CN103165198A - 有熔融物扩展室的大型非能动压水堆核电厂堆芯捕集器 - Google Patents

有熔融物扩展室的大型非能动压水堆核电厂堆芯捕集器 Download PDF

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刘鑫
曹克美
方立凯
王佳赟
张琨
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Abstract

本发明提供一种有熔融物扩展室的大型非能动压水堆核电厂堆芯捕集器，它包括包覆反应堆压力容器中下部的堆腔，堆腔下部为堆腔混凝土底板，堆腔混凝土底板下部为堆腔难熔层；倾斜设置的熔融物释放通道上端连通堆腔下部的堆腔难熔层，下端连通熔融物扩展室；该熔融物释放通道的内壁围绕难熔层；熔融物扩展室下部为扩展室混凝土底板，扩展室混凝土底板下部为扩展室难熔层，扩展室难熔层下部为扩展室外部冷却通道；扩展室外部冷却通道向外延伸的两端分别为外部冷却通道入口和外部冷却通道出口。本发明用于压力容器失效时成功实施熔融物的扩展、滞留和冷却，能够增强大型非能动压水堆核电厂缓解严重事故的能力。

Description

有熔融物扩展室的大型非能动压水堆核电厂堆芯捕集器
技术领域
本发明涉及大型非能动压水堆核电厂的堆芯捕集器，特别是涉及采用熔融物扩展室的非能动冷却设计，以进一步提高核电厂的安全性。
背景技术
堆芯捕集器技术的使用可以使压力容器出来的熔融物有效的滞留在某一装置中，通过采用相应的熔融物堆外冷却技术，可以有效防止堆芯熔融物与混凝土的相互作用，从而减小安全壳底部熔穿的风险，并显著减少裂变产物向环境的释放，极大降低严重事故下的放射性后果。
在现有的非能动压水堆核电厂的设计中，采用了很多严重事故缓解策略。例如在AP1000核电厂中，采用了熔融物堆内滞留（In-vessel retention）的技术来确保反应堆压力容器下封头不发生失效，从而防止堆外蒸汽爆炸和熔融物与混凝土相互作用的发生。然而，IVR的成功需要满足一定的条件。因此，IVR也有失效的风险，IVR失效后，堆芯熔融物将从压力容器向堆腔释放，如果堆腔内有大量的水，将发生蒸汽爆炸，堆芯熔融物与混凝土的相互作用也随之发生，极有可能导致大量放射性物质向环境释放。而且，随着非能动压水堆核电厂的功率不断提升，IVR成功的概率也将降低。因此，在大型非能动压水堆核电厂中，可以考虑设计熔融物堆外冷却装置，当压力容器失效时，能够在堆外有效滞留和冷却堆芯熔融物，防止地板熔穿等事件的发生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于压力容器失效时成功实施熔融物的扩展、滞留和冷却的有熔融物扩展室的大型非能动压水堆核电厂堆芯捕集器。
实现本发明目的的技术方案：一种有熔融物扩展室的大型非能动压水堆核电厂堆芯捕集器，它包括包覆反应堆压力容器中下部的堆腔，堆腔下部为堆腔混凝土底板，堆腔混凝土底板下部为堆腔难熔层；倾斜设置的熔融物释放通道上端连通堆腔下部的堆腔难熔层，下端连通熔融物扩展室；该熔融物释放通道的内壁围绕难熔层；熔融物扩展室下部为扩展室混凝土底板，扩展室混凝土底板下部为扩展室难熔层，扩展室难熔层下部为扩展室外部冷却通道；扩展室外部冷却通道向外延伸的两端分别为外部冷却通道入口和外部冷却通道出口。
如上所述的一种有熔融物扩展室的大型非能动压水堆核电厂堆芯捕集器，其所述的熔融物释放通道的内壁围绕的难熔层厚度为0.1m-0.5m，由氧化镁或者氧化锆制成。
如上所述的一种有熔融物扩展室的大型非能动压水堆核电厂堆芯捕集器，其所述的堆腔难熔层厚度为0.1m-0.5m，氧化镁或者氧化锆制成。
如上所述的一种有熔融物扩展室的大型非能动压水堆核电厂堆芯捕集器，其所述的扩展室难熔层厚度为0.1m-0.5m，氧化镁或者氧化锆制成。
本发明的效果在于：本发明所述的有熔融物扩展室的大型非能动压水堆核电厂堆芯捕集器，其带有熔融物扩展室，增大熔融物传热面积，有利于熔融物冷却；外部冷却采用非能动设计，可靠性高。堆腔混凝土底板充当牺牲材料，使熔融物得到稀释。熔融物经过熔融物释放通道进入熔融物扩展室，在熔融物扩展过程中，扩展室混凝土底板也充当了牺牲材料，通过熔融物扩展，使得熔融物的传热面积增大。通过扩展室外部冷却通道对扩展室底部进行外部冷却，实现熔融物的堆外滞留，从而增强大型非能动压水堆核电厂缓解严重事故的能力。
附图说明
图1为本发明所述的有熔融物扩展室的大型非能动压水堆核电厂堆芯捕集器装置结构图；
图中：1-反应堆压力容器；2-堆腔；3-堆腔混凝土底板；4-堆腔难熔层；5-熔融物释放通道；6-熔融物扩展室；7-扩展室混凝土底板；8-扩展室难熔层；9-扩展室外部冷却通道；10-外部冷却通道入口；11-外部冷却通道出口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种有熔融物扩展室的大型非能动压水堆核电厂堆芯捕集器作进一步描述。
如图1所示，本发明所述的一种有熔融物扩展室的大型非能动压水堆核电厂堆芯捕集器主要包括堆腔2、熔融物释放通道5、熔融物扩展室6以及扩展室外部冷却通道9。
堆腔2包覆反应堆压力容器1中下部，堆腔2下部为堆腔混凝土底板3，堆腔混凝土底板3下部为堆腔难熔层4。该堆腔难熔层4厚度为0.1m-0.5m（例如：0.1m、0.3m或0.5m），氧化镁或者氧化锆制成。
倾斜设置的熔融物释放通道5上端连通堆腔2下部的堆腔难熔层4，下端连通熔融物扩展室6；该熔融物释放通道5的内壁围绕难熔层。该难熔层厚度为0.1m-0.5m（例如：0.1m、0.3m或0.5m），由氧化镁或者氧化锆制成。
熔融物扩展室6下部为扩展室混凝土底板7，扩展室混凝土底板7下部为扩展室难熔层8，扩展室难熔层8下部为扩展室外部冷却通道9；扩展室外部冷却通道9向外延伸的两端分别为外部冷却通道入口10和外部冷却通道出口11。该扩展室难熔层8厚度为0.1m-0.5m（例如：0.1m、0.3m或0.5m），氧化镁或者氧化锆制成。
上述堆腔混凝土底板3充当牺牲材料，通过混凝土的消融，实现熔融物的稀释和降低熔融物的温度。上述扩展室混凝土底板7也充当牺牲材料，通过混凝土的消融，实现熔融物的稀释和降低熔融物的温度。
通过扩展室外部冷却通道9实现对熔融物扩展室6底部的外部非能动冷却。它从位置较高的储水箱向外部冷却通道入口10进行重力注射，通过吸收堆芯捕集器的热量，汽水混合物从外部冷却通道出口11出去，后续经过水蒸汽凝结和收集，又重新回至储水箱内，从而实现非能动的冷却。
当核电厂发生严重事故时，堆芯开始熔化和坍塌，熔融物逐渐聚集在压力容器1下腔室，由于熔融物衰变热的作用导致压力容器下封头失效，堆芯熔融物将落入堆腔2。与下落的堆芯熔融物首先接触的是堆腔混凝土底板3，堆芯熔融物与混凝土发生相互作用导致混凝土不断消融。在整个过程中，混凝土起到了牺牲材料的作用，它可以对堆芯熔融物起到稀释的作用，也能在一定程度上降低堆芯熔融物的温度，同时也可以缓解熔融物从压力容器1下落时的热冲击作用，从而起到保护堆芯捕集器其它部件的作用。
堆腔内的熔融物通过倾斜的熔融物释放通道5逐渐向熔融物扩展室6释放。由于熔融物释放通道5整体上由难熔层所围绕，因此熔融物经过熔融物释放通道5时，通道表面不会被消融。
进入扩展室6的熔融物会在扩展室6内逐渐扩展，在这个过程中，熔融物也会与扩展室混凝土底板7发生反应，此时，混凝土也起到牺牲层的作用。通过牺牲层的稀释作用，熔融物温度进一步降低，同时，熔融物扩展后，熔融物的散布面积进一步增大，相当于增大了传热面积。扩展室混凝土底板7的下部也有扩展室难熔层8，扩展室难熔层对熔融物起到了包容作用，防止熔融物进一步消融材料。
在扩展室难熔层8底部的冷却通道内不断有冷却水流过，冷却通道入口10的冷却水来自位置较高的水箱以重力注射的方式向扩展室外部冷却通道9注水，冷却通道内的冷却水吸热后部分蒸发，从外部冷却通道出口11出来的是汽水混合物。水蒸汽进入安全壳以后，通过非能动安全壳冷却系统进行冷凝，冷凝水又被重新收集进入冷却水存储箱，从而实现冷却水-水蒸汽-冷却水的自然循环。
通过上述装置功能的实现，熔融物将被有效滞留和冷却在扩展室内，从而缓解了严重事故的后果。
本发明并不严格地局限于所述实例。根据本发明提出的方法，可以应用于任意功率的大型非能动压水堆核电厂的堆外熔融物的扩展、滞留和冷却。

Claims (4)

1.一种有熔融物扩展室的大型非能动压水堆核电厂堆芯捕集器，其特征在于：它包括包覆反应堆压力容器（1）中下部的堆腔（2），堆腔（2）下部为堆腔混凝土底板（3），堆腔混凝土底板（3）下部为堆腔难熔层（4）；
倾斜设置的熔融物释放通道（5）上端连通堆腔（2）下部的堆腔难熔层（4），下端连通熔融物扩展室（6）；该熔融物释放通道（5）的内壁围绕难熔层；
熔融物扩展室（6）下部为扩展室混凝土底板（7），扩展室混凝土底板（7）下部为扩展室难熔层（8），扩展室难熔层（8）下部为扩展室外部冷却通道（9）；扩展室外部冷却通道（9）向外延伸的两端分别为外部冷却通道入口（10）和外部冷却通道出口（11）。
2.根据权利要求1所述的一种有熔融物扩展室的大型非能动压水堆核电厂堆芯捕集器，其特征在于：所述的熔融物释放通道（5）的内壁围绕的难熔层厚度为0.1m-0.5m，由氧化镁或者氧化锆制成。
3.根据权利要求1所述的一种有熔融物扩展室的大型非能动压水堆核电厂堆芯捕集器，其特征在于：所述的堆腔难熔层（4）厚度为0.1m-0.5m，氧化镁或者氧化锆制成。
4.根据权利要求1所述的一种有熔融物扩展室的大型非能动压水堆核电厂堆芯捕集器，其特征在于：所述的扩展室难熔层（8）厚度为0.1m-0.5m，氧化镁或者氧化锆制成。
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