IT8612468A1

IT8612468A1 - Blocco reattore di un reattore veloce per evacuazione in circolazione naturale della potenza residua del nocciolo

Info

Publication number: IT8612468A1
Application number: ITGE1986A012468A
Authority: IT
Original assignee: Ansaldo Spa
Priority date: 1986-04-21
Filing date: 1986-04-21
Publication date: 1987-10-21
Also published as: JPS6312992A; GB8709415D0; FR2601178A1; IT1189748B; GB2189339B; DE3713140A1; FR2601178B1; IT8612468A0; GB2189339A; BE1000462A4

Description

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Descrizione dell? invenzione industriale dal titolo! "Blocco reattore di un reattore veloce per l?evacuazione in circolazione naturale della potenza f residua del nocciolo?. **?? di propriet? della ANSALDO S.p.A., di nazionalit? .???.. italiana con sede a Genova, piazza Carignano, 2.

INVENTORE: Luciano CINOTTI.

Depositata in data! 2 ] APR 1BQ6

RIASSUNTO 12468 A/ 86

L* invenzione si riferisce ad una soluzione di blocco reattore di un reattore veloce con scambiatori sodio-sodio dei circuiti di evacuazione della potenza residua immersi nel collettore freddo e separati dal collettore caldo secondo una o piu1 r virale verticali.

Secondo 1? invenzione il citato scambiatore di calore ? immerso nel collettore freddo ed ? separato dal collettore caldo da una o pi? virole verticali.

Secondo una soluzione preferita dell? invenzione, tra collettore caldo e collettore freddo sono previste due virole di cui la pi? esterna dotata di fori calibrati che consentono la circolazione del sodio tra le due virole in modo da raffreddarlo ed alimentare quindi in circolazione naturale Sii elementi di combustibile installati in stoccaggio alla periferia del nocciolo (figura 2)

TESTO DELLA DESCRIZIONE

L? invenzione si riferisce al blocca reattore di un reattore veloce refrigerato a sodio liquido ed I avente gli scambiatori di calore dei circuiti di evacuazione della potenza residua installati nel collettore freddo.

E' noto che nei reattori nucleari veloci sussiste la necessit? di dissipare senza rilevanti transitori termici, la potenza residua in caso di arresto del < o reattore . o A questo scopo sono previsti un certo numero di scambiatori sodio-sodio il cui fascio tubiero ? a immersa nel collettore caldo il cui sodio circolante costituisce il fluido primario; il fluido secondario ? invece raffreddato da una circolazione naturale di aria in un opportuno camino.

Questa soluzione impiantistica in caso di funzionamento in circolazione naturale crea nel collettore caldo delle stratificazioni di sodio a temperatura relativamente fredda che bloccano la circolazione del sodio dal nocciolo collettore caldo impedendo il regolare instaurarsi della circolazione fa,

del sodio primario.

E? pertanto difficile assicurare 1' assenza di pericolosi transitori termici.

Lo scopo de Ila presente invenzione ? quella di ovvi are a tali inconvenienti, ci? che ? ottenuto immergendo il -fascio tubiero degli scambiatori di calore destinati alla dissipazione della potenza residua non pi? nel collettore caldo ma nel collettore -freddo

Secondo 1? invenzione questi scambiatori sono inoltre circondati da una o due virole che servano a separarli dal sodio del collettore caldo.

Le caratteristiche essenziali dell? invenzione sono riassunte e schematizzate nelle rivend icazion i; gli oggetti e vantaggi della stessa risulteranno inoltre j~~ dalla descrizione che segue relativa a -forme di esecuzione scelte a solo titolo di esempio con particolare riferimento alle allegate tavole di disegn i in cui:

- la figura 1 mostra schematicamente in sezione un reattore nucleare veloce di tipo trad izionale l in questa figura sono state poste in evidenza le parti che si riferiscano all' impianto di evacuazione della potenza residuai

- la figura 2 ? analoga alla figura 1 ma si riferisce all?istallazione dello scambiatore di calore realizzata secondo la presente invenzione! - le figure 3/A e 3/B mostrano schematicamente gli scambiatori ausiliari di tipo noto e rispettivamente secondo 1? invenzione, in condizioni di attesa!

- le figure 4/A e 4/B sono analoghe alle precedenti -figure 3/A e 3/B ma si riferiscono alla situazione esistente negli scambiatori ausiliari, secondo lo stato noto della tecnica e rispettivamente secondo 1? invenzione, qualche tempo dopo 1? arresto del reat tor e.

Come risulta dalla -figura 1, in modo noto, il blocco reattore ? suddiviso in una zona inferiore, detta < collettore -freddo 1, ed in una zona superiore e o centrale 2, detta collettore caldo.

Le due zone suddette sono separate da una o pi?. strutture di separazione idraulica 3,4.

Il sodio circola normalmente dal collettore freddo al collettore caldo, attraverso il nocciolo 5 del reattore, riscaldandosi, e dal collettore caldo al collettore freddo, attraverso sii scambiatori intermedi 6, raffreddandosi.

In condizioni normali, la circolazione ? assicurata da pompe 70, immerse nel collettore freddo 1, che, attraverso opportune condotte 7, alimentano il sodio liquido al di sotto della griglia 71 di supporto degli elementi di combustibile costituenti il nocciolo 5

Quando si verifica una situazione di arresto la dissipazione della potenza residua rimane affidata a scambiatori ausiliari 3, sodio-sodio, detti appunto scambiatori di evacuazione della potenza residua. Il

I

sodio secondario di questi scambiatori ausiliari

cede a sua volta il calore assorbito ad un corrente

d? aria in un opportuna camino.

Questo secondo scambiatore di calore dell? impianto

di dissipazione della potenza residua viene normalmente chiamato scambiatore sodio-aria.

Le pompe 70 sono generalmente tutte in funzione} secondo una prima soluzione nota, ? previso che,

Q

anche in condizioni di arresta dell? impianto, una o

pi? di esse rimanga in funzione.

In questo caso, in condizioni di arresto del reattore, il sodio del collettore caldo 2 viene raffreddato dagli scambiatori ausiliari 8, quindi, attraverso gli scambiatori intermedi ?, passa nel collettore fredda 1 dal quale, a mezzo delle pompe

70 e dei condotti 7, viene spinto ad attraversare il nocciolo 5, dove assorbe calore, per risalire poi

nel collettore caldo.

Se si prevede invece che, in condizioni di arresto

del reattore, possa interrompersi 1? alimentazione

S ?

elettrica di tutte le pompe. i 1 sod io deve continuare a circolare naturalmente .

Tuttavia la sistemazione? classica degli scambiatori ausiliari ? illustrata dalla -figura 1 non assicura

una buona circolazione del sodio tra collettore

?. :. t caldo e collettore -freddo, nel caso in cui tutte le

pompe 7 siano -ferme.

Infatti la sistemazione illustrata in -figura 1 permette il raffreddamento del sodio del collettore

calda ma ostacola la circolazione del sodio nel nocciolo: infatti , proprio al di sopra del nocciolo

o si strati-fica il sodio raffreddato dagli scambiatori

> ausiliari 8 e questa sodio relativamente -freddo tenderebbe a scendere verso il basso, cio? verso il nocciolo 5.

Conseguentemente, la portata di sodio attraverso il nocciolo 5 ? instabile e difficilmente valutabile e

pu? condurre ad elevate temperature negli elementi

di combustibile del nocciola.

Nella -figura 2 ? illustrata la soluzione secondo la presente invenzione; in tale -figura, elementi equivalenti sono indicati con gli stessi numeri di riferimento, per semplicit?.

In questo caso, gli scambiatori ausiliari 8,

sodio-sodio, dei circuiti di evacuazione della

potenza residua sano installati nel col lettore

freddo 1} tuttavia gli scambiatori ausiliari 8 sono installati alla quota del collettore caldo 2.

A questo scopo gli scambiatori ausiliari ? sono circondati da virale, in questo caso da due virole

*, ?.s cilindriche 9 e 10, che sono inferiormente collegate

alle strutture 3 e 4 di separazione idraulica tra i collettori caldo e -freddo.

Questa soluzione non presenta controi nd icaz ioni

quando 1? impianto funziona in condizioni normali:

In tal caso il sodio del collettore fredda ha una temperatura di circa 400' C mentre quello che si

trova nel collettore caldo ha una temperatura di

O

circa 550' C.

Gli scambiatori ausiliari 8 asportano dal sodio del collettore freddo una piccola frazione di potenza e

la disperdono nell* atmosfera attraverso gli scambiatori sodio-aria sopracitati.

Questa perdita di calore ha tuttavia un effetto positivo dato che serve ad abbassare la temperatura

dello strato di sodio contenuto tra le struttre di 9

e IO quindi tra le strutture 3 e 4 di cui le strutture 9 e IO sono 1* estensione che circonda

gli scambiatori 8.

In tal modo il sodio contenuto all* interno della

virola IO, pi?. interna, viene mantenuto ad una temperatura abbastanza vicina a 400" C, nonostante 1? apporto termico per conduzione dovuto al sodio del collettore caldo circostante.

In questo modo, inoltre, i circuiti di evacuazione della potenza residua sono mantenuti, in condizioni norrnali di funzionamento, in regime di attesa ad una temperatura di circa 400* C, mentre, secondo la soluzione nota illustrata in figura 1, essi sono mantenuti, in regime di attesa, ad una temperatura di cirea 550* C.

Questa situazione ? illustrata nelle ligure 3/A e 3/B, ambedue relative alla situazione che, in condizioni di attesa, ? presente negli scambiatori ausiliari 8 e negli scambiatori sodio-aria 80.

Come detto sopra, la -figura 3/A si ri-ferisce alla soluzione nota di cui alla -figura 1 mentre La -figura 3/B 5i ri-ferisce alla soluzione secondo 1? invenzione, di cui alla -figura 2.

Dopo 1? arresto del reattore, per 1' inerzia delle pompe che continuano a girare per un certo tempo, la temperatura tra i collettori caldo e -freddo tende ad uniformarsi attorno ad un valore intermedio e questa situazione ? schematizzata nelle figure 4/A e 4/B. La figura 4/A si riferisce alla soluzione nota, mentre la -figura 4/B si riferisce alla soluzione secondo 1' invenzione.

Si vede bene nella -figura 4/A che il sodio secondario presente nello scambiatore ausiliario 8

. ;.? ha una temperatura interiore a quella del sodio secondario che si trova nello scambiatore sodio-aria

80 a quota superiore: pertanto, secondo la soluzione

nota, -fino a quando la temperatura all? interno del collettore caldo non ricomincia a salire, la circolazione naturale del sodio secondario, tra lo

< scambiatore ausiliario 8 e lo scambiatore sodio-aria

80 sovrastante, tarda ad innescarsi. O

Al contrario, secondo lo schema illustrato in -figura > 4/B, lo scambiatore ausiliario 3 e lo scambiatore Q sodio aria 80 si trovano 1? uno ad una temperatura leggermente superiore a quella dell? altro per cui ? -favorita 1? innesco della circolazione naturale del

sodio secondario.

Pertanto, secondo 1* invenzione, in condizioni di arresto, 1* intervento degli scambiatori ausiliari e

degli scambiatori sodio-aria ? pi? rapido.

Si vedr? pi? avanti che, seconda 1? invenzione,

anche dopo che si ? instaurata una circolazione naturale all? interna degli scambiatori ausiliari,

la dissipazione della potenza residua ? realizzata

in modo piCn efficace.

L* evacuazione della potenza residua a mezzo della circolazione del sodio primaria ? dovuta alla forza motrice generata negli elementi combustibili .

Durante la fase di dissipazione della potenza residua a mezzo della circolazione naturale del sodio primaria, il sodio primario passa dal nocciolo 5 al collettore caldo 2.

Di qui entra negli scambiatori intermedi 6 attraverso le -finestre superiori 61 ed esce, attraverso le finestre inferiori 62, nel collettore <

O

freddo 1.

o Attraverso le pompe 70 e le tubazioni 7 rientra quindi nel nocciolo 5 per ripetere il percorso suddetto.

Secondo 1* invenzione, il sodio caldo in uscita dalle finestre inferiori 62 degli scambiatori intermedi 6 si stratifica nella perte superiore del collettore freddo 1 (oltre ovviamente a miscelarsi con il sodio freddo dello stesso) e pertanto penetra all? interno della virola 10 che circonda lo scambiatore ausiliario 8.

Penetra quindi attraversa le finestre superiori 81 del 1D scambiatore ausiliario 8 e raffreddato all* interno dello stesso, sempre in circolazione

IO

naturale, esce dalla -finestre inferiori 82: di qui ? richiamato attraverso le pompe 70 ed i condotti 7 verso il nocciolo 5.

Occorre far notare che, per assicurare la circolazione naturale del sodio primario all? interno del nocciolo 5, ? necessario che il bordo superiore 63 delle finestre inferiori 62 degli scambiatori intermedi 6 abbia quota superiore alla quota del baricentro termico Cq) del nocciolo 5.

La soluzione proposta dall? invenzione, quando la separazione tra il collettore freddo ed il collettore caldo sia realizzata con almeno du?struttura 9 e IO, come indicata in figura, consente ta il raffreddamento, in circolazione naturale, degli elementi di combustibile esauriti che si trovano in stoccaggio interno intorno al nocciolo 5.

Con la soluzione impiantistica rivendicata dalla presente invenzione, tale raffreddamento si verifica in ogni condizione di funzionamento del reattore.

A tale scopo, la virola esterna 9 che circonda gli scambiatori ausiliari 8 ? munita nella sua parte alta di fori calibrati 15.

Attraverso tali fori calibrati il sodio del collettore caldo 2 penetra nell? intercapedine esistente tra le due virole 9 e 10 e, per il -,

conduz ione, cede calore al sodio del CD 1lettore -freddo contenuto tra la virola interna 10 e la parete esterna dello scambiatore ausiliario 8.

Questo calore viene, a sua volta ceduto al sodio secondario dello scambiatore ausiliario 8 e da :.> questoalmeno in parte ceduto all? ambiente a mezzo

dello scambiatore sodio-aria.

Una seconda -frazione di questo calore viene ceduto

al sodio del collettore -freddo nella zona sottostante gli scambiatori ausiliari 8.

< Il sodio che scende nell? intercapedine esistente

tra le virole 9 e 10 continua il suo percorso nell? o intercapedine l? esistente tra le due strutture 3 e > 4 di separazione idraulica dei collettori caldo, LJ rispettivamente -freddo.

In tal modo il sodio che circola nel 1?intercapedine

16 gi? raffreddato secondo il meccanismo sovraesposto, non crea eccessivi gradienti termici

nello spessore della struttura 3 .

Il flusso di sodio che circola nell? intercapedine

16 -finisce per raffreddare gli elementi di combustibile 14 in stoccaggio attorno al nocciolo 5.

Seconda una variante di reaiizzaz ione , gli scambiatori ausiliari 8 possono essere disposti esternamente agli elementi di separazione idraulica

3 e 4

In questo caso gli scambiatori ausiliari 8 possono essere inseriti nel collettore freddo senza le strutture di confinamento 9 e IO previste nella soluzione appena illustrate

In questo caso le strutture 3 e 4 debbono prevedere c irconferenz ialmente delle anse per lasciare lo spazio necessaria alla installazione degli scambiatori sodiD-sodio.

Questa soluzione costruttiva si presta alla eliminazione della struttura di confinamento 90 del sodio proveniente dal collettore -freddo (fig.l).

Questa struttura di confinamento 90 ha la -funzione Xs\ di convogliare una piccola percentuale della portata

? di sodio primario -freddo in modo da lambire la tanca principale per raff reddar 1a.

In effetti la presenza degli scambiatori sodio-sodio

8 all? esterno della struttura di separazione 3 e permette di assorbire il calore trasmesso al sodio nella parte alta del collettore freddo per conduzione attraversa le strutture 3 e 4 suddette.

Sebbene per ragioni descrittive la presente invenzione sia stata basata su quanto precedentemente descritto ed illustrato' molte modifiche e varianti possono essere apportate nella

RIVENDICAZIONI

1) Blocco reattore di un reattore veloce per 1? evacuazione, in circolazione naturale, della potenza residua in condizioni di arresto, del tipo che prevede :

- una tanca contenente il sodio primario,

- un nocciolo di elementi di combustibile,

- almeno una struttura di separazione idraulica che divide, assieme al nocciola citato, il volume del serbatoio suddetto in:

- un collettore caldo superiore ed in

- un collettore -freddo inferiore,

- scambiatori intermedi che attraversano detta struttura di separazione idraulica, nonch?

- pompe di alimentazione del sodio contenuto nel collettore freddo verso il fondo del nocciolo degli elementi di combustibile;

in cui, per dissipare la potenza residua in caso di arresto del reattore sono previsti :

- scambiatori ausiliari, sodio-sodio, il cui fluido primario ? costituito da sodio contenuto nella tanca suddetta ed il cui fluido secondario cede a sua

?4

volta calore all? aria ambiente a mezzo di ?pportan i:

- scambiatori sodio-aria;

CARATTERIZZATO DAL FATTO CHE detti scambiatori ausiliari sono immersi nel collettore -freddo alla quota del collettore caldo dal quale sona separati da almeno una virola.

2) Blocco reattore, secondo la rivend icaz ione 1, caratter izzato dal -fatto che detti scambiatori ausiliari attraversano la struttura di separazione idraulica tra collettore caldo e collettore -freddo e sono separati dal collettore caldo da almeno una v iro1a.

3) Blocco reattore, secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, carat terizzato dal -fatto che detta struttura di separazione idraulica prevede due elementi che definiscano una intercapedine intermediai in cui detti elementi si estendono ambedue sotto -forma di virole attorno a detti scambiatori intermedi.

4) Blocco reattore, secondo una o pi? delle rivend icaz ioni precedenti, caratter izzato dal -fatto che la virola esterna che circonda ciascuno scambiatore ausiliario prevede, nella sua parte superiore, un opportuno numero di -fori calibrati.

Claims

5) Blocca reattore, secondo una o pi? delle r ivend icazion i precedenti, munito di scambiatori intermedi che prevedono un mantello cilindrico circondante ciascuno scambiatore intermedio, in cui detto mantello prevede delle -finestre superiori per 1' ingresso del sodio che si trova nel collettore caldo e delle -finestre inferiori per 1* uscita del sodio verso il collettore -freddo, caratter izzato dal ?fatto che i bordi superiori di dette -finestre inferiori sono disposti a quota maggiore del baricentro termico del nocciolo.

6) Blocco reattore, secondo le rivend icazion i precedenti, caratter izzato dal fatto che in caso di arresto del reattore e in caso di raffreddamento del a cornbust ibi1e in circolazione naturale i mezzi di sbocco del sodio proveniente dal collettore caldo sono disposti al di sopra della quota del baricentro termico del nocciolo.

7) Blocco reattore, secondo le rivendicazioni precedenti sostanzialmente realizzato e posto in opera secondo quanto descritto ed illustrato.

p.i. ANSALDO S.P.A.

f.to Dr.Vettor GALLETTI