Как раз 14 лет назад (конец января, начало февраля 1997) я ездил в США, в Penn State University, State College, рассказывать о нашей российской системе пассивного отвода тепла от реакторов на основе инжектора-конденсатора (СПОТ-ИК). Расчеты были сделаны с помощью американского кода TRAC, который наши ребята переделали под персональные компьютеры (изменили вручную разрядность кода). Этот код разрабатывался в том числе и в Penn State, а мы смогли с его помощью промоделировать процессы в инжекторе-конденсаторе, нетипичные для реакторных процессов (запуск, сверхзвуковые течения пара и пароводяной смеси в соплах и камере смешения, стоячую ударную волну в диффузоре). ИК там служит в качестве струйного насоса и использует энергию пара, имеющуюся всегда в парогенераторах или в компенсаторе давления на реакторе. Отводимая мощность автоматически подстраивается под выделяемую реактором мощность, так как отводимая мощность увеличивается с увеличением температуры в парогенераторе. Помимо расчетов, были проведены полномасштабные испытания инжекторов-конденсаторов и системы СПОТ в целом на испытательных стендах ЭНИЦ-ВНИИАЭС в Электрогорске. Американцы проявили живой интерес к нашей работе.
После этого проект СПОТ-ИК был доведен в России до стадии проекта на старейшей Нововоронежской Атомной Электростанции. Это могло бы служить дополнительной системой безопасности (retrofit), работающей совершенно автономно. Такая система предотвратила бы проблемы с охлаждением японских реакторов, если бы была там установлена. Однако, такая система нигде так и не была внедрена, насколько я знаю. Французы и вообще европейцы тоже вели исследования в этом направлении, и я немножко участвовал в их деятельности - моделировал ИК и систему французским кодом CATHARE. Я знаю об исследованиях японцев и китайцев на эту тему. Однако на практике ставка везде делается на активные системы безопасности. Кончается это обливанием реактора или его контайнмента водой снаружи, как будто пожар можно потушить, поливая стены здания.
Работа СПОТ-ИК
При повышении давления в парогенераторе выше заданного, пусковой клапан открывается (рвется мембрана, например) и имеющаяся во всех трубах жидкость поступает (сбрасывается) в герметичную пусковую емкость, в которой был газ при атмосферном давлении. На этой стадии важно слить конденсат из парового трубопровода и начать подачу пара в инжектор. Когда это произошло, инжектор запускается: в паровом сопле течет чистый пар, он разгоняется до сверхзвуковых скоростей в сопле Лаваля и поступает в камеру смешения. Из-за низкого давления расширившегося пара холодная вода из теплообменника засасывается через жидкостные сопла в камеру смешения ИК, где соосные потоки пара и воды смешиваются и давление еще больше понижается. За счет конденсации пара на холодной воде вся смесь низкого давления летит в виде сверхзвуковой пароводяной струи ($v \approx$ 100 m/s) относительно высокой плотности в горловине диффузора и поступает в диффузор. (Скорость звука в двухфазной смеси гораздо ниже скорости звука в газе или жидкости). Если пусковая емкость еще не заполнилась, то давление за инжектором мало и пароводяная смесь в таком виде и поступает в пусковую емкость. По заполнении пусковой емкости давление за инжектором возрастает и в диффузоре устанавливается ударная волна, где высокоскоростная пароводяная струя сжимается до чистой жидкости с маленькой средней скоростью, но высоким давлением. Высокое давление не проникает в камеру смешения, так как сверхзвуковая струя "сносит" его вниз по течению.
Инжектор может развивать давление в диффузоре, превосходящее давление пара и воды на входе в ИК. Тогда открывается обратный клапан и качаемая холодная жидкость перенаправляется в парогенератор. Таким образом, горячая жидкость из парогенератора охлаждается в теплообменнике (бассейн с водой) и подается обратно в парогенератор струйным насосом. Никакого вмешательства человека не нужно. Никакого электричества не нужно. Все работает само. Работу совершает пар за счет разницы температуры с водой в бассейне. Пополнять бассейн (если надо) гораздо проще, чем закачивать воду в первый или второй контур из резервуаров с атмосферным давлением.
P.S. Размеры инжектора для высоких давлений: длина - 1,2 м, диаметр - 0,12 м, вес - где-то сотня килограммов нержавейки. (Остальное в системе - стандартные трубопроводы). Сравните с огромными насосами, которые сейчас везут в Японию.
P.P.S. Инжектор был изобретен очень давно одним французским изобретателем, который сделал состояние, внедрив их на паровозах для питания водой паровых котлов.
Инжектор, как струйный насос
Комментариев нет:
Отправить комментарий