CN104409112B - 安全壳再循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核设备安全技术领域，公开了一种安全壳再循环系统，包括依次连接的安全壳、安全壳过滤排放系统、对空排放机构、用于暂存安全壳过滤排放系统出口排放气体的滞留管线、用于将安全壳过滤排放系统出口排放的气体或滞留暂存的气体回流至安全壳的回流管线、用于将安全壳中的气体抽气排放到安全壳过滤排放系统的卸压管线。本发明在严重事故工况下，不仅能够缓解安全壳超压和氢气的威胁，维持安全壳的完整性，而且能够缓解裂变产物的释放，减少排放气体的放射性；在严重事故的预防和缓解阶段，可以冷凝水蒸汽实现安全壳热阱功能，可以有效执行指定速率的安全壳卸压，准确维持安全壳压力稳定在给定的目标值，维持安全壳微小负压。

Description

安全壳再循环系统

技术领域

本发明涉及核技术安全设备技术领域，具体地，涉及一种安全壳再循环系统。

背景技术

根据纵深防御、多道屏障的核电安全理念，安全壳是防止放射性裂变产物释放的最后一道屏障。堆芯损坏后发生严重事故，放射性裂变产物释放至安全壳内，安全壳的失效或泄漏将导致裂变产物向环境释放。

压水堆大型干式安全壳属于承压建筑，允许一定程度的正常泄漏。正常运行时安全壳大气控制系统维持安全壳内大气微小负压，不会发生对环境的泄漏。事故分析中，通常假设事故后安全壳完好状态下，安全壳压力小于设计压力时发生每天0.1-0.3%安全壳容积的泄漏，超设计压力时每天1-3%的泄漏。

另外，对于压水堆大型干式安全壳，在严重事故的预防阶段（即堆芯损坏前）和缓解阶段，安全壳压力高时主要通过安全壳喷淋系统实现降压，安喷泵通常与低压安注泵互为备用，有些电厂的安喷系统还具有余热导出的功能。

国内很多压水堆核电厂为缓解大型干式安全壳的裂变产物释放设置了安全壳过滤排放系统（Containment Filtration and Exhaust System，英文缩写CFES）CFES一般包括文丘里水洗器（或沙堆过滤器）和金属纤维过滤器，可以有效过滤安全壳排放的挥发性裂变产物和气溶胶，通常过滤效率达到99%以上，但是对于不可凝气体裂变产物如惰性气体，没有过滤效果。目前针对CFES的设计及应用存在两大问题。

问题一，目前在电厂的严重事故管理中，应用安全壳过滤排放系统进行安全壳主动排放的目的仅限于缓解超压和氢气对安全壳完整性的威胁，原因在于电厂严重事故管理导则（SAMG）的技术路线普遍参考了西屋业主集团的通用导则，而西屋电厂普遍没有CFES设计，在其通用导则中，仅利用安全壳主动排放对策缓解超压和氢气的威胁，实施没有过滤的主动排放；

问题二，按照当前CFES的设计，主动排放的安全壳气体经安全壳过滤排放系统后排向大气，导致放射性释放，这使该系统目前受到较大质疑。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够有效减少裂变产物释放的安全壳再循环系统，该系统同时具有安全壳卸压的功能。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

安全壳再循环系统，包括依次连接的安全壳、安全壳过滤排放系统、对空排放机构；还包括用于暂存安全壳过滤排放系统去向对空排放机构的气体的滞留管线、用于将安全壳过滤排放系统出口排放的气体或滞留管线上暂存的气体回流至安全壳的回流管线、用于将安全壳中的气体卸放到安全壳过滤排放系统的卸压管线。本方案为安全壳设计了卸压管线、滞留管线、回流管线，以实现安全壳的主动卸压排放、气体滞留、回流等功能，这些管线构成了安全壳的补充屏障系统，可以有效缓解安全壳的完整性威胁以及缓解裂变产物释放，减少释放气体的放射性。

作为本发明的进一步改进，所述安全壳过滤排放系统连接到安全壳的管线上设置有第一隔离阀；所述卸压管线包括两条并联管线；两条并联管线的上游均连接在第一隔离阀下游，下游与安全壳过滤排放系统的入口相连；其中一条管线上设置有控制阀B，另一条管线上依次设置有第一流量调节阀、抽气风机、控制阀C，抽气风机位于第一流量调节阀和控制阀C之间。本方案中，发明人考虑到安全壳发生泄漏时容易泄漏较多裂变产物到周围环境中，因此，设计了能够快速卸压的卸压管线，将安全壳内的气体快速排放到安全壳过滤排放系统中过滤和进行后续处理，防止放射性裂变产物直接向环境泄漏。此外，卸压管线还能让安全壳维持负压运行。卸压管线构成了安全壳泄漏时的辅助屏障，同时解决了安全壳发生泄漏时的两个重大问题，对解决安全壳泄漏的问题具有重要意义。

进一步，所述卸压管线还包括最小流量管线，该最小流量管线上游连接在第一流量调节阀后，最小流量管线上设置有流量控制阀。该最小流量管线连通外界大气，主要用于保护抽气风机，避免损坏，此外还能用于滞留管线的吹扫。

作为本发明的又一改进，所述安全壳过滤排放系统连接到对空排放机构的管线上设置有第二隔离阀；所述滞留管线上游连接在安全壳过滤排放系统的出口，下游连接对空排放机构，滞留管线上依次设置有控制阀D、储气装置、控制阀E。本方案中，发明人利用惰性气体裂变产物半衰期短这一特质设置滞留管线，滞留管线将安全壳过滤排放系统过滤后的气体进行临时存储，使裂变产物在储气装置内降低放射性后再择时择向排放，降低放射性气体对居住地的影响。

进一步，所述储气装置为气囊，所述控制阀D和控制阀E之间还连接有储气集管，储气集管上连接有储气控制阀，气囊通过储气控制阀与储气集管相连。储气集管下游连接控制阀E，控制阀E综合控制所有储气装置向对空排放机构的排放。

进一步，所述回流管线包括两条并联管路，两条并联管路均上游连接安全壳过滤排放系统的出口，下游与安全壳内空间连通，第一条管路上设置有回流风机和2个控制阀A，回流风机设置在两个控制阀A中间；第二条管路上设置有第三隔离阀。两条并联管路在使用时，回流气体压力不够时运行回流风机所在管路，对回流气体加压注入安全壳，无需加压时使用另一条管路，直接注入安全壳。现有技术中，安全壳过滤排放系统过滤后的气体直接排入大气，气体放射性较大。发明人在长期的研究中发现，将安全壳过滤排放系统的气体回流到安全壳中，不仅能够进行二次过滤还能延长裂变产物排向大气的时间，缓解裂变产物的释放，减少排放气体的放射性，此外回流还能够缓解安全壳超压的威胁，维持安全壳完整性，因此增设回流管线，并提出了本方案中的回流管线结构，回流管线的设计带来了上述两个较大的技术效果，具有突出的实质性特点，带来的技术效果也非常明显。

进一步，所述回流管线还包括与第三隔离阀并联的第三条管路，该第三条管路上设置有压力缓冲罐、控制阀K和第二流量调节阀，所述压力缓冲罐设置在控制阀K的下游、第二流量调节阀的上游，所述压力缓冲罐还通过一条排放管线连接滞留管线或直接连接对空排放机构，排放管线上设置控制阀L和第三流量调节阀。本方案中，回流管线增设了第三条管路，其压力缓冲罐能够暂存放射性气体，因此可以配合卸压管线维持安全壳的微小负压运行，并且安全壳可以采用单接口设计，使回流管线与卸压管线共用安全壳该接口，切换使用。在维持安全壳微小负压运行，要求维持安全壳稳定在目标值时，以及安全壳使用单接口时，回流管线仅运行本方案中的第三条管路。

进一步，为了解决运行核电厂安全壳上无法设置回流管线接口的问题，上述安全壳再循环系统还包括安全壳输入管线，安全壳输入管线上游与回流管线下游连接，下游连接在卸压管线上游，安全壳输入管线上设置有控制阀F。

进一步，所述安全壳过滤排放系统包括依次连接的文丘里水洗器、金属过滤器、过滤排放阀门；所述文丘里水洗器下游通过第四隔离阀连接金属过滤器，还通过旁通阀连接过滤排放阀门；所述过滤排放阀门与第二隔离阀连接，所述文丘里水洗器上还连接有补水管线，补水管线上设置有控制阀G，本方案中设置补水管线可以有效解决文丘里水洗器容量不够的问题，可以进行补水和补充药剂。

进一步，所述文丘里水洗器上还连接有废液流动管线，废液流动管线上依次设置有控制阀H、废液流量调节阀，废液流量调节阀后端同时连接有废液处理管线和废液回流管线，所述废液处理管线上设置有废液处理控制阀；所述废液回流管线设置废液回流控制阀，条件允许时通过废液处理控制阀将废液输送至废液处理设施，否则通过废液回流控制阀回流至安全壳。

综上，本发明的有益效果是：

1、本发明的安全壳再循环系统中的回流管线、卸压管线、滞留管线等管线构成了安全壳的补充屏障系统，可以有效缓解裂变产物释放，减少释放气体的放射性；

2、本发明在安全壳完好时能够进行主动排放卸压，进行可控的安全壳排放，缓解超压和氢气对安全壳完整性的威胁，防止安全壳失效；

3、本发明在严重事故的预防和缓解阶段利用回流管线实现安全壳降压，通过可控的水蒸汽冷凝实现速率可控的安全壳降压；

4、本发明的安全壳气体经CFES过滤排放后重新注入安全壳，可以有效缓解安全壳超压的威胁，有效减少裂变产物释放；

5、本发明中，经CFES过滤排放后重新注入安全壳的气体可以再次循环流回CFES系统中进行再次过滤排放，通过二次过滤和延长气体排放前的时间可以有效减少裂变产物的释放和减少释放气体的放射性；

6、本发明的滞留系统可以将CFES过滤排放的气体进行临时存储，延后裂变产物的排放时间，从而减少裂变产物的放射性释放，此外，排放的时间和方向也可以选择和调整，减少对周围居住环境的影响；

7、本发明中，当安全壳的失效或泄漏导致裂变产物向环境释放时，应用卸压管线将安全壳内的裂变产物快速卸压到CFES中进行过滤排放，可以有效减少裂变产物的直接排放；

8、本发明的安全壳再循环系统可以精确控制安全壳压力，维持安全壳微小负压运行，终止未经过滤的安全壳释放。

9、本发明维持CFES原有的非能动设计，不减损原有的非能动特性，在电厂失去外电源后保证系统可靠性；适当增加能动及非能动设备，有效减少裂变产物释放；

10、本发明构成了安全壳的热阱和补充屏障，使用方便灵活、安全性高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是实施例7中的安全壳输入管线的结构和连接方式示意图；

图3是实施例8中文丘里水洗器周围管线的连接示意图。

附图中标记及相应的部件名称：1-安全壳； 2-安全壳过滤排放系统； 3-对空排放机构； 7-文丘里水洗器； 8-金属过滤器； 9-过滤排放阀门； 11-回流风机； 12-控制阀A；13-第三隔离阀； 14-压力缓冲罐； 15-控制阀K； 16-第二流量调节阀； 17-控制阀L； 18-第三流量调节阀； 21-控制阀B； 22-第一流量调节阀； 23-抽气风机； 24-流量控制阀；25-控制阀C； 31-储气装置； 32-控制阀D； 33-储气控制阀； 34-控制阀E； 41-第一隔离阀； 42-第二隔离阀； 51-控制阀F； 61-控制阀G； 62-废液流量调节阀； 63-废液处理控制阀； 64-废液回流控制阀； 65-控制阀H； 71-旁通阀； 72-第四隔离阀。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，安全壳再循环系统，包括依次连接的安全壳1、安全壳过滤排放系统2（即CFS）、对空排放机构3、用于暂存安全壳过滤排放系统2去向对空排放机构3的气体的滞留管线、用于将安全壳过滤排放系统2出口排放的气体或滞留管线上暂存的气体回流至安全壳1的回流管线、用于将安全壳1中的气体卸放到安全壳过滤排放系统2的卸压管线。

所述回流管线上游连接安全壳过滤排放系统2的出口，下游与安全壳1内空间连通；所述滞留管线上游连接安全壳过滤排放系统2的出口，下游与对空排放机构3入口相连，所述卸压管线上游连接安全壳1，下游连接安全壳过滤排放系统2的入口。

所述安全壳过滤排放系统2连接到安全壳1的管线上设置有第一隔离阀41，安全壳过滤排放系统2连接到对空排放机构3的管线上设置有第二隔离阀42；所述安全壳过滤排放系统2包括依次连接的文丘里水洗器7、金属过滤器8、过滤排放阀门9，所述过滤排放阀门9下游连接第二隔离阀42。

上述对空排放机构3可采用例如但不限于烟囱。

本实施例中，卸压管线、滞留管线、回流管线，可以实现安全壳的主动卸压排放、气体滞留、回流等功能，这些管线构成了安全壳的补充屏障系统，可以有效缓解安全壳的完整性威胁以及缓解裂变产物释放，减少释放气体的放射性。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例对回流管线进行进一步说明：

所述回流管线包括三条并联管路，第一条管路上设置有回流风机11和2个控制阀A12，回流风机11设置在两个控制阀A12中间；第二条管路上设置有第三隔离阀13；第三条管路上依次设置有控制阀K15、压力缓冲罐14、第二流量调节阀16，控制阀K15连接安全壳过滤排放系统2的出口，第二流量调节阀14与安全壳1内空间连通。

安全壳1可以通过卸压管线主动排放缓解安全壳超压和氢气的威胁，维持安全壳1完整性，本实施例中设置回流管线的主要目的是将安全壳过滤排放系统2过滤排放后的气体或滞留管线中暂存的气体回流注入安全壳1，在安全壳1主动排放时缓解裂变产物释放。

安全壳1不进行回流而正常排放时：打开第二隔离阀42，停运回流风机11，关闭2个控制阀A12、第三隔离阀13、控制阀K15，气体从安全壳过滤排放系统2通过对空排放机构3排放到大气中；

采用本实施例中的回流管线执行气体回流时，可以实现单纯回流气体和与卸压管线配合稳定安全壳1压力两个功能，分别的工作方式如下：

进行单纯回流气体时，有两种工作方式：一是回流气体压力足够无需加压时，关闭第二隔离阀42、2个控制阀A12、控制阀K15、停运回流风机11，运行第三隔离阀13，安全壳过滤排放系统2过滤排放后的气体或滞留管线中暂存的气体通过第三隔离阀13所在管路回流注入到安全壳1中；二是回流气体压力不够时，关闭第二隔离阀42、第三隔离阀13、控制阀K15，运行回流风机11，开启2个控制阀A12，气体从安全壳过滤排放系统2或滞留管线中回流到安全壳1内；

与卸压管线配合稳定安全壳压力时：关闭2个控制阀A12、第三隔离阀13，停运回流风机11，开启控制阀K15运行压力缓冲罐14所在管路。

回流风机11为能动设备，其所在的管线为能动加压管线，回流风机11需要临时电源为其提供动力，回流风机11无动力时隔离该管线。电厂完全没有动力时安全壳再循环系统按非能动设计运行，安全壳1通过控制阀B21卸压到安全壳过滤排放系统2中，并继续向对空排放机构3或滞留管线排放。上述控制阀B21为非能动的远程控制阀，控制阀B21所在的管线为非能动卸压管线。

回流管线需要与安全壳1的内部空间连通，将气体回流到安全壳1内，对于目前还未完成安全壳建造的电厂，需要在安全壳1上设置气体注入接口，以连接在回流管线下游，对于已完成安全壳建造的电厂来说，新增贯穿件不切实际，可以借用其它系统预留的接口，如安全壳大气控制系统、安全壳换气通风系统、停堆维修的专用通风系统等等。

通常安全壳1内大部分气体为蒸汽，例如安全壳内5bar压力下，空气分压1bar，除空气外的不可凝气体大约0.1bar量级，其余气体为水蒸汽，由于水蒸汽在文丘里水洗器7里已经冷凝了，所以回流仍然能起到缓解超压的作用。假设除空气外的不可凝气体0.1bar，水蒸汽全部冷凝，相比于排放，5bar压力下回流的缓解超压效果大约是排放的78%左右。而对于氢气威胁，国内电厂安全壳内都设置了氢复合器，氢气威胁并非压水堆大型干式安全壳的主要威胁，只需回流循环运行时，在氢气浓度密集区域例如CFES接口位置监测氢气浓度即可。

综上，本实施例中，安全壳再循环系统增设了回流管线，不仅能够缓解安全壳超压的威胁，维持安全壳1完整性，而且能够将安全壳过滤排放系统2排放的气体或滞留管线中的气体回流到安全壳1再进入安全壳过滤排放系统2进行循环过滤，延长裂变产物排向大气的时间，经过一定时间的衰变，气体放射性将大大减少，增设回流管线就通过延长裂变产物排向大气中的时间和二次过滤来缓解裂变产物的释放，减少排放气体的放射性。

实施例3：

在实施例1的基础上，本实施例中对卸压管线进行进一步改进：

所述卸压管线包括两条并联管线和最小流量管线；两条并联管线分别是能动和非能动的卸压管线，两条并联管线的上游均连接在第一隔离阀41下游，下游与安全壳过滤排放系统2的入口相连；其中一条管线（非能动的卸压管线）上设置有控制阀B21，另一条管线（能动的卸压管线）上沿气体流动方向依次设置有第一流量调节阀22、抽气风机23、控制阀C25，抽气风机23位于第一流量调节阀22和控制阀C25之间；最小流量管线连接在第一流量调节阀22后，最小流量管线上设置有流量控制阀24。

根据严重事故的定义，发生严重事故意味着堆芯损坏，裂变产物的第一道屏障燃料包壳已经失效，放射性裂变产物释放到安全壳内。CFES系统是专门针对严重事故设计的，安全壳发生结构失效或者严重泄漏时，抽气风机23所在的管线运行，主动对安全壳1抽气并送风至CFES经过CFES过滤后排放，防止放射性裂变气体直接向安全壳1四周的环境释放，从而可以大大减少放射性裂变产物的释放。

安全壳1泄漏时若安全壳1压力高于大气压，则应首先对安全壳1进行快速卸压，卸压后维持安全壳1微小负压。抽气风机23所在的管线有以下几种工作方式：

能动设备抽气风机23不可用时的非能动排放：抽气风机23不可用时，关闭第一流量调节阀22、控制阀C25，开启控制阀B21，安全壳1中的裂变产物通过控制阀B21及其所在管路进入安全壳过滤排放系统2；

能动排放快速卸压：安全壳1泄漏时，应快速卸压，关闭控制阀B21，开启控制阀C25，开启第一流量调节阀22至最大，关闭最小流量管线的流量控制阀24，抽气风机23最大功率运行，直至安全壳1压力接近大气压；

维持微小负压：关闭控制阀B21，开启控制阀C25，抽气风机23小功率运行，根据安全壳1压力调节第一流量调节阀22开度，控制抽气流量，维持安全壳1微小负压，开启最小流量管线的流量控制阀24保护风机。

严重事故后安全壳1失效而发生泄漏时，优先利用CFES缓解裂变产物释放，开启抽气风机23快速卸压，将裂变产物排放至CFES中，减少安全壳1向周围环境的直接泄漏；当安全壳1压力接近大气压时，CFES的阻力不允许安全壳气体通过CFES释放，没有能动设备加压安全壳1将持续泄漏，因此采用抽气风机23和第一流量调节阀22抽气，维持安全壳1微小负压。

本实施例中，增设能动设备抽气风机23，抽气风机23功率无需很大，使得严重事故后安全壳1存在破口泄漏时维持微小负压运行。抽气风机23需要临时电源为其提供动力，无动力时需要隔离抽气风机23所在的卸压管线，按原有非能动设计运行。

第一流量调节阀22允许自动控制和手动控制两种运行模式，自动控制时需要直流电源，控制模块以安全壳1的即时压力和压力目标值为输入，经过比例积分（PID）运算后得出阀门开度并实施第一流量调节阀22的控制，通过阀门开度控制抽气流量。电厂应急响应人员给定压力目标值，安全壳压力低于目标值时第一流量调节阀22关闭，最小流量管线的控制阀24开启，保护抽气风机避免损坏。最小流量管线连通外界大气，可能导致意外的放射性释放，因此应谨慎使用。所述最小流量管线还可兼做吹扫进气管线，事故成功缓解后，电厂恢复至可控稳定状态，对后续CFES、滞留管线等进行吹扫。

实施例4：

在实施例1的基础上，本实施例中同时对回流管线和卸压管线进行改进，其卸压管线的结构同实施例3，具有能动抽气卸压功能；回流管线的结构同实施例2；本实施例中的能动卸压（即抽气）管线与回流管线能够相互配合同时运行。

以下说明本实施例中的安全壳再循环系统中回流管线和卸压管线的几种配合运行方式：

一、安全壳1完好时，实现安全壳1快速卸压的同时不向环境排放安全壳气体：

采用抽气回流快速卸压方式运行：关闭控制阀B21，开启控制阀C25，开启第一流量调节阀22并设定至较大开度，关闭最小流量管线的流量控制阀24，抽气风机23大功率运行，提供足够的驱动压头，不运行回流风机11，关闭2个控制阀A12和控制阀K15，开启第三隔离阀13。将经CFS冷凝过的气体回流注入安全壳1，实现安全壳1快速卸压，导出安全壳1热量至文丘里水洗器7，实现安全壳快速卸压的同时不向环境排放安全壳气体。

二、安全壳泄漏时的快速卸压：

停止回流并快速卸压方式运行：应停运回流管线，执行卸压管线的能动排放的快速卸压功能，即关闭控制阀B21，开启控制阀C25，开启第一流量调节阀22至最大，关闭最小流量管线的流量控制阀24，抽气风机23最大功率运行，直至安全壳1压力接近大气压；将安全壳1内的含大量裂变产物的气体快速卸压到CFES中，CFES处理后可以排放至滞留管线中，防止安全壳1大量向外泄漏，以此缓解较大的安全壳1泄漏导致的裂变产物释放。

三、维持微小负压运行，用于在安全壳1发生泄漏并执行快速卸压后的微小负压运行：

抽气回流微小负压运行：关闭第三隔离阀13，关闭2个控制阀A12，开启控制阀K15，通过压力缓冲罐14和第二流量调节阀16控制安全壳1压力，稳定安全壳1压力至目标值，例如，本实施例中微小负压时安全壳1压力目标值为0.98bar。关闭最小流量管线的流量控制阀24，关闭控制阀B21，抽气风机23小功率间歇运行，提供足够的驱动压头，向压力缓冲罐14供气并维持其压力在一定的压力区间，例如，本实施例中该压力区间为1.15bar至1.2bar，使安全壳1压力保持小于压力缓冲罐14，维持微小负压运行。这样卸压管线与回流管线同时运行，将安全壳1压力稳定在恒定的目标值，特别是发生安全壳泄漏时，维持安全壳1微小负压。在前述工作方式中，利用第二流量调节阀16控制安全壳1压力。具体地，给定安全壳1压力目标值，根据安全壳1即时压力调节第二流量调节阀16的开度，控制安全壳1注入的流量。压力缓冲罐14提供一定的容积，避免流量变化引起剧烈的压力变化，压力缓冲罐14还通过排放管线连接至对空排放机构3，根据压力缓冲罐14压力调节第三流量调节阀开度18，控制排放流量,维持压力缓冲罐14压力在一定的区间范围内，避免因压力过高损坏抽气风机23。

上述第一流量调节阀22、第二流量调节阀16和第三流量调节阀18同时具有自动控制和手动控制的功能，失去直流电时手动控制，有供电时自动控制。在核电厂仪控系统中设置缓冲罐14的压力监测和三个比例积分（PID）控制模块，根据安全壳1压力调节第一流量调节阀22、第二流量调节阀16的阀门开度，根据缓冲罐14的压力调节第三流量调节阀18的阀门开度，稳定安全壳1压力在目标值附近，实现微小负压。

本实施例中，安全壳压力高于0.98bar时关闭第二流量调节阀16，低于0.98bar时根据即时压力调节第二流量调节阀16开度，控制流量向安全壳1注入气体。类似地，利用控制阀17和第三流量调节阀18维持压力缓冲罐14压力，压力缓冲罐14压力上升高于1.2bar时开启控制阀17并保持开启状态，根据缓冲罐14压力调节第三流量调节阀18开度，控制排放流量，压力缓冲罐14压力下降低于1.15bar时关闭控制阀17并保持关闭，直至压力上升再次高于1.2bar。为避免安全壳1压力过低，对抽气风机23也实施自动控制，安全壳1压力低于0.97bar时停运抽气风机23后关闭第一流量调节阀22.

负压时存在安全壳1破口的吸入流量，维持负压时有必要考虑排放。可以预见，压力缓冲罐14排放只是一个潜在的较小流量，维持安全壳1压力高于大气压时，无需排放；维持负压时，若水蒸汽冷凝压降高于破口吸气压头，无需排放。而水蒸汽完全冷凝且不再生成后，在长期稳态运行工况下，忽略不可凝气体的化学生成和消除，排放的长期平均流量与安全壳破口或正常缝隙的平均吸入流量大致相等。

本实施例中，同时执行抽气卸压和再循环回流时，由于大量水蒸汽在文丘里水洗器7中冷凝，所以本发明可以实现安全壳1卸压，3个流量调节阀可以控制安全壳1压力，稳定在一个目标值，可以维持安全壳1微小负压，终止安全壳1泄漏。

实施例5：

在实施例1至4任一实施例基础上，本实施例的安全壳再循环系统还包括滞留管线，滞留管线上游连接在安全壳过滤排放系统2的出口，下游连接对空排放机构3，滞留管线上沿气体流向依次设置有控制阀D32、储气装置31、控制阀E34。与实施例2中的回流管线配合时，回流管线的压力缓冲罐14的排放管线直接连接至控制阀D32的下游。所述储气装置31为气囊，其数量有多个。控制阀D32和控制阀E34之间还连接有储气集管，储气集管上连接有多个储气控制阀33，每个气囊通过一个储气控制阀33与储气集管相连。

滞留管线的工作方式如下：

安全壳1正常排放：正常排放不进行气体滞留时有两种方式，一是仅利用旁通管线，开启第二隔离阀42，那么控制阀D32、控制阀E34和所有储气控制阀33不必开启；二是不利用旁通管线，则开启控制阀D32和控制阀E34，关闭第二隔离阀42和所有储气控制阀33。

利用储气装置31滞留放射性气体：开启控制阀D32，关闭控制阀E34和第二隔离阀42，向一个或多个气囊充注放射性气体，例如，首先开启第一个气囊的储气控制阀33，关闭其他气囊的储气控制阀33，充满后关闭该气囊的储气控制阀33，开启下一个气囊的储气控制阀33，以此类推。

排空储气装置31：开启控制阀E34，关闭控制阀D32，开启需要排空的气囊对应的储气控制阀33，可以利用气囊弹性或气囊自身重力自然排空，也可以利用简易的非能动机械设备，如重物下落挤压气囊。

吹扫储气装置31：事故缓解电厂恢复可控稳定状态后执行吹扫。该功能需要与实施例2中的卸压管线相配合，将最小流量管线兼做吹扫进气管线；此外安全壳过滤排放系统2中，文丘里水洗器7、金属过滤器8、过滤排放阀门9之间的连接方式应更改为，文丘里水洗器7下游通过第四隔离阀72连接金属过滤器，还通过旁通阀71连接过滤排放阀门9。对储气装置31进行吹扫时，开启卸压管线的最小流量管线的流量控制阀24，运行抽气风机23，开启控制阀25C、控制阀32D，关闭第二隔离阀42、控制阀34E，文丘里水洗器7中不应有放射性液体，关闭第四隔离阀72，开启旁通阀71（不吹扫金属过滤器8），向储气装置31注入空气；完成注入后，关闭抽气风机23，关闭控制阀32D，开启控制阀34E，将储气装置31中的空气排向对空排放机构3。反复执行吹扫，直至放射性低至可接受水平。

本实施例主要利用惰性气体裂变产物半衰期短的特点，设置简易的密闭气空间（如气囊，应用优质的密封材料）临时储存经CFES过滤后的气体。在密闭空间中经过一定时间的衰变，气体放射性将大大减少，结合当时当地的气候情况，考虑向外界排放。例如，沿海电厂在风向来自内陆时向大海上空排放，尽可能减少对居民的影响。

本实施例中的滞留管线还可以配合排放监测使用，例如，过滤后的排放气体放射性很小，可以直接排放。如果监测仪表显示过滤后气体放射性异常，特别是文丘里水洗器7水位低，过滤不充分的情况下排放气体放射性高，那么关闭控制阀E34和第二隔离阀42，开启控制阀D32向储气装置31充注放射性气体。后期结合安全壳具体情况及滞留气体的放射性水平，分析处理储气装置31中的放射性气体，例如，利用回流风机11将这些气体重新注入安全壳1。

本实施例中，对气囊考虑单接口设置，其进出口为同一接口，滞留管线采用非能动设计，不增加能动设备如风机，使用的阀门为手动或气动，若为电动，则需增设电池或临时电源。通常将阀门设置成非能动设备，CFES与安全壳1之间的隔离阀通常是远距离传动阀门，阀门操作在屏蔽墙后，不需要电源。实际应用中气囊和其对应的储气控制阀33的数量可以根据气囊的容积和所需临时存储的气体的体积确定。实际应用中，上述储气装置31也不仅限于气囊，能暂存气体的设备都可以用作储气装置31，甚至可以采用固定建筑物。

实施例6：

在实施例1的基础上，本实施例中同时对回流管线、卸压管线和滞留管线进行改进；回流管线同实施例2中的回流管线，卸压管线同实施例3中的卸压管线，滞留管线同实施例5中的滞留管线，因此本实施例中不再重复赘述各管线的结构和单独工作原理，仅对回流管线、卸压管线和滞留管线的配合进行如下说明：

一、严重事故后安全壳1高压时发生泄漏：回流管线隔离，卸压管线中抽气风机23所在的抽气管线开启，抽气风机23满功率运行尽快卸压，滞留管线开启滞留排放气体减少放射性污染；

二、安全壳发生泄漏后维持微小负压：同时运行卸压管线中抽气风机23所在的抽气管线和回流管线中的压力缓冲罐14所在的管路，即按实施例4中的“抽气回流微小负压运行”方式运行；滞留管线开启，压力缓冲罐14排放出来的气体进入储气装置31，减少放射性，结合风向实际状况，避免向人口密集区域排放；

三、为缓解安全壳氢气威胁进行安全壳主动排放：回流管线隔离、卸压管线中抽气风机23所在的抽气管线开启维持微小负压，滞留管线开启，排放气体经过CFES后水蒸汽冷凝，进入储气装置31。因为若将排放气体循环回流注入安全壳1，则氢气威胁更加严重，因此，可进一步在储气装置中利用氢气复合器减少氢气浓度。监测安全壳1氢气浓度和储气装置31氢气浓度，综合考虑没有氢气威胁后再开启回流管线回流注入。

实施例7：

由于回流管线下游要与安全壳1内空间相连通，需要在安全壳1上设置相应的接口，在已经完成安全壳1建造以及CFES建造和安装的电厂，无法实现两个接口的环路改进，本实施例提供一种安全壳的单接口方案，实现回流再注入。该单接口方案是共用安全壳出口，在该单接口方案中卸压与回流两种模式切换运行。以下是安全壳单接口方案的具体结构：

如图2所示，在上述实施例2、实施例4或实施例6的基础上，本实施例的安全壳再循环系统中还包括安全壳输入管线，由于回流管线不能直接注入安全壳，安全壳输入管线上游与回流管线下游连接，安全壳输入管线下游连接在第一隔离阀41后，安全壳输入管线上设置有控制阀F51。该安全壳输入管线适用于安全壳1上只有一个接口的运行电厂。

本实施例中，在安全壳1的空气出口处增设安全壳输入管线，使得安全壳1的空气出口既能正常向CFES排气，也能将回流管线回收的气体再次注入安全壳1，因此卸压管线和安全壳输入管线只能切换运行，而且回流管线需要用压力缓冲罐14执行中间存储功能，而回流管线的其它两个通道保持隔离状态。

卸压排放运行：关闭控制阀F51，开启第一流量调节阀22、控制阀C25、控制阀K15，运行抽气风机23，持续向压力缓冲罐14注入过滤后气体，压力缓冲罐14压力升高，直至其压力达到区间上限。

运行模式切换—停止抽气准备注入：停运抽气风机23，关闭控制阀K15、控制阀C25、第一流量调节阀22。

回流再注入运行：开启控制阀F51，第二流量调节阀16，将压力缓冲罐14中的气体注入安全壳1，直至安全壳1压力上升达到区间上限或压力缓冲罐14压力下降至区间下限。

运行模式切换—停止注入准备抽气：关闭控制阀F51和第二流量调节阀16，开启第一流量调节阀22、控制阀C25、控制阀K15。

单接口设计也可以维持安全壳1微小负压运行，但是需要较大容积的压力缓冲罐14和较高压头的抽气风机23，例如，安全壳1负压在0.97bar至0.98bar区间，压力缓冲罐14压力在1.1bar至3.1bar区间，保守考虑忽略气体的温升膨胀，要求压力缓冲罐14容积为安全壳1容积的二百分之一，抽气风机23压头应比3.1bar还高出一个安全裕量。

考虑到上述设备成本较高，本实施例提出另一种运行方式维持安全壳微小负压。与上述运行方式的不同之处在于，不使用压力缓冲罐14，相应管线上的控制阀K15、第二流量调节阀16保持关闭。利用储气装置31实现中间存储功能，控制阀D32和储气控制阀33常开，控制阀E34保持关闭；利用回流风机11及其管线上的控制阀A12加压注入安全壳1。类似地，该运行方式也循环执行四个阶段模式，简述如下：

卸压排放运行：关闭控制阀F51、控制阀A12，开启第一流量调节阀22、控制阀C25，运行抽气风机23，将过滤后气体注入储气装置31；

运行模式切换-停止抽气准备注入，停运抽气风机23，关闭控制阀C25、第一流量调节阀22，停止安全壳1抽气，准备注入安全壳1；

回流再注入运行：打开控制阀F51、控制阀A12，运行回流风机11，将储气装置31中气体注入安全壳1；

运行模式切换-停止注入准备抽气：关闭控制阀F51和控制阀A12，开启第一流量调节阀22、控制阀C25，停止安全壳1注入，准备安全壳1抽气。

实施例8：

如图3所示，在上述任一实施例基础上，本实施例的安全壳再循环系统的安全壳过滤排放系统2包括文丘里水洗器7、金属过滤器8、过滤排放阀门9，文丘里水洗器7下游通过第四隔离阀72连接金属过滤器8，还通过旁通阀71连接过滤排放阀门9，金属过滤器8下游也连接过滤排放阀门9，所述过滤排放阀门9为安全壳过滤排放系统2的出口，其与第二隔离阀42、滞留管线的入口、回流管线的入口相连，所述文丘里水洗器7上还连接有补水管线和废液流动管线：补水管线上设置有控制阀G61；废液流动管线上依次设置有控制阀H65、废液流量调节阀62，废液流量调节阀62后端同时连接有废液处理管线和废液回流管线，所述废液处理管线上设置有废液处理控制阀63；所述废液回流管线设置废液回流控制阀64，条件允许时废液通过废液处理控制阀63将废液输送至废液处理设施，否则通过废液回流控制阀64回流至安全壳。

由于文丘里水洗器7普遍存在容量过小的问题，例如，安全壳1容积大约5万立方米，不考虑堆芯混凝土相互作用（MCCI）产生大量不可凝气体，5bar压力下水蒸汽100吨左右。而文丘里水洗器7只能存水7吨，7吨常温水（假设30℃）只能冷凝不到1吨水蒸汽。即便发生堆芯混凝土相互作用（MCCI），安全壳1内仍然存在大量水蒸汽，而且除水蒸汽的汽化潜热外，高温不可凝气体的加热作用也不容忽视。因此现有技术中，文丘里水洗器7的储水量远远不够。对于已经完成CFES建造和安装的电厂，不易实现文丘里容器的容量增大。CFES长期运行可以有效缓解气体裂变产物的释放，但同时必须处理CFES产生的废液，要考虑向文丘里水洗器7中补充药剂。本实施例中采用临时补水方案，增设补水管线，利用消防车或其它临时补水装置补水；或者综合使用临时补水接口与补充药剂的移动设备，一并解决补水和补充化学药剂问题。

通常电厂在不排放气体时将文丘里水洗器7的废液重力回流至安全壳1内，但裂变产物进入安全壳1后可能重新挥发，而且福岛事故表明，废液储存在安全壳1内同样存在风险。因此，本实施例在文丘里水洗器7废液流动管线，在安全壳1外利用核废液处理设备对文丘里废液进行污染处理。按照CFES的原设计，废液回流和过滤排放不能同时进行，若抽气回流循环长期连续运行，废液回流或废液处理流量过大，水位下降过快会导致文丘里管裸露，失去过滤效果，因此本实施例中文丘里水洗器7下泄的废液流动管线上设置了废液流量调节阀62，以避免上述问题。

本发明的系统保持了原有的非能动设计，在失去动力情况下维持非能动方式运行，阀门可以远程手动控制，失去交流电时停运所有风机，隔离风机通道，失去直流电时切换流量调节阀至手动控制模式。

目前压水堆大型干式安全壳通常利用安全壳喷淋系统卸压，有些电厂针对严重事故配置了CFES系统，通常两个机组共用一套CFES系统，对运行电厂建议本发明在严重事故工况下运行。实际上，本发明不限于严重事故工况下运行，对于新建电厂，特别是研究堆、先进压水堆、小型模块堆、浮动核电站、地下核电站等，可以设计安全壳再循环系统替代安全壳喷淋系统的卸压功能，而现有的安全壳喷淋系统就无需执行安全壳喷淋，根据需求保留其它功能如低压安注、余热导出。在严重事故预防阶段，利用文丘里水洗器7作为安全壳1热阱冷凝水蒸汽，关闭第四隔离阀72，开启旁通阀71旁通金属过滤器8，进一步实现快速卸压功能。本发明的安全壳再循环系统不占用安全壳1内容积，可以准确控制安全壳1压力，可以维持安全壳1微小负压，不会因喷淋化学溶液污染安全壳1，其使用范围广。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.安全壳再循环系统，包括依次连接的安全壳（1）、安全壳过滤排放系统（2）、对空排放机构（3）；其特征在于，还包括用于暂存安全壳过滤排放系统（2）去向对空排放机构（3）的气体的滞留管线、用于将安全壳过滤排放系统（2）出口排放的气体或滞留管线上暂存的气体回流至安全壳（1）的回流管线、用于将安全壳（1）中的气体卸放到安全壳过滤排放系统（2）的卸压管线；

所述回流管线包括两条并联管路，两条并联管路上游均连接安全壳过滤排放系统（2）的出口，下游与安全壳（1）内空间连通，第一条管路上设置有回流风机（11）和2个控制阀A（12），回流风机（11）设置在两个控制阀A（12）中间；第二条管路上设置有第三隔离阀（13）；所述回流管线还包括与第三隔离阀（13）并联的第三条管路，该第三条管路上设置有压力缓冲罐（14）、控制阀K（15）和第二流量调节阀（16），所述压力缓冲罐（14）设置在控制阀K（15）的下游和第二流量调节阀（16）的上游，所述压力缓冲罐（14）还通过一条排放管线连接滞留管线或直接连接对空排放机构（3），排放管线上设置控制阀L（17）和第三流量调节阀（18）；

所述卸压管线上设置有第一隔离阀（41）；所述卸压管线包括最小流量管线和两条并联管线；两条并联管线的上游均连接在第一隔离阀（41）下游，两条并联管线的下游与安全壳过滤排放系统（2）的入口相连；其中一条管线上设置有控制阀B（21），另一条管线上依次设置有第一流量调节阀（22）、抽气风机（23）、控制阀C（25），抽气风机（23）位于第一流量调节阀（22）和控制阀C（25）之间；

最小流量管线上游连接在第一流量调节阀（22）后，最小流量管线上设置有流量控制阀（24）。

2.根据权利要求1所述的安全壳再循环系统，其特征在于，所述安全壳过滤排放系统（2）连接到对空排放机构（3）的管线上设置有第二隔离阀（42）；所述滞留管线上游连接在安全壳过滤排放系统（2）的出口，下游连接对空排放机构（3），滞留管线上依次设置有控制阀D（32）、储气装置（31）、控制阀E（34）。

3.根据权利要求2所述的安全壳再循环系统，其特征在于，所述储气装置（31）为气囊，所述控制阀D（32）和控制阀E（34）之间还连接有储气集管，储气集管上连接有储气控制阀（33），气囊通过储气控制阀（33）与储气集管相连。

4.根据权利要求1至3任一所述的安全壳再循环系统，其特征在于，还包括安全壳输入管线，安全壳输入管线上游与回流管线下游连接，安全壳输入管线下游连接在卸压管线上游，安全壳输入管线上设置有控制阀F（51）。

5.根据权利要求1至3任一所述的安全壳再循环系统，其特征在于，所述安全壳过滤排放系统（2）包括依次连接的文丘里水洗器（7）、金属过滤器（8）、过滤排放阀门（9）；所述文丘里水洗器（7）下游通过第四隔离阀（72）连接金属过滤器（8），还通过旁通阀（71）连接过滤排放阀门（9）；所述过滤排放阀门（9）与第二隔离阀（42）连接，所述文丘里水洗器（7）上还连接有补水管线，补水管线上设置有控制阀G（61）。

6.根据权利要求5所述的安全壳再循环系统，其特征在于，所述文丘里水洗器（7）上还连接有废液流动管线，废液流动管线上依次设置有控制阀H（65）、废液流量调节阀（62），废液流量调节阀（62）后端同时连接有废液处理管线和废液回流管线，所述废液处理管线上设置有废液处理控制阀（63）；所述废液回流管线设置废液回流控制阀（64）。

7.根据权利要求3所述的安全壳再循环系统的工作方法，其特征在于包括以下步骤：

安全壳（1）完好时的抽气回流、快速卸压：抽气风机（23）大功率运行；不运行回流风机（11），关闭2个控制阀A（12）和控制阀K（15），开启第三隔离阀（13）；

安全壳泄漏时的停止回流、快速卸压：安全壳（1）泄漏时，若安全壳（1）压力高于大气压，关闭控制阀B（21），开启控制阀C（25），开启第一流量调节阀（22）至最大，关闭最小流量管线的流量控制阀（24），抽气风机（23）大功率运行，直至安全壳（1）压力接近大气压；

安全壳（1）发生泄漏并执行快速卸压后的抽气回流微小负压运行：关闭第三隔离阀（13），关闭2个控制阀A（12），开启控制阀K（15）运行压力缓冲罐（14）所在管路，通过压力缓冲罐（14）和第二流量调节阀（16）控制安全壳（1）压力，稳定安全壳（1）压力至目标值；关闭控制阀B（21），开启控制阀C（25），开启第一流量调节阀（22），关闭最小流量管线的流量控制阀（24），抽气风机（23）小功率间歇运行，提供足够的驱动压头，向压力缓冲罐（14）供气并维持其压力在一定的压力区间；

缓解安全壳氢气威胁进行安全壳主动排放：隔离回流管线，开启滞留管线，卸压管线中抽气风机（23）所在的抽气管线开启维持微小负压，排放气体经过安全壳过滤排放系统后水蒸汽冷凝，进入储气装置（31）。