RU2808006C1 - Pipe protection device - Google Patents

Abstract

FIELD: nuclear power plants.

SUBSTANCE: pipe protection device belongs to the emergency protection systems of nuclear power plants, in particular to the pipe protection devices for the passive filling of the melt trap shaft and can be used in severe accidents leading to the destruction of the reactor vessel. The pipe protection device contains a housing with a drain hole and vertical tubular filter elements mounted on its lower support panel in several rows, secured with their upper ends in the upper support panel. Above the filter elements there is an overflow chamber connected to them, below the filter elements there is a collection chamber, also connected to the filter elements and the outlet pipeline located below it. The cross-section of the hole in the top panel is made smaller than the total cross-section of the internal holes of the filter elements.

EFFECT: increasing the safety of using a pipe protection device by ensuring filtration of the coolant when a solution with a large amount of foreign impurities flows.

4 cl, 3 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Техническое решение относится к системам аварийной защиты атомных электростанций, в частности, к устройствам защиты труб пассивного заполнения шахты ловушки расплава и может быть использовано при тяжелых авариях, приводящих к разрушению корпуса реакторной установки.The technical solution relates to emergency protection systems for nuclear power plants, in particular, to devices for protecting pipes for passive filling of the melt trap shaft and can be used in severe accidents leading to the destruction of the reactor vessel.

Предшествующий уровень техникиPrior Art

Одним из технических средств управления тяжелой аварией является устройство локализации расплава (УЛР), которое обеспечивает прием, размещение и охлаждение расплава активной зоны. При этом охлаждение УЛР обеспечивается теплоносителем, пассивно поступающим в шахту ловушки в процессе утечки теплоносителя из первого контура. Этот теплоноситель (вода) может нести твердые инородные частицы от разрушения тепловой и других структур реактора. Присутствие таких частиц в шахте ловушки и их осаждение на корпусе ловушки расплава снижает эффективность его охлаждения.One of the technical means of controlling a severe accident is a melt localization device (MLD), which provides reception, placement and cooling of the core melt. In this case, the cooling of the ULR is provided by the coolant passively entering the trap shaft during the process of coolant leakage from the primary circuit. This coolant (water) can carry solid foreign particles from the destruction of thermal and other reactor structures. The presence of such particles in the trap shaft and their deposition on the body of the melt trap reduces the efficiency of its cooling.

Устройства защиты труб (УЗТ) пассивного заполнения шахты УЛР должны обеспечить снижение концентрации инородных частиц в поступающем на охлаждение УЛР теплоносителе до допустимых значений. УЗТ должны обладать высокой конструкционной прочностью, так как находятся в зоне возможного прямого воздействия крупногабаритных летящих предметов, образующих в процессе аварийной ситуации. Для защиты УЗТ их размещают внутри бетонных конструкций, при этом оставляя наверху минимальное отверстие для поступления теплоносителя.Pipe protection devices (PDDs) for passive filling of the ULR shaft must ensure a reduction in the concentration of foreign particles in the coolant supplied for cooling the ULR to acceptable values. UZTs must have high structural strength, since they are located in the zone of possible direct impact of large flying objects that form during an emergency. To protect the UZT, they are placed inside concrete structures, while leaving a minimal opening at the top for the coolant to enter.

Сами фильтрующие элементы расположены вертикально в корпусе УЗТ и представляют собой фильтрующие трубы, боковая поверхность которых имеет щели. Проблемой использования УЗТ является опасность поступления большого количества посторонних частиц, что может привести к засорению фильтрующих элементов и резкому падению эффективности работы фильтрующих элементов, что снижает эффективность охлаждения корпуса ловушки расплава.The filter elements themselves are located vertically in the UZT housing and are filter pipes, the side surface of which has slots. The problem with using UT is the danger of a large number of foreign particles entering, which can lead to clogging of the filter elements and a sharp drop in the efficiency of the filter elements, which reduces the cooling efficiency of the melt trap body.

Известны различные решения, которые могут быть применены в качестве устройства защиты труб пассивного заполнения шахты ловушки.Various solutions are known that can be used as a device for protecting pipes for the passive filling of a trap shaft.

Известен фильтрующий модуль устройства защиты приямков в аварийной системе охлаждения водо-водяного ядерного реактора (патент РФ на изобретение №2686684, опубл. 30.04.2019), характеризующийся тем, что имеет расположенные внутри фильтрующие элементы, представляющие собой набор фильтрующих труб.There is a known filter module for the pit protection device in the emergency cooling system of a water-cooled nuclear reactor (RF patent for invention No. 2686684, published on April 30, 2019), characterized by the fact that it has filter elements located inside, which are a set of filter pipes.

Наиболее близким к заявленному изобретению является устройство защиты труб (патент РФ на полезную модель №211181, опубл. 24.05.2022), содержащее корпус и установленные на его опорной панели вертикально-трубчатые фильтрующие элементы, снабженное промежуточными сплошными опорными элементами, скрепляющими группы фильтрующих элементов и расположенными в шахматном порядке.The closest to the claimed invention is a pipe protection device (RF patent for utility model No. 211181, published on May 24, 2022), containing a housing and vertical tubular filter elements installed on its support panel, equipped with intermediate solid support elements that fasten groups of filter elements and arranged in a checkerboard pattern.

Такие устройства защиты труб обладают повышенной эффективностью, однако подвержены засорению при протекании больших объемов теплоносителя с дебрисом.Such pipe protection devices have increased efficiency, but are susceptible to clogging when large volumes of coolant with debris flow.

Задачей настоящего изобретения является разработка устройства защиты труб, обеспечивающего фильтрацию теплоносителя при протекании раствора с большим количеством посторонних примесей.The objective of the present invention is to develop a pipe protection device that provides filtration of the coolant when a solution with a large amount of foreign impurities flows.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении безопасности использования устройства защиты труб за счет обеспечения фильтрации теплоносителя при протекании раствора с большим количеством посторонних примесей.The technical result of the claimed invention is to increase the safety of using the pipe protection device by ensuring filtration of the coolant when a solution with a large amount of foreign impurities flows.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве защиты труб, содержащем корпус со сливным отверстием и установленные на его нижней опорной панели в несколько рядов вертикальные трубчатые фильтрующие элементы, закрепленные верхними концами в верхней опорной панели, выше фильтрующих элементов расположена переливная камера, соединенная с ними, ниже фильтрующих элементов - сборная камера, также соединенная с фильтрующими элементами и расположенным ниже нее отводящим трубопроводом, при этом сечение отверстия в верхней панели выполнено меньшим суммарного сечения внутренних отверстий фильтрующих элементов.The technical result is achieved by the fact that in the known pipe protection device, containing a housing with a drain hole and vertical tubular filter elements installed on its lower support panel in several rows, fixed with their upper ends in the upper support panel, an overflow chamber connected to them is located above the filter elements , below the filter elements is a collection chamber, also connected to the filter elements and the outlet pipeline located below it, while the cross-section of the hole in the top panel is made smaller than the total cross-section of the internal holes of the filter elements.

Предпочтительно снабдить что верхнюю часть корпуса снабжена фильтрующей решеткой.It is preferable to ensure that the upper part of the housing is provided with a filter grid.

Целесообразно снабдить устройство защиты труб трубопроводом, установленным на верхней панели и выполненным с возможностью отвода воздушной пробки.It is advisable to equip the pipe protection device with a pipeline installed on the top panel and configured to drain the air plug.

Рекомендуется выполнить устройство защиты труб с соотношением сечений отверстия в верхней панели и суммарного сечения внутренних отверстий фильтрующих элементов не менее пяти.It is recommended to make a pipe protection device with a ratio of the cross-sections of the opening in the top panel and the total cross-section of the internal openings of the filter elements of at least five.

Краткое описание фигур чертежейBrief description of drawing figures

На фиг. 1 показан принцип работы устройства защиты труб на начальном этапе поступления жидкости.In fig. Figure 1 shows the principle of operation of the pipe protection device at the initial stage of liquid entry.

На фиг. 2 показан принцип работы устройства защиты труб на промежуточном этапе поступления жидкости.In fig. Figure 2 shows the principle of operation of the pipe protection device at the intermediate stage of liquid entry.

На фиг. 3 показан принцип работы устройства защиты труб на конечном этапе поступления жидкости.In fig. Figure 3 shows the principle of operation of the pipe protection device at the final stage of liquid entry.

Устройство защиты труб состоит из корпуса 1, фильтрующих элементов 2, нижней опорной панели 3, верхней панели 5 с отверстием 6. Ниже верхней панели 5, с зазором, установлена промежуточная панель 7, в которой закреплены фильтрующие элементы 2. Эти две панели образовывают верхнюю переливную камеру 12, которая соединена с внутренней полостью фильтрующих элементов 2 через отверстия 8.The pipe protection device consists of a housing 1, filter elements 2, a lower support panel 3, an upper panel 5 with a hole 6. Below the upper panel 5, with a gap, an intermediate panel 7 is installed, in which the filter elements 2 are fixed. These two panels form the upper overflow chamber 12, which is connected to the internal cavity of the filter elements 2 through holes 8.

Дно корпуса 1 и нижняя опорная панель 3, в которой закреплены фильтрующие элементы 2, образовывают сборную камеру 13, которая соединена с внутренний полостью фильтрующих элементов 2 через отверстия 4. Кроме того, сборная камера 13 соединена с патрубком 9, через который очищенный теплоноситель поступает в шахту УЛР.The bottom of the housing 1 and the lower support panel 3, in which the filter elements 2 are fixed, form a collection chamber 13, which is connected to the internal cavity of the filter elements 2 through holes 4. In addition, the collection chamber 13 is connected to the pipe 9, through which the purified coolant enters the ULR mine.

Для защиты устройства от летящих предметов, образующихся при разрыве трубопроводов первого контура, и задержки посторонних предметов значительных размеров предусмотрено ограждение 10, состоящее из стоек и крыши.To protect the device from flying objects resulting from the rupture of primary circuit pipelines and from trapping foreign objects of significant size, a fence 10 is provided, consisting of racks and a roof.

Удаление воздушной подушки, образующейся внутри устройства, выполняется через трубопровод 11, установленный на верхней панели 5.The air cushion formed inside the device is removed through pipeline 11 installed on the top panel 5.

Суммарное сечение всех внутренних отверстий фильтрующих элементов 4 не менее, чем в пять раз больше, чем сечение отверстия 6 в предпочтительном варианте.The total cross-section of all internal holes of the filter elements 4 is no less than five times larger than the cross-section of hole 6 in the preferred embodiment.

Устройство защиты труб работает следующим образом.The pipe protection device works as follows.

Тяжелая авария, исходным событием которой является разрыв трубопровода первого контура и отказ насосов системы аварийного охлаждения реакторной установки, характеризуется выбросом теплоносителя первого контура, при этом расход в течь может превышать 20 м³/с. Объем теплоносителя, поступающий в защитную оболочку, ограничен объемом теплоносителя в реакторной установке (около 380 м³).A severe accident, the initial event of which is the rupture of the primary circuit pipeline and the failure of the pumps of the emergency cooling system of the reactor installation, is characterized by the release of the primary coolant, and the flow rate into the leak may exceed 20 m ³ /s. The volume of coolant entering the containment shell is limited by the volume of coolant in the reactor installation (about 380 m ³ ).

Этот теплоноситель (вода) может нести твердые инородные частицы от разрушения тепловой изоляции, находящихся рядом труб или других структур реактора. Присутствие таких частиц в шахте ловушки и их осаждение на корпусе ловушки снижает эффективность его охлаждения.This coolant (water) can carry solid foreign particles from the destruction of thermal insulation, nearby pipes or other reactor structures. The presence of such particles in the trap shaft and their deposition on the trap body reduces the efficiency of its cooling.

Время интенсивного истечения теплоносителя и полного осушения реакторной установки составляет десятки секунд. В течение этого времени происходит интенсивное движение теплоносителя в помещениях защитной оболочки, что обеспечивает транспортирование посторонних частиц, присутствующих в теплоносителе, на значительное расстояние, в том числе и их поступление в УЗТ. В течении этого периода работы УЗТ теплоноситель должен подвергаться очистке путем фильтрования, при этом на фильтрующих поверхностях скапливаются посторонние примеси.The time required for intensive coolant flow and complete drying of the reactor installation is tens of seconds. During this time, there is intense movement of the coolant in the premises of the containment shell, which ensures the transportation of foreign particles present in the coolant over a considerable distance, including their entry into the UZT. During this period of operation of the UZT, the coolant must be cleaned by filtration, while foreign impurities accumulate on the filter surfaces.

После осушения реакторной установки истечение из первого контура прекращается. Скорость движения теплоносителя в защитной оболочке падает практически до нулевого значения и содержащиеся в ней примеси под действием силы тяжести осаждаются на пол защитной оболочки. Поступление посторонних примесей в УЗТ значительно падает, и теплоноситель можно подавать в шахту УЛР иными маршрутами, минуя фильтрующие поверхности.After the reactor installation is drained, the outflow from the primary circuit stops. The speed of movement of the coolant in the containment drops to almost zero and the impurities contained in it are deposited under the influence of gravity on the floor of the containment. The entry of foreign impurities into the UZT is significantly reduced, and the coolant can be supplied to the ULR shaft via other routes, bypassing the filter surfaces.

Шахта ловушки должна быть заполнена к моменту поступления расплава реактора в ловушку расплава. Время необходимое на расплавление внутренних элементов и корпуса реакторной установки, согласно расчетам, составляет не менее одного часа.The trap shaft must be filled by the time the reactor melt enters the melt trap. The time required to melt the internal elements and the reactor vessel, according to calculations, is at least one hour.

Предложенная конструкция УЗТ позволяет решать задачу ограничения поступления дебриса в шахту ловушки расплава.The proposed design of the UZT makes it possible to solve the problem of limiting the entry of debris into the melt trap shaft.

На начальном этапе работы УЗТ (фиг. 1) теплоноситель с посторонними примесями в ограниченном проектном объеме поступает в УЗТ через отверстие 6 в верхней панели 5 и стекает до нижней панели 3. Далее теплоноситель очищается на фильтрующих элементах 2 и поступает в полость 13 и патрубок 9. Фильтрующие поверхности элементов 2 засоряются посторонними примесями.At the initial stage of operation of the UZT (Fig. 1), the coolant with foreign impurities in a limited design volume enters the UZT through hole 6 in the top panel 5 and flows down to the bottom panel 3. Next, the coolant is cleaned on the filter elements 2 and enters the cavity 13 and pipe 9 The filtering surfaces of elements 2 become clogged with foreign impurities.

Работа УЗТ на промежуточном этапе представлена на фиг. 2.The operation of the UZT at the intermediate stage is shown in Fig. 2.

На фильтрующих поверхностях 2 на этом этапе образуется слой посторонних примесей 14. Уровень теплоносителя в УЗТ растет. Благодаря повышению уровня теплоносителя внутри УЗТ расход на выходе остается постоянным.At this stage, a layer of foreign impurities 14 is formed on the filter surfaces 2. The coolant level in the UZT increases. Due to the increase in the coolant level inside the UZT, the outlet flow remains constant.

Воздух, имевшийся внутри корпуса, и внесенный со струей теплоносителя, удаляется из корпуса через трубопровод 11.The air present inside the housing, and introduced with a stream of coolant, is removed from the housing through pipeline 11.

Характер работы УЗТ не изменяется до тех пор, пока все фильтрующие поверхности не засорятся достаточным слоем накопленных посторонних примесей и уровень теплоносителя не поднимется до уровня промежуточной панели 7.The nature of the operation of the UZT does not change until all filter surfaces become clogged with a sufficient layer of accumulated foreign impurities and the coolant level rises to the level of the intermediate panel 7.

Работа УЗТ на конечном этапе представлена на фиг. 3.The operation of the UT at the final stage is shown in Fig. 3.

К этому времени реакторная установка осушается, движение теплоносителя падает, посторонние примеси оседают на пол защитной оболочки. Фильтрующие поверхности УЗТ засорены посторонними примесями и уровень теплоносителя поднимается до промежуточной панели 7 и соответственно до верхних открытых торцов фильтрующих элементов 8, чистый теплоноситель переливается внутрь фильтрующих элементов 2 и поступает далее в сборную камеру 10 и патрубок 11.By this time, the reactor installation is drained, the coolant movement drops, and foreign impurities settle on the floor of the containment shell. The filtering surfaces of the UZT are clogged with foreign impurities and the coolant level rises to the intermediate panel 7 and, accordingly, to the upper open ends of the filter elements 8, clean coolant flows into the filter elements 2 and then enters the collection chamber 10 and pipe 11.

Таким образом, предложенная конструкция УЗТ обеспечивает снижение количества посторонних примесей, поступающих в шахту ловушки расплава, и повышение эффективности ее охлаждения.Thus, the proposed design of the UZT ensures a reduction in the amount of foreign impurities entering the melt trap shaft and an increase in the efficiency of its cooling.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Устройство защиты труб может быть применено в системах аварийной защиты атомных электростанций, в частности, в устройствах защиты труб пассивного заполнения шахты ловушки расплава, а также в других областях техники, использующих фильтрующие элементы.The pipe protection device can be used in emergency protection systems of nuclear power plants, in particular, in pipe protection devices for the passive filling of a melt trap shaft, as well as in other areas of technology that use filter elements.

Claims (4)

1. Устройство защиты труб, содержащее корпус со сливным отверстием и установленные на его нижней опорной панели в несколько рядов вертикальные трубчатые фильтрующие элементы, закрепленные верхними концами в верхней опорной панели, отличающееся тем, что выше фильтрующих элементов расположена переливная камера, соединенная с ними, ниже фильтрующих элементов - сборная камера, также соединенная с фильтрующими элементами и расположенным ниже нее отводящим трубопроводом, при этом сечение отверстия в верхней панели выполнено меньшим суммарного сечения внутренних отверстий фильтрующих элементов.1. A pipe protection device containing a housing with a drain hole and vertical tubular filter elements installed on its lower support panel in several rows, fixed with their upper ends in the upper support panel, characterized in that above the filter elements there is an overflow chamber connected to them below filter elements - a collection chamber, also connected to the filter elements and the outlet pipeline located below it, while the cross-section of the hole in the top panel is made smaller than the total cross-section of the internal holes of the filter elements. 2. Устройство защиты труб, отличающееся тем, что верхняя часть корпуса снабжена фильтрующей решеткой.2. A pipe protection device, characterized in that the upper part of the housing is equipped with a filter grid. 3. Устройство защиты труб, отличающееся тем, что дополнительно снабжено трубопроводом, установленным на верхней панели и выполненным с возможностью отвода воздушной пробки.3. Pipe protection device, characterized in that it is additionally equipped with a pipeline installed on the top panel and configured to drain the air plug. 4. Устройство защиты труб, отличающееся тем, что соотношение сечений отверстия в верхней панели и суммарного сечения внутренних отверстий фильтрующих элементов составляет не менее пяти.4. A pipe protection device, characterized in that the ratio of the cross-sections of the opening in the top panel and the total cross-section of the internal openings of the filter elements is at least five.