CN103474109A

CN103474109A - 非能动安全壳冷却系统蒸汽排放装置

Info

Publication number: CN103474109A
Application number: CN2013104212866A
Authority: CN
Inventors: 孙中宁; 高力; 谷海峰; 丁铭; 范广铭
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2013-09-16
Filing date: 2013-09-16
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2033-09-16
Also published as: CN103474109B

Abstract

本发明的目的在于提供非能动安全壳冷却系统蒸汽排放装置，包括冷却水箱、水封槽、排气管，排气管包括依次连接的入口段弯管、排气直管段、出口段弯管，冷却水箱和水封槽侧壁均开有排气管孔，排气直管段位于冷却水箱的排气管孔和水封槽的排气管孔之间，入口段弯管伸入冷却水箱的排气管孔且开口向上，出口段弯管伸入水封槽的排气管孔且开口向下，出口段弯管的端部开有出口孔，冷却水箱和水封槽内均存有水，入口段弯管的上端面位于冷却水箱内的液面以上，未有蒸汽进入排气管时，出口段弯管最上层的出口孔位于水封槽的液面以下。本发明能自动、可靠开启而不依赖于外部能源，且流动阻力要小，保证PCS系统内产生的蒸汽能顺畅、稳定、可靠地排放。

Description

非能动安全壳冷却系统蒸汽排放装置

技术领域

本发明涉及的是一种蒸汽排放装置，具体地说是核反应堆的蒸汽排放装置。

背景技术

随着社会的发展，核电作为一种可靠、清洁安全、经济的替代能源越来越受到人们的青睐。然而，核电事故造成的严重危害时刻令人担忧。核电站安全壳是严重事故下防止放射性物质释放到环境中的最后一道屏障，在发生堆芯熔毁或冷却剂管道大破口等严重事故时，高温高压的冷却剂以及裂变产物大量释放到安全壳内，引起安全壳内温度和压力骤增，最终可能会因超压而破坏安全壳的完整性，造成放射性物质的外泄。热量导出系统可将反应堆安全壳内的热量导出，降低安全壳内的温度和压力，使安全壳内压力不超过其承载限值，确保安全壳的完整性，从而防止了放射性物质释放到环境。但是，现有的热量导出系统由于需要电源的支持，在失去全部电源（厂外电源和应急柴油发电机电源）的状态下，这些热量导出系统就会失效，降低了核电站的安全性。为了提高反应堆的“固有安全性”，当反应堆出现异常工况时，达到不依靠人员操作或外部设备的强制性干预的目的，设计了非能动安全壳冷却系统（PCS系统）。当反应堆正常运行时，PCS系统处于备用状态，系统与外界环境间能够实现有效的隔离，防止环境中的污染物影响冷却水水质，并且能够吸收一定的压力波动；当反应堆事故工况时，PCS系统投入运行，该系统能够自动、可靠开启而不依赖于外部能源，保证系统内产生的蒸汽能顺畅、稳定、可靠地排放。因此，非能动安全壳冷却系统（PCS系统）需要配套一个能满足蒸汽非能动排放和实现系统与外界长期隔离的隔离装置。现有的隔离装置主要包括阀门和爆破膜，阀门可以有效地隔离系统与外界环境并且能够排放蒸汽，但是依然需要人为操作，不满足非能动排放的要求；爆破膜可以非能动的进行蒸汽排放，但是当爆破膜一旦打开，便不能实现系统与外界的长期隔离。另外，如果爆破膜的额定压力设置过低，系统压力受环境影响（太阳照射或者冷却水蒸发）产生的微小变化便会使爆破膜打开；如果爆破膜的额定压力设置过高，当系统压力达到一定值时才会爆破，这样蒸汽不能得到顺利稳定的排放。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能满足蒸汽非能动排放和实现系统与外界长期隔离、吸收压力波动的非能动安全壳冷却系统蒸汽排放装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明非能动安全壳冷却系统蒸汽排放装置，其特征是：包括冷却水箱、水封槽、排气管，排气管包括依次连接的入口段弯管、排气直管段、出口段弯管，冷却水箱和水封槽侧壁均开有排气管孔，排气直管段位于冷却水箱的排气管孔和水封槽的排气管孔之间，入口段弯管伸入冷却水箱的排气管孔且开口向上，出口段弯管伸入水封槽的排气管孔且开口向下，出口段弯管的端部开有出口孔，冷却水箱和水封槽内均存有水，入口段弯管的上端面位于冷却水箱内的液面以上，未有蒸汽进入排气管时，出口段弯管最上层的出口孔位于水封槽的液面以下，水封槽的上端侧壁上开有排气孔。

本发明还可以包括：

1、入口段弯管的直径为D_入，入口段弯管的上端面与冷却水箱液面的距离为3-5D_入；出口段弯管的直径为D_出，所述的出口孔的数量至少有两层，其高度为0.2-2D_出，未有蒸汽进入排气管时，最上层出口孔与水封槽液面的距离为0.3-0.5D_出，出口段弯管的横截面面积为S，出口孔的面积之和为1.5-3S。

2、所述的排气孔至少有一排，水封槽的直径为D，最下层的排气孔与水封槽液面的距离为3-5D。

3、还包括补水机构，补水机构包括补水管、沉降室、连通管，补水管和连通管均连通沉降室，连通管包括竖直部分和水平部分，连通管的竖直部分伸入到沉降室里且开口向上，冷却水箱和水封槽的侧壁均开有补水孔，冷却水箱和水封槽的补水孔均位于各自的排气管孔下方，补水管通过水封槽的补水孔伸入至水封槽的液面下方，连通管的水平部分通过冷却水箱的补水孔伸入至冷却水箱的液面下方，连通管竖直部分上端面的高度高于补水管与沉降室连通部位的高度，补水管与沉降室连通部位的高度高于沉降室下壁的高度，沉降室下部设置排污阀。

4、水封槽的上方设置防风帽，防风帽包括端盖和与之相连的中空的圆柱体外壳，外壳的下端部所在平面的高度低于最下层排气孔的高度。

本发明的优势在于：

1、当PCS系统处于备用状态时，水封槽中的水会淹没排放管出口一段距离，形成水封，实现系统与外界环境间隔离，有利于保持冷却水箱的水质。

2、当PCS系统处于备用状态时，蒸汽排放装置能够应对因安全壳内温度变化和环境温度变化导致的冷却水箱内压力波动。

3、当PCS系统投入运行时，蒸汽排放装置能自动、可靠开启而不依赖于外部能源，且流动阻力要小，保证PCS系统内产生的蒸汽能顺畅、稳定、可靠地排放。

4、该蒸汽排放装置结构简单成本低、性能可靠、易于实现。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2a为本发明的沉降室示意图a，图2b为本发明的沉降室示意图b，图2c为本发明的沉降室示意图c；

图3a为本发明的蒸汽出口段局部放大图a，图3b为本发明的蒸汽出口段局部放大图b。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～3，本发明实施例涉及一种蒸汽排放装置，主要由蒸汽排放管道、水封槽装置、补水管道和冷却水箱组成。

蒸汽排放管道是由蒸汽入口段弯管6、蒸汽出口段弯管4和蒸汽排放直管段5法兰连接而成的一种Z型排气管道，其目的是及时将蒸汽冷却水箱中的冷却水吸收安全壳内热量而产生的排入到水封槽，并且不需要驱动装置提供动力，仅仅依靠气体压力提供动力，从而达到非能动排出蒸汽的目的。所述的蒸汽入口段弯管6，其开口向上，并且蒸汽入口段开口距离冷却水液位有一定高度，这种设计是为了在排出蒸汽时使蒸汽携带的水有足够的高度沉降，尽量减少冷却水的携带，保证蒸汽的排出。蒸汽中可能含有少量放射性物质，这种设计能最小程度减少放射性物质进入环境。所述的蒸汽排气直管段5，为蒸汽提供了蒸汽排放的通道，法兰连接便于拆卸和维修。所述的蒸汽出口段弯管4，其开口向下，蒸汽出口段弯管4出口处开数个直径为30mm的圆形排气孔，形成多孔通道，这样蒸汽会以气泡形式排出，防止蒸汽与水封槽1内水大面积接触而发出湮灭现象。并且当非能动安全壳冷却系统PCS系统处于备用状态时，水封槽1中的水能淹没蒸汽出口段弯管4，形成水封，达到系统与外界长期隔离的目的。当非能动安全壳冷却系统PCS系统投入运行时，冷却水箱7不断吸收安全壳内的热量，随着冷却水箱7内温度的增加和蒸汽量的积累，水箱内的压力也随之上升。随着压力的升高，蒸汽出口段弯管4处的水位下降，水封槽1内的液位上升，当蒸汽出口段弯管4处的水位下降至排气管出口时，水封开启，冷却水箱7内的气体在水封槽1的水下鼓泡后排出水封槽1。

水封槽装置是由水封槽1、排气孔2和防风帽3组成。其目的有两点：当PCS系统处于备用状态，水封槽装置应能保证系统与外界环境间实现有效的隔离，防止环境中的污染物影响冷却水水质，并能应对因安全壳内温度变化和环境温度变化导致的冷却水箱内压力波动；当PCS系统投入运行时，水封槽装置能自动、可靠开启而不依赖于外部能源，保证系统内产生的蒸汽能顺畅、稳定、可靠地排放。当安全壳内温度略有升高而引起冷却水箱7的压力有所增大时，冷却水箱7中的气体会挤压蒸汽出口段弯管4处的冷却水，使蒸汽出口段弯管4处水位下降，水封槽1内的液位上升，达到压力平衡状态。当安全壳内温度略有降低而引起冷却水箱7的压力有所减小时，蒸汽出口段弯管4处的冷却水会发生一定程度的倒吸，从而达到压力平衡状态。所述的水封槽1上段开数个直径为100mm的圆形排气孔2，其作用是将蒸汽顺畅、稳定、可靠的排放。排气孔2距离水封槽内液位有一定高度，这样使蒸汽携带的水有足够的高度沉降，有效的减少了蒸汽排放时的携带水量。所述的防风帽3，其设计目的是在保证蒸汽顺畅的排放的前提下，减小水封槽1内水的蒸发速率，减小外界环境气流对蒸汽排放的扰动作用，防止外界环境中杂质进入水封槽1污染水质。防风帽3和水封槽1中的冷却水形成了非能动安全壳冷却系统PCS系统与外界环境间的两层隔离屏障。水封槽1与补水管道连接，由连通器原理可知，水封槽内1的液位与冷却水箱7液位能够保持一致，当水封槽1中的冷却水由于蒸发作用而不可避免地减少时，冷却水箱7中的水能够及时补充进入水封槽1中，确保该装置能够达到PCS系统与外界长期隔离的目的。

补水管道是由补水管8和沉降室9焊接而成，沉降室9底部开有一排污阀10。补水管道的目的是使水封槽内1的液位与冷却水箱7液位保持一致，当水封槽1水位降低时，冷却水箱7能向其进行非能动补水，不需要任何驱动设备。所述的补水管8，其作用是在备用工况下，水封槽1中的水因蒸发而减少时，向水封槽1内进行非能动补水，使水封槽1内的液位与冷却水箱7液位保持一致，从而使蒸汽排放管的末端始终淹没在水下，保证了PCS系统的长期隔离。所述的沉降室9，是由进水口9.3、弯头9.4、出水口9.2和水槽9.1焊接而成。当冷却水箱7中的水向水封槽1内补充时，沉降室9的底部形成了流体滞留区，使冷却水箱7内的杂质不会经过补水管路进入到水封槽1中，实现了两者之间的有效隔离。出水口9.2的位置高于补水管8入口一定距离，这样当水封槽1中的水向冷却水箱7流动时，杂质会在沉降室9的底部沉淀，不会进入冷却水箱7。所述的排污阀10，其作用是定时排除沉降室9中沉淀的杂质，以免造成补水管8的堵塞。

图1所示的是非能动安全壳冷却系统蒸汽排放装置的整体结构，是由水封槽装置，蒸汽排放管路、补水回路和冷却水箱组成。冷却水箱7侧壁面开一圆孔，蒸汽入口段弯管6通入圆孔冷却水箱7与焊接而成；蒸汽入口段弯管6与蒸汽排气管道5通过法兰连接，蒸汽排气管道5与蒸汽出口段弯管4通过法兰连接，这样便于拆卸和维修；蒸汽出口段弯管4与水封槽1焊接而成，水封槽1侧壁开有一小孔，补水管8插入小孔水封槽1壁面焊接，补水管8与冷却水箱7通过沉降室9相连。沉降室9底部装有一排污阀10，定时排除沉降室9中沉淀的杂质，以免造成补水管8的堵塞。水封槽1上方开有若干排气孔2，这样使蒸汽携带的水有足够的高度沉降，有效的减少了蒸汽排放时的携带水量。水封槽1顶部焊接防风帽3，其目的是在保证蒸汽顺畅的排放的前提下，减小水封槽1内水的蒸发速率，减小外界环境气流对蒸汽排放的扰动作用，防止外界环境中杂质进入水封槽污染水质。当非能动安全壳冷却系统处于备用状态时，冷却水箱内的水通过补水管8流入水封槽1中，并淹没蒸汽出口段弯管4一段距离，形成水封，实现系统与外界环境间隔离的目的；当非能动安全壳冷却系统投入运行时，随着冷却水箱7内温度的增加和蒸汽量的积累，冷却水箱7内的压力也随之上升。随着压力的升高，蒸汽出口段弯管4处的水位下降，水封槽1内的液位上升，当蒸汽出口段弯管4处的水位下降到一定程度时，冷却水箱7内的气体将通过蒸汽排气管道5排出，并在水封槽1的水下鼓泡后排出水封槽1。

Claims

1.非能动安全壳冷却系统蒸汽排放装置，其特征是：包括冷却水箱、水封槽、排气管，排气管包括依次连接的入口段弯管、排气直管段、出口段弯管，冷却水箱和水封槽侧壁均开有排气管孔，排气直管段位于冷却水箱的排气管孔和水封槽的排气管孔之间，入口段弯管伸入冷却水箱的排气管孔且开口向上，出口段弯管伸入水封槽的排气管孔且开口向下，出口段弯管的端部开有出口孔，冷却水箱和水封槽内均存有水，入口段弯管的上端面位于冷却水箱内的液面以上，未有蒸汽进入排气管时，出口段弯管最上层的出口孔位于水封槽的液面以下，水封槽的上端侧壁上开有排气孔。

2.根据权利要求1所述的非能动安全壳冷却系统蒸汽排放装置，其特征是：入口段弯管的直径为D_入，入口段弯管的上端面与冷却水箱液面的距离为3-5D_入；出口段弯管的直径为D_出，所述的出口孔的数量至少有两层，其高度为0.2-2D_出，未有蒸汽进入排气管时，最上层出口孔与水封槽液面的距离为0.3-0.5D_出，出口段弯管的横截面面积为S，出口孔的面积之和为1.5-3S。

3.根据权利要求1或2所述的非能动安全壳冷却系统蒸汽排放装置，其特征是：所述的排气孔至少有一排，水封槽的直径为D，最下层的排气孔与水封槽液面的距离为3-5D。

4.根据权利要求1或2所述的非能动安全壳冷却系统蒸汽排放装置，其特征是：还包括补水机构，补水机构包括补水管、沉降室、连通管，补水管和连通管均连通沉降室，连通管包括竖直部分和水平部分，连通管的竖直部分伸入到沉降室里且开口向上，冷却水箱和水封槽的侧壁均开有补水孔，冷却水箱和水封槽的补水孔均位于各自的排气管孔下方，补水管通过水封槽的补水孔伸入至水封槽的液面下方，连通管的水平部分通过冷却水箱的补水孔伸入至冷却水箱的液面下方，连通管竖直部分上端面的高度高于补水管与沉降室连通部位的高度，补水管与沉降室连通部位的高度高于沉降室下壁的高度，沉降室下部设置排污阀。

5.根据权利要求3所述的非能动安全壳冷却系统蒸汽排放装置，其特征是：还包括补水机构，补水机构包括补水管、沉降室、连通管，补水管和连通管均连通沉降室，连通管包括竖直部分和水平部分，连通管的竖直部分伸入到沉降室里且开口向上，冷却水箱和水封槽的侧壁均开有补水孔，冷却水箱和水封槽的补水孔均位于各自的排气管孔下方，补水管通过水封槽的补水孔伸入至水封槽的液面下方，连通管的水平部分通过冷却水箱的补水孔伸入至冷却水箱的液面下方，连通管竖直部分上端面的高度高于补水管与沉降室连通部位的高度，补水管与沉降室连通部位的高度高于沉降室下壁的高度，沉降室下部设置排污阀。

6.根据权利要求1或2所述的非能动安全壳冷却系统蒸汽排放装置，其特征是：水封槽的上方设置防风帽，防风帽包括端盖和与之相连的中空的圆柱体外壳，外壳的下端部所在平面的高度低于最下层排气孔的高度。

7.根据权利要求3所述的非能动安全壳冷却系统蒸汽排放装置，其特征是：水封槽的上方设置防风帽，防风帽包括端盖和与之相连的中空的圆柱体外壳，外壳的下端部所在平面的高度低于最下层排气孔的高度。

8.根据权利要求4所述的非能动安全壳冷却系统蒸汽排放装置，其特征是：水封槽的上方设置防风帽，防风帽包括端盖和与之相连的中空的圆柱体外壳，外壳的下端部所在平面的高度低于最下层排气孔的高度。

9.根据权利要求5所述的非能动安全壳冷却系统蒸汽排放装置，其特征是：水封槽的上方设置防风帽，防风帽包括端盖和与之相连的中空的圆柱体外壳，外壳的下端部所在平面的高度低于最下层排气孔的高度。