Патент на изобретение №2225646

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНДЕНСАЦИИ И ОЧИСТКИ ПАРОГАЗОВОЙ СМЕСИ ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ПРИ АВАРИЯХ НА АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использована в химической, металлургической, нефтехимической, газовой и других отраслях промышленности для конденсации и очистки пара или газа, а также их смесей. Техническим результатом является интенсификация процесса конденсации пара, более полное улавливание радионуклидов и посторонних включений, расширение рабочего диапазона устройства и упрощение его изготовления. Устройство содержит вертикальную тонкостенную обечайку в виде тела вращения, полость которой имеет тангенциальный подвод парогазовой смеси, размещенную в обойме сливной емкости с водоотводящим и газоотводящим патрубками. Подвод парогазовой смеси выполнен в виде тангенциальной улитки, охватывающей наружную часть обечайки, снабженной перфорационными отверстиями. Обечайка установлена с зазором относительно дна емкости, а сливная емкость снабжена средством для создания запаса конденсата, зеркало свободной поверхности которого находится выше верхнего уровня перфорационных отверстий обечайки и ниже ее верхнего торца. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано в химической, металлургической, нефтехимической, газодобывающей и других отраслях промышленности, когда необходима конденсация и очистка пара или газа, а также их смесей от посторонних примесей и токсичных включений.

Известно устройство локализации аварии на атомной электростанции, имеющее герметичную оболочку, в которой размещены реактор с оборудованием, бассейн для охлаждающей жидкости и оборудование для конденсации пара. (См. авторское свидетельство СССР 537389, МПК G 21 С 13/20, 1974.) Оборудование для конденсации пара выполнено в виде барботера – опущенных в охлаждающую воду патрубков, сообщенных с полостью оболочки.

Недостатком указанного устройства является снижение эффективности конденсации пара при превышении значения его расхода через барботер над расчетным, необходимость строго вертикальной установки элементов оборудования и размещения патрубков на одном уровне, что усложняет технологию изготовления устройства.

Известна также система локализации аварии на атомной электростанции, содержащая герметичную оболочку, в которой размещены реактор с оборудованием, бассейн для охлаждающей жидкости, воздушная ловушка, сообщенная с бассейном, паропроводы, сообщенные с полостью оболочки, и насадки, взаимодействующие с паропроводом своими входными участками и сообщенные с полостью бассейна своими выходными участками. (См. патент США 402655, НКИ G 176-38, 1977.)
Недостатком указанного устройства является снижение эффективности конденсации пара при превышении значения его расхода через насадки над расчетным расходом.

При увеличении расхода пара воздух и неконденсированный пар создают вокруг насадок газовую оболочку, препятствующую всасыванию воды через отверстия в зоне между входными и выходными участками насадок, что способствует увеличению количества неконденсированного пара и снижает надежность устройства в целом.

Известно также устройство для конденсации пара, содержащее бассейн, пароподводящий канал, имеющий вертикальный участок с торцевой горизонтальной пластиной, закрепленной с зазором относительно его выходного торца, который размещен под зеркалом воды, заполняющей бассейн. Вертикальный участок паропроводящего канала, размещенный под зеркалом воды, окружен цилиндрической обечайкой, которая своим нижним торцем образует кольцевой зазор с днищем бассейна. (См. авторское свидетельство СССР 1060053, МПК G 21 С 9/012, 1985.)
Хотя предложенное устройство позволяет интенсифицировать теплообмен в объеме бассейна за счет циркуляции воды в бассейне, но эффективность конденсации пара и степень улавливания радионуклидов в условиях аварий на АЭС остается здесь недостаточно высокой и полной.

Известно также устройство для конденсации пара, содержащее емкость, в которой размещена вертикальная тонкостенная обечайка в виде тела вращения, с запасом воды, имеющая внутри тангенциальные наклонные патрубки. (См. патент США 4801424, НКИ 73-861.32, 1980.)
При вращательном движении пара относительно стенок обечайки в слое воды-конденсата, излишки которой сливаются в емкость, происходит более интенсивная конденсация пара и обеспечивается более высокая степень его очистки от радионуклидов, однако возможности использования данного метода конденсации пара и его очистки могут быть значительно расширены за счет мелкодисперсного дробления парогазовой смеси.

Благодаря своим достаточно высоким эксплуатационным характеристикам и наличию ряда общих признаков последнее устройство выбрано в качестве прототипа.

В основу изобретения положены задачи интенсификации конденсации пара, более полного улавливания радионуклидов и посторонних включений.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство для конденсации и очистки парогазовой смеси, преимущественно при авариях на атомных электростанциях, содержащее вертикальную тонкостенную обечайку в виде тела вращения, полость которой имеет тангенциальный подвод парогазовой смеси, размещенную в объеме сливной емкости с водоотводящем и газоотводящим патрубками, подвод парогазовой смеси выполнен в виде тангенциальной улитки, охватывающей наружную часть обечайки, снабженную перфорационными отверстиями, причем нижний торец обечайки образует кольцевой зазор с дном сливной емкости, которая снабжена средством для создания запаса конденсата с зеркалом свободной поверхности выше верхнего уровня перфорационных отверстий обечайки, но ниже ее верхнего торца.

Целесообразно для упрощения монтажа средство для создания запаса конденсата выполнить в виде вертикальной трубы, окружающей в сливной емкости водоотводящий патрубок, высота которой превышает верхний уровень перфорационных отверстий обечайки, но ниже ее верхнего торца.

Целесообразно для улучшения тангенциальной закрутки потока парогазовой смеси перфорационные отверстия обечайки выполнить в виде щелей, перпендикулярных к ее образующей.

Целесообразно для улучшения тангенциальной закрутки потока парогазовой смеси перфорационные отверстия обечайки выполнить эллиптическими, причем большие оси эллиптических отверстий перпендикулярны к ее образующей.

Целесообразно для уменьшения гидравлического сопротивления перфорационные отверстия обечайки разместить в шахматном порядке.

Мелкодисперсное дробление парогазового потока в перфорационных отверстиях обечайки многократно увеличивает площадь его взаимодействия с конденсатом (водой) во вращающемся воронкообразном слое внутри обечайки, что обеспечивается благодаря совместному использованию тангенциальной улитки и щелеподобных отверстий обечайки, которые создают хордообразный заход парогазового потока внутрь обечайки, сопровождающийся более интенсивной конденсацией пара.

Кроме того, поскольку в обечайке создана циркуляция конденсата (воды), увеличивается поверхность контакта примесей с водой, улучшается качество очистки пара от радионуклидов и посторонних примесей.

Отличительными признаками предлагаемого устройства по сравнению с прототипом являются следующие: подвод парогазовой смеси выполнен в виде тангенциальной улитки, охватывающей наружную часть обечайки, снабженную перфорационными отверстиями, причем нижний торец обечайки образует кольцевой зазор с дном сливной емкости, которая снабжена средством для создания запаса конденсата с зеркалом свободной поверхности выше верхнего уровня перфорационных отверстий обечайки, но ниже ее верхнего торца.

Особенностью предложенного устройства является также выполнение средства для создания запаса конденсата в виде вертикальной трубы, окружающей в сливной емкости водоотводящий патрубок, высота которой превышает верхний уровень перфорационных отверстий обечайки, но ниже ее верхнего торца.

Особенностью предложенного устройства является также то, что перфорационные отверстия обечайки выполнены в виде щелей, перпендикулярных к ее образующей.

Особенностью предложенного устройства является также то, что перфорационные отверстия обечайки выполнены эллиптическими, причем большие оси эллиптических отверстий перпендикулярны к ее образующей.

Особенностью предложенного устройства является также то, что перфорационные отверстия обечайки размещены в шахматном порядке.

На фиг. 1 схематически изображено устройство для конденсации и очистки паровоздушной смеси в его фронтальном сечении. На фиг.2 схематически изображено устройство конденсации и очистки паровоздушной смеси в его горизонтальном сечении.

Обозначения позиций на чертежах:
1 – защитная оболочка;
2 – реактор с оборудованием;
3 – сливная емкость;
4 – конденсат (вода);
5 – водоотводящий патрубок;
6 – газоотводящий патрубок;
7 – вертикальная тонкостенная обечайка;
8 – перфорационные отверстия;
9 – тангенциальная улитка;
10 – трубопровод подвода паровоздушной смеси;
11 – кольцеобразный зазор;
12 – средство для создания запаса конденсата (вертикальная труба).

В защитной оболочке 1, где находятся реактор с оборудованием 2, расположена емкость 3 для конденсата (воды) 4 с водоотводящим 5 и газоотводящим 6 патрубками, внутри которой размещена вертикальная тонкостенная обечайка 7 в виде тела вращения, внутренняя полость которой сообщается через ряды поясов перфорационных отверстий 8 с полостью тангенциальной улитки 9, соединенной с подводящим паровоздушную смесь трубопроводом 10. Верхний торец обечайки 7 возвышается над уровнем конденсата 4, а нижний торец образует с днищем емкости 3 кольцеобразный зазор 11, так что внутренняя полость обечайки 7 является проточной трубой. В качестве средства для создания запаса конденсата 4 в емкости 3, которое обеспечивает необходимой его уровень, служит вертикальная труба 12, окружающая водоотводящий патрубок 5. Форма, расположение и размеры перфорационных отверстий во многом определяют работу устройства. Они могут быть эллиптическими, щелеобразными и расположенными на поверхности обечайки 7 в шахматном порядке (который выгоден с точки зрения более плотной компоновки отверстий 8). При необходимости газоотводящий патрубок 6 может быть соединен с воздушной ловушкой (не показана).

Устройство работает следующим образом.

При возникновении аварии, в результате натекания пара из первого контура реактора 2 под герметичную оболочку 1, давление под оболочкой 1 и в паропроводе 10 растет, вода вытесняется из полости тангенциальной улитки и смесь аварийного пара с воздухом через перфорационные отверстия 8 тонкостенной обечайки 7 поступают в ее полость. Тангенциальный вдув паровоздушной смеси через перфорационные отверстия 8 в полость обечайки 7 создает на внутренней поверхности обечайки 7 вращающийся кольцевой слой воды с внутренней газовой полостью. В слое воды на выходе из каждого перфорационного отверстия 8 образуются паровоздушные пузыри, в которых в условиях интенсивной циркуляции смеси происходит полная конденсация пара с одновременным отводом воздуха во внутреннюю газовую полость воронки, образованную вращающейся водой.

Вращающийся слой отработанной воды через верхний торец обечайки 7 сливается в емкость 3, а воздух поступает через газоотводящий патрубок 6 в воздушную ловушку. Подпитка вращающегося слоя жидкости холодной водой осуществляется через нижний торец обечайки 7, установленный с кольцевым зазором 11 относительно дна емкости 3.

Локализация аварии сопровождается изменением количества и состава паровоздушной смеси, протекающей через устройство, что влечет за собой изменение циркуляции охлаждающей жидкости и приводит к независимости процесса конденсации пара от концентрации воздуха в паровоздушной смеси.

Благодаря размещению обечайки 7 с зазором относительно дна емкости 3, созданию в ней запаса воды 4 с определенной высотой зеркала свободной поверхности, снабжению обечайки 7 рядом поясов перфорационных отверстий 8, которые охвачены полостью тангенциальной улитки 9, соединенной с патрубком паропровода 10, интенсифицируется конденсация пара, отвод воздуха и повышается надежность работы системы в целом.

Кроме того, в качестве средств реализации поставленной цели используются простые конструкции, имеющие незначительную металлоемкость, а использование конденсата в качестве охлаждающей воды не требует больших ее запасов.

Формула изобретения

1. Устройство для конденсации и очистки парогазовой смеси, преимущественно при авариях на атомных электростанциях, содержащее вертикальную тонкостенную обечайку в виде тела вращения, полость которой имеет тангенциальный подвод парогазовой смеси, размещенную в объеме сливной емкости с водоотводящим и газоотводящим патрубками, отличающееся тем, что подвод парогазовой смеси выполнен в виде тангенциальной улитки, охватывающей наружную часть обечайки, снабженную перфорационными отверстиями, причем нижний торец обечайки образует кольцевой зазор с дном сливной емкости, которая снабжена средством для создания запаса конденсата с зеркалом свободной поверхности выше верхнего уровня перфорационных отверстий обечайки, но ниже ее верхнего торца.

2. Устройство для конденсации и очистки парогазовой смеси по п.1, отличающееся тем, что средство для создания запаса конденсата выполнено в виде вертикальной трубы, окружающей в сливной емкости водоотводящий патрубок, высота которой превышает верхний уровень перфорационных отверстий обечайки, но ниже верхнего торца.

3. Устройство для конденсации и очистки парогазовой смеси по п.1 или 2, отличающееся тем, что перфорационные отверстия обечайки выполнены в виде щелей, перпендикулярных к ее образующей.

4. Устройство для конденсации и очистки парогазовой смеси по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что перфорационные отверстия обечайки выполнены эллиптическими, причем большие оси эллиптических отверстий перпендикулярны к ее образующей.

5. Устройство для конденсации и очистки парогазовой смеси по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что перфорационные отверстия обечайки размещены в шахматном порядке.

РИСУНКИ