CN103177779A - 一种大型非能动压水堆核电厂坩埚型堆芯捕集器 - Google Patents

一种大型非能动压水堆核电厂坩埚型堆芯捕集器 Download PDF

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刘鑫
方立凯
曹克美
张琨
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Abstract

本发明公开了一种大型非能动压水堆核电厂坩埚型堆芯捕集器，包括堆腔混凝土底板（4）、坩埚冷却系统注水口（6）、坩埚冷却系统水蒸汽出口（7）、坩埚组件（8）、坩埚冷却系统腔室（9）和熔融物收集器（10）。本发明与IVR系统进行有机结合，可进一步提高核电厂安全性，且坩埚设计使系统可靠性更高。

Description

一种大型非能动压水堆核电厂坩埚型堆芯捕集器
技术领域
本发明涉及大型非能动压水堆技术领域，具体涉及一种大型非能动压水堆核电厂坩埚型堆芯捕集器。
背景技术
堆芯捕集器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。
在现有的大型非能动压水堆核电厂的设计中，采用了熔融物堆内滞留（In-vessel retention，简称IVR）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。因此，需要在原有IVR技术的基础之上，增设一套熔融物堆外捕集装置，在IVR失效后，可以有效滞留堆芯熔融物，防止地板熔穿等事件的发生。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一套熔融物堆外冷却的装置，以实现在IVR失效时成功实施熔融物的堆外滞留。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为，一种大型非能动压水堆核电厂坩埚型堆芯捕集器，包括堆腔混凝土底板、坩埚冷却系统注水口、坩埚冷却系统水蒸汽出口、坩埚组件、坩埚冷却系统腔室和熔融物收集器；其中，熔融物收集器为围绕在堆腔底部和堆腔壁的圆筒状容器，其底面上部设有堆腔混凝土底板，下部沿环形均匀焊接固定的若干根坩埚组成坩埚组件；坩埚冷却系统注水口、坩埚冷却系统水蒸汽出口和坩埚冷却系统腔室组成坩埚冷却系统，坩埚冷却系统腔室设置在熔融物收集器下部，并和熔融物收集器形成密封腔室，坩埚组件设置在坩埚冷却系统腔室内；坩埚冷却系统腔室的上下端分别开有坩埚冷却系统水蒸汽出口和坩埚冷却系统注水口。
所述熔融物收集器由不锈钢材料制成。
所述坩埚组件由沿环状均匀布置的20～40跟坩埚组成。
所述坩埚组件的坩埚长度为0.5m-5m，熔融物收集器厚度为0.2m-0.5m。
所述熔融物收集器与坩埚组件焊接固定处厚度较其他处薄，为0.01m-0.2m。
所述坩埚最里层采用高比热和高潜热材料，坩埚中间层采用低热导率的氧化物，坩埚最外层采用机械性能良好的不绣钢。
所述坩埚最里层采用MgAl2O4；坩埚中间层采用ZrO2。
本发明进步之处在于：（1）与IVR系统进行有机结合，进一步提高核电厂安全性；（2）坩埚设计使系统可靠性更高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中，1-反应堆压力容器；2-保温层出口；3-保温层；4-堆腔混凝土底板；5—堆腔注水入口；6—坩埚冷却系统注水口；7—坩埚冷却系统水蒸汽出口；8—坩埚组件；9—坩埚冷却系统腔室；10—熔融物收集器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。
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下腔室。为了缓解严重事故的后果，首先起作用的是IVR功能，冷却水通过堆腔注水口5进入堆腔腔室，堆腔内的水位逐渐升高，并且在保温层3内建立两相自然循环，水蒸汽从保温层出口2出来。IVR功能成功执行时，堆芯熔融物的衰变热可以通过反应堆压力容器1的壁面导出，从而保持了反应堆压力容器1的完整性。
当IVR功能无法成功执行时，堆芯熔融物聚集在压力容器下腔室，由于熔融物衰变热的作用导致反应堆压力容器1下封头失效，堆芯熔融物将落入堆腔。与下落的堆芯熔融物首先接触的是原堆腔混凝土底板4，堆芯熔融物将与混凝土发生相互作用导致混凝土不断消融。在这个过程中，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，从而起到保护下部坩埚装置的作用。
一种大型非能动压水堆核电厂坩埚型堆芯捕集器如附图1所示，包括堆腔混凝土底板4、坩埚冷却系统注水口6、坩埚冷却系统水蒸汽出口7、坩埚组件8、坩埚冷却系统腔室9和熔融物收集器10；其中，熔融物收集器10为围绕在堆腔底部和堆腔壁的圆筒状容器，由不锈钢材料制成，起到缓解堆腔内蒸汽爆炸后果的作用，如果压力容器失效时堆腔内还有部分冷却水，那么此时存在发生蒸汽爆炸的概率，蒸汽爆炸有可能导致混凝土地板和墙壁摧毁。通过熔融物收集器10，可以在堆腔局部损坏的情况下有效收集堆芯熔融物，尽可能的避免熔融物直接进入安全壳；熔融物收集器10底面上部设有堆腔混凝土底板4，下部沿环形均匀焊接固定的20～40根坩埚组成坩埚组件8；埚组件8的坩埚长度为0.5m-5m，熔融物收集器10厚度为0.2m-0.5m，且在与坩埚组件8焊接固定处厚度较其他处薄，为0.01m-0.2m，这样有利于熔融物更容易熔穿坩埚组件8的上表面，从而使熔融物顺利落入坩埚组件8；所述坩埚最里层采用MgAl2O4；坩埚中间层采用ZrO2。坩埚冷却系统注水口6、坩埚冷却系统水蒸汽出口7和坩埚冷却系统腔室9组成坩埚冷却系统，用于熔融物进入坩埚以后，对熔融物进行及时和有效的冷却，坩埚冷却系统的入口来自位置较高的水箱以重力注射的方式向坩埚冷却系统腔室注水，腔室内的水蒸发形成水蒸汽以后从上部的坩埚冷却系统水蒸汽出口出去；坩埚冷却系统腔室9设置在熔融物收集器10下部，并和熔融物收集器10形成密封腔室，坩埚组件8设置在坩埚冷却系统腔室9内；坩埚冷却系统腔室9的上下端分别开有坩埚冷却系统水蒸汽出口7和坩埚冷却系统注水口6，反应堆压力容器1、保温层出口2、保温层3、堆腔注水入口5为现有设备。
坩埚冷却系统用于熔融物进入坩埚以后，对熔融物进行及时和有效的冷却，坩埚冷却系统注水口6的冷却水来自位置较高的水箱，以重力注射的方式向坩埚冷却系统腔室9注水，坩埚冷却系统腔室9内的水蒸发形成水蒸汽以后从上部的坩埚冷却系统水蒸汽出口7出去。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。利用上述的熔融物收集装置，可以暂时将熔融物平铺在堆腔底部，待收集装置与坩埚接触部分的材料熔穿以后，熔融物落入坩埚之中，通过坩埚冷却系统对坩埚内的熔融物实施有效的冷却，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，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滞留。上面对本发明的实施例作了详细说明，上述实施方式仅为本发明的最优实施例，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种大型非能动压水堆核电厂坩埚型堆芯捕集器，其特征在于包括堆腔混凝土底板（4）、坩埚冷却系统注水口（6）、坩埚冷却系统水蒸汽出口（7）、坩埚组件（8）、坩埚冷却系统腔室（9）和熔融物收集器（10）；其中，熔融物收集器（10）为围绕在堆腔底部和堆腔壁的圆筒状容器，其底面上部设有堆腔混凝土底板（4），下部沿环形均匀焊接固定的若干根坩埚组成坩埚组件（8）；坩埚冷却系统注水口（6）、坩埚冷却系统水蒸汽出口（7）和坩埚冷却系统腔室（9）组成坩埚冷却系统，坩埚冷却系统腔室（9）设置在熔融物收集器（10）下部，并和熔融物收集器（10）形成密封腔室，坩埚组件（8）设置在坩埚冷却系统腔室（9）内；坩埚冷却系统腔室（9）的上下端分别开有坩埚冷却系统水蒸汽出口（7）和坩埚冷却系统注水口（6）。
2.如权利要求1所述的一种大型非能动压水堆核电厂坩埚型堆芯捕集器，其特征在于熔融物收集器（10）由不锈钢材料制成。
3.如权利要求1所述的一种大型非能动压水堆核电厂坩埚型堆芯捕集器，其特征在于坩埚组件（8）由沿环状均匀布置的20～40跟坩埚组成。
4.如权利要求1所述的一种大型非能动压水堆核电厂坩埚型堆芯捕集器，其特征在于坩埚组件（8）的坩埚长度为0.5m-5m，熔融物收集器（10）厚度为0.2m-0.5m。
5.如权利要求4所述的一种大型非能动压水堆核电厂坩埚型堆芯捕集器，其特征在于熔融物收集器（10）与坩埚组件（8）焊接固定处厚度较其他处薄，为0.01m-0.2m。
6.如权利要求1所述的一种大型非能动压水堆核电厂坩埚型堆芯捕集器，其特征在于坩埚最里层采用高比热和高潜热材料，坩埚中间层采用低热导率的氧化物，坩埚最外层采用机械性能良好的不绣钢。
7.如权利要求6所述的一种大型非能动压水堆核电厂坩埚型堆芯捕集器，其特征在于坩埚最里层采用MgAl2O4；坩埚中间层采用ZrO2。
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