CN103440891B - 乏燃料水池非能动补水喷淋系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于核电站循环冷却技术领域，特别涉及一种乏燃料水池非能动补水喷淋系统。乏燃料水池的上方悬挂喷淋管道，其上设置喷洒器；补水箱的底部设置出口，通过管道与喷淋管道连接；乏燃料水池内设置固定的网架，网架内设置中空棒，补水箱底部的出口处设置管塞；承重线绕过滑轮，两端分别与中空棒和管塞连接。该系统可用于现有的大多数湿式储存的核电厂乏燃料水池中，能够在严重事故下运行，不需要电力推动，采用非能动安全技术，使核电厂系统自动回复到安全状态，能极大地提高核电厂的安全性。

Description

乏燃料水池非能动补水喷淋系统

技术领域

本发明属于核电站循环冷却技术领域，特别涉及一种乏燃料水池非能动补水喷淋系统。

背景技术

乏燃料水池分为两种，一种干式储存，一种湿式储存。目前的压水堆核电厂内多数为湿式储存，冷却剂为低浓度含硼水。湿式储存的乏燃料池以AP1000为例进行介绍。

AP1000乏燃料池/贮存格架（SpentFuelPool/Racks）为乏燃料提供贮存空间，长度约为11.6m、宽约为5.9m、深度约为52.4ft(13m)，由钢筋混凝土和混凝土填充结构模块构成，与池水接触的部分由不锈钢衬板制成，如结构为钢筋混凝土，则其表面需要镶嵌不锈钢衬板。正常情况下，池水容积约181000gal(685160L)，含硼水浓度为2500ppm。

乏燃料运输的操作均在水下进行，其上方至少有3m的水层以保证足够的屏蔽能力。乏燃料池和燃料运输通道之间的闸门为带密封组件的金属门，从而可以在不降低乏燃料池水位的情况下将燃料运输通道的水排干。除非要排干燃料运输通道的水，在正常运行期间水闸门始终开启。在燃料运输通道的底部设有排水口，它跟安全相关管道和隔离阀连接，以保证在地震事故工况下不发生意外排水。

乏燃料冷却系统（spentfuelpoolcoolingsystem，SFS）是与燃料操作系统既紧密联系有相对独立的一个系统。

AP1000的乏燃料池冷却系统是一个非安全相关的系统，用来排出储存的乏燃料产生的衰变热，从而将乏燃料池中的水温维持在一个可接受的温度范围内。该系统还有水净化功能，以及在堆芯内置换料水箱（IRWST）、安全壳内换料堆坑和其他与乏燃料有关的水池及通道之间输送流体的功能。

乏燃料池冷却系统(SFS)有两个系列组成。每一个系列包含一台水泵、一台热交换器、一台树脂床和一台过滤器。两个系列共用进口管和出口管。一个系列持续地进行地冷却和净化乏燃料池水，另一个系列可以用来进行水的输送、IRWST的净化或作为运行系列的备用。安全相关的乏燃料冷却和屏蔽的功能由乏燃料池中的水来完成。

正常运行时，系统一般投入一个系列的设备来冷却乏燃料池中的乏燃料以及净化乏燃料池，另一系列留作备用，或者执行水的输送、IRWST内水的冷却和净化等功能。换料运行期间，两个系列都处于运行状态，其中一个系列在整个换料运行期间用于乏燃料池的冷却和净化，另一个系列用来执行换料期间的其他功能。

AP1000乏燃料池冷却系统是一个非安全相关的系统，因此它不需要在事故后运行一缓解设计基准事故。在乏燃料池冷却系统不可用的情况下，乏燃料的冷却有池中水的热容量承担。在长期失去乏燃料池冷却的事故情况下，池水会开始沸腾并且水位下降。主控室中乏燃料池低水位报警器将警告操纵员需要向池中补水。有乏燃料池中安全相关的水位计来报警。在补给水投入的情况下，水位可维持在乏燃料组件以上至少7d。最初的乏燃料池水位按技术规范书进行控制。在最初的72h到7d的补水如果超过安全相关水源补给能力，则由非能动安全壳冷却辅助水箱供应。

已有的对乏燃料水池进行冷却的冷却系统都需要利用泵及电力提供动力进行循环，当发生全厂断电或者更严重的地震事故时，泵动力不足导致乏燃料水池的冷却丧失，乏燃料不断放出衰变热，导致乏燃料水池水位下降、乏燃料组件裸露等危害公众安全的事故。如福岛核事故时，地震、失去厂外电、柴油发电机动力不足等一系列严重事故下，乏燃料水池现有的冷却系统不能保证乏燃料水池的正常冷却，甚至发生乏燃料池水蒸发及乏燃料棒裸露，导致核泄漏，造成公众恐慌甚至危害公众安全。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种乏燃料水池非能动补水喷淋系统。

本发明采用的技术方案为：

乏燃料水池的上方悬挂喷淋管道，其上设置喷洒器；补水箱的底部设置出口，通过管道与喷淋管道连接；乏燃料水池内设置固定的网架，网架内设置中空棒，补水箱底部的出口处设置管塞；承重线绕过滑轮，两端分别与中空棒和管塞连接。

所述管塞外设置网状或孔状结构的挡板，不影响挡板内的水排出的同时防止管塞过度提升。

所述滑轮为单个滑轮或为由多个滑轮组成的滑轮组。

本发明的有益效果为：

（1）与已有的核电厂内乏燃料水池的冷却设备相独立，并且不需借助电力，采用非能动安全技术（即自然力——重力、惯性力、浮力等），使核电厂系统自动回复到安全状态，而不需要电力推动，能极大地提高核电厂的安全性。

（2）利用中空棒的重力使乏燃料水池在正常水位时不喷淋，当达到所设定的低的水位时自动喷淋，是AP1000非能动冷却系统的重要补充。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图中标号：

1-网架；2-中空棒；3-承重线；4-滑轮；5-补水箱；6-挡板；7-管塞；8-喷淋管道；9-喷洒器。

具体实施方式

本发明提供了一种乏燃料水池非能动补水喷淋系统，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

该系统的结构如图1所示，乏燃料水池的上方悬挂喷淋管道8，其上设置喷洒器9；补水箱5的底部设置出口，通过管道与喷淋管道8连接；乏燃料水池内设置固定的网架1，网架1内设置中空棒2，补水箱5底部的出口处设置管塞7；承重线3绕过滑轮4，两端分别与中空棒2和管塞7连接。管塞7外设置网状或孔状结构的挡板6，不影响挡板6内的水排出的同时防止管塞7过度提升。

网架1、承重线3、挡板6、喷淋管道8、喷洒器9均由钢或其他对乏燃料池水无影响的材质制成。网架1不影响池水对中空棒2底部的浮力，防止中空棒2向周围和底部移动损坏格架，并使中空棒2可以在网架1内自由的升降。滑轮4可以采用单个滑轮，或采用多个滑轮组成的滑轮组。中空棒2由高密度、高质量的材质制成，通过对金属棒的中间部分制空来增大棒底部浮力，以满足在所要求的水位下，中空棒2的重力与浮力的合力能把补水箱5内的管塞7提起。

使用时，设定乏燃料水池某一最低水位线A，当乏燃料池水水位低于该最低水位线A时，中空棒2的重力与浮力的合力大于补水箱5内冷却剂对管塞7上表面的压力，将管塞7提起，补水箱5内的水流向喷淋管道8，对乏燃料水池进行喷淋补水，对乏燃料棒进行降温。

补水箱5底部管塞7顶部受补水箱5内冷却剂的压力，向上受承重线3的拖拽力。当乏燃料水池水位高于设定的最高水位线B时，管塞7所受的合力向下，补水箱5底部出口密封。

Claims (3)

1.乏燃料水池非能动补水喷淋系统，其特征在于，乏燃料水池的上方悬挂喷淋管道(8)，其上设置喷洒器(9)；补水箱(5)的底部设置出口，通过管道与喷淋管道(8)连接；乏燃料水池内设置固定的网架(1)，网架(1)内设置中空棒(2)，补水箱(5)底部的出口处设置管塞(7)；承重线(3)绕过滑轮(4)，两端分别与中空棒(2)和管塞(7)连接；

设定乏燃料水池某一最低水位线A，当乏燃料池水水位低于该最低水位线A时，中空棒(2)的重力与浮力的合力大于补水箱(5)内冷却剂对管塞(7)上表面的压力，将管塞(7)提起，补水箱(5)内的水流向喷淋管道(8)，对乏燃料水池进行喷淋补水，对乏燃料棒进行降温；补水箱(5)底部管塞(7)顶部受补水箱(5)内冷却剂的压力，向上受承重线(3)的拖拽力；当乏燃料水池水位高于设定的最高水位线B时，管塞(7)所受的合力向下，补水箱(5)底部出口密封；

中空棒(2)由高密度、高质量的材质制成，通过对金属棒的中间部分制空来增大棒底部浮力，以满足在所要求的水位下中空棒(2)的重力与浮力的合力能把补水箱(5)内的管塞(7)提起。

2.根据权利要求1所述的乏燃料水池非能动补水喷淋系统，其特征在于，所述管塞(7)外设置网状或孔状结构的挡板(6)，不影响挡板(6)内的水排出的同时防止管塞(7)过度提升。

3.根据权利要求1所述的乏燃料水池非能动补水喷淋系统，其特征在于，所述滑轮(4)为单个滑轮或为由多个滑轮组成的滑轮组。