MAGYAR NÉPKÖZT ARS A8AG SZABADALMI LEÍRÁS SZOLGÁLATI TALÁLMÁNY 176436 Bejelentés napja: 1977. IV. 27. (VI 1124) G 21 C 9/00, G 21 C 15/18 ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL Közzététel napja: 1980. VIII. 28. Megjelent: 1981. VIII. 31. Feltalálók: Dr. Reményi Károly oki. gépész- és villamosmérnök 36%, dr. Benedek Sándor oki. gépész- és villamosmérnök 32%, Téchy Zsolt, old. mérnök-fizikus 32%, Budapest Szabadalmas: Villamosenergiaipari Kutató Intézet, Budapest Eljárás és berendezés atomerőművek hermetikus burkolattal körülvett zárt terében üzemzavar esetén a nyomás csökkentésére 1 2 A találmány tárgya eljárás és berendezés atomerőművek hermetikus burkolattal körülvett zárt terében üzemzavar esetén a nyomás csökkentésére. ismeretes, hogy vízhűtéses atomerőművek reak- 5 torzóna hűtőkörében nagynyomású rádióaktív víz áramlik hűtőközegként. A nemzetközileg elfogadott legnagyobb mértékű figyelembe veendő baleset a hűtőközeg nagymennyiségű elvesztése a hűtőkörből (csőtörés). A rádióaktív hűtőközegnek ill. egyéb 10 rádióaktív termékeknek a környezetbe való kijutását biztonsági, hermetikusan zárt vasbeton burkolat akadályozza meg, amely körbeveszi a reaktor hűtőkörét. A hűtőközegnek a hermetikusan zárt térbe való kijutása nagymennyiségű hőenergia felszaba- 15 dulásával jár, amely a nyomást és a hőmérsékletet jelentősen megnöveli. A hermetikus burkolat falait úgy méretezik, hogy szilárdságilag ellenálljanak a megnövekedett nyomásnak és hőmérsékletnek 20 Alkalmaztak mái atomreaktorokban olyan nyomáscsökkentő berendezéseket, melyek célja a hermetikusan zárt térben a nyomásnövekedés ütemének mérséklése és a nyomás maximális értékének csökkentése. A legelterjedtebb megoldások a 25 következők: Nyomottvizes reaktoroknál gyakran semmiféle nyomáscsökkentő rendszert nem alkalmaznak. A hűtőközeg elvesztési balesetnél kialakuló nyomás- 30 értékek magasak, mintegy 5-6 10 s Pa értékűek ennek a biztonsági védőburkolat (containment) ál ellen. A containment megoldás a nyugati nyomott vizes reaktorok tervezési gyakorlata, vele párhuza mosan gyakran esőztető berendezést alkalmaznak ennek szerepe azonban nem a nyoináscsökkentés hanem a rendszernek az üzemzavar utáni lehűtése Forralóvizes reaktoroknál a balesetnél elfolyó kétfázisú hűtőközeget csővezeték segítségével nyugvó és zárt vízmedencébe buborékoltatják, amelyben a gőz kondenzálódik és ezzel a nyomás maximális értéke mérséklődik. Az eddigi gyakorlat azt mutatja, hogy a buborékoltatás nyomáslengésekkel jár együtt, amely sok esetben a csővezeték, vagy a nyomáscsökkentő medence megsérülését okozhatja. Nyomottvizes reaktoroknál kétféle megoldás ismeretes a nyomás üzemzavari értékének csökkentésére. A VE-700 alapszámú közzétett magyar szabadalmi bejelentésben ismertetett berendezés súlyterhelésű levegőcsappantyúkat és ejtötartályos esőztetőberendezést tartalmaz. Az üzemzavar első szakaszában a hermetikusan zárt térben megnövekedett nyomás hatására kinyitnak a levegőcsappantyúk és a nagyrészt levegőből álló közeget a szabadba kiengedik. A második szakaszban az ejtőtartályból elosztóberendezéssel vízpermetet juttatnak a zárt tér egy részébe. Az eljárás hátránya, 176436
3 176436 4 hogy az üzemzavarnál a helyiségrendszerhői potenciálisan veszélyes rádióaktív levegő kerül a környezetbe. Az 537 389 sz. szovjet szerzői tanúsítványban közölt megoldásnál passzív, a felszabaduló gőz által 5 működtetett és aktív, segédenergiával üzemelő szivattyús betáplálású lokalizációs rendszert alkalmaznak az üzemzavar következményeinek elhárítására. A passzív rendszer ún. buborékoltató kondenzátor, amelyben a csőtörésnél felszabaduló gőz 10 speciálisan elhelyezett buborékoltató tálcákban kondenzálódik, a levegő pedig levegőcsapdákban gyűlik össze. A buborékoltató elven működő berendezések hátránya, hogy a nagymennyiségű levegővel beáramló gőz nem kondenzálódik megfele- 15 lően a vízben, továbbá a buborékoltató tér és a levegőcsapda szükséges térfogata nagyon nagy. Az aktív lokalizálós berendezés esőztető rendszer, amely bórtartalmú vizet fecskendez szivattyú segítségével a hermetikusan zárt térbe. A maximális 20 üzemzavarnál egyúttal teljes feszültségkiesés áll be, ily módon az esőztető szivattyúk hatástalanok maradnak egészen addig, amíg a szükség-áramellátást biztosító Diesel-generátorok be nem indulnak. így az aktív lokalizációs rendszer csak a baleset má- 25 sodik fázisában jut szerephez, amikor a nyomás már stabilizált értékre csökkent. Az eddigi buborékoltató konstrukcióknál a buborékoltatás következtében előálló rossz hőcsere- 30 viszonyok miatt igen nagyméretű berendezések szükségesek. A nagy méret a teljes berendezés üzembelépésének idejét késlelteti, üzemközben lengéseket okoz. A többszázezer Pa-ra összesűrített rádióktív levegő á folyamat végén a működést 35 gátolja, a környezetbe túlnyomás révén kijuthat, kezelése megoldatlan. A találmány megalkotásakor azt a feladatot tűztük ki, hogy olyan gyorsműködésű és nagyhatású 40 eljárást és berendezést hozzunk létre, amellyel az előbbiekben ismertetett rendszerek hátrányait kiküszöbölve, hatásos nyomáscsökkentést érünk el már az üzemzavar első szakaszában, nagyintenzitású hőcserét biztosítva lényegesen kisebb berendezés- 45 méretekkel és a burkolat kisebb falvastagságával, a környezeti szennyezés veszélyének csökkentése mellett. A találmány tehát egyrészt eljárás atomerőművek hermetikus burkolattal körülvett zárt teré- 50 ben üzemzavar esetén a nyomás csökkentésére, amelynek során a zárt térbe beömlő gőzt hűtővíznek gravitációs úton történő befecskendezésével kondenzáltatjuk, és az jellemzi, hogy a hűtővíz befecskendezését a gőzbeömlés következtében fel- 55 lépő nyomásnövekedéssel egyidőben indítjuk. A találmány másrészt berendezés atomerőművek hermetikus burkolattal körülvett zárt terében üzemzavar esetén a nyomás csökkentésére, amely 60 berendezésnek a zárt térrel kapcsolatban levő kondenzációs térben elhelyezett vízelosztó készüléke és a vízelosztó készülékbe az üzemzavar esetén víztartályból gravitációs úton hűtővizet juttató szervei vannak. A berendezés a találmány szerint úgy van 65 kialakítva, hogy legalább három víztartálya van, mindegyik víztartálynak & zárt tér felé nyitott része és a zárt tértől burával elválasztott zárt része van, amely nyitott és zárt részek egymással hidraulikusan közlekednek, és a víztartályoknál mélyebben elhelyezett vízelosztó készülékekhez vezető csővezetékek mindegyike a megfelelő víztartály zárt részébe lefelé visszahajlított véggel van csatlakoztatva. A berendezés ugyancsak a találmány szerint úgy is kialakítható, hogy a zárt tér felé nyitott legalább három víztartálya van, és a víztartályoknál mélyebben elhelyezett vízelosztó készülékekhez vezető csővezetékek mindegyikébe a zárt térben bekövetkező nyomásnövekedésre segédenergia nélkül működésbe lépő mechanikus nyitószerkezet van beiktatva. Egy előnyös kiviteli alaknál a mechanikus nyitószerkezetnek elfordíthatóan ágyazott záróeleme és a záróelemet a csővezetékben levő hűtővíz nyomása ellenében záró alaphelyzetében tartó támasztóeleme van, amely támasztóelem a zárt térben bekövetkező nyomásnövekedésre tartó helyzetéből kibillenően van ágyazva. Ekkor célszerűen a támasztóelem egyik végén elfordíthatóan ágyazott, másik végén támasztófelülettel ellátott támasztólap, amely támasztólap egyik felülete a csővezeték vízelosztó készülékhez vezető részével, másik felülete pedig közvetlenül a zárt térrel van kapcsolatban. Egy másik előnyös kiviteli alakban a mechanikus nyitószerkezetnek a csővezetéket elzáró hasadótárcsája és a hasadótárcsa felületénél nagyobb felületű membrán által lezárt állandó nyomású kamrája van, ahol a hasadótárcsa a membránhoz mechanikus összekötőelemmel van csatlakoztatva, és a membrán szabad felülete a zárt térrel van kapcsolatban. A találmány szerinti megoldásnál nagyintenzitású hőcserét biztosítunk a rendszerben üzemzavarkor keletkező gőz és az azt kondenzáló, a gőzbeömléssel gyakorlatilag együtt befecskendezett víz között. Ezáltal a kondenzálási hatás növekszik anélkül, hogy a rendszerben lengések lépnének fel, és a berendezés méretei jelentősen csökkennek. A megoldás passzív elven, segédenergia nélkül lép működésbe, így igen nagy megbízhatóságú. A találmányt a továbbiakban a rajzokon szemléltetett előnyös kiviteli alakok alapján ismertetjük, ahol az 1. és 2. ábra a találmány szerinti berendezés egy-egy kiviteli alakjának vázlatos rajza, a 3. és 4. ábra pedig a 2. ábra szerinti kivitelben előnyösen alkalmazható nyitószerkezet egy-egy kiviteli alakjának vázlatos rajza. Az 1. ábrán az 1 reaktort hermetikusan záró pl. vasbeton 20 burkolat veszi körűi, amely zárt 2 teret határol. Az 1 reaktoron 18 primer cirkulációs 2
5 176436 6 körön 15 szivattyú hatására keringő primer hűtőközeg kering, amely 16 gőzfejlesztőben a hőt 19 szekunder körben keringetett közegnek adja át. Az üzemzavar, melynek hatását csökkenti a találmány, abban áll, hogy meghibásodás pl. csőtörés folytán a 18 primer cirkulációs kör hűtőközege a 2 térbe jutva, ott kigőzölög. A gőzt a 2 térrel kapcsolatban levő, ugyancsak a 20 burkolaton belül levő 17 kondenzációs térben, megfelelő hőmérsékletű vízzel kondenzáltatjuk. A hűtővíz legalább három 3A, 3B és 3C víztartályban van, amelyek mindegyikének van egy a 2 tér felé nyitott része és egy 5A, 5B ill. 5C búrával határolt zárt része. A nyitott és zárt rész a hűtővíz szintje alatt hidraulikusan közlekedik egymással. A zárt részből indul a 4A, 4B ill. 4C csővezeték a megfelelő 6A, 6B ill. 6C vízelosztó készülékhez, amely pl. esőztető. A 4A, 4B ill. 4C csővezeték 7A, 7B ill. 7C vége U-alakban van visszahajlítva és úgy van a 3A, 3B ill. 3C víztartály zárt részében elhelyezve, hogy a cső vége a víztartály aljánál legyen, a hajlat pedig a víz szintje felett. Amikor a 2 térben gőzbeömlés folytán hirtelen megnövekszik a nyomás a 3A, 3B és 3C víztartályok zárt részében megnövekszik a vízszint, és a víztartályok vize a 4A, 4B és 4C csővezetéken a 6A, 6B és 6C vízelosztó készülékekhez áramlik. Látható, hogy a hármas elrendezés mindegyik tagja független egymástól, s ez nagy megbízhatóságot eredményez. A 2. ábrán a találmány olyan kivitel alakja látható, amelyben a hűtővíz befecskendezését a 4A, 4B és 4C csővezetékbe beiktatott mechanikus 8A, 8B ill. 8C nyitószerkezet indítja meg, amely a 2 térben beálló nyomásnövekedésre nyit. A 2. ábrán a hasonló elemeket az 1. ábra jelöléseivel láttuk el. Itt a 3A, 3B és 3C víztartályok ninsenek két részre osztva, a 4A, 4B és 4C csőveze- '- k egyszerű lefolyóként csatlakoznak. A 8A, 8B 8C nyitószerkezet egy-egy kiviteli alakját a 3. és 4. ábra mutatja. A 3. ábra kismértékű nyomásnövekedés hatására nagy mennyiségű víz átáramlását biztosító 8A nyitószerkezetet mutat. A hirtelen nyomásnövekedés a 8A íiyitószerkezetet körülvevő 2 térben a 12 nyíláson keresztül hat a 11 rugalmas elemmel tartott 9 támasztóelemre pl. támasztólapra és azt balra elbillenti, erre a 10 záróelem a 4A csővezetékben levő hűtővíz nyomásának hatására lebillen és szabaddá teszi a hűtővíz útját a rajzon bal felé továbbhaladó 4A csővezeték felé. A 4. ábrán egy másik 8B nyitószerkezet látható. A hűtővíz 4B csővezetéke 21 hasadó tárcsával van lezárva, s ez 22 összekötőelemmel a 21 hasadótárcsánál nagyobb felületű 23 membránhoz van kapcsolva, amely atmoszférikus állandó nyomású 24 kamrát zár le. A 8B nyitószerkezetet körülvevő 2 térben fellépő hirtelen nyomásnövekedés 25 nyílásokon át hat a 23 membránra, azt lefelé hajlítja, és a 22 összekötőelem útján a 21 hasadótárcsát leszakítja. A 25 nyílásokon kiáramló hűtővíz a 21 hasadótárcsát eltávolítja. Szabadalmi igénypontok: 1. Eljárás atomerőművek hermetikus burkolattal körülvett zárt terében üzemzavar esetén a nyomás 5 csökkentésére, amelynek során a zárt térbe beömlő gőzt hűtővíznek gravitációs úton történő befecskendezésével kondenzáltatjuk, azzal jellemezve, hogy a hűtővíz befecskendezését a gőzbeömlés következtében fellépő nyomásnövekedéssel egyidőben indít- 10 juk. 2. Berendezés atomerőművek hermetikus burkolattal körülvett zárt terében üzemzavar esetén a nyomás csökkentésére, amely berendezésnek a zárt térrel kapcsolatban levő kondenzációs térben elhe- 15 lyezett vízelosztó készüléke és a vízelosztó készülékbe az üzemzavar esetén víztartályból gravitációs úton hűtővizet juttató szervei vannak, azzal jellemezve, hogy legalább három víztartálya (3A, 3B, 3C) van, mindegyik víztartálynak (3A, 3B, 3C) a 20 zárt tér (2) felé nyitott része és a zárt tértől (2) burával (5A, 5B, 5C) elválasztott zárt része van, amely nyitott és zárt részek egymással hidraulikusan közlekednek, és a víztartályoknál (3A, 3B, 3C) mélyebben elhelyezett vízelosztó készülékekhez 25 (6A, 6B, 6C) vezető csővezetékek (4A, 4B, 4C) mindegyike a megfelelő víztartály (3A, 3B, 3C) zárt részébe lefelé visszahajlított véggel (7A, 7B, 7C) van csatlakoztatva. 30 3. Berendezés atomerőmüvek hermetikus burkolattal körülvett zárt terében üzemzavar esetén a nyomás csökkentésére, amely berendezésnek a zárt térrel kapcsolatban levő kondenzációs térben elhelyezett vízelosztó készüléke és a vízelosztó készü- 35 lékbe az üzemzavar esetén a víztartályból gravitációs úton hűtővizet juttató szervei vannak, azzal jellemezve, hogy a zárt tér (2) felé nyitott legalább három víztartálya (3A, 3B, 3C) és a víztartályoknál (3A, 3B, 3C) mélyebben elhelyezett vízelosztó ké- 40 szülékekhez (6A, 6B, 6C) vezető csővezetékek (4A, 4B, 4C) mindegyikébe a zárt térben (2) bekövetkező nyomásnövekedésre segédenergia nélkül működésbe lépő mechanikus nyitószerkezet (8A, 8B, 8C) van beiktatva. 45 4. A 3. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a mechanikus nyitószerkezetnek (pl. 8A) elfordíthatóan ágyazott záróeleme (10) és a záróelemet (10) a csővezetékben (pl. 4A) levő hűtővíz nyomása ellenében záró 50 alaphelyzetében tartó támasztóeleme (9) van, amely támasztóelem (9) a zárt térben (2) bekövetkező nyomásnövekedésre tartó helyzetéből kibillenően van ágyazva. 5. A 4. igénypont szerinti berendezés kiviteli 55 alakja, azzal jellemezve, hogy a támasztóelem (9) egyik végén elfordíthatóan ágyazott, másik végén támasztófelülettel ellátott támasztólap, amely támasztólap egyik felülete a csővezeték (pl. 4A) vízelosztó készülékhez (pl, 6A) vezető részével, 60 másik felülete pedig közvetlenül a zárt térrel (2) van kapcsolatban. 6. A 3. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a mechanikus nyitószerkezetnek (pl. 8B) a csővezetéket (pl. 4B) el- 65 záró hasadótárcsája (21) és a hasadótárcsa (21) 3
8 felületénél nagyobb felületű membrán (23) által lezárt állandó nyomású kamrája (24) van, ahol a hasadótárcsa (21) a membránhoz (23) mechanikus összekötőelemmel (22) van csatlakoztatva, és a membrán (23) szabad felülete a zárt térrel (2) van kapcsolatban. 4 rajz, 4 ábra A kiadásért felel: a Közgazdasági és Jogi Könyvkiadó igazgatója 814152 - Zrínyi Nyomda. Budapest 4
G 21 C9/00,15/18 3A 1LI9 1 \ 7A 7B ^UA A A[ K KK K h UH; A 0 ö' A A A A A "AAA K' 7C - c 4B <1 4C 0-6A 0 6B 0. 6C 17 1. ábra
G21C 9/00,15/18 H\h 2, ábra
C 21 C9/00,15/18 kí2> 3 ábra
G 21 C 9/00,15/18 4B 8B 24 21 25 22 23 ábra