CN104412328B - 用于核反应堆安全壳通风系统的过滤器 - Google Patents

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Abstract

一种用于核反应堆的一次安全壳通风装置的湿式过滤器，该湿式过滤器采用具有多个歧管出口的倾斜歧管，该多个歧管出口与第一组金属纤维过滤器连通，所述第一组金属纤维过滤器浸没在包封在压力容器内的水池中。除雾器悬置在水池上方，以在过滤的排放物通过更高密度的干燥金属纤维过滤器的第二阶段之前移除所述过滤的排放物中的任何携带水分，所述更高密度的干燥金属纤维过滤器连接到第二歧管，所述第二歧管与压力容器上的出口连通，所述压力容器上的出口连接到通往大气的排出通道。

Description

用于核反应堆安全壳通风系统的过滤器
相关申请的交叉引用
本申请依照美国专利法35U.S.C.第119条第e款要求于2012年6月6日提交的题目为“使用纤维过滤器且用于压水反应堆和沸水反应堆安全壳通风的湿式洗涤器”的美国临时申请序列号No.61/668,585的优先权。
技术领域
本发明整体上涉及核反应堆安全壳通风系统，并且更加特别地涉及一种用于所述系统的湿式过滤器。
背景技术
在许多司法辖区中，核电站必须被设计成确保即使在发生事故的情况下，也应当提供一种机构以防止或者最小化放射性物质和惰性气体逃逸。为了防止放射性物质释放，反应堆系统通常罩盖在一次安全壳结构中，所述一次安全壳结构由钢和钢筋混凝土构成。一次安全壳容器被设计成能够承受可能因多种事故场景导致的大压力。然而，已经提出在严重事故中安全壳容器自身会由于压力逐渐增大而失效的假设。尽管这种事故发生的概率非常低，但是与周围人群暴露于这种事故的放射性释放有关的健康风险已经使得许多人相信，应当提供一种机构以便在对安全壳容器进行通风以降低其压力的情况下过滤气体并且将放射性释放最小化。即，理想的是既提供一种用于安全壳容器的压力释放装置又提供一种机构，所述机构用于在将可能由安全壳释放的任何气体释放到大气中之前对其进行过滤。
1986年在乌克兰切尔诺贝利发生的核事故以及最近于2011年在日本福岛第一核电站发生的核事故均清晰表明了具有长衰变时间的裂变产物释放的后果。受损的发电站周围的大区域面积均被污染并且使得其在数十年内均不适于使用。代价影响非常巨大。不同形式的短寿命裂变产物(诸如碘)虽然对人类造成的危害更大，但其后果却更易于处理。具有长寿命的小气溶胶形式的裂变产物能够根据气象条件散布很远距离。由于这些事故，多国政府已经决定核电站必须安装带过滤器的安全壳通风系统，以保护人员和周边陆地免受放射性污染造成的危害。
在过去，已经提出了多种过滤系统，诸如在颁发给Leach并且转让给本发明的受让人的美国专利No.4,610,840中描述的过滤系统。Leach公开了一种用于核反应堆的裂变产物洗涤系统。具体地，与安全壳流体连通的第二隔间部分地填充水。在压力增量很大的情况下，布置在源自二次隔间的通风管中的安全隔片爆裂以释放压力。当安全隔片爆破时，来自安全壳的放射性气体和蒸气通过由水填充的二次隔间，然后从当时打开的通风管释放。当热的安全壳气体和蒸气通过存储在包封的二次隔间中的水时，将从安全壳气体中洗涤出大部分裂变产物。尽管这种系统能够是有效的，但是仍然存在针对减小这种系统的尺寸以及提高有效性的改进空间，以将这类释放有可能引起的任何暴露最小化。
因此，本发明的一个目的是提供一种更有效的过滤器，所述过滤器即使不能完全除去可能携带在源自核一次安全壳的任何气体释放中的任何放射性排放物，但是也会使所述任何放射性排放物最小化。
本发明的另一目的是提供这样一种过滤系统，所述过滤系统在不占据很大空间的情况下就能够被支撑在核一次安全壳内或者一次安全壳附近的现有构造或者新的构造中。
发明内容
通过一种核电发电设备来实现这些和其它目的，所述核电发电设备具有用于罩盖核反应堆的一次安全壳。安全壳限制了从核反应堆泄漏出的任何放射物的大部分。一次安全壳具有通风出口，用于在如果所述安全壳内的气氛排放物的压力积聚达到威胁损害所述安全壳的结构完整性的水平时，则提供对积聚在所述安全壳内的气氛压力的受控释放。过滤器连接到通风出口并且包括容器，所述容器具有连接到通风出口的输入喷嘴以及与入口喷嘴流体连通的入口管道，入口管道延伸到过滤器容器内部的下部中。歧管连接到入口管道并且延伸到所述容器的下部中。歧管在容纳在过滤器容器内的液体池下方处包括多个歧管出口，所述多个歧管出口被设计成释放第一安全壳气氛排放物的一部分。在歧管出口处附接有纤维过滤器。由歧管分配的来自一次安全壳的排放物通过纤维过滤器。容器出口还设置成与容器内部流体连通并且可操作，以将过滤的安全壳气氛排放物排出至安全壳外部的外界气氛。在一个实施例中，歧管和纤维过滤器由诸如水的液体覆盖，所述液体可以具有溶解在液体中的硫代硫酸钠。
在第二实施例中，过滤器包括支撑在容器内且位于液体池上方的除雾器，用于从过滤的安全壳气氛排放物的排出部分中分离出任何水分。可选地，第二组多个纤维过滤器从第二歧管延伸，所述第二歧管连接到容器出口，其中纤维过滤器优选地被支撑在除雾器上方。在这个实施例中，第二组纤维过滤器的纤维密度大于第一组纤维过滤器并且理想地两组过滤器均包括金属纤维。优选地，容器内部保持压力高于大气压力并且在待机状态期间利用氮气使其呈现惰性。
在另一个实施例中，歧管相对于容器的中央轴线成锐角延伸到容器的下部中并且优选地构造成倒“V”状件，所述倒“V”状件具有从顶端的两侧延伸的向下支腿，其中歧管出口从支腿中的至少一条延伸。在这种构造中，入口管道优选地联接到歧管的顶端处，并且向下延伸的支腿中的每一条均具有从其延伸的出口。理想地，出口从延伸支腿向上延伸。
附图说明
在结合附图阅读时，从以下优选实施例的描述中能够进一步理解在下文中要求权益的本发明，其中：
图1是具有所示压水反应堆的主要部件的安全壳构造的示意性剖视图，本发明可以应用于所述安全壳构造；
图2是本发明的一个实施例的示意图。
具体实施方式
参照图1，示意性地示出了压水反应堆核电发电系统，其包括安全壳构造10(整体上具有位于钢衬上的相对较厚的外部混凝土层)，所述安全壳构造10罩盖核反应堆系统的各部件，诸如，反应堆容器12、蒸气发生器14、反应堆冷却剂泵16、贮罐18和架空回转式吊车20。因为所有这些部件及其关系是众所周知的并且还因为它们在结构上或者功能上不特别地与本发明相配合，所以在此不对其进行更加详细的描述或者阐释。尽管结合压水反应堆描述了本发明的优选实施例，但是应当理解的是，根据如在下文声明权益的本发明的系统同样能够应用于具有任何其它设计的核反应堆，例如，诸如沸水反应堆或者气体反应堆。
在核一次安全壳应用中，过滤器单元的任务是在发生严重事故的情况下从在安全壳降压期间所释放的气体中分离出放射性物质，以显著降低放射性排出物。本发明的过滤器被连接到已经安装好的通风系统或者在这种系统的新安装期间连接。过滤器定位在靠近安全壳的隔离阀和/或安全隔片后方并且位于通向核电厂排气装置的安全隔片前方。在待机状态中，过滤器优选地利用氮气而呈现惰性，以防止氢燃烧以及过滤器水和罐内部构件退化。
在图2中示出了包含本发明的原理的过滤器单元的一个实施例。过滤器22的主要部分被罩盖在罐或者压力容器24中，所述罐或者压力容器24可以是增压的以减小其尺寸。通过位于过滤器罐出口26径直下游处的孔口28来完成增压。通过水入口32用水30填充罐24的下部分。水30具有两种功能：从捕获的裂变产物中移除衰变热，以及提高过滤器效率。诸如硫代硫酸钠的化学物质能够被添加到水30中，从而能够捕获或容纳气态或者气溶胶形式的碘。
将来自安全壳内部的通风气体引至中央入口管34中，所述中央入口管将通风气体引至位于罐24的下部分处的歧管36中。下部歧管36具有两条向下延伸的支腿38和支腿40，这两条支腿从顶端39成锐角向下延伸，以形成倒“V”状件。支腿38和支腿40中的每一条均具有多个出口42，所述多个出口沿向上的方向延伸进入水池30中。金属纤维过滤器44的滤筒从每个歧管出口42延伸并且与每个歧管出口流体连通。金属纤维过滤器44具有两个功能：过滤气溶胶并且使通风气体雾化成小气泡，从而能够在水池30中更加有效地洗涤气体。尽管金属纤维过滤器(优选地烧结的金属纤维过滤器)是优选的，但是在不背离本发明的原理的情况下还可以使用其它过滤器介质。在过滤器滤筒44中捕获的裂变产物虽然将产生衰变热，但是不能产生高到足以造成损坏的温度，这是因为裂变产物定位在过滤器水中。气溶胶将散布在每个滤筒的金属纤维过滤器区域上，因此不存在过滤器堵塞的风险。歧管支腿38和40是倾斜的，使得若干个数的滤筒处于使用状态中，所述滤筒的个数对应于因体积流量而造成的动压损失。以这种方式，能够在宽流量范围乃至在非常低的流量以及安全壳压力条件下使用这种系统。湿式过滤器22中的总压力损失将与罐24中的水位46一致，并且因为所述总压力损失相对较低，所以过滤器系统将允许在压力低时就及早为一次安全壳通风，保持一次安全壳压力非常低在一些事故场景中具有优势。
除雾器48被支撑在罐24的位于出口26下方的上部分中。除雾器移除能够被离开过滤器罐的蒸气所携带的水滴。优选地，系统22还包括二次过滤器，以移除不能由浸没在水中的金属纤维过滤器和水自身过滤掉的更小气溶胶。二次过滤器包括第二上歧管50，所述第二上歧管位于罐出口26正下方并且与所述罐出口流体连通。二次歧管包括优选地向下延伸的多个入口52，所述多个入口52连接到一组二次金属纤维过滤器54并且与所述一组二次金属纤维过滤器流体连通，每个入口具有一个金属纤维过滤器，所述一组二次金属纤维过滤器54被支撑在除雾器48上方。二次金属纤维过滤器滤筒54通常还由与滤筒44相同种类的滤筒制成，但是具有更纤细和更加密集地捆扎的网状件，以捕获更小的气溶胶。因为第二组过滤器将过滤非常少量的气溶胶，所以其不会过热。排水装置56设置在罐24的底部中，以用于维护目的。水入口32和排水装置56还用于在待机和在致动之后取样水。优选地，过滤器罐24安装在辐射屏蔽屏后方，并且被屏蔽的控制面板放置在靠近罐的位置处。优选地，罐处于在通风系统出口处的隔离阀58和安全隔片60的下游处的结构内。理想地，如果需要无源致动的话，则阀68是必需的而阀70和安全隔片60是可选的。第二安全隔片62可以定位在罐出口管64中，所述罐出口管通往连通大气的出口。安全隔片62有助于利用氮气使罐24呈现惰性并且优选地具有低破坏压力，例如，大约1.3bar(a)。
过滤器系统22不需要外部电源，并且能够被设计成在至少24小时内完全无源使用。可以在一段时间后添加水。由附图标记66象征性地示出的水位警报和测量系统用于确保水位在任何情况下都不会过低。过滤器系统22能够被构造成针对沸水反应堆处理湿井通气和干井通气以及针对压水反应堆处理安全壳通气。
尽管已经详细地描述了本发明的具体实施例，但是本领域的技术人员应当理解的是，根据本公开的整体教导能够研发出针对那些细节进行的多种修改方案和替代方案。因此，所公开的特定实施例仅为了阐释而非限制本发明的范围，由随附权利要求及其任何等同方式和全部等同方式的全部范围来确定本发明的范围。

Claims (14)

1.一种核电发电设备，具有用于罩盖核反应堆(12)的安全壳(10)，以用于限制从所述核反应堆泄漏出的任何放射物的大部分，所述安全壳具有通风出口(58)，用于在如果所述安全壳内的气氛排放物的压力积聚达到威胁损害所述安全壳的结构完整性的水平时，则提供对积聚在所述安全壳内的压力的受控释放，所述核电发电设备包括过滤器(22)，所述过滤器包括：
过滤器容器(24)，所述过滤器容器具有连接到所述通风出口(58)的入口喷嘴(34)；
液体(30)，所述液体占据过滤器容器(24)内部的下部的一部分；
入口管道，所述入口管道与入口喷嘴(34)流体连通并且延伸到所述过滤器容器(24)内部的下部中；
歧管(36)，所述歧管连接到所述入口管道并且延伸到所述过滤器容器(24)的下部中，所述歧管在容纳在所述过滤器容器内的液体(30)池下方处包括多个歧管出口(42)并且被设计成利用所述歧管出口来分别释放待过滤的安全壳气氛排放物的一部分；
第一组多个纤维过滤器(44)，每个纤维过滤器均浸没在液体中并且具有第一密度的纤维，用于过滤通过所述歧管(36)中的与所述第一组多个纤维过滤器中的每个纤维过滤器对应的歧管出口(42)排出的排放物，其中，所述第一组多个纤维过滤器中的每个纤维过滤器均连接到所述歧管出口中的一个并且与所述歧管出口中的一个流体连通，并且每个纤维过滤器被构造成在纤维过滤器的使用状态中使得在安全壳气氛排放物接触液体之前安全壳气氛排放物经过至少一部分纤维；和
过滤器容器出口(26)，所述过滤器容器出口与所述过滤器容器(24)内部流体连通，并且能够操作以将过滤的安全壳气氛排放物排出到所述安全壳的外部。
2.根据权利要求1所述的核电发电设备，包括溶解在所述液体(30)中的硫代硫酸钠。
3.根据权利要求1所述的核电发电设备，包括除雾器(48)，所述除雾器被支撑在所述液体(30)池的上方，用于从过滤的安全壳气氛排放物的排出部分中分离出任何水分。
4.根据权利要求1所述的核电发电设备，包括从第二歧管(50)延伸的第二组多个纤维过滤器(54)，所述第二歧管连接到所述过滤器容器出口(26)。
5.根据权利要求4所述的核电发电设备，其中，所述第二组多个纤维过滤器(54)与所述第一组多个纤维过滤器(44)相比具有更大密度的纤维。
6.根据权利要求5所述的核电发电设备，其中，所述第二组多个纤维过滤器(54)包括金属纤维。
7.根据权利要求1所述的核电发电设备，其中，所述第一组多个纤维过滤器(44)包括金属纤维。
8.根据权利要求1所述的核电发电设备，其中，所述过滤器容器(24)是压力容器，所述压力容器包括用于将所述过滤器容器内部的压力保持高于大气压力的装置(28)。
9.根据权利要求1所述的核电发电设备，其中，所述歧管(36)相对于所述过滤器容器的中央轴线以锐角延伸进入所述过滤器容器(24)的下部中。
10.根据权利要求9所述的核电发电设备，其中，所述歧管(36)延伸进入所述过滤器容器(24)的下部中并且被构造成为倒“V”状件，所述倒“V”状件具有从顶端(39)的两侧延伸的向下延伸的支腿(38，40)，其中，所述歧管出口(42)从所述向下延伸的支腿(38，40)中的至少一条延伸。
11.根据权利要求10所述的核电发电设备，其中，向下延伸的支腿(38，40)中的每一条均具有从其延伸的歧管出口(42)。
12.根据权利要求10所述的核电发电设备，其中，所述歧管出口(42)从所述向下延伸的支腿(38，40)向上延伸。
13.根据权利要求1所述的核电发电设备，其中，利用氮气使得所述过滤器容器(24)呈现惰性。
14.一种过滤器(22)，包括：
过滤器容器(24)，所述过滤器容器具有连接到安全壳的通风出口(58)的入口喷嘴(34)；
液体(30)，所述液体占据过滤器容器(24)内部的下部的一部分；
入口管道，所述入口管道与入口喷嘴(34)流体连通并且延伸到所述过滤器容器(24)内部的下部中；
歧管(36)，所述歧管连接到所述入口管道并且延伸到所述过滤器容器(24)的下部中，所述歧管在容纳在所述过滤器容器内的液体(30)池下方处包括多个歧管出口(42)并且被设计成利用所述歧管出口来分别释放待过滤的安全壳气氛排放物的一部分；
第一组多个纤维过滤器(44)，每个纤维过滤器均浸没在液体中并且具有第一密度的纤维，用于过滤通过所述歧管(36)中的与所述第一组多个纤维过滤器中的每个纤维过滤器对应的歧管出口(42)排出的排放物，其中，所述第一组多个纤维过滤器中的每个纤维过滤器均连接到所述歧管出口中的一个并且与所述歧管出口中的一个流体连通，并且每个纤维过滤器被构造成在纤维过滤器的使用状态中使得在排放物接触液体之前排放物经过至少一部分纤维；和
过滤器容器出口(26)，所述过滤器容器出口与所述过滤器容器(24)内部流体连通，并且能够操作以将过滤的安全壳气氛排放物排出到安全壳的外部。
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