CN103065693A - 一种液态金属冷却池式反应堆堆内冷热池分隔系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种液态金属冷却池式反应堆堆内冷热池分隔系统，包括：气体储存罐（1）、加热器（2）、风机（3）、进气口阀门（4）、堆内热分隔板（5）、排气口阀门（6）和连接管道（7）；当反应堆处于运行状态时，该系统起堆内冷热池分隔的作用，此时进气口阀门和排气口阀门处于关闭状态，堆内热分隔板中充满气体；当反应堆处于停堆状态时，系统起堆内冷却剂辅助加热功能，此时进气口阀门和排气口阀门开启，加热器和风机工作，气体从进气口进入堆内热分隔板，从排气口排出堆内热分隔板。通过同一套设备实现堆内冷热池分隔和堆内冷却剂辅助加热两项功能，降低反应堆系统的复杂性，提高反应堆的经济性和安全性。

Description

一种液态金属冷却池式反应堆堆内冷热池分隔系统
技术领域
本发明属于反应堆系统部件设计技术领域，具体涉及一种液态金属冷却池式反应堆堆内冷热池分隔系统。
背景技术
液态金属冷却池式反应堆结构简单，所有冷却剂均在一个容器内，避免发生一回路冷却剂丧失（LOCA）事故，可以有效地提高反应堆的安全性，是先进反应堆的重要候选堆型，。在国际原子能机构（IAEA）发布的六种第四代核能系统中，钠冷快堆和铅冷快堆均属于液态金属冷却池式反应堆。在加速器驱动次临界反应堆设计中，也采用液态金属冷却池式反应堆。
堆内热分隔系统是液态金属池式反应堆的重要部件。液态金属池式反应堆反应容器内分为热池和冷池，热池与冷池间通过堆内热分隔系统进行分离，冷却剂从堆芯流出进入热池，在经过换热器后进入冷池，形成一回路循环。堆内热分隔系统的隔热效果将影响反应堆的自然循环能力，从而影响反应堆的热效率。在现有液态金属池式反应堆中，堆内热分隔系统多采用单层钢板或多层钢板结构的隔热板方案。在比利时的铅铋冷却反应堆MYRRHA和意大利的加速器驱动次临界反应堆XADS的设计中，隔热板只设计了一层钢板，这对隔热板的材料属性要求较高，实现难度大。在中国实验快堆的设计中，反应堆中的堆内热分隔系统采用三层钢板结构的隔热板，该方案可以降低隔热板两边的温差，减小隔热板的热应力，但隔热效果不好，热效率低。
堆内冷却剂辅助加热系统是液态金属冷却池式反应堆的另一重要系统。在停堆状态下，需对池内冷却剂进行辅助加热，保证其不发生凝固。在现有设计方案中，多采用二回路给一回路加热的方式进行辅助加热。在中国实验快堆的设计中，停堆状态下，启动缠绕在二回路上的加热丝加热二回路冷却剂，再通过二回路向一回路加热的方式保证池内冷却剂不发生凝固，这种方案需一直保持一回路泵处于运行状态，这大大降低了系统的可靠性和经济性。在比利时的铅铋冷却反应堆MYRRHA的设计中，通过在堆内设置气体加热系统来进行堆内冷却剂辅助加热，这种方案需增加反应堆堆内部件，增加了系统的复杂性。
发明内容
本发明解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种液态金属冷却池式反应堆堆内冷热池分隔系统，当反应堆处于运行状态时，系统起堆内冷热池分隔的作用，当反应堆处于停堆状态时，系统起堆内冷却剂辅助加热功能，通过同一套设备实现堆内冷热池分隔和堆内冷却剂辅助加热两项功能，降低反应堆系统的复杂性，提高反应堆的经济性和安全性。该系统采用气体作为介质进行冷热池分隔，气体导热率低，可以有效增强隔热效果，从而提高了反应堆热效率；该系统实现可在不增加堆内设备的前提下对停堆状态下的池内冷却剂持续加热，保证池内冷却剂不发生凝固，提高反应堆安全性。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案：一种液态金属冷却池式反应堆堆内冷热池分隔系统，该系统包括：气体储存罐、加热器、风机、进气口阀门、堆内热分隔板、排气口阀门、连接管道、储存罐左阀门、储存罐中阀门和储存罐右阀门；当反应堆处于运行状态时，该系统起堆内冷热池分隔的作用，此时进气口阀门、排气口阀门、储存罐左阀门、储存罐中阀门和储存罐右阀门处于关闭状态，堆内热分隔板中充满气体；当反应堆处于停堆状态时，系统起堆内冷却剂辅助加热功能，此时进气口阀门、排气口阀门、储存罐左阀门、储存罐中阀门和储存罐右阀门处于开启状态，加热器和风机工作，气体从进气口进入堆内热分隔板，从排气口排出堆内热分隔板。
所述堆内热分隔板由内板和外板组成，内板和外板之间留有间隙，间隙大小可根据反应堆设计的需要进行调整，上部设置有进气口和排气口，用于通入气体和排出气体，堆内热分隔板呈阶梯型圆桶结构，分为上桶、肩板和下桶，下桶直径与堆芯外径相同，内部放置堆芯，肩板为环状结构，可放置换热器，上桶直径与反应容器内径相同，与反应容器内壁接触。
所述气体可采用空气、氮气或惰性气体氩气等。
本发明与现有技术相比的优点在于：
（1）、本发明该系统采用气体作为介质进行冷热池分隔，利用气体导热率低的特点增强隔热效果，从而提高了反应堆热效率。与中国实验快堆的三层热隔板方案相比，本发明的优点在于采用气体作为隔热介质，提高隔热效果，从而提高反应堆的热效率。
（2）、本发明该系统实现可在不增加堆内设备的前提下对停堆状态下的池内冷却剂持续加热，保证池内冷却剂不发生凝固，提高反应堆安全性。与中国实验快堆的二回路给一回路加热的辅助加热系统相比，本发明的优点在于加热面积大，系统简单，加热均匀，无需启动一回路驱动泵，提高了反应堆的安全性和经济性。
（3）、本发明该系统可实现堆内冷热池分隔和堆内冷却剂辅助加热两项功能，具有多功能性，可简化反应堆系统，提高体统可靠性，降低建造成本，提高反应堆的经济性。
附图说明
图1是本发明的布置图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明。
如图1所示，本发明提供的一种液态金属冷却池式反应堆堆内冷热池分隔系统，包括：气体储存罐1、加热器2、风机3、进气口阀门4、堆内热分隔板5、排气口阀门6、连接管道7、储存罐左阀门8、储存罐中阀门9和储存罐右阀门10。当反应堆处于运行状态时，系统起堆内冷热池分隔的作用，此时进气口阀门4、排气口阀门6、储存罐左阀门8、储存罐中阀门9和储存罐右阀门10均处于关闭状态，堆内热分隔板5中充满气体；当反应堆处于停堆状态时，系统起堆内冷却剂辅助加热功能，此时进气口阀门4、排气口阀门6、储存罐左阀门8、储存罐中阀门9和储存罐右阀门10均处于开启状态，加热器2和风机3工作，气体从进气口进入堆内热分隔板5，从排气口排出堆内热分隔板5。
堆内热分隔板5由内板和外板组成，内板和外板之间留有间隙，间隙大小可根据反应堆设计的需要进行调整，上部设置有进气口和排气口，用于通入气体和排出气体，堆内热分隔板5呈阶梯型圆桶结构，分为上桶、肩板和下桶，下桶直径与堆芯外径相同，内部放置堆芯，肩板为环状结构，可放置换热器，上桶直径与反应容器内径相同，与反应容器内壁接触。
加热器2采用电热丝加热器。
风机3采用卧式单级离心式鼓风机。
气体采用氮气。
反应堆运行状态操作步骤：反应堆开始运行前，预先打开气体储存罐1和进气口阀门4，排气口阀门6保持关闭状态，将氮气充入堆内热分隔板5，待氮气压力达到设定压力后依次关闭进气口阀门4，关闭气体储存罐1。此时系统对反应堆堆内冷热池起到热分隔作用。
停堆状态操作步骤：先后打开进气口阀门4和排气口阀门6，系统内压力稳定后打开气体储存罐1，开启风机3和加热器2，将系统内氮气流速控制在设定范围内，以起到较好的加热效果，氮气进口温度维持在设定温度，此时系统对堆内液态金属起到辅助加热功能，防止其凝固。
本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (3)

1.一种液态金属冷却池式反应堆堆内冷热池分隔系统，其特征在于：该系统包括：气体储存罐（1）、加热器（2）、风机（3）、进气口阀门（4）、堆内热分隔板（5）、排气口阀门（6）、连接管道（7）、储存罐左阀门（8）、储存罐中阀门（9）和储存罐右阀门（10）；当反应堆处于运行状态时，该系统起堆内冷热池分隔的作用，此时进气口阀门（4）、排气口阀门（6）、储存罐左阀门（8）、储存罐中阀门（9）和储存罐右阀门（10）处于关闭状态，堆内热分隔板（5）中充满气体；当反应堆处于停堆状态时，系统起堆内冷却剂辅助加热功能，此时进气口阀门（4）、排气口阀门（6）、储存罐左阀门（8）、储存罐中阀门（9）和储存罐右阀门（10）处于开启状态，加热器（2）和风机（3）工作，气体从进气口进入堆内热分隔板（5），从排气口排出堆内热分隔板（5）。
2.根据权利要求1所述的一种液态金属冷却池式反应堆堆内冷热池分隔系统，其特征在于：堆内热分隔板（5）由内板和外板组成，内板和外板之间留有间隙，间隙大小可根据反应堆设计的需要进行调整，上部设置有进气口和排气口，用于通入气体和排出气体，堆内热分隔板（5）呈阶梯型圆桶结构，分为上桶、肩板和下桶，下桶直径与堆芯外径相同，内部放置堆芯，肩板为环状结构，可放置换热器，上桶直径与反应容器内径相同，与反应容器内壁接触。
3.根据权利要求1或2所述的一种液态金属冷却池式反应堆堆内冷热池分隔系统，其特征在于：所述气体可采用空气、氮气或惰性气体氩气。
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