CN108447570A - 船用反应堆及其二次侧非能动余热排出系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船用反应堆及其二次侧非能动余热排出系统，系统包括：直流蒸汽发生器上设有第一入口和第一出口；补水箱储存有冷却剂，补水箱上设有第二出口和第二入口，第二出口位于补水箱的液面以下，补水箱的液面高度高于第一入口；冷却水箱存储有冷却剂；冷凝装置包括冷凝箱、以及设置在冷凝箱的冷凝通道，冷凝通道与冷却水箱连通。冷凝箱包括第三入口和第三出口，第三出口与第二入口连通。输入管连接在第一入口和第二出口之间；输出管连接在第一出口和第三入口之间；补水箱的冷却剂由第二出口、第一入口流入直流蒸汽发生器，在直流蒸汽发生器吸热形成的蒸汽由第一出口流出到冷凝箱，冷凝后由第三出口进入补水箱，保证事故工况下余热的长期排出。

Description

船用反应堆及其二次侧非能动余热排出系统

技术领域

本发明涉及核电领域，更具体地说，涉及一种船用反应堆及其二次侧非能动余热排出系统。

背景技术

船用反应堆安全系统的主要目的是确保在发生事故以后，保证反应堆紧急停闭、堆芯余热的排出和安全壳的完整，以便限制事故的发展和减轻事故的后果。其中事故工况下反应堆余热排出问题尤为重要，它直接关系到反应堆安全，处理不好将导致一回路冷却剂沸腾甚至是堆芯的熔化，因此反应堆应急余热排系统的设计一直是反应堆设计的关键技术之一。

近年，非能动技术成为反应堆安全系统研究的热点，许多先进堆型采用了二次侧非能动余热排出设计，其主要特征是设置体积较大的高位水箱，在水箱内部设置管束式冷凝器，冷凝器进出口管线分别连接蒸汽发生器二次侧主蒸汽管线和主给水管线，同时并联一台蒸汽发生器补水箱。

上述二次侧非能动余热排出系统设计更适合陆上反应堆，船用反应堆与陆上反应堆相比有明显不同，二次侧非能动余热排出系统设计如果用于船用反应堆需要解决下列问题：

1、船上空间有限，要求系统和设备设计尽量小型化；

2、船体设计对重量十分敏感，水箱体积过大过高会影响船体稳定性；

3、船舱空间狭窄，设备检修困难，特别是浸没于高位水箱中的冷凝器检修和安装极为不便，并存在腐蚀失效的风险；

4、相比于陆上普遍应用的U型管蒸汽发生器，船用蒸汽发生器以直流蒸汽发生器为主，其具有体积小、效率高及水容积小等特点，二次侧非能动余热系统设计须适于这些特点。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种船用反应堆及其二次侧非能动余热排出系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种船用反应堆二次侧非能动余热排出系统，包括：

直流蒸汽发生器，设置在安全壳内，所述直流蒸汽发生器上设有第一入口和第一出口；

补水箱，设置在所述安全壳外，储存有冷却剂，所述补水箱上设有第二出口和第二入口，所述第二出口位于所述补水箱的液面以下，所述补水箱的液面高度高于所述第一入口；

冷却水箱，设置在所述安全壳外，存储有冷却剂；

冷凝装置，设置在所述安全壳外，包括冷凝箱、以及设置在所述冷凝箱的冷凝通道，所述冷凝通道与所述冷却水箱连通，所述冷凝箱包括第三入口和第三出口，所述第三出口与所述第二入口连通；

输入管，连接在所述第一入口和所述第二出口之间；

输出管，连接在所述第一出口和所述第三入口之间；

所述补水箱的冷却剂由所述第二出口、第一入口流入所述直流蒸汽发生器，在所述直流蒸汽发生器吸热形成的蒸汽由所述第一出口流出到所述冷凝箱，冷凝后由所述第三出口进入所述补水箱。

优选地，所述第一出口、第一入口设置在所述直流蒸汽发生器的上端。

优选地，所述冷凝装置的高度位置低于所述冷却水箱，所述冷却水箱上分别设有与所述冷凝通道连通的第四出口、第四入口，所述第四出口的高度位置低于所述第四入口。

优选地，所述第四出口、第四入口到所述冷凝通道之间的管道上分别设有第一隔离阀。

优选地，所述冷凝装置包括冷凝管，所述冷凝通道形成于冷凝管内。

优选地，所述冷凝管包括第五入口和第五出口，所述第五入口的高度位置低于所述第五出口，所述第五出口的高度位置低于所述第四出口，所述第五入口与所述第四出口通过管道连通，所述第五出口与所述第四入口通过管道连通；

当二次侧非能动余热排出系统投运后，所述冷凝管被加热，所述冷凝管内部冷却剂和所述安全壳外所述冷却水箱中的冷却剂密度形成差值，产生驱动力，使所述冷凝管内冷却剂向所述冷却水箱流动，将所述冷凝管吸收的热量带入所述安全壳外的所述冷却水箱。

优选地，所述冷凝箱的高度位置高于所述补水箱的液面。

优选地，所述输入管位于所述安全壳外的管道上设有第一隔离阀，控制从所述第二出口到所述第一入口之间的管路开关。

优选地，所述输入管位于所述安全壳外的管道上还设有逆止阀，防止冷却剂经所述逆止阀向所述补水箱内流动。

优选地，所述逆止阀位于所述第一隔离阀的下游。

优选地，所述输出管位于所述安全壳外的管道上设有第二隔离阀，以控制从所述第一出口到所述冷凝箱之间的管路开关。

优选地，所述二次侧非能动余热排出系统还包括主给水管、主蒸汽管，所述主给水管与所述输入管连通，所述主蒸汽管与所述输出管连通，所述主给水管、主蒸汽管上分别设有第二隔离阀。

一种船用反应堆，包括所述的船用反应堆二次侧非能动余热排出系统。

实施本发明的船用反应堆及其二次侧非能动余热排出系统，具有以下有益效果：采用二次侧非能动余热排出技术，不依赖外部电源，系统设计简化，全部部件均位于安全壳外，降低了对安全壳内布置空间的要求，同时减少安全壳贯穿件数量，节约投资成本。适合船用反应堆的二次侧非能动余热排出系统，以保证反应堆在丧失正常排热路径的事故工况下余热的长期排出。本发明补水箱体积可大幅减小，利于船体稳定，同时节省了投资成本。另外，冷凝装置置于冷却水箱外，便于检修和安装，减少腐蚀，有利于提高设备可靠性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例中的船用反应堆二次侧非能动余热排出系统的原理示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明一个优选实施例中的船用反应堆包括安全壳1以及二次侧非能动余热排出系统。

二次侧非能动余热排出系统包括直流蒸汽发生器2、补水箱3、冷却水箱4、冷凝装置5、输入管6、输出管7等。

直流蒸汽发生器2设置在安全壳1内，直流蒸汽发生器2上设有第一入口21和第一出口22。本实施例中，直流蒸汽发生器2是一种采用上部进给水上部出蒸汽的直流蒸汽发生器2，其壳侧为一回路介质，管侧为二回路介质，第一出口22、第一入口21设置在直流蒸汽发生器2的上端，第一入口21也可设置在直流蒸汽发生器2的下端。

补水箱3设置在安全壳1外，储存有冷却剂，补水箱3上设有第二出口31和第二入口32，第二出口31位于补水箱3的液面以下，补水箱3的液面高度高于第一入口21，让补水箱3内的冷却剂依靠重力向第一入口21流出，流进直流蒸汽发生器2内。

冷却水箱4设置在安全壳1外，存储有冷却剂，为冷凝装置5冷凝提供冷源。

冷凝装置5设置在安全壳1外，包括冷凝箱51、以及设置在冷凝箱51的冷凝通道，冷凝通道与冷却水箱4连通，让冷却水箱4内的冷却剂能经冷凝通道循环流动。

冷凝箱51包括第三入口511和第三出口512，第三出口512与第二入口32连通，让冷凝箱51内冷凝后的冷却剂靠重力流进补水箱3。

输入管6连接在第一入口21和第二出口31之间；输出管7连接在第一出口22和第三入口511之间，让冷却剂在直流蒸汽发生器2、冷凝箱51、补水箱3循环流动。

补水箱3的冷却剂由第二出口31、第一入口21流入直流蒸汽发生器2，在直流蒸汽发生器2吸热形成的蒸汽由第一出口22流出到冷凝箱51，冷凝后由第三出口512进入补水箱3。补水箱3内的冷却剂靠重力再次注回直流蒸汽发生器2，形成闭式非能动自然循环。

采用二次侧非能动余热排出技术，不依赖外部电源，系统设计简化，全部部件均位于安全壳1外，降低了对安全壳1内布置空间的要求，同时减少安全壳1贯穿件数量，节约投资成本。

适合船用反应堆的二次侧非能动余热排出系统，以保证反应堆在丧失正常排热路径的事故工况下余热的长期排出。本发明补水箱3体积可大幅减小约30％，利于船体稳定，同时节省了投资成本。

冷凝装置5置于冷却水箱4外，便于检修和安装，减少腐蚀，有利于提高设备可靠性。进一步地，冷凝箱51的高度位置高于补水箱3的液面，利于冷凝后的冷却剂靠重力向下流动到补水箱3内。

冷凝装置5的高度位置低于冷却水箱4，冷却水箱4上分别设有与冷凝通道连通的第四出口41、第四入口42，第四出口41的高度位置低于第四入口42，冷却水箱4内的冷却剂靠重力流向冷凝装置5。

优选地，安全壳1外冷却水箱4上的第四出口41、第四入口42分别由底部和侧壁分别接管至冷凝通道。冷凝装置5包括冷凝管52，冷凝通道形成于冷凝管52内，第四出口41、第四入口42分别通过管道连接至冷凝管52。

冷凝管52包括第五入口521和第五出口522，第五入口521的高度位置低于第五出口522，第五出口522的高度位置低于第四出口41，第五入口521与第四出口41通过管道连通，第五出口522与第四入口42通过管道连通。冷却水箱4中的冷却剂可以从底部的第四出口41全部流向冷凝管52，让冷却水箱4中的冷却剂充分利用。

第四出口41、第四入口42到冷凝通道之间的管道上分别设有第一隔离阀43，第四出口41、第四入口42到冷凝通道之间的管道上的第一隔离阀43为常开的手动阀门，在冷凝器检修期间关闭上述阀门，对冷凝装置5进行排水检修。

初始状态下冷凝通道内、以及连接在冷却水箱4和冷凝管52之间的连接管道内充满冷却剂，冷却剂不流动。

当二次侧非能动余热排出系统投运后，冷凝管52被加热，冷凝管52内部冷却剂和安全壳1外冷却水箱4中的冷却剂密度形成差值，产生驱动力，使冷凝管52内冷却剂向冷却水箱4流动，将冷凝管52吸收的热量带入安全壳1外冷却水箱4，安全壳1外冷却水箱4中的冷却剂随着温度的不断升高最终形成蒸汽排外大气。

在一些实施例中，输入管6位于安全壳1外的管道上设有第一隔离阀61，便于控制从第二出口31到第一入口21之间的管路开关。

进一步地，输入管6位于安全壳1外的管道上还设有逆止阀62，防止冷却剂向补水箱3内流动，防止由于直流蒸汽发生器2内的压力过大，将冷却剂倒流到补水箱3内。

输出管7位于安全壳1外的管道上设有第二隔离阀71，便于控制从第一出口22到冷凝箱51之间的管路开关。

二次侧非能动余热排出系统还包括主给水管8、主蒸汽管9，主给水管8与输入管6连通，主蒸汽管9与输出管7连通，主给水管8、主蒸汽管9上分别设有第二隔离阀81。

反应堆正常工作时，第一隔离阀61、第二隔离阀71关闭，第二隔离阀81打开，二次侧非能动余热排出系统处于备用状态，此时逆止阀62起的作用是防止主给水管8中的高压水进入二次侧非能动余热排出系统内。

反应堆紧急停堆时，第二隔离阀81关闭，第一隔离阀61、第二隔离阀71打开，让二次侧非能动余热排出系统独立运行对直流蒸汽发生器2进行排热。

本发明采用非能动余热排出技术，不依赖外部电源，满足包括全厂断电在内的反应堆丧失正常排热路径事故条件下余热排出的需求，没有直接和反应堆冷却剂系统连接的管路，降低了一回路管路破裂的概率，提高了系统可靠性和电厂安全性，降低了大规模放射性释放概率；

本发明二次侧非能动余热排出系统设计大为简化，节约船舱了空间；冷却水箱4体积可大幅减小约30％，利于船体稳定，同时节省了投资成本；

本发明为直流蒸汽发生器2设置串联补水箱3、无需阀门控制，操作简便更加可靠；

本发明采用管壳式冷凝装置5，被冷凝蒸汽走体积较大的壳侧，初始状态壳侧没有存水有利于吸收系统启动阶段的高压冲击，防止系统失效；

本发明二次侧非能动余热排出系统全部部件均位于安全壳1外，降低了对安全壳1内布置空间的要求，同时减少安全壳1贯穿件数量，节约投资成本；

本发明冷凝装置5置于冷却水箱4外，便于检修和安装，减少腐蚀，有利于提高设备可靠性，减少运维成本。

可以理解地，上述各技术特征可以任意组合使用而不受限制。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种船用反应堆二次侧非能动余热排出系统，其特征在于，包括：

直流蒸汽发生器（2），设置在安全壳（1）内，所述直流蒸汽发生器（2）上设有第一入口（21）和第一出口（22）；

补水箱（3），设置在所述安全壳（1）外，储存有冷却剂，所述补水箱（3）上设有第二出口（31）和第二入口（32），所述第二出口（31）位于所述补水箱（3）的液面以下，所述补水箱（3）的液面高度高于所述第一入口（21）；

冷却水箱（4），设置在所述安全壳（1）外，存储有冷却剂；

冷凝装置（5），设置在所述安全壳（1）外，包括冷凝箱（51）、以及设置在所述冷凝箱（51）的冷凝通道，所述冷凝通道与所述冷却水箱（4）连通，所述冷凝箱（51）包括第三入口（511）和第三出口（512），所述第三出口（512）与所述第二入口（32）连通；

输入管（6），连接在所述第一入口（21）和所述第二出口（31）之间；

输出管（7），连接在所述第一出口（22）和所述第三入口（511）之间；

所述补水箱（3）的冷却剂由所述第二出口（31）、第一入口（21）流入所述直流蒸汽发生器（2），在所述直流蒸汽发生器（2）吸热形成的蒸汽由所述第一出口（22）流出到所述冷凝箱（51），冷凝后由所述第三出口（512）进入所述补水箱（3）。

2.根据权利要求1所述的船用反应堆二次侧非能动余热排出系统，其特征在于，所述第一出口（22）、第一入口（21）设置在所述直流蒸汽发生器（2）的上端。

3.根据权利要求1所述的船用反应堆二次侧非能动余热排出系统，其特征在于，所述冷凝装置（5）的高度位置低于所述冷却水箱（4），所述冷却水箱（4）上分别设有与所述冷凝通道连通的第四出口（41）、第四入口（42），所述第四出口（41）的高度位置低于所述第四入口（42）。

4.根据权利要求3所述的船用反应堆二次侧非能动余热排出系统，其特征在于，所述第四出口（41）、第四入口（42）到所述冷凝通道之间的管道上分别设有第一隔离阀（43）。

5.根据权利要求3所述的船用反应堆二次侧非能动余热排出系统，其特征在于，所述冷凝装置（5）包括冷凝管（52），所述冷凝通道形成于冷凝管（52）内。

6.根据权利要求5所述的船用反应堆二次侧非能动余热排出系统，其特征在于，所述冷凝管（52）包括第五入口（521）和第五出口（522），所述第五入口（521）的高度位置低于所述第五出口（522），所述第五出口（522）的高度位置低于所述第四出口（41），所述第五入口（521）与所述第四出口（41）通过管道连通，所述第五出口（522）与所述第四入口（42）通过管道连通；

当二次侧非能动余热排出系统投运后，所述冷凝管（52）被加热，所述冷凝管（52）内部冷却剂和所述安全壳（1）外所述冷却水箱（4）中的冷却剂密度形成差值，产生驱动力，使所述冷凝管（52）内冷却剂向所述冷却水箱（4）流动，将所述冷凝管（52）吸收的热量带入所述安全壳（1）外的所述冷却水箱（4）。

7.根据权利要求1所述的船用反应堆二次侧非能动余热排出系统，其特征在于，所述冷凝箱（51）的高度位置高于所述补水箱（3）的液面。

8.根据权利要求1所述的船用反应堆二次侧非能动余热排出系统，其特征在于，所述输入管（6）位于所述安全壳（1）外的管道上设有第一隔离阀（61），控制从所述第二出口（31）到所述第一入口（21）之间的管路开关。

9.根据权利要求8所述的船用反应堆二次侧非能动余热排出系统，其特征在于，所述输入管（6）位于所述安全壳（1）外的管道上还设有逆止阀（62），防止冷却剂经所述逆止阀（62）向所述补水箱（3）内流动。

10.根据权利要求9所述的船用反应堆二次侧非能动余热排出系统，其特征在于，所述逆止阀（62）位于所述第一隔离阀（61）的下游。

11.根据权利要求1所述的船用反应堆二次侧非能动余热排出系统，其特征在于，所述输出管（7）位于所述安全壳（1）外的管道上设有第二隔离阀（71），以控制从所述第一出口（22）到所述冷凝箱（51）之间的管路开关。

12.根据权利要求1至11任一项所述的船用反应堆二次侧非能动余热排出系统，其特征在于，所述二次侧非能动余热排出系统还包括主给水管（8）、主蒸汽管（9），所述主给水管（8）与所述输入管（6）连通，所述主蒸汽管（9）与所述输出管（7）连通，所述主给水管（8）、主蒸汽管（9）上分别设有第二隔离阀（81）。

13.一种船用反应堆，其特征在于，包括权利要求1至12任一项所述的船用反应堆二次侧非能动余热排出系统。