CN105118534A - 非能动乏燃料水池冷却及补水系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种非能动乏燃料水池冷却及补水系统，包括至少一组热管回路及至少一组补水管线，热管回路的一端容置于乏燃料水池内，另一端容置于乏燃料水池外的海水或河水中，热管回路内形成导热循环通道；补水管线的一端密封地贯穿乏燃料水池，另一端连通所述乏燃料水池外的海水或河水。热管回路能够非能动地将乏燃料水池内的热量传递到海水或河水中，实现乏燃料水池的长期余热导出，而事故工况导致乏燃料水池内的水位下降时，补水管线能够非能动地进行补水。因此，本发明无需动力维持，不会因失电事故而导致不可用，系统可靠性高，尤其对于全场断电工况的防护能力强，从而提高核电厂的安全性和经济性，且系统结构简单。
Description
技术领域
本发明涉及核电厂安全系统装备领域，尤其涉及一种对乏燃料水池进行非能动冷却及补水的系统。
背景技术
核电厂堆芯中的燃料达到燃耗深度之后自反应堆中卸出，称为乏燃料或辐照过的燃料，由于乏燃料中包含有大量的放射性元素，因此具有很强的放射性，如不加以妥善处理，会严重影响环境及接触它们的人的健康。
目前的做法是将乏燃料移到乏燃料水池(SFP)进行储存。乏燃料水池的储存分为两种：一种是干式储存，另一种是湿式储存；目前广泛采用的是后者。且SFP的抗震结构设计可以确保水池完整性和燃料安全；覆盖乏燃料的池水深度为工作人员提供足够的辐射防护；而燃料格架的设计和可溶毒物(硼)可以保证乏燃料的次临界安全；乏燃料水池冷却和净化系统(SFS)为乏燃料水池的水提供足够的冷却，带走衰变热。
自福岛核事故之后，乏燃料水池的冷却和长期补水问题受到更广泛的关注，同时对乏燃料水池冷却的非能动性能和有效时间均提出了更高的要求。但当前二代核电厂对于乏燃料水池的冷却，普遍采用了依靠泵及电力提供动力的冷却回路，当发生全厂断电、动力泵故障或更严重的地震事故时，该冷却回路不可用，从而导致乏燃料水池的冷却功能丧失，甚至导致乏燃料组件裸露。另一种是采用空气的非能动冷却方式，其换热效果受空气温度和风速影响，且由于风冷传热效果较差，导致需要的换热面积比较大。
因此，有必要提供一种能够对乏燃料水池进行非能动的冷却和补水的系统，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能够对乏燃料水池进行非能动冷却和补水的系统。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：提供一种非能动乏燃料水池冷却及补水系统，用于导出乏燃料水池内的衰变热并能对其进行补水，其包括至少一组热管回路及至少一组补水管线；所述热管回路的一端容置于所述乏燃料水池内，所述热管回路的另一端容置于所述乏燃料水池外的海水或河水中，且所述热管回路内形成导热循环通道；所述补水管线的一端密封地贯穿所述乏燃料水池，所述补水管线的另一端连通所述乏燃料水池外的海水或河水。
较佳地，所述热管回路包括蒸发换热器、冷凝换热器、上升管、下降管及低沸点介质；所述蒸发换热器容置于所述乏燃料水池内；所述冷凝换热器容置于所述乏燃料水池外的海水或河水中，且所述冷凝换热器的位置高于所述蒸发换热器的位置；所述上升管密封地贯穿所述乏燃料水池且两端分别连通所述蒸发换热器的出口、所述冷凝换热器的入口；所述下降管密封地贯穿所述乏燃料水池且两端分别连通所述冷凝换热器的出口、所述蒸发换热器的入口；所述低沸点介质在所述蒸发换热器、所述上升管、所述冷凝换热器、所述下降管形成的所述导热循环通道内流动。
较佳地，所述乏燃料水池中具有含硼水，所述蒸发换热器淹没于所述含硼水中。
较佳地，所述蒸发换热器的入口位于其下端，所述蒸发换热器的出口位于其上端。
较佳地，所述冷凝换热器的入口位于其上端，所述冷凝换热器的出口位于其下端。
较佳地，所述蒸发换热器位于所述乏燃料水池内的乏燃料组件的上方。
较佳地，所述乏燃料水池内的水位低于所述乏燃料水池外的海水或河水的水位。
较佳地，所述补水管线包括一管道，所述管道的一端密封地贯穿所述乏燃料水池，所述管道的另一端容置于所述乏燃料水池外的海水或河水中。
较佳地，所述补水管线还包括取水过滤器，所述取水过滤器容置于所述乏燃料水池外的海水或河水中并固定于所述管道的端部。
较佳地，所述补水管线还包括补硼箱，所述补硼箱的位置高于所述管道并连通所述管道。
较佳地，所述补水管线还包括设于所述管道上的多个隔离阀。
与现有技术相比，由于本发明的非能动乏燃料水池冷却及补水系统，其热管回路的一端容置于乏燃料水池内，热管回路的另一端容置于乏燃料水池外的海水或河水中，且热管回路内形成导热循环通道；其具有的补水管线的一端密封地贯穿乏燃料水池，补水管线的另一端连通所述乏燃料水池外的海水或河水。首先，热管回路、补水管线均连通乏燃料水池外的海水或河水，不以其它冷却水作为主要的排热手段，因此无需设置较大的水箱，系统结构简单；其次，该热管回路基于自然循环原理工作，因此能够非能动地将乏燃料水池内的热量传递到海水或河水中，实现乏燃料水池的长期余热导出，而事故工况导致乏燃料水池内的水位下降时，补水管线能够非能动地进行补水。因此，本发明非能动乏燃料水池冷却及补水系统无需动力维持，不会因失电事故而导致不可用，系统可靠性高，尤其对于全场断电工况的防护能力强，从而提高核电厂的安全性和经济性。
附图说明
图1是本发明非能动乏燃料水池冷却及补水系统一角度的剖视图。
图2是本发明非能动乏燃料水池冷却及补水系统另一角度的剖视图。
图3是本发明非能动乏燃料水池冷却及补水系统的一状态示意图。
图4是本发明非能动乏燃料水池冷却及补水系统的另一状态示意图。
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。
首先参看图1-2所示，本发明的非能动乏燃料水池冷却及补水系统100，用于非能动地导出乏燃料水池200内的衰变热，能满足乏燃料水池200的长期衰变热导出；且在事故工况下能够非能动地对乏燃料水池200进行补水。其中，乏燃料水池200为乏燃料组件210提供了一个贮存空间，其为钢筋混凝土结构，内壁设有不锈钢钢覆面；正常工况下，乏燃料水池200中具有含硼水，乏燃料组件210淹没于含硼水的液面以下。
另外，本发明利用河流300中的河水或大海300中的海水作为排热手段，且，乏燃料水池200内的水位比海水或河水的水位低。由于海水或河水的温度变化较小，因此换热效果更好；同时，不需要建造较大的水箱，从而使系统结构简单。
具体地，所述非能动乏燃料水池冷却及补水系统100包括至少一组热管回路110及至少一组补水管线120。其中，热管回路110的一端容置于乏燃料水池200内，热管回路110的另一端容置于乏燃料水池200之外的海水或河水中，且热管回路110内形成导热循环通道。补水管线120的一端容置于乏燃料水池200外的海水或河水中并形成入口端，补水管线120的另一端密封地贯穿乏燃料水池200并形成出口端。且，热管回路110及补水管线120的运行均无需动力，因此，使系统100不会因失去电源或因动力泵故障等事故而导致乏燃料水池200的衰变热无法导出。
再次参看图1所示，所述热管回路110包括蒸发换热器111、上升管112、冷凝换热器113、下降管114及低沸点介质。其中，蒸发换热器111容置于乏燃料水池200内，并淹没于含硼水的液面以下，且蒸发换热器111位于乏燃料组件210的上方；因为乏燃料水池200的上部水温较高，蒸发换热器111设置在乏燃料水池200内的较高部位，可达到较好的冷却效果。
冷凝换热器113容置于乏燃料水池200之外的海水或河水中，且冷凝换热器113的位置高于蒸发换热器111的位置，以实现热管回路110的自然循环。而将冷凝换热器113浸润于海水或河水中，换热系数高。
上升管112密封地贯穿乏燃料水池200且两端分别连通蒸发换热器111的出口、冷凝换热器113的入口。下降管114密封地贯穿乏燃料水池200且两端分别连通冷凝换热器113的出口、蒸发换热器111的入口。低沸点介质充满由蒸发换热器111、上升管112、冷凝换热器113、下降管114所形成的导热循环通道，并在导热循环通道内流动。
本发明中，热管回路110为热管式系统，换热效果可根据乏燃料水池200的状况变化，若乏燃料水池200的温度上升，热管回路110的换热效果会随温差的增大而变得更好，从而满足更大换热功率的需求。
继续参看图1所示，蒸发换热器111的入口位于其下端，蒸发换热器111的出口位于其上端。冷凝换热器113的入口位于其上端，冷凝换热器113的出口位于其下端。这样的结构设置，当蒸发换热器111中的低沸点工质受热蒸发后，其向上运动而通过蒸发换热器111的出口进入上升管112，并沿上升管112进入设在海水或河水中的冷凝换热器113，在冷凝换热器113中冷凝换热，将热量传递给海水或河水，冷凝后的低沸点工质经冷凝换热器113的出口沿下降管114返回蒸发换热器111，形成自然循环。基于自然循环原理，利用低沸点工质相变换热(蒸发和冷凝)，因此可完全不依赖交流电源，实现乏燃料水池200的长期余热导出，满足衰变热的日常导出；即便是断电事故，对乏燃料水池200的长期冷却也无影响，从而提高核电厂的安全性，尤其是对于全场断电工况的防护能力。
下面参看图2所示，补水管线120包括管道121、隔离阀122、取水过滤器123及补硼箱124。其中，管道121的一端容置于乏燃料水池200外的海水或河水中并形成入口端，取水过滤器123固定于该管道121的入口端，且取水过滤器123容置于海水或河水中；管道121的另一端密封地贯穿乏燃料水池200并形成出口端；同时管道121上设有多个隔离阀122，隔离阀122可手动或自动打开。
另外，补硼箱124的位置高于管道121，其底部连通管道121，补硼箱124内具有浓硼，可根据需要将浓硼与管道121内的海水或者河水混合，再注入到乏燃料水池200中，防止因补水而导致乏燃料水池200的硼浓度稀释。
下面参看图2-4所示，对本发明非能动乏燃料水池冷却及补水系统100的工作原理进行说明。
首先参看图3，热管回路110运行时，蒸发换热器111里面的低沸点介质自动吸收含硼水的热量，蒸发换热器111内的介质达到沸点后蒸发成气体，该气体经上升管112进入冷凝换热器113，在冷凝换热器113内被海水或河水冷凝成液体，该液体通过下降管114往下流动，最后返回蒸发换热器111。由于密度差的驱动，整个热管回路110形成自然循环，其运行无需动力泵或者其他动力部件维持，因此，即便是断电事故对乏燃料水池200的长期冷却也无影响。
参看图4所示，在热管回路110运行过程中，乏燃料水池200中的含硼水由于蒸发换热器111的冷却，密度变大，因此往下沉以冷却下面的乏燃料组件210；而含硼水吸收了乏燃料组件210的衰变热后，温度上升，密度变小，从而往上流动，因此，乏燃料水池200中也形成自然循环。
由上述过程可知，系统可在正常工况下将乏燃料组件210的衰变热导出。而当乏燃料水池200因某种原因导致水温上升时，由于乏燃料水池200与外部河水或者海水的温差变大，热管回路110的换热效果会随温差的增大而变得更好，换热能力自动提高，满足事故工况的换热需求。
再参看图2所示，当乏燃料水池200内由于蒸发等原因而导致水位下降，且将影响蒸发换热器111的运行时，可以手动或者自动打开非能动补水管线120的隔离阀122，由于乏燃料水池200的水位比其外面的海水或河水的水位低，故海水或河水将通过管道121被自动引入到乏燃料水池200中，以保持乏燃料水池200的水位，保证乏燃料水池200的非能动冷却能力。在引入海水或河水的同时，补硼箱124内的浓硼通过管道121注入乏燃料水池200，防止乏燃料水池200内的含硼水的硼浓度下降。
由于本发明的非能动乏燃料水池冷却及补水系统100，包括至少一组热管回路110及至少一组补水管线120；其中，热管回路110的一端容置于乏燃料水池200内，热管回路110的另一端容置于乏燃料水池200外的海水或河水中，且热管回路110内形成导热循环通道；补水管线120的一端密封地贯穿乏燃料水池200，补水管线120的另一端连通乏燃料水池200外的海水或河水。首先，热管回路110、补水管线120均连通乏燃料水池200外的海水或河水，不以其它冷却水作为主要的排热手段，因此无需设置较大的水箱，系统结构简单；其次，该热管回路110基于自然循环原理工作，因此能够非能动地将乏燃料水池200内的热量传递到海水或河水中，实现乏燃料水池200的长期余热导出，而事故工况导致乏燃料水池200内的水位下降时，补水管线120能够非能动地进行补水。因此，本发明非能动乏燃料水池冷却及补水系统100无需动力维持，不会因失电事故而导致不可用，系统可靠性高，尤其对于全场断电工况的防护能力强，从而提高核电厂的安全性和经济性。
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 (11)
1.一种非能动乏燃料水池冷却及补水系统，用于导出乏燃料水池内的衰变热并能对其进行补水，其特征在于：包括
至少一组热管回路，所述热管回路的一端容置于所述乏燃料水池内，所述热管回路的另一端容置于所述乏燃料水池外的海水或河水中，且所述热管回路内形成导热循环通道；及
至少一组补水管线，所述补水管线的一端密封地贯穿所述乏燃料水池，所述补水管线的另一端连通所述乏燃料水池外的海水或河水。
2.如权利要求1所述的非能动乏燃料水池冷却及补水系统，其特征在于：所述热管回路包括
蒸发换热器，所述蒸发换热器容置于所述乏燃料水池内；
冷凝换热器，所述冷凝换热器容置于所述乏燃料水池外的海水或河水中，且所述冷凝换热器的位置高于所述蒸发换热器的位置；
上升管，所述上升管密封地贯穿所述乏燃料水池且两端分别连通所述蒸发换热器的出口、所述冷凝换热器的入口；
下降管，所述下降管密封地贯穿所述乏燃料水池且两端分别连通所述冷凝换热器的出口、所述蒸发换热器的入口；及
低沸点介质，所述低沸点介质在所述蒸发换热器、所述上升管、所述冷凝换热器、所述下降管形成的所述导热循环通道内流动。
3.如权利要求2所述的非能动乏燃料水池冷却及补水系统，其特征在于：所述乏燃料水池中具有含硼水，所述蒸发换热器淹没于所述含硼水中。
4.如权利要求2所述的非能动乏燃料水池冷却及补水系统，其特征在于：所述蒸发换热器的入口位于其下端，所述蒸发换热器的出口位于其上端。
5.如权利要求2所述的非能动乏燃料水池冷却及补水系统，其特征在于：所述冷凝换热器的入口位于其上端，所述冷凝换热器的出口位于其下端。
6.如权利要求2所述的非能动乏燃料水池冷却及补水系统，其特征在于：所述蒸发换热器位于所述乏燃料水池内的乏燃料组件的上方。
7.如权利要求1所述的非能动乏燃料水池冷却及补水系统，其特征在于：所述乏燃料水池内的水位低于所述乏燃料水池外的海水或河水的水位。
8.如权利要求1所述的非能动乏燃料水池冷却及补水系统，其特征在于：所述补水管线包括一管道，所述管道的一端密封地贯穿所述乏燃料水池，所述管道的另一端容置于所述乏燃料水池外的海水或河水中。
9.如权利要求8所述的非能动乏燃料水池冷却及补水系统，其特征在于：所述补水管线还包括取水过滤器，所述取水过滤器容置于所述乏燃料水池外的海水或河水中并固定于所述管道的端部。
10.如权利要求8所述的非能动乏燃料水池冷却及补水系统，其特征在于：所述补水管线还包括补硼箱，所述补硼箱的位置高于所述管道并连通所述管道。
11.如权利要求8所述的非能动乏燃料水池冷却及补水系统，其特征在于：所述补水管线还包括设于所述管道上的多个隔离阀。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
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