CN101981629B - 核设施安全系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种核设施安全系统(1)，包括若干催化复合器元件(40，44)，所述催化复合器元件可引发流入气流带入的氢气与氧气进行复合反应，即使在比较严酷的条件下或者在此类情况下，所述系统也能保证以极高的运行安全性从混合气体中可靠地消除氢气。为此目的，本发明对复合器元件和/或者在气体侧连接两个复合器元件的流动路径进行适当设计，从而在第一个复合器元件(40)中进行复合反应时通过点火在气体介质中产生压力脉冲(40)，该压力脉冲在相邻的第二个复合器元件(44)的流入区中使得气体以至少5m/s的流速发生一个气体移动过程。

Description

核设施安全系统

本发明涉及一种核设施安全系统，包括若干催化反应器元件，所述催化反应器元件可引发流入气流带入的氢气与氧气进行复合反应。

在核设施尤其是核电站中，当例如由于堆芯发热而有可能出现锆氧化的故障或事故情况时，必须考虑到会在包围反应堆堆芯的安全容器中形成、释放出氢气和一氧化碳。尤其在发生冷却剂丧失事故之后，可能会释放出大量氢气，因此有可能在安全容器之内形成爆炸性混合气体。在没有采取应对措施的情况下，安全容器气氛中的氢浓度可能会增大，如果偶然点火使得大量氢气燃烧，可能会危及安全容器的完好性。

以下将讨论可防止在核电站的安全容器之中形成这种爆炸性混合气体的各种不同装置或方法。相关装置例如有：催化复合器、催化以及/或者电点火装置，或者组合使用这两种装置，以及安全容器的永久惰化处理方法。

如果使用点火系统来消除安全容器气氛中的氢气，则应利用可控燃烧方式使得氢气与氧气可靠复合。应可靠避免氢气剧烈燃烧而引起压力显著增大。这种点火系统通常经过适当设计，当超过混合气体的点火下限时，即混合气体中的氢浓度很少例如，含4Vol％的氢气，或者当低于大约55Vol％蒸汽的惰化极限时，则应当引发氢气点火。

EP 289 907 B1公开了一种以可控方式点燃含氢混合气体的点火系统，包括一个通过内置储能器供电的火花点火器。装置点火系统配有独立设计的储能器，因此不需要电源线。尤其可使用干电池作为储能器。当然由于内置储能器的容量问题，这种点火系统只能在一段有限的时间内使用。尤其在提前激发火花点火器的时候，在稍后释放氢气的故障过程中只能有限地以可控方式点燃氢气。此外这种点火系统同样只有在点火延迟时间结束之后才会对释放出的氢气作出反应。这种点火系统也只能在有限条件下长时间工作，以覆盖所有能想象到的事故情况。此外在已经出现事故苗头的情况下，也无法从外部控制站(例如核电站的控制室)预防性地激发点火系统。

除此之外，如果仅仅是基于使用氢气点燃方法(例如火花塞系统)的安全系统，还有在蒸汽惰性情况下无法消除氢气的问题。因此这类系统只能根据相应的蒸汽浓度使得安全容器内产生的氢气完全燃烧。这在蒸汽中的氢气变浓时有可能使得氢气量或浓度比较高，结果会在比较短的时间内点火燃烧，从而有可能使得反应过程失控。此外如果是仅仅基于点火方式的系统，还要考虑到在“全厂失电”情况下，也就是在安全容器内部完全失去供电的情况下，点火系统可能会完全失灵。

因此作为替代或补充方案，可以在核设施安全容器内的安全系统之中安装一些非能动自催化复合器。这些复合器通常包括适合于以催化法使得流入气流带入的氢气与氧气进行复合反应的催化器元件。这些催化器元件通常配有一个设计成烟囱形状的外壳，可借助烟囱效应在外壳内自动形成对流，引导混合气体沿着相应的催化器元件运动，从而能够维持催化复合反应。所述催化元件基本上垂直且尽可能平行安装于相应的催化复合器元件之中，以利于在这些元件之间产生上升气流。如果安全容器的混合气体中出现氢气，这些装置通常会自动启动，并且使氢气与气氛中所含的氧气进行氧化反应，即使在蒸汽惰性条件下，或者存在略微高于点火极限的混合气体，也能在不点火的情况下有效消除氢气。

当然在这类系统中，假设安全容器中出现氢气释放速率较高、同时蒸汽浓度很低的情况，所产生的氢气也有可能局部或者全局达到临界浓度和临界量。

由于迄今为止仅仅偶然在不同的气氛条件下(如氢气浓度和蒸汽含量等等)观察到复合器上的点火现象，因此既不能可靠避免意外点火，也不能通过这些装置确保点火功能。用于完全避免催化器点火的措施(例如不同的涂层厚度或者扩散抑制层等等)也无法可靠杜绝点火。即使能够证实这一点，由于安全容器内有可能断续存在其它点火源，因此也无法完全杜绝偶然点火。

因此为了安全设计安全容器，如果使用催化复合器，就要确定安全容器内氢气过量时出现的最大浓度，并且在这些条件下点火，以适当长度的火焰加速距离贯穿安全容器。在这类点火情形下，要考虑到会形成快速爆燃直至爆燃转爆轰。为了能够通过安全容器的结构设计适当抵消理论上可能出现的严重负荷以及高达数巴的压力差，通常应将相应的安全容器结构以及其中所安装的部件设计得相当坚实。因此希望有一种经过改进设计的安全系统，即使在上述条件下也能从一开始就能可靠杜绝氢气浓度过大，从而避免上述点火或者爆轰情形。

为了适合这类意图，也可以采用不仅包括点火器、而且也包括催化复合器的组合式系统。例如EP 596 964 B1就公开了一种用于将混合气体中的氢气复合的组合式催化器点火系统。在该系统中将氢气催化复合过程中从催化器体上获取的热量供应给点火装置，并且在这里将其直接用来点燃没有贫化的含氢气体。但在这种组合式催化器点火系统中，首先要在释放出氢气之后等待一段点火延迟时间，然后才开始点燃氢气。也就是在释放出氢气之后需要等待有一定的时间，直至催化器体和邻近的点火系统加热到足够高的温度，以便能够点燃氢气。如果安全容器内的气体移动过程迅速，那么这种时间延迟就会导致只有在氢气浓度比较高时才会开始点燃氢气。但是在整个系统加热之后，在非催化部件上也会在超过点火下限之后出现提前点火。

在具有催化复合器和若干自主火花点火器、并且独立于催化复合装置在点火装置中进行点火的其它组合式系统中，由于要对相关系统进行调整使其相互协调，因此费用比较大，尤其在点火频率错误的情况下如何处理不利影响是个难题。原则上这里适用的是：相应的气体移动过程会引发提前单独点火，无法实现(由于缺少高温区)有效的反向点火来保证很短的火焰加速距离。

因此本发明的任务在于，阐述一种上述类型的安全系统，即使在比较严酷的条件下或者在此类情况下，所述系统也能保证以极高的运行安全性从混合气体中可靠消除氢气。

解决本发明这一任务的方式为：对复合器元件和/或者在气体侧连接安全容器之内两个复合器元件的流动路径进行适当设计，从而在第一个复合器元件中进行复合反应时通过点火在气体介质中产生压力脉冲，该压力脉冲在相邻的第二个复合器元件的流入区中使得气体以至少5m/s的流速发生一个气体移动过程。流入区域中所需的设计流速最好比对流模式下的流入速度高出两倍以上。

本发明考虑问题的出发点为：以特别适宜的方式对主要基于催化复合的系统进行补充，使之具有定向引发点火的功能，从而在上述可能出现的极端条件下可靠消除氢气，同时可靠避免形成临界浓度并且杜绝发生爆轰情形。为此也要实现能够严格遵守特别高的安全运行标准、同时也能完全或者至少尽可能以非能动方式掌控“失电”情形的点火系统。以特别适宜的方式将催化复合过程中在催化器元件区域内局部释放的热量用于定向引发点火，就能对基于催化复合器的系统进行适当补充，使之具有适当的点火机制。

尤其应对系统进行适当的整体设计，从而在氢气释放速率适度且蒸汽含量比较少的干燥情况下也能提前引发无焰催化消氢，直至达到能够点火、但并非临界的氢浓度，例如达到大约6～8Vol％氢浓度。这种无焰催化器运行模式应可延伸应用于更高的蒸汽浓度例如＞30Vol％至大约＞8Vol％氢浓度、＞40Vol％尤其至大约10Vol％以及更高氢浓度。这样就可实现在多数情况下根本不会出现点火。

只有在更为极端情况下，尤其当氢浓度高于大约8Vol.-％且蒸汽含量较少时，但也包括氢浓度大于10Vol.-％的任何情况下，才应当采取预防措施防止浓度继续升高，并且有针对性地自动在安全容器的各个不同空间区域中引发点火。所述极限浓度尤其对应于大约100℃以下的气氛温度。如果温度较高，则还要注意：含氢混合气体的点火下限和上限区间应当加宽，从而能够更早可靠点火。

为了确保做到这一点，可将催化器元件相互适当定位，采用适当的结构设计，尤其可设定流动路径以及相关部件的尺寸，有针对性地调整气流在相应催化元件流入区域中的流入特性。

以上所述基于这样的认识：在上述类型的催化复合器中，例如可在烟囱效应或者类似效应的作用下，引导气流以一定的流速沿着催化元件运动，从而引起并且维持复合反应，当催化器达到平衡状态时，邻近催化活性表面的气流中的氢含量就会减少。这是因为在催化活性表面与所经过的气流之间的边界区中，所带入的氢气与氧气发生了复合反应，致使靠近催化器之处的氢含量局部减少。催化复合反应产生的热量对催化器进行加热，在这种平衡状态下，只有当贫氢区中的混合气体尚且存在足以在催化器元件主导的温度下点燃的氢含量时，才会点燃流过的气流。

因此如果在安全容器内局部任意某一个部位由于任意原因而点火，从而使得火焰前锋在安全容器内沿着流动路径传播，则尤其要考虑这类系统的不稳定性，所述任意原因例如有：利用点火器进行点火，利用其它电气装置进行点火，在其中某一个复合器上初次点火，或者瞬态气体输入过程，例如突然将冷却水送向过热的内部安装部件时而产生的蒸汽射流。一旦在另一个复合器中出现这种火焰前锋，就会局部超过该第二复合器的环境范围内也就是上述贫氢区内点燃混合气体所需的点火温度，并且也会在该空间范围内引起点火。这种长距离传播火焰前锋对点火效应的串扰可能会引起意外的火焰加速和上述不稳定性，在最差情况下则可能会引起爆轰或者爆燃-爆轰转变。

为了应对这些效应，应当对各个复合器之间的流动路径以及/或者对这些复合器本身进行有针对性的设计，当第一个复合器的火焰前锋尚未到达时，预先在第二个复合器的环境范围内引发点火，从而使得第二个复合器的环境范围内的点火能够在受控状态下进行，并且避免发生交替影响。为了实现这一点，应适当设计各个复合器之间的流动路径，从而可根据推进上述火焰前锋的压力脉冲或者气体移动过程，在第二个复合器中引发点火。可以有针对性地利用上述压力脉冲或者气体移动过程，冲散第二个催化器元件周围的上述贫氢区，使得氢气成分未贫化的气体成分能够直接接触相应的催化器元件。由于氢气成分没有贫化，因此在这类情况下，催化器元件中所出现的温度足以作为点火温度，从而可以独立于火焰前锋以可控方式引发点火，且不会引起上述应当避免的串扰效应。这样就可以将起始燃烧所产生的能量定向局部引入到经过调温的非能动催化装置之中进行反向点火、缓解爆炸或者灭火。

为了保证做到这一点，应当将复合器元件适当相互定位，并且/或者通过具有适当结构的流动路径将其相互连接，使得上述气体移动过程所产生的第二个复合器上出现的气流的流动速度足以冲散上述贫氢区，并且引导含有未贫化氢气的混合气体在催化器元件附近运动。

在设计复合器装置的过程中最好也要考虑与浓度相关的火焰传播路径方向。如果浓度较小，原则上优先选用垂直向上的火焰传播路径。若在水平方向传播火焰，应考虑略高一些的浓度；若向下传播火焰，则甚至应考虑大约2～3Vol％以上的最小浓度。

应适当选择流动速度作为整体方案的设计标准，在第一个复合器元件中进行复合反应时通过点火在气体介质中产生压力脉冲，在相邻的第二个复合器元件的流入区中引发气体移动过程。

在整体系统的设计标准中，优选将能够以极高可靠性冲散相应催化器元件周围气体层的速度定为引发气体移动过程的流动速度。可以根据设计条件，将最小速度定为5m/s，这相当于对流模式下流入速度的两倍多，这样就能达到上述要求。但最好将至少为10m/s的额定速度作为流动速度。即使当出现较高的气体速度(例如＞50m/s)和更高的压力以及蒸汽浓度时，该方法也能非常可靠地实现自发点火。可以对装置内的物质进行适当调温，对由于大量流入的较冷环境气体和环境条件所引起的冷却效应进行平衡。

尤其可考虑将催化复合器元件本身的设计特征作为影响设计流入速度的适当参数，例如相应外壳之内的通道走向，通道横断面，各个元件的通道长度等等，也包括通道走向的形式(直线或曲线等等)以及适当的节流措施等等。作为替代或补充方案，也可以适当调整各个复合器元件之间的流动路径。

可以通过厂房结构和安全容器内的部件结构，或者通过部分或完全封闭的管道系统，在燃烧过程中定向传导气流。也可以将这些附加通道或管道系统用来引发所需的点火。适宜的方式是给该系统配备一个压力脉冲发生器或者蓄能器，用以引发复合装置上的气体移动过程以便进行点火。

最好按照有利于所需点火机制的间距、体积和厂房结构条件，将复合器布置在安全容器或反应堆安全容器之中。例如可以加大复合器的布置密度，例如在安全容器建筑物高度的1/4～3/4范围内占据至少70％的比例。还优选在潜在的氢气释放区域、主回路附近、在大约为总体积20～50％的安全容器容积之内以及在空间分隔较密的区域中高密度布置复合器。较为优选的是每300～1500m³厂房体积布置一个复合器元件。还应当考虑厂房结构，在相关单元之间应用＜15m、优选的是＜10m的间距标准，以便将火焰加速效应减小到最低程度。所述间距值尤其指两个反应器单元之间的气流路径长度。

由于在所选浓度范围内主要产生朝向上升方向传播的火焰，因此优选将复合器布置在主回路上方，以保证特别有效地实施本方法。

而在安全容器的外部区域中，由于这里的浓度梯度明显较小，而且几乎不存在湍流发生器，因此可在复合器元件之间采用明显较大的间距，可达到25m，优选的是＜15m。这里优选给每一个复合器选配1000～5000m³的厂房容积。

还优选按照该方法将复合器布置在主回路范围内作为连续链，以及布置在局部和全局流动路径范围内以利于对流。

还可按照相应流动路径中的空间几何与阻塞程度布置复合器，尤其是安装于这里的其它部件或内部构件有可能引起阻塞。原则上应考虑火焰传播与体积膨胀效应，例如空间内的二维或三维膨胀以及湍流发生器，厂房结构的蒸发冷却效应。

若为扩宽幅度不大的空间，则应遵循10m以下的较大复合器间距；若为扩宽幅度很大的空间，则应遵循＜7m的较小复合器间距。

空间阻塞因数＞0.2至＜0.5且具有所选平均浓度范围的区域特别有利于布置复合器。比较适宜布置在溢流口前方或后方与速度相关的空间溢流区域之中，尤其在流入区域或者自由喷射区域之中，或者在湍流增强的区域之中。在这种特别危险的火焰加速区域中，如果火焰传播速度比较慢，可通过提前反向点火，避免火焰急剧加速直至快速爆轰。如果空间阻塞因数＞0.5，则优选将复合器布置在障碍物后面，以及/或者布置核心射流范围之外。

如果起始段较长，则比较适宜将下一个复合器置于相关空间阻塞前方；如果起始段较短，也可将其置于空间阻塞后方的流出区域之中。

在另一种有益的实施方式中，安全系统也可用于特别有效地介入(由于出现加热和压力脉冲引起激发而需要的)定向点燃混合气体。在特别有益的实施方式中，可按照氢浓度和相应点火温度之间的相互关系，针对以下要求对系统进行设计：在大气条件下并且环境温度小于大约100℃，如果所带入的氢气含量至少为6％、优选至少为8％，当复合器元件或者每一个复合器元件处在自然对流模式时，才会在所流过的气流中引发点火。因此在设计相应的部件时，尤其可能要考虑催化器元件的热惰性以及沿表面流过的气流的冷却作用，设计条件下所出现的相应催化器元件的温度尤其可能会因为催化器体的质量、厚度或者横向膨胀变化而改变。

在另一种特别有益的实施方式中，采用一种厂房喷淋系统，尤其可在需要时使得安全容器气氛中的蒸汽凝结。在某些运行情况下，可以结合使用厂房喷淋系统，以协调、同步方式使得安全容器气氛均匀化，并且有的放矢地降低H₂和/或者蒸汽含量。

当蒸汽冷凝并且达到非惰性化浓度范围时，例如蒸汽和CO₂大约＜50～55Vol％，现在浓度相当均匀，因此在接近惰化极限之处(即使氢气浓度较高)同样也能利用反向点火在慢速爆燃的范围内可靠引发点火。

将布置在各个不同空间区域中的复合装置与安全容器喷淋系统结合使用，一方面可以在蒸汽惰性化区域内通过喷淋强烈混合气氛，另一方面能形成复合器对流，同时还能降低氢气含量。这样尤其可在短期内将具有火焰加速潜力的危险高浓度云与其余气氛混合，并且使各个不同的高温目标点火区达到比较一致的水平。尤其可以在布置于厂房之中的目标点火区中形成＞700℃、尤其＞800℃特别明显的高温。由于存在显著的高温区，即使当出现较高的气体速度时(例如＞50m/s)，该方法也能非常可靠地实现自发点火。可以调整物质的温度，可靠平衡由于流入大量较冷的环境气氛而出现的冷却效应。

适当设计喷淋系统的运行方式，还可在需要时减缓冷凝作用，例如使蒸汽冷凝速率＜1Vol％/分钟，从而能预先确保气氛均匀化、并且消减氢气。当相应复合器的目标点火区中达到适当高的温度时，优选的是＞800℃，也可以直接开始喷淋进行去惰化，并且尤其当安全容器泄漏概率增大或者接近超压设计值时，可以迅速降低安全容器压力，以及利用反向点火引起慢速爆燃，从而保证该方法具有特别可靠的作用。

本发明的优点尤其在于：复合器装置和/或者连接这些复合器装置的气流路径的结构设计能保证在另一个复合器元件上点火之后到达某一个复合器元件的压力脉冲或者气体移动过程在该复合器元件的流入区域中产生适当高度气体流动速度，从而可利用贫氢或者减小了氢气含量的混合气体冲散催化器表面附近的气体层。

这样就能使没有或者很少贫化的气体直接接触温度比较高的催化元件表面，从而在该空间区域内可靠引发点火。由于慢速爆燃时产生的压力波以比较长的振动持续时间和较小的振幅领先于相应的火焰前锋运动，因此所引起的气体移动过程将在火焰前锋到达之前在复合器中引发点火。大量供应可燃气体会导致局部复合器装置供气过量、减小加热面边界层范围内的浓度贫化程度、并且在相界处导致界面扰动，从而引起进一步的对流、并且能实现可靠点火。这样就可保证在浓度进一步升高之前对临界区域进行安全点火，即按照多米诺效应或者多米诺点火方式，从第一个复合器装置开始，在相邻的或者邻近流动侧的复合器装置中可靠引发点火。这样就能可靠避免串扰效应和失控流动情况，从而将需要承受的负荷减小到最低程度。

因此能够以催化消氢功能为重点对系统进行整体设计，在比较多的情形中，尤其在浓度小于8Vol.-％、优选的是小于6Vol.-％的情况下，只要进行催化消氢即可，不必进行点火。如果浓度较高，则首先在慢速爆燃的浓度范围或者起始范围内发生点火和燃烧过程，由于气体移动过程以一定间隔领先于燃烧波或者火焰前锋，因此可在相邻装置中可靠引发点火过程。

在大致为5～8Vol％浓度范围内，原则上可以通过提前点火实现无焰催化氧化反应，因此也能在较高浓度下实现无焰催化消氢，同时可形成高温区(＞600-900℃)。因此无焰催化范围超过不可点燃的范围。如果存在轻微浓度差别，可利用快速气体移动过程避免提前个别点火，从而可在燃爆到来时进行有效的反向点火，以达到较短的火焰加速距离。

本发明的双重效应尤其体现在蒸汽CO₂含量大约＞55Vol％的蒸汽惰化范围内，因为通过无焰氧化反应就能显著消减氢气，同时可形成例如＞600℃的高温度势，尤其从点火条件来看在比较困难的点火上限处也能形成＞900℃的温度势。通过这么高的温度可以补偿由于蒸汽含量与压力较高而在点火区范围内出现的大量散热，从而在这些条件下也能实现可靠点火。

以下将根据附图对本发明的一种实施例进行详细解释。相关附图如下：

附图1 使混合气体中的氢气和氧气复合的安全系统，

附图2 催化复合器，以及

附图3 附图1所示安全系统的局部放大剖面图。

在所有附图中均以相同的附图标记对相同的部件进行标识。

附图1所示的安全系统1可用于复合混合气体中的氢气，即用于复合附图1所示核设施安全容器2气氛中的氢气。安全系统1包括若干布置在安全容器2之内的催化复合器4，其中的每一个催化复合器均能以催化方式使得气流中夹带的氢气与安全容器气氛中所含的氧气进行复合反应。

从附图2所示的放大示意图可见，这些催化复合器4中的每一个均包括若干布置在外壳6之中的催化器元件8。催化器元件8分别具有选用适当材料(例如钯和/或者铂)涂覆的表面，如果邻近所述表面的混合气体含有大量氢气(例如几个体积百分比)，该表面就会使得氢气与气氛气体中所含的氧气进行催化复合反应。氢与氧发生放热反应生成水，通过该放热反应加热催化器元件8，从而形成温度梯度，在周围气体空间中产生自下而上的对流。

为了通过烟囱效应强化这种对流，适宜将围住催化器元件8的相应复合器4的外壳6设计成烟囱形状，并且将催化器元件8设计成平板形且使其相互平行排列，从而更容易形成对流。这些部件所构成的复合器4均具有以下结构特性：当安全容器2的气氛气体中存在氢气时，能自动开始催化复合反应，通过烟囱效应所引起的对流作用维持复合反应，并且使得气氛进一步混匀，直至充分消减氢气。

安全系统1经过适当的整体设计，在多数可能发生的故障情形下，也包括比较罕见的极端故障情况，也能保证安全可靠地复合安全容器2气氛中所产生的氢气。所述安全系统1主要以催化复合方式消减氢气，如有需要，尤其也可以局部、全局点燃可燃的混合气体。为此对催化复合器4的部件样式、定位和尺寸进行了适当设计，当混合气体所含氢气的体积百分比浓度小于大约6％时并不点火，或者如有需要也可在小于大约8％时并不点火，而是在催化器元件8的表面引发催化复合反应进行消氢。

而如果氢气浓度较高，则通过催化复合反应所产生的热能适当加热催化器元件8，使其温度以“热斑”形式高于混合气体的点火温度，并且以非能动方式自动引发混合气体点火，从而辅助复合反应过程。

但就这种实施方式而言，为了避免各个复合器4之间的点火事件出现意外串扰，并且避免因此而产生的火焰加速路径较长等诸如此类的不稳定流动情况，对复合器4和连接这些复合器的流动路径进行了有针对性的适当设计。尤其要考虑的情况如附图3局部放大图所示，通过主动引发点火或者某一个外部事件(例如蒸汽脉冲)或类似事件引发的点火在第一个复合器40之中产生意料之内或者意料之外的、随时间以脉冲方式传播的火焰前锋42。如果该火焰前锋42一直传播到流动侧下游的其它复合器44，并且通过额外输入到混合气体之中的热量而引发点火，就会出现问题。这种由于火焰前锋而诱发的点火可能会产生意外的串扰效应，包括火焰加速、反向气流等等。

为了应对这种问题，在安全系统1中利用了以下认识：通过点火在第一个复合器40中产生的火焰前锋42以气体移动方式使得压力波46向前运动，因此压力波在火焰前锋42之前到达布置在流动侧下游的另一个复合器44。为了实现所需的高安全标准，同时避免上述串扰效应，现在对安全系统1进行了适当设计，使得压力波46能在布置于流动侧下游的复合器44中引发点火。

为了保证做到这一点，在安全系统1中应用了以下认识：在催化复合模式下，也就是当存在自然对流时，需要处理的气流在每一个复合器4周围流过，在催化器元件8的催化表面附近发生复合反应，从而减少气流中的氢气含量。在自然对流状态下，经过贫化的气体以分层气流形式直接接触催化器元件8，在距离比较远的空间区域内则存在未经贫化、氢含量较高的气体。因此在这种自然对流状态下，经过贫化的气体层减小了加热后的催化器材料可以对周围气流施加的点火效应。

现在为了有针对性地利用气体移动过程或者到达下游复合器44流入区域的压力波46的作用，对复合器4之间的流动路径或者布置在流动路径中的复合器进行了适当设计，使得到达相应复合器4流入区域的压力波具有至少为例如5m/s、优选至少为10m/s的流动速度。例如在流动路径中布置一些适当的空间阻塞点、节流点、障碍物等等，如附图3中所示的狭窄点12，即可实现这一目的。适当调整到达压力波的气流速度，即可冲散自然对流模式下形成的气体层尤其是靠近表面的贫氢区，氢气含量未贫化的气体与相应催化器元件8的表面直接接触。

相应催化器元件8的材料、板厚以及其它结构特性均经过适当选择，同时考虑了气流的冷却作用，因此尽管在自然对流模式下(考虑到流经表面且氢气含量经过贫化的气体层)放热复合反应会引起温度升高，但这种温度在接触到未贫化气体时却不会引发点火而点燃混合气体。到达压力波使得未贫化气体与催化器元件8的高温表面接触，可适当调整气体速度，从而在火焰前锋42到达之前引发点火。

安全系统1还包括一个厂房喷淋系统50，如有需要，可以通过该喷淋系统将一种惰化剂喷入到安全容器2之中。在本实施例中可根据需要喷入水，在设计条件下，安全容器2中存在高温，喷入的水被立即汽化，所产生的蒸汽就会使得安全容器2内的气氛惰性化。从附图1可以看出，厂房喷淋系统50与多个复合器4一样均布置在核设施的主回路52上方。

厂房喷淋系统50的控制设计参数经过适当调整，使其与复合器4相配。尤其考虑到将上述条件作为喷淋系统的触发参数。

附图标记清单

1 安全系统

2 安全容器

4 复合器

6 外壳

8 催化器元件

40 复合器

42 火焰前锋

44 复合器

46 压力波

50 厂房喷淋系统

52 主回路

Claims (8)

1.核设施安全系统（1），该安全系统包括：

若干催化复合器元件，每一个所述催化复合器元件均可引发气体介质的流入气流带入的氢气与氧气进行复合反应；

所述复合器元件被设计作为点火器元件，并在进行复合反应时通过点火在所述气体介质中产生压力脉冲；

所述复合器元件通过流动路径相互连接并包括第一复合器元件和相邻的第二复合器元件；并且

所述复合器元件和所述流动路径均被设计为使得所述第一复合器元件的压力脉冲：

引发在火焰前锋之前的气体移动过程，

在所述第二个复合器元件的流入区中具有至少5m/s的流速，并且

冲散所述第二复合器元件周围的自然对流模式下形成的贫氢区，使得氢气含量未贫化的气体直接接触所述第二复合器元件，并造成在所述火焰前锋即将到达所述第二复合器元件之前点燃所述气流。

2.根据权利要求1所述的安全系统（1），被引发的气体移动过程的流速被预设为至少是10m/s。

3.根据权利要求1所述的安全系统（1），所述复合器元件中的至少一个复合器元件被设计为只有当所带入的氢气的含量至少为6Vol%时，才会在自然对流模式下在周围流过的气流中引发点火。

4.根据权利要求1所述的安全系统（1），所述复合器元件中的至少一个复合器元件被设计为只有当所带入的氢气的含量至少为8Vol%时，才会在自然对流模式下在周围流过的气流中引发点火。

5.根据权利要求1所述的安全系统（1），还包括一个厂房喷淋系统（50）。

6.根据权利要求5所述的安全系统（1），所述厂房喷淋系统（50）在需要时喷入水。

7.根据权利要求5所述的安全系统（1），所述复合器元件和所述厂房喷淋系统（50）相互间经过适当协调，从而在所述厂房喷淋系统（50）被触发时首先形成高温目标点火区，然后进行蒸汽惰化。

8.根据权利要求1所述的安全系统（1），所述复合器元件和所述流动路径被设计为使得压力脉冲的气流速度高于对流操作模式中的气流速度的两倍。

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