CN107112059A - 停止冷却系统及具有该停止冷却系统的核设施 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种停止冷却系统，包括：蒸汽管线连接部，其连接到蒸汽管线以通过连接到蒸汽发生器的出口的蒸汽管线接收冷却水；停止冷却换热器，用于接收通过蒸汽管线连接部进入停止冷却系统的冷却水并通过蒸汽发生器的次级通道循环冷却水并通过换热器通道排出该冷却水；停止冷却泵，其当核反应堆正常停止时在核反应堆冷却系统的初级冷却之后或当事故发生时启动以执行核反应堆的停止冷却，并用于形成在蒸汽发生器和停止冷却换热器之间循环的冷却水的循环流动；以及给水管连接部，其连接到换热器通道和与蒸汽发生器的入口连接的给水管，从而将在停止冷却换热器中冷却的冷却水通过该给水管供应到蒸汽发生器。

Description

停止冷却系统及具有该停止冷却系统的核设施
技术领域
本公开涉及一种用于在核反应堆正常停机时或当事故发生时对核反应堆进行停机冷却(停止冷却)的停机(停止)冷却系统以及一种具有该停机(停止)冷却系统的核设施。
背景技术
核反应堆根据主要设备(蒸汽发生器、加压器、泵等)的安装位置分类成其中主要设备安装在反应堆容器外的分离式反应堆(例如，商用反应堆：韩国)和其中主要设备安装在反应堆容器内的一体式反应堆(例如，SMART反应堆：韩国)。
与一般工业锅炉不同，核设施(核电厂)即使在反应堆堆芯通过控制棒关闭之后也会从反应堆堆芯产生余热相当长的一段时间。因此，各种安全设施集中安装在核设施中，以便在发生事故时通过去除反应堆堆芯的余热来将反应堆维持在稳定状态。此外，诸如次级系统、停机冷却系统等的各种设施在正常反应堆停机运行期间运行。
商用分离式反应堆的蒸汽发生器与反应堆分开并且安装在比反应堆高的位置。在商用分离式核设施中，在正常反应堆冷却操作期间，反应堆冷却剂系统使用次级系统进行初级冷却，并且此后初级系统通过使用停机冷却系统直接注入冷却水进行冷却。并且，在商用分离式核设施中，在正常冷却操作或因事故进行的冷却操作期间，反应堆冷却剂系统使用主给水系统或辅助给水系统和次级系统进行初级冷却，并且此后初级系统通过使用构成安全系统的一部分的停机冷却系统直接注入冷却水进行冷却。
诸如SMART的一体式反应堆的蒸汽发生器安装在反应堆容器内并且安装在高于反应堆堆芯的位置但低于商用分离式核反应堆的蒸汽发生器的位置的位置。在具有无源余热去除系统的一体式反应堆中，在正常反应堆冷却操作期间，反应堆冷却剂系统使用给水系统和次级系统进行初级冷却，并且此后初级系统通过使用停机冷却系统直接注入冷却水进行冷却。此外，在一体式反应堆中，在因事故进行的冷却操作期间，反应堆冷却剂系统使用无源余热去除系统和蒸汽发生器进行初级冷却，并且此后初级系统通过使用停机冷却系统直接注入冷却水进行冷却。
然而，具有这种结构的现有技术的停机冷却系统设置有直接连接到反应堆容器的管线(或管道)。因此，当管线损坏时，冷却剂损失事故可能发生。而且，在现有技术的停机冷却系统中，反应堆容器在冷却操作期间是打开的。因此，为了确保停机冷却泵的吸头，停机冷却泵通常安装在核设施安全壳建筑物的最下部并且其抽吸部分的管线设计为很好。
对于一体式反应堆，用于将管线连接到反应堆容器的连接管嘴的直径与管线破裂事故的强度有关。因此，当管嘴的直径增大时，消除大的冷却剂损失事故的效果受到影响，该效果是一体式反应堆的固有特性。因此，通常，一体式反应堆通过减小连接到反应堆容器(反应堆冷却剂系统)的管嘴的直径并且此后增大连接管线的直径来满足吸头条件。然而，在该一体式反应堆中，由反应堆容器的连接管嘴占据的流阻非常大，因此存在对减小流阻的限制。因此，通过采用减小停机冷却系统中的流量的方法来逐渐冷却反应堆冷却剂系统的设计得到应用。由于该设计特性，一体式反应堆通常需要比商用反应堆更多的时间来执行停机冷却操作(达到重新加载温度)。
而且，通常，现有技术的停机冷却系统直接连接到反应堆冷却剂系统。停机冷却系统此后连接到部件冷却系统，并且部件冷却系统接着连接到海水系统。部件冷却系统安装在停机冷却系统与海水系统之间的原因是为了防止直接连接到核反应堆堆芯且因此含有放射性物质的反应堆冷却剂系统的冷却水直接与海水进行换热。换言之，中间循环通道(回路)(部件冷却系统)被提供来防止反应堆冷却剂系统的冷却水在换热器损坏时直接排出到海水。利用这种构型，现有技术的停机冷却系统需要很多相关系统和换热器。
发明内容
因此，为了避免这些问题，详细描述的一方面是提供一种使用蒸汽发生器的次级流路构造以解决现有技术的停机冷却系统的限制的停机冷却系统以及一种具有该停机冷却系统的核设施。
详细描述的另一方面是提供一种能够通过采用压力控制器来缓解吸头的停机冷却系统以及一种具有该停机冷却系统的核设施。
详细描述的另一方面是提供一种通过排除使用蒸汽发生器的次级流路构造的部件冷却系统来简化，以克服现有技术的停机冷却系统的限制的停机冷却系统以及一种具有该停机冷却系统的核设施。
为了实现这些及其它优点，且根据本发明的目的，如本文具体实现且宽泛描述的，有提供一种停机冷却系统，包括：
蒸汽管线连接部，其连接到蒸汽管线以通过蒸汽管线接收冷却水，蒸汽管线连接到蒸汽发生器的出口；停机冷却换热器，其用于接收通过蒸汽管线连接部引入停机冷却系统的冷却水，并且冷却在沿蒸汽发生器的次级流路循环时被加热的冷却水以排出到换热器通道中；停机冷却泵，其在反应堆的正常停机时在反应堆冷却剂系统的初级冷却之后或在事故发生时启动以执行反应堆的停机冷却，从而形成沿蒸汽发生器和停机冷却换热器循环的冷却水的循环流动；以及给水管线连接部，其连接到换热器通道和连接蒸汽发生器的入口的给水管线，从而将在停机冷却换热器中冷却的冷却水沿给水管线供应到蒸汽发生器。
根据本文所公开的一个实施例，蒸汽管线连接部可包括连接到蒸汽管线和停机冷却泵的抽吸管线以及安装在抽吸管线中的第一阀，第一阀在反应堆的正常运行期间关闭而在反应堆冷却剂系统的初级冷却之后打开。给水管线连接部可包括连接到换热器通道和给水管线的排出管线以及安装在排出管线的第二阀，第二阀在反应堆的正常运行期间关闭而在反应堆冷却剂系统的初级冷却之后打开。
停机冷却系统还可以包括连接通道，该连接通形成连接停机冷却泵和停机冷却换热器的流路，以及止回阀，该止回阀安装在连接通道中，以防止从停机冷却换热器向停机冷却泵的逆向流动的形成。
停机冷却系统还可以包括旁通通道，该旁通通道从连接通道分支并连接到排出管线，以控制从停机冷却泵供应到停机冷却换热器的冷却水的流量。
停机冷却系统还可以包括再循环通道，该再循环通道从换热器通道分支并连接到抽吸管线，以形成用于将从停机冷却换热器排出的冷却水重新供应到停机冷却泵的流路。
根据本文公开的另一实施例，停机冷却系统还可以包括压力控制器，该压力控制器连接到循环流动的流路，以对循环流动的流路进行加压，使得停机冷却系统的运行压力保持为高于预设压力。
压力控制器可以使用气体而对循环流动的流路进行加压。
压力控制器可以通过使用加热器加热蒸汽而对循环流动的流路进行加压。
根据本文公开的另一个实施例，蒸汽发生器可以包括管壳式蒸汽发生器、板式蒸汽发生器以及管壳式蒸汽发生器和板式蒸汽发生器的混合式蒸汽发生器中的至少一种，该管壳式蒸汽发生器设置有被配置为外壳和管之一的初级流路以及被配置为外壳和管中的另一个的次级流路，该板式蒸汽发生器被配置为印刷电路式蒸汽发生器和板式蒸汽发生器中的至少一种。
根据本文公开的另一实施例，停机冷却换热器可以包括管壳式蒸汽换热器和板式换热器中的至少一种，该管壳式换热器设置有被配置为外壳和管之一的次级流路以及被配置为外壳和管中的另一个的三级流路，该板式换热器被配置为印刷电路式蒸汽发生器和板式蒸汽发生器中的至少一种。
停机冷却换热器的三级流路可以供应有从部件冷却系统供应的部件冷却水、从大海供应的海水和从冷却塔供应的大气中的至少一种。
根据本文公开的另一实施例，停机冷却泵可以是给水泵或辅助给水泵。
此外，为了实现这些方面，本发明提供一种具有停机冷却系统的核设施。核设施可以包括蒸汽发生器，其具有连接到给水管线用于从给水系统接收次级流体的入口和连接到蒸汽管线用于将次级流体供应到涡轮机系统的出口，以及停机冷却系统，以在反应堆的正常停机或事故期间执行反应堆的停机冷却。停机冷却系统可以包括蒸汽管线连接部，其连接到蒸汽管线，用于通过蒸汽管线接收冷却水，蒸汽管线连接到蒸汽发生器的出口；停机冷却换热器，其用于通过蒸汽管线连接部接收冷却水并且在沿蒸汽发生器的次级流路循环时冷却被加热的冷却水；停机冷却泵，其在反应堆的正常停机时在反应堆冷却剂系统的初级冷却之后或在事故发生时启动以执行反应堆的停机冷却，进而形成沿蒸汽发生器和停机冷却换热器循环的冷却水的循环流动；以及给水管线连接部，其连接到与蒸汽发生器的入口连接的给水管线，以将在停机冷却换热器中冷却的冷却水沿给水管线供应到蒸汽发生器。
根据本文公开的一个实施例，核设施还可以包括(a)无源余热去除系统或(b)给水系统和次级系统，该次级系统构造成在事故期间在停机冷却系统运行之前对反应堆冷却剂系统进行初级冷却。
有利效果
根据具有这种构型的本发明，已经提出了一种连接到给水管线和蒸汽发生器的蒸汽管线并使用次级系统的停机冷却系统。因此，本发明能够消除由于具有用于核设施的维护等的低温冷却功能的停机冷却系统中的管线损坏而可能引起的冷却剂损失事故。
本发明可以提供一种通过使用压力控制器来确保停机冷却泵的吸头和停机冷却流量的问题的根本解决方案。
本发明提出了一种方法，该方法通过选择性地使用蒸汽发生器的边界去除中间循环回路(部件冷却系统)来简化停机冷却系统，以提高核设施的经济效率。
本发明提出了一种方法，该方法允许当以现有技术的方式选择性地采用中间循环回路(部件冷却系统)时额外提供在反应堆冷却剂和环境(海水或大气)之间的蒸汽发生器的边界，以提高核设施的安全性。
本发明还提出了用于根据取决于核设施的停机冷却系统的要求选择性地提高蒸汽发生器的能力的各种构型。
附图说明
图1是示出根据本发明的一个实施例的停机冷却系统和具有该停机冷却系统的核设施的概念图。
图2是示出了图1所示的停机冷却系统在停机冷却操作期间的状态的概念图。
图3是示出根据本发明的另一实施例的停机冷却系统和具有该停机冷却系统的核设施的概念图。
图4是示出根据本发明的另一实施例的停机冷却系统和具有该停机冷却系统的核设施的概念图。
图5是示出根据本发明的另一实施例的停机冷却系统和具有该停机冷却系统的核设施的概念图。
图6是示出根据本发明的另一实施例的停机冷却系统和具有该停机冷却系统的核设施的概念图。
图7是示出根据本发明的另一实施例的停机冷却系统和具有该停机冷却系统的核设施的概念图。
图8是示出根据本发明的另一实施例的停机冷却系统和具有该停机冷却系统的核设施的概念图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图更详细地描述根据本发明的停机冷却系统(或停止冷却系统)和具有该停机冷却系统的核设施。为了参照附图进行简要说明，相同或相当的部件将设置有相同的附图标记，并且其描述不再重复。本文中使用的单数表示可以包括多个表示，除非它表示与上下文明确不同的含义。
图1是示出根据本发明的一个实施例的停机冷却系统100和具有该停机冷却系统的核设施10的概念图。
核设施10包括安全壳12、反应堆冷却剂系统11、堆芯11a、蒸汽发生器11b、反应堆冷却剂泵11c和加压器11d。除了图1所示的那些部件外，核设施10可包括核设施10的正常运行的系统以及确保核设施10的安全的各种系统。
反应堆冷却剂系统11安装在安全壳12内部。反应堆冷却剂系统11是用于传递和传输由堆芯11a中的核裂变产生的热能的冷却系统。反应堆冷却剂系统11的内部充满初级流体。当发生诸如冷却剂损失的事故时，蒸汽可以从反应堆冷却剂系统11排出，并且安全壳12可以防止放射性物质泄漏到外部。
蒸汽发生器11b形成在初级流体(反应堆冷却剂)和次级流体(给水、蒸汽)之间的边界并通过使用从堆芯11a传递的热量来产生蒸汽。蒸汽发生器11b的下入口通过给水管线13a连接到给水系统13，并且蒸汽发生器11b的上出口通过蒸汽管线14a连接到涡轮系统14。通过给水管线13a供给到蒸汽发生器11b的水在蒸汽发生器11b中蒸发成蒸汽。蒸汽通过蒸汽管线14a供应到涡轮系统14。
通常，具有相对较大直径的管线通常用作连接到蒸汽发生器11b的次级流路的给水管线13a和蒸汽管线14a。此外，对于一体式反应堆，当停机冷却系统使用蒸汽发生器11b的次级流路而不是使用连接到反应堆容器的连接管嘴构造时，可以设计大容量停机冷却管线。当使用蒸汽发生器11b的次级流路时，泵吸头和停机冷却流量可以充分确保，这可以导致缩短停机冷却所需的时间。缩短停机冷却所需的时间可能引起减少重新加载和维护的停机周期的效果，从而提高核设施10的经济效率。
此外，停机冷却系统100通常直接连接到反应堆冷却剂系统11。停机冷却系统100接着连接到部件冷却系统(未示出)，并且部件冷却系统连接到海水系统或冷却塔(未示出)。插入部件冷却系统的原因在于，当停机冷却系统100的换热器被损坏时，部件冷却系统起到防止反应堆冷却剂系统11的冷却水直接排出到海水或大气中的作用。
反应堆冷却剂泵11c引起初级流体的循环，并且加压器11d保持大于饱和压力的加压状态，以抑制加压水反应堆的堆芯11a中的冷却剂的沸腾。
安全壳12包围反应堆冷却剂系统11以防止放射性物质泄漏到外部环境中。当诸如冷却剂损失或无冷却剂损失的事故发生时，放射性物质可能从反应堆冷却剂系统11泄漏。因此，安全壳12构造成将反应堆冷却剂系统11包围在反应堆冷却剂系统11的外部，以防止放射性物质泄漏。
安全壳12用作防止放射性物质从核设施10泄漏到外部环境的最终屏障。安全壳12根据构成压力边界的材料分为由钢筋混凝土制成的安全壳建筑物(或反应堆建筑物)、容器安全壳容器和由钢制成的保护容器。安全壳容器是设计成在低压下的类似安全壳建筑物的大型容器，而保护容器是通过提高设计压力设计为小的小型容器。除非另有说明，在本发明中，安全壳12用作包括所有安全壳建筑物、反应堆建筑物、安全壳容器或保护容器的术语。
停机冷却系统100是用于在反应堆正常停机或者事故发生在反应堆中时对反应堆进行停机冷却的系统。在正常停机或因反应堆事故而停机期间，反应堆通过给水系统、次级系统或无源余热去除系统从正常工作温度初级冷却至大约200℃。停机冷却系统100是随后的冷却系统，其在初级冷却完成之后被驱动，以将反应堆冷却至大约50℃的重新加载温度。
停机冷却系统100包括蒸汽管线连接部110、停机冷却换热器130、停机冷却泵120和给水管线连接单元140。
蒸汽管线连接部110和供水管线连接部140是停机冷却系统100利用蒸汽发生器11b的次级流路所必需的部件。蒸汽管线14a连接到蒸汽发生器11b的次级流路的出口，而给水管线13a连接到蒸汽发生器11b的次级流路的入口。蒸汽管线连接部110连接到蒸汽管线14a以通过蒸汽管线14a接收冷却水。给水管线连接部140连接到给水管线13a，以将冷却水供应到蒸汽发生器11b。
蒸汽管线连接部110包括抽吸管线111和第一阀112a、112b、112c。
抽吸管线111连接到蒸汽管线和停机冷却泵120。抽吸管线111形成一流路，冷却水通过该流路从蒸汽管线14a引入。为了充分确保停机冷却系统100的吸头，抽吸管线111通常具有大的直径。抽吸管线111设置有第一阀112a、112b、112c。第一阀112a、112b、112c包括隔离阀112a、112b、112c和止回阀(未示出)中的至少一个，并且可以多个设置。具体地，隔离阀112a、112b、112c通常多个设置用于安全隔离。第一阀112a、112b、112c在反应堆的正常运行期间关闭，并且在反应堆冷却剂系统11的初级冷却之后打开。
给水管线连接部140包括排出管线141和第二阀142a、142b、142c。
排出管线141连接到换热器通道191和给水管线13a。排出管141连接到换热器通道191以形成一流路，停机冷却换热器130中冷却的冷却水通过该流路供给到蒸汽发生器11b中。排出管线141设置有第二阀142a、142b、142c。类似于第一阀112a、112b、112c的第二阀142a、142b、142c包括隔离阀142c和止回阀141a、141b中的至少一个，并且多个设置。具体地，隔离阀141c通常安装多个用于安全隔离，但是在核设施10的正常运行期间止回阀141a、141b安装在与流动方向相反的方向上的情况下可以是除外的。第二阀142a、142b、142c在反应堆的正常运行期间关闭，并且在反应堆冷却剂系统11的初级冷却之后打开。
隔离阀112a、112b、112c和142c可以在需要停机冷却操作的时刻通过操作者的确定来打开。此外，当隔离阀112a、112b、112c和142c在需要停机冷却操作和运行停机冷却泵120的时刻打开时，止回阀142a、142b可以打开。这同样适用于图1所示的其它隔离阀162、172、173和183以及止回阀。然而，为维护等而安装的阀也可以在核电厂10的正常运行期间在打开状态下运行。在本发明中，隔离阀通常是指通过诸如电动机、空气或导向器等的各种电动机驱动方法操作的阀，并且不限于只执行隔离功能的阀。
停机冷却系统100通过蒸汽管线连接部110和给水管线连接部140连接到蒸汽发生器11b。因此，蒸汽发生器11b、蒸汽管线连接部110和给水管线连接部140形成用于冷却水的循环通道。停机冷却系统100通过蒸汽管线连接部110接收在经过蒸汽发生器11b的次级流路时被加热的冷却水，并通过给水管线连接部140将在停机冷却换热器130中冷却的冷却水供给到蒸汽发生器11b的次级流路中。冷却水通过蒸汽管线连接部110流入停机冷却系统100，并通过给水管线连接部140从停机冷却系统100排出。
安装在图1的核设施10中的蒸汽发生器11b是管壳式蒸汽发生器11b。管壳式蒸汽发生器11b具有被配置为壳或管之一的初级流路和被配置为壳或管的另一个的次级流路。管可形成为直管或螺线管。在图1的核设备10中，初级流路被配置为壳，而次级流路被配置为管。
停机冷却换热器130接收通过蒸汽管线连接部110引入的冷却水。停机冷却换热器130构造成冷却在沿蒸汽发生器11b的次级流路循环时被反应堆冷却剂系统11的显热和堆芯11a的余热加热的冷却水。在图1中，在停机冷却换热器130上给出的箭头表示海水、外部大气或部件冷却水的引入和排出。
当使用蒸汽发生器11b时，部件冷却系统可以去除。然而，根据核设施10，部件冷却系统也可以用于诸如安全性改进等的特殊目的。此外，停机冷却系统100的最终散热器当核设施10安装在靠近海边时可以是海水，或者当其安装在远离海边时，可以是使用冷却塔的外部大气。
通过蒸汽发生器11b和停机冷却系统100循环的冷却水通过停机冷却换热器130的运行进行冷却。当冷却水沿连接到蒸汽发生器11b的循环通道连续循环时，冷却水接收反应堆冷却剂系统11的显热和堆芯11a的余热并在停机冷却换热器130中被冷却。通过重复该过程，反应堆可冷却至大约50℃的重新加载温度。
停机冷却泵120运行，以用于在反应堆冷却剂系统11在反应堆的正常停机或事故发生时通过无源余热去除系统或给水系统和次级系统进行初级冷却之后对反应堆进行停机冷却。停机冷却泵120形成沿蒸汽发生器11b和停机冷却换热器130循环的冷却水的循环流动。此外，停机冷却泵120不一定要独立地安装，并且停机冷却泵120的功能也可以通过使用诸如给水泵或辅助给水泵的其它泵来替代以提高核电厂10的经济效率。
停机冷却系统100还包括连接通道150、旁通通道161和再循环通道171。
停机冷却泵120通过连接通道150连接到停机冷却换热器130。连接通道150形成连接停机冷却泵120和停机冷却换热器130的流路。冷却水通过停机冷却泵120供应到停机冷却换热器130。冷却水接着沿连接通道150从停机冷却泵120流到停机冷却换热器130。
止回阀151可以安装在连接通道150中。从停机冷却泵120向停机冷却换热器130的冷却水的流动相当于正向流动，而从停机冷却换热器130向停机冷却泵120的冷却水的流动相当于逆向流动。止回阀151防止逆向流动的产生。
换热器通道191连接到停机冷却换热器130和排出管线141。换热器通道191在停机冷却系统100的运行期间相当于使冷却水正常循环的主流路。在停机冷却换热器130中冷却的冷却水沿换热器通道流向排出管线141。换热器通道191可以设置有隔离阀192和流量控制部193。流量控制部193可以包括孔或文氏管，并且可以构造成将流量限制到停机冷却系统100所需的设计流量。
旁通通道161用于通过停机冷却系统100来控制冷却速度。旁通通道161从连接通道150分支并连接到排出管线141，以控制从停机冷却泵120供应到停机冷却换热器130的冷却水的流量。
当反应堆冷却剂系统11通过停机冷却系统100的运行过快地冷却时，冷却速度应进行控制。旁通通道161构造成使从停机冷却泵120排出的冷却水的一部分旁通以流向停机冷却换热器130。
再循环通道171用于保护停机冷却泵120。再循环通道171从换热器通道191分支并连接到抽吸管线111，以形成用于将从停机冷却换热器130排出的冷却水重新供应到停机冷却泵120的流路。即使在停机冷却泵120运行并且安装在排出管线141中的第二阀142a、142b、142c不打开的情况下，也可以通过再循环通道171将抽吸流量供应到停机冷却泵120。再循环通道171还可以用于在停机冷却泵120的运行期间检查停机冷却泵120。
压力控制器180用于控制停机冷却系统100的运行压力。压力控制器180连接到循环流动的流路，以对循环流动的流路进行加压，使得停机冷却系统100的运行压力保持为高于预设压力。冷却水的蒸发温度(或饱和温度)通过压力控制器180升高。蒸发温度随着压力升高而升高，并且因此吸头的条件可被改进。即使泵叶轮中的压力降低，背压通过压力控制器180提高，从而将压力保持为高于饱和压力。
压力控制器180可以以使用气体或用加热器加热蒸汽的方式对循环流动的流路进行加压。使用气体的方法可以使用施加到安全注入罐的氮气的加压方式构造。用加热器加热蒸汽的方法可以施加到商用反应堆的加压器11d的加热器喷射方式构造。
图1所示的压力控制器180采用使用气体的方法。压力控制罐181通过管线182连接到排出管线141，并且隔离阀183设置在排出管线141上。循环流动的流路通过存储在压力控制罐181中的氮气进行加压。
然而，为了说明起见，本发明描述了停机冷却系统100单独构造。或者，停机冷却系统100可以与部件冷却系统组合的形式，例如以直接接收从现有技术部件冷却系统到蒸汽发生器11b的冷却水并接着收集已经在蒸汽发生器11b中加热再回到部件冷却系统中的冷却水的形式构造。
图1示出了其中停机冷却系统100未运行的核设施10的正常运行状态。
在核设施10的正常运行状态期间，设置在给水管线13a和蒸汽管线14a中的阀13b、14b打开。因此，水从给水系统13沿给水管线13a供给到蒸汽发生器11b并且通过蒸汽发生器11b加热变成蒸汽。蒸汽沿蒸汽管线13a供应到涡轮系统14。蒸汽用于在涡轮系统14中发电。
在核设施10的正常运行期间，设置在蒸汽管线连接部110和给水管线连接部140中的阀112a、112b、112c、142a、142b和142c关闭。因此，在核电厂10的正常运行期间，冷却水流未在循环通道中形成，并且冷却水流也未在连接通道150、换热器通道191、旁通通道161和再循环通道171中形成。停机冷却泵120和停机冷却换热器130也未运行。
图2是示出了图1所示的停机冷却系统100在停机冷却操作期间的状态的概念图。
在反应堆的正常停机期间，反应堆通过使用给水系统13和蒸汽发生器11b进行初级冷却。当反应堆冷却剂系统11的温度达到约200℃时，尽管存在取决于核设施10的特性的温差，使用给水系统13和蒸汽发生器11b的初级冷却停止。然后，停机冷却系统100运行以将反应堆冷却系统11从大约200℃次级冷却至大约50℃的重新加载温度。
即使在事故期间，反应堆冷却剂系统11也通过使用给水系统13(主给水系统或辅助给水系统)和蒸汽发生器11b或无源余热去除系统(未示出)进行初级冷却。当反应堆冷却剂系统11的温度达到大约200℃时，尽管存在取决于核设施10的特性的温差，停机冷却系统100运行以将反应堆冷却剂系统11从大约200℃次级冷却至大约50℃的重新加载温度。
反应堆冷却剂系统11的温度通过初级冷却达到预设温度时，辅助系统(未示出)用于填充停机冷却系统100的循环通道。给水系统也可以用作辅助系统。此后，停机冷却泵120运行，海水、外部大气或部件冷却水(未示出)通过海水系统、冷却塔或部件冷却系统供应到停机冷却换热器130。
当停机冷却泵120运行但设置在排出管线141中的第二阀142a、142b、142c没有打开时，冷却水沿循环通道171循环。因此，本发明可以为停机冷却泵120供应足够的抽吸流量并保护停机冷却泵120。
设置在抽吸管线111和排出管线141上的第一阀112a、112b、112c以及第二阀142a、142b、142c打开，并且因此冷却水的循环流动形成在停机冷却系统100的循环通道中。从蒸汽发生器11b沿蒸汽管线13a排出的冷却水通过蒸汽管线连接部110流入停机冷却系统100以供应到停机冷却换热器130中。
当需要调节反应堆冷却剂系统11的冷却速率时，设置在旁路通道161中的隔离阀162打开。因此，一部分冷却水经过旁通流路161，并且供应到停机冷却换热器130的冷却水的流量减少，这可能导致调节冷却速率。
如图2所示，在采用由隔离阀182关闭的压力控制器180的停机冷却系统100中，隔离阀182打开，使得停机冷却系统100的压力保持为高于饱和压力。
在停机冷却操作期间，供应到蒸汽发生器11b的停机冷却系统100的冷却水通过在沿蒸汽发生器11b的次级流路向上流动时与反应堆冷却剂系统11进行热交换而被加热。反应堆冷却系统11中的冷却剂被冷却。停机冷却系统100中的温度升高的冷却水通过停机冷却泵120的驱动力供应到停机冷却换热器130。冷却水接着被冷却并循环回到蒸汽发生器11b。反应堆通过停机冷却系统100的运行次级冷却至低温，冷却水在停机冷却系统100中连续循环。
本发明已构造了连接到蒸汽发生器11b的停机冷却系统100。与现有技术相比，这种构型可以去除与停机冷却系统100相关的反应堆容器连接管嘴。因此，可以简化反应堆冷却剂系统11的管线构型，并且可从根本上降低发生冷却剂事故的可能性。此外，由于停机冷却系统100的流动条件不管反应堆冷却剂系统11的状态如何都可以保持相对恒定，因此可以简化停机冷却系统100的运行。
当反应堆冷却剂系统11的温度达到大约50℃时，商用分离式反应堆打开反堆器的上盖。当上盖打开时，蒸汽发生器11b大部分暴露于直到其下端的水位。这导致使用蒸汽发生器11b构造停机冷却系统100变得困难。在另一方面，对于一体式反应堆，即使反应堆容器的上盖打开，蒸汽发生器11b也能保持水位，并且因此容易使用蒸汽发生器11b构造停机冷却系统100。此外，因为蒸汽发生器11b多个安装，所以即使某些蒸汽发生器11b进行局部保养，停机冷却系统100也可以有利地以循环的方式运行。
具体地，与商用分离式反应堆不同，一体式反应堆非常有利于使用蒸汽发生器11b对反应堆冷却剂系统11进行冷却，因为蒸汽发生器11b安装在反应堆容器内部。因此，本发明在应用于一体式反应堆时可以使其优点最大化。
此外，与反应堆容器连接管嘴相比，一体式反应堆因其固有特性而具有管线尺寸上的限制，但采用非常大的给水管线13a和蒸汽管线14a。因此，当停机冷却系统100连接到给水管线13a和蒸汽管线14a时，有利于确保停机冷却泵120的循环流量和吸头。
此外，因为蒸汽发生器11b可以形成另一个边界，所以为相同目的而安装的部件冷却系统可以去除，这从经济效率的观点来看是非常有利的。
下文中将描述本发明的不同实施例。
图3是示出根据本发明的另一实施例的停机冷却系统200和具有该停机冷却系统的核设施20的概念图。
核设施20的管壳式蒸汽发生器21b的流路可以选择性地改变。与图1的核设施10不同，图3的核设施20所采用的管壳式蒸汽发生器21b具有被配置为壳的次级流路和被配置为管的初级流路。
如从图1和图3中可以看出的，本文所公开的管壳式蒸汽发生器11b、21b中的壳体和管的配置方法可以选择性地实施为将壳用作初级流路且将管用作次级流路的方法以及将壳用作次级流路且将管用作初级流路的方法中的一个。
图4是示出根据本发明的又一实施例的停机冷却系统300和具有该停机冷却系统的核设施30的概念图。
板式蒸汽发生器31b以印刷电路式蒸汽发生器和板式蒸汽发生器中的至少一种的形式构造。
印刷电路式蒸汽发生器是具有通过使用通过光化学蚀刻技术和扩散结合技术的致密流路布置而在蒸汽发生器的板之间没有焊接部分的结构的换热器。因此，印刷电路式蒸汽发生器可以应用于高温高压环境，并且具有高集成度和优异换热性能。印刷电路式蒸汽发生器具有诸如耐高温高压环境的耐久性、高集成性和优异换热性能等的优点，并且因此其应用范围扩展到诸如在空调系统、燃料电池、汽车、化学工艺、医疗设备、核电、信息通信设备、低温环境等的领域中的蒸发器、冷凝器、冷却器、散热器、换热器、反应堆等的非常不同领域。
板式蒸汽发生器通常以通过压制板形成流动通道并且通过使用垫圈或以通用焊接或钎焊的方式联接板的方式构造。因此，尽管板式蒸汽发生器的应用领域类似于印刷电路式蒸汽发生器的应用领域，但板式蒸汽发生器更广泛地用于具有低压的低压环境中。板式蒸汽发生器的换热性能低于印刷电路式蒸汽发生器的换热性能，且高于管壳式蒸汽发生器的换热性能。此外，与印刷电路式蒸汽发生器11b相比，板式蒸汽发生器制造更简单。
在本发明中，除非另有说明，板式蒸汽发生器31b不仅指通用板式蒸汽发生器和印刷电路式蒸汽发生器，而且指采用不同板加工或结合方式的任何蒸汽发生器。
可以各种形式设计板式蒸汽发生器31b的初级流路和次级流路。由于与相同容积的管壳式蒸汽发生器31b相比，板式蒸汽发生器31b呈现高数十倍或以上的集成传热性能，因此蒸汽发生器31b的尺寸可以容易减小。由于蒸汽发生器31b的尺寸减小，因此可以节省蒸汽发生器31b的布置空间。此外，当将板式蒸汽发生器应用于一体式反应堆时，反应堆容器的尺寸也可以减小。
图5是示出根据本发明的又一实施例的停机冷却系统400和具有该停机冷却系统的核设施40的概念图。
蒸汽发生器41b包括通过组合管壳式蒸汽发生器41b1和板式蒸汽发生器41b2构造成的混合式蒸汽发生器41b。图5所示的管壳式蒸汽发生器41b1设置在板式蒸汽发生器41b2下方。管壳式蒸汽发生器41b1的初级流路由壳形成，而次级流路由管形成。给水管线43a连接到管的入口，并且蒸汽管线44a连接到板式蒸汽发生器41b2的出口。
管壳式蒸汽发生器41b1和板式蒸汽发生器41b2可以通过连接管嘴或连接管线(未示出)彼此连接。管壳式蒸汽发生器41b1和板式蒸汽发生器41b2的位置可以彼此切换，并且多个管壳式蒸汽发生器41b1和多个板式蒸汽发生器41b2也可以彼此组合。
图6是示出根据本发明的又一实施例的停机冷却系统500和具有该停机冷却系统的核设施50的概念图。
蒸汽发生器51b相当于图5所示的混合式蒸汽发生器51b。然而，管壳式蒸汽发生器51b1的初级流路由管形成，而次级流路由壳形成。给水管线连接到壳的入口，并且蒸汽管线连接到板式蒸汽发生器51b2的出口。
图7是示出根据本发明的又一实施例的停机冷却系统600和具有该停机冷却系统的核设施60的概念图。
在本发明的停机冷却系统600中，压力控制器是可选的。因此，在运行压力在停机冷却系统600中充分产生的条件下，或者在包括具有功能类似于压力控制器的功能的设施的条件下，可以不包括压力控制器。与上述其它停机冷却系统不同，图7所示的停机冷却系统600不包括压力控制器。
图8是示出根据本发明的又一实施例的停机冷却系统700和具有该停机冷却系统的核设施70的概念图。
核设施70包括停机冷却系统700和无源余热去除系统75。
在事故发生期间，无源余热去除系统75在停机冷却系统700的运行之前对反应堆冷却剂系统71进行初级冷却。类似于停机冷却系统700的无源余热去除系统75可以通过使冷却水沿蒸汽发生器71b的次级流路循环以去除反应堆冷却剂系统71的显热和堆芯71a的余热。
当事故在核设施70中发生时，安装在连接到无源余热去除系统75的管线75a中的阀75b打开。无源余热去除系统75接着将反应堆从正常运行温度冷却至大约200℃。在无源余热去除系统75运行之后，停机冷却系统700运行以将反应堆冷却至大约50℃的重新加载温度。
本发明提出了停机冷却系统的管线连接到蒸汽发生器的给水管线和蒸汽管线，并且通过使用次级系统来构造停机冷却系统。同时，停机冷却系统已构造成选择性地使用压力控制器来缓解吸头。此外，本发明提出了通过选择性地去除部件冷却系统来提高经济效率或通过根据取决于核设施的停机冷却系统的要求采用部件冷却系统来提高安全性的构型。
因此，本发明能够消除由于用于核设施的维护等的低温冷却的停机冷却系统的管线损坏而可能引起的冷却剂损失事故。本发明提出了一种简化停机冷却操作并确保停机冷却泵的吸头和停机冷却流量的问题的根本解决方案。
因此，当根据本发明的停机冷却系统应用时，冷却剂损失事故发生的可能性可以因去除了反应堆容器的停机冷却系统的连接管嘴而大大降低，从而提高安全性，停机冷却系统的吸头条件可以大大改善，从而显著地简化泵的设计和运行条件，并且停机冷却流量可以增加，从而减少停机冷却所需的时间并且因此提高经济效率。同时，当根据本发明的停机冷却系统应用于一体式反应堆时，即使根据诸如用于维护的反应堆容器打开的反应堆冷却剂系统的状态，停机冷却系统的流动状态也可能不会很大地改变，这可能导致停机冷却系统的操作简化。
上述停机冷却系统和具有该停机冷却系统的核设施不限于上述实施例的构型和方法，但这些实施例可以通过选择性地组合每个实施例的全部或部分来构造，以导出各种变型。
附图标记说明
10,20,30,40,50,60,70:核设施
11b,21b,31b,41b,51b,61b,71b:蒸汽发生器
100,200,300,400,500,600,700:停机冷却系统
110,210,310,410,510,610,710:蒸汽管线连接部
120,220,320,420,520,620,720:停机冷却泵
130,230,330,430,530,630,730:停机冷却换热器
140,240,340,440,540,640,740:给水管线连接部
160,260,360,460,560,660,760:旁通通道
170,270,370,470,570,670,770:再循环通道
180,280,380,480,580,780:压力控制器
工业应用性
本发明可以应用于涉及包括停机冷却系统的核设施的工业领域。

Claims (14)

1.一种停机冷却系统，包括：
蒸汽管线连接部，所述蒸汽管线连接部连接到蒸汽管线，以通过所述蒸汽管线接收冷却水，所述蒸汽管线连接到蒸汽发生器的出口；
停机冷却换热器，用于接收通过所述蒸汽管线连接部引入所述停机冷却系统的冷却水，并且冷却在沿所述蒸汽发生器的次级流路循环时被加热的冷却水以排出到换热器通道中；
停机冷却泵，所述停机冷却泵在反应堆的正常停机时在反应堆冷却剂系统的初级冷却之后或在事故发生时启动以执行反应堆的停机冷却，从而形成沿所述蒸汽发生器和所述停机冷却换热器循环的冷却水的循环流动；以及
给水管线连接部，所述给水管线连接部连接到所述换热器通道和连接所述蒸汽发生器的入口的给水管线，从而将在所述停机冷却换热器中冷却的冷却水沿所述给水管线供应到所述蒸汽发生器。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蒸汽管线连接部包括：
抽吸管线，所述抽吸管线连接到所述蒸汽管线和所述停机冷却泵；以及
安装在所述抽吸管线中的第一阀，所述第一阀在所述反应堆的正常运行期间关闭而在所述反应堆冷却剂系统的初级冷却之后打开，
其中，所述给水管线连接部包括：
排出管线，所述排出管线连接到所述换热器通道和所述给水管线；以及
安装在所述排出管线中的第二阀，所述第二阀在所述反应堆的正常运行期间关闭而在所述反应堆冷却剂系统的初级冷却之后打开。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括：
连接通道，所述连接通道形成连接所述停机冷却泵和所述停机冷却热交换器的流路；以及
止回阀，所述止回阀安装在所述连接通道中，以防止从所述停机冷却换热器向所述停机冷却泵的逆向流动的形成。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括旁通通道，所述旁通通道从所述连接通道分支并连接到所述排出管线，以控制从所述停机冷却泵供应到所述停机冷却换热器的冷却水的流量。
5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括再循环通道，所述再循环通道从所述换热器通道分支并连接到所述抽吸管线，以形成用于将从所述停机冷却换热器排出的冷却水重新供应到所述停机冷却泵的流路。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括压力控制器，所述压力控制器连接到所述循环流动的流路，以对所述循环流动的所述流路进行加压，使得所述停机冷却系统的运行压力保持为高于预设压力。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述压力控制器使用气体而对所述循环流动的所述流路进行加压。
8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述压力控制器通过使用加热器加热蒸汽而对所述循环流动的所述流路进行加压。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蒸汽发生器包括下列中的至少一种：
设置有被配置为壳或管之一的初级流路和被配置为壳或管的另一个的次级流路的管壳式蒸汽发生器；
被配置为印刷电路式蒸汽发生器和板式蒸汽发生器中的至少一种的板式蒸汽发生器；以及
所述管壳式蒸汽发生器和所述板式蒸汽发生器的混合式蒸汽发生器。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述停机冷却换热器包括下列中的至少一种：
设置有被配置为壳或管之一的次级流路和被配置为壳或管的另一个的三级流路的管壳式换热器；以及
被配置为印刷电路式蒸汽发生器和板式蒸汽发生器中的至少一种的板式换热器。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述停机冷却换热器的所述三级流路供应有从部件冷却系统供应的部件冷却水、从大海供应的海水和从冷却塔供应的大气中的至少一种。
12.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述停机冷却泵为给水泵或辅助给水泵。
13.一种核设施，包括：
蒸汽发生器，所述蒸汽发生器具有连接到给水管线用于从给水系统接收次级流体的入口和连接到蒸汽管线用于将所述次级流体供应到涡轮系统的出口；以及
停机冷却系统，所述停机冷却系统构造成在反应堆的正常停机或事故期间执行反应堆的停机冷却，
其中，所述停机冷却系统包括：
蒸汽管线连接部，所述蒸汽管线连接部连接到蒸汽管线，用于通过所述蒸汽管线接收冷却水，所述蒸汽管线连接到所述蒸汽发生器的所述出口；
停机冷却换热器，用于通过所述蒸汽管线连接部接收冷却水并且在沿所述蒸汽发生器的次级流路循环时冷却被加热的冷却水；
停机冷却泵，所述停机冷却泵在所述反应堆的正常停机时在反应堆冷却剂系统的初级冷却之后或在事故发生时启动以执行所述反应堆的停机冷却，进而形成沿所述蒸汽发生器和所述停机冷却换热器循环的冷却水的循环流动；以及
给水管线连接部，所述给水管线连接部连接到与所述蒸汽发生器的所述入口连接的所述给水管线，以将在所述停机冷却换热器中冷却的冷却水沿所述给水管线供应到所述蒸汽发生器。
14.如权利要求13所述的核设施，其特征在于，还包括：(a)无源余热去除系统或(b)给水系统和次级系统，所述次级系统构造成在事故期间在所述停机冷却系统运行之前对所述反应堆冷却剂系统进行初级冷却。
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