應(yīng)對(duì)嚴(yán)重事故的新型三重安全殼的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于核電安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)對(duì)嚴(yán)重事故的新型三重安全殼。
【背景技術(shù)】
[0002]安全殼是核電廠最重要的構(gòu)筑物，其主要功能是在假想的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故后，承受內(nèi)壓，包容氣載放射性釋放物，并在正常運(yùn)行期間為反應(yīng)堆堆芯和冷卻劑系統(tǒng)提供屏障。同時(shí)，安全殼也是反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的熱力邊界，可以將事故后產(chǎn)生的熱量排入大氣、河海水體等最終熱阱，具有防止超壓的功能。
[0003]目前較為流行的安全殼的類(lèi)型主要包括帶鋼襯里的預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼、由預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼和普通混凝土安全殼組成的雙層安全殼、由鋼安全殼與鋼筋混凝土 /鋼板混凝土屏蔽廠房共同組成的雙層安全殼。
[0004]我國(guó)的秦山一期便是采用自主設(shè)計(jì)的帶鋼襯里的單層預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼。采用法國(guó)EPR技術(shù)的臺(tái)山核電廠和采用俄羅斯VVER技術(shù)的田灣核電廠采用了由帶鋼襯里的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土安全殼和普通鋼筋混凝土安全殼組成的雙層安全殼。這兩種雙層安全殼由預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土安全殼承受事故壓力，事故的熱量通過(guò)能動(dòng)的設(shè)施傳入河海水體。
[0005]而目前我國(guó)從美國(guó)引進(jìn)的采用AP1000技術(shù)的三門(mén)核電廠、海陽(yáng)核電廠，則是采用由鋼安全殼與鋼筋混凝土屏蔽廠房共同組成的雙層安全殼。它由鋼安全殼承擔(dān)事故壓力，事故的熱量經(jīng)鋼安全殼表面以非能動(dòng)的水冷和氣冷相結(jié)合的方式傳入大氣。
[0006]AP1000核電廠在基準(zhǔn)事故下的安全殼非能動(dòng)冷卻，是通過(guò)屏蔽廠房頂部的非能動(dòng)安全殼冷卻水箱所儲(chǔ)水的噴淋來(lái)進(jìn)行的。而日本福島核事故的災(zāi)難，主要是因?yàn)樵跇O端工況下能動(dòng)冷卻失效造成的。相比以往的安全殼，非能動(dòng)理念的AP1000核電廠具有更高的可靠性。
[0007]目前上述所有的單層或雙層安全殼的設(shè)計(jì)都是面對(duì)假想的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故，即只考慮反應(yīng)堆一回路/二回路熱傳輸系統(tǒng)管道破裂噴發(fā)的失水事故所引發(fā)的瞬發(fā)內(nèi)壓及相應(yīng)的熱量。該工況下主安全殼所承擔(dān)的設(shè)計(jì)內(nèi)壓通常在0.3-0.4MPa，而反應(yīng)堆事故一旦不可控而演變成如日本福島核電廠那樣堆芯熔毀導(dǎo)致反應(yīng)堆壓力容器破損的嚴(yán)重熔塌事故，此時(shí)核電廠的延期超壓會(huì)達(dá)到原設(shè)計(jì)的3倍左右。目前所有的單層或雙層安全殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，都只是對(duì)嚴(yán)重事故的緩解下功夫，因此只能以主安全殼的內(nèi)壓承載力裕量來(lái)應(yīng)對(duì)這種高額超壓，故在福島事故那種工況下，放射性物質(zhì)向環(huán)境的泄漏的風(fēng)險(xiǎn)依然很大。
[0008]中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利03143620.X提出了一種新型的沸水反應(yīng)堆安全殼，該專(zhuān)利對(duì)安全殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，具有一定的創(chuàng)新性。但未對(duì)安全殼本身做出重大改進(jìn)，在余熱排出和防止超壓方面，未有顯著進(jìn)步。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)對(duì)嚴(yán)重事故的新型三重安全殼，其采用非能動(dòng)冷卻的方式，使核電廠即使發(fā)生最嚴(yán)重事故的極端工況也能確保對(duì)環(huán)境的安全可靠性。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種應(yīng)對(duì)嚴(yán)重事故的新型三重安全殼，該安全殼包括預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼、鋼安全殼、鋼筋混凝土屏蔽廠房以及安全殼底板，其中，安全殼底板和鋼束張拉廊道均固定在地基上，預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼位于安全殼底板上，并通過(guò)鋼束張拉廊道頂部的倒U型鋼束及預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼筒身的插筋相連接；鋼安全殼罩在預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼外，并通過(guò)鋼安全殼筒壁末端的T型錨固件錨入安全殼底板中；鋼筋混凝土屏蔽廠房罩在鋼安全殼外，并通過(guò)其筒壁上的插筋與安全殼底板固定連接，鋼筋混凝土屏蔽廠房的筒壁中部開(kāi)有進(jìn)氣口，在錐形屋頂中央開(kāi)有排氣口，并在屋頂外一體澆筑有環(huán)繞排氣口的環(huán)形安全殼冷卻水箱；在預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼內(nèi)部設(shè)有框架結(jié)構(gòu)的安全殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)，安全殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)用于容納和支撐反應(yīng)堆壓力容器、蒸發(fā)器、安全殼內(nèi)置換料水箱等反應(yīng)堆設(shè)備；玄武巖堆芯熔融物基床通過(guò)耐高溫鎢合金鋼托盤(pán)，置于預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼內(nèi)的安全殼底板上，普通鋼結(jié)構(gòu)屏蔽板結(jié)構(gòu)的可熔塞體搭接在安全殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)的框架上，并位于反應(yīng)堆壓力容器正下方以及玄武巖堆芯熔融物基床的正上方。
[0011]所述的預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼由圓筒形筒壁和半橢球穹頂構(gòu)成，其圓筒形筒壁和半橢球穹頂?shù)南虏吭O(shè)有雙層環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼束，錨固在圓筒形筒壁上的兩個(gè)扶壁柱中，圓筒形筒壁的縱向設(shè)有穿過(guò)半橢球穹頂?shù)碾p層倒U型的預(yù)應(yīng)力鋼束，錨固在安全殼底板下的鋼束張拉廊道的頂部。
[0012]所述的鋼筋混凝土屏蔽廠房屋頂?shù)耐屑苌虾附佑袊娏芩髁糠峙浔P(pán)，安全殼冷卻水箱中的冷卻水可流入噴淋水流量分配盤(pán)后，均勻地分配至鋼安全殼表面并形成水膜。
[0013]所述的玄武巖堆芯熔融物基床由耐熔的玄武巖塊體砌成，呈上凸的半橢球型，并在嚴(yán)重事故下，熔塌的堆芯熔融物在熔穿可熔塞體后流淌在玄武巖堆芯熔融物基床上并散布開(kāi)，降低反應(yīng)性并冷卻。
[0014]所述的玄武巖堆芯熔融物基床中還埋有堆芯熔融物冷卻管道；所述的鎢合金鋼托盤(pán)為耐高溫鎢合金鋼制成的圓環(huán)形托盤(pán)，用于防止堆芯熔融物在極端情況下熔穿玄武巖堆芯熔融物基床后與安全殼底板發(fā)生接觸熔蝕。
[0015]所述的預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼內(nèi)半徑20m?25m,壁厚為2.2m?2.6m,穹頂厚度為0.9m?1.6m,高度為65m?75m,在預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼的筒身上設(shè)有兩個(gè)間隔180°的扶壁柱，用于環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼索的錨固。
[0016]所述的鋼安全殼為帶有半橢球穹頂?shù)膱A筒形結(jié)構(gòu)，其材料為鍋爐鋼，厚度為20mm?50mm,鋼安全殼的筒壁與預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼的間距為1.5m?2.5m,其穹頂與預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼上端半橢球穹頂?shù)拈g距為3m?5m。
[0017]所述的鋼筋混凝土屏蔽廠房為上端帶有錐形屋頂?shù)膱A筒形結(jié)構(gòu)，其筒壁厚度為0.Sm?1.5m，筒壁與鋼安全殼筒壁的間距為0.9m?1.lm，鋼筋混凝土屏蔽廠房屋頂采用鋼結(jié)構(gòu)托架上燒混凝土結(jié)構(gòu)，其中，混凝土部分的厚度為0.8m?1.5m ;鋼筋混凝土屏蔽廠房上端的環(huán)形安全殼冷卻水箱其儲(chǔ)水量為3000?4000噸；所述的進(jìn)氣口由直徑為500mm的碳鋼管制成，其埋入鋼筋混凝土屏蔽廠房筒壁中部，并與水平呈一定傾角，用于非能動(dòng)冷卻時(shí)，外部冷空氣流入；位于鋼筋混凝土屏蔽廠房頂部的排氣口為直徑7m?13m，被安全殼冷卻水箱環(huán)繞的圓柱形空腔，用于非能動(dòng)冷卻時(shí)熱空氣流出。
[0018]所述的預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼的穹頂上還設(shè)有壓力釋放閥，可在預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力時(shí)，啟動(dòng)壓力釋放閥，并可同時(shí)啟動(dòng)安全殼冷卻水箱中的冷卻水噴淋。
[0019]所述的安全殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)的墻體上開(kāi)有貫穿孔類(lèi)型的堆芯熔融物擴(kuò)散孔。
[0020]本發(fā)明的顯著效果在于:本發(fā)明所述的一種應(yīng)對(duì)嚴(yán)重事故的新型三重安全殼采用了雙層縱向和雙層環(huán)向預(yù)應(yīng)力束后張拉的預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼，其承受內(nèi)壓的能力將達(dá)到現(xiàn)有設(shè)計(jì)的3倍以上，不僅可以承受設(shè)計(jì)基準(zhǔn)失水事故下的瞬發(fā)超壓(0.3-0.4MPa)，而且可以承受后續(xù)的延期超壓(0.8-1.2MPa)，避免了預(yù)應(yīng)力混凝土的開(kāi)裂及由此產(chǎn)生的向環(huán)境的放射性釋放；同時(shí)，在預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼的頂部設(shè)置了一組壓力釋放閥，可確保不出現(xiàn)長(zhǎng)期的持續(xù)高額超壓，其可以有效地排出預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼內(nèi)的部分高壓蒸汽到鋼安全殼中，鋼安全殼既可以包容這些放射性高壓蒸汽，又能把高壓蒸汽的熱量迅速傳遞到鋼安全殼表面，經(jīng)過(guò)噴淋和常規(guī)氣冷可把熱量傳入大氣中。鋼安全殼一旦冷卻，其內(nèi)壓力便會(huì)降低，又能接收從預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼中排出的新的高壓蒸汽，如此循環(huán)，可帶出大量熱量，有效降低預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼中的壓力。在這一過(guò)程中，所有放射性物質(zhì)始終處于鋼安全殼的包容下，不會(huì)向環(huán)境排放；壓力釋放閥為壓力啟動(dòng)開(kāi)啟型，米用非能動(dòng)的方式將安全殼冷卻水箱的水在重力作用下的自然噴淋和并完成冷熱空氣的自然對(duì)流。同時(shí)，在安全殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)中設(shè)置了玄武巖堆芯熔融物基床，位于可熔塞體的正下方，它由耐熔的玄武巖塊體砌成，其下部還有耐高溫鎢合金鋼托盤(pán)。在嚴(yán)重事故下，熔塌的堆芯熔融物熔穿可熔塞體，流淌到玄武巖堆芯熔融物基床上散布并冷卻。它的底部還設(shè)置有堆芯熔融物冷卻水管道，用于對(duì)堆芯熔融物的輔助冷卻。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明所述的一種應(yīng)對(duì)嚴(yán)重事故的新型三重安全殼結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖中:1、預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼；2、鋼束張拉廊道；3、鋼安全殼；4、鋼筋混凝土屏蔽廠房；5、安全殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)；6、安全殼底板；7、壓力釋放閥；8、安全殼冷卻水箱；9、噴淋水流量分配盤(pán)；10、進(jìn)氣口 ；11、排氣口 ；12、玄武巖堆芯熔融物基床；13、堆芯熔融物冷卻管道；14、耐高溫鎢合金鋼托盤(pán)；15、可熔塞體；16、堆芯熔融物擴(kuò)散孔。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0024]如圖1所示，一種應(yīng)對(duì)嚴(yán)重事故的新型三重安全殼，該安全殼包括預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼1、鋼安全殼3、鋼筋混凝土屏蔽廠房4以及安全殼底板6，其中，安全殼底板6和鋼束張拉廊道2均固定在地基上，由圓筒形筒壁和半橢球穹頂構(gòu)成的預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼I位于安全殼底板6上，并通過(guò)鋼束張拉廊道2頂部的倒U型鋼束及預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼I筒身的插筋相連接，其中，在預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼I的穹頂上還設(shè)有壓力釋放閥7，可以在預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼I內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力時(shí)，可以開(kāi)啟壓力釋放閥7 ;預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼I中的圓筒形筒壁和半橢球穹頂?shù)南虏吭O(shè)有雙層環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼束，錨固在圓筒形筒壁上的兩個(gè)扶壁柱中，圓筒形筒壁的縱向設(shè)有穿過(guò)半橢球穹頂?shù)碾p層倒U型的預(yù)應(yīng)力鋼束，錨固在安全殼底板下的鋼束張拉廊道2的頂