CN107833641A - 一种船用压水堆海水冷却二次侧非能动余热排出系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种船用压水堆海水冷却二次侧非能动余热排出系统，涉及核反应堆安全设施领域，其包括反应堆压力容器、安全壳和至少一个排热子系统。排热子系统包括蒸汽发生器、冷凝器、主冷却剂管路、蒸汽管路、凝水管路和船外侧水回路。其蒸汽发生器包括蒸汽发生部分和换热部分。事故后，反应堆中的余热通过反应堆压力容器和换热部分之间的主冷却剂管路、安全壳两侧的蒸汽发生部分和冷凝器之间的蒸汽管路和凝水管路，冷凝器和船舶的船壳的外侧的水之间的船外侧的水循环排出。本发明利用设备位差和介质密度差使得本系统内的介质非能动的流动，达到安全非能动的排出余热的目的。
Description
技术领域
本发明涉及核反应堆安全设施领域，具体涉及一种船用压水堆海水冷却二次侧非能动余热排出系统。
背景技术
随着对社会的发展，人们已经不再满足于陆地上的资源开发，开始了海洋资源的开采。但是海上资源的开采、岛屿的开发、人员居住、环境改善都需求源源不断的能源供给。
搭载小型压水堆的船舶作为海洋上的新兴能源载体，能够为海上石油的开采和岛屿开发提供能源供给。除了海上定点供能，它还能用于大功率船舶供能以及海水淡化供水，对海洋资源的开发意义重大。随着它逐渐投入应用，人们也越来越重视其性能指标中的安全性。
陆上核电站采用能动余热排出系统，其相对于海洋环境来说，要求相对稳定的环境，拥有较高性能的主管道，其排出余热或事故余热的能源来自于陆上其他功能设施，该能源的用量限制少，种类多。
海洋环境相对陆地环境较恶劣、且海中排热系统孤立无援，使得备用能源限制多，种类少，因此一旦发生全船失电(包含应急能源耗尽、失效等等)事故后，其主泵停运，反应堆压力容器冷却剂流速下降，堆芯产生的热量在反应堆压力容器冷却剂系统内大量堆积，导致压水堆温度升高。当温度达到压水堆承受温度极限值，就会发生事故。因此亟须开发一种适用于海洋环境的船用压水堆的余热排出系统。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种船用压水堆海水冷却二次侧非能动余热排出系统，能够非能动排出压水堆中的余热，提高搭载小型反应堆船舶的安全性能。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种船用压水堆海水冷却二次侧非能动余热排出系统，其特征在于，其包括：
反应堆压力容器；
安全壳，所述反应堆压力容器设于所述安全壳内；
至少一个排热子系统，其包括：
-设于安全壳内的蒸汽发生器，其包括换热部分和蒸汽发生部分，且所述蒸汽发生部分内部分腔体充有冷凝水，所述换热部分和所述反应堆压力容器通过主冷却剂管路形成换热循环，所述主冷却剂管路内填充有主冷却剂，所述换热部分位于反应堆压力容器上方；
-设于安全壳外且在船内的冷凝器，其包括蒸汽入口、冷凝水出口，所述蒸汽入口通过蒸汽管路与所述蒸汽发生部分未填充冷凝水的区域相联通，所述冷凝水出口通过凝水管路与所述蒸汽发生部分相联通，所述冷凝器位于蒸汽发生部分上方；同时，
所述冷凝器通过换热管路与船外海水循环换热以减低冷凝器温度，所述冷凝器位于空载吃水线下方。
在上述技术方案的基础上，所述换热部分包括第一部分和第二部分，所述主冷却剂管路包括分别和所述第一部分和第二部分相连接的主冷却剂热管段和主冷却剂冷管段。
在上述技术方案的基础上，所述换热管路包含热管路和冷管路，所述热管路、冷管路一端与冷凝器连接，另一端同船壳连接。
在上述技术方案的基础上，凝水管路上设置有电磁阀。
在上述技术方案的基础上，所述电磁阀并联设置有手动阀。
在上述技术方案的基础上，凝水管路设有止回阀。
在上述技术方案的基础上，蒸汽管路和凝水管路均设有隔离阀。
在上述技术方案的基础上，所述隔离阀可通过远程信息进行开启和关闭。
在上述技术方案的基础上，所述换热管路上设有控制阀。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明船用压水堆海水冷却二次侧非能动余热排出系统避免在一次侧设置备用排热系统，不需要在主管道上开孔，避免了管道应力的增加，从而减少了主冷却剂泄露风险，同时缓解了安全壳内空间紧张问题；
(2)本发明船用压水堆海水冷却二次侧非能动余热排出系统通过设备位差和介质密度差使得本系统内的介质非能动的循环，反应堆内积压的余热得以跟随介质排出。
(3)本发明船用压力堆二次侧非能动余热排出系统中的冷凝器结构型式为立式单管程换热器，壳侧无挡流板，结构简单，换热管内外阻力较小。
(4)本发明船用压力堆二次侧非能动余热排出系统中船体吃水深，其冷凝管长度及布置位置合理能够非能动排出余热，使得本系统适用于大部分船体船舶。
附图说明
图1为本发明船用压水堆海水冷却二次侧非能动余热排出系统的结构示意图。
图中：1-反应堆压力容器，11-主冷却剂热管段，12-主冷却剂冷管段，2-蒸汽发生器，20-换热部分，21-蒸汽发生部分，22-冷凝水，23-蒸汽管路，24-凝水管路，25-蒸汽出口，26-冷凝水入口，27-蒸汽入口，28-冷凝水出口，3-冷凝器，31-热管路，32-冷管路，41-电磁阀，42-手动阀，43-止回阀，44-隔离阀，45-控制阀，46-蒸汽阀，47-给水阀，5-安全壳，6-船壳。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明实施例提供一种船用压水堆海水冷却二次侧非能动余热排出系统，其包括设于安全壳5内部的反应堆容器和至少一个排热子系统。其排热子系统包括设于安全壳5内的蒸汽发生器2和设于安全壳5外船内的冷凝器3。
蒸汽发生器2包含有换热部分20和蒸汽发生部分21，其换热部分20与上述的反应堆压力容器1通过主冷却剂管路形成换热循环，且换热部分20位于反应堆压力容器1上方：换热部分20含有第一部分和第二部分，主冷却剂管路含有主冷却剂热管段11和主冷却剂冷管段12，主冷却剂热管段11和主冷却剂冷管段12的一端分别同换热部分20的第一部分和第二部分连接，另一端与反应堆压力容器1连接；在事故发生后，反应堆压力容器1内余热堆积，加热主冷却剂。主冷却剂因吸热温度上升密度下降从而上浮，换热部分20位于反应堆压力容器1上方，带着堆积余热的主冷却剂沿着主冷却剂热管段11流动到换热部分20，在换热部分20传递热量给蒸汽发生部分21后，主冷却剂释放热量温度下降密度增加而下沉，沿着主冷却剂冷管段12回到反应堆压力容器1。
蒸汽发生部分21和冷凝器3通过蒸汽管路23、凝水管路24形成换热循环，冷凝器3结构优选立式单管程换热器，其结构简单，内外阻力小。冷凝器3包含有蒸汽入口27和冷凝水出口28，蒸汽发生部分21含有蒸汽出口25和冷凝水入口26，蒸汽入口27与所述蒸汽发生部分21中未填充冷凝水22的区域通过蒸汽管路23相联通，该位置为蒸汽出口25；冷凝水出口28与所述蒸汽发生部分21通过凝水管路24相联通，该位置为冷凝水入口26。当事故发生后，蒸汽发生部分21内的凝水吸收换热部分20内主冷却剂携带的热量后，转化为蒸汽上升，由于冷凝器3位于蒸汽发生部分21上方，蒸汽沿着蒸汽管路23穿过安全壳5进入冷凝器3，在冷凝器3中蒸汽释放热量转化为冷凝水22沿着凝水管路24穿过安全壳5回到蒸汽发生部分21。
冷凝器3位于蒸汽发生部分21上方吃水线的下方，且通过换热管路31与船外的海水循环换热降低冷凝器3的温度：船外侧水回路包含热管路31和冷管路32，热管路31和冷管路32的一端联通于冷凝器3另一端同船壳联通。事故发生后，蒸汽在冷凝器3中转化为冷凝水22放出热量被冷却水回路中的水吸收，船外侧水回路的水吸收热量后温度上升密度下降而上浮从热管路31流出，并带动船外侧的水从冷管路32进入冷凝器3。
在压水堆核动力装置正常运行时，本发明船用压水堆海水冷却二次侧非能动余热排出系统处于备用状态：蒸汽管路23或者凝水管路24设有电磁阀41，并由压水堆核动力装置的电力系统供电，处于供电状态的的电磁阀41为关闭状态。压水堆核动力船发生全船失电、应急能源耗尽或失效后，电磁阀41因失去电力系统的供电而开启，本发明船用压水堆海水冷却二次侧非能动余热排出系统开启。电磁阀41上优选并联设置手动阀42，当系统发生其他事故需要手动启动本发明船用压水堆海水冷却二次侧非能动余热排出系统时，可以通过手动阀42开启。手动阀42和电磁阀41因并联设置，只需要手动阀42和电磁阀41任一开启即可以开启本船用压水堆海水冷却二次侧非能动余热排出系统。
并联设置的手动阀42和电磁阀41优选设置于凝水管路24上。如果并联设置的手动阀42和电磁阀41设置于蒸汽管路23，冷凝水22进入蒸汽发生部分21，冷凝水22吸收主冷却剂吸热部的主冷却剂的热量，冷凝水22持续吸热转化为蒸汽进入蒸汽管路23而被上述并联设置的手动阀42和电磁阀41阻止，致使蒸汽管路23中蒸汽堆积造成本系统内部压力不断增加，进而造成安全隐患；反之，设置于凝水管路24的并联其能够阻止冷凝水22进入蒸汽发生部分21，减少了安全隐患。
凝水管路24末端优选设置止回阀43，当冷凝水22吸收热量转换为蒸汽后蒸汽发生部分21内部压力上升，冷凝水22以及蒸汽由于凝水管路24末端设置的止回阀43无法逆流从凝水管路24进入冷凝器3，防止了凝水管路24因逆流而损坏。
蒸汽管路23所包含的蒸汽管路23和凝水管路24均优选设置隔离阀44，船外侧水回路包含的热管路31和冷管路32均优选设置控制阀45：当本船用压水堆二次侧非能动余热排除系统中的管路或者设备发生泄露事故时，可以通过关闭隔离阀44或控制阀45来隔离受污染物质。在事故发生后，上述隔离阀44或控制阀45所在的位置可能已经不适宜人员进入或者对隔离阀44及控制阀45进行操作，隔离阀44及控制阀45优选可由远程操作进行开启和关闭，进一步，隔离阀44优选使用电动阀，控制阀45优选使用球阀。
蒸汽管路23中位于安全壳6内的部分优选设置蒸汽阀56，当蒸汽过多造成压力过大时可以通过蒸汽阀56放出部分蒸汽减小压力。凝水管路24中位于安全壳6内的部分优选设置给水阀57，给水阀57通过放出或者输入冷凝水22控制凝水管路24中冷凝水22的多少。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (9)
1.一种船用压水堆海水冷却二次侧非能动余热排出系统，其特征在于，其包括：
反应堆压力容器(1)；
安全壳(5)，所述反应堆压力容器(1)设于所述安全壳(5)内；
至少一个排热子系统，其包括：
-设于安全壳(5)内的蒸汽发生器(2)，其包括换热部分(20)和蒸汽发生部分(21)，且所述蒸汽发生部分(21)内部分腔体充有冷凝水(22)，所述换热部分(20)和所述反应堆压力容器(1)通过主冷却剂管路形成换热循环，所述主冷却剂管路内填充有主冷却剂，所述换热部分(20)位于反应堆压力容器(1)上方；
-设于安全壳(5)外且在船内的冷凝器(3)，其包括蒸汽入口(27)、冷凝水出口(28)，所述蒸汽入口(27)通过蒸汽管路(23)与所述蒸汽发生部分(21)未填充冷凝水(22)的区域相联通，所述冷凝水出口(28)通过凝水管路(24)与所述蒸汽发生部分(21)相联通，所述冷凝器(3)位于蒸汽发生部分(21)上方；同时，
所述冷凝器(3)通过换热管路(31)与船外海水循环换热以减低冷凝器(3)温度，所述冷凝器(3)位于空载吃水线下方。
2.如权利要求1所述的船用压水堆海水冷却二次侧非能动余热排出系统，其特征在于：所述换热部分(20)包括第一部分和第二部分，所述主冷却剂管路包括分别和所述第一部分和第二部分相连接的主冷却剂热管段(11)和主冷却剂冷管段(12)。
3.如权利要求1所述的船用压水堆海水冷却二次侧非能动余热排出系统，其特征在于：所述换热管路(31)包含热管路(31)和冷管路(32)，所述热管路(31)、冷管路(32)一端与冷凝器(3)连接，另一端同船壳连接。
4.如权利要求1所述的船用压水堆海水冷却二次侧非能动余热排出系统，其特征在于：凝水管路(24)上设置有电磁阀(41)。
5.如权利要求4所述的船用压水堆海水冷却二次侧非能动余热排出系统，其特征在于：所述电磁阀(41)并联设置有手动阀(42)。
6.如权利要求1所述的船用压水堆海水冷却二次侧非能动余热排出系统，其特征在于：凝水管路(24)设有止回阀(43)。
7.如权利要求1所述的船用压水堆海水冷却二次侧非能动余热排出系统，其特征在于：蒸汽管路(23)和凝水管路(24)均设有隔离阀(44)。
8.如权利要求8所述的船用压水堆海水冷却二次侧非能动余热排出系统，其特征在于：所述隔离阀(44)可通过远程信息进行开启和关闭。
9.如权利要求1所述的船用压水堆海水冷却二次侧非能动余热排出系统，其特征在于：所述换热管路(31)上设有控制阀(45)。
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