CN103489489A - 一种非能动安全壳喷淋-淹没冷却系统 - Google Patents

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宋丹戎
许斌
李庆
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Abstract

本发明属于一种核反应堆专设安全系统，具体涉及一种非能动安全壳冷却系统。它包括钢筋混凝土屏蔽厂房，钢筋混凝土屏蔽厂房内设有安全壳，安全壳与钢筋混凝土屏蔽厂房之间通过钢—砼复合结构固定在一起，钢筋混凝土屏蔽厂房与钢—砼复合结构之间形成水密封环形空间，安全壳的上方设有非能动安全壳喷淋装置。本发明的优点是，反应堆失水事故或主蒸汽管道破裂事故叠加全厂断电等多重极端事故时能以非能动方式实现安全壳短期及长期冷却。安全壳与屏蔽厂房之间的环形空间为水密封结构，可收集喷淋残余水。

Description

一种非能动安全壳喷淋-淹没冷却系统
技术领域
本发明属于一种核反应堆专设安全系统，具体涉及一种非能动安全壳冷却系统。
背景技术
安全壳作为核动力厂的专设安全设施，可保护反应堆免于外部事件的危害，事故后作为核反应堆放射性包容的最后一道屏障，可保护环境及公众免于过量辐射。当反应堆发生失水事故或主蒸汽管破裂事故后，大量的质能释放至安全壳内，引起安全壳温度及压力迅速升高。为防止安全壳超温超压，必须及时将安全壳热量导出。目前，世界各国常见的核动力厂大都采用内部能动安全壳喷淋系统进行降温降压，必须配置安全级应急电源。当发生福岛核事故之类的多重极端事故叠加导致的全厂断电时，能动系统均无法启动。
美国西屋公司开发的AP1000机组虽设计了非能动安全壳冷却系统，但其高位水箱因液固耦合效应给屏蔽厂房抗震带来极为不利的影响，钢安全壳设置了庞大复杂的顶部水流分配系统和空气导流结构，造价及维护成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种系统简单，造价及维护成本低，可靠性高，可解决多重极端事故叠加后安全壳短期及长期冷却的非能动安全壳喷淋-淹没冷却系统。
本发明是这样实现的，一种非能动安全壳喷淋-淹没冷却系统，它包括钢筋混凝土屏蔽厂房，钢筋混凝土屏蔽厂房内设有安全壳，安全壳与钢筋混凝土屏蔽厂房之间通过钢—砼复合结构固定在一起，钢筋混凝土屏蔽厂房与钢-砼复合结构之间形成水密封环形空间，安全壳的上方设有非能动安全壳喷淋装置。
本发明的优点是，反应堆失水事故或主蒸汽管道破裂事故叠加全厂断电等多重极端事故时能以非能动方式实现安全壳短期及长期冷却。安全壳与屏蔽厂房之间的环形空间为水密封结构，可收集喷淋残余水。在反应堆正常运行期间处于干井状态，事故后收集喷淋残余水淹没安全壳，避免了反应堆正常运行期间因安全壳长期淹没导致的安全壳内部大气结露问题、安全壳防腐蚀难题及地震液固耦合效应，系统简单，造价及维护成本低，可靠性高，进一步提高核能的安全性及经济性。
附图说明
图1是本发明所提供的一种非能动安全壳喷淋-淹没冷却系统结构示意图。
图中，1非能动安全壳喷淋装置，2安全壳，3钢筋混凝土屏蔽厂房，4水密封环形空间，5钢—砼复合结构，6蒸汽出口，7蒸汽冷凝，8反应堆，9压缩空气。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，一种非能动安全壳喷淋-淹没冷却系统它包括钢筋混凝土屏蔽厂房3，钢筋混凝土屏蔽厂房3内设置有安全壳2，安全壳2与钢筋混凝土屏蔽厂房3在地面标高以下贴合在一起形成钢—砼复合结构5，安全壳2的上方设置有非能动安全壳喷淋装置1，安全壳2的内部设有反应堆8，钢筋混凝土屏蔽厂房3的顶部开有蒸汽出口6，安全壳2、钢筋混凝土屏蔽厂房3与钢—砼复合结构5在地面标高以上形成水密封环形空间4，当水密封环形空间4内的喷淋淹没水蒸发时，可通过蒸汽出口6排到大气中。
本实施例钢安全壳内径为28m，钢安全壳与钢筋混凝土屏蔽厂房之间的水密封环形空间宽度为1.2m，反应堆热功率约为500MW。当反应堆发生失水事故或主蒸汽管破裂事故后，大量的质能释放至钢安全壳内，引起安全壳温度及压力迅速升高。为防止安全壳超温超压，必须及时将安全壳热量导出。
非能动安全壳喷淋-淹没冷却系统在接到钢安全壳高压报警阈值信号（压力为0.24MPa）后，非能动安全壳喷淋装置自动启动，依靠压缩空气将水喷向钢安全壳的穹顶外表面并在重力作用下流向钢安全壳的圆筒体外表面。喷淋在钢安全壳外表面的水一部分经加热汽化，随着蒸汽的汽化潜热将钢安全壳热量传递给最终热阱—大气，剩余的喷淋残余水在水密封环形空间4汇集。随着喷淋残余水不断汇集，水密封环形空间4的水位不断升高，逐渐淹没钢安全壳的圆筒体段。当非能动安全壳喷淋装置里的水喷淋完毕，水密封环形空间的淹没水位达到最高水位约15m，处于淹没中的钢安全壳通过淹没水对流传热及蒸发继续得以冷却。由于后期反应堆的余热不断降低，安全壳冷却量及冷却速率较低，其淹没水量可实现安全壳冷却长达7天以上。
非能动安全壳喷淋-淹没冷却系统由非能动安全壳喷淋装置、钢安全壳与钢筋混凝土屏蔽厂房之间的水密封环形空间组成。反应堆失水事故或主蒸汽管道破裂事故后按照先喷淋后淹没两阶段依次实现钢安全壳短期及长期（>7天）冷却。系统在事故初期对钢安全壳外喷淋。由非能动安全壳喷淋装置将水喷淋在钢安全壳外表面，喷淋水在钢安全壳外表面形成水膜被加热蒸发，产生蒸汽，通过蒸汽汽化潜热带走钢安全壳热量，将热量释放至最终热阱——大气，快速实现钢安全壳降温降压。在事故中后期依靠喷淋残余水在水密封环形空间汇集自动淹没钢安全壳。钢安全壳热量通过对流传热给淹没水，淹没水被加热蒸发，将热量释放至最终热阱——大气，从而继续冷却钢安全壳。钢安全壳与钢筋混凝土屏蔽厂房在环形空间底部紧贴在一起形成钢—砼复合结构，实现水密封功能。水密封环形空间在反应堆正常运行期间处于干井状态，在事故后收集喷淋残余水淹没安全壳。
当反应堆发生失水事故或主蒸汽管破裂事故后，初期安全壳质能释放量大，安全壳升温升压迅速，非能动安全壳喷淋-淹没冷却系统通过喷淋产生的蒸汽以汽化潜热高效快速冷却钢安全壳后期反应堆的余热不断降低，安全壳冷却量及冷却速率较低，非能动安全壳喷淋-淹没冷却系统依靠淹没水的对流传热及蒸发不断将安全壳热量传递给大气，可实现安全壳的长期（>7天）冷却。

Claims (2)

1.一种非能动安全壳喷淋-淹没冷却系统，其特征在于：它包括钢筋混凝土屏蔽厂房（3），钢筋混凝土屏蔽厂房（3）内设有安全壳（2），安全壳（2）与钢筋混凝土屏蔽厂房（3）在地面标高以下形成钢—砼复合结构（5），钢筋混凝土屏蔽厂房（8）与钢—砼复合结构（5）在地面标高以上形成水密封环形空间（4）。
2.如权利要求1所述的一种非能动安全壳喷淋-淹没冷却系统，其特征在于：安全壳（6）的上方设有非能动安全壳喷淋装置（1）。
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