RU2163037C1 - Device for catching molten materials from nuclear reactor - Google Patents
Device for catching molten materials from nuclear reactor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2163037C1 RU2163037C1 RU99112243/06A RU99112243A RU2163037C1 RU 2163037 C1 RU2163037 C1 RU 2163037C1 RU 99112243/06 A RU99112243/06 A RU 99112243/06A RU 99112243 A RU99112243 A RU 99112243A RU 2163037 C1 RU2163037 C1 RU 2163037C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipes
- melt
- chamber
- membrane
- water
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ядерной технике, в частности к системам локализации аварии, и предназначено для улавливания расплавленных компонентов активной зоны и их обломков из разрушенного корпуса ядерного реактора при тяжелых авариях на АЭС. The invention relates to nuclear engineering, in particular to accident localization systems, and is intended to capture molten core components and their debris from a destroyed nuclear reactor vessel in severe accidents at nuclear power plants.
Рост количества АЭС и приближение их к крупным населенным пунктам вместе с повышением требований по обеспечению безопасности делает необходимым проведение анализа прохождения тяжелых запроектных аварий, включая гипотетические, и разработку комплекса как технических, так и организационных мероприятий, направленных на минимизацию их последствий и прежде всего гарантирующих недопустимость распространения радиоактивных продуктов на широких территориях и т.д. The increase in the number of nuclear power plants and their approach to large settlements along with increased safety requirements makes it necessary to analyze the passage of severe beyond design basis accidents, including hypothetical ones, and to develop a set of both technical and organizational measures aimed at minimizing their consequences and, above all, guaranteeing inadmissibility the spread of radioactive products over wide areas, etc.
Проблема повышения уровня безопасности действующих и вновь проектируемых АЭС с реакторами ВВЭР имеет различные пути решения. Одним из направлений решения этой задачи является проектирование специальных устройств улавливания и локализации расплава топливосодержащих масс активной зоны, называемых "ловушками расплава активной зоны". The problem of improving the safety level of existing and newly designed NPPs with VVER reactors has various solutions. One of the directions for solving this problem is the design of special devices for capturing and localizing the melt of fuel-containing masses of the core, called "core melt traps."
Идея ловушки заключается в "размазывании" расплава топливосодержащих масс (при плавлении активной зоны PWR мощностью 1300 МВт масса расплава, по оценкам американских и немецких специалистов, будет около 200 тонн с остаточным энерговыделением 40 МВт в начале процесса и 10 МВт через 10 дней) на возможно большой площади и/или фрагментации расплава на множество отдельных масс и охлаждении расплава непосредственно водой и/или через жаростойкие стенки ловушки. Тепло отводится с паром, который конденсируется на стальной стенке контайнмента, а дренажи возвращаются назад в нижнюю часть контайнмента. В конечном итоге тепло передается через стенку контайнмента в атмосферу. The idea of the trap is to “smear” the melt of fuel-containing masses (when melting the PWR core with a capacity of 1300 MW, the melt mass, according to American and German experts, will be about 200 tons with a residual energy release of 40 MW at the beginning of the process and 10 MW in 10 days) a large area and / or fragmentation of the melt into many separate masses and cooling the melt directly with water and / or through heat-resistant walls of the trap. Heat is removed with steam, which condenses on the steel wall of the containment, and the drains return back to the lower part of the containment. Ultimately, heat is transferred through the containment wall to the atmosphere.
Поэтому под корпусом реактора целесообразно устанавливать своеобразные барьеры: различного рода ванны или ловушки расплавленных материалов активной зоны. Конструктивное оформление таких устройств для улавливания расплава (кориума) может быть различно и обусловлено конкретной решаемой задачей. Therefore, it is advisable to establish peculiar barriers under the reactor vessel: various baths or traps of molten core materials. The design of such devices for capturing the melt (corium) can be different and due to the specific problem being solved.
Известно устройство для предотвращения проникновения в почву расплава активной зоны ядерного реактора, содержащее бетонную плиту, в которую встроен охлаждаемый приемный резервуар удержания расплава со средствами отклонения вбок расплава (см. Патент Франции 2616578, кл. G 21 С 13/10, 1988 г. ). Средства отклонения расплава выполнены в виде концентрических полостей в бетонной плите, которые способствуют растеканию расплава по большей площади перед попаданием его в приемный резервуар. Тем самым достигается более эффективное охлаждение расплава в приемном резервуаре, поскольку теплосъем происходит с большой поверхности. В случае локализации всей массы расплава на небольшом участке, особенно при малой величине вязкости расплава, средства отклонения расплава не смогут распределить его должным образом, что не позволит осуществить требуемый режим охлаждения расплава. По этой причине возникает вероятность дальнейшего продвижения расплава вниз. A device is known for preventing penetration into the soil of a melt of a nuclear reactor core containing a concrete slab in which a cooled receiving vessel for holding the melt with means for deflecting to the side of the melt is integrated (see French Patent 2616578, CL G 21
Приемный резервуар может быть набран из большого числа автономных модулей, представляющих вертикальные цилиндрические колодцы с глухим дном, выполненные из жаростойкого материала (см. Патент Франции 2683375, кл. G 21 C 9/016, 1993 г. ). Верхние торцы колодцев закрыты пробками из легкоплавкого материала, которые разрушаются при поступлении кориума. Колодцы расположены с зазором, заполненным водой. Наличие приемной емкости, разделенной на отдельные приемные резервуары в виде модулей-колодцев, не позволяет расплаву локализоваться в одном месте. Однако, при поступлении расплава в модули существует возможность застывания его в верхней части модуля, т.е. имеет место неполное заполнение модулей, что может привести к образованию над поверхностью модулей монолитной части расплава с вытекающими негативными последствиями - образование критмассы, ограниченный теплосъем и пр. The receiving tank can be composed of a large number of autonomous modules, representing vertical cylindrical wells with a blank bottom, made of heat-resistant material (see French Patent 2683375, CL G 21
Кроме того, описанные выше приемные устройства относятся к ловушкам сухого типа, в которых теплосъем от кориума происходит через жаропрочную стенку, что снижает отбор тепла. Наличие разделительной стенки затрудняет также перераспределение расхода охлаждающей среды между модулями в случае поступления в них разного количества расплава, что обуславливает неравномерное выделение тепла в разных модулях. In addition, the receiving devices described above belong to dry-type traps in which heat removal from the corium occurs through a heat-resistant wall, which reduces heat removal. The presence of a dividing wall also complicates the redistribution of the flow rate of the cooling medium between the modules in case of receipt of different amounts of melt in them, which leads to uneven heat generation in different modules.
Наряду с устройствами для улавливания расплава, исключающими прямой контакт расплава с охлаждающей средой, разработаны ловушки различной конфигурации, в которых расплав подвергается охлаждению при его непосредственном взаимодействии с хладагентом. Along with devices for capturing the melt, which exclude direct contact of the melt with the cooling medium, traps of various configurations have been developed in which the melt is cooled during its direct interaction with the refrigerant.
Известно улавливающее устройство, содержащее слой графитовых частиц, обладающих высокой теплопроводностью, расположенных в приемном резервуаре, и устройство для заливки резервуара теплоносителем (см. Патент США 4113560, кл. G 21 C 9/00, 1978 г.). Расплавленная активная зона, попадая в резервуар, отдает часть тепла графитовой структуре и, растекаясь, заполняет ее. Сверху на резервуар с расплавом подается теплоноситель, который перемещается через слой графитовых частиц вниз резервуара, снимая тепло с расплава. При достаточно высоком уровне теплосъема за счет прямого контактирования охлаждающей среды с кориумом, устройство не позволяет обеспечить разделение объема расплава на множество мелких фрагментов, что увеличило бы охлаждение в большей степени, а растекание расплава между графитовыми частицами затруднено вследствие застывания внешней границы расплава. Перемешивание же графита и воды с топливосодержащими массами может привести к достижению критичности. It is known a capture device containing a layer of graphite particles having high thermal conductivity located in the receiving tank, and a device for filling the tank with coolant (see US Patent 4113560, CL G 21
Аналогичную конструкцию с точки зрения взаимодействия расплава с хладагентом имеет контейнер для приема расплава, содержащий набор блоков из вещества, растворяемого в окисной части расплава (см. Патент США 4300983, кл. G 21 C 9/00, 1981 г.). Блоки окружены оболочкой из металла с точкой плавления ниже температуры расплава. После расплавления оболочек, сопровождаемого теплосъемом, расплав взаимодействует с веществом внутри блоков и образует легко растворимый водой состав, которая поступает сверху, охлаждая расплав и вымывая полученный состав. При этом в устройстве также не предусмотрены средства, позволяющие разделять расплав на несколько объемов. В данном устройстве обеспечение подкритичности также представляется проблематичным. A similar construction from the point of view of the interaction of the melt with the refrigerant has a container for receiving the melt containing a set of blocks of a substance that is soluble in the oxide part of the melt (see US Patent 4300983, CL G 21
Наиболее близким к описываемому является устройство для улавливания расплавленных материалов из ядерного реактора, содержащее расположенную ниже корпуса реактора и предназначенную для охлаждающей жидкости камеру, в которой установлено средство для приема расплава (см. Заявка ЕПВ 0392604, кл. G 21 C 9/016, 1990 г. ). Данное устройство относится к "мокрым" ловушкам, предусматривающим непосредственное охлаждение расплава жидкостью, заполняющей ванну. Средство для приема расплава выполнено в виде двутавровых балок, размещенных по высоте рядами параллельно друг другу с зазором. Причем направление расположения балок в соседних рядах ортогонально. Расплав, попадая в образованную таким образом ячеистую структуру, перемещается вниз по своеобразному извилистому лабиринту с заполненными водой пустотами между балками, распределяясь на множество отдельных потоков, ограниченных балками. Происходит интенсивный теплосьем с большого количества небольших объемов расплава. Closest to the described is a device for collecting molten materials from a nuclear reactor, containing located below the reactor vessel and designed for coolant chamber, in which is installed a means for receiving melt (see Application EPO 0392604, CL G 21
Тем не менее, в случае затвердевания первоначально поступающего объема расплава между балками, дальнейшее извилистое движение расплава по всему объему ячеистой структуры затруднено, что приводит к скапливанию расплава в одном месте и ухудшению условий его охлаждения. Ситуация усугубляется тем, что в данной конструкции отсутствуют специальные области приема расплава, отделенные от полостей, заполненных охлаждающей жидкостью, поскольку структура, образованная балками, однородна. However, in the case of solidification of the initially incoming melt volume between the beams, further tortuous movement of the melt throughout the entire volume of the cellular structure is difficult, which leads to the accumulation of the melt in one place and the deterioration of its cooling conditions. The situation is aggravated by the fact that in this design there are no special areas for receiving the melt, separated from the cavities filled with coolant, since the structure formed by the beams is homogeneous.
Таким образом все вышеописанные устройства для приема расплавленной активной зоны имеют существенный общий недостаток, связанный с отсутствием средств, позволяющих значительно уменьшить вероятность концентрации расплава в небольшом объеме приемных резервуаров. Наличие локализованной достаточно большой массы топлива предполагает образование критмассы и снижает теплосъем. Thus, all the above-described devices for receiving the molten core have a significant common disadvantage associated with the lack of tools to significantly reduce the likelihood of melt concentration in a small volume of receiving tanks. The presence of a localized sufficiently large mass of fuel suggests the formation of critical mass and reduces heat removal.
Задачей настоящего изобретения является создание устройства для приема и локализации расплавленных компонентов активной зоны ядерного реактора, позволяющего в большей мере осуществить фрагментирование поступающего кориума. The objective of the present invention is to provide a device for receiving and localizing molten components of the active zone of a nuclear reactor, allowing more fragmentation of the incoming corium.
В результате решения данной задачи обеспечивается получение нового технического результата, заключающегося в том, что повышается степень разделения всей массы расплава на отдельные объемы при одновременном увеличении теплосъема. As a result of solving this problem, a new technical result is obtained, which consists in increasing the degree of separation of the entire mass of the melt into separate volumes while increasing the heat removal.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для улавливания расплавленных материалов из ядерного реактора, содержащем расположенную ниже корпуса реактора и предназначенную для охлаждающей жидкости камеру, в которой установлено средство для приема расплава, средство для приема расплава выполнено в виде вертикальных труб, установленных друг относительно друга с зазором по смежным трубам, верхние концы которых соединены, по крайней мере, на части своих торцов. The specified technical result is achieved in that in a device for collecting molten materials from a nuclear reactor, comprising a chamber located below the reactor vessel and intended for cooling liquid, in which the means for receiving the melt are installed, the means for receiving the melt are made in the form of vertical pipes installed relative to each other a friend with a gap in adjacent pipes, the upper ends of which are connected at least to part of their ends.
Отличительная особенность изобретения состоит в следующем. Наличие вертикальных труб, установленных с зазором, позволяет организовать в камере, заполненной охлаждающей жидкостью, приемную структуру, в которой расплав поступает в основном лишь в полости труб, не заполняя зазоры между ними, что обусловлено соединением верхних концов труб, по крайней мере по части торцов труб. Такое выполнение труб, находящихся в охлаждающей жидкости и заполненных этой жидкостью, позволяет рассредоточить расплав при одновременном обеспечении его прямого контакта с охлаждающей жидкостью. Модули могут быть выполнены в виде цельнотянутого профиля и/или сварными и из материала, содержащего поглотитель нейтронов, в частности из бористой стали. A distinctive feature of the invention is as follows. The presence of vertical pipes installed with a gap makes it possible to organize, in a chamber filled with coolant, a receiving structure in which the melt enters mainly only in the cavity of the pipes, without filling the gaps between them, due to the connection of the upper ends of the pipes, at least at the ends pipes. This embodiment of the pipes in the coolant and filled with this fluid allows the melt to be dispersed while ensuring its direct contact with the coolant. The modules can be made in the form of a seamless profile and / or welded and from a material containing a neutron absorber, in particular from boron steel.
Верхние концы труб соединены посредством дистанционирующих элементов, выполненных целиком из тугоплавкого материала или имеющих наружную поверхность, снабженную тугоплавким покрытием и/или чехлом, а в нижней части, по крайней мере одной трубы установлена тугоплавкая приемная чаша. The upper ends of the pipes are connected by means of spacer elements made entirely of refractory material or having an outer surface provided with a refractory coating and / or a cover, and a refractory receiving cup is installed in the lower part of at least one pipe.
Трубы имеют открытые или закрытые нижние торцы, а внутри труб расположены вытеснители объема в виде тонкостенных пустотелых герметичных емкостей для задерживания расплава, перекрывающие поперечное сечение труб и служащие для предотвращения прямого контакта расплава, поступающего в трубы, и охлаждающей жидкости (воды или раствора бора), заполняющей камеру. Причем конструкция вытеснителей объема выбирается из условия задержки расплава на короткий (до 2-10 секунд) период времени, после чего оболочка вытеснителя объема проплавляется и расплав перемещается на высоту данного элемента вниз. Вытеснители объема предотвращают таким образом интенсивное взаимодействие расплава с водой в процессе заполнения труб, что, в свою очередь, позволяет избежать паровых взрывов и поршневого выталкивания расплава из труб образующимся при кипении воды паром. The pipes have open or closed lower ends, and inside the pipes there are volume displacers in the form of thin-walled hollow sealed containers for melt retention, overlapping the pipe cross-section and serving to prevent direct contact of the melt entering the pipes and coolant (water or boron solution), filling the camera. Moreover, the design of the volume displacers is selected from the condition of delaying the melt for a short (up to 2-10 seconds) period of time, after which the shell of the volume displacer is melted and the melt moves down to the height of this element. Volume displacers thus prevent the intense interaction of the melt with water in the process of filling the pipes, which, in turn, avoids steam explosions and piston expulsion of the melt from the pipes generated by the boiling water vapor.
На трубах, в частности под вытеснителями объема выполнены отверстия. Holes are made on the pipes, in particular under the volume displacers.
Внутри труб установлены защищающие втулки, выполненные из керамического термостойкого материала. Причем верхние втулки имеют большую толщину для снижения теплового потока на трубы в зоне ухудшенного теплоотвода (выше уровня воды). Inside the pipes, protective sleeves made of ceramic heat-resistant material are installed. Moreover, the upper bushings are thicker to reduce the heat flux to the pipes in the area of poor heat dissipation (above the water level).
Смежные торцы соседних труб соединены посредством тугоплавких дистанционирующих элементов, перекрывающих верхнюю часть межтрубного пространства и закрывающих верхние торцы труб. Adjacent ends of adjacent pipes are connected by means of refractory spacing elements that overlap the upper part of the annular space and close the upper ends of the pipes.
Ячеистая структура труб снабжена внутри приемными элементами, для чего в нижней части труб размещены тугоплавкие приемные чаши для удержания расплава на период его охлаждения. The cellular structure of the pipes is equipped with receiving elements inside, for which purpose refractory receiving cups are placed in the lower part of the pipes to hold the melt for the period of its cooling.
Верхняя поверхность камеры перекрыта плавкой металлической мембраной, профиль которой повторяет профиль верхней поверхности труб, и которая служит для распределения поступающего из околореакторного пространства расплава по верхней поверхности камеры с целью более равномерного заполнения расплавом труб. При этом время проплавления мембраны расплавом выбирается на период, не превышающий нескольких минут, чтобы избежать разрушающего влияния расплава на конструкции, расположенные выше камеры устройства. В мембране выполнены отверстия для прохода воды, поступающей сверху из околореакторного пространства, а также каналы для выхода пара, проходящие также через дистанционирующие элементы и соединяющие межтрубные зазоры с полостью над мембраной. Размер каналов выбирается из условия предотвращения прохода по ним кориума в расплавленном состоянии. Для улучшения распределения расплава профиль мембраны и, соответственно, верхних торцов и высоты труб выбран с увеличением высоты в центре и на периферии по отношению к средней высоте. При этом возможно радиальное расположение отдельных труб, имеющих равную высоту, что создает межтрубные каналы большего по отношению к среднему значению сечения, что облегчает выход пара. The upper surface of the chamber is covered by a fusible metal membrane, the profile of which repeats the profile of the upper surface of the pipes, and which serves to distribute the melt coming from the near-reactor space along the upper surface of the chamber in order to more uniformly fill the pipes with the melt. At the same time, the melt penetration of the membrane by the melt is selected for a period not exceeding several minutes, in order to avoid the destructive effect of the melt on structures located above the device’s chamber. The membrane has openings for the passage of water coming from above from the near-reactor space, as well as channels for the exit of steam, also passing through the spacer elements and connecting the annular gaps with the cavity above the membrane. The size of the channels is selected from the condition of preventing passage of corium through them in the molten state. To improve the distribution of the melt, the membrane profile and, accordingly, the upper ends and the height of the pipes are selected with increasing height in the center and at the periphery with respect to the average height. In this case, a radial arrangement of individual pipes having an equal height is possible, which creates annular channels larger in relation to the average value of the cross section, which facilitates the escape of steam.
Камера, предназначенная для охлаждающей жидкости, может быть выполнена в виде по крайней мере одного автономного блока и соединена через соединительные трубопроводы, по крайней мере, с одной емкостью, содержащей охлаждающую жидкость. A chamber intended for a coolant can be made in the form of at least one self-contained unit and connected through connecting pipelines to at least one tank containing coolant.
Перечень фигур чертежей. The list of figures drawings.
На фиг. 1 изображена схема устройства для улавливания расплава, на фиг. 2 - вертикальный разрез трубы, на фиг. 3 - горизонтальный разрез труб, на фиг. 4 - вертикальный разрез дистанционирующего элемента. In FIG. 1 shows a diagram of a device for collecting melt, in FIG. 2 is a vertical section through a pipe, in FIG. 3 is a horizontal section through pipes, in FIG. 4 is a vertical section of a spacer element.
Устройство содержит камеру 1, заполненную охлаждающей жидкостью 2, располагаемую ниже корпуса 3 ядерного реактора. Камера 1 может быть выполнена как единое целое с шахтой 4 реактора, но может быть установлена в подреакторном пространстве как, по крайней мере, один автономный дополнительный блок. Блоки можно располагать в свободных пространствах ниже реактора 3. Для поступления кориума в камеру применяются подводящие каналы 5, выполненные, например, в виде желобов. The device comprises a chamber 1 filled with
Внутри камеры 1 расположены вертикальные трубы 6, установленные друг относительно друга с зазором 7. Трубы 6 целесообразно выполнять из материала, содержащего поглотитель нейтронов, например из бористой стали. Полости труб 6 и зазоры 7 между ними гидравлически связаны друг с другом посредством отверстий 21, выполненных в трубах, а также за счет каналов 17 в вертикальных опорах 16. Inside the chamber 1 there are vertical pipes 6 installed relative to each other with a
Трубы 6, расположенные в камере 1, залиты охлаждающей жидкостью 2, в качестве которой используется вода или вода, включающая добавки поглотителя нейтронов, в частности водный раствор бора. The pipes 6 located in the chamber 1 are filled with a
Между днищем камеры 1 и трубами 6, например непосредственно на днище камеры 1, можно установить дополнительную ячеистую приемную структуру 8, выполненную, в частности в виде опор и/или пластин из нейтронопоглощающего материала. Наиболее целесообразно для изготовления структуры 8 использовать отходы, получаемые при изготовлении труб 6, что обеспечивает подкритичность кориума в структуре 8. Between the bottom of the chamber 1 and the pipes 6, for example directly on the bottom of the chamber 1, it is possible to install an additional
Трубы можно устанавливать непосредственно на днище камеры 1, а также на вертикальные опоры 16, располагаемые внизу камеры 1, или соединяемые со стенками камеры 1. Pipes can be installed directly on the bottom of the chamber 1, as well as on the
Верхняя часть камеры 1 перекрыта плавкой металлической мембраной 9, выполняющей роль элемента, обеспечивающего растекание расплава по возможно большей площади с целью равномерного заполнения расплавом труб 6. Соединение верхних торцов соседних труб 6, по крайней мере по части их смежных торцов, осуществлено посредством дистанционирующих элементов 11, рассекающих поток расплава. На элементы 11 устанавливается мембрана 9 и фиксируется посредством крепежных элементов 10. В мембране 9 над трубами 6 выполнены отверстия для прохода воды 26, а над межтрубным зазором 7 выполнены каналы для выхода пара, проходящие через дистанционирующие элементы 11, и соединяющие тем самым пространство над мембраной с межтрубным зазором 7. Дистанционирующие элементы изготовляются целиком из тугоплавкого материала и соединяются с торцами труб 6 известным образом, например штифтами 22 или резьбовыми крепежными элементами. Нижние концы труб 6 соединены аналогичным образом с помощью элементов 19. Целесообразно выполнить из тугоплавкого материала лишь наружную поверхность дистанционирующих элементов 11 (в виде чехла), под которым сами трубы соединяются металлическими проставками 23. Трубы 6 могут быть выполнены в виде цельнотянутого профиля или сварными из отдельных труб. The upper part of the chamber 1 is covered by a
Внутри труб 6 размещаются вытеснители объема 13, выполняющие роль элементов для удерживания расплава, перекрывающих поперечное сечение труб 6. Вытеснители объема 13 могут быть выполнены в виде пустотелых герметичных емкостей, прилегающих к внутренней поверхности труб 6 и повторяющих в поперечном сечении сечение трубы, что способствует увеличению массы расплава, задерживаемого одним элементом. Размеры отверстий 21 выбраны из условия обеспечения перетекания воды из зазоров 7 в трубы 6, т.к. замещение воды в зазоре 7, выполняющей вместе с трубами 6 роль ловушки быстрых нейтронов, может привести к росту размножения нейтронов и тем самым привести к достижению критичности. Inside the tubes 6 are placed displacers of
Внутри труб установлены защищающие втулки 12 и 14, выполненные из керамического термостойкого материала. Причем верхние втулки 12 имеют большую толщину, чем нижние втулки 14, для снижения теплового потока на трубы в зоне ухудшенного теплоотвода (выше уровня воды). Inside the pipes,
Выше уровня охлаждающей жидкости 2 на пути потока расплава размещена мембрана 9 для распределения расплава. Проплавляемая мембрана служит для кратковременного удержания, распределения по верхней поверхности камеры 1 потока расплава и направляет после проплавления расплав в отдельные трубы 6. Проплавляемая мембрана 9 устанавливается непосредственно на верхних торцах труб 6 и может прикрепляться к дистанционирующим элементам 11 с помощью крепежных элементов 10. Above the level of
Выполнение структуры 8 из вертикальных опор 16, на которые опираются трубы 6, позволяет не только обеспечить дистанционирование труб, но и обеспечить надежный подвод воды в трубы 6 за счет вертикальных 17 и горизонтальных 18 каналов для прохода охлаждающей жидкости (воды) 2. The implementation of the
Нижние торцы труб модулей 6 соединяются таким образом элементами 19 с вертикальными опорами 16, верхняя часть которых входит в зазор 7 между трубами и повторяет форму этого зазора. На опорах 16 также устанавливаются приемные элементы 15, которые служат для удержания расплава во время его охлаждения и затвердевания, выполнены из тугоплавкого материала и имеют каналы 20 для прохода охлаждающей жидкости, размеры которых выбираются таким образом, чтобы предотвратить попадание кориума в расплавленном виде на дно камеры 1. The lower ends of the pipes of the modules 6 are thus connected by
Камера 1 для охлаждающей жидкости и трубы 6 дополнительно соединяются через соединительные трубопроводы 24 с емкостями, содержащими охлаждающую жидкость (на фигурах не показаны). Причем в режиме ожидания камера 1 и трубы 6 могут не содержать охлаждающей жидкости, оставаясь сухими. Для выхода пара и выравнивания давления предусмотрены каналы 25, соединяемые с верхней частью зазоров 7. The coolant chamber 1 and pipes 6 are additionally connected through connecting pipelines 24 to containers containing coolant (not shown in the figures). Moreover, in standby mode, the camera 1 and the pipe 6 may not contain coolant, remaining dry. For steam output and pressure equalization channels 25 are provided, connected to the upper part of the
Устройство функционирует следующим образом. Расплав с компонентами активной зоны, вытекая из разрушенного корпуса 3 ядерного реактора, поступает через канал (желоб) 5, который может перекрываться плавкой перемычкой, непосредственно на плавкую металлическую мембрану 9 для распределения расплава и, растекаясь по поверхности мембраны и проплавляя ее, поступает в трубы 6, разбиваясь тем самым на отдельные потоки, соответствующие размерам труб и подвижности расплава. Распределение расплава по мембране позволяет разнести во времени количество расплава, поступающего в отдельные трубы, и наряду с вытеснителями объема предотвращает возможность парового взрыва, а также обеспечивает улучшение условий охлаждения расплава путем его рассредоточения. The device operates as follows. The melt with core components, flowing out of the destroyed casing 3 of the nuclear reactor, enters through a channel (trough) 5, which can be blocked by a fusible link, directly to the
Учитывая необходимость рассредоточения расплава по трубам, находящимся не только в центре камеры 1, профиль поверхности мембраны и, соответственно, профиль труб по высоте выбраны такими, чтобы высота труб в центре и на периферии превышала среднюю высоту, создавая возможность расплаву растекаться от центра к более удаленным трубам, что дает большую площадь распределения и, соответственно, большие объемы труб, вовлеченных в прием кориума. С учетом необходимости отвода пара желательно по лучам, направленным от центра, также расположить трубы, высота которых превышает среднюю, формируя тем самым в зазорах 7 каналы для отвода пара большей по отношению к средней высоты. Considering the need to disperse the melt through pipes located not only in the center of chamber 1, the membrane surface profile and, accordingly, the pipe height profile are chosen so that the height of the pipes in the center and on the periphery exceeds the average height, making it possible for the melt to spread from the center to more distant pipes, which gives a large distribution area and, accordingly, large volumes of pipes involved in the reception of corium. Taking into account the need for steam removal, it is desirable to arrange pipes whose height exceeds the average along the rays directed from the center, thereby forming channels in the
После проплавления мембраны кориум попадает в трубы б, где тормозится вытеснителями объема 13, предотвращающими интенсивное парообразование и связанное с этим паровое выталкивание расплава из труб, но не препятствующими заполнению расплавом труб в силу тонкостенности своих расплавляемых оболочек. Находясь короткое время в верхней части труб над вытеснителями объема, расплав охлаждается слабо в силу низких коэффициентов теплоотдачи к пару, заполняющему верхнюю часть зазора 7 выше уровня охлаждающей жидкости (воды). Для предотвращения проплавления труб в этой зоне внутри труб установлены защищающие втулки 12, выполненные из керамического термостойкого материала и прилегающие к внутренней поверхности труб 6. Толщина втулок 12 выбрана из условия снижения теплового потока на трубы до допустимых по условиям работоспособности труб величин, а также предотвращения всплытия пустотелых вытеснителей объема 13. Высота зоны, заполненной втулками 12, превышает высоту зазора 7, находящегося выше уровня охлаждающей жидкости. After the penetration of the membrane, the corium enters the tubes b, where it is inhibited by displacers of
Опустившись ниже уровня, защищенного втулками 12, расплав после расплавления оболочек вытеснителей объема 13 начинает охлаждаться при соприкосновении с охлаждающей жидкостью 2, находящейся внутри труб 6 в первую очередь в зазорах между внутренней поверхностью труб 6 и наружными стенками оболочек вытеснителей объема 13. Снизу вода поступает к расплаву по каналам 20 и 21. Having fallen below the level protected by the
Основным каналом теплоотвода от расплава служит поток тепла, передаваемого через стенки труб 6 к воде, находящейся в зазоре 7. Для уменьшения термических нагрузок на трубы и с учетом большого запаса по теплоотдающей поверхности труб между вытеснителями объема 13 и стенками труб 6 размещены защищающие втулки 14 из керамического термостойкого материала, снижающие поток тепла, передаваемый от расплава к воде. Проведенные эксперименты показали, что целесообразно в качестве тугоплавкого материала, из которого выполняются дистанционирующие элементы 11, выполняющие функции рассекателей потока расплава и предотвращающие попадание расплава в зазоры 7 между трубами 6, использовать оксид урана и/или циркония, являющиеся составными компонентами кориума. Из этих же материалов могут выполняться и защищающие втулки 12 и 14. The main channel of heat removal from the melt is the heat flux transferred through the walls of the pipes 6 to the water in the
Трубы 6 в камере 1 могут размещаться как по треугольной сетке, так и по ортогональной (квадратной), что в свою очередь создает возможности управлять как степенью заполнения расплавом объема камеры 1, так и условиями отвода тепла от труб 6 к воде в зазорах 7, форма которых соответствует сетке размещения, а также газодинамическими условиями течения пара в зазорах 7. В случае выполнения камеры 1 в режиме ожидания без охлаждающей жидкости 2, предварительно следует обеспечить подачу жидкости в камеру 1 и модули 6, что может быть произведено любым известным путем. Например, охлаждающая жидкость в режиме ожидания хранится в емкости, расположенной выше камеры 1 и изолированной от камеры 1 плавкими вставками в трубопроводах 24. При поступлении кориума на мембрану 9 происходит нагрев плавких вставок, их расплавление и освобождение трубопроводов 24 для поступления воды в трубы 6. Pipes 6 in chamber 1 can be placed both along a triangular grid, or along an orthogonal (square) one, which in turn makes it possible to control both the degree of melt filling of the volume of chamber 1 and the conditions for heat removal from pipes 6 to water in the
Дополнительным каналом подачи воды в камеру 1 служит конденсат, поступающий из разрушенного контура реактора, скопление которого на поверхности мембраны 9 перед началом поступления расплава из желоба 5 предотвращается за счет отверстий 26 для прохода воды, выполненных в мембране 9. Расплав растекается по трубам 6, чему способствуют дистанционирующие элементы 11, рассекающие поток расплава, который растекается по трубам 6, практически не попадая в зазоры 7 между трубами 6. Проникая в полости труб 6, заполненные жидкостью 2, кориум интенсивно охлаждается. Образующийся пар жидкости 2, выходя между стенками труб 6 и поступающим расплавом, уменьшает вероятность закупоривания полости труб 6 затвердевшим расплавом. An additional channel for supplying water to the chamber 1 is condensate coming from the destroyed reactor loop, the accumulation of which on the surface of the
Если количества охлаждающей жидкости, находящейся в зазоре между трубами 6, достаточно для снятия тепла от расплава, поступающего в одну из труб 6, то такая труба будет заполнена полностью, т.к. паровая прослойка между расплавом и стенками труб 6 позволяет двигаться вниз даже затвердевающему расплаву, исключая его адгезию со стенками труб 6, защищенными втулками 12 и 14. Именно в этом состоит свойство саморегулируемости описываемой конструкции, позволяющее распределить расплав по большему объему камеры в зависимости от условий охлаждения в том или ином модуле. В нижней части труб 6 находятся приемные элементы 15 и вертикальные опоры 16, выполняемые из тугоплавких материалов, попадая в которые расплав при взаимодействии с водой застывает. В случае проникновения части расплава в зазоры 7 он также застывает при охлаждении водой, чему способствует разветвленность каналов водоподвода, не препятствуя в то же время подводу воды в другие участки системы зазоров вокруг труб 6. If the amount of coolant in the gap between the pipes 6 is sufficient to remove heat from the melt entering one of the pipes 6, then such a pipe will be completely filled, because the vapor layer between the melt and the walls of the pipes 6 allows even the solidifying melt to move downward, excluding its adhesion to the walls of the pipes 6, protected by
Следует отметить, что в данном техническом решении основная масса расплава удерживается в пределах труб 6, а попадание расплава в структуру опор 16 возможно в случае выполнения торцов труб 6 открытыми или в случае проплавления элементов конструкции труб 6, в частности при разрушении закрытых торцов. It should be noted that in this technical solution, the bulk of the melt is held within the tubes 6, and the ingress of the melt into the structure of the
В камере 1 дополнительно можно установить теплообменное устройство (на чертежах не показано) для снижения температуры охлаждающей жидкости 2, которая за счет естественной конвекции и выпаривания в зазорах 7 снимает тепло от расплава. Более быстрое заполнение жидкостью 2 (при ее выпаривании) зазоров 7 и полостей труб 6 происходит за счет отверстий 21 в стенках труб 6 и через каналы 17 в опорах и каналы 20 в приемных элементах 15 труб 6. In chamber 1, you can optionally install a heat exchange device (not shown in the drawings) to reduce the temperature of the
В ячеистой структуре опор 16 полностью удается локализовать остатки расплава, не задержанные в трубах 6. In the cellular structure of the
Подпитка охлаждающей жидкостью камеры 1 осуществляется через трубопроводы 24, соединяющие камеру 1 с емкостями запаса охлаждающей жидкости, которые могут непосредственно примыкать к камере 1 или располагаться в свободных местах внутри защитной оболочки. Образовавшийся пар собирается в верхней части камеры 1 и по зазорам 7, а затем по трубопроводам 25 выводится в защитную оболочку или непосредственно в систему его конденсации. The cooling fluid of the chamber 1 is fed through the pipelines 24 connecting the chamber 1 with the reservoirs of the coolant reserve, which can directly adjoin the chamber 1 or can be located in free places inside the containment. The resulting vapor is collected in the upper part of the chamber 1 and through the
При попадании расплава в полости труб 6 происходит его охлаждение, сопровождающееся уменьшением плотности воды в полости труб 6, которая будет не выше плотности воды в зазорах 7, поскольку в них поступает вода (снизу) из емкостей запаса через каналы 17, а количество расплава, которое может попасть в зазоры 7, существенно меньше за счет установки дистанционирующих элементов 11 на пути потока расплава (перекрывающие, в случае необходимости, полностью верхнее сечение зазоров 7), что создает необходимые условия для достижения подкритичности расплава в устройстве. When the melt enters the cavity of the pipes 6, it cools, accompanied by a decrease in the density of water in the cavity of the pipes 6, which will not be higher than the density of water in the
Примером выполнения такого устройства может служить конструкция, состоящая из труб из бористой стали, используемых в стеллажах уплотненного хранения топлива реактора ВВЭР-1000 с толщиной стенки 6 мм. При установке таких труб с шагом 330 мм в шахте реактора можно разместить до 250 труб. При этом объем для принятия расплава при средней высоте ловушки 3 м составит около 40 м3. Вся топливная композиция, которая занимает объем в 10 м3, может разместиться лишь в 60 трубах, площадь поверхности которых составит 150 м2. Наличие гарантированного зазора между трубами порядка 60 - 80 мм (при указанных выше размерах труб и шаге их установки) исключает достижение критичности.An example of such a device can be a structure consisting of boron steel pipes used in the shelves of compacted fuel storage of the VVER-1000 reactor with a wall thickness of 6 mm. When installing such pipes with a pitch of 330 mm, up to 250 pipes can be placed in the reactor shaft. In this case, the volume for accepting the melt at an average trap height of 3 m will be about 40 m 3 . The entire fuel composition, which occupies a volume of 10 m 3 , can accommodate only 60 pipes, the surface area of which will be 150 m 2 . The presence of a guaranteed gap between pipes of the order of 60 - 80 mm (with the pipe dimensions indicated above and the step of their installation) eliminates criticality.
Таким образом, описываемое устройство снижает локальные концентрации значительных масс расплава в небольших объемах приемной камеры, обеспечивая тем самым подкритичность при одновременном улучшении условий его охлаждения. Thus, the described device reduces local concentrations of significant masses of the melt in small volumes of the receiving chamber, thereby providing subcriticality while improving its cooling conditions.
Claims (17)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99112243/06A RU2163037C1 (en) | 1999-06-03 | 1999-06-03 | Device for catching molten materials from nuclear reactor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99112243/06A RU2163037C1 (en) | 1999-06-03 | 1999-06-03 | Device for catching molten materials from nuclear reactor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2163037C1 true RU2163037C1 (en) | 2001-02-10 |
Family
ID=20221002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99112243/06A RU2163037C1 (en) | 1999-06-03 | 1999-06-03 | Device for catching molten materials from nuclear reactor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2163037C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105551538A (en) * | 2015-12-10 | 2016-05-04 | 中国核电工程有限公司 | Molten core catcher capable of guiding layered spreading of melts |
| RU2600552C1 (en) * | 2015-11-13 | 2016-10-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Method and device for nuclear reactor core melt localizing |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0392604A1 (en) * | 1989-04-13 | 1990-10-17 | Ente Nazionale Per L'energia Elettrica - (Enel) | Protection system for the reactor-containing building in nuclear power stations |
| GB2236210A (en) * | 1989-08-30 | 1991-03-27 | Rolls Royce & Ass | Core catchers for nuclear reactors |
| US5343505A (en) * | 1992-05-21 | 1994-08-30 | Electricite De France Service National | Device for the recovery of a molten core of a nuclear reactor |
| RU2050022C1 (en) * | 1988-07-26 | 1995-12-10 | Опытное Конструкторское Бюро "Гидропресс" | Equipment for capture and emergency cooling of melt of active zone of nuclear reactor |
| RU2100853C1 (en) * | 1995-04-27 | 1997-12-27 | Центр комплексного развития технологии и энерготехнологических систем "Кортэс" | Molten material trap for nuclear reactor |
-
1999
- 1999-06-03 RU RU99112243/06A patent/RU2163037C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2050022C1 (en) * | 1988-07-26 | 1995-12-10 | Опытное Конструкторское Бюро "Гидропресс" | Equipment for capture and emergency cooling of melt of active zone of nuclear reactor |
| EP0392604A1 (en) * | 1989-04-13 | 1990-10-17 | Ente Nazionale Per L'energia Elettrica - (Enel) | Protection system for the reactor-containing building in nuclear power stations |
| GB2236210A (en) * | 1989-08-30 | 1991-03-27 | Rolls Royce & Ass | Core catchers for nuclear reactors |
| US5343505A (en) * | 1992-05-21 | 1994-08-30 | Electricite De France Service National | Device for the recovery of a molten core of a nuclear reactor |
| RU2100853C1 (en) * | 1995-04-27 | 1997-12-27 | Центр комплексного развития технологии и энерготехнологических систем "Кортэс" | Molten material trap for nuclear reactor |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2600552C1 (en) * | 2015-11-13 | 2016-10-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Method and device for nuclear reactor core melt localizing |
| CN105551538A (en) * | 2015-12-10 | 2016-05-04 | 中国核电工程有限公司 | Molten core catcher capable of guiding layered spreading of melts |
| CN105551538B (en) * | 2015-12-10 | 2020-04-03 | 中国核电工程有限公司 | Core melt trap with guided melt layer expansion |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5263066A (en) | Nuclear reactor equipped with a core catcher | |
| KR100597723B1 (en) | Core melt passive cooling and confinement | |
| RU2163402C2 (en) | Device and method for entrapping and cooling down core melt | |
| US5315625A (en) | Method for protecting the base of the reactor container in nuclear power plants, and a device for implementing the method | |
| US5659589A (en) | Device for collecting and cooling reactor-meltdown products | |
| CN110459333B (en) | Double-layer crucible reactor core melt trapping device with internal cooling pipe | |
| JP4761592B2 (en) | Water reactor with a built-in core recovery unit that operates during accidental core melting | |
| US4464333A (en) | Molten core retention and solidification apparatus | |
| KR20120092636A (en) | Nuclear fuel assembly and nuclear reactor comprising such assemblies | |
| CN108538411B (en) | A reactor core melt trapping device directly retained in a reactor pit | |
| US6195405B1 (en) | Gap structure for nuclear reactor vessel | |
| CZ283111B6 (en) | Apparatus for cooling a nuclear pile core and for the protection of a nuclear reactor concrete structure with a core melted due to failure | |
| CN108053895B (en) | A reactor core melt capture device with sub-package enhanced cooling | |
| CN109102906B (en) | Reactor core catcher system based on built-in refueling water tank | |
| CN105551539A (en) | Reactor melt out-of-core retention system | |
| US5347556A (en) | Corium shield | |
| CN105551537B (en) | Reactor core melt catcher capable of being forcedly spread in layered mode | |
| RU2163037C1 (en) | Device for catching molten materials from nuclear reactor | |
| KR100549862B1 (en) | Core melt cooling device through reactor vessel and method | |
| US6285727B1 (en) | Nuclear plant | |
| RU2165652C2 (en) | Shielding system for water-moderated reactor unit containment | |
| RU2100853C1 (en) | Molten material trap for nuclear reactor | |
| RU2165108C2 (en) | Protective system of protective shell of water-cooled reactor plant | |
| CN106251915A (en) | The reactor core fused mass catcher that a kind of pressure is sprawled | |
| RU2164043C1 (en) | Device for entrapping molten materials from nuclear reactor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130604 |