CN104051034A - 一种乏燃料循环冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种乏燃料循环冷却系统,包括乏燃料贮存水池(3),还包括与乏燃料贮存水池(3)相连的中间换热水池(1)以及含有冷水体的最终热阱(2),中间换热水池(1)与最终热阱(2)通过设在二者之间的最终热阱隔离闸门(5)隔开。本发明提供的一种乏燃料水池闭式循环冷却系统,保持了乏燃料湿法贮存的技术优势,并通过设计简化使系统造价及乏燃料贮存成本显著下降,尤其适用于乏燃料中间贮存厂。
Description
技术领域
本发明属于乏燃料贮存技术领域,具体涉及一种乏燃料循环冷却系统。
背景技术
乏燃料贮存是核燃料循环的一个重要阶段。核电厂在运行初期,通常将乏燃料放置在核电厂内的乏燃料水池中进行冷却和贮存(简称在厂贮存),但是,由于乏燃料水池贮存容量有限,一般考虑为5至10年的贮存容量。乏燃料在乏燃料水池内经过若干年的冷却和放射性衰变后,必须再将其运输到反应堆厂房以外的乏燃料贮存设施进行乏燃料中间贮存(简称离厂贮存)或最终处置,为核电厂继续卸料运行提供条件。
与乏燃料湿式贮存及冷却系统相关的专利技术绝大多数设计在厂贮存系统,例如中国实用新型专利申请“一种改进的核电站乏燃料贮存水池冷却和净化系统”(申请号:CN200920129716.6,公开日2010年1月13日)、中国发明专利申请“一种乏燃料贮存水池冷却及净化系统”(申请号:201210491112.2,公开日2013年4月3日)、中国发明专利申请“PTR系统中乏燃料贮存池安装结构”(授权公告号:CN200910188550.X,公开日2010年5月19日)及美国专利“COMBINEDCOOLING AND PURIFICATION SYSTEM FOR NUCLEAR REACTOR SPENT FUEL PIT,REFUELING CAVITY,AND REFUELING WATER STORAGE TANK”(公开号US5271051,公开日1993年12月14日),等等。上述专利申请所涉及的技术方案均力求满足乏燃料在厂贮存的要求,因此系统大多较为复杂,众多功能对于乏燃料离厂湿式贮存而言是多余的。
对于中间贮存,早期主要是在核电厂内或附近另外建造独立的乏燃料贮存水池进行乏燃料中间贮存。但在1986年以后,随着乏燃料干法贮存技术快速发展,陆续出现各种商用型乏燃料干式中间贮存设施,同样可用于乏燃料中间贮存,简称乏燃料干法贮存。
湿法贮存与干法贮存一直并存至今,其根源在于各自的优势、劣势及不可替代性。湿法贮存以庞大水体为贮存保护介质,这一方面赋予系统较大的热惰性,使之事故耐受性提升;另一方面赋予系统极大的放射性物质包容能力。然而湿法贮存通常需要借由复杂的系统实现,其必要组成包括:乏池冷却子系统、中间环路子系统、最终热阱子系统、放射性废物处理子系统、事故预防、报警及应急子系统等,这种设计已俨然成就了一套迷你版的核电厂主要辅助系统,势必使贮存成本居高不下。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷,本发明的目的是提供一种适用于乏燃料中间贮存厂的乏燃料循环冷却系统,该系统保持了乏燃料湿法贮存的技术优势,且系统结构简单,乏燃料贮存成本低。
为达到以上目的,本发明采用的技术方案是:一种乏燃料循环冷却系统,包括乏燃料贮存水池,还包括与乏燃料贮存水池相连的中间换热水池以及含有冷水体的最终热阱,中间换热水池与最终热阱通过设在二者之间的最终热阱隔离闸门隔开。
进一步,中间换热水池的池底液位标高高于乏燃料贮存水池的最高液位标高。
再进一步,乏燃料贮存水池通过循环冷却子系统与中间换热水池相连,循环冷却子系统包括连接在中间换热水池底部的两条冷却取水主路和分别对应的两条冷却回水主路,每条冷却取水主路对应的冷却回水主路和另一条冷却回水主路对应的冷却取水主路并联,两组并联的冷却取水主路和冷却回水主路之间连接有一组并联的换热器支路,并联的换热器支路上分别设有位于乏燃料贮存水池内的换热器;两条冷却取水主路上还分别设有冷却循环泵,且两条冷却取水主路和两条冷却回水主路以及换热器支路上分别设有隔离阀。
更进一步,循环冷却子系统还包括两个设在中间换热水池内且各自分别与两条冷却取水主路的取水口和对应的冷却回水主路的回水口相连的换热器。
进一步,所述乏燃料循环冷却系统还包括开式循环换热回路,所述开式循环换热回路包括两条与乏燃料贮存水池相连的取/回水互换管路,两条取/回水互换管路之间连接有两列并联的开式循环换热器支路,每列开式循环换热器支路上设有开式循环换热器和开式循环换热回路循环泵,开式循环换热器的进、出口分别设有隔离阀。
再进一步,所述乏燃料循环冷却系统还包括水体净化子系统,所述水体净化子系统包括与两列开式循环换热器支路上的开式循环换热器及其进、出口隔离阀分别并联的净化单元。
更进一步,净化单元包括若干并联的净化支路,每个净化支路上设有过滤器,过滤器的进、出口分别设有隔离阀;开式循环换热回路的取水口通过连接管线分别延伸至乏燃料贮存水池中换热器的周围。
进一步,乏燃料贮存水池内设有若干乏燃料水池温度监测仪表、乏燃料水池辐射监测仪表、乏燃料水池液位监测仪表及与乏燃料贮存水池中各个换热器分别对应的乏燃料水池盐度监测仪表。
进一步,中间换热水池内设有中间冷却水池温度监测仪表、中间冷却水池辐射监测仪表及中间冷却水池水位监测仪表。
进一步,中间换热水池的底部设有与乏燃料贮存水池相连的乏燃料水池重力补水管线,乏燃料水池重力补水管线上设有隔离阀。
本发明提供的一种乏燃料水池闭式循环冷却系统,保持了乏燃料湿法贮存的技术优势,并通过设计简化使系统造价及乏燃料贮存成本显著下降,尤其适用于乏燃料中间贮存厂。
附图说明
图1是本发明提供的一种乏燃料循环冷却系统的结构示意图;
图2是本发明提供的一种乏燃料循环冷却系统的一种具体实施方式的示意图;
图3(a)、3(b)分别表示在图2中两条冷却取水主路的取水口和对应的冷却回水主路的回水口之间设置位于中间换热水池中的换热器的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
如图1所示,本发明所提供的一种乏燃料循环冷却系统,包括乏燃料贮存水池3,还包括与乏燃料贮存水池3相连的中间换热水池1以及含有冷水体的最终热阱2,中间换热水池1与最终热阱2通过设在二者之间的最终热阱隔离闸门5隔开。其中,乏燃料贮存水池3用以贮存乏燃料组件20,包容可能产生的放射性物质;中间换热水池1作为系统中间热阱及乏燃料水池重力补水水源;最终热阱2通过与中间换热水池1进行水体交换,实现系统热量导出。
为降低成本,设置时可使乏燃料贮存水池3的最高液位标高低于中间换热水池1的池底液位标高。
本发明中,乏燃料水池1需要补水时,中间换热水池1中的水体会直接进入乏燃料水池1中,除此之外,乏燃料贮存水池3与中间换热水池1的水体不直接接触,热量交换通过与中间换热水池1相连的循环冷却子系统实现。
所述循环冷却子系统可以包括连接在中间换热水池1底部的两条冷却取水主路(N10至N16,N20至N26)和分别对应的两条冷却回水主路(N26至N25,N16至N15),每条冷却取水主路对应的冷却回水主路和另一条冷却回水主路对应的冷却取水主路并联,两组并联的冷却取水主路和冷却回水主路之间连接有一组并联的换热器支路(N11至N24,N12至N23,N13至N22,N14至N21),并联的换热器支路(N11至N24,N12至N23,N13至N22,N14至N21)上分别设有位于乏燃料贮存水池3内的换热器10-1、10-2、10-3、10-4。此外,两条冷却取水主路(N10至N16,N20至N26)上还分别设有冷却循环泵7;并且,两个冷却循环泵7各自的进、出口分别设有隔离阀6-17和6-1以及6-18和6-11,冷却回水主路(N26至N25,N16至N15)分别设有隔离阀6-10、6-12,各条换热器支路(N11至N24,N12至N23,N13至N22,N14至N21)上对应的换热器10-1、10-2、10-4、10-3各自的进、出口管线上分别设有隔离阀6-2和6-7,6-3和6-6,6-4和6-9,6-5和6-8。
显然,本发明提供的上述循环冷却子系统中设有一组备用的冷却取水主路和冷却回水主路,在其中一组投入使用时,备用的一组通过关闭隔离阀(如图2所示,关闭的隔离阀6-11、6-12、6-18用实心状表示),循环冷却回路共用同一组并联的换热器支路(N11至N24,N12至N23,N13至N22,N14至N21),两组循环冷却回路交替使用时,换热器支路上换热器的出口管线用作进口管线,进口管线用作出口管线。
在本发明优选的具体实施方案中,所述循环冷却子系统还包括两个设在中间换热水池1内且各自分别与两条冷却取水主路的取水口(N10、N20)和对应的冷却回水主路的回水口(N25、N15)相连的换热器18,从而使循环冷却子系统中的两组循环冷却回路成为封闭的中间回路,如图3(a)、3(b)所示。
此外,本发明提供的上述乏燃料循环冷却系统还可以包括开式循环换热回路。所述开式循环换热回路包括两条与乏燃料贮存水池3相连的取/回水互换管路(N28至N29,N44至N43),两条取/回水互换管路(N28至N29,N44至N43)之间连接有两列并联的开式循环换热器支路(N43至N29、N30至N42),每列开式循环换热器支路上均设有开式循环换热器19和开式循环换热回路循环泵9,开式循环换热器19的进、出口端分别设有隔离阀6-21、6-22,每列开式循环换热器支路上开式循环换热回路循环泵9的进口端分别设有隔离阀6-20、6-19。
由于设在乏燃料贮存水池3内的换热器经过长期使用后,表面可能会出现结垢等现象,导致其所在区域水质发生变化,因此,在本发明更优选的实施方案中,乏燃料贮存水池3还可以连接水体净化子系统。所述水体净化子系统可以包括与上述两列开式循环换热器支路(N43至N29、N30至N42)上的开式循环换热器19及隔离阀6-21、6-22分别并联的净化单元4。即净化单元4与每列开式循环换热器支路的两个连接点分别位于开式循环换热器19的进口端隔离阀6-21之前和出口端隔离阀6-22之后。
本发明采用上述结构,当乏燃料贮存水池3内的水体需要净化时,可通过两条取/回水互换管路(N28至N29,N44至N43)和任一列开式循环换热器支路上的开式循环换热回路循环泵9启动净化单元4,且在这种工况下,两列开式循环换热器支路(N43至N29、N30至N42)上的开式循环换热器19停止运行,隔离阀6-21、6-22关闭。
如图2所示,在本发明的一种实施例中,净化单元4可以包括若干并联的净化支路,每个净化支路上可设有过滤器14,过滤器14的进、出口分别设有隔离阀6-13、6-14;并且,开式循环换热回路的取水口(例如节点N28处)可以通过连接管线(N36至N31、N35至N28、N38至N32、N37至N32)分别延伸至乏燃料贮存水池3中换热器10-1、10-2、10-3、10-4的周围(约距离换热器50-500cm)处,以便在乏燃料贮存水池3中最靠近换热器的区域内取水净化,并可通过净化回水管线(N39至N34)将净化后的水体引入乏燃料贮存水池3的中心处。根据实际应用的需要,净化单元4还可以包括一个与净化支路并联的旁路,该旁路上可设置隔离阀6-15。
净化单元4的净化支路上除了可设置过滤器14外,还可以设置化学添加设备等常用设备,本领域技术人员可根据操作需要进行合理布局。
本发明中,乏燃料贮存水池3内可以设有若干乏燃料水池温度监测仪表11、乏燃料水池辐射监测仪表12、乏燃料水池液位监测仪表13及与乏燃料贮存水池3中换热器10-1、10-2、10-3、10-4分别对应的乏燃料水池盐度监测仪表14-1、14-2、14-3、14-4。
此外,中间换热水池1内也可以设有中间冷却水池温度监测仪表15、中间冷却水池辐射监测仪表16及中间冷却水池水位监测仪表17。当中间换热水池1升温,中间冷却水池温度监测仪表15发出报警时,最终热阱隔离闸门5打开,使最终热阱2与中间换热水池1进行水体交换,实现系统热导出;当中间换热水池1辐射水平升高,中间冷却水池辐射监测仪表16发出高辐射水平报警时,最终热阱隔离闸门5关闭,避免放射性物质扩散。
中间换热水池1的底部可设有与乏燃料贮存水池3相连的乏燃料水池重力补水管线(N40至N41),乏燃料水池重力补水管线(N40至N41)上设有隔离阀6-16,在乏燃料贮存水池3液位低于正常液位时,通过乏燃料水池重力补水管线(N40至N41)为乏燃料贮存水池3补水。
本发明所述结构并不限于具体实施方式中所述的实施例,本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式,同样属于本发明的技术创新范围。
Claims (10)
1.一种乏燃料循环冷却系统,包括乏燃料贮存水池(3),其特征在于,还包括与乏燃料贮存水池(3)相连的中间换热水池(1)以及含有冷水体的最终热阱(2),中间换热水池(1)与最终热阱(2)通过设在二者之间的最终热阱隔离闸门(5)隔开。
2.根据权利要求1所述的一种乏燃料循环冷却系统,其特征在于,中间换热水池(1)的池底液位标高高于乏燃料贮存水池(3)的最高液位标高。
3.根据权利要求2所述的一种乏燃料循环冷却系统,其特征在于,乏燃料贮存水池(3)通过循环冷却子系统与中间换热水池(1)相连,循环冷却子系统包括连接在中间换热水池(1)底部的两条冷却取水主路和分别对应的两条冷却回水主路,每条冷却取水主路对应的冷却回水主路和另一条冷却回水主路对应的冷却取水主路并联,两组并联的冷却取水主路和冷却回水主路之间连接有一组并联的换热器支路,并联的换热器支路上分别设有位于乏燃料贮存水池(3)内的换热器(10-1,10-2,10-3,10-4);两条冷却取水主路上还分别设有冷却循环泵,且两条冷却取水主路和两条冷却回水主路以及换热器支路上分别设有隔离阀。
4.根据权利要求3所述的一种乏燃料循环冷却系统,其特征在于,循环冷却子系统还包括两个设在中间换热水池(1)内且各自分别与两条冷却取水主路的取水口和对应的冷却回水主路的回水口相连的换热器(18)。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种乏燃料循环冷却系统,其特征在于,所述乏燃料循环冷却系统还包括开式循环换热回路,所述开式循环换热回路包括两条与乏燃料贮存水池(3)相连的取/回水互换管路,两条取/回水互换管路之间连接有两列并联的开式循环换热器支路,每列开式循环换热器支路上设有开式循环换热器(19)和开式循环换热回路循环泵(9),开式循环换热器(19)的进、出口分别设有隔离阀。
6.根据权利要求5所述的一种乏燃料循环冷却系统,其特征在于,所述乏燃料循环冷却系统还包括水体净化子系统,所述水体净化子系统包括与两列开式循环换热器支路上的开式循环换热器(19)及其进、出口隔离阀分别并联的净化单元(4)。
7.根据权利要求6所述的一种乏燃料循环冷却系统,其特征在于,净化单元(4)包括若干并联的净化支路,每个净化支路上设有过滤器(14),过滤器(14)的进、出口分别设有隔离阀;开式循环换热回路的取水口通过连接管线分别延伸至乏燃料贮存水池(3)中换热器(10-1,10-2,10-3,10-4)的周围。
8.根据权利要求3所述的一种乏燃料循环冷却系统,其特征在于,乏燃料贮存水池(3)内设有若干乏燃料水池温度监测仪表(11)、乏燃料水池辐射监测仪表(12)、乏燃料水池液位监测仪表(13)及与乏燃料贮存水池(3)中各个换热器(10-1、10-2、10-3、10-4)分别对应的乏燃料水池盐度监测仪表(8-1,8-2,8-3,8-4)。
9.根据权利要求3所述的一种乏燃料循环冷却系统,其特征在于,中间换热水池(1)内设有中间冷却水池温度监测仪表(15)、中间冷却水池辐射监测仪表(16)及中间冷却水池水位监测仪表(17)。
10.根据权利要求1所述的一种乏燃料循环冷却系统,其特征在于,中间换热水池(1)的底部设有与乏燃料贮存水池(3)相连的乏燃料水池重力补水管线,乏燃料水池重力补水管线上设有隔离阀。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |