CN106448774B - 核电厂最终热阱系统 - Google Patents

核电厂最终热阱系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种核电厂最终热阱系统，包括至少一个用于非安全级用户的非安全系列，以及至少一个用于安全级用户的安全系列，非安全系列和安全系列包括设备冷却水系统和厂用水系统，厂用水系统包括冷却泵组和换热器组，每个系列的厂用水系统均成组配置冷却水池和冷却塔组，冷却水池位于冷却泵组上游，冷却塔组分别与换热器组出水口和冷却水池连接；冷却水池上游设有与外部水域连通的补水池，每个系列的冷却水池分别与补水池连通。本发明为核电站提供高度可靠的水源，以大气为最终热阱，最大限度地减少外部水文气象条件变化的影响，从而起到抵抗外部极端条件的能力强、系统配置简单、运行操作和维护成本低的目的。

Description

核电厂最终热阱系统
技术领域
本发明属于核电技术领域，更具体地说，本发明涉及一种核电厂最终热阱系统。
背景技术
目前为止，国际上已有因外部突发气象水文条件如地震、海啸等导致核电站机组失去厂外电，此时若应急电源(柴油发电机)失效，必将导致反应堆冷却系统的功能全部丧失并引发事故，发生核泄漏事故。这类事件引发了关于最终热阱系统设计的思考。除了全厂断电事故之外，类似强地震引发的海啸可能将大量杂物堆向海边，使得厂用水系统取水口堵塞，从而发生丧失最终热阱事故。
在核电厂设计过程中发现，若核电厂地处位置冬季海水温度极低，有较长的冰冻期；上游用户数量多，投运状态千差万别，使得热负荷和流量变化范围大，最终热阱系统难以控制；尽管通过系统级改进，使得最终热阱系统可以正常运行，但增加的大量设备和控制、运行要求使得最终热阱系统复杂化。
请参照图1所示，现有最终热阱系统包括用于上游安全级用户10的第一安全系列和第二安全系列、一个用于非安全级用户20的公共非安全系列，安全系列和非安全系列包括设备冷却水系统(CCWS)和厂用水系统(SWS)，厂用水系统包括冷却泵组50、过滤器组60和换热器组40，冷却泵组50通过水管直接与大海70连通，冷却水经过滤器组60和换热器组40排至大海70，设备冷却水系统包括CCWS循环泵组30和管路，经用户后的热水在管路中通过换热器组40降温后继续对用户进行冷却，此系统中厂用水系统与循环水系统共用取排水的设计。
这种最终热阱系统当其中一个独立安全系列失效时，另一个独立安全系列可以将热量排出到环境中，虽然考虑到了第二代(包括二代加)核电厂技术设计基准范围内的事故工况设计要求，但是依然存在超出第二代(包括二代加)核电厂技术设计基准的外部事件序列的可能性。在全场断电事故叠加丧失最终热阱的事故下，这种最终热阱系统将完全失效，在大规模赤潮出现或台风导致大量泥沙涌入的情况下，取水构筑物被壅塞，即便配置了过滤器组，也仍然可能迅速被堵塞，同样造成最终热阱系统完全失效。
在极端寒冷或极端炎热地区的厂址，由于SWS系统与CWS系统共用取排水的设计，并且CWS系统流量远超过SWS系统、运行周期与SWS系统存在明显差异，因此作为非安全级的CWS系统反而对最终热阱系统造成直接影响；而且由于用户数量繁多，启停规律不统一，造成工况繁多，热负荷和流量变化范围巨大，难以实施简单的控制方案，造成最终热阱系统设计包络范围过大，运行方案复杂，提高了核电厂运行成本，对核电厂安全性有负面影响。
有鉴于此，确有必要提供一种高度可靠且足够简化的核电厂最终热阱系统。
发明内容
本发明的发明目的在于：提供一种高度可靠且足够简化的核电厂最终热阱系统。
为了实现上述发明目的，本发明提供一种核电厂最终热阱系统，包括至少一个用于非安全级用户的非安全系列，以及至少一个用于安全级用户的安全系列，所述非安全系列和安全系列包括设备冷却水系统和厂用水系统，所述厂用水系统包括冷却泵组和换热器组，其中，每个系列的厂用水系统均成组配置冷却水池和冷却塔组，所述冷却水池位于冷却泵组上游，冷却塔组分别与换热器组出水口和冷却水池连接；冷却水池上游设有与外部水域连通的补水池，每个系列的冷却水池分别与补水池连通。
作为本发明核电厂最终热阱系统的一种改进，所述厂用水系统还包括分别与补水池和外部水域连通的沉淀水池。
作为本发明核电厂最终热阱系统的一种改进，所述沉淀水池与外部水域之间设有过滤装置。
作为本发明核电厂最终热阱系统的一种改进，所述沉淀水池通过至少一个补水渠与补水池连通。
作为本发明核电厂最终热阱系统的一种改进，所述冷却水池与补水池连通的管道，以及补水渠与补水池连通的管道上设有闸门。
作为本发明核电厂最终热阱系统的一种改进，所述安全系列还包括一与换热器组出水口连接并直接通向外部水域的应急排水通道。
作为本发明核电厂最终热阱系统的一种改进，所述最终热阱系统包括一个用于冷却非安全级用户的非安全系列以及两个用于冷却安全级用户的安全系列。
作为本发明核电厂最终热阱系统的一种改进，所述最终热阱系统包括两个用于冷却非安全级用户的非安全系列以及四个用于冷却安全级用户的安全系列，用于热负荷大的机组。
作为本发明核电厂最终热阱系统的一种改进，所述安全系列中将安全级用户分为事故缓解组、正常停堆组和乏燃料冷却组，所述安全系列可单独为事故缓解组、正常停堆组和乏燃料冷却组提供冷却。
作为本发明核电厂最终热阱系统的一种改进，在机组处于正常运行工况时，所述安全系列带载正常停堆组和乏燃料冷却组，隔离事故缓解组。
作为本发明核电厂最终热阱系统的一种改进，发生事故的工况时，所述安全系列带载事故缓解组和乏燃料冷却组，隔离正常停堆组。
作为本发明核电厂最终热阱系统的一种改进，所述非安全系列中的冷却泵组、换热器组和冷却塔组均满足非安全级的要求。
作为本发明核电厂最终热阱系统的一种改进，所述安全系列中的冷却泵组、换热器组和冷却塔组均满足安全级的要求。
作为本发明核电厂最终热阱系统的一种改进，所述安全系列配备有相互独立的厂用电源、应急电源和独立电源。
相对于现有技术，本发明核电厂最终热阱系统具有以下有益技术效果：
通过用户分类，可以灵活应对多变的热负荷和用户变化；通过独立可靠的水源，可以消除外部水域水位变化的影响、减小外部水温随季节变化的影响；通过设置沉淀水池、取水渠和补水池，取消一些应对外部条件变化的设备、减少设计边界条件的变化范围；以大气为最终热阱，外部公开水域作为后备热阱，最大限度地减少外部水文气象条件变化的影响，从而起到抵抗外部极端条件的能力强、系统配置简单、运行操作和维护成本低的目的。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电厂最终热阱系统进行详细说明，其中：
图1为现有技术中最终热阱系统的示意图。
图2为本发明核电厂最终热阱系统的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
请参照图2所示，一种核电厂最终热阱系统，包括一个用于冷却非安全级用户的非安全系列和两个用于冷却安全级用户的安全系列。
安全级用户分为事故缓解组100、正常停堆组110和乏燃料冷却组120三类，安全系列A和安全系列B可分别单独对事故缓解组100、正常停堆组110和乏燃料冷却组120进行冷却，在机组处于正常运行工况时，安全系列带载正常停堆组110和乏燃料冷却组120，隔离事故缓解组100，发生事故的工况时，安全系列带载事故缓解组100和乏燃料冷却组120，隔离正常停堆组110。事故缓解组100和正常停堆组110是热负荷和冷却流量可以相互耦合的用户，非安全级用户200则与机组安全无关，从而使得最终热阱系统的中央换热设备规模缩小，而且通过用户分类设置，可以灵活应对多变的热负荷和用户变化，因此核电厂最终热阱系统的热负荷设计将会得到简化。
安全系列A和安全系列B组成相同，包括设备冷却水系统和厂用水系统，设备冷却水系统包括循环泵组300和管道，对安全级用户进行冷却，通过循环泵组300使冷却水在系统内循环，对用户进行冷却后的冷却水水温升高，通过管道经厂用水系统的换热器组400将热量释放温度下降后，再用于对用户的冷却。
厂用水系统包括冷却泵组500和换热器组400，每个安全系列都成组配置有冷却水池700和冷却水塔组600，两个冷却水池700共用一个补水池800，补水池800为冷却水池700的主要水源，冷却泵组500直接从冷却水池700中取水，冷却塔组600与换热器组400的出水口连接并与冷却水池700连通。
厂用水系统还包括分别与补水池800和外部水域900连通的沉淀水池810。
沉淀水池810与外部水域900之间设置有过滤装置，以除去水中较大的异物，沉淀水池810通过两个补水渠820与补水池800连通，控制沉淀水池810和补水渠820中的水流速度，从而使水中较小的异物能得以沉淀。
冷却水池700通过补水池800补水，补水池800中蓄有足够水量，并且与外部水域900之间有足够的保护措施，在任何情况下均可以为冷却塔组600长时间提供冷却水。
其中冷却水池700与补水池800连通的管道，以及补水渠820与补水池800连通的管道上都安装有闸门830，这样冷却水池700可以从补水池800中取水，也可通过关闭闸门830与补水池800隔离而独立；补水池800与补水渠820之间安装闸门830，在水质异常的情况下，可通过关闭闸门830隔离补水渠820及其之外的水域，使补水池800相对于外部水域900成为一个独立的水源。
冷却水从外部水域900进入沉淀水池810后进行沉淀，经由补水渠820进入到补水池800中并达到一定存储量，补水池800为冷却水池700供应冷却水，冷却泵组500直接从冷却水池700中取水，经换热器组400对设备冷却水系统进行冷却后，水的温度上升进入冷却塔组600，通过冷却塔组600向大气散热，以大气为常规最终热阱，热量释放后的水再回到冷却水池700中。
冷却塔组600以机组正常运行的热负荷为单位，每个单位设整数台冷却塔；中央换热器组以机组正常运行的热负荷为单位，每个单位设整数台换热器组400，从而保证冷却能力可以灵活调节。
由于冷却水源经过沉淀池810和补水渠820的沉降作用，补水池800不必设置滤网、水生物捕集器等过滤设备，由于补水池800为主要水源，因此外部水位的影响可以消除；而且补水池800水质变化影响小于外部水域900，因此厂用水系统的设备堵塞程度变化范围也将大幅度缩小，可以适当降低中央换热器设计的裕度。沉淀水池810、补水渠820和补水池800的设置，取消了一些应对外部条件变化的设备、减少设计边界条件的变化范围，从而起到抵抗外部极端条件的能力强、系统配置简单、运行操作和维护成本低的目的。
此外，在寒冷地区，换热器组400出水口出来的热水也可以不经过冷却塔组600回流到冷却水池700，从而使得在寒冷地区运行的水源温度不至于过低。
冷却水池700从补水池800中直接独立取水，补水池800通过沉淀水池810和补水渠820从外部水域900补水，补水池800具有一定存水量，在失去补水的情况下可以独立的为一个安全系列提供至少3个月冷却水源，保证在发生地震、海啸、赤潮、台风等极端气象的条件下的机组安全。安全系列A和安全系列B中的冷却泵组500、循环泵组300、换热器组400以及冷却塔组600均为安全级，满足安全系列的要求，即便发生大飞机撞击等严重外部事件的情况下，保证其中至少有一个安全系列可以正常运行。
厂用水系统还包括一条应急排水通道750，一端与换热器组400的出水口连接，另一端直接通向外部水域900，当安全系列A的冷却塔组600因外部事件失效，安全系列B因其他事件故障的条件下，可以打开取水通道和应急排水通道750，由失去冷却塔组600的安全系列A通过应急排水通道750直接将热水排出到外部水域900(如大海、湖泊、水库等)，以外部水域900作为应急备用最终热阱。
最终热阱系统的安全系列A和安全系列B均配备有相互独立的厂用电源、应急电源和独立电源。厂用电源提供机组正常运行用电，应急电源提供机组失去厂用电源时的供电，独立电源是在上述电源均失去的情况下的后备，用于抵御SBO(全厂断电事故)事故。
请参照图2所示，用于非安全级用户200的非安全系列包括设备冷却水系统和厂用水系统，其中，设备冷却水系统和厂用水系统与安全系列A和安全系列B的组成相同，非安全系列中各个设备均为非安全级要求。非安全系列的设备冷却水系统包括非安全级循环泵310和管道，对非安全级用户200进行冷却。
非安全系列的厂用水系统包括非安全级冷却泵组510和非安全级换热器组410，以及成组的非安全级冷却水池710和非安全级冷却水塔组610，非安全系列与安全系列共用补水池800、沉淀水池810、补水渠820和外部水域900。
冷却水从外部水域900经过滤装置后进入沉淀水池810后进行沉淀，经由补水渠820再进入到补水池800中并达到一定存储量，补水池800为非安全级冷却水池710供应冷却水，非安全级冷却泵组510直接从非安全级冷却水池710中取水，经非安全级换热器组410对设备冷却水系统进行冷却后，水的温度上升进入非安全级冷却塔组610，通过非安全级冷却塔组610向大气散热，以大气为常规最终热阱，热量释放后的水再回到非安全级冷却水池710中。
对于热负荷较大的机组，核电厂最终热阱系统还可包括四个安全系列和两个非安全系列，以满足需求。
结合以上对本发明的详细描述可以看出，相对于现有技术，本发明至少具有以下有益技术效果：
通过用户分类，可以灵活应对多变的热负荷和用户变化；通过独立可靠的水源，可以消除外部水域水位变化的影响、减小外部水温随季节变化的影响；通过设置沉淀水池、取水渠和补水池，取消一些应对外部条件变化的设备、减少设计边界条件的变化范围；以大气为最终热阱，外部公开水域作为后备热阱，最大限度地减少外部水文气象条件变化的影响，从而起到抵抗外部极端条件的能力强、系统配置简单、运行操作和维护成本低的目的。
根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (14)

1.一种核电厂最终热阱系统，包括至少一个用于非安全级用户的非安全系列，以及至少一个用于安全级用户的安全系列，所述非安全系列和安全系列包括设备冷却水系统和厂用水系统，所述厂用水系统包括冷却泵组和换热器组，其特征在于：每个系列的厂用水系统均成组配置冷却水池和冷却塔组，所述冷却水池位于冷却泵组上游，冷却塔组分别与换热器组出水口和冷却水池连接；冷却水池上游设有与外部水域连通的补水池，每个系列的冷却水池分别与补水池连通。
2.根据权利要求1所述的核电厂最终热阱系统，其特征在于：所述厂用水系统还包括分别与补水池和外部水域连通的沉淀水池，冷却水从外部水域进入沉淀水池后进行沉淀，经由补水渠进入到补水池中。
3.根据权利要求2所述的核电厂最终热阱系统，其特征在于：所述沉淀水池与外部水域之间设有过滤装置。
4.根据权利要求2所述的核电厂最终热阱系统，其特征在于：所述沉淀水池通过至少一个补水渠与补水池连通。
5.根据权利要求1所述的核电厂最终热阱系统，其特征在于：所述冷却水池与补水池连通的管道，以及补水渠与补水池连通的管道上设有闸门。
6.根据权利要求1所述的核电厂最终热阱系统，其特征在于：所述安全系列还包括一与换热器组出水口连接并直接通向外部水域的应急排水通道。
7.根据权利要求1所述的核电厂最终热阱系统，其特征在于：所述最终热阱系统包括一个用于冷却非安全级用户的非安全系列以及两个用于冷却安全级用户的安全系列。
8.根据权利要求1所述的核电厂最终热阱系统，其特征在于：所述最终热阱系统包括两个用于冷却非安全级用户的非安全系列以及四个用于冷却安全级用户的安全系列，用于热负荷大的机组。
9.根据权利要求1所述的核电厂最终热阱系统，其特征在于：所述安全系列中将安全级用户分为事故缓解组、正常停堆组和乏燃料冷却组，安全系列可单独为事故缓解组、正常停堆组和乏燃料冷却组提供冷却。
10.根据权利要求9所述的核电厂最终热阱系统，其特征在于：在机组处于正常运行工况时，所述安全系列带载正常停堆组和乏燃料冷却组，隔离事故缓解组。
11.根据权利要求9所述的核电厂最终热阱系统，其特征在于：发生事故的工况时，所述安全系列带载事故缓解组和乏燃料冷却组，隔离正常停堆组。
12.根据权利要求1所述的核电厂最终热阱系统，其特征在于：所述非安全系列中的冷却泵组、换热器组和冷却塔组均满足非安全级的要求。
13.根据权利要求1所述的核电厂最终热阱系统，其特征在于：所述安全系列中的冷却泵组、换热器组和冷却塔组均满足安全级的要求。
14.根据权利要求1所述的核电厂最终热阱系统，其特征在于：所述安全系列配备有相互独立的厂用电源、应急电源和独立电源。
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