CN106816185A - 用于核电站的安注容器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于核电站的安注容器和安注系统。所述安注容器包括：外壳；流体阻隔装置，所述流体阻隔装置设置在所述外壳中，用于阻隔容装在所述外壳中的冷流体和热流体之间的混合，所述流体阻隔装置设置有流体通道，冷流体和热流体通过所述流体通道流体连通；和安注管口，所述安注管口开设在所述外壳上，与向外部供给流体的安注管流体连通；其中所述安注管口设置于所述流体阻隔装置的下方。通过本发明的安注容器和系统，能够强化核电站或试验台架中安注系统内的冷、热流体间的温差，使得安注阶段的水温趋近于对核电站的安全性来说较为理想的值，进而提高堆芯的淹没和冷却能力，提高核电安全性。

Description

用于核电站的安注容器

技术领域

本发明涉及核电安全领域，尤其涉及一种用于核电站的安注容器。

背景技术

核电站，特别是压水堆核电站发生事故时，主要依靠堆芯冷却系统及安全壳冷却系统等进行事故的缓解及消除。堆芯冷却系统通过将温度较低的冷却水注入堆芯来实现堆芯的长期淹没及冷却，使得燃料棒包裹放射性物质的压力边界不失效，阻止严重的放射性外泄情况的发生。在堆芯冷却系统中，如AP/CAP系列的三代非能动堆芯冷却系统中，安注系统的水温对堆芯能否有效淹没及冷却影响较大。例如，安全壳内置换料水箱(IRWST)的初始安注水温对堆芯的安全有着较大影响，安全壳内置换料水箱初始过高的安注水温会使得稳压器(PZR)不能有效排水进入堆芯的可能性增大，同时也使得堆芯产气率过高，造成堆芯内压力较大，影响或延缓安全壳内置换料水箱的安注流量，从而使得如小破口事故下堆芯的最低液位进一步降低，从而使得堆芯不能被充分有效冷却的风险加大。而在目前的核电站设计中，在安全壳内置换料水箱安注开始前，自动降压系统(ADS1-3级)会将主回路中的大量的高温蒸汽和水喷入安全壳内置换料水箱中，非能动余热排出热交换器(PRHR)也会将堆芯衰变热大量传入安全壳内置换料水箱，从而使得安全壳内置换料水箱水温在安注开始前已急剧升高，从而大大提高了安全壳内置换料水箱初始安注时的水的温度，而较高的初始安注水温对于堆芯的安全是不利的。

发明内容

由此，本发明旨在提供用于核电站的安注容器和系统，通过所述安注容器和系统，能够强化核电站或试验台架中安注系统内的冷、热流体间的温差，使得安注阶段的水温趋近于对核电站的安全性来说较为理想的值，例如使得安全壳内置换料水箱的安注初期的水温较低，进而提高堆芯的淹没和冷却能力，提高核电安全性。

根据本发明的一方面，提供一种用于核电站的安注容器，包括：外壳；流体阻隔装置，所述流体阻隔装置设置在所述外壳中，用于阻隔容装在所述外壳中的冷流体和热流体之间的混合，所述流体阻隔装置设置有流体通道，冷流体和热流体通过所述流体通道流体连通；安注管口，所述安注管口开设在所述外壳上，与向外部供给流体的安注管流体连通；其中所述安注管口设置于所述流体阻隔装置的下方。

在一实施例中，所述流体通道是通孔、突扩或突缩孔、折流通道、弯曲流道或其任意组合，或者所述流体通道包括阀门部件，所述阀门部件在进行安注时被打开，以连通冷流体和热流体。

在一实施例中，所述流体阻隔装置包括阻隔板，所述流体通道开设在所述阻隔板上，并且所述阻隔板焊接在所述外壳的内壁上或者被设置在所述外壳的内部底面上的支架支撑。

在一实施例中，所述阻隔板采用平板、可折叠板、弧形板、中空圆板或异形板的形式，并且所述阻隔板的至少一部分是可单独拆卸的。

在一实施例中，开设在所述阻隔板上的所述流体通道的流通面积大于所述安注管口的总截面面积。

在一实施例中，所述安注容器通过所述流体阻隔装置被分体设置，包括设置在所述流体阻隔装置之上的第一安注容器部分和设置在所述流体阻隔装置之下的第二安注容器部分。

在一实施例中，所述流体阻隔装置包括罩设在安注口处的阻隔罩，所述阻隔罩上开设有所述流体通道。

在一实施例中，开设在所述阻隔罩上的所述流体通道的流通面积大于所述安注管口的总截面面积。

在一实施例中，所述安注容器是安全壳内置换料水箱，包括非能动余热排出热交换器和自动降压系统。

在一实施例中，在所述流体通道的入口的边缘处沿着所述入口的外周设置有阻挡件，所述流体阻隔装置设置在所述非能动余热排出热交换器的下方，使得所述阻挡件与所述流体阻隔装置在所述非能动余热排出热交换器的下方形成一液体滞留区。

在一实施例中，所述安注容器是能够用于核电站中的其中分布有冷、热流体且存在冷、热流体混合的安注容器或流体容器。

根据本发明的另一方面，提供一种用于核电站的安注系统，包括：如上所述的安注容器；与所述安注容器的所述安注管口连通的安注管；和设置在所述安注管上的冷流体容器，用于在安注初期向堆芯注入所述冷流体。在本发明中，通过在用于核电站的安注容器，例如安全壳内置换料水箱中设置流体阻隔装置，适当地阻隔了或延迟了安注容器中被诸如热交换器或自动降压系统等部件加热的热流体(例如，上层热流体)与安注容器中冷流体(例如，底层冷流体)之间的传质和传热(例如，混合)，加强了安注容器中冷、热流体之间的温度差别，使得在安注初期，温度较低的冷流体(例如，底层冷流体)能够首先被注入堆芯，提高了堆芯的淹没和冷却能力，从而提高了核电安全性。

附图说明

图1示出了根据本发明一实施例的以安全壳内置换料水箱为例的用于核电站的安注容器的结构示意图；和

图2示出了根据本发明另一实施例的以安全壳内置换料水箱为例的用于核电站的安注容器的结构示意图。

具体实施方式

根据本发明的总的发明构思，提供一种用于核电站的安注容器，包括：外壳；流体阻隔装置，所述流体阻隔装置设置在所述外壳中，用于阻隔容装在所述外壳中的冷流体和热流体之间的混合，所述流体阻隔装置设置有流体通道，冷流体和热流体通过所述流体通道流体连通；安注管口，所述安注管口开设在所述外壳上，与向外部供给流体的安注管流体连通；其中所述安注管口设置于所述流体阻隔装置的下方。

在一实施例中，所述流体通道可以是通孔、突扩或突缩孔、折流通道、弯曲流道或其任意组合，或者所述流体通道可以包括阀门部件，所述阀门部件在进行安注时被打开，以连通冷流体和热流体。

通过本发明如上所述的设计，用流体阻隔装置适当地阻隔了或延迟了安注容器，例如安全壳内置换料水箱中被诸如热交换器或自动降压系统等部件加热的热流体(例如，上层热流体)与安注容器中冷流体(例如，底层冷流体)之间的传质和传热(例如，混合)，加强了安注容器中冷、热流体之间的温度差别，使得在安注初期，温度较低的冷流体能够首先被注入堆芯，提高了堆芯的淹没和冷却能力，从而提高了核电安全性。

下面将参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明，在描述过程中省略了对于本发明来说是不必要的细节和功能，以防止对本发明的理解造成混淆。以下，以本发明应用于核电站中的安全壳内置换料水箱(IRWST)的情形为例，对本发明进行了详细描述。但本发明并不局限于此，本发明也可以应用于核电站中其他分布有冷热流体(例如，具有热分层)、冷热流体混合的安注或流体容器等。

应该指出的是，本发明中所指的“冷流体”和“热流体”实质上是相对于彼此而言的一般性概念，是指具有温度差的流体，而不是限定在一定温度范围内的两种流体。本领域普通技术人员可以理解，用“冷流体”和“热流体”的描述仅仅是为了对具有温度差别的流体进行区分，而不是限定它们的具体温度范围。

如图1所示，示出了根据本发明一实施例的以安全壳内置换料水箱100为例的用于核电站的安注容器的结构示意图。所述安全壳内置换料水箱100包括：外壳1；流体阻隔装置2，流体阻隔装置2设置在外壳1中，用于阻隔容装在外壳1中的冷流体和热流体之间的混合，流体阻隔装置2设置有流体通道3，冷流体和热流体通过流体通道3流体连通；安注管口4，安注管口4开设置在外壳1上，与向外部供给流体的安注管5流体连通；其中安注管口4设置于流体阻隔装置24的下方。

在使用中，即使由于安全壳内置换料水箱100的外壳1中设置的热交换器6(例如，非能动余热排出热交换器(PRHR))的热交换作用和延伸在外壳1中的自动降压系统的喷洒器7喷洒来自主回路的高温蒸汽和水的加热作用，使得流体阻隔装置2之上的流体被加热成为热流体，借助流体阻隔装置2的阻隔作用，流体阻隔装置2下面的冷流体也不会容易地与上层被加热的热流体混合，从而适当地减小或阻止了上层热流体与下层冷流体之间的传质与传热，强化了安全壳内置换料水箱内原有的热分层，使得安注口附近的流体维持在较低的温度，确保安注初期所使用的安注流体具有较强的冷却能力。在安注初期结束后，即使热流体通过流体通道流入流体阻隔装置的下方、进而通过安注管口和安注管进入堆芯，也不会对堆芯的安全性造成较大的不利影响，因为仅仅安注初期的初始安注水温对堆芯的安全有着较大的影响。

在该实施例中，流体阻隔装置2是阻隔板的形式，流体通道3开设在阻隔板上。阻隔板可以被焊接在外壳1的内壁上，或者也可以被设置在外壳1的内部底面上的支架(未示出)支撑，使得阻隔板处于安注口4之上一定的距离处。

图1中所示阻隔板采用平板的形式。然而，本发明不限于此。阻隔板也可以是可折叠板、弧形板、中空圆板或异形板(即，不规则形状板)的形式。在一实施例中，阻隔板的至少一部分是可单独拆卸的，以便于在对阻隔板下方的设备或部件进行维护时，维护人员能够仅拆下一部分阻隔板就能够进入阻隔板下方进行维护，而无需将整个阻隔板拆下。

应该指出的是，虽然图1中示出的安注容器是一体形成的，然而，也可以通过阻隔板分体设置，使得安注容器包括设置在阻隔板之上的第一安注容器部分和设置在阻隔板之下的第二安注容器部分。

此外，图1中所示流体通道3是通孔的形式。然而，本发明不限于此。所述流体通道可以是通孔、突扩或突缩孔、折流通道、弯曲流道或其任意组合。可选地，流体通道3处也可以设置阀门部件，在需要安注时阀门开启，连通阻隔板上下流体。

此外，在一实施例中，在流体通道3的入口的边缘处沿着所述入口的外周可以设置阻挡件(未示出)，阻隔板设置在热交换器6的下方，使得阻挡件与阻隔板在热交换器6的下方形成一液体滞留区，从而进一步减小阻隔板之上的热流体与阻隔板之下的冷流体的混合和热传导。

如图2所示，示出了根据本发明另一实施例的以安全壳内置换料水箱100为例的用于核电站的安注容器的结构示意图。该实施例与图1所示结构的不同之处在于，流体阻隔装置2是罩设在安注管口4处的阻隔罩，例如，金属罩。阻隔罩上开设有流体通道3。通过阻隔罩使得安注管口4处的流体在安注前基本处于流动死区，难以发生与安全壳内置换料水箱100中热交换器6(例如，非能动余热排出热交换器)和自动降压系统(ADS1-3)产生的热流体的搅混。

应该指出的是，图2中所示阻隔罩可以为任意形式的阻隔罩，只要能够实现本发明的发明目的即可，例如可以是圆柱形的、半圆形的、方柱体形的、棱柱体形的，等等。

此外，还应指出的是，虽然图1和图2分别示出流体阻隔装置2为阻隔板和阻隔罩的形式，然而这两种结构可以组合使用，共同组成流体阻隔装置。这样的组合落在本发明所要求保护的范围内。

在本发明中，开设在阻隔板上的流体通道的流通面积大于安注管口的总截面面积。在另一实施例中，开设在阻隔罩上的流体通道的流通面积大于安注管口的总截面面积。这样使得安全壳内置换料水箱能够正常重力安注。

此外，虽然图1和2中示出安注管口4设置在安注容器的外壳的底部处，然而，本发明不限于此，安注管口也可以开设在外壳的侧部处，只要安注管口处于流体阻隔装置的下方，使得冷、热流体的连通和混合需要经过流体阻隔装置的流体通道实现即可。

在本发明实施例中，流体阻隔装置可以根据需要由金属、非金属或复合材质等制成，从而进一步减小其导热能力。

此外，可选地，可以在安注管线处不设置保温装置或在安注管线处采用强化冷却装置，进一步冷却安注水。

以下以压水堆核电站的安全壳内置换料水箱(IRWST)为例，描述根据本发明实施例的用于核电站的安注容器的一具体实例。

应用本发明的压水堆核电站的IRWST包括外壳和设置在所述外壳内的不锈钢平板。所述不锈钢平板用作流体阻隔装置。所述不锈钢平板通过焊接设置在安注管口上方大约0.5m处，且具有大约4mm的厚度。在不锈钢平板的远离安注管口的位置处开设有直径为大约0.4m的流体通道。

附加地或者可选地，在安注口附近设置一不锈钢金属罩体，将安注管口附近的流体包裹，形成一流体的流动死区，减小安注管口处流体与IRWST内热流体的传质和传热，金属罩体布置有迷宫结构的与罩外流体流体连通的流体通道。

此外，本发明还提供一种用于核电站的安注系统，包括前述的安注容器、与安注容器的安注管口连通的安注管和设置在安注管上的冷流体容器，所述冷流体容器可以在安注初期向堆芯注入冷流体。

至此已经结合优选实施例对本发明进行了描述。应该理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种其它的改变、替换和添加。因此，本发明的范围不局限于上述特定实施例，而应由所附权利要求所限定。

Claims (13)

1.一种用于核电站的安注容器，包括：

外壳；

流体阻隔装置，所述流体阻隔装置设置在所述外壳中，用于阻隔容装在所述外壳中的冷流体和热流体之间的混合，所述流体阻隔装置设置有流体通道，冷流体和热流体通过所述流体通道流体连通；和

安注管口，所述安注管口开设在所述外壳上，与向外部供给流体的安注管流体连通；

其中所述安注管口设置于所述流体阻隔装置的下方。

2.根据权利要求1所述的安注容器，其中，所述流体通道是通孔、突扩或突缩孔、折流通道、弯曲流道或其任意组合，或者所述流体通道包括阀门部件，所述阀门部件在进行安注时被打开，以连通冷流体和热流体。

3.根据权利要求1或2所述的安注容器，其中，所述流体阻隔装置包括阻隔板，所述流体通道开设在所述阻隔板上，并且所述阻隔板焊接在所述外壳的内壁上或者被设置在所述外壳的内部底面上的支架支撑。

4.根据权利要求3所述的安注容器，其中，所述阻隔板采用平板、可折叠板、弧形板、中空圆板或异形板的形式，并且所述阻隔板的至少一部分是可单独拆卸的。

5.根据权利要求4所述的安注容器，其中，开设在所述阻隔板上的所述流体通道的流通面积大于所述安注管口的总截面面积。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的安注容器，其中，所述安注容器通过所述流体阻隔装置被分体设置，包括设置在所述流体阻隔装置之上的第一安注容器部分和设置在所述流体阻隔装置之下的第二安注容器部分。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的安注容器，其中，所述流体阻隔装置包括罩设在安注口处的阻隔罩，所述阻隔罩上开设有所述流体通道。

8.根据权利要求7所述的安注容器，其中，开设在所述阻隔罩上的所述流体通道的流通面积大于所述安注管口的总截面面积。

9.根据权利要求7或8所述的安注容器，其中，所述安注容器是安全壳内置换料水箱，包括非能动余热排出热交换器和自动降压系统。

10.根据权利要求1-6中任一项所述的安注容器，其中，所述安注容器是安全壳内置换料水箱，包括非能动余热排出热交换器和自动降压系统。

11.根据权利要求10所述的安注容器，其中，在所述流体通道的入口的边缘处沿着所述入口的外周设置有阻挡件，所述流体阻隔装置设置在所述非能动余热排出热交换器的下方，使得所述阻挡件与所述流体阻隔装置在所述非能动余热排出热交换器的下方形成一液体滞留区。

12.根据权利要求1-8中任一项所述的安注容器，其中所述安注容器是能够用于核电站中的其中分布有冷、热流体且存在冷、热流体混合的安注容器或流体容器。

13.一种用于核电站的安注系统，包括：

如权利要求1-12中任一项所述的安注容器；

与所述安注容器的所述安注管口连通的安注管；和

设置在所述安注管上的冷流体容器，用于在安注初期向堆芯注入所述冷流体。