CN107799187A - 一种利用安全壳惰化防止氢气风险的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用安全壳惰化防止氢气风险的方法，其包括利用安全壳惰化装置以防止安全壳内的氢气风险，或借用反应堆的系统和管线以防止安全壳内的氢气风险。本发明提供的利用安全壳惰化防止氢气风险的方法，在注入惰化气体之前，安全壳处于常规的环境条件，方便维护和检修。当注入惰化气体之后能够防止安全壳内出现氢气风险。该方法同时免去了维持安全壳长期惰化所需的配套装置。

Description

一种利用安全壳惰化防止氢气风险的方法

技术领域

本发明涉及一种利用安全壳惰化防止氢气风险的方法。

背景技术

在严重事故条件下，反应堆内的包壳材料将会与水蒸汽发生反应，产生大量氢气。氢气从主系统破口或安全阀进入安全壳，使得安全壳内的氢气浓度达到可燃、甚至爆炸限值，严重威胁安全壳的完整性。

对于大型反应堆而言，一般采用氢气点火器、氢气复合器等设备来消除事故下的氢气。对于小型反应堆或者沸水(BWR)堆而言，其安全壳的空间较为狭小，无法为氢气点火器、氢气复合器的布置提供充足的场地，因此，一般采用惰化的手段来控制氢气风险，惰化是指向安全壳内充入某种或多种性质稳定的气体(文中简称“惰化气体”)，这些气体不会与安全壳内已有的气体发生反应，但会增加安全壳内气体总量，从而降低安全壳内氢气浓度，当氢气浓度低于可燃限值时，氢气将不再发生燃烧。

当前，已采用惰化措施的反应堆以沸水堆(BWR)为主。通过向安全壳内预充大量的氮气，来防止严重事故下氢气达到可燃限值。该措施虽然解决了安全壳氢气风险的问题，但也导致了BWR的可达能力受到限制。在惰化环境下，人员无法自由进出安全壳，需要经常检修的设备必须考虑特殊的布置要求。

然而，对于小型反应堆而言，其安全壳的空间相比于BWR更为狭小，完全照搬BWR的设计经验，将惰化气体预充入安全壳是存在困难的：1)与反应堆相关的设备大多布置在安全壳内(不可能有充分的空间布置在安全壳外)，采用预充惰化气体的模式将导致无法检修；2)预充的惰化气体在反应堆运行过程中不可避免地将出现泄漏，需要不断的补充，因而需要相关配套的设备，并且操作过程也比较复杂。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种利用安全壳惰化防止氢气风险的方法。

利用安全壳惰化防止氢气风险的方法包括利用安全壳惰化装置以防止安全壳内的氢气风险，或借用反应堆的系统和管线以防止安全壳内的氢气风险。

优选地，所述利用安全壳惰化防止氢气风险装置包括惰化气体贮存箱、手动阀、电动阀和截止阀；所述惰化气体贮存箱上设置所述手动阀、电动阀和截止阀。

优选地，所述惰化气体贮存箱是一个承压设备，贮存有蓄压惰化气体，压力为3-15MPa，通过相应的管线能够非能动地在事故下向安全壳注入惰化气体。

优选地，所述反应堆的系统包括安全壳外气源、供气管线、压力容器卸压阀和专用卸压阀，所述压力容器卸压阀和专用卸压阀设置在所述供气管线上，所述供气管线与所述安全壳外气源连接。

优选地，所述安全壳外气源设计压力在3-15MPa范围内，使得供气能力能够保证安全壳自由容积内达到惰化状态。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的利用安全壳惰化防止氢气风险的方法，在注入惰化气体之前，安全壳处于常规的环境条件，方便维护和检修。当注入惰化气体之后能够防止安全壳内出现氢气风险。该方法同时免去了维持安全壳长期惰化所需的配套装置。

2、本发明提供的利用安全壳惰化防止氢气风险的方法，考虑到部分小型反应堆的功率较小、安全性较高、系统布置又非常紧凑，不设计具有气体蓄压补水功能的装置，故可以新增用于安全壳惰化的装置和管线；或考虑到可以利用反应堆已有的系统和管线进行充气，例如气体蓄压补水装置相关管道，以简化系统设计，降低成本，同时在必要时还可以利用蓄压气体作为惰化气体。

3、本发明提供的利用安全壳惰化防止氢气风险的方法中，利用安全壳惰化装置以防止安全壳内的氢气风险，仅在事故工况下向安全壳充入惰化气体；设计安全可靠，支持失电工况下运行。

4、本发明提供的利用安全壳惰化防止氢气风险的方法中，借用反应堆已有的系统和管线以防止安全壳内的氢气风险，经济性较好；仅在严重事故下使安全壳进入惰化状态，消除了安全壳长期惰化给运行带来的各种弊端。

附图说明

图1为本发明提供的利用安全壳惰化装置以防止安全壳内的氢气风险的示意图。

图2为本发明提供的借用反应堆的系统和管线以防止安全壳内的氢气风险的示意图。

其中：1—反应堆安全壳；2—惰化气体释放管道；3—单向截止阀；4—电动阀；5—手动旋拧阀；6—惰化气体贮存箱；7—安全阀；8—电动阀；12—蓄压注水箱；13—单向截止阀；14—电动阀；15—手动旋拧阀；16—惰化气体贮存箱；17—安全阀；18—电动阀；19—惰化专设阀。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

利用安全壳惰化防止氢气风险的方法包括利用安全壳惰化装置以防止安全壳内的氢气风险，或借用反应堆的系统和管线以防止安全壳内的氢气风险。

方案1：

本发明的主体包括惰化气体贮存箱6、安全阀7以及相关的电动阀和手动阀。

当核电厂发生严重事故时，燃料包壳开始升温，并与堆内的水蒸汽发生锆水反应，产生大量的氢气。氢气进入安全壳内可能导致氢气浓度达到甚至超过氢气燃爆限值，威胁安全壳的完整性。

本发明通过打开惰化气体贮存箱上的电动隔离阀4，非能动地向安全壳注入惰化气体，降低安全壳内的氢气浓度，防止安全壳氢气风险。对于电动隔离阀不可用的事故情形，本发明考虑了相应的缓解设计，即与电动阀并联一个手动旋拧阀，能够在失电工况下手动开启。

方案2：

小功率反应堆严重事故下安全壳内注气惰化系统借用反应堆已有的系统和管线，由安全壳外气源、供气管线等组成，系统的整体装置结构如图2所示。其中气源、供气管线、蓄压注射箱等均为反应堆已有的设计。

当预计事故将恶化至严重事故时，可以根据反应堆的一些关键参数(如出口温度、压力容器水位等)作为启动信号，打开供气管线上的阀门，启动气体注射。

管线的阻力和气源设计能够保证安全壳及时地进入惰化状态。根据安全壳压力、氢气浓度等判断惰化状态稳定后，关闭供气管线上的阀门。

通过上述惰化方法，借用小功率反应堆已有的管线和系统，可以有效消除安全壳内的氢气风险。

本发明并不严格地局限于所述实例。根据本发明提出的方法，任意小功率反应堆(电功率小于300MW)的安全壳内氢气风险的控制均可使用上述方法。

与现有技术相比，本实例具有以下有益效果：

1、本实例提供的利用安全壳惰化防止氢气风险的方法，在注入惰化气体之前，安全壳处于常规的环境条件，方便维护和检修。当注入惰化气体之后能够防止安全壳内出现氢气风险。该方法同时免去了维持安全壳长期惰化所需的配套装置。

2、本实例提供的利用安全壳惰化防止氢气风险的方法，考虑到部分小型反应堆的功率较小、安全性较高、系统布置又非常紧凑，不设计具有气体蓄压补水功能的装置，故可以新增用于安全壳惰化的装置和管线；或考虑到可以利用反应堆已有的系统和管线进行充气，例如气体蓄压补水装置相关管道，以简化系统设计，降低成本，同时在必要时还可以利用蓄压气体作为惰化气体。

3、本实例提供的利用安全壳惰化防止氢气风险的方法中，利用安全壳惰化装置以防止安全壳内的氢气风险，仅在事故工况下向安全壳充入惰化气体；设计安全可靠，支持失电工况下运行。

4、本实例提供的利用安全壳惰化防止氢气风险的方法中，借用反应堆已有的系统和管线以防止安全壳内的氢气风险，经济性较好；仅在严重事故下使安全壳进入惰化状态，消除了安全壳长期惰化给运行带来的各种弊端。

本说明书中各个实例采用递进的方式描述，每个实例重点说明的都是与其他实例的不同之处，各个实例之间相同相似部分互相参见即可。对于实例公开的系统而言，由于与实例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种利用安全壳惰化防止氢气风险的方法，其特征在于，包括利用安全壳惰化装置以防止安全壳内的氢气风险，或借用反应堆的系统和管线以防止安全壳内的氢气风险。

2.根据权利要求1所述的利用安全壳惰化防止氢气风险的方法，其特征在于，所述利用安全壳惰化防止氢气风险装置包括惰化气体贮存箱、手动阀、电动阀和截止阀；所述惰化气体贮存箱上设置所述手动阀、电动阀和截止阀。

3.根据权利要求2所述的利用安全壳惰化防止氢气风险的方法，其特征在于，所述惰化气体贮存箱是一个承压设备，贮存有蓄压惰化气体，压力为3-15MPa，通过相应的管线能够非能动地在事故下向安全壳注入惰化气体。

4.根据权利要求1所述的利用安全壳惰化防止氢气风险的方法，其特征在于，所述反应堆的系统包括安全壳外气源、供气管线、压力容器卸压阀和专用卸压阀，所述压力容器卸压阀和专用卸压阀设置在所述供气管线上，所述供气管线与所述安全壳外气源连接。

5.根据权利要求4所述的利用安全壳惰化防止氢气风险的方法，其特征在于，所述安全壳外气源设计压力在3-15MPa范围内，使得供气能力能够保证安全壳自由容积内达到惰化状态。