CN104700907A - 核电厂主控室非能动制冷空调系统 - Google Patents

核电厂主控室非能动制冷空调系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种核电厂主控室非能动制冷空调系统，其包括设于主控室外并依次相连接的压缩机、压缩空气储气罐、减压阀、空气膨胀机及设于主控室内的送风组件，其中，送风组件包括送风管线及依次设于送风管线上的流量控制阀、隔离阀，送风管线的两端分别与空气膨胀机、主控室应急送风管相连接，且流量控制阀邻近空气膨胀机。本发明采用压缩空气膨胀制冷的原理，不依赖任何外部电源和动力，即可调节主控室内的温度，确保主控室人员可居留性及主控室内的设备安全可靠运行，且设备简化、安装方便，原理简单而可靠性高，可用于新建核电厂及在役电厂改造，制造成本大大降低。

Description

核电厂主控室非能动制冷空调系统
技术领域
本发明涉及核电站专设安全系统技术领域，尤其涉及一种核电厂主控室非能动制冷空调系统。
背景技术
随着核电技术的不断发展，核电站严重事故受到全球核安全当局和国际原子能机构的广泛关注，各国都认识到不能完全排除严重事故发生的可能性，因此，核电安全工作不能仅考虑设计基准事故，还必须考虑缓解和应对严重事故。其中，作为核电站监控中心的主控室，其主要功能是在各种运行状况下对核电站全厂进行正常、异常状态的监视和控制，保障核电站的有效、安全运行，并在遭受事故或超设计基准事故后使核电站回到安全状态。因此，在严重事故后，保持主控室的可居留性及主控室设备安全可靠的运行，一直以来是国内外研究机构关注的重点之一。
目前，核电站主控室的制冷系统主要有以下几种：一、二代核电站主控室都是采用常规的电驱动制冷系统。二、AP1000核电站则是利用主控室和设备间的土建结构的本身热容来进行非能动冷却，具体地，非能动热阱主要由构成这些房间的墙和楼板的混凝土吸热体组成，为提高房顶的吸热能力，在选择部位的混凝土内安装了金属散热板(翅片作用)，以提高热量从房间空气向混凝土的传递能力，从而维持主控室在事故后72小时内的可居留性。三、采用具有吸附硅胶的吸附式制冷装置来实现主控室的非能动冷却。
上述三种方式分别具有以下缺陷：对于第一种方式，对电源依赖性高，一旦核电厂出现全场断电(SBO)事故，主控室的温度调节将无法实现。对于第二种方式，由于要在混凝土内预埋金属件，故需要增厚混凝土的厚度，这对于在役的核电厂根本无法实施；而且在72小时后，只能启动风机来引入外部空气以提供主控室的供风和制冷，可能会引入放射性气体，无法保证主控室的可居留性。对于第三种方式，目前吸附式制冷还主要停留在理论研究阶段，实际工程应用非常有限，并且在无动力的情况下转换旋风阀较难实现自动切换，手动操作则很难撑握时机；且吸附硅胶的性能不稳定，容易老化失效；附属设备多且复杂，价格昂贵。
因此，有必要提供一种设备简单、可用于新建或在役核电厂的主控室非能动制冷空调系统，以解决上述现有技术的不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种设备简单、可用于新建或在役核电厂的主控室非能动制冷空调系统。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：提供一种核电厂主控室非能动制冷空调系统，其包括设于主控室外并依次相连接的压缩机、压缩空气储气罐、减压阀、空气膨胀机及设于主控室内的送风组件，其中，所述送风组件包括送风管线及依次设于所述送风管线上的流量控制阀、隔离阀，所述送风管线的两端分别与所述空气膨胀机、主控室应急送风管相连接，且所述流量控制阀邻近所述空气膨胀机。
较佳地，所述送风组件还包括设于所述送风管线上的换热器，所述换热器连接于所述空气膨胀机与所述流量控制阀之间。
较佳地，所述核电厂主控室非能动制冷空调系统包括至少两组所述送风组件，至少两组所述送风组件并列地连接于所述空气膨胀机。
较佳地，所述核电厂主控室非能动制冷空调系统还包括第一连接管线，所述第一连接管线连接于所述压缩机的出气口与所述压缩空气储气罐的进气端之间，且所述第一连接管线上设有阀门。
较佳地，所述核电厂主控室非能动制冷空调系统还包括第二连接管线，所述第二连接管线连接于所述压缩空气储气罐的出气端与所述空气膨胀机的一端之间，且所述减压阀连接于所述第二连接管线上。
较佳地，所述核电厂主控室非能动制冷空调系统还包括第三连接管线，所述第三连接管线密封地贯穿主控室侧壁并连接于所述空气膨胀机的另一端与所述送风管线之间。
较佳地，所述压缩空气储气罐上还设有安全阀。
较佳地，所述安全阀为弹簧式安全阀。
较佳地，当核电厂处于非应急工况下，所述压缩机向所述压缩空气储气罐补充压缩空气；当核电厂处于事故工况下，所述压缩空气储气罐内的空气经所述减压阀、所述空气膨胀机处理后，通过所述送风组件送入主控室内。
较佳地，所述减压阀用于对所述压缩空气储气罐输出的压缩空气进行减压处理，所述空气膨胀机用于对减压后的压缩空气进行膨胀降温降压处理。
与现有技术相比，由于本发明的核电厂主控室非能动制冷空调系统，通过在主控室外设置依次连接的压缩机、压缩空气储气罐、减压阀、空气膨胀机，在主控室内设置与空气膨胀机连接的送风组件；并且，送风组件包括送风管线及依次设于送风管线上的流量控制阀、隔离阀。事故工况下，压缩空气储气罐内的压缩空气经减压阀减压处理、空气膨胀机膨胀降温降压处理后得到低温空气，低温空气通过送风管线送入主控室，一方面维持主控室的正压，限制气载放射性物质向主控室的泄漏，另一方面为主控室提供未遭放射性污染的呼吸用空气，为主控室提供一个受保护的可居留环境，从而保证主控室人员可在事故后72小时内监视事故进程和采取必要的事故缓解措施或电厂恢复措施；同时，还限制选定设备区域内的温度上升，使这些区域维持在可接受的温度范围内。因此，本发明不需要依赖任何外部电源，即可解决全场断电事故或放射性源项超设计值条件下的主控室温度调节问题，且设备简化、安装方便，原理简单而可靠性高，可用于新建核电厂及在役电厂改造，制造成本大大降低。
附图说明
图1是本发明核电厂主控室非能动制冷空调系统的结构示意图。
图2是图1的使用状态示意图。
图3是本发明空气膨胀机的制冷参数表。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。
如图1所示，本发明所提供的核电厂主控室非能动制冷空调系统100，包括设于主控室200外并依次相连接的压缩机110、压缩空气储气罐120、减压阀130及空气膨胀机140，其还包括设于主控室200内并与空气膨胀机140相连接的送风组件150，该送风组件150还与主控室应急送风管(图未示)相连接。其中，压缩机110用于产生压缩空气，该压缩空气储存于压缩空气储气罐120内，事故时，压缩空气储气罐120内的压缩空气依次经减压阀130、空气膨胀机140处理后，通过送风组件150送入主控室200内。
具体地，空气通过压缩机110的进气口被采集，再经过压缩机110的机头压缩后，由压缩机110的出气口喷射进入压缩空气储气罐120内储存。经压缩机110压缩后的空气具有一定的压力和温度，故而具有一定的能量，即，由压力而体现的势能与由温度所体现的动能，这两种能量总称为内能。
当压缩空气从压缩空气储气罐120进入减压阀130时，减压阀130对该压缩空气进行减压至设计压力值，该设计压力值根据主控室200所需的制冷量决定，所需的制冷量越大，则该设定压力值就越高。
所述空气膨胀机140则用于对减压后的压缩空气进行膨胀降温降压处理，空气膨胀机140利用压缩气体膨胀降压时向外输出机械功、使气体内能下降、温度降低的原理，既获得机械能量又可使作功后的气体温度大幅降低，从而使气体自身强烈地冷却而达到制冷目的。本发明利用压缩空气膨胀制冷的原理来控制主控室200内的温度，不需要依赖任何外部电源和动力。
优选地，所述压缩机110为可呼吸式压缩机，但并不以此为限。
继续参看图1所示，本发明中设置至少两组送风组件150，至少两组送风组件150并列地连接于空气膨胀机140。这样，当其中一组送风组件150出现故障时，仍可通过另一组送风组件150来实现主控室200内的温度调节。当然，送风组件150的数量并不以此为限，仅设置一组亦同样能实现本发明的功能，此为本领域技术人员所熟知的技术。
具体地，每一组送风组件150均包括送风管线151及依次设于送风管线151上的换热器152、流量控制阀153、隔离阀154，该送风管线151的两端分别与空气膨胀机140、主控室应急送风管相连接，且换热器152邻近于空气膨胀机140，隔离阀154邻近于主控室应急送风管。其中，换热器152的设置，使经过空气膨胀机140进行膨胀降温降压处理得到的低温空气在换热器152的管侧吸收主控室200内的热量，从而使该低温空气的温度略为升高(参见图3)，使进入主控室200的空气更均匀。
优选地，所述换热器152为板式换热器，但并不以此为限，亦可以采用其他类型的换热器。
再次参看图1所示，所述核电厂主控室非能动制冷空调系统100还包括第一连接管线160、第二连接管线170及第三连接管线180。其中，第一连接管线160连接于压缩机110的出气口与压缩空气储气罐120的进气端之间，且第一连接管线160上设有阀门161。所述第二连接管线170连接于压缩空气储气罐120的出气端与空气膨胀机140的一端之间，且减压阀130连接于第二连接管线170上。第三连接管线180密封地贯穿主控室200的侧壁，且第三连接管线180的一端连接于空气膨胀机140的另一端，第三连接管线180的另一端与各送风组件150的送风管线151连接。
另外，所述压缩空气储气罐120上还设有安全阀121。安全阀121优选为弹簧式安全阀121，这样，当压缩空气储气罐120内的压力大于安全阀121的弹簧预紧力时，安全阀121自动开启对压缩空气储气罐120进行泄压，以保护压缩空气储气罐120不被破坏。
下面参看图3所示，其展示了根据建设的试验平台对本发明进行试验验证后所得的结果。从图中可知，在空气流量为140m3/h，膨胀机入口处压力为5.5bar时，空气制冷量达到2265W。而工程上压缩空气储气罐120的空气储存压力约为230bar，因此，其制冷量足够满足主控室200所需的3-10kw的制冷量需求。
下面结合图1-2所示，对本发明核电厂主控室非能动制冷空调系统100的工作原理进行说明。
首先参看图1，当核电厂处于正常运行和非应急工况下时，隔离阀154关闭，经空气压缩机110压缩后的压缩空气，通过第一连接管线160喷射进入压缩空气储气罐120，压缩机110向压缩空气储气罐120补充压缩空气直至设计压力。此过程中，若压缩空气储气罐120内的压力高于设定值，则安全阀121自动开启进行泄压，从而保护压缩空气储气罐120不被破坏。
参看图2，当核电厂发生设计基准事故或严重事故时，核电厂主控室非能动制冷空调系统100根据启动信号自动启动，该启动信号为交流电丧失SBO工况、主控室供气管中检测到Hi-2微粒、主控室供气管中检测到放射性碘三者中的任一者。
随后，自动关闭通向主控室压力边界各风管上的隔离阀(图未示)，与此同时，自动打开连接于主控室应急送风管上的隔离阀154；这样，压缩空气储气罐120内的压缩空气经第二连接管线170流经减压阀130，减压阀130对压缩空气进行减压至设计压力值；随后进入无油空气膨胀机140进行膨胀降温降压，得到低温空气，该低温空气通过第三连接管线180进入换热器152，在换热器152的管侧吸收主控室200内的热量，使该低温空气的温度略为升高，再通过送风管线151依次流经流量控制阀153、隔离阀154而进入主控室200，以维持主控室200边界内的正压，维持运行人员的呼吸所需，并使主控室200内温度控制在可接受范围内。
由上可知，本发明在事故工况下，首先隔离外界与主控室200的通道，并利用压缩空气膨胀制冷的原理，向主控室200通入低温空气，一方面能够维持主控室200的正压，限制气载放射性物质向主控室200的泄漏；另一方面为主控室200提供未遭放射性污染的呼吸用空气，为主控室200提供一个受保护的可居留环境，从而保证主控室人员可在事故后72小时内监视事故进程和采取必要的事故缓解措施或电厂恢复措施；同时，还限制选定设备区域内的温度上升，使这些区域维持在可接受的温度范围内。
由于本发明的核电厂主控室非能动制冷空调系统100，通过在主控室200外设置依次连接的压缩机110、压缩空气储气罐120、减压阀130、空气膨胀机140，在主控室200内设置与空气膨胀机140连接的送风组件150；其中，送风组件150包括送风管线151及依次设于送风管线151上的流量控制阀153、隔离阀154。事故工况下，压缩空气储气罐120内的压缩空气经减压阀130减压处理、空气膨胀机140膨胀降温降压处理后得到低温空气，再通过送风管线151送入主控室200，采用压缩空气膨胀制冷的原理，不依赖任何外部电源和动力，即可调节主控室200内的温度，确保主控室人员可居留性及主控室200内的设备安全可靠运行，且设备简化、安装方便，原理简单而可靠性高，可用于新建核电厂及在役电厂改造，制造成本大大降低。
以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种核电厂主控室非能动制冷空调系统，其特征在于：包括设于主控室外并依次相连接的压缩机、压缩空气储气罐、减压阀、空气膨胀机及设于主控室内的送风组件，其中，所述送风组件包括送风管线及依次设于所述送风管线上的流量控制阀、隔离阀，所述送风管线的两端分别与所述空气膨胀机、主控室应急送风管相连接，且所述流量控制阀邻近所述空气膨胀机。
2.如权利要求1所述的核电厂主控室非能动制冷空调系统，其特征在于：所述送风组件还包括设于所述送风管线上的换热器，所述换热器连接于所述空气膨胀机与所述流量控制阀之间。
3.如权利要求1所述的核电厂主控室非能动制冷空调系统，其特征在于：包括至少两组所述送风组件，至少两组所述送风组件并列地连接于所述空气膨胀机。
4.如权利要求1所述的核电厂主控室非能动制冷空调系统，其特征在于：还包括第一连接管线，所述第一连接管线连接于所述压缩机的出气口与所述压缩空气储气罐的进气端之间，且所述第一连接管线上设有阀门。
5.如权利要求1所述的核电厂主控室非能动制冷空调系统，其特征在于：还包括第二连接管线，所述第二连接管线连接于所述压缩空气储气罐的出气端与所述空气膨胀机的一端之间，且所述减压阀连接于所述第二连接管线上。
6.如权利要求1所述的核电厂主控室非能动制冷空调系统，其特征在于：还包括第三连接管线，所述第三连接管线密封地贯穿主控室侧壁并连接于所述空气膨胀机的另一端与所述送风管线之间。
7.如权利要求1所述的核电厂主控室非能动制冷空调系统，其特征在于：所述压缩空气储气罐上还设有安全阀。
8.如权利要求7所述的核电厂主控室非能动制冷空调系统，其特征在于：所述安全阀为弹簧式安全阀。
9.如权利要求1所述的核电厂主控室非能动制冷空调系统，其特征在于：当核电厂处于非应急工况下，所述压缩机向所述压缩空气储气罐补充压缩空气；当核电厂处于事故工况下，所述压缩空气储气罐内的空气经所述减压阀、所述空气膨胀机处理后，通过所述送风组件送入主控室内。
10.如权利要求9所述的核电厂主控室非能动制冷空调系统，其特征在于：所述减压阀用于对所述压缩空气储气罐输出的压缩空气进行减压处理，所述空气膨胀机用于对减压后的压缩空气进行膨胀降温降压处理。
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