CN106847348A - 一种ads安全壳系统 - Google Patents

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Abstract

本发明创造提供了一种ADS安全壳系统，安全壳为开口朝上的敞口容器，贴覆着安全壳的内壁设置有与安全壳对应的敞口的压力容器，安全壳与压力容器固接，压力容器的内部底部中间设置有流量分配环板，流量分配环板的环壁上开设有若干流量分配孔，安全壳的外部设置有风冷装置。本发明创造提高了安全壳的可靠性和安全性，简化了结构，方便设备的现场安装。

Description

一种ADS安全壳系统
技术领域
本发明创造属于核设备技术领域，尤其是涉及一种ADS(accelerator drivensub-critical system,加速器驱动次临界系统)安全壳系统。
背景技术
一般来说，沸水型轻水反应堆(BWR)采用压力抑制型的反应堆安全壳，具有能够减小反应堆一次安全壳的体积的优点。沸水型轻水反应堆中，将反应堆一次安全壳内的气氛用氮气置换，与通常的空气相比降低氧浓度来进行运转。因此，即使在事故时堆芯燃料成为高温，与冷却剂反应而产生氢，也不用担心在反应堆一次安全壳内发生爆轰或爆燃。此外，沸水型轻水反应堆中，由于反应堆一次安全壳较小，所以在将外部用反应堆建筑完全地双重覆盖，在设计基准事故的情况下，具有放射性物质的双重的封闭功能。
沸水型轻水反应堆的安全性很高，以往完全没有发生设计基准事故和堆芯燃料的完整性即便稍稍丧失的事故。此外，根据概率论的安全评价(PSA)，沸水型轻水反应堆的堆芯损坏频率即使是旧型也充分低到10-5/堆年(r-y)到10-6/堆年左右，在新型的结构中，可以确认为10-7/堆年到10-8/堆年的更低的值。即便这样，在下一代反应堆的设计中，还是采用了设计成具备设想严重事故的发生的情况下的设施耐受性的方针。
在下一代反应堆的设计中，如果这样设想严重事故的发生，则在严重事故时，有时通过高温化后的堆芯燃料与冷却剂之间的金属水反应而产生大量的氢，反应堆一次安全壳的压力超过设计压力而上升。例如，在新型沸水型轻水反应堆(ABWR)的情况下，反应堆一次安全壳的设计压力是310kPa(45psig)，但如果在严重事故时产生大量氢，则反应堆一次安全壳的压力达到设计压力的约2倍。但是，新型沸水型轻水反应堆的反应堆一次安全壳确认能够承受设计压力3倍以上的压力。但是，在安全方面不希望在严重事故时反应堆一次安全壳的压力长时间超过设计压力的状态持续。如果反应堆一次安全壳的压力超过设计压力，则内部的放射性气体有可能以比设计泄漏率大的泄漏率泄漏。
另一方面，在设计基准事故的情况下，反应堆一次安全壳的压力被限制在设计压力以下，内部的放射性气体的泄漏率也被限制在设计泄漏率以下。在此情况下，反应堆建筑物内的压力上升几乎不会损坏反应堆建筑物。进而，在设计基准事故的情况下，通过使用有源的排气风扇和过滤器将反应堆建筑物内的气氛从排气筒释放，将反应堆建筑物内的压力维持为比外气低的负压。由此，反应堆建筑物构成了放射性物质向外部扩散的双重屏障。但是，在严重事故时，有可能因电源丧失等而有源的排气风扇故障，反应堆建筑物的双重封闭功能有可能丧失。
为了限制严重事故时的反应堆一次安全壳的压力上升，将反应堆一次安全壳内的气氛排放到作为反应堆二次安全壳的反应堆建筑物中是有效的。但是，由于反应堆建筑物的设计压力较低，并且气氛是通常的空气，所以如果在严重事故时将包括发生的大量的氢在内的反应堆一次安全壳内的高压气体释放到反应堆建筑物内，则有可能在反应堆建筑物内爆轰，反应堆建筑物损坏，放射性气体不受管理地释放到大气中。该状况与切尔诺贝利核电厂的严重事故时的状况相近。因而，该方法虽然在以往被提出，但是没有技术可实现性，到目前为止采用这样的危险的方法的沸水型轻水反应堆并不实际存在。另外，反应堆建筑物的设计压力只有13.8kPa(2psig，0.14kg/cm2)。但是，这不是因为以往的反应堆建筑物较脆弱，而是因为在安全设计上设置有爆破盘，有意使得在该设计压力下开口。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在提出一种铅铋堆ADS安全壳系统，以解决上述问题。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种ADS安全壳系统，安全壳为开口朝上的敞口容器，贴覆着安全壳的内壁设置有与安全壳对应的敞口的压力容器，安全壳与压力容器固接，压力容器的内部底部中间设置有流量分配环板，流量分配环板的环壁上开设有若干流量分配孔，安全壳的外部设置有风冷装置。
进一步的，部分所述流量分配孔的孔径不同，流量分配孔在环壁上不均匀分布。
进一步的，所述压力容器的壳体上部分支为外壳体和内壳体，内壳体沿着壳体的长度方向向上延伸，外壳体朝着远离内壳体的斜上方延伸，外壳体的上边沿设置有用于与安全壳固接的第一法兰盘，内壳体的上边沿设置有用于安装堆顶法兰的第二法兰盘。
进一步的，所述外壳体的高度高于内壳体的高度。
进一步的，所述安全壳的安全壳壳体的靠近敞口端的外壁圆周上设置有突出于外壁的凸台，凸台的上端面设置有若干用于内部检修的第二人孔，第二人孔沿着凸台的上端面均匀分布。
进一步的，所述凸台内部空心，凸台内部空心中设置有若干凸台加强板，靠近凸台侧壁的凸台的下端面上设置有突出于凸台下端面的环形罩，环形罩与凸台同轴心。
进一步的，所述第二人孔的数量为八个。
进一步的，所述风冷装置设置在凸台的下方靠近凸台的位置。
进一步的，所述安全壳上设置有水平设置的在役检查通道。
进一步的，所述在役检查通道的数量为四个，在役检查通道的轴线在同一个平面内，在役检查通道围绕着安全壳的圆周均匀分布。
相对于现有技术，本发明创造所述的一种ADS安全壳系统具有以下优势：
本发明创造提高了安全壳的可靠性和安全性，简化了结构，方便设备的现场安装。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明创造实施例的安全壳系统的纵向剖视图；
图2为本发明创造实施例的安全壳系统的立体图；
图3为本发明创造实施例的安全壳与压力容器的纵向剖视图；
图4为本发明创造实施例所述的风冷装置的立体图；
图5中图a为本发明创造实施例所述的风冷装置的主视图，图b为图a中I处的放大图，图c为图a中的II处的放大图；
图6为本发明创造实施例所述的换热通道的内部结构示意图；
图7为本发明创造实施例所述的风冷装置的主视图；
图8为本发明创造实施例所述的安全壳与风冷装置的爆炸图；
图9为本发明创造实施例的压力容器与堆顶装置的结构示意图；
图10为本发明创造实施例的压力容器与堆顶装置的轴线处的纵向剖视图；
图11为本发明创造实施例的压力容器与堆顶装置的俯视图；
图12为本发明创造实施例的堆顶法兰与压力容器连接处的放大图。
附图标记说明：
101-环体；1011-外换热通道；1012-内换热通道；1013-隔板；1014-第一人孔；1015-U型槽；102-气体通道外管；103-气体通道内管；104-冷却管；105-保温棉；106-第一加强板；107-第二加强板；108-第三加强板；109-水平支撑；110-竖直支撑；201-安全壳；202-凸台；2021-第二人孔；2022-凸台加强板；203-环形罩；204-在役检查通道；301-压力容器；3011-内壳体；3012-外壳体；3013-第一法兰盘；3014-第二法兰盘；302-流量分配环板；3021-流量分配孔；401-堆顶法兰；402-中心筒体；403-提升装置筒体；404-充气管；405-蒸汽发生器筒体；406-冷却剂净化装置；407-螺栓；408-O型环。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
如图1至12所示，一种ADS(accelerator driven sub-critical system,加速器驱动次临界洁净核能系统)安全壳201系统，安全壳201为开口朝上的敞口容器，贴覆着安全壳201的内壁设置有与安全壳201对应的敞口的压力容器301，安全壳201与压力容器301固接。压力容器301的内部底部中间设置有流量分配环板302(如图1、3)，流量分配环板302的环壁上开设有若干流量分配孔3021，安全壳201的外部设置有风冷装置。部分流量分配孔3021的孔径不同，流量分配孔3021在环壁上不均匀分布，采用这样的结构实现流量的调节。压力容器301的壳体上部分支为外壳体3012和内壳体3011，内壳体3011沿着壳体的长度方向向上延伸，外壳体3012朝着远离内壳体3011的斜上方延伸，外壳体3012的上边沿设置有用于与安全壳201固接的第一法兰盘3013，内壳体3011的上边沿设置有用于安装堆顶法兰401的第二法兰盘3014。外壳体3012的高度高于内壳体3011的高度。安全壳201的安全壳201壳体的靠近敞口端的外壁圆周上设置有突出于外壁的凸台202，凸台202的上端面设置有若干用于内部检修的第二人孔2021，第二人孔2021沿着凸台202的上端面均匀分布。凸台202内部空心，凸台202内部空心中设置有若干凸台加强板2022，靠近凸台202侧壁的凸台202的下端面上设置有突出于凸台202下端面的环形罩203，环形罩203与凸台202同轴心。第二人孔2021的数量为八个。安全壳201上设置有水平设置的在役检查通道204。在役检查通道204的数量为四个，在役检查通道204的轴线在同一个平面内，在役检查通道204围绕着安全壳201的圆周均匀分布。
如图4至8所示，风冷装置包括空心的环体101，空心为换热道。环体101嵌于环形罩203内。换热道内设置有环形的隔板1013，隔板1013将换热道分为相互独立的外换热通道1011和内换热通道1012。环体101远离轴心的外侧壁上固接有与外换热通道1011连通的气体通道外管102，气体通道外管102内部设置有气体通道内管103，气体通道内管103的外管径小于气体通道外管102的内管径，气体通道内管103与气体通道外管102之间留有空隙。气体通道内管103的一端固接在隔板1013的外侧壁上，气体通道内管103与内换热通道1012连通。气体通道内管103与气体通道外管102的数量分别为四个，气体通道内管103与气体通道外管102沿着环体101的轴线均匀分布。外换热通道1011和内换热通道1012通过U型结构的冷却管104连通形成换热回路，冷却管104的一端穿过环体101的下侧壁后伸入外换热通道1011内，冷却管104的另外一端穿过环体101的下侧壁后伸入内换热通道1012内，冷却管104设置有若干个，冷却管104在环体101的下侧壁上围绕着环体101的轴线均匀分布。气体通道内管103与气体通道外管102的轴线平行，气体通道内管103与气体通道外管102的轴线分别与环体101的轴线垂直，为了保障换气的通畅性，气体通道内管103在气体通道外管102内偏心设置。隔板1013的下端固接有环形的第一加强板106，第一加强板106固接在换热道内壁上，位于外换热通道1011内的第一加强板106上固接有两个与其垂直的第二加强板107，两个第二加强板107的中部固接有与第一加强板106平行的第三加强板108，第三加强板108的自由端与隔板1013位于外换热通道1011内的侧壁固接。第三加强板108的数量为四个，第三加强板108围绕着隔板1013位于外换热通道1011内的侧壁对称分布，相对应的第二加强板107的数量为八个。
如图5所示，冷却管104的两个平行部分之间设置有用于隔热的保温棉105，保温棉105通过水平支撑109和竖直支撑110固定在冷却管104的两个平行部分之间。水平支撑109设置在靠近冷却管104下端的两个平行部分之间，水平支撑109的两端分别与冷却管104的两个平行部分的相对的侧壁固接，保温棉105的下端固接在水平支撑109上，保温棉105的上端固接在环体101的下侧壁上，竖直支撑110的一端与水平支撑109固接，竖直支撑110的另外一端与环体101的下侧壁固接，保温棉105的侧端面固接在竖直支撑110上。
如图4至8所示，环体101的上侧壁上开设有若干沿着环体101的上侧壁均匀分布的第一人孔1014，第一人孔1014与第二人孔2021对应。环体101的没有设置第一人孔1014的上侧壁上开设有若干均匀分布的用于放置在役检查通道204的U型槽1015。U型槽1015设置在相邻的两个气体通道外管气体通道102之间，四个U型槽1015将环体101分为相等的四部分。U型槽1015的数量与在役检查通道204的数量相对应。U型槽1015设置在两个气体通道外管102之间的环体101上。冷却管104伸入内换热通道1012内部的端部与内换热通道1012的内部底壁齐平。环体101设置在安全壳201的侧壁上部，环体101的上端面与凸台202的下端面相配合，冷却管104的最下端与安全壳201的最下端齐平。
风冷装置的工作原理：在安全壳201正常运行的过程中，风扇将冷空气从气体通道内管气体通道内管103中进入，冷空气进入冷却管104，安全壳201外壁与冷却管104相邻，二者进行热量交换。安全壳201系统外壁将产生的余热传给冷却管1044，冷却管104通过另一个出口，将热空气排放到外换热通道1011内，然后通过气体通道外管102将热量排出，实现了热量交换。
如图9至12所示，压力容器301的上边沿固接有堆顶法兰401，堆顶法兰401不只有各功能部件。堆顶法兰401通过螺栓407和压力壳的上边沿连接，并通过O型环408实现密封。O型环408保证压力容器301与堆顶结构共同构成的压力边界的密封性。螺栓407与堆顶法兰401的连接保证了ADS堆顶装置整体的可拆，可以在不更换压力容器301的情况下，更换ADS的堆顶装置以及芯体。堆顶法兰401上各装置与压力容器301共同构成一回路的压力边界。堆顶中心筒体402位于堆顶法兰401的中部并且与堆顶法兰401同轴线。堆顶的中心筒体402正下方对应于反应堆堆芯。与中心筒体402对应的法兰上布置有转运机通道、燃料元件检测系统、螺旋塞等部件，能够对反应堆堆芯的运行状况进行实时监测和控制。位于堆顶中心筒体402的右侧，设置有提升装置筒体403。提升装置布置于提升装置筒体403内，提升装置向下延伸与反应堆堆芯位于同一内部腔体内。利用提升装置，可以方便的更换反应堆堆芯的燃料元件，操作便利。在中心筒体402和提升装置筒体403的外侧，不均匀的分布若干根充气管404。充气管404的作用是为ADS充气，使得ADS压力容器301上部充满气体，以防止位于压力容器301中下部的铅铋液体挥发或流出。铅铋具有很大的毒性，因此需要通过气体隔离确保铅铋不外溢。位于中心筒体402的左侧，为两个冷却剂净化装置406。冷却剂净化装置406用于对ADS冷却剂液态铅铋合金的净化。分布于堆顶法兰401周边的四个长圆形筒体，是蒸汽发生器筒体405。蒸汽发生器与反应堆的一体化布置，有利于及时将反应堆反应产生的热量带出，降低反应堆的温度。同时，避免了将一回路的铅铋液体引出到反应堆压力容器301外，保证了ADS的安全性。蒸汽发生器筒体405设计为长圆形结构，可以充分利用堆顶法兰401的剩余空间，提高热交换效率。堆顶装置整体安装于ADS压力容器301上。堆顶装置布置于压力容器301的内壳体3011上边沿。
一种核设施，包括上述的安全壳系统。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种ADS安全壳系统，其特征在于：安全壳(201)为开口朝上的敞口容器，贴覆着安全壳(201)的内壁设置有与安全壳(201)对应的敞口的压力容器(301)，安全壳(201)与压力容器(301)固接，压力容器(301)的内部底部中间设置有流量分配环板(302)，流量分配环板(302)的环壁上开设有若干流量分配孔(3021)，安全壳(201)的外部设置有风冷装置。
2.根据权利要求1所述的ADS安全壳系统，其特征在于：部分所述流量分配孔(3021)的孔径不同，流量分配孔(3021)在环壁上不均匀分布。
3.根据权利要求1所述的ADS安全壳系统，其特征在于：所述压力容器(301)的壳体上部分支为外壳体(3012)和内壳体(3011)，内壳体(3011)沿着压力容器(301)的壳体的长度方向向上延伸，外壳体(3012)朝着远离内壳体(3011)的斜上方延伸，外壳体(3012)的上边沿设置有用于与安全壳(201)固接的第一法兰盘(3013)，内壳体(3011)的上边沿设置有用于安装堆顶法兰的第二法兰盘(3014)。
4.根据权利要求3所述的ADS安全壳系统，其特征在于：所述外壳体(3012)的高度高于内壳体(3011)的高度。
5.根据权利要求1所述的ADS安全壳系统，其特征在于：所述安全壳(201)的安全壳(201)壳体的靠近敞口端的外壁圆周上设置有突出于外壁的凸台(202)，凸台(202)的上端面设置有若干用于内部检修的第二人孔(2021))，第二人孔(2021))沿着凸台(202)的上端面均匀分布。
6.根据权利要求5所述的ADS安全壳系统，其特征在于：所述凸台(202)内部空心，凸台(202)内部空心中设置有若干凸台加强板(2022)，靠近凸台(202)侧壁的凸台(202)的下端面上设置有突出于凸台(202)下端面的环形罩(203)，环形罩(203)与凸台(202)同轴心。
7.根据权利要求5所述的ADS安全壳系统，其特征在于：所述第二人孔(2021))的数量为八个。
8.根据权利要求5所述的ADS安全壳系统，其特征在于：所述风冷装置设置在凸台(202)的下方靠近凸台(202)的位置。
9.根据权利要求1所述的ADS安全壳系统，其特征在于：所述安全壳(201)上设置有水平设置的在役检查通道(204)。
10.根据权利要求9所述的ADS安全壳系统，其特征在于：所述在役检查通道(204)的数量为四个，在役检查通道(204)的轴线在同一个平面内，在役检查通道(204)围绕着安全壳(201)的圆周均匀分布。
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