BRPI0900899A2 - processo e dispositivo para separação de um absorvedor de nêutrons de um agente refrigerante de uma circulação de refrigeração - Google Patents
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Abstract
PROCESSO E DISPOSITIVO PARA SEPARAçãO DE UM ABSORVEDOR DE NêUTRONS DE UM AGENTE REFRIGERANTE DE UMA CIRCULAçãO DE REFRIGERAçãO. A presente invenção refere-se a um processo e a um dispositivo para separação de um absorvedor de nêutrons de um agente refrigerante de reator de uma instalação nuclear, sendo que o agente refrigerante de reator evapora por aquecimento em um dispositivo de separação e o agente refrigerante evaporado é descarregado separadamente do absorvedor de nêutrons não-evaporado do dispositivo de separação. A separação destilativa de agente refrigerante de reator de um reator de água de pressão nos produtos, produto de desionização, como agente refrigerante, e solução de ácido bórico concentrada, como absorvedor de nêutrons, bem como a desgaseificação de produto de desionização, que contém oxigênio, como agente refrigerante fresco, são realizados a uma pressão mais baixa, gerada por uma bomba de vácuo e, desse modo, a uma temperatura mais baixa do que até o presente. A energia térmica necessária para os processos de separação é distribuída pelos dispositivos de separação ou condensadores recuperativos ou refrigeradores de gás associados a uma circulação de água de refrigeração, anexada ao sistema de água de refrigeração intermediário da instalação nuclear. Essa circulação de água de refrigeração está unida termicamente, através de trocadores de calor, com diversas circulações de bomba térmica fechadas e, desse modo, com os dispositivos de separação. As circulações de bomba térmica enchidas com agente refrigerante absorvem a energia térmica, na maior parte, no trocador de calor, aumentam o nível de temperatura por compressão mecânica e põem a energia térmica à disposição dos dispositivos de separação, tais como colunas de ácido bórico ou de desgaseificaçáo, ou de outros consumidores de calor.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO EDISPOSITIVO PARA SEPARAÇÃO DE UM ABSORVEDOR DE NÊU-TRONS DE UM AGENTE REFRIGERANTE DE UMA CIRCULAÇÃO DEREFRIGERAÇÃO".
A presente invenção refere-se a um processo para separação deum absorvedor de nêutrons de um agente refrigerante de uma instalaçãonuclear, sendo que o agente refrigerante é evaporado por aquecimento emum dispositivo de separação, que pode ser unido com uma circulação derefrigeração, e o agente refrigerante evaporado é descarregado do dispositi-vo de separação, separadamente do absorvedor de nêutrons não-évaporado. Além disso, a invenção refere-se a um dispositivo para separa-ção de um absorvedor de nêutrons de um agente refrigerante de uma insta-lação nuclear.
Para refrigeração de instalações nucleares são usados agentesrefrigerantes, nos quais está dissolvido um chamado absorvedor de nêu-trons, por exemplo, ácido bórico. Para regulagem da composição do agenterefrigerante, o agente refrigerante do reator é retirado da circulação de refri-geração do reator de água sob pressão e separado em água de refrigeraçãopura (produto de desionização) e no absorvedor de nêutrons, por exemplo,na forma de solução de ácido bórico concentrada. O produto de desioniza-ção e o absorvedor de nêutrons concentrado, depois da separação, são no-vamente alimentados nas dosagens desejadas à circulação de refrigeraçãodo reator.
Para separação do absorvedor de nêutrons do agente refrigeran-te é conhecido que o agente refrigerante do reator, que contém o absorvedorde nêutrons, seja evaporado praticamente por completo. Do dispositivo deseparação é retirada continuamente a solução absorvedora de nêutrons,com a concentração desejada, com ajuda de uma regulagem controlada porconcentração e nível de enchimento, e o agente refrigerante é completado(processo contínuo). Alternativamente, o processo de separação é interrom-pido quando a concentração de absorvedor de nêutrons desejada é atingidae o fundo do evaporador na região inferior do dispositivo de separação é es-vaziado (processo descontínuo). O agente refrigerante evaporado é purifica-do em uma coluna de fundo como dispositivo de separação do ácido bórico,também passado parcialmente para a fase de vapor, e o agente refrigeranteevaporado precipita-se em um condensador como o produto de desioniza-ção de agente refrigerante desejado. Devido à sua pequena volatibilidade devapor, o absorvedor de nêutrons dissolvido, por exemplo, ácido bórico(H3BO3), permanece como concentrado no coletor do dispositivo de separa-ção. Os dois produtos, produto de desionização e absorvedor de nêutrons,são armazenados em reservatórios e, em caso de necessidade, novamentealimentados à circulação de refrigeração do reator.
Para o caso de ter de ser descarregado da circulação do reatorproduto de desionização de agente refrigerante, produzido na instalação deevaporação, para redução do teor de trítio no agente refrigerante de reator,os gases nobres radioativos dissolvidos são separados em uma instalaçãode desgaseificação e conduzidos ao sistema de gás de escapamento. A ins-talação de desgaseificação compreende, convencionalmente, uma coluna decorpo de enchimento com um evaporador ligado no fundo do dispositivo deseparação, no qual uma quantidade parcial do agente refrigerante desgasei-ficado é evaporada. O produto de desionização do dispositivo de separaçãoa ser desgaseificado é introduzido na cabeça de coluna de corpo de enchi-mento e corre na contracorrente ao vapor de agente refrigerante ascendentepela coluna de corpo de enchimento, sendo que pelo contato intenso ocorreuma desgaseificação do produto de desionização. Acima da coluna de corpode enchimento o agente refrigerante evaporado condensa-se em um con-densador de corrente de retorno e é reconduzido à coluna de corpo de en-chimento. Através de um refrigerador de gás, o gás não-condensável doproduto de desionização é descarregado a um sistema de gás de escapa-mento apropriado. O agente refrigerante liberado de gases nobres radioati-vos dissolvidos é subseqüentemente descarregado do fundo de evaporaçãoda coluna de corpo de enchimento com uma bomba.
Dispositivos de desgaseificação similares também são usadospara eliminar o oxigênio perturbador do processo do produto de desioniza-ção fresco, que contém oxigênio, que é necessário para completar o agenterefrigerante. Nesse caso, o produto de desionização é aquecido previamenteem um aquecedor disposto a montante para a temperatura de processo nacoluna de corpo de enchimento e, subseqüentemente, separado do oxigêniona coluna de corpo de enchimento.
Nos processos conhecidos do estado da técnica, o calor de pro-cesso, necessário para a evaporação nas duas colunas de corpo de enchi-mento, é alimentado com vapor auxiliar, que é retirado de uma rede de abas-tecimento de vapor auxiliar existente na usina elétrica. A temperatura deadmissão e escoamento do agente refrigerante do reator perfaz aproxima-damente 50°C, o produto de desionização contendo oxigênio é alimentado àcoluna de corpo de enchimento com uma temperatura ambiente de aproxi-madamente 20°C.Todas as instalações de evaporação de absorvedor denêutrons, com respectivos desgaseificadores, realizadas até agora, são ope-radas, por exemplo, a uma pressão de ambiente de aproximadamente 0,1MPa (1,0 bar) e, com isso, a uma temperatura de quase 100°C, para o pro-cesso de evaporação (temperatura de ebulição). O rendimento térmico ne-cessário resulta, aproximadamente, da corrente de quantidade de produto dedesionização desejada multiplicada com a diferença da entalpia específicado agente refrigerante evaporado no evaporador e a entalpia do agente re-frigerante boratado, alimentado.
Um rendimento térmico aproximadamente do mesmo tamanhoprecisa ser descarregado dos condensadores e refrigeradores de gás dainstalação de evaporação e da instalação de desgaseificação, com ajuda daágua de refrigeração. Tanto o abastecimento de vapor auxiliar como tambémo abastecimento de água de refrigeração causam custos consideráveis paraos dispositivos necessários e reduzem o rendimento de energia da instala-ção nuclear. Por esse motivo, podem resultar perdas de mais de 5 MW deenergia térmica em um reator de água sob pressão com cerca de 1200 MWde rendimento elétrico, devido ao abastecimento de vapor auxiliar e abaste-cimento de água de refrigeração adicional.
Para evitar essas desvantagens, o documento DE 19833739 C1descrevem como estado da técnica mais recente um processo e um disposi-tivo para separação de um absorvedor para absorção de nêutrons de umagente refrigerante, no qual o vapor de agente refrigerante que sai da colunade corpo de enchimento é comprimido em um compressor por meio de umacompressão de vapor, sob aumento de temperatura, e a energia térmica ob-tida desse modo é usada para aquecimento dos dispositivos de separação.
Nos processos e dispositivos conhecidos do estado da técnica,para separação de um absorvedor de nêutrons de um agente refrigerante, édesvantajoso que são necessárias fontes de calor adicionais, particularmen-te, aquecedores de resistência elétricos, para garantir, particularmente, aoligar o dispositivo, o aquecimento do dispositivo de separação até a tempera-tura de operação. Além disso, o calor de escape, gerado na operação dosaquecedores de resistência elétricos, adicionais, precisa ser descarregadoatravés de um sistema de ventilação. Para limitar o superaquecimento doagente refrigerante evaporado e refrigerar os compressores, além disso, énecessário injetar constantemente água no agente refrigerante evaporado.Os compressores mecânicos, particularmente, compressores de vapor, pos-suem motores de acionamento situados externamente e, por esse motivo,necessitam de um sistema de vedação complexo no eixo, para impedir asaída de meios de carga radioativa.
A invenção tem por base a tarefa de evitar as desvantagens mos-tradas acima e pôr à disposição um processo e um dispositivo para separa-ção de um absorvedor de nêutrons de um agente refrigerante de uma insta-lação nuclear, que em comparação com processos e dispositivos conheci-dos, sejam seguros de operar e apresentem um consumo de energia própriapequeno.
A tarefa é solucionada pelas características da reivindicação 1.De acordo com a invenção está previsto que pelo menos um trocador decalor, disposto em uma circulação de refrigeração com uma água de refrige-ração, retire energia térmica da circulação de refrigeração e a energia térmi-ca seja usada para aquecimento para outras etapas de processo, particu-larmente, para a evaporação do agente refrigerante de reator na coluna deácido bórico, como dispositivo de separação. Para tornar o calor de escapecontido na água de refrigeração tecnicamente útil, está prevista, nesse caso,uma bomba térmica, com um agente refrigerante guiado em uma circulaçãode bomba térmica, sendo que pela capacidade de compressão mecânica deum compressor está garantido um aumento de temperatura do agente refri-gerante, necessário para o aproveitamento útil.
Pelo uso de uma circulação de bomba térmica separada com umagente refrigerante não-radioativo como meio de transporte de calor, não énecessário condensar o agente refrigerante do reator carregado radioativa-mente em compressoras com vedações de eixo e exigências de refrigeraçãosob aumento de temperatura, difíceis de ser controladas. No uso exclusivode trocadores de calor de superfície na transferência de calor para o agenterefrigerante do reator, é evitado um superaquecimento do vapor do agenterefrigerante do reator e, com isso, o risco de uma falha química do absorve-dor de nêutrons (ácido bórico) em forma cristalina, o que, de outro modo,poderia levar a um defeito da instalação nuclear.
Em uma configuração vantajosa do processo, o agente refrigera-do evaporado é alimentado a um aquecedor prévio recuperativo e/ou a umcondensador e/ou a um refrigerador de gás. O condensador e/ou o refrigera-dor de gás distribuem à água de refrigeração a energia térmica liberada nacondensação do agente refrigerante evaporado, sendo que o trocador decalor retira novamente energia térmica da água de refrigeração, devido aosistema de circulação de refrigeração fechado. A energia térmica obtida des-se modo é novamente usada, particularmente, para evaporação do agenterefrigerante do reator e/ou em um dispositivo de separação para desgaseifi-cação do agente refrigerante.
Vantajosamente, a circulação da água de refrigeração está unidacom o sistema de água de refrigeração intermediário da instalação nuclear.As energias térmicas recebidas no condensador e/ou no refrigerador de gásda água de refrigeração e novamente fornecidas à água de refrigeração sãonovamente retiradas, em sua maior parte, da circulação de refrigeração daágua de refrigeração e usadas novamente para a evaporação do agente re-frigerante nos respectivos dispositivos de separação. Diferentemente dasinstalações de evaporadores e de desgaseificação, aquecidas com vaporauxiliar, a quantidade considerável de calor de processo, que é necessáriapara a realização dos processos de separação, de acordo com a presenteinvenção é novamente recuperada, em grande parte, e essa energia térmicaé usada adicionalmente para os processos de separação correntes. A recu-peração de calor dá-se em uma circulação de refrigeração fechada, de modoque a energia térmica fornecida através dos condensadores e/ou dos refrige-radores de gás à circulação de refrigeração seja novamente retirada pormeio dos trocadores de calor. A circulação de refrigeração fechada da águade refrigeração não-carregada radioativamente é, desse modo, usada deacordo com a invenção como uma espécie de acumulador de calor.
É visto como vantajoso que a energia térmica que pode ser reti-rada na circulação da água de refrigeração por meio do trocador de calortambém seja usada para a alimentação de calor de outros dispositivos deseparação e/ou para o aumento de temperatura de agente refrigerante novo,que contém oxigênio, em um preaquecedor de água adicional, na forma deum trocador de calor. Isso reduz, ainda, a carga térmica dentro da instalaçãonuclear, que precisa ser descarregada no ambiente com o sistema de águade refrigeração intermediário. Particularmente, em locais com altas tempera-turas de água de refrigeração auxiliar, a carga térmica mais alta está associ-ada a altos custos adicionais para a distribuição de calor da instalação nu-clear. A circulação de água de refrigeração fechada é útil, portanto, comoreservatório de calor para as mais diversas fontes de calor, tais como con-densadores ou refrigeradores de gás, bem como para os mais diversos re-baixadores de calor, na forma de trocadores de calor, sendo que os trocado-res de calor põem à disposição a energia térmica recebida por meio de umacirculação de bomba térmica, com um agente refrigerante circulante, particu-larmente, para os processos de evaporação nos dispositivos de separação.
A ligação da circulação de água de refrigeração na circulação derefrigeração intermediária da instalação nuclear oferece, além disso, a van-tagem de que energia térmica está disponível para a circulação de trocadorde calor, já para o procedimento de entrada em funcionamento do sistema.Desse modo, resulta a vantagem de que não são necessárias fontes de ca-lor adicionais.
Para uma utilização termodinamicamente vantajosa do processo,o agente refrigerante é evaporado na circulação da bomba térmica em umevaporador e o agente refrigerante vaporado é comprimido, sob aumento detemperatura em um compressor. Subseqüentemente, o agente refrigeranteevaporado é liqüefeito sob descarga de calor em um condensador e, descar-regado de pressão em um estrangulador, é novamente alimentado ao eva-porador do trocador de calor. Pela compressão do agente refrigerante eva-porado pelo calor da água de refrigeração no lado primário da circulação debomba térmica, o vapor do agente refrigerante é aquecido adicionalmente.Esse vapor de agente refrigerante aquecido serve então como meio térmicopara a evaporação do agente refrigerante do reator, enriquecido com o ab-sorvedor de nêutrons, no fundo de um dispositivo de separação. O agenterefrigerante encontra-se em contato térmico por meio do condensador, ape-nas com o agente refrigerante do reator, enriquecido com o absorvedor denêutrons, que, devido à convecção térmica circula entre o fundo do dispositi-vo de separação e o trocador de calor. Uma contaminação, particularmente,uma carga radioativa do agente refrigerante, do agente refrigerante é impe-dida pela separação das circulações. Uma tubulação com estrangulador,disposta na circulação de bomba térmica, conduz o agente refrigerante liqüe-feito novamente para o lado primário da circulação de bomba térmica, demodo que o agente refrigerante resfriado desse modo esteja novamente àdisposição para um novo recebimento de energia térmica do sistema de re-frigeração intermediário dentro da circulação térmica.
Uma bomba de vácuo gera, vantajosamente, uma pressão diver-gente da pressão ambiente, particularmente, uma pressão hidrostática me-nor do que a pressão ambiente, dentro dos dispositivos de separação. Van-tajosamente, pela bomba de vácuo é gerada uma pressão hidrostática de0,0125 MPa (0,125 bar) nos dispositivos de separação. Pela redução dapressão hidrostática nos dispositivos de separação é criada a possibilidadede realizar o processo de separação do agente refrigerante evaporado noscomponentes de agente refrigerante e absorvedor de nêutrons, a condiçõesde pressão mais baixas e, desse modo, a uma temperatura mais baixa doque até agora. Isso possibilita, ainda, o uso de agentes refrigerantes maisseguros e comprovados nas circulações fechadas de trocador de calor, talcomo, por exemplo, tetrafluoretano, a, simultaneamente, condições de pres-são relativamente pequenas e, desse modo, um bom índice de potência e.
Além disso, é considerado como vantagem o fato de que umaparte do gás arrastado, não-condensável, no condensador e/ou no refrigera-dor de gás é separada e alimentada a um sistema de gás de escapamento.No caso ideal, a bomba de vácuo está disposta antes do sistema de gás deescapamento e, com a redução de pressão no dispositivo, simultaneamentedescarrega o gás não-condensável ou, em uma desgaseificação de produtode desionização que contém oxigênio, o oxigênio.
Vantajosamente, o agente refrigerante evaporado é alimentado aum preaquecedor recuperativo, de modo que, com isso, o rendimento decalor do dispositivo seja novamente aumentado.
A separação destilativa de agente refrigerante do reator boratadode um reator de água sob pressão nos produtos de desionização como a-gente refrigerante e solução de ácido bórico concentrada como absorvedorde nêutrons, bem como a desgaseificação de gases nobres radiativos dis-solvidos do produto de desionização como componente do agente refrige-rante do reator ou a desgaseificação do oxigênio do agente refrigerante fres-co, contendo oxigênio, é realizado a uma pressão mais baixa em relação aprocessos de separação convencionais e, desse modo, a uma temperaturamais baixa do que era usual até agora. Desse modo, o calor de processo,necessário para os processos de separação, é reduzido. Além disso, a ener-gia térmica no preaquecedor recuperativo, necessária para os processos deseparação, é alimentada ao agente refrigerante do reator a ser separadoe/ou no condensador e/ou no refrigerador de gás, à circulação de refrigera-ção fechada da água de refrigeração. A circulação de refrigeração fechadada água de refrigeração conduz a energia térmica do condensador e/ou dorefrigerador de gás a diversos trocadores de calor. Os trocadores de calorherméticos, enchidos com agente refrigerante, novamente absorvem, emgrande parte, a energia térmica, sendo que o agente refrigerante é evapora-do. O nível de temperatura dentro da circulação de bomba térmica é aumen-tado pela compressão mecânica do vapor do agente refrigerante. Subse-qüentemente, o valor de agente refrigerante aquecido é conduzido dentro dasegunda circulação de trocador de calor fechada aos consumidores de calorno sistema, tais como, por exemplo, uma coluna de ácido bórico ou uma co-luna de desgaseificação. A potência a ser alimentada do exterior para osprocessos de separação e a potência a ser descarregada para o exteriorcom a água de refrigeração pode ser reduzida por meio da presente inven-ção em mais de 80% em relação a aparelhos de separação corresponden-tes, aquecidos com vapor auxiliar ou aquecimento por resistência elétrica.
Portanto, por meio da presente invenção, a carga térmica sobre osistema de refrigeração intermediário é diminuída. A invenção contribui paraque instalações nucleares possam ser operadas também em locais comcondições de água de refrigeração desfavoráveis, particularmente, com tem-peraturas de água de refrigeração elevadas. A carga térmica para o sistemade ventilação no edifício anexo da instalação também é substancialmentereduzida, uma vez que no uso da presente invenção, as partes da instalaçãonão apresentam nenhuma temperatura de processo mais alta que 50°C - auma pressão de 0,0125 (0,125 bar) absoluto nos aparelhos de separação.No sistema de ventilação, isso leva a simplificações e a uma redução decustos substanciais. É suprimida a distribuição de vapor auxiliar como fontede calor adicional da parte convencional da usina elétrica. Em relação a ins-talações conhecidas do estado da técnica, com compressão de vapor mecâ-nica, a técnica de componentes da presente invenção é nitidamente maissimples, requer menos manutenção e é mais segura. Não são necessáriosdispositivos adicionais para por o sistema em funcionamento. Um supera-quecimento do vapor de agente refrigerante do reator, com o risco da preci-pitação de ácido bórico residual cristalino é evitado com segurança. O abas-tecimento de corrente adicional, complexo, para os aquecedores de resis-tência elétricos é suprimido.
A tarefa também é solucionada pelas características da reivindi-cação 11. De acordo com a invenção está previsto um dispositivo para sepa-ração de um absorvedor de nêutrons de um agente refrigerante do reator deuma instalação nuclear, que apresenta um elemento térmico, que retira, pelomenos parcialmente, a energia térmica do agente refrigerante evaporado edistribui a mesma a uma circulação de refrigeração com uma água de refri-geração, sendo que pelo menos um trocador de calor disposto na circulaçãode refrigeração com a água de refrigeração retira energia térmica da circula-ção de refrigeração e o trocador de calor põe a energia térmica à disposiçãopara outras etapas de processo, particularmente, para abastecimento docalor dos dispositivos de separação.
Em uma configuração vantajosa do dispositivo está previsto quepelo menos um condensador e/ou pelo menos um refrigerador de gás comoelemento térmico transfere a energia térmica do agente refrigerante evapo-rado à circulação de refrigeração da água de refrigeração, sendo que o tro-cador de calor retira novamente a energia térmica da circulação de refrigera-ção da água de refrigeração e o dispositivo de separação, para evaporaçãodo agente refrigerante do reator e/ou um dispositivo de separação, paradesgaseificação do agente refrigerante, utilizam a energia térmica obtidadesse modo para a evaporação do agente refrigerante do reator. Nesse ca-so, pelo uso de uma bomba térmica, com um agente refrigerante guiado emuma circulação intermediária fechada, obtém o aumento de temperatura ne-cessário para o aproveitamento do calor de escape, sob uso de trabalho decompressão mecânico.
O agente refrigerante na circulação de bomba térmica evaporaem um evaporador e o agente refrigerante evaporado é comprimido em umcompressor, sob elevação da temperatura. Subseqüentemente, o agenterefrigerante evaporado é liqüefeito, sob fornecimento de calor, em um con-densador. A seguir, o agente refrigerante liqüefeito é distendido em um es-trangulador e resfriado e, depois, novamente alimentado ao evaporador dacirculação de bomba térmica. A energia térmica fornecida no condensador éalimentada com a água de refrigeração do reator, enriquecida com o absor-vedor de nêutrons, ao fundo do dispositivo de separação, de tal modo que aágua de refrigeração do reator circule com o absorvedor de nêutrons em umsistema de tubos do fundo do dispositivo de separação para a circulação debomba térmica e absorve a energia térmica do condensador na circulaçãode bomba térmica.
Uma bomba de vácuo gera, vantajosamente, uma pressão diver-gente da pressão ambiente no dispositivo de separação e, desse modo, nosdispositivos de separação, com o que está garantida uma pressão hidrostáti-ca divergente, particularmente menor, do que a pressão ambiente dentro dosistema.
A tarefa também é solucionada pelas características da reivindi-cação 15 como instalação nuclear, particularmente, como reator de água sobpressão, com um dispositivo para separação de um absorvedor de nêutronsde um agente refrigerante do reator, com recuperação de calor.
Outras configurações vantajosas da presente invenção evidenci-am-se das reivindicações secundárias.
A invenção é explicada mais detalhadamente a seguir, por meiode exemplos de modalidade. Nesse caso mostram, exemplificadamente,figura 1 um diagrama de ligações simplificado do dispositivo, deacordo com a invenção, com diversos trocadores de calor, unidos com a cir-culação de refrigeração da água de refrigeração;
figura 2 um diagrama de ligações simplificado do dispositivo, deacordo com a invenção, com valores de estado termodinâmicos seleciona-dos para a evaporação de água boratada, com 2200 ppm de boro como ab-sorvedor de nêutrons;
figura 3 um diagrama de ligações simplificado do dispositivo, deacordo com a invenção, com valores de estado termodinâmicos seleciona-dos, para a exclusiva desgaseificação de produto de desionização rico emoxigênio; e
figura 4 uma representação em detalhe de uma circulação debomba térmica.A figura 1 mostra um diagrama de ligações simplificado do dispo-sitivo, de acordo com a invenção 2, com três circulações de bomba térmica5, 15, 25, acopladas a uma circulação de refrigeração da água de refrigera-ção KW. De um reservatório 14 (não representado mais detalhadamente)agente refrigerante de reator RK, que contém ácido bórico, é alimentadocom uma bomba de alimentação de evaporador 21 ao dispositivo 2, sendoque o agente refrigerante de reator RK é separado nos componentes reutili-záveis, produto de desionização como agente refrigerante K e absorvedor denêutrons, na forma de solução de ácido bórico concentrado NA. No prea-quecedor 22 recuperativo, o agente refrigerante de reator RK alimentado éaquecido da temperatura do reservatório, por exemplo, 20°C de temperaturaambiente, para aproximadamente 40°C. Para aquecimento do agente refri-gerante de reator RK é usada uma parte do agente refrigerante evaporadoKD, que sai da coluna de ácido bórico 3 com 50°C. O agente refrigerante dereator RK preaquecido é depois introduzido no fundo 20 da coluna de ácidobórico 3, onde ele se mistura com a solução de ácido bórico NA ali existente,com por exemplo, 7000 ppm de boro (estado de ebulição a 50°C, 0,0125MPa (0,125 bar)). O conteúdo do fundo 20 da coluna de ácido bórico 3, a-cionado por convecção natural, circula entre o fundo 20 da coluna de ácidobórico 3 e o trocador de calor 30 da circulação de bomba térmica fechada 5de um agente refrigerante KM, sendo que pelo aquecimento da coluna deácido bórico 3, uma parte do agente refrigerante de reator RK evapora. Oagente refrigerante KM da circulação de bomba térmica 5 fechada não entradiretamente em contato com o agente refrigerante de reator RK ou o absor-vedor de nêutrons NA, mas apenas distribui no trocador de calor 39 a ener-gia térmica acumulada à coluna de ácido bórico 3.
A quantidade do agente refrigerante evaporado KD é determina-da pela potência de aquecimento da circulação de bomba térmica 5. Paraum reator de água sob pressão da classe EPR, essa potência de aqueci-mento pode perfazer, por exemplo 6600 kW, com o que é possível umaquantidade de evaporação de 2,71 kg/s. Na evaporação do agente refrige-rante de reator RK, a maior parte do ácido bórico permanece concentradacomo absorvedor de nêutrons NA no fundo 20 da coluna de ácido bórico 3(concentração de, aproximadamente, 7000 ppm de boro). A saída da partemenor do absorvedor de nêutrons NA com o vapor de agente refrigeranteKD do fundo 20 da coluna de ácido bórico 3, dá-se de acordo com os coefi-cientes de distribuição, dependentes de concentração e pressão, por exem-plo, a 10 ppm. Para redução adicional da concentração do absorvedor denêutrons NA no vapor de agente refrigerante KD, o vapor de agente refrige-rante KD é guiado de baixo para cima pela coluna de ácido bórico 3. Nessecaso, o vapor de agente refrigerante KD, na passagem de cada fundo dacoluna de ácido bórico entre em uma troca de material intensiva com o agen-te refrigerante K em ebulição, que se encontra no fundo, sendo que a con-centração do absorvedor de nêutrons NA continua a diminuir sucessivamen-te e, no final, atinge uma concentração de menos de 2 ppm.
Para manutenção do processo de troca de materiais descrito, éalimentada na cabeça da coluna de ácido bórico 3 uma corrente de retornode, por exemplo, 0,4 kg/s do produto de desionização K obtido, que é ramifi-cada no lado de pressão da bomba de produto de condensação 23. O vaporde agente refrigerante KD, que sai na cabeça da coluna de ácido bórico 3, éguiado pelo preaquecedor 22 recuperativo, onde uma parte da energia tér-mica contida é transferida para preaquecimento ao agente refrigerante dereator RK alimentado. Da saída do preaquecedor 22 recuperativo, o vaporde agente refrigerante KD continua a correr para um condensador 24. Nocondensador 24, o vapor de agente refrigerante KD é condensado pratica-mente por completo, mas não é sub-resfriado. Uma pequena quantidaderesidual do vapor de agente refrigerante KD é guiada adicionalmente paraum refrigerador de gás 26, no qual por resfriamento adicional, o vapor deagente refrigerante KD restante se precipita. O produto de condensação dorefrigerador de gás 26 e do condensador 24 é coletado como agente refrige-rante K em um recipiente de produto de condensação 27, enquanto gasesnão-condensáveis GAS são retirados com uma bomba de vácuo 6 do refri-gerador de gás 26 e reconduzidos para um sistema de gás de escapamento35.0 produto de condensação coletado no recipiente de produto de conden-sação 27 é o agente refrigerante desejado, produto de desionização K. Oproduto de desionização K é transportado com uma bomba de produto decondensação 28 para um reservatório de produto de desionização 17, ondefica à disposição para a reutilização na circulação de refrigeração do reator.
De acordo com a alimentação do ácido bórico como absorvedorde nêutrons NA com o agente refrigerante de reator RK alimentado, que con-tém boro, solução de ácido bórico NA concentrada é retirada do fundo 20 dacoluna de ácido bórico 3 com uma bomba de descarga 13 e transportadapara um reservatório de ácido bórico 18, não representado mais detalhada-mente. A quantidade retirada do absorvedor de nêutrons NA é ajustada detal modo que sempre esteja garantida uma concentração constante do ab-sorvedor de NA no fundo 20 da coluna de ácido bórico 3 e na corrente deproduto dentro do dispositivo 2,à concentração ajustada previamente de, porexemplo, 7000 ppm.
Para absorção do calor de condensação no condensador 24 e norefrigerador de gás 26, os dois dispositivos utilizam água de refrigeração KWde um sistema de água de refrigeração intermediário 16 da usina elétrica. Aágua de refrigeração KW aquece-se da temperatura do sistema de água derefrigeração intermediário 16 de, por exemplo, 36°C, pela absorção do calorde condensação no condensador 24 e no refrigerador de gás 26 para, porexemplo, 46°C e é reunida em um coletor de água de refrigeração 7. Comuma bomba de circulação de água de refrigeração 12, a água de refrigera-ção KW é transportada do coletor de água de refrigeração 7, através de umdistribuidor de retorno 8, através do trocador de calor 38, novamente de voltapara um distribuidor de avanço 9. O trocador de calor 38 é parte integranteda circulação de bomba térmica 5, à qual também pertencem o trocador decalor 39, o compressor 37 e o estrangulador 40. Na figura 1 está representa-do um diagrama de ligações simplificado no desenho da circulação de bom-ba térmica 5. Na figura 4, a circulação de bomba térmica 5 está destacada,mais uma vez, de modo ampliado e mais detalhado, sendo que, secundari-amente, só estão representadas as ligações de linha nos dois trocadores decalor 38 e 39, mas não a ligação dos mesmos com a circulação de agenterefrigerante ou a circulação do evaporador do dispositivo de separação 3.
No evaporador da circulação de bomba térmica 5, a água de re-frigeração KW distribui a energia térmica absorvida no concensador 24 e/ouno refrigerador de gás 26 ao agente DE refrigeração KM no lado primário dotrocador de calor 38, dentro da circulação de bomba térmica 5. O agente DErefrigeração K, que corre no outro lado da circulação de bomba térmica 5, dofundo 20 da coluna de ácido bórico 30 absorve no trocador de calor 39 a e-nergia térmica do vapor de agente refrigerante KMD, comprimido pelo com-pressor 37 e, desse modo, de temperatura mais alta. O agente refrigeranteK, que circula entre o fundo 20 da coluna de ácido bórico 3 e o trocador decalor 39, é aquecido adicionalmente e evaporado e é reconduzido à colunade ácido bórico 3 como mistura de agente refrigerante/vapor de agente refri-gerante K/KD. A água de refrigeração KW esfria pela descarga de calor notrocador de calor 38, da temperatura mais alta (46°C) para a temperatura(36°C) do sistema de água de refrigeração intermediário 16. A água de refri-geração KW é depois alimentada novamente do distribuidor de avanço 9 aocondensador 24 e ao refrigerador de gás 26, para a condensa-ção/refrigeração do vapor de agente refrigerante KD da coluna de ácido bó-rico 3. Portanto, é formada uma circulação de água de refrigeração, com aqual a energia térmica, que sai com o vapor de agente refrigerante KD nacabeça de coluna da coluna de ácido bórico, é transportada para o fundo 20da coluna de ácido bórico 3 através de duas circulações fechadas - a circu-lação de refrigeração da água de refrigeração KW e a circulação de bombatérmica 5, com o agente refrigerante KM.
Como o trocador de calor 38 ou a circulação de bomba térmica 5não consegue retirar completamente da água de refrigeração KW, a energiatérmica absorvida no condensador 24 e/ou no refrigerador de gás 26, umapequena quantidade de água de refrigeração KW do sistema de água derefrigeração intermediário 16 da usina elétrica corre continuamente para acirculação de água de refrigeração, descrita acima, através do distribuidor deavanço 9. A mesma quantidade de água de refrigeração é fornecida, a umatemperatura aumentada correspondentemente, do distribuidor de retorno 8novamente ao sistema de água de refrigeração intermediário 16. Para ajustedessa corrente de água de refrigeração, serve uma válvula reguladora deágua de refrigeração 19. A energia térmica descarregada desse modo é me-nor do que a potência elétrica do compressor 37 da circulação de bombatérmica 5, que é alimentada ao dispositivo 2 como energia térmica útil. A di-ferença entre a energia térmica útil alimentada eletricamente e a energiatérmica descarregada com a água de refrigeração KW corresponde ao a-quecimento do agente de refrigeração K e ao aquecimento da solução deácido bórico concentrada como absorvedor de neutrons nos reservatórios17, 18, em relação à temperatura do agente refrigerante de reator RK, quecontém boro, alimentado do reservatório de agente refrigerante de reator 14.
Na circulação de bomba térmica 5, o agente refrigerante KM éevaporado por meio da energia térmica absorvida da circulação da água derefrigeração KW e, sob aumento de temperatura é comprimido adicionalmen-te pelo compressor 37, de modo que o vapor de agente refrigerante KMDtransfere, novamente a energia térmica através do trocador de calor 39 àsolução de ácido bórico concentrada, em ebulição, circulante, no fundo 20da coluna de ácido bórico 3. O compressor 37 é uma bomba térmica decompressor, hermeticamente fechada, acionada eletricamente. No evapora-dor da circulação de bomba térmica 5, portanto, no trocador de calor 38, oagente refrigerante KM, de preferência, tetrafluoretano, é evaporado pelaenergia térmica transferida pela água de refrigeração KW, a uma temperatu-ra constante. No condensador da circulação de bomba térmica 5, portanto,no trocador de calor 39 o agente refrigerante evaporado KMD é condensado- pelo lado primário e, ao mesmo tempo - pelo lado secundário - é evapo-rado o agente refrigerante de reator K, que contém boro, conduzido na circu-lação de evaporador 36.
No evaporador da circulação de bomba térmica 5, portanto, notrocador de calor 38, opcionalmente, o agente refrigerante evaporado KMDainda é ligeiramente sobreaquecido. O compressor 37 da circulação debomba térmica 5 aspira o vapor de agente refrigerante KMD produzido noevaporador, comprime o mesmo, sob aumento de temperatura e transporta oagente refrigerante evaporado KMD para o condensador da circulação debomba térmica 5, portanto, para o trocador de calor 39. O agente refrigeran-te evaporado KMD está superaquecido, nesse caso. O agente refrigeranteevaporado KMD, por resfriamento até o estado de saturação, distribui ener-gia térmica para aquecimento da solução de ácido bórico como absorvedorde nêutrons NA no fundo 20 da coluna de ácido bórico 3. Nesse caso, a dis-tribuição de calor dá-se por condensação do agente refrigerante evaporadoKMD, à temperatura constante, e subsequente sub-resfriamento ligeiro doagente refrigerante líquido KM. O processo de circulação da bomba térmicaé completado quando o agente refrigerante KM escoa através de um estran-gulador 40 para o evaporador, isto é, o trocador de calor 38, da circulação debomba térmica 5. Pela descarga de calor no trocador de calor 39, a tempera-tura do agente refrigerante KM desce até o ponto em que no evaporador dacirculação de bomba térmica 5, portanto, no trocador de calor 38, é nova-mente absorvida energia térmica da água de refrigeração KW.
Para o processo de acordo com a invenção é necessário apenasum aumento de pressão relativamente pequeno do agente refrigerante eva-porado KMD, de aproximadamente 0,6 MPa até quase 2,0MPa (6 até quase20 bars), pelo compressor 37 da circulação de bomba térmica 5. Conse-quentemente, o processo de bomba térmica - dependendo do modelo decompressor - pode obter um índice de potência s > 6 muito bom. Esse índicede potência s significa que só menos do que um sexto da energia térmicanecessária para a coluna de ácido bórico 3 precisa ser alimentado por po-tência elétrica através do compressor 37 da circulação de bomba térmica 5,enquanto os mais de cinco sextos restantes da energia térmica necessáriapodem ser retirados da água de refrigeração KW do sistema de água de re-frigeração intermediário 16.
Para o caso da distribuição do produto de desionização obtido dainstalação de evaporação de ácido bórico 3, 20 a 28, como agente refrige-rante K da instalação nuclear 1, por exemplo, por razões da redução da con-centração de trítio, adicionalmente ao processo de separação descrito aci-ma, ainda é necessária uma desagaseificação na instalação de desgaseifi-cação 29 a 31 que pertence ao dispositivo de separação 2 de acordo com ainvenção. Com a bomba de produto de condensação 23, o agente refrigeran-te K é transportado para a cabeça da coluna de desgaseificação 30 e ali-mentado acima da guarnição de corpo de enchimento 31. Na coluna de des-gaseificação 30, bem como na coluna de ácido bórico 3, é ajustada umapressão de 0,0125 MPa (0,125 bar) absoluto, com ajuda da bomba de vácuo6. O agente refrigerante K alimentado do recipiente de produto de conden-sação 27 tem uma temperatura de praticamente 50°C e encontra-se, portan-to, no estado de ebulição, quando ele corre de cima para baixo pela guarni-ção de corpo de enchimento na coluna de desgaseificação 30. No fundo 29da coluna de desgaseificação 30 está ligado através de uma circulação deevaporador 36' um trocador de calor 39,
disposto no lado secundário em uma circulação de bomba térmi-ca 15, que evapora uma parte do agente refrigerante K desgaseifiçado, cole-tado no fundo, por alimentação de calor da circulação de bomba térmica 15fechada.
A parte do agente refrigerante K evaporada no fundo 29 corres-ponde a cerca de 3% a 5% da carga de agente refrigerante pela instalaçãode desgaseificação 30. O vapor de agente refrigerante KD gerado sobe pelacoluna de desgaseificação 30 e na guarnição de corpo de enchimento 31entra em troca de material intensiva com o agente refrigerante K que correpara baixo, com o que ocorre o efeito de desgaseificação desejado. O vaporde agente refrigerante KD que sai na cabeça da coluna de desgaseificação30 chega a um condensador de retorno 32. No condensador de retorno 32,ele é condensado praticamente por completo e, nesse caso é sub-refrigerado - se de todo - apenas ligeiramente. Uma quantidade residual pe-quena do vapor de agente refrigerante KD é conduzida adicionalmente paraum refrigerador de gás 33, sendo que no refrigerador de gás 33 precipita-se,por resfriamento adicionalmente, o vapor de agente refrigerante KD restante.
O produto de condensação do refrigerador de gás 33 e do condensador deretorno 32 corre de volta por gravitação para a cabeça da coluna de desga-seificação 30, enquanto gases não-condensáveis GAS são retirados do re-frigerador de gás 33 com a bomba de vácuo 6 e são conduzidos adicional-mente ao sistema de gás de escapamento 35.
Para absorção do calor de condensação no condensador de re-torno 32 e no refrigerador de gás 33 água de refrigeração KW é guiada pelocondensador de retorno 32 e o refrigerador de gás 33 do sistema de água derefrigeração intermediário 16 da instalação nuclear 1. A água de refrigeraçãoKW aquece-se, nesse caso, por exemplo, de 36°C para 46°C. O agente re-frigerante K desgaseificado, coletado no fundo 29 da coluna de desgaseifi-cação 30 é transportado com uma bomba de descarga de desgaseificação34 para um coletor de águas de descarga 17 correspondente, não represen-tado, do qual é descarregado da instalação nuclear 1, depois de controlecorrespondente.
A energia térmica necessária para a evaporação parcial da águade refrigeração K desgaseificada é posta à disposição pela circulação debomba térmica 15, que, por sua vez, utiliza a água de refrigeração KW comofonte de calor, que sai do condensador de retorno 32 e do refrigerador degás 33 com uma temperatura de, por exemplo, 46°C e é reunida no coletorde água de refrigeração 7. Exatamente como no caso descrito acima da ins-talação de evaporação de ácido bórico 3, uma circulação de água de refrige-ração fechada é operada com uma bomba de circulação de água de refrige-ração 12, com a qual a energia térmica, que sai com o vapor de agente refri-gerante KD na cabeça de coluna da coluna de desgaseificação 30, é trans-portada na circulação de bomba térmica 15 no fundo 29 da coluna de des-gaseificação 30. Como também na coluna de desgaseificação 30, o trocadorde calor 38' não consegue retirar completamente da água de refrigeraçãoKW a energia térmica absorvida pelo condensador de retorno 32 e pelo refri-gerador de gás 33, uma pequena quantidade de água de refrigeração Kw dosistema de água de refrigeração intermediário 16 da instalação nuclear 1 éalimentada continuamente à circulação de água de refrigeração através dodistribuidor de avanço 9. A mesma quantidade da água de refrigeração KW énovamente distribuída, a uma temperatura aumentada de modo correspon-dente, pelo distribuidor de retorno 8 ao sistema de água de refrigeração in-termediário 16. Para ajuste dessa corrente de água de refrigeração serve aválvula de regulagem 19. A energia térmica descarregada desse modo cor-responde à potência elétrica do compressor 37' da segunda circulação debomba térmica 15.
A circulação de bomba térmica 5 fechada 15 funciona do mesmomodo como a circulação de bomba térmica fechada, pertencente à instala-ção de evaporação de ácido bórico 3. As temperaturas, pressões e, conse-quentemente, o índice de potência s são, de preferência, os mesmos comona primeira circulação de bomba térmica 5. A potência elétrica necessária,porém, é muito menor, devido à quantidade menor do agente refrigerante Ka ser evaporado.
Um processo semelhante é usado para pôr à disposição agenterefrigerante K novo, contendo oxigênio, para o sistema de refrigeração.Quando o balanço do agente refrigerante da instalação nuclear 1 precisa sercompletado, o novo agente refrigerante K é retirado de um sistema de distri-buição de produto de desionização. O agente refrigerante K obtido não estálivre de oxigênio, no caso normal, e, portanto, precisa ser desgaseificadoantes da utilização. Isso ocorre na coluna de desgaseificação 30 descritaacima. O agente refrigerante K do sistema de distribuição de produto de de-sionização tem, por exemplo, uma temperatura ambiente média de 20°C e,portanto, precisa ser preaquecido, antes de poder ser alimentado à colunade desgaseificação 30, para a temperatura de processo de 50°C - no casode uma pressão de 0,0125 MPa (0,125 bar) absoluto. Isso ocorre de acordocom a invenção em uma outra circulação de bomba térmica 25, cujo trocadorde calor 39", que funciona como condensador de agente refrigerante, trans-mite a energia térmica ao produto de desionização K fresco. A terceira circu-lação de bomba térmica 25 utiliza como fonte de calor a água de refrigera-ção KW, que é conduzida do distribuidor de avanço 9, através do condensa-dor 24, do refrigerador de gás 26, do condensador de retorno 32 e do refrige-rador de gás 33 ao coletor de água de refrigeração 7 e depois transportadocom a bomba de circulação de água de refrigeração 12, através do distribui-dor de retorno 8 e do evaporador de agente refrigerante (trocador de calor38") da terceira circulação de bomba térmica 25, de volta para o distribuidorde avanço 9. O trocador de calor 38" , nesse caso, inicialmente não absorvea energia térmica absorvida simultaneamente pelo trocador de calor 38' dacoluna de desgaseificação 30, do condensador de retorno 32 e do refrigera-dor de gás 33.
Mas, como essa energia térmica residual do condensador de re-torno 32 e do refrigerador de gás 33 não é suficiente para suprir a energiatérmica necessária no evaporador da circulação de bomba térmica 25, a vál-vula de regulagem 19 é fechada e através de uma segunda válvula de regu-lagem de água de refrigeração 10, uma quantidade correspondente da águade refrigeração KW do retorno de água de refrigeração aquecida do sistemade água de refrigeração 16 da instalação nuclear 1 é conduzida ao coletorde água de refrigeração 7. A quantidade correspondente de água de refrige-ração KW resfriada nos trocadores de calor 38' e 38" é distribuída através dodistribuidor de avanço 9 ao avanço de água de refrigeração do sistema deágua de refrigeração intermediário 16 da instalação nuclear 1. Desse modo,é garantido um bom índice de potência s das bombas térmicas 25 e 15. Nes-se modo de operação, nenhuma energia térmica do dispositivo 2 de acordocom a invenção é transferida pelo sistema de água de refrigeração interme-diário 16 da instalação nuclear 1 ao ambiente, mas, inversamente, energiatérmica, que se origina de outros consumidores de água de refrigeração li-gados ao sistema de água de refrigeração, é transferida ao produto de desi-onização fresco como agente refrigerante K do sistema de distribuição deproduto de desionização da instalação nuclear 1, sendo que o produto dedesionização fresco é depois alimentado como agente de refrigeração K,com a temperatura mais alta de 50°C, ao balanço de agente refrigerante dainstalação nuclear 1.
A instalação de evaporador de ácido bórico de vácuo e instalaçãode desgaseificação 30 de acordo com a invenção, com recuperação de calorpor circulações de bomba térmica fechadas, são operadas com ajuda dedispositivos elétricos e condutores correspondentes, de modo quase total-mente automático. Aos dispositivos condutores pertencem, particularmente,pontos de medição para detecção de valores de estado, tal como, por exemplo, do agente refrigerante de reator RK, do agente refrigerante K ou da água de refrigeração KW, nas partes de sistema individuais. Além disso, esses circuitos de regulagem servem para o controle contínuo e ajuste de parâmetros individuais para valores teóricos predeterminados, tal como, por exemplo, o controle para o procedimento gradual na entrada em funcionamento do dispositivo de separação 2, da parada para a operação estacionaria e na saída de funcionamento, da operação estacionaria para a parada.
Os pontos de medição detectam, particularmente, pressão, temperatura, passagem de agente refrigerante, nível de enchimento, concentração de ácido bórico, bem como outros parâmetros nas partes de instalaçãoindividuais. Eles são definidos individualmente, na dependência da modalidade da instalação 2 de acordo com a invenção e do tipo de construção e da disposição das partes de instalação. Os circuitos de regulagem baseiam-se, particularmente, nos seguintes valores de estado, que são detectados pormeio dos valores de medição e regulados com o elemento de ajuste correspondente:
a) Valor de estado: quantidade do absorvedor de nêutrons NA (ácido bórico) na circulação de evaporador da coluna de ácido bórico; valor de medição: nível de enchimento no fundo 20 da coluna de ácido bórico 3;elemento de regulagem: válvula de regulagem de passagem na tubulação deadmissão de água boratada 11;
b) Valor de estado: concentração de boro do absorvedor de nêutrons Na; valor de medição: concentração de boro no fundo 20 da coluna de ácido bórico 3; válvula de regulagem de passagem na tubulação de escoamento de ácido bórico 4;
c) Valor de estado: pressão de serviço na coluna de ácido bórico3 e da coluna de desgaseificação 30; valor de medição: pressão na tubulação de gás de escapamento para a bomba de vácuo 6; elemento de ajuste: válvula de regulagem de bypass na instalação de bomba de vácuo 6 (nãorepresentada no diagrama de ligação térmica);
d) Valor de estado: escoamento de produto de desionização dodispositivo de separação 3; valor de medição: nível de enchimento na colunade produto de condensação 27; elemento de ajuste: válvula de regulagem depassagem na tubulação de escoamento de produto de condensação para oreservatório 17;
e) Valor de estado: quantidade de agente refrigerante K na circu-lação de evaporador da coluna de desgaseificação 30; valor de medição:nível de enchimento no fundo 20 da coluna de desgaseificação 30; elementode ajuste: válvula de regulagem de passagem na tubulação de escoamentode desgaseificação 34;
f) Valor de estado: temperatura de admissão da fonte de calorpara as bombas térmicas 5, 15, 25; valor de medição: temperatura no distri-buidor de retorno de água de refrigeração 8; elemento de ajuste; válvula deregulagem de passagem 19 no distribuidor de retorno de água de refrigera-ção 8 ou válvula de regulagem de passagem 10 para o coletor de água derefrigeração 7.
As circulações fechadas das bombas térmicas 5, 15, 55 consis-tem, em cada caso, nos componentes principais evaporador, compressor,condensador e um estrangulador. Os mesmos formam, em conjunto, umacirculação de bomba térmica fechada, de uma escala, sendo que o agenterefrigerante KM que circula na circulação de bomba térmica não entra emcontato com o agente refrigerante de reator RK ou o absorvedor de nêutronsNA no fundo 20, 29 dos dispositivos de separação 3, 30. Os trocadores decalor nas bombas térmicas 5, 15, 25 são realizados, de preferência, tal co-mo, por exemplo, nos conjuntos de água fria usuais, como trocadores decalor de feixes de tubos. Como o condensador na coluna de ácido bóricocontém agente refrigerante de reator RK radioativo, no lado do processo, ocondensador da primeira bomba térmica 5, por razões de proteção contraradiação, é disposto separadamente dos outros componentes. Para os com-pressores dos trocadores de calor 5, 15, 25 é particularmente vantajoso umtipo de construção hermético ou semi-hermético, uma vez que, nesse caso,o calor de perda do motor de acionamento possa ser usado diretamente co-mo calor de processo e, desse modo, seja obtida a máxima possível do índi-ce de potência s. Tanto turbocompressores como também compressoreshelicoidais estão disponíveis com esse tipo de construção hermético ou se-mi-hermético, particularmente favorável. Além disso, eles oferecem a vanta-gem de que a lubrificação está integrada no agregado fechado dos trocado-res de calor ou, no caso de disposição sem contato, uma lubrificação não énecessária. Além dos compressores herméticos ou semi-herméticos, tam-bém máquinas de acionamento refrigeradas à água, situadas externamente,podem ser bem integradas no sistema, uma vez que também nos mesmos, ocalor de escapamento do motor, através das bombas térmicas 5, 15, 25 e ascirculações do agente refrigerante KM, pode ser tornado útil como fonte decalor para o processo de acordo com a invenção.
A bomba de vácuo 6, para baixar a pressão nas colunas 3, 30 enos evaporadores das circulações de bomba térmica fechadas, está forma-da, vantajosamente, como compressor de anel para água, na forma de umamáquina tubular de desintegração ou como compressor acoplado magneti-camente com o motor de acionamento externo.
O ajuste da pressão para 0,0125 MPa (0,125 bar) e, desse modo,para uma temperatura de processo de 50°C, tem vantagens importantes. Oagente refrigerante de reator RK a ser separado é alimentado dos reservató-rios com uma temperatura que, dependendo da duração do tempo de arma-zenamento, situa-se entre 20°C e 50°C, a uma coluna de ácido bórico 3. Auma temperatura de processo de 50°C, por conseguinte, só é necessárioainda um pequeno aquecimento da água até atingir o estado de ebulição.Para que os produtos obtidos no processo de separação, caso necessário,possam ser novamente alimentados à circulação de refrigeração do reator,produto de desionização, como agente refrigerante K e solução de ácido bó-rico, como absorvedor de nêutrons NA, eles precisam ter uma temperaturade aproximadamente 50°C. Quando a temperatura do processo de separa-ção já perfaz 50°C, não é mais necessário um resfriamento adicional. Para arecuperação do calor de processo com uma bomba térmica 5, 15, 25, umnível de temperatura de cerca de 30 a 50°C no lado da fonte de calor e dequase 50°C, no lado do consumo e calor, é particularmente vantajoso, por-que, desse modo, é possível a utilização de um agente refrigerante KM efici-ente e que pode ser manuseado sem problemas, tal como, por exemplo, te-trafluoretano, na circulação de bomba térmica não-radioativa, fechada. Apequena diferença de temperatura entre lado de utilização de calor e de fon-tes de calor, produz, além disso, um rendimento grande e, com isso, umapotência elétrica pequena a ser usada.
A figura 2 mostra um diagrama de ligações simplificado do dispo-sitivo 2 de acordo com a invenção, com os respectivos valores de estadotermodinâmicos para a evaporação de água boratada (agente refrigerante dereator RK), com 2000 ppm de boro como absorvedor de nêutrons NA. Noestado de serviço estacionário, o dispositivo 2 apresenta uma pressão de0,0125 MPa (0,125 bar) absoluto e a temperatura de processo ajusta-se,consequentemente, em 50°C. O rendimento do dispositivo de separação 2perfaz 2,31 kg/s = 8,3 Mg/h de produto de desionização como agente refrige-rante K, o que correspondente ao rendimento projetado, por exemplo, parausinas nucleares de EPR. A circulação de bomba térmica 5 na coluna deácido bórico 3 necessita de uma potência elétrica de aproximadamente 1100KW.
O agente refrigerante de reator RK é guiado de um reservatóriode agente refrigerante de reator 14, através do preaquecedor recuperativo22, para a coluna de ácido bórico 2. No preaquecedor recuperativo 22, o a-gente refrigerante de reator RK alimentado é aquecido da temperatura noreservatório, por exemplo, 20°C, para aproximadamente 40°C. Para aqueci-mento é usada uma parte do vapor de agente refrigerante KD, que sai dacoluna de ácido bórico 3 com 50°C.
O agente refrigerante de reator RK preaquecido é subseqüente-mente introduzido no fundo 20 da coluna de ácido bórico 3, onde ele se mis-tura com a solução de ácido bórico NA ali existente. O conteúdo do fundo 20da coluna de ácido bórico 3 circulada acionada pela alimentação de calor dacirculação de bomba térmica 5 fechada. A quantidade do agente refrigeranteKD evaporada na coluna de ácido bórico é determinada pela potência deaquecimento da circulação de bomba térmica 5. O agente refrigerante KM ouo agente refrigerante evaporado KMD dentro da circulação de bomba térmi-ca 5 fechada está indicado pelas referências abreviadas de mesmo teor. Atransferência de calor da circulação de bomba térmica 5 à circulação de fun-do 36 da coluna de ácido bórico 3 dá-se no condensador 39 formado comorecuperador. O agente refrigerante KM ou o vapor de agente refrigeranteKMD das circulações de bomba térmica 15, 25, não usadas na figura 2, nãoestão inscritos.
Na evaporação, a maior parte do ácido bórico permanece comoabsorvedor de nêutrons NA no fundo 20 da coluna de ácido bórico 3. A saídado absorvedor de nêutrons NA do fundo 20 da coluna de ácido bórico 3 dá-se com concentração constante do ácido bórico (regulada com a corrente dequantidade de escoamento). O absorvedor de nêutrons NA é depois condu-zido a um reservatório 18. O produto de desionização (agente refrigeranteK), distribuído através do condensador 24, do recipiente de produto de con-densação 27 e da bomba de produto de condensação 28, a um reservatório17, tem uma concentração de boro residual muito pequena, que se ajusta deacordo com os coeficientes de distribuição, dependentes de pressão e tem-peratura, nos estágios de separação do dispositivo de separação 3.
A circulação da água de refrigeração KW está em contato térmicocom o trocador de calor 38, o condensador 24 e o refrigerador de gás 26 e éoperado através do distribuidor de avanço 9, do coletor de água de refrigera-ção 7, da bomba de circulação de água de refrigeração 12 e do distribuidorde retorno 8. Uma pequena parte da passagem é trocada através do avançoou do retorno do sistema de refrigeração intermediário 16 com o mesmo.
A figura 3 mostra um diagrama de ligações simplificado do dispo-sitivo 2 de acordo com a invenção com os respectivos valores de estadotermodinâmicos para a desgaseificação de produto de desionização rico emoxigênio como agente refrigerante K. Nesse caso, o sistema de água de re-frigeração intermediário 16 é usado como fonte de calor para o processo depreaquecimento, que ocorre na bomba térmica 25, do agente refrigerante K,que contém oxigênio.
O agente refrigerante KM ou o agente refrigerante evaporadoKMD está indicado pelas referências abreviadas correspondentes dentro dascirculações de bomba térmica 15 ou 25. A transferência de calor da circula-ção de água de refrigeração intermediária à circulação de bomba térmica 15ou 25 dá-se no evaporador 38' ou 38", formado como recuperador. O agenterefrigerante KM e o vapor de agente refrigerante KMD da circulação debomba térmica 5 não usada no exemplo de modalidade da figura 3 não es-tão inscritos.
O agente refrigerante K que contém oxigênio, necessário, parti-cularmente, para completar o agente refrigerante de reator RK, é desgaseifi-cado na coluna de desgaseificação 30. Da temperatura do sistema de distri-buição de produto de desionização (20°C), o agente refrigerante K que con-tém oxigênio precisa ser preaquecido para a temperatura de processo de50°C, antes da alimentação à coluna de desgaseificação 30. Isso se dá pormeio da terceira bomba térmica 25, cujo condensador transfere a energiatérmica necessária ao produto de desionização fresco K. A terceira bombatérmica 25 usa como fonte de calor a água de refrigeração KW, que é guiadado distribuidor de avanço 9, através do condensador 24, do refrigerador degás 26, do condensador de retorno 32, para o coletor de água de refrigera-ção 7 e depois é transportada de volta para o distribuidor de avanço 9 com abomba de circulação de água de refrigeração 12, através do distribuidor deretorno 8 e do evaporador da terceira bomba térmica 25. O trocador de calor38" absorve, nesse caso, primeiramente, a energia térmica do condensadorde retorno 32 e do refrigerador de gás 33, não absorvida pelo trocador decalor 38', que funciona ao mesmo tempo, da coluna de desgaseificação 30.Mas, como essa energia térmica residual do condensador de retorno 32 e dorefrigerador de gás 33 não é suficiente para suprir a energia térmica neces-sária no evaporador da circulação de bomba térmica 25, a válvula de regula-gem 19 é fechada e, através de uma segunda válvula de regulagem de águade refrigeração 10, uma quantidade correspondente da água de refrigeraçãoKW do sistema de água de refrigeração intermediário 16 aquecido da insta-lação nuclear 1 é conduzida ao coletor de água de refrigeração 7. A quanti-dade correspondente de água de refrigeração KW resfriada nos trocadoresde calor 38' e 38" é distribuída através do distribuidor de avanço 9 no avançode água de refrigeração, com uma temperatura de 46°C para o sistema deágua de refrigeração intermediário 16 da instalação nuclear 1.Listagem de Referências
1 instalação nuclear
2 dispositivo para separação de um absorvedor de nêutrons
3 dispositivo de separação na forma de uma coluna de ácido bórico
4 tubulação de escoamento de ácido bórico
5 primeira circulação de bomba térmica
6 bomba de vácuo
7
coletor de água de refrigeração
8 distribuidor de retorno
9 distribuidor de avanço
10 segunda válvula de regulagem de água de refrigeração
11 tubulação de admissão de ácido bórico
12 bomba de circulação de água de refrigeração
13 bomba de descarga para absorvedor de nêutrons
14 reservatório de agente refrigerante de reator
15 segunda circulação de bomba térmica
16 sistema de água de refrigeração intermediário
17 reservatório de produto de desionização
18 depósito de ácido bórico
19 válvula de regulagem de água de refrigeração
20 fundo do dispositivo de separação 3
21 bomba de alimentação do evaporador
12 preaquecedor recuperativo
23 bomba de produto de condensação
24 condensador
25 terceira circulação de bomba térmica
26 refrigerador de gás
27 recipiente de produto de condensação
28 bomba de produto de condensação29 fundo do dispositivo de separação 30
30 dispositivo de separação na forma de uma coluna de desgaseifica-ção
31 guarnição de corpo de enchimento
32 condensador de retorno
33 refrigerador de gás
34 bomba de descarga do desgaseificador
25 sistema de gás de escapamento para recebimento de gases não-condensáveis
36 circulação do fundo / circulação do evaporador
37 compressor
38 trocador de calor (evaporador de agente refrigerante)
39 trocador de calor (condensador de agente refrigerante)
40 estrangulador
GAS gás não-condensável / oxigênio
K agente refrigerante
KD agente refrigerante (de reator) evaporado
KM agente refrigerante
KMD vapor de agente refrigerante
KW água de refrigeração
NA absorvedor de nêutrons
RK agente refrigerante de reator que contém boro (K+NA)
Claims (15)
1. Processo para separação de um absorvedor de nêutrons (NA)de um agente refrigerante de reator (RK) de uma instalação nuclear (1),sendo que o agente refrigerante de reator (RK) evapora por aquecimento emum dispositivo de separação (3) e o agente refrigerante evaporado é descar-regado separadamente do absorvedor de nêutrons (NA) não-evaporado dodispositivo de separação (3), caracterizado pelo fato de que do agente refri-gerante evaporado (KD) é retirada, pelo menos parcialmente, a energia tér-mica e distribuída a uma circulação de refrigeração com uma água de refri-geração (KW), sendo que por pelo menos uma circulação de bomba térmica(5, 15, 25), acoplada à circulação de refrigeração com a água de refrigera-ção (KW), energia térmica é retirada da circulação de refrigeração e posta àdisposição para outras etapas de processo.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a energia térmica acumulada no agente refrigerante evaporado(KD) é alimentada, pelo menos parcialmente, por meio de pelo menos umcondensador (24) e/ou pelo menos um refrigerador de gás (26), à circulaçãode refrigeração da água de refrigeração (KW).
3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que a circulação de bomba térmica (5, 15, 25) compreende umtrocador de calor (38) unido termicamente com o dispositivo de separação(3), e um compressor (37), sendo que na circulação de bomba térmica (5,15, 25) é conduzido um agente refrigerante (KM), e sendo que a energia tér-mica retirada no trocador de calor (38) da circulação de refrigeração da águade refrigeração (KW), depois de um aumento do nível de temperatura com ocompressor (37) é usada no dispositivo de separação (3) para evaporaçãodo agente refrigerante de reator (RK) e/ou em um dispositivo de separação(30), para desgaseificação do agente refrigerante (K).
4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelofato de que o agente refrigerante (KM) evapora em um trocador de calor(38), que funciona como evaporador para o agente refrigerante (KM), e oagente refrigerante evaporado (KMD) é comprimido, sob aumento de tempe-ratura, em um compressor (37), sendo que, subseqüentemente, o agenterefrigerante evaporado (KMD) é liqüefeito, sob liberação de calor, em umtrocador de calor (39), que funciona como condensador para o agente refri-gerante (KMD), e, finalmente, com a pressão reduzida através de um es-trangulador (40), é novamente alimentado ao trocador de calor (38), que fun-ciona como evaporador para o agente refrigerante (KM).
5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a circulação de refrigeração da água derefrigeração (KW) é unida a um sistema de água de refrigeração intermediá-rio (16) da instalação nuclear (1) para uma circulação de refrigeração não-radioativa, fechada.
6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a energia térmica, que pode ser retirada dacirculação de refrigeração da água de refrigeração (KW) por meio da circula-ção de bomba térmica (5, 15, 25), também pode ser usada para outras eta-pas de processo, particularmente, para aumento da temperatura de outrosdispositivos de separação (30) e/ou para aquecimento do agente refrigerante(K) em um preaquecedor de água adicional.
7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que por uma bomba de vácuo (6) é gerada umapressão divergente da pressão ambiente no dispositivo de separação (2) e,particularmente, dentro dos dispositivos de separação (3, 30).
8. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelofato de que pela bomba de vácuo (6) é gerada uma pressão hidrostáticamais baixa em comapração com a pressão ambiente, de, particularmente,-0,0125 MPa (0,125 bar), nos dispositivos de separação (3, 30).
9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que um gás não-condensável (GAS) no con-densador (24) e/ou no refrigerador de gás (28) é pelo menos parcialmenteseparado do agente refrigerante evaporado (KD) e alimentado a um sistemade gás de escapamento (35).
10. Dispositivo (2) para separação de um absorvedor de nêutrons(NA) de um agente refrigerante de reator (RK) de uma instalação nuclear (1),com um dispositivo de separação (3) para evaporação do agente refrigerantede reator (RK) e uma descarga separada do agente refrigerante evaporado(KD) do absorvedor de nêutrons (NA) não-evaporado, caracterizado pelofato de que um elemento térmico (24, 26) retira, pelo menos parcialmente, aenergia térmica do agente refrigerante evaporado (KD) e distribui o mesmo auma circulação de refrigeração com uma água de refrigeração (KW), sendoque pelo menos uma circulação de bomba térmica (5, 15, 25), acoplada nacirculação de refrigeração com uma água de refrigeração (KW), na qual umagente refrigerante (KM) está conduzido em uma circulação fechada, retiraenergia térmica da circulação de refrigeração e põe a mesma à disposiçãopara outras etapas de processo (KM).
11. Dispositivo (2) de acordo com a reivindicação 10, caracteri-zado pelo fato de que pelo menos um preaquecedor recuperativo (22) e/oupelo menos um condensador (24) e/ou pelo menos um refrigerador de gás(26) transfere para a circulação de refrigeração da água de refrigeração(KW) a energia térmica do agente refrigerante (KD), sendo que a circulaçãode bomba térmica (5, 15, 25) retira novamente a energia térmica da água derefrigeração (KW), e a energia térmica recuperada desse modo, novamentetornada útil pelo uso de trabalho mecânico, é posta à disposição do disposi-tivo de separação (3), para evaporação do agente refrigerante de reator (RK)e/ou de um dispositivo de separação (30), para desgaseificação do agenterefrigerante (K).
12. Dispositivo (2) de acordo com a reivindicação 10 ou 11, ca-racterizado pelo fato de que uma bomba de vácuo (6) gera uma pressão hi-drostática divergente da pressão ambiente no dispositivo de separação (2) e,desse modo, nos dispositivos de separação (3, 30).
13. Dispositivo (2) de acordo com qualquer uma das reivindica-ções 10 a 12, caracterizado pelo fato de que o agente refrigerante (KM) nacirculação de bomba térmica (5, 15, 25) evapora em um trocador de calor(38), que funciona como evaporador para o agente refrigerante (KM), e oagente refrigerante evaporado (KMD) é comprimido, sob aumento de tempe-ratura, em um compressor (37), sendo que, subseqüentemente, o agenterefrigerante evaporado (KMD) é liqüefeito, sob liberação de calor, em umtrocador de calor (39), que funciona como condensador para o agente refrigerante (KMD), e, sendo que o agente refrigerante (KM) novamente liquefeito é subseqüentemente descarregado de pressão através de um estrangula-dor (40), e, finalmente, novamente alimentado ao trocador de calor (38), quefunciona como evaporador.
14. Dispositivo (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, com meios para realização do processo como definido em uma das reivindicações 1 a 9.
15. Instalação nuclear, particularmente, um reator de água depressão, com um dispositivo (2) para separação de um absorvedor de nêutrons (NA) de um agente refrigerante de reator (RK) de uma instalação nuclear (1) como definido em qualquer uma das reivindicações 10 a 14.
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