CN106663477B - 用于核反应堆压力容器的被动减压系统 - Google Patents

Abstract

压力容器减压系统，其特征在于包括一个加压容器(1)，设置有开口弹簧(10)的气动致动器的主阀(8)，其一侧连接向所述加压容器(1)壳体里面的气体，另一侧连接大气，限定该开口弹簧(10)的预定机械压力，因此，当加压容器(1)内的压力比规定的弹簧机械压力更大，主阀(8)保持闭合，并且当加压容器(1)内的压力低于预定的机械压力，主阀(8)被打开，并且可以保持打开状态打开，允许容器中的加压气体(1)被排放到大气中它的主要操作的不需要任何外部电源，允许在事故情况下，适当地发挥其作用，甚至电力的全失的情况下。

Description

用于核反应堆压力容器的被动减压系统

本发明涉及一种用于核反应堆压力容器的减压系统，主要用于硼酸注水蓄能器，通常作为核反应堆安装的安全系统。

发明背景

即使经过很长一段时间停止核反应，核反应堆仍然会产生热量。该余热必须通过专门的冷却系统移除，以保持其完整性。如果热量无法散发出去，气温会上升至足以产生氢气的爆炸性环境，造成核心熔化，并且可能释放的放射性物质进入环境。

在总电功率损耗的情况下，保持芯的冷却的唯一方式是所谓的“自然循环”。这是一种物理过程，利用从反应堆流出的水与从蒸汽器管道返回的水的温度差，在冷却系统管道中创造流。蒸汽器是芯的热量被交换和提取到外部作为清洁蒸汽的位置。这种蒸汽可消散到大气中，避免了芯和外部环境的连接。

设计用于减轻事故的一些系统，其中常常包括反应堆硼酸注水系统。它们作用于恢复反应堆中的水位，以保持冷却，此外，保持水中的硼浓度，以确保有足够的停堆裕使反应堆不超过临界水平。

该系统由一个或多个含有一定量的硼酸水的蓄能器，并且有指定的氮气加压。这些蓄能器通过隔离阀(默认打开)和一个止回阀，被连接到反应器。

在普通情况下，在反应堆中的压力大于在蓄能器中的压力。在这些条件下，止回阀保持关闭，并且必须要注射。然而，当出现降压情况时，反应堆中的压力低于蓄能器中的压力，压缩氮气开始注硼酸水到反应堆中，直到硼酸水完全排空。一旦排空，操作人员必须关闭隔离阀，并停止注射。

当情况更为严重的时候，比如电力总损失，注射装备控制失效。这意味着，在反应堆得压力继续下降到一定值，压缩氮气进入反应堆冷却回路内。

冷却系统内的氮气对反应堆中的化学或放射活性活动没有任何不利影响。但是，由于氮是一种非冷凝气体，最后进到电路的较高部分，蒸汽器管子的顶部。非冷凝性气体的这种累积会导致自然循环流中断，这是向外散热唯一可用的途径。氮气极大地复杂了芯的冷却过程，并且可以大大地提高了芯熔化的可能性。

为了防止氮气接近反应堆和蒸汽器，只可以采取两个措施：

第一个措施是，当注水结束时，关闭连接蓄能器到反应堆的阀门。这种措施有几个缺点：这些阀通常打开的或者永久断开，以避免虚假闭合。这样就必须给下达闭合命令。然而，在没有电力的情况下，这是不可能关闭的。即使它可以由手提便携式系统来实现，但是隔离要是进行得过快，会使得硼酸水注射不完全，要是进行得过慢，氮气就会达到反应堆中。

第二种措施是，通过溢流阀的装置将氮气排放到大气。这种做法和上述措施有相同的缺点。

因此，显然需要一些自动系统来防止氮气进入反应堆，且不需要任何外部能源用于其操作。此外，该系统应能自动识别适当的操作时间。一方面，它允许无人操作，另一方面，它能最大限度地把冷却水注入到反应堆中，同时也确保氮气不进入反应堆系统。

专利US5309488A公开了一种应急反应堆冷却剂的存储装置，包括减压装置，可在适当的时间对存储装置减压，从而防止存储装置内的气体流入反应系统。

专利US4064002A公开了一种用于核反应堆的应急堆芯冷却系统，优选地，其在建造时主应急堆芯冷却系统对于核反应堆具有补充效果。在反应堆的主要冷却剂管路破裂，并因此造成反应堆冷却剂压力下降的情况下，罐或蓄能装置中的紧急补充冷却剂通过止回阀，供应到封头增压区域。

专利CH679880A5公开了一种用于核反应堆的致动密封分离阀，包括：将净空气压力施加到导气阀的柱塞上，其施力方向为使柱塞从第二位置移动到第一位置上，其中第二位置使阀的气缸端口与入口端口连通，第一位置为气缸端口与阀的出口端口连通。

发明说明书

首先，本说明书适用于核电厂是常用的安全系统，包括本发明。

本发明的用于核反应堆压力容器的减压系统，解决了上述的问题和缺点，并且具备下面描述的其他优点。

本发明中的用于核反应堆压力容器的减压系统，设置有开口弹簧和气动致动器的主阀，可以在一侧连接到填充有气体的加压容器中，在另一侧连接大气中。这个弹簧有一个预设的机械压力，因此，当加压容器内的压力大于预定的机械压力时，主阀保持关闭，当加压容器内的压力比预设的弹簧机械压力的低时，主阀门打开，并保持打开状态，允许加压容器减压至大气中。

更好的是，根据本发明中的用于核反应堆压力容器的减压系统，还可以设置连接在加压容器和主阀之间的电磁阀，并且还可以设置至少连接加压容器和主阀之间的手动阀。

有利的是，根据本发明中的用于核反应堆压力容器的减压系统，也可设置气动线路来连接该主阀的输出口，利用连接到该加压容器中的出口处带隔离阀致动器的齿轮气动马达，利用多余气体关闭阀门，以防止气体侵入电路。

作为一个可替代物，具有比基础系统更显著的操作优势，这个主阀它包括：

-可连接到加压容器；

-一个压力室，是加压容器中的气体积累处；

-压力室配有一个压力截流件，与该开口弹簧相连接；以及

至少一个气体出口，当加压室内的压力超过预定的机械压力，截流件会利用开口弹簧的作用切断加压室和气体出口之间的连接。而当加压室内的压力小于所述预定机械压力时，压力室会连接气体出口，允许加压容器中的气体被排放到大气中。

更优的是，加压室配置有一个浮子，在液体进入加压室情况下，用于切断加压容器与气体出口的连接。

此外，本发明中的用于核反应堆压力容器的减压系统，还配有与闭合弹簧相关联的第二活塞，通过空气注入第一空气入口的方式，关闭加压容器和气体出口的连接。并且还配有与第三弹簧相关的开口活塞，通过空气注入第二空气入口的方式，打开加压容器和气体出口的连接。

此外，根据本发明中的用于核反应堆压力容器的减压系统，还配置与截流件和开口弹簧相关联的螺纹圆盘，所以截流件的相对位置限定了由开口弹簧施加的预设机械压力。

更优的是，根据本发明中的用于核反应堆压力容器的减压系统，还在壳内的放置多个部件，在这些部件中还放了一些置于螺钉的螺纹孔。这些螺钉是可以调整这些部分的相对位置的。彼此之间是螺纹的倍数的距离。

根据本发明的用于核反应堆压力容器的减压系统，至少具有以下优点：

它的主要操作不需要任何外部电源，在事故发生时可以发挥其作用，甚至在毫无电力的情况下；

只有当所有的硼酸水被注入时，系统恢复会在何时时机进行操作，并防止气体进入反应器电路，操作自动执行，无需人工辅助；

在正常操作期间，考虑到主阀可能安装在难以进入的区域。允许远程定位并通过外部空气压力的装置打开或关闭主阀；

当压缩空气不可用时，手动定位功能仍然是可用的，通过一些简单的机械推动开启或闭活塞；

-它的简单坚固的设计，尤其在物质替代方案方面，其组成部件具备高可靠性，这是在核电厂安全系统所要求的；

-这个简单的设计也方便了装置的保养，因为它的组成部件可以很容易被拆解，可以在它们的表面做完整充分的检验。调整方便，操作便利；

它很容易被安装在现有设施上，因为它仅需要被连接到输出手动排气阀，蓄能器的安装处。并且本发明呈现体积小和重量轻的特质。这些通常是核领域的地震研究所需考虑到变量。

附图的简要说明

为了更好地理解上述内容，附上一些图纸，其中仅作为非限制性实施例，以及两个具体的实际案例。

图1是典型核电厂中使用的安全注入贮液器的系统图，其包括本发明，符合第一个具体案例。

图2 是典型核电厂中使用的安全注入贮液器的系统图，其包括本发明，符合第二个具体案例。

图3是壳体的剖视图，符合第二个具体案例。在其内，明确主阀。

第一个具体案例说明。

如在图1中可以看出，根据本发明，其中用于核反应堆压力容器的减压系统安装于电路，配置加压容器1，也叫蓄电池(储能器)，它是含有硼酸的水的容器，由气体加压，例如氮气。该电路还包括在蓄电池(储能器)1中的过压安全阀 2；蓄电池(储能器)1和反应器(在图中未显示)之间的隔离阀3；止回阀4防止从反应器中冷却液向蓄电池(储能器)1逆流；和一个阀门5，用于吸入/排出气体到蓄电池(储能器)1。

应该要注意的是，这些前述的元件被示出在附图，加以描述的是为了提高对系统的操作的理解，它们通常与本发明一起出现。但这些元素不是本发明的一部分。根据本发明中用于核反应堆压力容器的减压系统包括一个主阀8，致动器或活塞，和可调机械压力的开口弹簧(未在该图中示出)，所以当在致动器没有压力时，阀门自动处于打开状态。

本发明中用于核反应堆压力容器的减压系统，更优的是还包括一个三通电磁阀7，所以，当电磁阀7通电，点a和c之间的液体流动，当电磁阀7不通电时，点b和c之间液体流动。根据需求，可以添加附加电磁阀来打开或关闭阀门。它的最低配置，电磁阀点b和c之间可以直接被管代替。

本发明中用于核反应堆压力容器的减压系统还包括两个手动隔离阀6a和6b，用于将将减压系统从主电源线隔离。

作为附加的功能，可以安装一个气动管线9，供应废气到气动马达M，面向阀门3的致动器，这使得阀门可以紧急关闭。

第一个具体案例的操作。

该系统的操作的重点是阀8和，其气动执行器及开口弹簧之间。它们之间，对立的条件是：弹簧具有预定的机械力Fa试图打开阀门。为抵抗这样的力，气动执行器施加闭合力Fc，它被供给的压力与其他变量之间它是独立的。当这种压力高于一定值时，这将是Fc的>Fa，阀门将无限期地保持关闭。

当有事故的情况下，当蓄电池(储能器)1开始注射自之后，伴随着硼化水的减少，气体压力将逐渐减小。压力将达到一个较低值时，注射已经完成，并且在蓄电池(储能器)1没有更多的硼酸水。

然后，压力应变成Fa>Fc,开口弹簧开始打开阀门8。在刚刚开始后，正面反弹将完全打开主阀8，由于阀门越被打开，致动器将被更减压，而弹簧将有更多的力来打开阀门。

其效果是蓄电池(储能器)1的完整减压，防止气体能够到达反应堆冷却回路。如果在阀3有气动马达M，抽空的气体可以足够关闭隔离阀3，这让系统处于在一个更安全的状态。

三通电磁阀7用以蓄电池(储能器)的完整减压后的恢复初始配置工作。在这些条件下，主阀8保持打开，通过阀5防止蓄电池(储能器)1在此注满。

关闭主阀8，必要启动三通电磁阀7，并且打开气体供给，通过a-c管道达到致动器，这样，主阀8被再次关闭，现在蓄电池(储能器)1可以再次通过阀5 加压。这也可以通过手动关闭阀6b来实现。

蓄电池(储能器)工作压力完成，三通电磁阀7对齐导管b-c去磁，系统已经可以重新再被使用。

第二具体案例说明。

根据本发明，图2和3所示为用于核反应堆压力容器的减压系统的第二具体案例。

在这个案例，壳体80内配备了主阀8。如图3中，并如下所述。

如图2 ，在隔离阀6b安装后，壳体80以相同的方式被安装。在此案例中，电磁阀不被需要，而在那个位置，它可以是简单的管，置于壳体80进气阀5的致动器和第一输入空气口200之间。这连接表明，当进气阀5打开时，在壳体80 的主阀8被设定，同时关闭。如下所述。可以通过一个附加的电磁阀的装置，作为一个独立的控制使用(与进气阀5不同)。

图3，详细展示出了壳体80内的元件。

这壳体80包括一个到蓄能器100的连接，允许气体进入到加压室20。该加压室20可以承受蓄能器1相同的内部压力。

在其上侧，围绕其轴线，有一个合型缸60和一截流元件30，通过它们之间的O 形环的装置用于关闭舱室。封闭区后，截流件30具有一些通向一个中心管的小孔。

合型缸60还具有截流件30的指导作用，并且还用作活塞70的密封表面。还有一个附加功能，即作为截流件30的行程的限制端。

这个案例里，可以被认为截流件30，开口弹簧10和调整盘90，执行和第一案例的主阀8的相同的功能。此调整盘90通过螺纹与截流件30接合连结。

还有一部件110，是开口幕弹簧10的底座和壳体，这种开放弹簧10可以推下调整盘90和截流元件30。这部件110由部件120和部件130保持着，它们由螺钉140锁定。其大小和位置足以达到正确的工作点，以打开弹簧10，和关闭截流件30的开启行程。

如在图3所示，壳体80配有一个连到中心体210的上壳体170，两者通过在之间的螺纹连接。因此，上壳体170保护该系统的内部元件。

在元素170内部，有一个活塞组件，用于无条件打开截流件30。在元件210的底部，还有另一个活塞，用于到无条件关闭截流件30。

壳体80还包括一个下部主体220与到主体210连接。此下部主体220限定了的压力室20。下主体220和主体210之间的可以用不同的方式来连接，但优选的案例是通过在两者之间的O形环和足够螺钉作为凸缘状密封。这些螺钉和O 形环在图3中未示出。

在压力室20的底侧，有一个空心制成的浮子装置40，或填充有低密度和高强度的材料。在加压室20的底侧，有螺纹排气塞50，配其相应的O形环，它可以用来降压腔室20，可以在该系统的校准期间提供压力的点。

第二个具体案例的操作。

减压系统的操作，根据第二案例，解释如下。当加压室20有足够的压力，这个压力抵消截流件30施加的向上力Fc，并抵消了由关闭元件30的重量施加Fa 以及调整盘90，加上打开弹簧10施加的力。同时的Fc>Fa，在压力室20中不断的较高的压力无限期地关闭阀门。

在事故情况下，储能器1硼酸水抽空，气体将膨胀，储能器1压力将降低。当所有的硼酸水已经离开储能器1时，它将保持剩余压力。这个残压不能抵消的开口弹簧10的力，位移到截流件30的底部。因此，气体将通过其孔和中心腔，并最终通过出口端口180，直到蓄能器1总减压至大气压的。

一旦达到这种状态，截流件30保持其低部位置，系统开通。截流件30只能由压力室20的再加压返回到其向后位置，并通过第一入口或通过其它机械推力 200注入加压空气致动活塞70。然后，活塞70滑动到顶部，向上推调整盘90，直到将截流件30推到顶部位置，关闭阀门。

第一入口200的减压后，通过第二弹簧80，截止活塞70返回到其默认状态。当被要求需要维修或其他操作的原因，开口活塞150可以无条件打开阀门，给储能器1减压。这可以在加压空气通过的第二输入190注入时操作。然后，只需将压力室20通向空气出口180的通道打开，活塞150倒推部件110，开口弹簧10，盘90和截流件30，。

一旦减压，第三弹簧160回到活塞150到其默认位置。相同的开口效果可用机械来实现，代替空气压力，可以用足够长度的简单螺纹螺钉，或从同一空气入口 190使用其它推动元素来推动活塞150。

截流件30和调节盘90之间的相对位置，是由旋转一两次获得的，它确定了系统将启动时，打开弹簧10的机械压力，和加压室20的压力。

为方便部件120，部件130以及之主体210间的相对定位，一些螺纹螺钉140 放置于部件120，部件130以及之主体210间。这种固定方式，允许这些元素的精确定位，彼此之间是螺纹的倍数的距离。

最后，在止回阀4的故障的情况下，浮子40具有关闭阀的功能，在它们的减压后，这个开阀可能成为反应器冷却剂的一个泄漏点。

浮子40的操作是自主的并简单地自动浮在泄漏制冷剂上。一旦达到上限，压力内外之间的简单差，保持阀关闭，由于在浮子的上侧的空腔，在其打开位置足狗放置整个截流件30。

虽然参照本发明的展示了两个经典案例，很明显对本领域的技术中，容易该减压系统描述作出许多变化和修改，并且提到的所有细节都可以用其它等价技术替换，只要不超出被追加索赔所确定的保护范围。

Claims (10)

1.用于核反应堆压力容器的减压系统，其特征在于包括一个加压容器(1)，设置有开口弹簧(10)的气动致动器的主阀(8)，其一侧连接向所述加压容器(1)壳体里面的气体，另一侧连接大气，限定该开口弹簧(10)的预定机械压力，因此，当加压容器(1)内的压力比规定的弹簧机械压力更大，主阀(8)保持闭合，并且当加压容器(1)内的压力低于预定的机械压力，主阀(8)被打开，并且可以保持打开状态，允许加压容器(1)中的气体被排放到大气中。

2.根据权利要求1所述的用于核反应堆压力容器的减压系统，包括至少一个电磁阀(7)连接在加压容器(1)和主阀(8)之间。

3.根据权利要求1所述的用于核反应堆压力容器的减压系统，特征在于，至少一个手动阀增压系统(6A，6B)连接在加压容器(1)和主阀(8)之间。

4.根据权利要求1所述的用于核反应堆压力容器的减压系统，包括连接主阀(8)的输出口与隔离阀(3)的气动马达(M)的气动管线(9)，所述隔离阀(3)连接加压容器(1)的输出口。

5.根据权利要求1所述的用于核反应堆压力容器的减压系统，其中，壳体(80)限定的主阀(8)包括：

-一个到加压容器(1)连接件(100)；

-一个加压室(20)，加压容器(1)中的气体在此积累；

-一个截流件(30)，用于接收从加压室(20)中的气体压力，而且它与开口弹簧(10)相关联；以及

--至少一个气体出口(180)，因此，当加压室(20)内的压力比从开口弹簧(10)的预定的机械压力更大；由于开口弹簧(10)的作用，截流件(30)关闭加压室(20)和气体出口(180)之间的连接，而当该加压室(20)内的压力低于开口弹簧(10)的预定机械压力，所述开口弹簧(10)使截流件(30)与阀座分离，使加压室(20)与气体出口(180)连通，气体从加压容器(1)离开并被排放到大气中。

6.根据权利要求5所述的用于核反应堆压力容器的减压系统，所述加压室(20)包括一个浮子(40)；当流体进入所述加压室(20)时，所述浮子(40)关闭所述加压容器(1)与气体出口(180)的连接。

7.根据权利要求5所述的用于核反应堆压力容器的减压系统，包括一个与第二弹簧(80)相接的封闭活塞(70)，其通过向第一空气入口(200)注入空气的方式，关闭加压容器(1)与气体出口(180)的连接。

8.根据权利要求5所述的用于核反应堆压力容器的减压系统，包括与第三弹簧(160)相接的开口活塞(150)，其通过向第二进气口(190)注入空气的方式，用于连接加压容器(1)与气体出口(180)。

9.根据权利要求5所述的用于核反应堆压力容器的减压系统，包括一个与开口弹簧(10)和截流件(30)相接的调整盘(90)，且根据其相对于截流件(30)的位置限定开口弹簧(10)的默认机械压力。

10.根据权利要求5所述的用于核反应堆压力容器的减压系统，包括放置在壳体(80)内的多个部件(110，120，130)和在所述部件(110，120，130)的螺纹孔中的螺丝(140)，所述螺丝(140)限定所述部件(110，120，130)之间的相对位置。