CN103495291B - 从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置，其包括除气塔本体及料液输送系统、连接在除气塔本体顶部的气冷及回流系统，以及分别连接除气塔本体及料液输送系统和气冷及回流系统的氮气配气系统，其中，气冷及回流系统连接至一抽真空系统，抽真空系统结合氮气配气系统用于控制除气塔塔内的真空度。本发明从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置具有以下优点：1)通过抽真空系统保持了整个除气装置的真空度，除气装置运行压力采用待除气反应堆冷却剂进口温度对应的饱和压力，减少了除气塔内料液的热量浪费；2)采用辅助蒸汽粗调、电加热器精调串级调节方法来加热循环回路，不仅经济、节能，还可以提高除气装置的稳定性。

Description

从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置

技术领域

本发明涉及一种分离气体杂质的装置，更具体地说，本发明涉及一种从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置。

背景技术

为了去除核电站反应堆一回路中的氢气、氮气和放射性裂变气体，使一回路水质满足核电站运行要求，需要设置一套除气装置，通过除气装置在运行期间的直接或者间接运行排除一回路中的氢气、氮气和放射性裂变气体，以降低其含量并满足核电站的运行要求。

除气装置一般采用热力除气方法，除气过程为：需要除气的反应堆冷却剂废液从除气装置顶部喷入，在下降过程中受上升的蒸汽流加热而饱和，其内溶解的气体因除气装置内部汽相不容气体的分压力小而使氢气、氮气和放射性裂变气体等不凝气体因溶解度变小而大量逸出。随后，氢气、氮气和放射性裂变气体的混合气体被送往冷凝器冷凝，并间歇地将冷凝器中的不凝气体抽出，保持冷凝器的压力低于除气装置的压力，冷凝液回流到除气装置顶部，使得反应堆冷却剂废液中的放射性气体不断的脱除。

在上述过程中，除气装置用到的除气原理如下：

A.根据亨利定律，单位体积中溶于水中的气体量与水面上该气体的分压力成正比：当气体在溶液中的溶解度趋于零，则分压力也趋向于零；当混合气体中的分压力趋于零，则气体在溶液中的溶解度也趋向于零。

B.除气装置采用热力除气法，用以去除溶解在一回路冷却剂液中的氢气、裂变气体和其他气体。由于压力容器中溶解于水中的气体量和水面上气体的分压力成正比，用蒸汽加热水，提高水温使水面上蒸汽分压力增加而溶解气体的分压力降低，结果是溶解于水中的气体不断逸出。当加热水至相应压力下的饱和温度，液面上的蒸汽的分压力几乎等于全压力，其他气体的分压力趋近于零，于是溶解于水中的气体就从水中全部逸出而除去。

关于热力除气，目前主流技术是采用常温常压或是微正压热力除气方法，但是，由于需要处理的反应堆冷却剂量大，为了达到冷却剂的饱和状态，需要大量的热量使冷却剂达到饱和，蒸发的冷却剂也需要换热器冷却进行气冷和冷凝回流，从而进一步浪费换热器中冷却剂的驱动能量。在常用的除气装置的实际运行过程中，由于辅助蒸汽分配系统的蒸汽压力对阀门开度异常敏感，并且蒸汽压力对除气装置的参数影响有一定的延迟，使得现场设备调试和运行增加很多不稳定性。

有鉴于此，确有必要提供一种新型的从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置，其可以减少气体杂质去除过程中的热量浪费。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置，其包括除气塔本体及料液输送系统、连接在除气塔本体顶部的气冷及回流系统，以及分别连接除气塔本体及料液输送系统和气冷及回流系统的氮气配气系统，其中，气冷及回流系统连接至一抽真空系统，抽真空系统用于控制除气塔本体及料液输送系统、气冷及回流系统内的真空度。

作为本发明从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置的一种改进，除气装置还包括一加热循环回路，加热循环回路用于将除气塔本体底部的料液与中部的料液进行交换并加热，其包括串联的第一循环管路、第一循环泵和加热器。

作为本发明从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置的一种改进，所述加热器为粗调辅助蒸汽电加热器与精调电加热器的串联组合。

作为本发明从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置的一种改进，所述气冷及回流系统包括冷凝管和回流管道。

作为本发明从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置的一种改进，所述抽真空系统包括形成一内循序体系的液环真空泵、密封液罐、密封液冷却器和密封液过滤器，其中，液环真空泵通过第二循环管路连接至气冷及回流系统。

作为本发明从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置的一种改进，所述液环真空泵从气冷及回流系统中抽出的气体与氮气配气系统注入的氮气混合后一并通过废气排放管路排放。

作为本发明从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置的一种改进，所述除气塔本体及料液输送系统和气冷及回流系统内的真空度为料液饱和压力值。

与现有技术相比，本发明从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置具有以下优点：

1)通过抽真空系统保持了整个除气装置的真空度，除气装置运行压力采用待除气反应堆冷却剂进口温度对应的饱和压力，减少了除气塔内料液的热量浪费；

2)采用辅助蒸汽粗调、电加热器精调串级调节方法来加热循环回路，不仅十分经济和节能，还可以提高除气装置的稳定性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置及其技术效果进行详细说明，附图中：

图1为本发明从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置的示意图。

图2为本发明从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置中的抽真空系统的示意图。

图3为本发明从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置中的加热循环回路的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

请参阅图1所示，本发明从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置100包括：除气塔本体及料液输送系统10、连接除气塔本体及料液输送系统10的除气塔本体12的顶部的气冷及回流系统20，以及分别连接除气塔本体及料液输送系统10和气冷及回流系统20的氮气配气系统50，其中，气冷及回流系统20连接至一抽真空系统30，抽真空系统30结合氮气配气系统50用于控制除气塔本体及料液输送系统10和气冷及回流系统20内的真空度。

除气塔本体12为上部内径小、下部内径大的罐状结构，其底部和中部设有一加热循环回路40，加热循环回路40用于将除气塔本体12底部的料液与中部的料液进行交换并加热。

请结合参阅图3所示，加热循环回路40包括串联的第一循环管路、第一循环泵41和加热器，其具体组装结构为：第一循环管路的一端连通至除气塔本体12的底部，第一循环管路的另一端连接至第一循环泵41的入口，第一循环泵41的出口经加热器后连通至除气塔本体12的中部，其中，加热器为粗调辅助蒸汽电加热器43与精调电加热器42串联的组合。

在一般的核电站厂区内，在从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置的实际运行过程中，由于辅助蒸汽是一种比较廉价，并且可得性较强的一种资源，往往大部分分离气体杂质的除气装置都采用辅助蒸汽用于循环回路的加热。但是，由于辅助蒸汽分配系统蒸汽压力对阀门开度异常敏感，且辅助蒸汽压力对分离气体杂质的除气装置的参数影响有一定的延迟，使得现场设备调试以及运行过程中增加很多不稳定性。

电加热器调节速度快，控制原理简单，直接用从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置内热力参数的变化关联加热器的电压，达到所需热力参数快速相应的要求。但是，由于从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置处理量大，完全采用电加热器不是十分的经济和节能。因此，本发明结合粗调辅助蒸汽电加热器与精调电加热器的特点，采用辅助蒸汽粗调43、电加热器精调42串级调节方法来加热循环回路。

气冷及回流系统20包括一冷凝管和回流管道(未标注)，气冷及回流系统20通过第二循环管路连接到抽真空系统30。抽真空系统30包括形成一内循序体系的液环真空泵34、密封液罐31、密封液冷却器32和密封液过滤器33，液环真空泵34通过第二循环管路连接至气冷及回流系统20。

本发明从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置的工作原理为：第一循环泵将除气塔本体12塔釜的反应堆冷却剂送到加热循环回路40，以获得蒸发所需的热量，然后回到除气塔本体12。约50℃的反应堆冷却剂从化学容积控制系统输送到除气塔本体12的塔顶，逆流经过上升的蒸汽，蒸汽穿过除气塔本体12的塔盘后上升，在气冷及回流系统20中几乎全部被冷凝，又回流到除气塔本体12的塔盘上，在此过程中，氢气、氮气和放射性裂变气体等不凝气体因溶解度变小而大量逸出。

为了保证逸出的混合气体不会再次溶解，必须保冷却剂在接近沸点的温度，在此过程中，必须保持其运行压力为0.125MPa.a(绝对压力值)。在此条件下，大部分冷却剂里溶解的气体会析出，运行压力的真空度即为冷却剂饱和的压力值。除气后的冷却剂由除气输送泵送回化学容积控制系统，除气输送泵下游通过一条小流量的管线回到除气塔本体12。

除气塔真空泵的密封液在密封液罐31内与气体分离，密封液通过密封液冷却器32和密封液过滤器33循环回除气塔真空泵。

抽真空系统30控制除气装置中的操作压力，使操作压力下对应的待除气反应堆冷却剂的饱和温度为其进料温度。本除气装置待除气反应堆冷却剂温度为大约50℃，对应的饱和压力为0.125MPa.a，为了保证除气塔本体12内的工作压力0.125MPa.a，注入除气塔真空泵吸入口端的密封液饱和蒸汽压必须低于吸入口端的工作压力。为达到这一状态，密封液冷却器需要把密封液冷却到大约20℃。

冷却剂在50℃沸腾所需的真空度是由抽真空系统30来保证的，液环真空泵同时抽出除气塔本体12内析出的气体，析出的气体与氮气配气系统50释放的氮气混合后一并通过废气排放管路排放(如图2所示)。

吹扫气的注入点有两个：除气塔顶部，用来控制塔内的运行压力；真空泵出口端，用来降低氢气浓度，管道内的氢气浓度总被保持在爆炸极限以下。

结合以上对本发明的详细描述可以看出，与现有技术相比，本发明从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置的优势在于：

1)通过抽真空系统保持了整个除气装置的真空度，除气装置运行压力采用待除气反应堆冷却剂进口温度对应的饱和压力，减少了除气塔内料液的热量浪费；

2)采用辅助蒸汽粗调、电加热器精调串级调节方法来加热循环回路，不仅十分经济和节能，还可以提高除气装置的稳定性。

根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (5)

1.一种从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置，包括除气塔本体及料液输送系统、连接在除气塔本体顶部的气冷及回流系统，以及分别连接除气塔本体及料液输送系统和气冷及回流系统的氮气配气系统，其特征在于：所述气冷及回流系统连接至一抽真空系统，抽真空系统结合氮气配气系统用于控制除气塔塔内的真空度；还包括一加热循环回路，加热循环回路用于将除气塔本体底部的料液与中部的料液进行交换并加热，其包括串联的第一循环管路、第一循环泵和加热器，所述加热器为粗调辅助蒸汽电加热器与精调电加热器的串联组合。

2.根据权利要求1所述的从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置，其特征在于：所述气冷及回流系统包括冷凝管和回流管道。

3.根据权利要求1所述的从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置，其特征在于：所述抽真空系统包括形成一内循序体系的液环真空泵、密封液罐、密封液冷却器和密封液过滤器，其中，液环真空泵通过第二循环管路连接至气冷及回流系统。

4.根据权利要求3所述的从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置，其特征在于：所述液环真空泵从气冷及回流系统中抽出的气体与氮气配气系统注入的氮气混合后一并通过废气排放管路排放。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的从核电站循环冷却剂中分离气体杂质的除气装置，其特征在于：所述除气塔本体及料液输送系统和气冷及回流系统内的真空度为对应料液进口温度下对应的饱和压力值。