CN107808701A - 一种非能动安全壳内喷淋和壳壁排热系统 - Google Patents

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刘展
刘鑫
张迪
杨波
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Abstract

本发明提供一种非能动安全壳内喷淋和壳壁排热系统，其包括蓄压水箱、蓄压水箱出水管线、喷淋集管及喷头；所述蓄压水箱出水管线与所述蓄压水箱连接，所述喷淋集管与所述蓄压水箱出水管线连接，所述喷头设置在所述喷淋集管上。本发明提供的非能动安全壳内喷淋和壳壁排热系统，采用非能动的方式，也能在其他事故或安全壳排热装置故障情况下提供持续的非能动冷却，有效保证安全壳的完整性，进而提高了该电厂的安全性。

Description

一种非能动安全壳内喷淋和壳壁排热系统
技术领域
本发明涉及反应堆设计技术，具体涉及一种适用于海上小型紧凑型压水堆核电厂的非能动安全壳内喷淋和壳壁排热系统。
背景技术
安全壳作为核电站包容放射性物质外逸的最后一道屏障，设计中需要保证其在事故后的完整性，即通过一定方式排出安全壳内热量，降低安全壳内温度和压力。
传统核电站采用安全壳喷淋系统，该系统在LOCA或MSLB事故后用泵将冷却水输送到安全壳内上部，通过喷淋装置喷撒至安全壳内以冷却壳内大气并降低壳内温度和压力。这种能动的方式冷却能力强，排热效果好，但是过度依赖外部电源。
在第三代大型先进压水堆设计中，采用了非能动安全壳冷却系统(PCS)，图1给出了发生假想的设计基准事故(DBA)后，PCS热移出过程的示意图。其本质特征在于仅依靠重力和自然循环的作用，结合蒸汽在安全壳内壁冷凝形成液膜和安全壳外壁水膜蒸发等传热传质过程，持续可靠地移出安全壳热量，维持安全壳完整性，防止放射性物质释放至外界环境。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种非能动安全壳内喷淋和壳壁排热系统。
非能动安全壳内喷淋和壳壁排热系统包括蓄压水箱、蓄压水箱出水管线、喷淋集管及喷头；所述蓄压水箱出水管线与所述蓄压水箱连接，所述喷淋集管与所述蓄压水箱出水管线连接，所述喷头设置在所述喷淋集管上。
优选地，所述蓄压水箱出水管线设置了电动截止阀。
优选地，安全壳采用钢制安全壳，壳内壁面设置加强筋并以此作为冷凝液回收装置。
优选地，所述蓄压水箱为一个密闭的承压钢制容器，箱内储存冷却水，在气体空间充一定压力的氮气。
优选地，所述蓄压水箱出水管线上设置截止阀。
优选地，所述蓄压水箱的水装量可以满足事故初期钢制安全壳尚未起到排热作用时安全壳压力和温度不超过可接受的限制要求。
优选地，所述钢制安全壳为卧式圆柱形承压容器，钢制安全壳的壁面涂层满足导热和防锈要求。
优选地，所述钢制安全壳的内壁面设有加强筋，经配置以提高安全壳的承压能力，所述加强筋可收集壳内冷凝液，并配合管道将冷凝液排至需要的区域。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的非能动安全壳内喷淋和壳壁排热系统，采用非能动的方式，也能在其他事故或安全壳排热装置故障情况下提供持续的非能动冷却，有效保证安全壳的完整性，进而提高了该电厂的安全性。
2、本发明提供的非能动安全壳内喷淋和壳壁排热系统，对于小型反应堆，其功率一般较低，且采用紧凑式布置和一定设计手段后，基本消除了大破口失水事故发生的可能性，且通过设置钢制的安全壳，将海水作为最终热阱，可以保证长期将安全壳内热量传递给环境。但对于事故初期，由于小型反应堆安全壳内空间有限，短期安全壳压力快速升高，此时可利用壳内喷淋冷却能力强、换热效果好的优点抑制事故初期安全壳压力，该设计组合钢制安全壳，不依赖外部电源和干预即可在事故后无限期保证安全壳的完整性，可以有效提高该堆型的安全水平。
附图说明
图1为发生假想的设计基准事故(DBA)后，PCS热移出过程的示意图。
图2为本发明提供的非能动安全壳内喷淋和壳壁排热系统的示意图。
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。
本发明所提供的非能动安全壳排热系统包括蓄压水箱及喷淋管线和装置、钢制安全壳以及相关的管道和阀门。蓄压水箱置于安全壳内，通过喷淋管线连接至喷淋系统，钢制安全壳即作为承压容器，又作为导热体将壳内热量传递给海水。
壳内喷淋用于抑制事故初期大量高能流体释放时安全壳内压力升高过快，采用蓄压喷淋的方式，有效利用了安全壳内喷淋换热效率高的优点，同时采用高压氮气代替传统的能动的泵，消除了对能动系统的需求。对于事故后中长期，由于小型堆功率较小，仅依靠钢制安全壳即可将余热排出至环境，从而无限期地将安全壳压力和温度维持在可接受的低水平，以保持安全壳的完整性。蓄压水箱和钢制安全壳均用于事故后抑制安全壳压力，本系统合理地将两者组合起来使用以控制安全壳内的温度压力水平，以保持安全壳完整性，能够应对设计基准事故到超设计基准事故直至严重事故。此组合方案可覆盖全部安全壳升压事故。
下面以小破口LOCA事故为例，结合附图2对本发明进行详细的描述。
在LOCA事故发生后，大量高能流体进入安全壳(设备1)内，使得安全壳压力快速升高，当安全壳压力达到某整定值后，将触发喷淋管线上的截止阀开启，在蓄压水箱(设备2)内高压氮气的压力作用下，水箱内冷却水被输运至喷淋管线，进而流入喷淋集管(设备3)，并通过雾化喷头以小液滴的形式喷洒在安全壳内大气空间，小液滴吸收气空间的热量并蒸发，有效降低安全壳内压力和温度。
在蓄压水箱内水全部喷淋至安全壳内后，此时钢制安全壳已经被壳内高温混合气体加热，此时可以通过在钢制安全壳内壁面冷凝、钢制安全壳导热、外壁面自然对流的形式将热量由安全壳内传递至安全壳外。由于安全壳外是海水，基本可以维持安全壳外壁面温度在低水平，即此时钢制安全壳和海水类似一个较大的最终热阱。
在钢制安全壳内壁面设置加强筋，以提高安全壳的承压能力，该加强筋可收集壳内冷凝液，并配合管道将冷凝液排至需要的区域。
发生设计基准事故后，蓄压水箱和钢制安全壳换热均为自动投入，无需操纵员动作，利用压差和自然循环的原理实现安全壳的全时程排热，安全壳非能动排热时间无限期。
对于可能存在的小型堆在水面以上的情况，如图2所示，此时发生破口事故导致安全壳内升温升压后，仍可通过蓄压喷淋控制安全壳压力快速升高，而长期热量导出则需要通过舱壁外的空气自然对流换热。
与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：
1、本实施例提供的非能动安全壳内喷淋和壳壁排热系统，采用非能动的方式，也能在其他事故或安全壳排热装置故障情况下提供持续的非能动冷却，有效保证安全壳的完整性，进而提高了该电厂的安全性。
2、本实施例提供的非能动安全壳内喷淋和壳壁排热系统，对于小型反应堆，其功率一般较低，且采用紧凑式布置和一定设计手段后，基本消除了大破口失水事故发生的可能性，且通过设置钢制的安全壳，将海水作为最终热阱，可以保证长期将安全壳内热量传递给环境。但对于事故初期，由于小型反应堆安全壳内空间有限，短期安全壳压力快速升高，此时可利用壳内喷淋冷却能力强、换热效果好的优点抑制事故初期安全壳压力，该设计组合钢制安全壳，不依赖外部电源和干预即可在事故后无限期保证安全壳的完整性，可以有效提高该堆型的安全水平。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施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 (8)

1.一种非能动安全壳内喷淋和壳壁排热系统，其特征在于，包括蓄压水箱、蓄压水箱出水管线、喷淋集管及喷头；所述蓄压水箱出水管线与所述蓄压水箱连接，所述喷淋集管与所述蓄压水箱出水管线连接，所述喷头设置在所述喷淋集管上。
2.根据权利要求1所述的非能动安全壳内喷淋和壳壁排热系统，其特征在于，所述蓄压水箱出水管线设置了电动截止阀。
3.根据权利要求1所述的非能动安全壳内喷淋和壳壁排热系统，其特征在于，安全壳采用钢制安全壳，壳内壁面设置加强筋并以此作为冷凝液回收装置。
4.根据权利要求1所述的非能动安全壳内喷淋和壳壁排热系统，其特征在于，所述蓄压水箱为一个密闭的承压钢制容器，箱内储存冷却水，在气体空间充一定压力的氮气。
5.根据权利要求4所述的非能动安全壳内喷淋和壳壁排热系统，其特征在于，所述蓄压水箱出水管线上设置截止阀。
6.根据权利要求1所述的非能动安全壳内喷淋和壳壁排热系统，其特征在于，所述蓄压水箱的水装量可以满足事故初期钢制安全壳尚未起到排热作用时安全壳压力和温度不超过可接受的限制要求。
7.根据权利要求3所述的非能动安全壳内喷淋和壳壁排热系统，其特征在于，所述钢制安全壳为卧式圆柱形承压容器，钢制安全壳的壁面涂层满足导热和防锈要求。
8.根据权利要求3所述的非能动安全壳内喷淋和壳壁排热系统，其特征在于，所述钢制安全壳的内壁面设有加强筋，经配置以提高安全壳的承压能力，所述加强筋可收集壳内冷凝液，并配合管道将冷凝液排至需要的区域。
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