ČESKOSLOVENSKA SOCIALISTICKÁ R E P U B L I K A < 19 ) POPIS VYNALEZU K AUTORSKÉMU OSVĚDČENÍ 211658 (Bl) /22/ Přihlášeno 14 01 80 /21/ /IV 287-79/ (51) lnt Cl? G 21 D 1/00 ÚŘAD PRO VYNÁLEZY A OBJEVY (40) Zveřejněno 31 07 81 (45) Vydáno 15 05 83 (75) Autor vynálezu SÝKORA DALIBOR.ing., PRAHA (54) Kompenzátor objemu Předmětem vynálezu je kompenzátor objemu, který musí být instalován v primárním okruhu jaderných elektráren s tlskovodními respektive vodovodními jadernými reaktory. Kompenzátor objemu je základním zařízením systému kompenzace teplotně objemových změn teplonosného média v primárním okruhu a je proto jeho integrální a neoddělitelnou součástí. Vynález, jehož podstatou je nepatrná konstrukční tiprava, významně zlepšuje funkci kompenzátoru objemu, Símž se zvyšuje bezpečnost provozu celé jaderné elektrárny, zejména při poruchových režimech v primárním okruhu. V současné době se u dvouokruhových jaderných elektráren uplatňují prakticky jenom kompenzátory objemu s parním polštářem, které vystřídaly dříve používané kompenzátory objemu s polštářem plynovým, tvořeným tlakovým dusíkem. Úlohou kompenzátoru objemu je vytváření tlaku při spouštění, udržování stálého tlaku běhám stacionárního provozního režimu, omezování odetylek při přechodových režimech v primárním okruhu, jakož i snižování tlaku v tomto okruhu, například při odstraňování jaderného energetického bloku. Konstrukčně je kompenzátor objeau proveden jako vertikální, válcová, vysokotlaká ocelová nádoba, opatřená množstvím hrdel či nátrubků pro napojení příslušných potrubí a zařízení, jak technologického, tak instrumentačního charakteru. Nejvíce nátrubků je vždy umístěno v nejnižší části kompenzátoru objemu, a to buä ve válcové části, tj. v plášti, nebo přímo v kulovém či eliptickém spodním dnu. Záleží na tom, jak jsou do kompenzátoru objemu zavedeny těmito nátrubky procházející elektrické odporové ohříváky, jimiž se provádí potřebný ohřev a var teplonosného me'dia, tj. tlakové vody nacházející se uvnitř kompenzátoru objemu. V ose spodního dna je vodní hrdlo pro připojení kompenzátoru objemu na potrubí primárního okruhu. V eliptickém horním dnu jsou mimo průlezu zakrytého víkem a instruaentačních nátrubků vytvořeny další velmi důle- 211658
211658 2 Žité technologické nátriibky, tj. nátrubek vstřiku vody a nátrubek tlakového pojištěni kompenaátoru objemu, respektive celého primárního okruhu. Princip funkce tohoto zařízení vy Saduje vytvoření a udržování "horkého místa", tj. stavu sytosti dvoufázové směsi voda- -pára ve vnitřním prostoru kompenzátoru objemu. Potřebný tlak je vyvolán stupňové regulovaném zapínáním a vypínáním elektroohřívačů. Je-li potřebné tlak rychle snížit, vstřikuje se tlaková voda ze "studené" větve primárního okruhu do parního prostoru kompenzátoru objemu. V těch případech, kdy dochází к nadměrnému růstu tlaku v kompenzátoru objemu, otevírají se postupně dva pojistné systémy napojené na nátrubek tlakového pojištění. Výstup média z odpovídajících pojistných ventilů je zaveden do nízkotlaké barbotážní nádrže. Všechny doposud provozované kompenzátory objemu úspěšně plní řadu provozních požadavků vyplývajících z víceméně normálních provozních režimů předpokládaných projektem odpovídajíc! jaderné elektrárny. Tyto kompenzátory objemu väak mohou funkčně zcela selhat při poruchových až havarijních režimech nadprojektového charakteru, tj. při provozních stavech, které projekt nepředpokládal a které se, jak ukazuje zahraniční zkušenost, nedají vyloučit. Ztráta funkce kompenzátoru objemu nastane zejména při havarijním přeplněni primárního okruhu tlakovou vodou, při kterém zanikne pružný polštář v kompenzátoru objemu. Tato skutečnost je velkou nevýhodou dosavadních kompenzátorů objemu, která se velmi nepříznivě promítá do složité havarijní provozní problematiky primárního okruhu, respektive do provozní spolehlivosti a bezpečnosti celé jaderné elektrárny. Výše uvedenou nevýhodu odstraňuje chráněná jednoduchá konstrukční úprava kompenzátoru objemu podle tohoto vynálezu spočívajícího v tom, že horní dno kompenzátoru objemu, respektive jeho nátrubek tlakového pojištění jsou opatřeny vnitřní navazující tenkostěnnou trubkou, jejíž spodní konec je nad nejvyšší možnou hladinou vody vyskytující se v kompenzátoru objemu při různých normálních provozních režimech jaderné elektrárny, přičemž horní konec této tenkostěnné trubky je' pevně a těsně připojen ke vstupu nátrubku tlakového pojištění, respektive к hornímu,dnu. Charakteristikou tecfinického pokroku mimo odstranění výše uvedené nevýhody zde jsou i tyto další výhody získané navrženou instalací tenkostěnné trubky do kompenzátoru objemu. Za prvé, provozuschopnost primárního okruhu podmíněná jeho "měkkostí" jé i během odpovídajících poruchových a havarijních režimů plně zajištěna upraveným kompenzátorem objemu, tedy zařízením k tomu speciálně určeným. Za druhé, přídavný element,jímž je předmětná trubka, je naprosto statický a tedy zcela pasivně fungující konstrukční prvek, čímž se zachovává původní spolehlivost nadřazeného zařízení a systému. Za třetí, možnost a to i dodatečné instalace tenkostěnné trubky je velmi snadná. Za čtvrté, životnost přídavné trubky bude zřejmě vysoká, nebol jde o tenkostěnný tlakem nenamáhaný konstrukční prvek, který je za provozu občas vystaven jen sprchovému ostřiku vodou o teplotě přibližné 270 až 290 C, která se odebírá ve výtlaku hlavního cirkulačního čerpadla. Na přiložených výkresech jsou znázorněny dvě varianty chráněné konstrukční úpravy kompenzátoru objemu, kde na obr. 1 je varianta s tenkostěnnou trubkou větší světlosti, zatímco na o"br. 2 je varianta s tenkostěnnou trubkou o stejné světlostí, jakou má nátrubek tlakového pojištění. Na obr. 1 je nakreslen částečný svislý řez horním dnem J. kompenzátoru objemu v místě, kde je situován nátrubek 2 tlakového pojištění. Mezi nátrubek 2 tlakového pojištění a již neznázopněné navazující vnější potrubí je vložen austenitický nástavec,2, který je přivařen к vlastnímu nátrubku 2 tlakového pojištění prostřednictvím austenitického návaru Uvnitř nátrubku 2 tlakového pojištěni je vložena austenitická košilka 5, která je svařena nahoře s austenitickým nástavcem Д a dole s návarovou vrstvou» Potud se popis týká stávajících provedení předmětného detailu kompenzátoru objemu. Dle obr. 1 navržená úprava tohoto konstrukčního uzlu spočívá v tom, že k návarové vrstvě 6 je přivařena tenkostěnná.trubka 1, případně i s výztuhami 8, jejíž spodní konec se nachází nad nejvyšší možnou hladinou vody, označenou Ь(АХ, vyskytující se v kompenzátoru objemu v průběhu různých normálních provozních režimů. Účelem instalace a výsledkem
3 211658 "funkce" tenkostěnná trubky 2 3 e zachování sice zmenšeného, ale prakticky srovnatelně velkého pružného polátáře uvnitř primárního okruhu během jeho poruchových a havarijních provozních stavů. Je evidentní, že havarijní průtok dvoufázové směsi, respektive kapalné fáze teplonosného média tenkostěnnou trubkou 2» jakož i již neznázorněným pojistným ústrojím, může nastat jen při současné existenci odpovídajícího přeplnění kompenzátoru objemu vodou a překročení otevíracího tlaku pojistných ventilů. Na obr. 2 je znázorněn a shodně označen tentýž konstrukční uzel kompenzátoru objemu. Rozdíl oproti obr. 1 je dán tím, že je zde použita tenkostěnná trubka 2 o stejném vnitřním průměru a přibližně stejném vnějším průměru., jako má austenitlcká koäilka jj>, s níž je tenkostěnná trubka 2 buä svařena, nebo společně vyrobena z jednoho kusu nerezové trubky, což je znázorněno právě na obr. 2. Relativní výhody a nevýhody obou předložených řešení jsou zřejmé a vychází hlavně z porovnáni jednak spolehlivosti upevnění tenkostěnná trubky 2, jednak průtočných rychlostí médií v nich proudících při abnormálním provozu bloku. Konkrétní úvahy byly vztaženy ke kompenzátoru objemu pro blok standardní jaderné elektrárny s vodovodním reaktorem o tepelném výkonu 1 375 MW. Předmětný nátrubek tlakového pojištění má jmenovitou světlost 100 mm a je přivařen к hornímu dnu,jehož tloušika je 160 mm. Na vnitřní straně dna je návarová vrstva o síle 9 mm, ke které se podle první varianty přivaří tenkostěnná trubka o jmenovité světlosti.200 mm. Délka této trubky bude odvozena od polohy maximální hladiny vody v' kompenzátoru objemu, která ale nebyla v dostupných konstrukčních podkladech staršího data definována. Předběžně je délka tenkostěnná trubky v daném případě odhadnuta v rozmezí 2 až 3,5 m. Podle druhé varianty jde o tenkostěnnou trubku o vnitřním průměru 88 mm a o síle stěny 3 až 5 mm, která přechází v austenitickou košilku o příslušných průměrech 88 mm a 98 mm. Nainstaluje-li se přímá tenkostěnná trubka, bude její poloha buä svislé,nebo mírně šiknjá, v souladu s polohou nátrubku tlakového pojištění vůči hornímu dnu, respektive vůči svislé ose kompenzátoru objemu. Zbývá poznamenat, že pro dokonalé odv.zdušnění kompenzátoru objemu, například před jeho tlakovou zkouškou, je nutné odvést vzdu;h jak z vnitřního prostoru nátrubku tlakového pojištění, tak z vnějšího nejvyššího místa v kompenzátoru objemu, tj. z nátrubku tvořícího průlez, což vede к přidání jédné odvzdušňovací armatury malé světlosti. Vzhledem к významu zachování pružného polštáře v kompenzátoru objemu při abnormálních provozních režimech v primárním okruhu, i vzhledem к extrémní jednoduchosti chráněné konstrukční úpravy lze předpokládat, že ve smyslu tohoto vynálezu inovovaný kompenzátor objemu najde uplatnění nejen u nových, ale dodatečně i u stávajících dvouokruhových j'a- * děrných elektráren jak v fissr, tak i v zahraničí. P Ř E D M Ě T V Y N Á L E Z U Kompenzátor objemu, který je instalován v primárním okruhu jaderných elektrárnn s tlakovodními, respektive vodovodními reaktory za účelem vyrovnávání teplotně objemových změn teplonosného média, vyznačený tim, že horní dno (1) kompenzátoru objemu, respektive jeho nátrubek (2) tlakového pojištěni jsou opatřeny vnitřní navazující tenkostěnnou trubkou (7), jejíž spodní konec je nad nejvyšší možnou hladinou vody vyskytující se v kompenzátoru objemu při různých normálních provozních režimech jaderně elektrárny, přičemž horní konec této tekonstšnné trubky (7) je pevně a těsně připojen ke vstupu nátrubku (.2) tlakového pojištění, respektive к hornímu dnu (1). 2 výkresy Jvvrraprafia. n. [). závod 7. Most
211658 OBR. 1
211658 OBR. 2