 or 2, characterized in that the cooler (6) is passive and is formed by removable insulation on at least a part of the sampling line (3) between the inlet sampling point (4) and the metering element (5), insulation can also be performed by servomechanism. 4. Koncentrátor vodíku podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že chladič (6) je aktivní, přičemž do chladiče (6) je přiváděno chladicí medium.Hydrogen concentrator according to Claim 1 or 2, characterized in that the cooler (6) is active, wherein a cooling medium is fed to the cooler (6). 5. Koncentrátor vodíku podle nároku 4, vyznačující se tím, že v přívodu chladicího media do chladiče (6) je zabudován regulační orgán (8).Hydrogen concentrator according to Claim 4, characterized in that a control element (8) is integrated in the supply of cooling medium to the cooler (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.Hydrogen concentrator according to claims 1 to 5, characterized in that a central throttle body (9) provided at both ends with shut-off valves is connected to the outlet collector neck (2) of the collector (1) by an inlet valve (10) connected to the outlet collector neck (2), and an outlet valve (11), to which an outlet connection point (12) located on the bubbling line (102) leading to the bubbling tank is connected via an outlet pipe (13).