CN106898398B - 一种反应堆用嵌入式安全网装置及安装该装置的方法 - Google Patents

一种反应堆用嵌入式安全网装置及安装该装置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种反应堆用嵌入式安全网装置，该安全网装置包括金属安全网(1)和安全网支架(2)，其安装在反应堆安全壳内部上方，该金属安全网装置能够在反应堆严重破坏时，无需外加动力即能有效地吸收反应堆堆心逸出的热量和辐射粒子，加快堆内的散热，同时利用高温条件下的热泳沉积效应、湍流沉积效应以及布朗运动使得放射性气体吸附在网格的表面，减少反应堆对周围环境的污染，保护了核电厂周围人员和环境安全。本发明还提供了安装所述安全网装置的方法，该方法操作简单，在反应堆中易于完成。

Description

一种反应堆用嵌入式安全网装置及安装该装置的方法
技术领域
本发明涉及核反应设备，特别涉及一种反应堆用嵌入式安全网装置。
背景技术
核电站严重事故在核电站设计中属于超设计基准事故，虽然其发生概率极低，但是一旦发生严重事故后果极其严重，如：一回路压力边界发生破损事故时，高温高压冷却剂冲入安全壳内，会使安全壳内压力和温度迅速升高。
核电站严重事故条件下，堆芯丧失有效冷却，堆芯余热使得核燃料元件锆包壳不断升温并与水蒸气反应产生的大量氢气，进入安全壳内与空气混合，当安全壳内氢气浓度等因素满足一定条件时，在微小的外界刺激下，氢气便有可能发生爆炸，安全壳内压力载荷可达初始压力的几倍甚至十几倍，这将直接威胁到安全壳的完整性。
当核电站发生事故，特别是发生放射性物质外泄的严重事故时，放射性气溶胶，尤其是其中的亚微米级颗粒物，很有可能穿过破损的压力容器进入到安全壳中，进而透过安全壳上的裂缝释放到外界环境，给周围环境和人员造成严重危害。必然导致大量的放射性气体外泄，对核电站附近人员和环境造成严重的污染，例如2011年日本福岛的核事故。
现有的压水堆和重水堆反应堆设计中主要通过将外源水箱中的水喷淋入安全壳内进行降温。AP1000中所采用的非能动安全壳冷却系统，主要通过喷淋冷却水来冷却钢制安全壳进而冷却安全壳内的空气。外置的水箱容量是有限的，在突发复杂情况下，可能出现水源补充不足的问题，无法保障安全壳内持续的降温冷却。
目前国内对相关研究较少，如中国专利CN104064232和中国专利CN 105355239，主要集中在非能动的带出堆内余热，而且现有的专利结构相对复杂，只适应特定反应堆系统，非模块化设计在某个部分损坏时无法进行更换，此外缺少对放射性颗粒物进行吸附过滤的功能。
因此，亟待开发一种结构简单、模块化设计的，对所有反应堆类型均适用的，能够在核反应堆发生严重事情的情况下，有效吸收反应堆内热量和辐射气体的装置。
发明内容
为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：在反应堆安全壳内部上方安装金属安全网装置，该金属安全网装置能够在反应堆严重破坏时，无需外加动力即能有效地吸收反应堆堆心逸出的热量和辐射粒子，加快堆内的散热，同时利用高温条件下的热泳沉积效应、湍流沉积效应以及布朗运动使得放射性气体吸附在网格的表面，减少反应堆对周围环境的污染，保护了核电厂周围人员和环境安全，从而完成了本发明。
本发明的目的在于提供以下方面：
第一方面，本发明提供一种反应堆用嵌入式安全网装置，其特征在于，该安全网装置包括：金属安全网和安全网支架。
第二方面，本发明还提供一种安装嵌入式安全网装置的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1-1，在反应堆水泥安全壳(4)或者钢安全壳(5)内壁上安装滑动轨道(3)；
步骤1-2，将安全网支架(2)通过滑块(211)安装在滑动轨道(3)上，使安全网支架(2)可沿滑动轨道自由滑动；
步骤1-3，将所有安全网支架(2)集中，吊装金属安全网(1)，使多个金属安全网(1)分别安插于安全网支架(2)上的不同层格之间；
步骤1-4，沿滑动轨道(3)逐一滑动分离安全网支架(2)，使安全网支架(2)均匀地分布在安全壳内壁上，支撑金属安全网(1)。
第三方面，本发明还提供一种安装嵌入式安全网装置的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤2-1，将安全网支架(2)固定安装于反应堆水泥安全壳(4)或者钢安全壳(5)内壁设定的位置上；
步骤2-2，将除最底层外的所有水平支撑板(22)翻转至竖直方向，吊装最底层金属安全网(1)，使其安装在最底层的水平支撑板(22)上；
步骤2-3，翻转与步骤2-2中吊装的金属安全网(1)相邻的水平支撑板(22)至水平方向，吊装该层金属安全网(1)；
重复步骤2-3若干次，直至金属安全网(1)全部吊装完成。
附图说明
图1示出金属安全网的俯视图；
图2示出金属安全网的纵剖面图；
图3示出安全网支架的侧视图；
图4示出安全网支架的主视图；
图5示出使用状态安全网支架与水泥安全壳位置关系的俯视图；
图6示出使用状态安全网支架与水泥安全壳位置关系的剖视图；
图7示出使用状态金属安全网与水泥安全壳位置关系的剖视图；
图8示出滑动轨道与滑块的结构示意图。
附图标号说明
1-金属安全网
11-通孔
2-安全网支架
21-竖直固定板
211-滑块
22-水平支撑板
3-滑动轨道
4-水泥安全壳
5-钢安全壳
具体实施方式
下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”、“左”和“右”等指示的方位或位置关系为基于本发明工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以下详述本发明。
根据本发明的第一方面，提供一种反应堆用嵌入式安全网装置，其特征在于，该安全网装置包括：金属安全网(1)和安全网支架(2)。
在本发明中，所述安全网装置安装于水泥安全壳(4)与钢安全壳(5)之间，或者安装于钢安全壳(5)内部，优选地，安装于钢安全壳(5)内部，以便于安装，同时避免对钢安全壳(5)结构的改变，减小操作难度。
在本发明中，所述安全网装置为金属制的，优选为合金制的，更优选为钢合金制的或者为铝合金制的，如因科镍690制的，从而在反应堆内的辐射环境下保持较好的物理特性，如导热性能、机械性能和抗辐射性能等。
在本发明中，所述金属安全网(1)为单层或者多层，优选为多层，更优选地，为3～5层，以使金属安全网(1)对热量和辐射粒子达到最大程度的吸收，最为优选地，每层金属安全网(1)均相同。
在本发明中，所述金属安全网(1)的外轮廓与反应堆水泥安全壳(4)或者钢安全壳(5)的壳内横截面的形状相似，优选相同，如，当反应堆水泥安全壳(4)或者钢安全壳(5)的壳身为圆柱形时，所述金属安全网(1)为圆形。
在本发明一种优选的实施方式中，所述金属安全网(1)的直径略小于反应堆水泥安全壳(4)或者钢安全壳(5)的内径。
在本发明中，所述金属安全网(1)整体为金属板，在金属板上开设有多个通孔(11)。
在本发明中，所述通孔(11)的截面形状为圆形、长方形、菱形、正方形或者三角形等。
在本发明一种优选的实施方式中，沿金属安全网(1)上表面至其下表面，所述通孔(11)的孔径恒定。
在本发明中，所述通孔(11)的孔径为10mm～30mm，优选为15mm～25mm，以确保外置喷淋系统所喷出的冷却水顺利的对堆芯进行冷却也能保证喷淋水更加均匀的流入安全壳内，防止反应堆内部某点因没有得到冷却而出现更严重的事故。
在本发明中，当通孔(11)的截面形状为圆形时，所述孔径是指该圆的直径，当通孔(11)的截面形状为其它形状时，所述孔径是指该截面几何形状的边长。
在本发明中，所述通孔(11)在金属安全网(1)上均匀分布，优选地，呈矩形分布或者是梅花形分布，优选为梅花形分布。
在本发明中，所述矩形分布是指相邻两排的通孔相互平行，而且相邻两排通孔的中心对中，即，相邻四个孔形成长方形或者正方形。
在本发明中，所述梅花形分布是指相邻两排的通孔相互平行，但相邻两排通孔错位一定的间距，优选错位的间距为同排相邻两个通孔孔间距的一半，即，以任意一个通孔为中心，其周围围绕六个通孔，形成梅花状。
在本发明中，所述通孔(11)的孔间距为10mm～30mm，优选为15mm～25mm，更优选与孔径相等，本发明人发现，当孔间距为10mm～30mm时，气体流速较高，放射性颗粒物吸附效率高，而且其导热较快。
在本发明中，所述通孔(11)中，最外侧通孔(11)与金属安全网(1)外缘的距离为10～40mm，优选为20～30mm，本发明人发现，当最外侧通孔(11)与金属安全网(1)外缘的距离为10～40mm时，该距离与通孔(11)的孔径近似，能够提供充足的支撑强度。
在本发明中，所述金属安全网(1)的厚度为30～50mm，优选为35～45mm，本发明人发现，当金属安全网(1)的厚度为30～50mm时，金属安全网(1)的导热性能足够，当金属安全网(1)的厚度大于50mm时，金属安全网(1)的导热性能的增加不大反而极大地增加了金属安全网(1)整体重量，增加了安全隐患；而当金属安全网(1)的厚度小于30mm时，其太薄不能利用热泳力来吸附放射性颗粒物。
在本发明中，所述金属安全网(1)是一体成型的，优选为铸造的。
在本发明中，相邻两层金属安全网(1)之间的间距为50mm～100mm，优选为60mm～90mm，本发明人发现，热泳力的作用尺度不超过分米级，即，约100mm；当相邻两层金属安全网(1)之间的间距小于50mm时，层间距过小，造成整体流速快，减弱了湍流作用对放射性的吸附效果；当相邻两层金属安全网(1)之间的间距大于100mm时，，热泳力作用不足。
在本发明中，相邻金属安全网(1)上的通孔(11)对中或者错位，优选为对中，本发明人发现，当相邻金属安全网(1)上的通孔(11)对中时，在事故工况下，喷淋的冷却水分布均匀，避免金属安全网(1)上的某部分冷却不足加剧事故危害。
在本发明中，所述金属安全网(1)的表面粗糙度为0.0003m～0.0005m，本发明人发现，当金属安全网(1)的表面粗糙度为0.0003m～0.0005m时，单层金属安全网对辐射粒子的吸附率为30％～40％。
本发明人发现，在事故工况下，放射性气体从金属安全网(1)下方的一回路压力边界中释放出来，放射性气溶胶向大气释放的过程中，首先通过金属安全网(1)，在热泳沉积效应、湍流效应的作用下，金属安全网(1)的表面能够吸附一定量的放射性溶胶，当金属安全网(1)采用多层时，由于与放射性气溶胶的接触面积显著增加以及复杂的空间行程，有效地减少了放射性溶胶向外界大气的排放。
在本发明中，所述安全网支架(2)包括竖直固定板(21)和水平支撑板(22)，在使用状态下，竖直固定板(21)垂直于水平支撑板(22)。
在本发明中，所述竖直固定板(21)为曲面板，优选地，其外侧面的曲率半径与反应堆水泥安全壳(4)或者钢安全壳(5)内壁的半径相等，从而使安全网支架(2)与反应堆水泥安全壳(4)或者钢安全壳(5)的内壁充分贴合。
在本发明中，所述水平支撑板(22)为平板，其与竖直固定板(21)相连的一端为弧形，该弧形端与竖直固定板(21)紧密贴合。
在本发明中，所述竖直固定板(21)与所述水平支撑板(22)为固定连接或者为可转动连接，优选地，水平支撑板(22)可围绕竖直固定板(21)与水平支撑板(22)的连接轴由竖直方向旋转至水平方向或者由水平方向旋转至竖直方向。
在本发明一种优选的实施方式中，当所述竖直固定板(21)与所述水平支撑板(22)为可转动连接时，在自由状态下，即非使用状态下，水平支撑板(22)向上翻折，处于竖直方向，使用时，其最大的翻折角度为90度，即，水平支撑板(22)处于水平方向，而不能继续向下翻折，从而使水平支撑板(22)在支撑金属安全网(1)时能够提供充足的支撑力。
在本发明中，在同一块竖直固定板(21)上设置有多块水平支撑板(22)，形成多个层格，从而支撑/卡设多层金属安全网(1)，优选地，水平支撑板(22)的数量与金属安全网(1)的层数相等，更优选地，多块水平支撑板(22)之间的距离为金属安全网(1)之间的间距。
在本发明一种优选的实施方式中，最底层的水平支撑板(22)与竖直固定板(21)固定连接，其余水平支撑板(22)与竖直固定板(21)可转动连接。
在本发明另一种优选的实施方式中，所有的水平支撑板(22)与竖直固定板(21)固定连接。
在本发明一种优选的实施方式中，所述竖直固定板(21)固定安装于水泥安全壳(4)或者钢安全壳(5)的内壁上，优选地，通过螺栓等连接件进行固定。
在本发明另一种优选的实施方式中，所述竖直固定板(21)通过滑动连接件安装在水泥安全壳(4)或者钢安全壳(5)的内壁上。
在本发明上述实施方式中，所述安全网装置还包括供安全网支架(2)滑动的滑动轨道(3)，所述滑动轨道(3)是沿安全壳内壁周向安装于反应堆水泥安全壳(4)或者钢安全壳(5)内壁上的，优选地，所述滑动轨道(3)为多条。
在本发明中，所述滑动轨道(3)为现有技术中任意一种滑动轨道，优选地，如图8所示，其为横断面为“H”形的线形滑轨。
在本发明中，在竖直固定板(21)外侧面固定设置有与滑动轨道(3)相匹配的滑块(211)，如图8所示，滑块(211)的横断面与滑动轨道(3)的横断面相匹配，所述滑块(211)可沿滑动轨道(3)滑动，从而带动安全网支架(2)沿滑动轨道(3)滑动。
在本发明一种优选的实施方式中，当所述竖直固定板(21)与所述水平支撑板(22)均为固定连接时，在安装安全网装置时，首先将多个安全网支架(2)集中在一起，依次吊装金属安全网(1)，使多个金属安全网(1)分别安插于安全网支架(2)上的不同层格之间，当金属安全网(1)全部吊装完成后，沿滑动轨道(3)逐一滑动分离安全网支架(2)，使安全网支架(2)均匀地分布在安全壳内壁上，支撑金属安全网(1)。
在本发明另一种优选的实施方式中，当所述竖直固定板(21)与所述水平支撑板(22)为可转动连接时，可用前述方法安装金属安全网(1)，还可以预先将安全网支架(2)固定于反应堆水泥安全壳(4)或者钢安全壳(5)内壁设定的位置上，将除最底层外的所有水平支撑板(22)翻转至竖直方向，再吊装最底层金属安全网(1)，使其安装在最底层的水平支撑板(22)上，然后将与之相邻的水平支撑板(22)转动至水平方向，再吊装该层金属安全网(1)，重复上述操作，直至金属安全网(1)全部吊装完成。
根据本发明的第二方面，提供一种安装嵌入式安全网装置的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1-1，在反应堆水泥安全壳(4)或者钢安全壳(5)内壁上安装滑动轨道(3)；
步骤1-2，将安全网支架(2)通过滑块(211)安装在滑动轨道(3)上，使安全网支架(2)可沿滑动轨道自由滑动；
步骤1-3，将所有安全网支架(2)集中，吊装金属安全网(1)，使多个金属安全网(1)分别安插于安全网支架(2)上的不同层格之间；
步骤1-4，沿滑动轨道(3)逐一滑动分离安全网支架(2)，使安全网支架(2)均匀地分布在安全壳内壁上，支撑金属安全网(1)。
根据本发明的第三方面，还提供一种安装嵌入式安全网装置的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤2-1，将安全网支架(2)固定安装于反应堆水泥安全壳(4)或者钢安全壳(5)内壁设定的位置上；
步骤2-2，将除最底层外的所有水平支撑板(22)翻转至竖直方向，吊装最底层金属安全网(1)，使其安装在最底层的水平支撑板(22)上；
步骤2-3，翻转与步骤2-2中吊装的金属安全网(1)相邻的水平支撑板(22)至水平方向，吊装该层金属安全网(1)；
重复步骤2-3若干次，直至金属安全网(1)全部吊装完成。
根据本发明提供的反应堆用嵌入式安全网装置，具有以下有益效果：
(1)该安全网装置的换热面积大，换热效率高且能有效地吸附放射性颗粒物；
(2)该安全网装置便于拆卸更换、灵活安装，适用于各种类型反应堆系统；
(3)该安全网装置能够使外置喷淋系统所喷出的冷却水顺利的对堆芯进行冷却也能保证喷淋水更加均匀的流入安全壳内，防止某点因没有得到冷却而出现更严重的事故；
(4)该安全网装置采用多层金属安全网，能够增加放射性气体在安全网中的行程；
(5)在事故安全壳内出现高温的情况下，在热泳沉积效应、湍流沉积效应以及布朗运动的作用下，放射性颗粒物更加易于吸附于安全网的表面，从而减少向大气中的释放。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种反应堆用嵌入式安全网装置，其特征在于，该安全网装置包括金属安全网(1)和安全网支架(2)，
所述金属安全网(1)为单层或者多层，
所述金属安全网(1)整体为金属板，在金属板上开设有多个通孔(11)；所述通孔(11)的孔径为10mm～30mm，
所述安全网支架(2)包括竖直固定板(21)和水平支撑板(22)。
2.根据权利要求1所述的安全网装置，其特征在于，所述金属安全网(1)为多层。
3.根据权利要求1所述的安全网装置，其特征在于，所述金属安全网(1)的外轮廓与反应堆水泥安全壳(4)或者钢安全壳(5)的壳内横截面的形状相似。
4.根据权利要求1所述的安全网装置，其特征在于，所述通孔(11)的孔径为15mm～25mm；所述通孔(11)在金属安全网(1)上均匀分布。
5.根据权利要求1～4之一所述的安全网装置，其特征在于，所述金属安全网(1)的厚度为30～50mm；
相邻两层金属安全网(1)之间的间距为50mm～100mm。
6.根据权利要求5所述的安全网装置，其特征在于，所述金属安全网(1)的厚度为35-45mm；
相邻两层金属安全网(1)之间的间距为60mm～90mm。
7.根据权利要求1～4之一所述的安全网装置，其特征在于，在使用状态下，竖直固定板(21)垂直于水平支撑板(22)；
所述竖直固定板(21)为曲面板；
所述水平支撑板(22)为平板，其与竖直固定板(21)相连的一端为弧形，该弧形端与竖直固定板(21)紧密贴合。
8.根据权利要求1～4之一所述的安全网装置，其特征在于，所述竖直固定板(21)与所述水平支撑板(22)为固定连接或者为可转动连接；
在同一块竖直固定板(21)上设置有多块水平支撑板(22)，形成多个层格。
9.根据权利要求1～4之一所述的安全网装置，其特征在于，所述安全网装置还包括安装于反应堆水泥安全壳(4)或者钢安全壳(5)内壁上的，供安全网支架(2)滑动的滑动轨道(3)。
10.一种安装权利要求1～9之一所述的嵌入式安全网装置的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1-1，在反应堆水泥安全壳(4)或者钢安全壳(5)内壁上安装滑动轨道(3)；
步骤1-2，将安全网支架(2)通过滑块(211)安装在滑动轨道(3)上，使安全网支架(2)可沿滑动轨道自由滑动；
步骤1-3，将所有安全网支架(2)集中，吊装金属安全网(1)，使多个金属安全网(1)分别安插于安全网支架(2)上的不同层格之间；
步骤1-4，沿滑动轨道(3)逐一滑动分离安全网支架(2)，使安全网支架(2)均匀地分布在安全壳内壁上，支撑金属安全网(1)。
11.一种安装权利要求1～9之一所述的嵌入式安全网装置的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤2-1，将安全网支架(2)固定安装于反应堆水泥安全壳(4)或者钢安全壳(5)内壁设定的位置上；
步骤2-2，将除最底层外的所有水平支撑板(22)翻转至竖直方向，吊装最底层金属安全网(1)，使其安装在最底层的水平支撑板(22)上；
步骤2-3，翻转与步骤2-2中吊装的金属安全网(1)相邻的水平支撑板(22)至水平方向，吊装该层金属安全网(1)；
重复步骤2-3若干次，直至金属安全网(1)全部吊装完成。
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