CN102637464A - 双层混凝土安全壳非能动热量导出系统强化换热方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及反应堆设计技术，具体涉及一种双层混凝土安全壳非能动热量导出系统强化换热方法及装置。该方法通过增设换热结构，利用空气自然冷却的方式对安全壳非能动热量导出系统的安全壳外部上升管或换热水箱中的工质进行降温处理，从而降低该系统下降管入口工质温度，达到提高安全壳非能动热量导出系统的换热能力的目的。本发明依靠空气的自然冷却对工质进行降温，具备非能动特征，实现方便。

Description

双层混凝土安全壳非能动热量导出系统强化换热方法及装置

技术领域

本发明涉及反应堆设计技术，具体涉及一种双层混凝土安全壳非能动热量导出系统强化换热方法及装置。

背景技术

从上世纪八十年代开始，美国、日本、法国、德国、俄罗斯等国家开展了非能动技术的研究，其中以非能动安全先进核电厂AP1000第三代核电机组为代表。无论从安全性还是经济性考虑，采用非能动安全壳热量导出系统来提高核电厂的安全水平是大势所趋，采用非能动安全壳热量导出系统，保证在超设计基准事故情况下安全壳的长期排热，可以维持安全壳的完整性，缓解严重事故的后果。使反应堆达到或具有三代核电站的安全水平。设置非能动安全壳热量导出系统可以满足我国核安全法规HAF102(2004)《核动力厂设计安全规定》中规定的严重事故下保持安全壳完整性和安全壳排热的要求，满足EUR和URD中关于要保证超设计基准事故下安全壳的长期冷却的要求。

国内外第三代核电站安全壳采用两大类技术来保证核电站第三道屏障(安全壳)的完整性，防止大量放射性物质外泄。一种是内部金属安全壳，外部为预应力混凝土安全壳，此技术方案用在AP1000的建造中，事故后为了使安全壳降温降压，顶置水箱对内部金属安全壳进行喷淋达到降温目的；另一种是双层混凝土安全壳，为了使安全壳冷却具有非能动冷却功能，需要在内部采用换热器和外部水箱进行连接，依靠自然循环的方式进行换热。

这些系统的流程通常是，内部换热器(安全壳内的换热器)受到安全壳内高温气体(最高150℃)的加热，换热器内的工质受热膨胀向上流动，进入安全壳外冷却水箱(或淹没在冷却水箱中的外部换热器冷却)，冷却后低温、密度较高的工质沿下降管从安全壳外部水箱(或淹没在冷却水箱中的外部换热器)向下流动进入内部换热器，整个过程依靠自然循环完成热量导出功能。经定量数值计算表明，外部水箱温度对换热系统的功率影响明显，外部水箱温度越低，安全壳导热系统功率越高，见图1的系统循环流量和换热功率随外部水箱温度的变化关系。因此，在工程实践中，需要通过降低外部换热水箱温度来提高安全壳导热系统的换热能力。

发明内容

本发明的目的是为了提高双层混凝土安全壳非能动热量导出系统的换热能力，而提出相应的强化换热方法及装置。

本发明的技术方案如下：一种双层混凝土安全壳非能动热量导出系统强化换热方法，所述的安全壳非能动热量导出系统包括设置在安全壳内部的换热器组，以及通过上升管和下降管与所述的换热器组相连接的设置在安全壳外的换热水箱，该强化换热方法通过增设换热结构，利用空气自然冷却的方式对安全壳外部的所述上升管或换热水箱中的工质进行降温处理，使得下降管入口温度有所降低，从而提高安全壳非能动热量导出系统的换热能力。

进一步，如上所述的双层混凝土安全壳非能动热量导出系统强化换热方法，其中，该方法所述的换热结构包括设置在安全壳外部的所述上升管上的换热器，通过空气对所述换热器进行自然冷却，经空气冷却后的工质再进入所述换热水箱。

进一步，如上所述的双层混凝土安全壳非能动热量导出系统强化换热方法，其中，该方法所述的换热结构包括设计成弯曲盘旋状的所述上升管，弯曲盘旋状的上升管设置在空气导流罩中，冷空气从空气导流罩的下端进入，对上升管内的工质进行冷却后，从空气导流罩的上端排出，经空气冷却后的工质再进入所述换热水箱。

进一步，如上所述的双层混凝土安全壳非能动热量导出系统强化换热方法，其中，该方法所述的换热结构包括设置在所述换热水箱外壁的若干翅片，通过若干翅片强化所述换热水箱与安全壳外界空气的换热，从而降低换热水箱中工质的温度。

一种双层混凝土安全壳非能动热量导出系统强化换热装置，所述的安全壳非能动热量导出系统包括设置在安全壳内部的换热器组，以及通过上升管和下降管与所述的换热器组相连接的设置在安全壳外的换热水箱，该强化换热装置包括利用空气自然冷却的方式对安全壳外部的所述上升管或换热水箱中的工质进行降温处理的换热结构。

进一步，如上所述的双层混凝土安全壳非能动热量导出系统强化换热装置，其中，所述的换热结构包括设置在安全壳外部的所述上升管上的换热器，所述换热器与所述换热水箱连接。

进一步，如上所述的双层混凝土安全壳非能动热量导出系统强化换热装置，其中，所述的换热结构包括弯曲盘旋状的所述上升管，弯曲盘旋状的上升管设置在空气导流罩中。

进一步，如上所述的双层混凝土安全壳非能动热量导出系统强化换热装置，其中，所述的换热结构包括设置在所述换热水箱外壁的若干翅片。

本发明的有益效果如下：本发明通过对安全壳非能动热量导出系统的安全壳外高温上升管道或换热水箱进行冷却降温处理，从而降低了其内部换热工质的温度。经定量数值计算表明外部水箱的工质温度对换热系统的功率影响明显，其越低，安全壳导热系统功率越高，因此，本发明有效地提高了安全壳非能动热量导出系统的换热能力。

附图说明

图1为安全壳导热系统循环流量和换热功率随外部水箱温度的变化关系示意图；

图2为具体实施例中在上升管上设置换热器的装置结构示意图；

图3为具体实施例中将上升管设计成弯曲盘旋状的装置结构示意图；

图4为具体实施例中在换热水箱外壁设置翅片的装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

安全壳非能动热量导出系统(PCS系统)采用非能动技术，发生全厂断电时，在没有操纵员干预的情况下，系统自动投入运行，利用自然循环实现安全壳的长期冷却功能。如图2所示，系统通常包括设置在安全壳内部的换热器组1，以及通过上升管4和下降管5与所述的换热器组1相连接的设置在安全壳外的换热水箱2，换热水箱2内设有汽水分离器3。换热水箱2的高度高于换热器组1的高度，换热器内的工质受热膨胀向上流动，进入安全壳外换热水箱2中的汽水分离器3，冷却后低温、密度较高的工质沿下降管从安全壳外部换热水箱中的汽水分离器向下流动进入内部换热器，整个过程依靠自然循环完成热量导出功能。

经定量数值计算表明外部换热水箱温度对换热系统的功率影响明显，其越低，安全壳导热系统功率越高。因此，本发明所提供的该强化换热方法通过增设换热结构，利用空气自然冷却的方式对安全壳外部的所述上升管或换热水箱中的工质进行降温处理，从而提高安全壳非能动热量导出系统的换热能力。

实施例1

如图2所示，本实施例在安全壳外部的上升管4上设置换热器6，通过空气对所述换热器6进行自然冷却，经空气冷却后的工质再进入所述换热水箱2。该实施例在安全壳外部增加一个由空气进行自然冷却的换热器6，这样就把安全壳内的热量一部分导入到壳外空气中，实现了对工质进行降温处理的目的，整个过程仍然依靠自然循环，无须外部动力电源。

实施例2

如图3所示，本实施例对上升管4的结构进行改进设计，由原来的直管形式改变为弯曲盘旋状的上升管，弯曲盘旋状的上升管4设置在空气导流罩7中，空气导流罩7的上下端均设有开口，引导空气自然流动，冷空气从空气导流罩的下端进入，对上升管4内的工质进行冷却后，从空气导流罩7的上端排出，经空气冷却后的工质再进入所述换热水箱2。弯曲盘旋状的上升管相比传统的直管来说增加了管件的整体长度，工质在上升管内得到了充分的冷却降温处理，从而提高了安全壳非能动热量导出系统的换热能力。

实施例3

如图4所示，本实施例在换热水箱2的外壁设置若干散热翅片8，通过这些翅片8增加所述换热水箱与空气的换热，从而降低换热水箱2中工质的温度。由于外部换热水箱2置于空气环境中，通过增加外部换热水箱与空气的强化换热也是降低水箱内工质温度的有力措施，从而提高系统换热功率。在水箱外部焊接的翅片8可以水平布置、垂直布置或者进行异形布置，这在技术上没有特殊的要求，以便于工程实施、平时维护为目的予以增设。另外，通过对外部换热水箱增加其它冷却装置，或者将外部换热水箱置于利于通风换热的布置空间，其目的依然是通过降低外部水箱温度来提高整个系统的换热能力，这些辅助措施可以对本实施例的实现效果进行加强。

对于具体的强化换热实现方案，采用不同外部空气冷却器的型式，以及上升管进入水箱的不同方式，只要以降低外部水箱和上升管的工质温度为目的，均可视为有效的技术方案。另外，本发明所提及的上述具体实施例还可以进行任意的组合，即通过两种或两种以上的具体技术手段来实现强化换热的效果。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种双层混凝土安全壳非能动热量导出系统强化换热方法，所述的安全壳非能动热量导出系统包括设置在安全壳内部的换热器组(1)，以及通过上升管(4)和下降管(5)与所述的换热器组(1)相连接的设置在安全壳外的换热水箱(2)，其特征在于：该强化换热方法通过增设换热结构，利用空气自然冷却的方式对安全壳外部的所述上升管(4)或换热水箱(2)中的工质进行降温处理，使得下降管(5)入口温度有所降低，从而提高安全壳非能动热量导出系统的换热能力。

2.如权利要求1所述的双层混凝土安全壳非能动热量导出系统强化换热方法，其特征在于：该方法所述的换热结构包括设置在安全壳外部的所述上升管(4)上的换热器(6)，通过空气对所述换热器(6)进行自然冷却，经空气冷却后的工质再进入所述换热水箱(2)。

3.如权利要求1所述的双层混凝土安全壳非能动热量导出系统强化换热方法，其特征在于：该方法所述的换热结构包括设计成弯曲盘旋状的所述上升管(4)，弯曲盘旋状的上升管(4)设置在空气导流罩(7)中，冷空气从空气导流罩(7)的下端进入，对上升管(4)内的工质进行冷却后，从空气导流罩(7)的上端排出，经空气冷却后的工质再进入所述换热水箱(2)。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的双层混凝土安全壳非能动热量导出系统强化换热方法，其特征在于：该方法所述的换热结构包括设置在所述换热水箱(2)外壁的若干翅片(8)，通过若干翅片(8)强化所述换热水箱(2)与安全壳外界空气的换热，从而降低换热水箱(2)中工质的温度。

5.一种双层混凝土安全壳非能动热量导出系统强化换热装置，所述的安全壳非能动热量导出系统包括设置在安全壳内部的换热器组(1)，以及通过上升管(4)和下降管(5)与所述的换热器组(1)相连接的设置在安全壳外的换热水箱(2)，其特征在于：该强化换热装置包括利用空气自然冷却的方式对安全壳外部的所述上升管(4)或换热水箱(2)中的工质进行降温处理的换热结构。

6.如权利要求5所述的双层混凝土安全壳非能动热量导出系统强化换热装置，其特征在于：所述的换热结构包括设置在安全壳外部的所述上升管(4)上的换热器(6)，所述换热器(6)与所述换热水箱(2)连接。

7.如权利要求5所述的双层混凝土安全壳非能动热量导出系统强化换热装置，其特征在于：所述的换热结构包括弯曲盘旋状的所述上升管(4)，弯曲盘旋状的上升管(4)设置在空气导流罩(7)中。

8.如权利要求5-7任意一项所述的双层混凝土安全壳非能动热量导出系统强化换热装置，其特征在于：所述的换热结构包括设置在所述换热水箱(2)外壁的若干翅片(8)。

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