本實(shí)用新型涉及一種輔助降壓系統(tǒng)，具體而言涉及一種非能動核電站輔助降壓系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：安全的核電是一種高能源密度的清潔能源，對保護(hù)生態(tài)環(huán)境、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)和保障能源安全有重要的作用。然而一旦核電站出現(xiàn)安全問題，則會對工作人員、周邊居民以及生態(tài)環(huán)境帶來巨大的威脅。為此核電站安全問題是人們應(yīng)用核電時(shí)必須重點(diǎn)考慮的問題。目前核電站傾向于采用非能動安全技術(shù)處理事故。所謂非能動安全技術(shù)是指在發(fā)生事故情況下利用自然力完成各種冷卻功能，其中自然力可由重力、蓄壓氣體壓力、自然循環(huán)產(chǎn)生的驅(qū)動力等來產(chǎn)生，無需泵及外部電源。因此，在提高了核電站的安全可靠性的同時(shí)大大簡化了核電站的安全系統(tǒng)?，F(xiàn)有的核電站包括主回路系統(tǒng)和與其連通的反應(yīng)堆堆芯應(yīng)急冷卻系統(tǒng)，反應(yīng)堆堆芯應(yīng)急冷卻系統(tǒng)用于在發(fā)生事故時(shí)帶走主回路系統(tǒng)中反應(yīng)堆堆芯殘余裂變產(chǎn)生的反應(yīng)堆堆芯余熱。在核電站發(fā)生小破口事故的情況下，主回路系統(tǒng)中的冷卻水從小破口向安全殼內(nèi)噴放，反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)的壓力下降，主回路系統(tǒng)中的冷卻水減少，導(dǎo)致穩(wěn)壓器中的水位降低，將觸發(fā)反應(yīng)堆停堆安全信號，反應(yīng)堆堆芯停止反應(yīng)，主泵停機(jī)，蒸汽發(fā)生器出口的主蒸汽管線上的主蒸汽隔離閥關(guān)閉。由于主蒸汽隔離閥關(guān)閉，蒸汽發(fā)生器的二次側(cè)內(nèi)的飽和水蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽無法輸送給蒸汽輪機(jī)，蒸汽發(fā)生器的二次側(cè)無法利用正常工作方式帶走反應(yīng)堆堆芯殘余裂變產(chǎn)生的反應(yīng)堆堆芯余熱。隨著事故進(jìn)程的發(fā)展，由于小破口和反應(yīng)堆堆芯應(yīng)急冷卻系統(tǒng)的投入，主回路系統(tǒng)內(nèi)的溫度和壓力不斷下降，因而蒸汽發(fā)生器二次側(cè)由起初的熱阱變?yōu)闊嵩?，反而向主回路系統(tǒng)釋放熱量，這顯然不利于主回路系統(tǒng)的冷卻和降壓。圖4示出了在主回路系統(tǒng)冷段發(fā)生大約5cm小破口事故的情況下，主回路系統(tǒng)和兩臺蒸汽發(fā)生器二次側(cè)內(nèi)的壓力在破口發(fā)生后隨時(shí)間變化的曲線圖。圖4中，實(shí)線為主回路系統(tǒng)壓力，虛線分別是兩臺蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的壓力。通過圖4可以看出，最初主回路系統(tǒng)壓力P0高于蒸汽發(fā)生器二次側(cè)內(nèi)的壓力，但是隨著事故條件下主蒸汽隔離閥13的關(guān)閉，通過主回路系統(tǒng)的自然循環(huán)，部分反應(yīng)堆堆芯余熱傳遞給蒸汽發(fā)生器二次側(cè)內(nèi)的飽和冷卻水，飽和冷卻水蒸發(fā)使得蒸汽發(fā)生器二次側(cè)內(nèi)的壓力升高。如圖4所示，由于小破口和反應(yīng)堆堆芯應(yīng)急冷卻系統(tǒng)的投入使得主回路系統(tǒng)的溫度和壓力逐步降低，蒸汽發(fā)生器二次側(cè)內(nèi)的壓力將高于主回路系統(tǒng)的壓力。相應(yīng)的，蒸汽發(fā)生器二次側(cè)內(nèi)的換熱介質(zhì)的溫度將高于主回路系統(tǒng)內(nèi)換熱介質(zhì)的溫度，U型管由于完全置于蒸汽發(fā)生器二次側(cè)空間內(nèi)，因此將導(dǎo)致過熱蒸汽在U型管內(nèi)部聚集，不再參與主回路冷卻循環(huán)，這不利于主回路系統(tǒng)冷卻和降壓。因此，需要提供一種非能動核電站輔助降壓系統(tǒng)，有效改善主回路系統(tǒng)冷卻和降壓，保證主回路系統(tǒng)及時(shí)得到補(bǔ)水和充分冷卻，降低或者消除反應(yīng)堆堆芯冷卻風(fēng)險(xiǎn)，有助于改善核電站抗擊小破口事故的能力。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本實(shí)用新型的目的是提供一種新型的輔助降壓系統(tǒng)，在非能動核電站中需要補(bǔ)償或增強(qiáng)降壓能力時(shí)，充分利用非能動核電站事故條件下，熱蒸汽在系統(tǒng)或設(shè)備高處聚集的特性，利用輔助降壓系統(tǒng)，排放或冷凝熱蒸汽，達(dá)到快速有效降低系統(tǒng)壓力的目的，以便重力驅(qū)動的安注系統(tǒng)（IRWST重力安注）能夠順利啟動，保證系統(tǒng)及時(shí)得到補(bǔ)水和充分冷卻，消除堆芯裸露風(fēng)險(xiǎn)，對于提高核電站應(yīng)對超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故的能力，提升系統(tǒng)安全裕量，面向未來更高功率堆型技術(shù)開發(fā)都具有有益效果。根據(jù)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，提出了一種用于非能動核電站的輔助降壓系統(tǒng)，其特征在于，其包括設(shè)置在反應(yīng)堆壓力容器的頂封頭上的單獨(dú)蒸汽排放管線，在排放管線上串聯(lián)有隔離閥和壓力釋放閥，所述隔離閥用于在正常運(yùn)行下保持零泄漏并且在事故條件下完全開啟，所述壓力釋放閥的釋放壓力調(diào)整為安全殼內(nèi)置換料水箱的水位壓頭值。根據(jù)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，所述隔離閥為爆破閥門。根據(jù)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生破口非能動系統(tǒng)順序投入，收到第四級自動降壓系統(tǒng)閥門確認(rèn)開啟信號，經(jīng)過40秒延時(shí)后，啟動輔助降壓系統(tǒng)，其中將排放管線上的隔離閥開啟，若系統(tǒng)壓力還未降低到安全殼內(nèi)置換料水箱的水位壓頭值，則壓力釋放閥開啟，通過熱蒸汽排放，輔助系統(tǒng)降壓，在系統(tǒng)壓力降低到安全殼內(nèi)置換料水箱的水位壓頭值以下，安全殼內(nèi)置換料水箱安注啟動，壓力釋放閥關(guān)閉，輔助降壓停止工作。根據(jù)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，提出了一種用于非能動核電站的輔助降壓系統(tǒng)，其特征在于，其包括設(shè)置在反應(yīng)堆壓力容器的頂封頭上的單獨(dú)蒸汽排放管線，在排放管線上串聯(lián)有噴淋器、隔離閥和高位水箱，所述高位水箱與堆芯補(bǔ)水箱的壓力平衡管線相接，所述隔離閥用于在正常運(yùn)行下保持零泄漏并且在事故條件下完全開啟。根據(jù)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，所述噴淋器為倒J型噴淋器。根據(jù)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生破口非能動系統(tǒng)順序投入，收到第四級自動降壓系統(tǒng)閥門確認(rèn)開啟信號，經(jīng)過40秒延時(shí)后，啟動輔助降壓系統(tǒng)，其中將排放管線上的隔離閥開啟，通過高位水箱連接管線對上封頭進(jìn)行冷卻水注入。根據(jù)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，根據(jù)蒸汽潛熱值，蒸汽及冷卻水密度，按照下式進(jìn)行冷卻水注入量的估算：，其中，m為所需的冷卻水量，V為上封頭體積，為蒸汽密度，為潛熱焓，為注入冷卻水的過冷焓。根據(jù)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，提出了一種用于非能動核電站的輔助降壓系統(tǒng)，其特征在于，其包括設(shè)置在反應(yīng)堆壓力容器的一體化頂封頭裝置內(nèi)的噴灑器，所述噴灑器包括一組或多組噴灑分配器，噴灑器連接到隔離閥，所述隔離閥用于在正常運(yùn)行下保持零泄漏并且在事故條件下完全開啟，隔離閥連接到水源，所述一體化頂封頭裝置包括底部的進(jìn)風(fēng)口和頂部的出風(fēng)口，其利用進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口將噴灑蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽帶出。根據(jù)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，所述水源為高位水箱，單獨(dú)設(shè)置的水源，或已有的安全殼內(nèi)置換料水箱。根據(jù)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生破口非能動系統(tǒng)順序投入，收到第四級自動降壓系統(tǒng)閥門確認(rèn)開啟信號，經(jīng)過40秒延時(shí)后，啟動輔助降壓系統(tǒng)，其中將排放管線上的隔離閥開啟，當(dāng)安全殼內(nèi)置換料水箱注入啟動，注入管線流量>500t/h時(shí)，關(guān)閉隔離閥。附圖說明下面將結(jié)合附圖來詳細(xì)地論述本實(shí)用新型的上述和其他方面，附圖中：圖1示出了非能動核電站的主回路系統(tǒng)。圖2為非能動核電站反應(yīng)堆堆芯應(yīng)急冷卻系統(tǒng)的示意圖。圖3為非能動核電站反應(yīng)堆堆芯應(yīng)急冷卻系統(tǒng)的地坑長期冷卻循環(huán)過程的示意圖。圖4示出了在小破口事故的情況下主回路系統(tǒng)和兩臺蒸汽發(fā)生器二次側(cè)內(nèi)的壓力在破口發(fā)生后隨時(shí)間變化的曲線圖。圖5為ACME試驗(yàn)臺架2英寸小破口事故瞬態(tài)過程中，反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)的混合液位高度隨時(shí)間變化曲線。圖6為ACME試驗(yàn)臺架2英寸小破口事故瞬態(tài)過程中，反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)的上封頭內(nèi)部溫度隨時(shí)間變化曲線。圖7為倒J型噴淋器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8示出了根據(jù)本實(shí)用新型的非能動核電站輔助降壓系統(tǒng)的實(shí)施例。圖9示出了根據(jù)本實(shí)用新型的非能動核電站輔助降壓系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例。圖10示出了根據(jù)本實(shí)用新型的非能動核電站輔助降壓系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例。附體標(biāo)記列表1反應(yīng)堆堆芯2反應(yīng)堆壓力容器3主回路系統(tǒng)冷段4主回路系統(tǒng)熱段5U型管6蒸汽發(fā)生器7蒸汽發(fā)生器冷腔室隔間8蒸汽發(fā)生器熱腔室隔間9主泵10波動管11穩(wěn)壓器12主蒸汽管線13主蒸汽隔離閥14非能動余熱排出熱交換器15第一補(bǔ)水箱16第二補(bǔ)水箱17主補(bǔ)水箱18直接安注管19壓力平衡管線20第一級自動降壓閥21第二級自動降壓閥22第三級自動降壓閥23主自動降壓閥24地坑濾網(wǎng)51-53單向閥54-55爆破閥56截止閥60鼓泡器65蒸汽發(fā)生器二次側(cè)泄壓閥66蒸汽發(fā)生器殼體換熱器67換熱回路管線68殼外換熱器69隔離閥70穩(wěn)壓閥100第一連接管路102第二連接管路104第三連接管路105地坑106地坑回流管路具體實(shí)施方式以下說明參照附圖描述了本實(shí)用新型的可選實(shí)施方式以教導(dǎo)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員如何實(shí)施和再現(xiàn)本實(shí)用新型。為了教導(dǎo)本實(shí)用新型技術(shù)方案，已簡化或省略了一些常規(guī)方面。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解源自這些實(shí)施方式的變型或替換將落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解下述特征能夠以各種方式組合以形成本實(shí)用新型的多個(gè)變型。由此，本實(shí)用新型并不局限于下述可選實(shí)施方式，而僅由權(quán)利要求和它們的等同物限定。在本文中冷卻劑例如可以為冷卻水?？梢詫?shí)現(xiàn)冷卻功能的適合在核電站系統(tǒng)使用的其他冷卻劑也在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。在本領(lǐng)域中，一般大破口是指破口面積大于等于10平方英尺，小破口是指破口面積小于10平方英尺的破口。圖1示出了非能動核電站的主回路系統(tǒng)。如圖1所示，當(dāng)前非能動核電站的主回路系統(tǒng)包括蒸汽發(fā)生器6、U型管5、主回路系統(tǒng)冷段3、主回路系統(tǒng)熱段4、主泵9、反應(yīng)堆壓力容器2、位于反應(yīng)堆壓力容器2內(nèi)的反應(yīng)堆堆芯1、波動管10與穩(wěn)壓器11，其中U型管5設(shè)置在蒸汽發(fā)生器6中，U型管出口端匯集到蒸汽發(fā)生器底部的冷腔室隔間7，冷腔室隔間7通過主泵9與主回路系統(tǒng)冷段3連通，主回路系統(tǒng)冷段3與反應(yīng)堆壓力容器2連通，反應(yīng)堆壓力容器2還與主回路系統(tǒng)熱段4連通，主回路系統(tǒng)熱段4通過波動管10與穩(wěn)壓器11連通并通過蒸汽發(fā)生器底部的熱腔室隔間8與U型管5的入口端連通，冷卻劑通過主回路系統(tǒng)冷段3進(jìn)入反應(yīng)堆壓力容器2，到達(dá)反應(yīng)堆堆芯1的入口，在流經(jīng)反應(yīng)堆堆芯1時(shí)帶走反應(yīng)堆堆芯產(chǎn)生的核反應(yīng)能量，被加熱的冷卻劑（例如溫度為大約321℃）流經(jīng)主回路系統(tǒng)熱段4，到達(dá)蒸汽發(fā)生器底部的熱腔室隔間8并進(jìn)入U(xiǎn)型管5的入口端，通過U型管5將熱量傳遞給蒸汽發(fā)生器6內(nèi)和U型管5外的冷卻劑，U型管5內(nèi)的冷卻劑溫度降低（例如冷卻劑溫度為280℃）并通過U型管的出口端匯集在蒸汽發(fā)生器底部冷腔室隔間7，冷腔室隔間內(nèi)7的冷卻劑通過主泵9泵入主回路系統(tǒng)冷段3，再次回到反應(yīng)堆壓力容器2，形成主回路系統(tǒng)的閉式冷卻循環(huán)。圖1中箭頭F1為溫度較低的冷卻劑流向，箭頭F2為溫度較高的冷卻劑流向。為了穩(wěn)定主回路系統(tǒng)的壓力，主回路系統(tǒng)熱段4通過波動管10與穩(wěn)壓器11連通，穩(wěn)壓器11內(nèi)為飽和液與飽和蒸汽（例如為冷卻水的飽和液與飽和蒸汽），滿足主回路系統(tǒng)的穩(wěn)壓要求。穩(wěn)壓器11用于將主回路系統(tǒng)的壓力維持在正常運(yùn)行的高壓狀態(tài)（如大約15.5MPa），使得在正常工作狀態(tài)下的反應(yīng)堆堆芯1反應(yīng)期間，反應(yīng)堆壓力容器2內(nèi)的冷卻劑不會出現(xiàn)沸騰。經(jīng)反應(yīng)堆堆芯1加熱的冷卻水在流經(jīng)U型管5時(shí)，將熱量傳遞給蒸汽發(fā)生器6內(nèi)和U型管5外的冷卻水，使得蒸汽發(fā)生器6中的冷卻水蒸發(fā)形成蒸汽，蒸汽發(fā)生器6中蒸汽通過主蒸汽管線12，通過常開的主蒸汽隔離閥13被輸送給蒸汽輪機(jī)（圖1中未示出），帶動蒸汽輪機(jī)發(fā)電，從而將反應(yīng)堆堆芯產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋D2為非能動核電站反應(yīng)堆堆芯應(yīng)急冷卻系統(tǒng)的示意圖。其中，反應(yīng)堆堆芯應(yīng)急冷卻系統(tǒng)包括第一補(bǔ)水箱15（單個(gè)存儲有大約70噸的冷卻水）、第二補(bǔ)水箱16（單個(gè)存儲有大約57噸的冷卻水和大約5MPa的氣體）、主補(bǔ)水箱17（存儲有大約2100噸的水）、位于主補(bǔ)水箱17中的非能動余熱排出熱交換器14和鼓泡器60、四級自動降壓系統(tǒng)、地坑105、地坑濾網(wǎng)24、地坑回流管路106以及設(shè)置在地坑回流管路上的爆破閥55。第一補(bǔ)水箱15、第二補(bǔ)水箱16、主補(bǔ)水箱17分別通過第一連接管路100、第二連接管路102、第三連接管路104以及設(shè)置在各個(gè)連接管路上的單向閥51-53且通過直接反應(yīng)堆安注管18與反應(yīng)堆壓力容器2連通，其中第一連接管路100可以設(shè)置有截止閥56，第三連接管路104可以設(shè)置有爆破閥54，截止閥56和爆破閥54都用于防止水箱內(nèi)冷卻水非正常的注入。第一補(bǔ)水箱頂部通過壓力平衡管線19與主回路系統(tǒng)冷段3連通，從而使得第一補(bǔ)水箱15中的壓力與主回路系統(tǒng)的壓力保持一致，四級自動降壓系統(tǒng)包括第一級自動降壓閥20、第二級自動降壓閥21、第三級自動降壓閥22以及主自動降壓閥23，第一級自動降壓閥20、第二級自動降壓閥21、第三級自動降壓閥22的入口端以并聯(lián)方式連接到穩(wěn)壓器11上并將第一級自動降壓閥20、第二級自動降壓閥21、第三級自動降壓閥22的出口端以并聯(lián)方式連接到放置于主補(bǔ)水箱17中的鼓泡器60上，主自動降壓閥23與主回路系統(tǒng)熱段4連通，非能動余熱排出熱交換器14與主回路系統(tǒng)冷段3（未示出）和主回路系統(tǒng)熱段4連通，依靠冷卻劑密度差在非能動余熱排出熱交換器14與主回路系統(tǒng)冷段3和主回路系統(tǒng)熱段4之間建立了自然循環(huán)。反應(yīng)堆壓力容器2設(shè)置在地坑105中，地坑105中的冷卻水通過地坑回流管路106、地坑濾網(wǎng)24和設(shè)置在地坑回流管路中的爆破閥55且通過直接安注管18與反應(yīng)堆壓力容器2連通。圖3為非能動核電站反應(yīng)堆堆芯應(yīng)急冷卻系統(tǒng)的地坑長期冷卻循環(huán)過程的示意圖。地坑內(nèi)收集的冷卻水在密度差形成的驅(qū)動力的作用下通過地坑濾網(wǎng)24、地坑回流管線106和設(shè)置在地坑回流管線上的爆破閥55注入反應(yīng)堆壓力容器2中，反應(yīng)堆堆芯余熱產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)主自動降壓閥23排放至安全殼內(nèi)，建立了自然循環(huán)，并且安全殼內(nèi)的蒸汽通過安全殼冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，冷凝水在安全殼內(nèi)回流至地坑，向地坑補(bǔ)充冷卻水。通過這樣的循環(huán)方式將反應(yīng)堆堆芯余熱傳遞給作為最終熱阱的安全殼外的周圍大氣，保持反應(yīng)堆堆芯持續(xù)冷卻，防止反應(yīng)堆堆芯超溫融化而發(fā)展更為嚴(yán)重的事故。以上參照圖1-3對非能動核電站進(jìn)行了簡要描述。需要說明的是，能動核電站類似地也包括主回路系統(tǒng)和與其連通的反應(yīng)堆堆芯應(yīng)急冷卻系統(tǒng)，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是已知的，本文不再詳細(xì)描述。在核電站發(fā)生小破口事故的情況下，主回路系統(tǒng)（如圖1所示）中的冷卻水從小破口向安全殼內(nèi)噴放，反應(yīng)堆壓力容器2內(nèi)的壓力下降，主回路系統(tǒng)中的冷卻水減少，導(dǎo)致穩(wěn)壓器11中的水位降低，將觸發(fā)反應(yīng)堆停堆安全信號，反應(yīng)堆堆芯1停止反應(yīng)，主泵9停機(jī)，蒸汽發(fā)生器6出口的主蒸汽管線12上的主蒸汽隔離閥13關(guān)閉。由于主蒸汽隔離閥13關(guān)閉，蒸汽發(fā)生器的二次側(cè)（蒸汽發(fā)生器6內(nèi)和U型管5外的空間）內(nèi)的飽和水蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽無法輸送給蒸汽輪機(jī)（圖1中未示出），蒸汽發(fā)生器的二次側(cè)無法利用正常工作方式帶走反應(yīng)堆堆芯殘余裂變產(chǎn)生的反應(yīng)堆堆芯余熱。因此本實(shí)用新型提供了一種新型的輔助降壓系統(tǒng)。在非能動核電站中需要補(bǔ)償或增強(qiáng)降壓能力時(shí)，充分利用非能動核電站事故條件下熱蒸汽在系統(tǒng)或設(shè)備高處聚集的特性，利用輔助降壓系統(tǒng)，排放或冷凝熱蒸汽，達(dá)到快速有效降低系統(tǒng)壓力的目的，以便重力驅(qū)動的安注系統(tǒng)（IRWST重力安注）能夠順利啟動，保證系統(tǒng)及時(shí)得到補(bǔ)水和充分冷卻，消除堆芯裸露風(fēng)險(xiǎn)。下面將詳細(xì)介紹本實(shí)用新型的非能動核電站輔助降壓系統(tǒng)。作為輔助降壓系統(tǒng)，僅在需要增強(qiáng)系統(tǒng)降壓能力時(shí)啟動，其他條件下不投入使用。針對IRWST（安全殼內(nèi)置換料水箱）安注啟動前被識別為非能動核電站安全最危險(xiǎn)時(shí)期的特性，可以采用邏輯判斷方式來識別是否需要啟動輔助降壓系統(tǒng)。一種簡單的控制方式，是在自動降壓系統(tǒng)（如第四級自動降壓系統(tǒng)，ADS4）開啟確認(rèn)信號產(chǎn)生后，開啟該輔助降壓系統(tǒng)，輔助系統(tǒng)進(jìn)行降壓。使得主回路系統(tǒng)壓力快速降至重力安注可以投入的壓力，使得重力安注順利投入，保證堆芯持續(xù)冷卻，減小堆芯裸露的風(fēng)險(xiǎn)，提高核電站的安全裕量。自然驅(qū)動力的引入，在大大提高應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)可靠性的同時(shí)，由于其驅(qū)動力相對較小，需要確保在小驅(qū)動力條件下，冷卻水同樣能夠順利注入反應(yīng)堆堆芯。非能動堆芯冷卻系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)是在配備了一套分別在高中低壓力等級下啟動的安注子系統(tǒng)外，相應(yīng)的配套了一套由第一級至第三級自動降壓系統(tǒng)ADS1-3及ADS4組成的共4級的自動降壓系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)逐步可控的降壓，以使安注系統(tǒng)能夠啟動冷卻水注入功能。其中ADS1-3從穩(wěn)壓器頂部引出，具有兩列并聯(lián)管路，每一列并聯(lián)管路上又由并列的三級泄壓管路構(gòu)成，每一列成為降壓系統(tǒng)的一級。ADS1-3這三級降壓系統(tǒng)為高壓下的自動降壓系統(tǒng)，通常將系統(tǒng)從10MPa以上的較高壓力，可控的降至1MPa以下。而ADS4直接從主回路的兩支熱管引出，共兩列，每列ADS4又有兩列并聯(lián)的泄壓管路構(gòu)成。ADS4為低壓下的自動降壓系統(tǒng)，通常將系統(tǒng)由1MPa以下的壓力泄放至接近安全殼內(nèi)環(huán)境壓力，以使依靠重力驅(qū)動的IRWST安注系統(tǒng)可以啟動。通過理論分析、數(shù)值模擬、以及大型非能動核電站的整體性試驗(yàn)（ACME試驗(yàn)），發(fā)現(xiàn)在小破口事故發(fā)生后，由于蒸汽密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于液體，會有相當(dāng)量的過熱蒸汽聚集在主回路系統(tǒng)或設(shè)備中相對位置較高的局部區(qū)域，其中最主要的為倒U型管和反應(yīng)堆壓力容器（RPV）上封頭。圖5為ACME試驗(yàn)臺架2inch小破口事故瞬態(tài)過程中，RPV內(nèi)的混合液位高度隨時(shí)間變化曲線，其中橫軸為時(shí)間（單位：秒）；縱軸為混合液位高度（單位：毫米），圖5中的虛線表示上封頭的高度，曲線表示混合液位高度。從結(jié)果可以看出RPV內(nèi)的混合液位明顯低于上封頭區(qū)域，混合液面為汽液相分離的物理界面，在混合液位以上的區(qū)域?yàn)檎羝麉^(qū)，因此上封頭區(qū)域?yàn)檎羝紦?jù)的區(qū)域。圖6為ACME試驗(yàn)臺架2inch小破口事故瞬態(tài)過程中，RPV內(nèi)的上封頭內(nèi)部溫度隨時(shí)間變化曲線，其中橫軸為時(shí)間（單位：秒）；縱軸為上封頭內(nèi)部溫度（單位：攝氏度），由試驗(yàn)可知上封頭區(qū)域內(nèi)的溫度高于系統(tǒng)對應(yīng)壓力下的飽和溫度。結(jié)合圖5和6的結(jié)果可以看出，RPV頂部的上封頭區(qū)域基本始終為過熱蒸汽所占據(jù)區(qū)域，表明事故條件下上封頭存有相當(dāng)量的過熱蒸汽。這一點(diǎn)特性與汽相密度低并因此聚集在系統(tǒng)相對高點(diǎn)位置/區(qū)域是相一致的。因此，如果能夠充分利用過熱蒸汽聚集于系統(tǒng)或設(shè)備高點(diǎn)這一特性，對這樣的特定區(qū)域采取蒸汽排放或者將其冷凝的方法，可以有效的達(dá)到降低系統(tǒng)壓力、便于IRWST重力注入啟動的目的。根據(jù)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，可以采用熱蒸汽釋放法來輔助降壓。其中，增加自動降壓系統(tǒng)級數(shù)，或者增加同一級系統(tǒng)的并聯(lián)泄放管路，是最為直接的提高降壓系統(tǒng)能力的途徑。但是該方法最關(guān)鍵的問題是在于泄壓系統(tǒng)本身的運(yùn)行在通過系統(tǒng)質(zhì)能泄放降低系統(tǒng)壓力的同時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的冷卻劑也會出現(xiàn)一定的喪失，解決這對矛盾的方法是將泄壓系統(tǒng)提升標(biāo)高，在泄放壓力的同時(shí)，減少液態(tài)冷卻劑的損失。但是如果能夠?qū)ｉT針對蒸汽聚集的區(qū)域進(jìn)行蒸汽壓力釋放，既能達(dá)到釋放壓力的效果，又能大大消除液體的損失。因此，輔助降壓的方法之一可以采用針對RPV上封頭增設(shè)輔助降壓支路的方式。根據(jù)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，也可以采用內(nèi)部直接冷凝法來輔助降壓。在不考慮將過熱蒸汽移出系統(tǒng)以外的條件下，對這些系統(tǒng)內(nèi)的過熱蒸汽進(jìn)行冷凝，由于其體積的巨大收縮，系統(tǒng)壓力將明顯下降，同時(shí)并不損失系統(tǒng)內(nèi)原有的冷卻劑，也是一種有效的降壓方式。在RPV上封頭過熱蒸汽聚集的區(qū)域采用直接噴淋的方式，可以以很小的噴淋量獲得很大的冷凝量，這種直接接觸冷凝是最快速的冷凝方法，壓力降迅速降低，但是容易引發(fā)水錘問題，因此需要控制冷凝速率，不能過快，因此噴淋需要考慮特殊淋水結(jié)構(gòu)，例如倒J型噴淋器，如圖7所示。根據(jù)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，也可以采用外部換熱冷凝法來輔助降壓。除了直接在內(nèi)部進(jìn)行噴淋冷凝外，可以利用上封頭金屬壁面導(dǎo)熱的方式，間接對內(nèi)部熱蒸汽進(jìn)行換熱冷凝。通過對RPV上封頭外部表面進(jìn)行冷卻，能夠增加內(nèi)部熱蒸汽傳給壓力容器頂封頭金屬內(nèi)壁面的總熱量，通過上封頭外部導(dǎo)出熱量的方式間接冷凝內(nèi)部過熱蒸汽。封頭外部熱量導(dǎo)出方式可采取對封頭設(shè)備直接進(jìn)行噴淋冷凝，維持上封頭金屬溫度低于系統(tǒng)壓力對應(yīng)的飽和溫度。根據(jù)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，輔助降壓系統(tǒng)可以采用能動方式，也可采用非能動工作方式。在選擇技術(shù)路線上，例如對于非能動核電站，為保持非能動核電站設(shè)計(jì)的非能動安全的核心設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)上就要按照非能動驅(qū)動方式來考慮。同樣采用的驅(qū)動力為重力、壓縮氣體壓力等自然力。圖8示出了根據(jù)本實(shí)用新型的非能動核電站輔助降壓系統(tǒng)的實(shí)施例。如圖8所示，在RPV頂封頭單獨(dú)增設(shè)一條蒸汽排放管線，管線上串聯(lián)有隔離閥和壓力釋放閥。隔離閥用于保持正常運(yùn)行下的零泄漏和事故條件下的完全開啟，優(yōu)選地采用爆破閥門。壓力釋放閥的釋放壓力調(diào)整為IRWST水位壓頭值。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生破口，非能動系統(tǒng)順序投入后，ADS4啟動并收到ADS4閥門確認(rèn)開啟信號，并經(jīng)過一定延時(shí)后（例如經(jīng)過延時(shí)40秒，該數(shù)值可根據(jù)堆功率水平對應(yīng)的堆芯液體蒸發(fā)量進(jìn)行計(jì)算），啟動輔助降壓系統(tǒng)。排放管線上的爆破閥門開啟，此時(shí)，若系統(tǒng)壓力還未降低到IRWST水壓壓頭壓力，則壓力釋放閥開啟，通過熱蒸汽排放，輔助系統(tǒng)降壓，在系統(tǒng)壓力降低到IRWST水位壓頭值以下，IRWST安注啟動后，壓力釋放閥關(guān)閉，輔助降壓停止工作。圖9示出了根據(jù)本實(shí)用新型的非能動核電站輔助降壓系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例。如圖9所示，在RPV頂封頭單獨(dú)增設(shè)一條蒸汽排放管線，管線上串聯(lián)有噴淋器、隔離閥和高位水箱，采用對RPV上封頭內(nèi)聚集的熱蒸汽進(jìn)行直接接觸冷凝的方式。隔離閥用于保持正常運(yùn)行下的零泄漏和事故條件下的完全開啟，優(yōu)選地采用爆破閥門。為了保證閥門開啟后能夠向熱蒸汽區(qū)淋水，水箱的另一端與CMT（堆芯補(bǔ)水箱）的PBL（壓力平衡管線）相接，保持水箱壓力和系統(tǒng)壓力相等，僅利用水箱相對的高位差作為驅(qū)動力。另外，由于直接接觸的冷凝速率非常快，易誘發(fā)水錘，因此要在噴淋出口增加防止水錘的結(jié)構(gòu)，如倒J型噴淋器（圖7），控制接觸冷凝的速率。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生破口，非能動系統(tǒng)順序投入后，ADS4啟動并收到ADS4閥門確認(rèn)開啟信號，并經(jīng)過一定延時(shí)后（例如經(jīng)過延時(shí)40秒，該數(shù)值可根據(jù)堆功率水平對應(yīng)的堆芯液體蒸發(fā)量進(jìn)行計(jì)算），啟動輔助降壓系統(tǒng)。由此，當(dāng)系統(tǒng)需要輔助降壓時(shí)，開啟管線上的隔離閥，通過高位水箱連接管線對上封頭進(jìn)行冷卻水注入，導(dǎo)致聚集的熱蒸汽冷凝，達(dá)到系統(tǒng)迅速降壓的目的。由于直接接觸冷凝量很大，因此所需注入的冷卻水量很少。水箱體積相應(yīng)也較小。根據(jù)蒸汽潛熱值，蒸汽及冷卻水密度，按照下式進(jìn)行冷卻水注入量的估算：其中，m為所需的冷卻水量，V為上封頭體積，為蒸汽密度，為潛熱焓，為注入冷卻水的過冷焓。圖10示出了根據(jù)本實(shí)用新型的非能動核電站輔助降壓系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例。如圖10所示，在RPV的一體化頂封頭裝置內(nèi)增設(shè)RPV封頭外部噴淋冷卻，通過熱量傳遞方式達(dá)到RPV內(nèi)部過熱蒸汽冷凝的效果。如圖10所示，噴灑器設(shè)置于RPV的一體化頂封頭內(nèi)，設(shè)置一組或多組噴灑分配器。噴灑器連接到隔離閥，該隔離閥用于保持正常運(yùn)行下的零泄漏和事故條件下的完全開啟，優(yōu)選地采用爆破閥門。之后可以與高位水箱連接以向其提供水源。其中，輔助降壓系統(tǒng)的水源可以來自高位水箱，可以單獨(dú)設(shè)置，也可以采用已有的IRWST。當(dāng)收到輔助降壓系統(tǒng)啟動信號時(shí)，打開管線上的隔離閥，對上封頭進(jìn)行冷卻噴灑。同時(shí)，利用一體化頂封頭冷卻裝置，該一體化頂封頭冷卻裝置包括底部的進(jìn)風(fēng)口和頂部的出風(fēng)口，其利用進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口將噴灑蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽帶出。RPV內(nèi)部熱蒸汽熱量逐步移除，系統(tǒng)壓力逐步降低，達(dá)到輔助降壓目的。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生破口，非能動系統(tǒng)順序投入后，ADS4啟動并收到ADS4閥門確認(rèn)開啟信號，并經(jīng)過一定延時(shí)后（例如經(jīng)過延時(shí)40秒，該數(shù)值可根據(jù)堆功率水平對應(yīng)的堆芯液體蒸發(fā)量進(jìn)行計(jì)算），啟動輔助降壓系統(tǒng)。當(dāng)IRWST注入啟動，注入管線流量>500t/h（該數(shù)值可根據(jù)電站具體設(shè)計(jì)及安全分析結(jié)果進(jìn)行調(diào)整）流量時(shí)，輔助降壓系統(tǒng)關(guān)閉，關(guān)閉噴灑管線隔離閥。此時(shí)，系統(tǒng)僅依靠原有ADS降壓系統(tǒng)和IRWST的持續(xù)安注就可以保持堆芯補(bǔ)水及冷卻。上面已經(jīng)參照具體實(shí)施例詳細(xì)描述了本實(shí)用新型，顯然，在不脫離所附權(quán)利要求中所限定的本實(shí)用新型范圍的情況下，可以進(jìn)行更改和變化。更具體地，盡管本實(shí)用新型的一些方面在本文中被確定為優(yōu)選的或者有利的，但是本實(shí)用新型不必限制于本實(shí)用新型的這些優(yōu)選實(shí)施例。當(dāng)前第1頁1 2 3