CN101221823A - 池式钠冷快堆事故余热排放系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种池式钠冷快堆的事故余热排放系统。它是一个独立的传热系统，由独立热交换器和空气热交换器串连而成，其中独立热交换器的下部浸入堆芯的钠池中，空气热交换器外连拔风烟囱。本发明所提供的事故余热排放系统具有独立性和非能动性，在事故工况时，能够有效地将堆芯的剩余释热排出。
Description
技术领域
本发明属于钠冷快堆的安全设施技术领域，具体涉及一种池式钠冷快堆的事故余热排放系统。
背景技术
快中子增殖堆简称快堆，它的简单工作过程是：反应堆堆芯产生的热量由液态钠载出，送给中间热交换器；在中间热交换器中，一回路钠把热量传给二回路钠；二回路钠进入蒸汽发生器，将热量传递给三回路的水，三回路的水变成蒸汽，驱动汽轮发电机组发电。用二回路把一回路和三回路分开，是为了防止三回路的水漏入堆芯，与一回路中的钠发生激烈的化学反应，危及反应堆安全，同时，也是为了避免当发生事故时，堆内受高通量快中子辐照的放射性钠扩散到外部。
当快堆遭遇地震、系统供电全部中断、所有蒸汽发生器给水中断等事故工况时，堆芯的剩余释热就无法通过一、三回路导出。为能顺利地导出堆芯余热，避免堆芯熔化，必须设置一个事故余热排放系统。
国外已建成的池式钠冷快堆的事故余热排放系统通常是在二回路并联一个辅助冷却系统，用于事故时排出堆芯的剩余释热，如俄罗斯的B N-600快堆就是采用的该种形式。这种形式虽然可以在事故时排出堆芯的剩余释热，但是由于辅助冷却系统和二回路是并联的，当辅助冷却系统和二回路共用的部分出现故障时，可能导致二回路和辅助冷却系统均失效，从而使堆芯的剩余释热无法导出。另外，在启动辅助冷却系统时，要操作阀门，从而增加了系统的能动性，降低了系统的安全功能。
发明内容
本发明的目的是，针对现有的池式钠冷快堆的事故余热排放系统非能动性差的问题，提供一种能够依靠自然循环就能将堆芯的剩余释热排出，具有较好非能动安全特性的池式钠冷快堆事故余热排放系统。
本发明是这样实现的，一种池式钠冷快堆的事故余热排放系统，它是一个独立的传热系统，由热交换设备及相应的管道和测量、控制仪表组成的环路。关键在于，所述的热交换设备是由独立热交换器和空气热交换器串连而成，其中独立热交换器的下部浸入堆芯的钠池中，空气热交换器上部外连拔风烟囱。
所述的独立热交换器是一种浸入式钠-钠换热器。它的入口格栅以下部分都浸入在钠池中，中间回路的低温液态钠通过内管顶端的接管口进入换热管束，一回路高温液态钠通过自然循环由入口格栅流经换热管束外壁，冷却后通过出口格栅流出，从而依靠自然循环完成一回路、中间回路的高、低温钠的热交换，将钠池中堆芯的剩余释热导出，保证堆芯安全。
所述的空气热交换器是一种具有非能动性的钠-空气热交换器，它通过流动的空气与换热管管束中的高温钠进行热交换而带走高温钠的热量。
为了增加事故余热排放系统的可靠性，所述的环路可以设计成二个环路，每个环路都能够独立工作。
本发明所提供的事故余热排放系统，它有两个特点，其一是独立性。该系统是一套独立的热传输系统，它有自己的一回路和二回路(中间回路)，能不依靠主热传输系统就能将堆芯的剩余释热导出。其二是非能动性。该系统的一回路和二回路(中间回路)以及流过空气热交换器的空气均采用自然循环的方式运行，并且在系统的主管道中不设任何阀门，只有空气热交换器的进、出口风门是能动的，从而最大限度地保证了本系统的非能动性。总之，本系统有效克服了享有技术的的缺陷，在事故工况时，能够有效地将堆芯的剩余释热排出。
附图说明
图1为池式钠冷快堆的事故余热排放系统原理图；
图2为实施例所提供的一种池式钠冷快堆的事故余热排放系统的结构示意图。
图中，1.拔风烟囱、2.空气热交换器出口风门、3.空气热交换器、4.空气热交换器进口风门、5.独立热交换器、6.反应堆容器、7.主管道。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
如图1和2所示，本发明由两个相互独立、结构相同的环路组成，每个环路都能足够有效地保证反应堆堆芯剩余释热的排放。每个环路由一台独立热交换器5、一台空气热交换器3、带电加热丝和保温层的双层主管道7及测量、控制仪表组成。独立热交换器5和空气热交换器3串连，独立热交换器5的下部浸入堆芯的钠池中，空气热交换器3外连拔风烟囱1。
其中，独立热交换器5是一种浸入式非能动的钠-钠热交换器。它包括安全外壳，在安全外壳内设有外管，外管内设有内管。内管顶端开口，底端与安全外壳的底部相通；外管的管壁为双层结构，顶端设有钠出口，底端同内管外的换热管束的上出口相通；换热管束的下入口同安全外壳的底部连通；安全外壳与内管之间的空间通过上管板、下管板密封，在该密封段的上部开有入口格栅，下部设有出口格栅。
本实施例所用的空气热交换器3是一种非能动的钠-空气热交换器。它包括筒体，筒体顶端设有出口风门2，底端设有进口风门4。筒体内腔的上部设有膨胀罐，膨胀罐通过支承板固定在筒体上，膨胀罐顶端设有氩气进口接管，氩气进口接管延伸至筒体外，膨胀罐底端与钠进口管连通，膨胀罐的筒体与换热管管束连通，换热管管束与下集流器连通。其中，进口风门4设计为3个单段，出口风门2设计为1个双段。3个进口风门中的一个出现故障，出口风门两个单元段中的一个出现故障时，本装置仍能有效地将堆芯的剩余释热排放。空气热交换器3的风门或风门单元设有电动和手动两种驱动装置，并设有两个独立的供电电路，分别服务于本装置两个独立的环路中空气热交换器3的进口风门4和出口风门2的电传动装置和风门位置传感器，并且包括独立电源，如蓄电池组、柴油发电机等。
同时，本系统的主管道7全部采用双层管道；独立热交换器5的接管设有保护套；空气热交换器3设有底盘，当空气热交换器发生钠泄漏时，可将底盘收集到的钠排放到钠泄漏接收罐中。
因此，本系统的一回路、中间回路、流过空气热交换器3的空气均采用非能动的自然循环的方式，除进口风门4和出口风门2外，本系统主管道7中再无任何能动装置。
下面以某快堆所设计的事故余热排放系统为例，对实施例所提供的技术方案作进一步的描述。
当快堆正常运行时，本系统处于备用工况状态；当快堆遭遇地震、系统供电全部中断、所有蒸汽发生器给水中断的事故工况时，本系统处于工作工况(冷却工况)状态。
1)备用工况。主要技术特性和参数见表1：
表1备用工况时的主要技术特性和参数
| 序号 | 技术特性和参数 | 单位 | 数值 | |
| 装置工况 | ||||
| 堆名义工况 | 堆换料工况 | |||
| 1 | 一个环路热功率 | MW | 0.052 | 0.019 |
| 2 | 一回路钠流量 | kg/s | 1.66 | 1.17 |
| 3 | 中间回路钠流量 | kg/s | 1.37 | 0.96 |
| 4 | 流过空气热交换器的空气流量 | kg/s | 0.11 | 0.10 |
| 5 | 一回路钠温度独立热交换器入口独立热交换器出口 | ℃ | 516485 | 250237 |
| 6 | 中间回路钠温度空气热交换器入口空气热交换器出口 | ℃ | 515485 | 250237 |
| 7 | 流过空气热交换器的空气温度空气热交换器入口空气热交换器出口 | ℃ | 50496 | 50240 |
| 8 | 中间回路工作压力(独立热交换器底部) | MPa | 0.46 | 0.40 |
本系统处于备用工况时，进口风门4全部打开，出口风门2关闭，但留有10％的间隙。关闭连接本系统和二回路的钠充排系统、事故余热排放系统的氩气系统的阀门。本系统中间回路的钠在自然循环作用下，从独立热交换器5沿管道进到空气热交换器3的膨胀罐，并由后者分流到换热管管束，将热量传递给空气，钠沿管道回到独立热交换器。在拔风烟囱1的抽力作用下，空气经打开的进口风门4进入空气热交换器3中，并经出口风门2和拔风烟囱1排入大气。一回路钠在自然循环作用下进入独立热交换器5的入口格栅，通过壳程，流到反应堆“热”腔的下部。
2)冷却工况。主要技术特性和参数见表2。
表2冷却工况时的主要技术特性和参数
| 序号 | 技术特性和参数 | 单位 | 数值 |
| 1 | 系统热功率 | MW | 1.05 |
| 2 | 一个环路热功率 | MW | 0.525 |
| 3 | 一回路钠流量 | kg/s | 5.80 |
| 4 | 中间回路钠流量 | kg/s | 2.93 |
| 5 | 流过空气热交换器的空气流量 | kg/s | 2.40 |
| 6 | 一回路钠温度独立热交换器入口独立热交换器出口 | ℃ | 516444 |
| 7 | 中间回路钠温度空气热交换器入口空气热交换器出口 | ℃ | 514373 |
| 8 | 流过空气热交换器的空气温度空气热交换器入口空气热交换器出口 | ℃ | 50264 |
| 9 | 中间回路工作压力(独立热交换器底部) | MPa | 0.45 |
当出现事故信号，反应堆过渡到次临界状态，将空气热交换器3出口风门2全部打开，这时进口风门2如果处于“关闭”的初始状态时，将进口风门1也全部打开。风门全部打开的时间为18秒。
Claims (9)
1.一种池式钠冷快堆的事故余热排放系统，它是一个独立的传热系统，是由热交换设备及相应的管道(7)和测量、控制仪表组成的环路，其特征在于：所述的热交换设备是由独立热交换器(5)和空气热交换器(3)串连而成，其中独立热交换器(5)的下部浸入堆芯(6)的钠池中，空气热交换器(3)外连拔风烟囱(1)。
2.根据权利要求1所述的池式钠冷快堆的事故余热排放系统，其特征在于：所述的独立热交换器(5)是一种非能动的浸入式钠-钠热交换器。
3.根据权利要求2所述的池式钠冷快堆的事故余热排放系统，其特征在于：所述的独立热交换器(5)的接管设有保护套。
4.根据权利要求1所述的池式钠冷快堆的事故余热排放系统，其特征在于：所述的空气热交换器(3)是一种非能动的钠-空气热交换器。
5.根据权利要求4所述的池式钠冷快堆的事故余热排放系统，其特征在于：所述的空气热交换器(3)的进口风门(4)和出口风门(2)设有电动和手动两种驱动装置。
6.根据权利要求1、4或5所述的池式钠冷快堆的事故余热排放系统，其特征在于：所述的空气热交换器(3)设有底盘。
7.根据权利要求1所述的池式钠冷快堆的事故余热排放系统，其特征在于：所述的主管道(7)为双层管道。
8.根据权利要求1所述的池式钠冷快堆的事故余热排放系统，其特征在于：所述的环路为两个独立的环路。
9.根据权利要求8所述的池式钠冷快堆的事故余热排放系统，其特征在于：所述的每个环路设有独立的供电电路。
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