專利名稱:一種能動與非能動相結(jié)合的安全殼排熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于反應(yīng)堆設(shè)計(jì)技術(shù)，具體涉及一種能動與非能動相結(jié)合的安全殼排熱裝置。
技術(shù)背景
傳統(tǒng)核電站的安全殼排熱系統(tǒng)是利用安全殼噴淋系統(tǒng)來排除進(jìn)入安全殼的熱量和放射性物質(zhì)，以控制安全殼的環(huán)境條件。設(shè)置安全殼噴淋系統(tǒng)的目的是在適當(dāng)時(shí)候從安全殼上部噴灑冷水，冷卻安全殼大氣，限制LOCA或MSLB后的安全殼峰值壓力。此外，必要時(shí)在噴淋液中添加化學(xué)藥劑，以除去安全殼大氣中的懸浮碘和碘蒸汽。能動的安全殼噴淋系統(tǒng)具備冷卻能力強(qiáng)，事故后排熱效果好的特點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。但該技術(shù)過分依賴交流電源，當(dāng)發(fā)生全廠斷電疊加LOCA或MSLB事故后，無法實(shí)現(xiàn)安全殼的長期有效排熱。
非能動安全殼排熱裝置的代表為美國AP1000的非能動安全殼冷卻系統(tǒng)。非能動安全殼冷卻系統(tǒng)采用非能動方式把安全殼內(nèi)的熱量散發(fā)到最終熱阱一大氣，如圖I所示。正常運(yùn)行工況下，空氣從屏蔽構(gòu)筑物頂部入口 I進(jìn)入，流過下降通道后又反向通過上升流道，帶走鋼安全殼容器壁傳遞的熱量，最后從煙 排至環(huán)境，在安全殼上方設(shè)置重力注水箱2。接到安全殼高壓力信號后，系統(tǒng)的事故后運(yùn)行自動啟動，只需開啟三個常關(guān)隔離閥中的任何一個，不需其他動作即可啟動系統(tǒng)。系統(tǒng)的啟動也可由操縱員在主控室或遠(yuǎn)程停堆工作站手動啟動。
由于單一的安全殼噴淋系統(tǒng)對安全級電源的依賴度過高，因此，利用能動與非能動相結(jié)合的方式控制安全殼的環(huán)境條件，是提高核電廠安全水平的大勢所趨。非能動安全殼排熱裝置不依賴傳統(tǒng)電源，依靠自然循環(huán)完成事故后安全功能。在全廠斷電或安全殼噴淋系統(tǒng)故障相關(guān)的事故時(shí)，系統(tǒng)依然能夠運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)安全殼的完整性，是能動安全殼排熱裝置的有效補(bǔ)充。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對傳統(tǒng)核電站的安全殼排熱系統(tǒng)的缺陷，提供一種能動與非能動相結(jié)合的安全殼排熱裝置，改進(jìn)傳統(tǒng)能動安全系統(tǒng)核電站對安全級電源的依賴，提高核電站安全殼排熱系統(tǒng)的固有安全性。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種能動與非能動相結(jié)合的安全殼排熱裝置，包括安全殼噴淋系統(tǒng)和非能動安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)，所述的安全殼噴淋系統(tǒng)的管線一端連接換料水箱，另一端經(jīng)噴淋泵和熱交換器后連接到安全殼頂部的噴淋集管；所述的非能動安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)包括設(shè)置在安全殼內(nèi)部的換熱器或換熱器組，所述的換熱器或換熱器組通過上升管線和下降管線與設(shè)置在安全殼外部的換熱水箱相連接，換熱水箱的高度高于換熱器或換熱器組的高度。
進(jìn)一步，如上所述的能動與非能動相結(jié)合的安全殼排熱裝置，其中，在所述的安全殼噴淋系統(tǒng)噴淋泵的上游管線上連接有化學(xué)添加劑箱。[0008]進(jìn)一步，如上所述的能動與非能動相結(jié)合的安全殼排熱裝置，其中，所述的安全殼噴淋系統(tǒng)的噴淋集管設(shè)置在安全殼頂部不同標(biāo)高處。
進(jìn)一步，如上所述的能動與非能動相結(jié)合的安全殼排熱裝置，其中，所述的與安全殼噴淋系統(tǒng)的管線相連接的換料水箱設(shè)置在安全殼內(nèi)部堆芯下方地坑位置，所述的噴淋泵、熱交換器和化學(xué)添加劑箱設(shè)置在安全殼外。
進(jìn)一步，如上所述的能動與非能動相結(jié)合的安全殼排熱裝置，其中，在所述的安全殼外部的換熱水箱內(nèi)設(shè)有汽水分離器，所述的非能動安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)的換熱器或換熱器組的上升管線與汽水分離器連接。
進(jìn)一步，如上所述的能動與非能動相結(jié)合的安全殼排熱裝置，其中，在所述的非能動安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)的上升管線和下降管線上分別設(shè)有隔離閥。
進(jìn)一步，如上所述的能動與非能動相結(jié)合的安全殼排熱裝置，其中，所述的換熱水箱為封閉的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，并設(shè)有不銹鋼襯里?！?br>本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明所提供的安全殼排熱裝置通過能動與非能動結(jié)合的方式既能應(yīng)對設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故，同時(shí)又能在全廠斷電等超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故、嚴(yán)重事故或能動安全殼排熱裝置故障或失效的工況下持續(xù)排出安全殼內(nèi)的熱量，提高了系統(tǒng)的固有安全性，改進(jìn)了傳統(tǒng)能動安全系統(tǒng)核電站對安全級電源的依賴，提高了核電站的安全性，同時(shí)，能夠有效保持安全殼的完整性。


圖I為AP1000的非能動安全殼冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為能動與非能動相結(jié)合的安全殼排熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明所提供的安全殼排熱裝置將能動的安全殼噴淋系統(tǒng)與非能動安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)相結(jié)合。安全殼噴淋系統(tǒng)的管線一端連接換料水箱，另一端經(jīng)噴淋泵和熱交換器后連接到安全殼頂部的噴淋集管；非能動安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)包括設(shè)置在安全殼內(nèi)部的換熱器或換熱器組，所述的換熱器或換熱器組通過上升管線和下降管線與設(shè)置在安全殼外部的換熱水箱相連接。
能動的安全殼噴淋系統(tǒng)(簡稱CSP系統(tǒng))用于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故工況下安全殼的排熱，在事故工況下(L0CA或安全殼內(nèi)蒸汽管道破裂)，當(dāng)安全殼內(nèi)的壓力和溫度升高到一定值時(shí)，將安全殼的壓力和溫度降低至可接受的水平，以保持安全殼的完整性。非能動安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)(簡稱PCS系統(tǒng))用于在超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故工況下安全殼的長期排熱，包括與全廠斷電和噴淋系統(tǒng)故障相關(guān)的事故。PCS系統(tǒng)也用于嚴(yán)重事故工況(如果超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故發(fā)展到堆芯明顯惡化的嚴(yán)重事故)的事故緩解。在核電站發(fā)生超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故(包括嚴(yán)重事故)工況時(shí)，將安全殼壓力和溫度降低至可接受的水平，以保持安全殼的完整性。安全殼噴淋系統(tǒng)和安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)均用于事故后安全殼排熱，因此將兩系統(tǒng)組合起來使用控制安全殼內(nèi)的溫度壓力水平，以保持安全殼完整性，能夠應(yīng)對設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故到超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故直至嚴(yán)重事故。此組合方案比單一的能動系統(tǒng)或非能動系統(tǒng)覆蓋的事故工況都要廣，且事故后兩系統(tǒng)分別投入運(yùn)行對安全殼環(huán)境條件的限制效果更好。[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
如圖2所示，能動與非能動相結(jié)合的安全殼排熱裝置包括安全殼噴淋系統(tǒng)(CSP系統(tǒng))和非能動安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)(PCS系統(tǒng))，所述的安全殼噴淋系統(tǒng)的管線一端連接換料水箱2，另一端經(jīng)噴淋泵3和熱交換器4后連接到安全殼頂部的噴淋集管9，根據(jù)安全殼穹頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，噴淋集管9位于安全殼頂部不同標(biāo)高處，在噴淋泵3的上游管線上連接有化學(xué)添加劑箱5，化學(xué)添加劑箱用于添加NaOH，作用是用于吸附空氣中的揮發(fā)性碘；以及提高噴淋水的PH值，避免結(jié)構(gòu)材料腐蝕。換料水箱2可以設(shè)置在安全殼外或安全殼內(nèi)，優(yōu)選的方案中，換料水箱2設(shè)置在安全殼內(nèi)堆芯下方地坑位置，換料水箱位于最低處，方便匯集來自安全殼噴淋、管道破口所帶來的水源。噴淋泵3、熱交換器4和化學(xué)添加劑箱5均設(shè)置在安全殼外。
能動安全殼排熱裝置為CSP系統(tǒng)，CSP系統(tǒng)通過噴淋泵(電動泵)將噴淋水從內(nèi)置或外置換料水箱抽至噴淋管線，向安全殼內(nèi)噴射冷卻水，以持續(xù)降低安全殼內(nèi)因發(fā)生事故而導(dǎo)致的升溫和升壓。所述的非能動安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)(PCS系統(tǒng))包括設(shè)置在安全殼I內(nèi)部的換熱器或換熱器組6，所述的換熱器或換熱器組6通過上升管線和下降管線與設(shè)置在安全殼外部的換熱水箱7相連接，換熱水箱7的高度高于換熱器或換熱器組6的高度。換熱水箱7內(nèi)設(shè)有汽水分離器8，所述的換熱器或換熱器組6的上升管線與汽水分離器8連接，在非能動安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)的上升管線和下降管線上分別設(shè)有隔離閥10、11。
PCS系統(tǒng)采用非能動設(shè)計(jì)理念，利用安全殼內(nèi)布置的換熱器或換熱器組與安全殼內(nèi)的高溫空氣進(jìn)行冷凝、對流和輻射傳熱，熱段換熱器的冷卻水吸收安全殼內(nèi)高溫空氣的熱量升溫，密度降低，與冷管段的水形成密度差，通過上升管線進(jìn)入換熱水箱內(nèi)的汽水分離器，經(jīng)換熱水箱冷卻后，通過下降管線流回?fù)Q熱器，完成自然循環(huán)。在安全殼外設(shè)置的換熱水箱的最終熱阱為大氣，通過換熱器管內(nèi)水的流動，連續(xù)不斷地將安全殼內(nèi)的熱量帶到安全殼外，以實(shí)現(xiàn)超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故和嚴(yán)重事故工況下持續(xù)地非能動安全殼熱量排出。
本實(shí)施例中PCS系統(tǒng)設(shè)置三列，每個系列包括一組換熱器、一臺汽水分離器、一臺換熱水箱、一個電動隔離閥、二個并聯(lián)的氣動閥(位于下降管線)。換熱器布置在安全殼內(nèi)的圓周上；換熱水箱是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不銹鋼襯里的設(shè)備，布置在雙層安全殼外殼的環(huán)形建筑物內(nèi)。
在發(fā)生設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故安全殼壓力達(dá)到閾值后，CSP系統(tǒng)自動觸發(fā)啟動，或由操縱員手動開啟，以排出安全殼內(nèi)熱量。PCS系統(tǒng)采用非能動技術(shù)，發(fā)生全廠批斷電時(shí)，在沒有操縱員干預(yù)的情況下，系統(tǒng)自動投入運(yùn)行，利用自然循環(huán)實(shí)現(xiàn)安全殼的長期排熱。在無需操縱員操作的情況下，安全殼非能動排熱時(shí)間至少維持72小時(shí)，72小時(shí)后可以考慮其它補(bǔ)水手段。
本發(fā)明采用能動與非能動相結(jié)合的方式導(dǎo)出安全殼內(nèi)的熱量，能夠保持安全殼的完整性，滿足我國核安全法規(guī)HAF102 (2004)《核動力廠設(shè)計(jì)安全規(guī)定》中對保持安全殼完整性和安全殼排熱的要求。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求
及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種能動與非能動相結(jié)合的安全殼排熱裝置，其特征在于包括安全殼噴淋系統(tǒng)和非能動安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)，所述的安全殼噴淋系統(tǒng)的管線一端連接換料水箱(2)，另一端經(jīng)噴淋泵(3)和熱交換器(4)后連接到安全殼頂部的噴淋集管(9);所述的非能動安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)包括設(shè)置在安全殼(I)內(nèi)部的換熱器或換熱器組(6)，所述的換熱器或換熱器組(6)通過上升管線和下降管線與設(shè)置在安全殼外部的換熱水箱(7)相連接，換熱水箱(7)的高度高于換熱器或換熱器組(6)的高度。
2.如權(quán)利要求
I所述的能動與非能動相結(jié)合的安全殼排熱裝置，其特征在于在所述的安全殼噴淋系統(tǒng)噴淋泵(3)的上游管線上連接有化學(xué)添加劑箱(5)。
3.如權(quán)利要求
I或2所述的能動與非能動相結(jié)合的安全殼排熱裝置，其特征在于所述的安全殼噴淋系統(tǒng)的噴淋集(9)管設(shè)置在安全殼(I)頂部不同標(biāo)高處。
4.如權(quán)利要求
3所述的能動與非能動相結(jié)合的安全殼排熱裝置，其特征在于所述的與安全殼噴淋系統(tǒng)的管線相連接的換料水箱(2)設(shè)置在安全殼內(nèi)部堆芯下方地坑位置，所述的噴淋泵(3)、熱交換器(4)和化學(xué)添加劑箱(5)設(shè)置在安全殼外。
5.如權(quán)利要求
I所述的能動與非能動相結(jié)合的安全殼排熱裝置，其特征在于在所述的安全殼外部的換熱水箱(7)內(nèi)設(shè)有汽水分離器(8)，所述的非能動安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)的換熱器或換熱器組(6)的上升管線與汽水分離器(8)連接。
6.如權(quán)利要求
I或5所述的能動與非能動相結(jié)合的安全殼排熱裝置，其特征在于在所述的非能動安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)的上升管線和下降管線上分別設(shè)有隔離閥(10、11)。
7.如權(quán)利要求
6所述的能動與非能動相結(jié)合的安全殼排熱裝置，其特征在于所述的換熱水箱(7)為封閉的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，并設(shè)有不銹鋼襯里。
專利摘要
本發(fā)明屬于反應(yīng)堆設(shè)計(jì)技術(shù)，具體涉及一種能動與非能動相結(jié)合的安全殼排熱裝置。其結(jié)構(gòu)包括安全殼噴淋系統(tǒng)和非能動安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)，所述的安全殼噴淋系統(tǒng)的管線一端連接換料水箱，另一端經(jīng)噴淋泵和熱交換器后連接到安全殼頂部的噴淋集管；所述的非能動安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)包括設(shè)置在安全殼內(nèi)部的換熱器或換熱器組，所述的換熱器或換熱器組通過上升管線和下降管線與設(shè)置在安全殼外部的換熱水箱相連接，換熱水箱的高度高于換熱器或換熱器組的高度。本發(fā)明改進(jìn)了傳統(tǒng)能動安全系統(tǒng)核電站對安全級電源的依賴，提高核電站安全殼排熱系統(tǒng)的固有安全性。
文檔編號G21C15/18GKCN102881342SQ201210370296
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月27日
發(fā)明者趙俠, 于勇, 宋代勇, 袁霞, 趙光輝, 李軍, 李偉, 王志剛 申請人:中國核電工程有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan