CN108470588A - 整体式反应堆压力容器管板 - Google Patents

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Abstract

用于反应堆压力容器的热控制系统包括板，所述板具有基本圆形的形状，所述板附装到反应堆压力容器的壁。所述板将反应堆压力容器分成上反应堆压力容器区域和下反应堆压力容器区域。另外，所述板构造成在处于上反应堆压力容器区域内的加压容积和处于下反应堆压力容器区域内的初次冷却剂之间提供热障。一个或多个增压室提供用于供多个传热管穿过反应堆压力容器的壁的通道。多个传热管连接到板。

Description

整体式反应堆压力容器管板
本申请是国际申请号为PCT/US2014/061161、国家申请号为201480065461.5、申请日为2014年10月17日、名称为“整体式反应堆压力容器管板”的中国专利申请的分案申请。
相关申请的交叉参考
本申请要求享有2013年12月26日提交的美国临时申请No.61/921,046和2014年4月24日提交的美国非临时申请No.14/260,866的优先权。
技术领域
本申请涉及发电领域，所述发电领域涉及动力系统，所述动力系统包括蒸汽发生器管组件。
背景技术
包括由蒸汽发生器高效地发电的能力在内的反应堆性能会受各种设计考虑要素的改变或以其它方式影响。例如，蒸汽发生器管的数量、长度和壁厚会影响与蒸汽发生器系统相关联的衰变热去除和流量。类似地，与外壳结构相联关的总体积和壁厚可以部分地确定动力设施的正常操作压力或可容许系统压力。
除了涉及效率的设计考虑要素以外，与动力设施相关联的各种系统部件必须经常满足严格的安全要求和监管规范。在压力下借助液体和/或蒸汽操作的动力设施典型地设计成承受住会超过正常操作条件的压力，以便阻止部件在过压事件或事故期间失效。
不变地，安全要求和监管规范经常促使部件具有更加坚固的设计，这趋向于促使在某些部件的制造中所使用的材料增加。随着部件的尺寸或重量增加，这类似地增加了在构造反应堆模块期间的相关联的制造和运输成本，从而添加到动力设施和电力的总成本，所述电力是所述动力设施设计成发电的电力。本申请解决了这些和其它问题。
发明内容
用于反应堆压力容器的热控制系统可以包括板，所述板具有基本圆形的形状，所述板附装到反应堆压力容器的壁。所述板可以将反应堆压力容器分成上反应堆压力容器区域和下反应堆压力容器区域。另外，所述板可以构造成在处于上反应堆压力容器区域内的加压容积和处于下反应堆压力容器区域内的初次冷却剂之间提供热障和/或液体阻挡层。一个或多个增压室可以构造成提供用于供多个传热管穿过反应堆压力容器的壁的通道。多个传热管可以连接到板。
附图说明
图1示出示例核反应堆模块，所述示例核反应堆模块包括由反应堆压力容器包围的反应堆芯。
图2示出示例系统的剖视图，所述示例系统包括反应堆压力容器和反应堆压力容器挡板。
图3A示出反应堆模块的俯视图，所述反应堆模块包括挡板和安装在反应堆压力容器上的一个或多个蒸汽发生器喷嘴。
图3B示出图3A的反应堆压力容器的剖视图。
图4A示出反应堆模块的俯视图，所述反应堆模块包括示例整体式反应堆压力容器管板和安装在反应堆压力容器上的一个或多个蒸汽发生器喷嘴。
图4B示出图4A的反应堆压力容器的剖视图。
图5示出反应堆压力容器系统，所述反应堆压力容器系统包括示例整体式反应堆压力容器管板。
图6示出图5的示例整体式反应堆压力容器管板的放大的局部视图。
图7示出附装到反应堆压力容器的示例整体式反应堆压力容器管板。
图8示出示例整体式反应堆压力容器管板，所述示例整体式反应堆压力容器管板构造成附装到反应堆压力容器的上部分和反应堆压力容器的下部分二者。
图9示出附装到反应堆压力容器的示例整体式反应堆压力容器管板。
图10示出示例反应堆模块，所述示例反应堆模块包括减小直径的上安全壳。
图11示出图10的示例反应堆模块的剖视图。
图12示出组装整体式管板的示例过程。
具体实施方式
为了帮助回顾本文公开的各实施例以及提供对本文公开的各实施例的更好理解，多个术语可以由首字母缩略词或缩写词表示，其包括，但不限于：应急堆芯冷却系统(ECCS)、化学容积控制系统(CVCS)、安全壳(CNV)、给水(FW)、加压器(PZR)、反应堆冷却剂系统(RCS)、反应堆压力容器(RPV)和蒸汽发生器(SG)。另外，本文公开的或涉及的各示例可以与在美国申请No.12/393,577、美国申请No.12/397,481和美国申请No.12/939,957中的一个或多个中所找到的特征部件一致地或协同地操作，所述美国申请的整个内容通过参考包含于此。
图1示出示例核反应堆模块5，其包括由反应堆压力容器2包围的反应堆芯6。在反应堆压力容器2中的冷却剂10包围反应堆芯6。反应堆芯6可以位于护罩22中，所述护罩22围绕反应堆芯6的侧面包围反应堆芯6。当冷却剂10通过反应堆芯6由于裂变事件而被加热时，冷却剂10可以从护罩22被向上指引到位于反应堆芯6上方的环形部23中而指引出立管24。这会使得额外的冷却剂10被抽吸到护罩22中以继而由反应堆芯6加热，所述反应堆芯6将更多的冷却剂10抽吸到护罩22中。从立管24出现的冷却剂10可以被冷却下来而朝向反应堆压力容器2的外侧指引，并且继而通过自然循环返回到反应堆压力容器2的底部。随着冷却剂10被加热，可以在反应堆压力容器2中产生加压蒸气11(例如，蒸汽)。
热交换器35可以构造成使给水和/或蒸汽在二次冷却系统30中循环，以便借助涡轮32和发电机34发电。在某些示例中，给水穿过热交换器35并且可以变成过热蒸汽。二次冷却系统30可以包括冷凝器36和给水泵38。在某些示例中，在二次冷却系统30中的给水和/或蒸汽保持与在反应堆压力容器2中的冷却剂10隔离，使得所述给水和/或蒸汽和所述冷却剂不允许彼此混合或不允许彼此直接接触。
反应堆压力容器2可以由安全壳4包围。在某些示例中，安全壳4可以被放置在水池中，例如，如位于地平面之下。安全壳4构造成禁止释放与反应堆压力容器2相关联的冷却剂10而禁止所述冷却剂泄漏到安全壳4的外侧和/或泄漏到周围环境中。在紧急状况下，蒸气11可以从反应堆压力容器2通过阀8排放到安全壳4中，并且/或者冷却剂10可以通过泄料阀18释放。蒸气11和/或冷却剂10释放到安全壳4中的释放速率可以根据反应堆压力容器2内的压力而改变。在某些示例中，与反应堆芯6相关联的衰变热可以通过在安全壳4的内壁上的蒸气11的凝结组合和/或通过抑制冷却剂10通过泄料阀18释放而被至少部分地去除。
安全壳4可以具有大约圆筒形的形状。在某些示例中，安全壳4可以具有一个或多个椭圆体的、圆顶状的或球形的端部。安全壳4可以被焊接或以其它方式焊接到环境，使得液体和/或气体不允许从安全壳4泄漏或不允许进入安全壳4中。在各示例中，反应堆压力容器2和/或安全壳4可以被底部支撑、被顶部支撑、围绕其中心被支撑或以上述方式的任何组合被支撑。
在某些示例和/或操作模式中，反应堆压力容器2的内表面可以暴露于潮湿环境，所述潮湿环境包括冷却剂10和/或蒸气11，并且反应堆压力容器2的外表面可以暴露于基本干燥的环境。反应堆压力容器2可以包括不锈钢、碳钢、其它类型的材料或复合材料或它们的任何组合和/或由不锈钢、碳钢、其它类型的材料或复合材料或它们的任何组合制成。另外，反应堆压力容器2可以包括包层和/或绝缘。
安全壳4可以基本包围在安全区域14内的反应堆压力容器2。在某些示例和/或操作模式中，安全区域14可以包括干燥的、空心的和/或气态的环境。在某些示例中，反应堆压力容器2和安全壳4中的一个或二者可以在诸如再加燃料、停工或运输的某些操作模式期间暴露于冷却剂和/或水。安全区域14可以包括一定量的空气、诸如氩气的气体、其它类型的气体或它们的任何组合。在某些示例中，安全区域14可以被维持在大气压力处或以下，例如，被维持在部分真空处。在其它示例中，安全区域14可以被维持在基本完全的真空处。在安全壳4中的任何一种或多种气体可以在反应堆模块5操作之前被抽空和/或去除。
某些气体可以被认为在核反应堆系统内经历的操作压力下是不可凝结的。例如，这些不可凝结的气体可以包括氢气和氧气。在应急操作期间，蒸汽可以与燃料棒起化学反应以产生较高的氢气水平。当氢与空气或氧混合时，这可以产生可燃混合物。通过从安全壳4去除空气或氧的基本部分，允许混合的氢和氧的量可以被最小化或被消除。
当检测应急状态时，可以去除或放出存在于安全区域14中的任何空气或其它气体。从安全区域14放出或排空的气体可以包括不可凝结的气体和/或可凝结的气体。可凝结的气体可以包括排放到安全区域14中的任何蒸汽。
在应急操作期间，鉴于蒸气和/或蒸汽可以排放到安全区域14中，仅微不足道的量的不可凝结的气体(例如，氢气)可以排放或释放到安全区域14中。可以能够从实践的角度假定，基本没有不可凝结的气体与蒸气一起释放到安全区域14中。因此，在某些示例中，基本没有氢气与蒸气一起排放到安全区域14中，使得与会存在于安全区域14内的任何氧气一起的氢气的水平和/或量被维持在不可燃的水平处。另外，可以在不使用消氢器的情况下维持该不可燃的氧氢混合物的水平。在某些示例中，与反应堆压力容器2分离的排气线可以构造成在反应堆的起动、加热、冷却和/或关闭期间去除不可凝结的气体。
通常在约50托(50mmHG)的绝对压力下发生空气中的对流传热的去除，然而可以在约300托(300mmHG)的绝对压力下观察到对流传热的减少。在某些示例中，安全区域14可以具有300托(300mmHG)的压力或维持在300托(300mmHG)的压力以下。在其它示例中，安全区域14可以设有50托(50mmHG)的压力或维持在50托(50mmHG)的压力以下。在某些示例中，安全区域14可以具有这样的压力水平和/或维持在这样的压力水平处，即，所述压力水平在反应堆压力容器2和安全壳4之间基本禁止全部对流传热和/或传导传热。可以通过操作真空泵、蒸汽-空气喷射器、其它类型的抽空装置或它们的任何组合来提供和/或维持完全的或部分的真空。
通过将安全区域14维持在真空或部分真空中，安全区域14内的湿气可以被消除，由此保护电气和机械部件以防腐蚀或失效。另外，真空或部分真空可以在不使用单独的泵或高架储罐的情况下在应急操作期间(例如，过压事件或过热事件)操作成将冷却剂抽吸或牵引到安全区域14中。真空或部分真空也可以在再加燃料过程期间操作成提供用冷却剂10充满或填充安全区域14的途径。
阀8可以安装在反应堆压力容器2上以用于在应急操作期间将冷却剂10和/或蒸气11排放到安全壳4中。阀8可以在不借助诸如管路或连接件的任何介入结构的情况下直接连接或安装到反应堆压力容器2的外壁。在某些示例中，阀8可以被直接焊接到反应堆压力容器2以将任何渗漏或结构失效的可能性减到最小。阀8可以包括文丘里流量阀，所述文丘里流量阀构造成将蒸气11以受控的速率释放到安全壳4中。蒸气11的凝结可以以与排放的蒸气11将压力添加到安全壳4的速率大约相同的速率减小安全壳4中的压力。
作为蒸气11释放到安全壳4中的冷却剂10可以作为诸如水的液体凝结在安全壳4的内表面上。随着蒸气11转化回到液体冷却剂，蒸气11的凝结可以促使安全壳4中的压力降低。可以通过使蒸气11凝结在安全壳4的内表面上以去除足够的热量来控制从反应堆芯6去除衰变热。
凝结的冷却剂10可以下降到安全壳4的底部并且收集为一小池液体。随着更多的蒸气11凝结在安全壳4的内表面上，安全壳4内的冷却剂10的液面可以逐渐地升高。储存在蒸气11和/或冷却剂10中的热可以通过安全壳4的壁传递到周围环境。通过从安全区域14基本去除气体，在安全壳4的内表面上的蒸气11的初始凝结速率可以借助抽空的气体而增大。将正常地积聚在安全壳4的内表面处以禁止冷却剂10凝结的气体处于这样较低的水平处或由于冷却剂10的自然对流而从内表面扫掠，使得凝结速率可以被最大化。凝结速率的增大可以继而增大通过安全壳4传热的速率。
安全区域14内的真空可以在反应堆模块的正常操作期间充当一种类型的热绝缘，由此留住反应堆压力容器2中的热和能量，在该处热和能量可以继续被用于发电。结果，在反应堆压力容器2的设计中可以使用较少的材料绝缘。在某些示例中，代替常规热绝缘或除了常规热绝缘以外，可以使用反射绝热。反射绝缘可以被包含在反应堆压力容器2或安全壳4中的一个或二者上。反射绝缘与常规热绝缘相比可以更加耐得住水损害。另外，在应急状态期间，反射绝缘可以不阻碍从反应堆压力容器2与常规热绝缘差不多那样传热。例如，反应堆压力容器2的不锈钢外表面可以与处于安全区域14中的任何冷却剂直接接触。
在某些类型的反应堆中，在诸如反应堆压力容器(RPV)、加压器(PZR)和蒸汽发生器(SG)的单独压力容器中实施有转换和调节元件。
图2示出示例系统40的剖视图，所述示例系统40包括反应堆压力容器52和反应堆压力容器挡板45。反应堆压力容器52可以容纳有反应堆芯6，其位于反应堆压力容器52的底端55附近。立管段24位于反应堆芯6的上方，其中冷却剂循环越过反应堆芯6而变成高温冷却剂TH，并且继而继续向上通过立管段24，在该处冷却剂被向下沿着环形部指引返回，并且通过热交换器35(图1)冷却而变成低温冷却剂TC。
反应堆压力容器挡板45可以构造成朝向反应堆压力容器52的底端55指引冷却剂(示出为冷却剂流26)。反应堆压力容器挡板45的表面可以与从立管段24离开的冷却剂直接接触并且使所述冷却剂偏转。在某些示例中，反应堆压力容器挡板45可以由不锈钢或其它材料制成并且/或者可以形成为椭球形的表面。
在某些示例中，反应堆压力容器52的底端55包括椭圆体的、圆顶状的、凹面的或半球形的部分55A，其中，椭圆体的部分55A将冷却剂(示出为冷却剂流28)朝向反应堆芯6指引。椭圆体的部分55A可以增大流量并且促进冷却剂通过反应堆芯6的自然循环。
可以根据在立管段24的顶部和反应堆压力容器挡板45之间的距离H和在立管段24的壁之间的相对距离D的比获得冷却剂流26的优化，其中，距离La表示立管24的外侧和反应堆压力容器52的内表面之间的距离。在一个实施例中，距离D等于立管段24的直径。优化的冷却剂流比可以表示为H/D和/或由在立管内侧的面积(A1)与在环形部内侧的面积(A2)的比表示。在一个实施例中，优化的冷却剂流比H/D包括值0.1和2.0，并且流量比A1/A2包括介于1和10之间/约1和10的值。可以通过修改反应堆压力容器挡板45的曲率半径以消除边界层分离和停滞区域/使边界层分离和停滞区域最小化来获得冷却剂流26的进一步优化。
反应堆压力容器挡板45被示出为位于立管段24的顶部和加压器区域15之间。加压器区域15被示出为包括一个或多个加热器17和喷雾嘴19，所述喷雾嘴19构造成在反应堆压力容器52的上端56或头部内控制压力或维持蒸汽圆顶。位于反应堆压力容器挡板45下方的冷却剂可以包括相对过冷的冷却剂TSUB，而在反应堆压力容器52的上端56中的加压器区域15中的冷却剂可以包括基本饱和的冷却剂TSAT。冷却剂的液面被示出为在反应堆压力容器挡板45的上方且在加压器区域15内，以便使在反应堆压力容器挡板45和反应堆压力容器52的底部55之间的整个容积在系统40的正常操作期间充满冷却剂。
反应堆压力容器挡板45可以由一个或多个控制棒导向管或仪器结构支撑。一个或多个控制棒导向管或仪器结构可以附装到反应堆压力容器52的上端并且用于导引控制棒，或者为位于反应堆压力容器52内的仪器装置提供支撑，所述控制棒被插入反应堆芯6中或从反应堆芯6去除。通过从一个或多个控制棒导向管或仪器结构附装或悬置反应堆压力容器挡板45，反应堆压力容器挡板45可以免于接触反应堆压力容器52的侧面。
图3A示出反应堆模块300的俯视图，所述反应堆模块300包括PZR挡板310和安装在反应堆压力容器325上的一个或多个蒸汽发生器喷嘴340。
图3B示出图3A的反应堆压力容器325的剖视图A-A。PZR头部350被示出为位于PZR挡板310的上方。PZR挡板310被示出为处于比一个或多个增压室345更高的高度处。一个或多个SG管板320被示出为位于PZR挡板310的下方。为了说明的目的，示出反应堆压力容器325的总高度H0。
图4A示出反应堆模块400的俯视图，所述反应堆模块400包括整体式反应堆压力容器管板410和安装在反应堆压力容器425上的一个或多个蒸汽发生器喷嘴440。在某些示例中，整体式管板410可以与在本说明书中描述的一个或多个其它示例整体式管板类似地构造。
图4B示出图4A的反应堆压力容器425的剖视图B-B。PZR头部450被示出为位于整体式管板410的上方。PZR头部450可以包括反应堆压力容器425的反应堆压力容器的上部分。在某些示例中，PZR头部450可以安装到反应堆压力容器425的反应堆压力容器的下部分。与反应堆压力容器的上部分相关联的外径可以是与反应堆压力容器的下部分相关联的外径大约相同。反应堆压力容器425的形状可以是与具有一个或多个圆顶形端部的圆筒形反应堆压力容器的形状大约相同。
与反应堆压力容器425相关联的总高度H1可以小于与反应堆压力容器325相关联的总高度H0。在某些示例中，与反应堆压力容器425的一个或多个蒸汽发生器喷嘴440相关联的一个或多个增压室445的近似高度可以是与反应堆压力容器325的一个或多个增压室345的高度大约相同。由于反应堆压力容器425没有单独的PZR挡板，例如没有反应堆压力容器325的PZR挡板310，则与反应堆压力容器425相关联的PZR头部450的高度可以小于与反应堆压力容器325相关联的PZR头部350的高度。在某些示例中，与反应堆压力容器425相关联的总高度H1可以比与反应堆压力容器325相关联的总高度H0小了大约两米或小了更多。
在某些示例中，在反应堆压力容器425中的上增压室和下增压室之间的距离HS可以是与在反应堆压力容器325中的上增压室和下增压室之间的距离HP大约相同。然而，由于PZR挡板310的功能有效地用整体式管板410替换，所述功能包括在上反应堆压力容器区域和下反应堆压力容器区域之间的流体/压力/热分离在内，因此在整体式管板410下面的下反应堆压力容器区域的总容积可以小于用于反应堆压力容器325的下反应堆压力容器区域的相对应的容积。因此，用于使初次冷却剂在反应堆压力容器425内通过反应堆芯循环的通过时间可以减少，其设置成用于增大的流量、更少的功率振荡和更大的冷却效率。
PZR头部450可以包括化学容积控制系统(CVCS)、一个或多个加热器和/或应急堆芯冷却系统(ECCS)的至少一部分或构造成与化学容积控制系统(CVCS)、一个或多个加热器和/或应急堆芯冷却系统(ECCS)的至少一部分相互作用。CVCS、加热器和/或ECCS可以构造成维持系统压力水平，控制冷却剂化学，提供高压堆芯冷却，提供补充流动，其它相关的功能，或它们的任何组合。整体式管板410可以有效地将反应堆压力容器425分成上反应堆压力容器区域和下反应堆压力容器区域，所述上反应堆压力容器区域包括PZR头部450，所述下反应堆压力容器区域包括浸没在初次冷却剂中的反应堆芯。另外，整体式管板410可以构造成在处于上反应堆压力容器区域内的加压容积和处于下反应堆压力容器区域内的初次冷却剂之间提供热边界和/或液体边界。在某些示例中，整体式管板410可以构造成在初次冷却剂和二次冷却剂系统之间提供压力边界。
在图3B中所示的反应堆压力容器325中，一个或多个增压室345位于PZR头部350的下方并且处于反应堆压力容器325的下反应堆压力容器区域内。通过将图3B中所示的PZR挡板310和SG管板320有效地组合成整体式管板410，反应堆压力容器425的一个或多个增压室445反而位于与PZR头部450相关联的上反应堆压力容器区域内。在某些示例中，四个增压室445可以被安装到整体式管板410。另外，与反应堆压力容器325相比，整体式管板410可以构造成降低在下反应堆压力容器区域内的初次冷却剂的流体流动中的湍流的量，在所述反应堆压力容器325中在初次冷却剂通过PZR挡板310向下偏转回到下反应堆压力容器区域中之前初次冷却剂从旁经过和/或通过一个或多个管板320。例如，通过将一个或多个增压室445布置在PZR头部450内，所述一个或多个增压室445不阻碍或不以其它方式干涉在下反应堆压力容器区域内的初次冷却剂的循环。
在某些示例中，整体式管板410可以位于蒸汽增压室位置中。整体式管板410可以构造成操作为SG管板和PZR挡板二者，由此消除对于单独的PZR挡板的需要。在某些示例中，整体式管板410可以具有大约15厘米到20厘米的厚度，但是在此预料到更薄或更厚的尺寸。整体式管板410可以构造成减少从PZR系统损失到RPV冷却系统的热量。
在某些示例中，反应堆压力容器425的整体式管板410可以构造成执行与反应堆压力容器325的PZR挡板310和SG管板320(图3B)相同或类似的功能。另外，整体式管板410的高度可以是与SG管板320的高度大约相同。与反应堆压力容器325相比，PZR头部450的体积与PZR头部350的体积相比可以通过用单个片材即整体式管板410替换PZR挡板310和SG管板320而基本减小。整体式管板410可以在与一个或多个增压室445和蒸汽发生器喷嘴440相关联的二次冷却剂和处于反应堆压力容器425的下部分内的初次冷却剂之间提供压力边界。
在某些示例中，整体式管板410与包括分离的挡板和管板在内的反应堆模块相比可以为反应堆压力容器425提供减重。例如，整体式管板410的厚度可以小于PZR挡板310和一个或多个SG管板320的组合厚度。类似地，通过减小反应堆压力容器425的总高度，对于制造反应堆压力容器而言会需要较少的材料。
图5示出具有示例整体式反应堆压力容器管板550的反应堆压力容器(RPV)系统500。在某些示例中，整体式管板550可以执行与加压器(PZR)挡板、偏导护盾和/或蒸汽发生器(SG)管板相关联的功能中的某些或全部。整体式管板550可以构造成为RPV系统500提供紧凑空间节约布置。
在某些示例中，整体式管板550可以包括位于反应堆压力容器510的顶部部分处或附近的全盘和/或全片。PZR容积520可以位于整体式管板550的上方并且由上RPV壳体、容器和/或头部限界。整体式管板550可以构造成操作为PZR挡板，所述PZR挡板将位于整体式管板550上方的PZR流体与位于整体式管板550下方的反应堆冷却剂系统流体分离。整体式管板550可以构造成允许用于在PZR容积520和反应堆冷却剂系统之间交换流体体积。在某些示例中，RPV系统500可以不需要单独的PZR挡板。
立管540可以构造成结束和/或终止于整体式管板550的下方。反应堆冷却剂系统流体沿着立管540向上的流动可以在整体式管板550的下方转弯并且在SG管的过渡部中围绕立管540的外侧下降。一个或多个加热器可以例如在与一个或多个增压室相关联的SG圆顶之间位于PZR容积520中。在某些示例中，与包括分离的挡板和管板在内的反应堆模块相比，与RPV系统500相关联的立管540的高度和/或控制棒的高度可以减小。
RPV系统500可以包括用于反应堆压力容器510的热控制系统。在某些示例中，整体式管板550可以包括板，所述板具有基本圆形的形状，所述板附装到反应堆压力容器510的壁。整体式管板550可以构造成将反应堆压力容器510分成上反应堆压力容器区域和下反应堆压力容器区域。上反应堆压力容器区域可以包含有PZR容积520和/或CVCS。下反应堆压力容器区域可以容纳有立管540和/或浸没在初次冷却剂中的反应堆芯。整体式管板550可以构造成在PZR容积520和处于下反应堆压力容器区域内的初次冷却剂之间提供液体阻挡层和/或热障。
图6示出图5的示例整体式反应堆压力容器管板550的放大的局部视图600。整体式管板550可以包括附装到RPV 510的壁的基本水平的板。
整体式管板550可以构造成借助RPV 510的内壁周边提供密封。另外，整体式管板550可以包括两个或更多个成一体的部分，其包括PZR挡板部分620和SG管板部分630。PZR挡板部分620可以基本由RPV 510的内壁周边和一个或多个SG圆顶例如SG圆顶660限界。SG圆顶660可以与增压室/蒸汽发生器喷嘴组件650相关联。在某些示例中，SG管板部分630可以位于SG圆顶660内并且/或者位于SG圆顶660的下面。
SG圆顶660可以与一个或多个增压室相关联，所述一个或多个增压室提供用于供多个传热管穿过RPV 510的壁的通道。多个传热管可以经由位于整体式管板550中的多个通孔连接到整体式管板550。通孔被示出为穿过SG管板部分630。另外，与SG圆顶660相关联的一个或多个增压室可以被焊接和/或以其它方式附装到整体式管板550。多个传热管可以在一个或多个增压室的下方和/或在SG圆顶660的下方连接到整体式管板550。传热管可以构造成允许来自蒸汽产生系统的二次冷却剂穿过整体式管板550而进入RPV 510的下反应堆压力容器区域中。
整体式管板550可以包括多个孔口670，所述多个孔口670被示出为穿过PZR挡板部分620，所述多个孔口670构造成可控制地允许初次冷却剂穿过整体式管板550而进入RPV的510的上反应堆压力容器区域中并且再循环返回到RPV 510的下反应堆压力容器区域中。一个或多个孔口670可以构造成例如在关闭位置中禁止初次冷却剂穿过整体式管板550。在某些示例中，初次冷却剂和二次冷却剂二者在没有变得掺合的情况下和/或在不允许彼此混合的情况下穿过整体式管板550。
在某些示例中，整体式管板550可以包括实心板。整体式管板550可以包括复合低合金钢、SA-508低合金钢、不锈钢、其它类型的材料或它们的任何组合或基本由复合低合金钢、SA-508低合金钢、不锈钢、其它类型的材料或它们的任何组合构成。另外，整体式管板550可以通过全熔透焊缝连接到RPV 510。整体式管板550可以被焊接到具有类似成分的RPV。焊接类似类型的材料和/或成分可以操作成将任何热应力减到最小，所述任何热应力可能在RPV 510操作期间以其它方式发展。
在整体式管板550和RPV 510之间的焊缝可以位于离RPV内壁的内壁几厘米处以提供用于焊接的空间和/或将由于焊接而导致的最外管孔的扭曲减到最小。在某些示例中，反应堆压力容器“撞出部”或增大直径的面积可以设置成适应焊接面积。在某些示例中，传热管的端部可以朝向RPV容器的中心运动并且/或者被弯曲以将任何额外的量的焊接空间减到最小或消除任何额外的量的焊接空间。例如，传热管可以远离RPV壁弯曲，所以传热管进一步向内碰触整体式管板550。更大的整体式管板550可以设置成对于如何以及在哪里将传热管终止于增压室/蒸汽发生器喷嘴组件650内而言具有更多的灵活性。
在整体式管板550的顶部上的较大接近空间可以构造成提供用于焊接、部件安装、装备铺设和检查的通路。可以从增压室的两个或更多个侧例如通过蒸汽圆顶盖和/或通过PZR加热器开口设置蒸汽圆顶焊缝的通路。
在某些示例中，整体式管板550和相关联的管可以被组装在RPV510内。用于管支撑件的径向悬臂梁可以构造成配合在整体式管板550的下方，并且在某些示例中支撑杆可以被焊接到悬臂梁并且/或者被直接焊接到整体式管板550的下面。将支撑杆焊接到整体式管板550可以减小或消除压力边界焊缝并且为支撑杆提供更大的刚性。
整体式管板550可以构造成穿过RPV 510直到RPV 510的外径。在某些示例中，整体式管板550可以包含有成一体的法兰，所述成一体的法兰被焊接到上容器圆筒和下容器圆筒。下圆筒可以在插入传热管之前被焊接到整体式管板550法兰。在某些示例中，可以在容器内执行置管操作。整体式管板550可以包括基本圆柱形的盘，其被焊接到在RPV 510的内径上的环堆积部(buildup)。可以在插入传热管之前完成焊接。在某些示例中，整体式管板550可以包括与下反应堆压力容器区域相邻的椭圆体的、圆顶状的、凹面的或半球形的下表面以帮助通过反应堆芯的初次冷却剂的流动和/或再循环。
图7示出附装到反应堆压力容器700的示例整体式反应堆压力容器管板750。反应堆压力容器700可以包括附装环720，所述附装环720从反应堆压力容器700的内径向内突出。附装环720可以包括堆焊环，并且整体式管板750可以在焊接区域725处被焊接到附装环720。在某些示例中，焊接区域725可以包括全熔透焊缝。焊接区域725可以围绕反应堆压力容器700的整个内径延伸，并且在某些示例中穿过一个或多个增压室710。
整体式管板750可以被制造成大体为盘的形状。另外，整体式管板750可以用低合金钢制造并且在其上表面和下表面二者上用不锈钢包覆以用于耐腐蚀。用低合金钢堆芯制造整体式管板750如与用实心不锈钢制造的片材相比可以减少在焊接区域725处的热膨胀应力的量。在某些示例中，整体式管板750可以在将整体式管板附装到反应堆压力容器700之前被钻孔有多个管孔、波涌孔、控制棒驱动轴孔和/或仪器导向管孔。在某些示例中，不锈钢套筒可以被插入所述孔中的一个或多个中以防止热循环疲劳。另外，孔可以用不锈钢包覆以防止低合金钢堆芯直接暴露于初次冷却剂。焊接区域725的上表面和下表面和相邻的钢堆芯也可以在整体式管板750被附装到反应堆压力容器700之后用不锈钢返回包覆。
最外管孔可以位于离反应堆压力容器700的内径几英寸处，以便将孔的扭曲减到最小。在某些示例中，反应堆压力容器700的局部撞出部可以设置成确保热交换器的最外管紧密地配合到反应堆压力容器700的周围结构以将旁通流减到最小。在其它示例中，可以在管束和反应堆压力容器700之间设置有挡板。
附装环720可以构造成从反应堆压力容器700到整体式管板750提供足够的间距以帮助焊接头与焊接区域725的对准和/或观察。例如，附装环720可以具有几英寸的环形厚度。附装环720可以构造成在二次冷却剂系统和位于整体式管板750下方的反应堆压力容器区域之间提供初次至二次压力边界。整体式管板750可以在将蒸汽发生器管安装到整体式管板750中之前被焊接到反应堆压力容器700。
图8示出示例整体式反应堆压力容器管板850，其构造成附装到反应堆压力容器的上部分和反应堆压力容器的下部分二者。整体式管板850可以包括一个或多个成一体的法兰，例如，上法兰820和下法兰830。上法兰820可以位于整体式管板850的水平部分的上方，并且下法兰830可以位于整体式管板850的水平部分的下方。
一个或多个法兰可以被锻造在整体式管板850的外径上以用于附装到反应堆压力容器。在某些示例中，上法兰820的顶面824可以被焊接到反应堆压力容器的上部分，并且下法兰830的底面834可以被焊接到反应堆压力容器的下部分。反应堆压力容器的上部分和下部分可以通过整体式管板850彼此连结。当反应堆压力容器被完全组装时，反应堆压力容器的上部分可以根据上法兰820的顶面824和下法兰830的底面834之间的距离而与反应堆压力容器的下部分分离。
在某些示例中，上法兰820和下法兰830中的一个或二者可以使用圈缝焊缝被焊接到反应堆压力容器。整体式管板850可以在没有内径堆焊或附装环例如没有图7的附装环720的情况下被焊接到反应堆压力容器。通过将一个或多个成一体的法兰布置在远离整体式管板850一定距离处，可以减少或消除管孔上的热/焊接扭曲的量。因此，管孔可以布置成离反应堆压力容器的内径更近。
上法兰820可以包括侧壁828，所述侧壁828形成在反应堆压力容器的上部分和反应堆压力容器的下部分中间的反应堆压力容器的壁的部分。侧壁828可以从整体式管板850的水平部分延伸到在增压室810上方的高度。上法兰820可以高到足以提供焊接区域840，所述焊接区域840环绕安装在整体式管板850上的一个或多个增压室。在某些示例中，圈缝焊缝可以用于将增压室810的侧面在反应堆压力容器中的蒸汽喷嘴接近膛孔的高度处连接到反应堆压力容器。增压室810的下部分可以被直接焊接到整体式管板850。在某些示例中，增压室810的侧面可以被焊接到上法兰820的侧壁828。另外，一个或多个管支撑悬臂可以被焊接到整体式管板850的下侧。
增压室810的蒸汽圆顶可以在安装管组件之前或之后安装在整体式管板850上。另外，增压室810可以包括端帽860以提供进入增压室810内部的通路来帮助管安装。整体式管板850的其它制造和组装方法以及材料可以与如上所述的整体式管板750类似。
对于利用诸如整体式管板750或整体式管板850的整体式管板的蒸汽发生器系统而言的组装顺序可以包括在安装蒸汽发生器管之前焊接整体式管板和/或一个或多个增压室。因此，传热管可以在整体式管板和一个或多个增压室已经处于适当的位置中的情况下被安装到热交换器中。在某些示例中，反应堆压力容器可以被颠倒，以便使传热管可以从进给增压室端部安装，并且热交换器可以从最外管列组装到最内管列。
图9示出附装到反应堆压力容器900的示例整体式管板940。在某些示例中，整体式管板940可以包括圆形管板，其焊接到在反应堆压力容器900的内表面上的堆焊部。整体式管板940可以包括基本竖立的板，其附装到反应堆压力容器900的壁。多个传热管930可以穿过位于增压室900中的多个通孔。整体式管板940可以形成反应堆压力容器900的壁的部分。
可以在反应堆压力容器900内执行管组装。另外，整体式管板940可以在传热管930组装之后被下降到传热管930的端部上。整体式管板940可以与位于反应堆压力容器内的第二整体式管板协同使用。第二整体式管板可以在反应堆压力容器内位于与在本文的各附图中所示的整体式管板中的一个或多个大约相同的位置中。第二整体式管板和整体式管板940可以在组装热交换器之前被焊接到反应堆压力容器。在某些示例中，整体式管板940可以借助传统的喷嘴插入类型的焊缝被焊接到反应堆压力容器。
反应堆压力容器900对于管组装而言可以被颠倒，并且传热管930可以首先被插入整体式管板940中。一个或多个蒸汽端部管支撑悬臂梁可以在管组装之前被焊接到整体式板的下侧。另外，一个或多个进给端部管支撑悬臂梁可以在管组装之前被焊接到反应堆压力容器900。
蒸汽发生器的组装可以从管的最外列逐渐地进行到管的最内列，传热管930的蒸汽端部被插入整体式管板中，并且传热管930的进给端部被插入整体式管板940中。另外，管支撑件可以在热交换器组装期间被逐列安装。传热管930的进给端部可以在安装到整体式管板940中期间被压缩。
图10示出示例反应堆模块1000，其包括连接到主安全壳1075的减小直径的上安全壳1050。上安全壳1050可以在圆筒形的下安全壳上形成乳头状的圆顶。反应堆模块1000的总高度1030可以包括与主安全壳1075相关联的主安全高度1020以及与上安全壳1050相关联的上安全高度1010。另外，与上安全壳1050相关联的上安全直径1060可以大大小于与主安全壳1075相关联的主安全直径1080。
上安全直径1060可以是主安全直径1080的大约三分之一至二分之一。在某些示例中，上安全直径1060可以是小于主安全直径1080的三分之二。在其它示例中，上安全直径1060可以是小于主安全直径1080的二分之一。
图11示出图10的上安全壳1050的剖视图。上安全壳1050可以构造成容纳位于主安全壳1075的外部的控制棒驱动机构1025的一部分。与控制棒驱动机构1025相关联的多个控制棒可以从上安全壳1050悬置并且穿过位于容纳在主安全壳1075中的反应堆压力容器1100中的整体式管板，例如，整体式管板550(图5)。
另外，上安全壳1050可以构造成包含有蒸汽、进给和初次系统管路。在该区域中的管路的长度中的许多可以包括多个弯曲部和/或水平敷设物，以便考虑到管路的热膨胀。将这些管路的至少一部分重新布置在主安全壳1075中可以减小用于主蒸汽(MS)和给水(FW)管路的热锚点之间的距离，并且类似地减少弯曲部和水平管路敷设物的数量。另外，从控制棒驱动机构1025附近去除MS和FW管路的显著部分可以减少管路支撑件/约束件的量。
减小反应堆模块1000的总尺寸和/或体积会影响峰值安全压力和/或水位。除了减小反应堆模块1000的总高度1030(图10)以外，诸如上安全壳1050的可分离的安全壳可以进一步减小反应堆模块1000的重量和运输高度。在某些示例反应堆模块中，对于反应堆模块1000的总高度1030而言每减小一英尺，就可以去除几吨的重量。
图12示出组装整体式管板的示例过程1200。在操作1210处，整体式管板可以被焊接到反应堆压力容器。在某些示例中，整体式管板可以包括法兰，所述法兰被焊接到下容器圆筒。
在操作1220处，一个或多个支撑杆可以被焊接到管板悬臂梁并且/或者被直接焊接到整体式管板。悬臂梁可以包括用于多个管支撑件的径向悬臂梁。悬臂梁可以配合在整体式管板的下方。
在操作1230处，多个管可以被插入位于整体式管板上方的增压室中。在某些示例中，下圆筒可以在插入传热管之前在操作1210处被焊接到整体式管板法兰。在某些示例中，可以在反应堆压力容器内执行置管操作。
在操作1240处，传热管可以被放置到整体式管板中和/或由多个管支撑件支撑。
在操作1250处，整体式管板法兰可以被焊接到上容器圆筒。在某些示例RPV模块中，上容器圆筒可以包括PZR头部，所述PZR头部被焊接到下容器圆筒。
虽然本文提供的示例可以借助压水反应堆来说明和/或可与其相配，但是对于本领域的技术人员将显而易见，示例可以被应用到如所述的或具有一定的明显修改的其它类型的动力系统。例如，示例或其变型也会是可借助沸水反应堆、钠液态金属反应堆、球形燃料反应堆或设计成在空间中例如在具有有限的操作空间的推进系统中操作的反应堆来操作的。
其它示例可以包括各种核反应堆技术，例如，采用氧化铀、氢化铀、氮化铀、碳化铀、混合氧化物和/或其它类型的放射性燃料的核反应堆。应当注意到，示例既不限于任何特定类型的反应堆冷却机制，也不限于用于在核反应堆内产生热或与核反应堆相关联的任何特定类型的燃料。仅以示例的方式提供本文所述的任何比率和值。可以通过实验例如通过构造核反应堆系统的全尺寸模型或按比例缩小的模型来确定其它比率和值。
在此已经说明了和示出了各种示例，将显而易见的是其它示例可以在布置和细节方面被修改。我们要求所有修改和变型均处于以下权利要求书的精神和范围内。

Claims (27)

1.一种用于反应堆压力容器的热控制系统，其包括：
板，所述板具有基本圆形的形状并且所述板附装到所述反应堆压力容器的壁，其中，所述板将所述反应堆压力容器分成上反应堆压力容器区域和下反应堆压力容器区域，并且其中，所述板构造成在处于所述上反应堆压力容器区域内的加压容积和处于所述下反应堆压力容器区域内的初次冷却剂之间提供热障；和
一个或多个增压室，所述一个或多个增压室提供用于供多个传热管穿过所述反应堆压力容器的壁的通道，其中，所述多个传热管连接到所述板。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述上反应堆压力容器区域容纳有化学容积控制系统或应急堆芯冷却系统中的一个或二者的至少一部分，并且其中，所述下反应堆压力容器区域容纳有浸没在所述初次冷却剂中的反应堆芯。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个增压室附装到所述板，并且其中，所述多个传热管在所述一个或多个增压室的下方连接到所述板。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述板包括基本水平的板，所述基本水平的板附装到所述反应堆压力容器的壁，并且其中，所述多个传热管穿过位于所述水平板中的多个通孔。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述反应堆压力容器包括容纳所述上反应堆压力容器区域的上反应堆压力容器和容纳所述下反应堆压力容器区域的下反应堆压力容器，并且其中，所述板包括上法兰和下法兰，所述上法兰安装到所述上反应堆压力容器，所述下法兰安装到所述下反应堆压力容器。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，当所述反应堆压力容器被完全组装时，所述上反应堆压力容器根据所述上法兰和所述下法兰之间的距离而与所述下反应堆压力容器分离。
7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述上法兰形成在所述上反应堆压力容器和所述下反应堆压力容器中间的所述反应堆压力容器的壁的部分。
8.根据权利要求5所述的系统，其中，所述上法兰的侧壁从所述板延伸到在所述一个或多个增压室上方的高度。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述一个或多个增压室的下部分被焊接到所述板，并且其中，所述一个或多个增压室的侧面被焊接到所述上法兰的侧壁。
10.根据权利要求5所述的系统，其中，所述上反应堆压力容器被焊接到所述上法兰的顶面，并且其中，所述下反应堆压力容器被焊接到所述下法兰的底面。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述板包括多个孔口，所述多个孔口构造成可控制地允许所述初次冷却剂穿过所述板而进入所述上反应堆压力容器区域中并且再循环返回到所述下反应堆压力容器区域中。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述孔口还构造成在关闭位置中禁止所述初次冷却剂穿过所述板。
13.根据权利要求11所述的系统，其中，所述传热管构造成允许来自蒸汽产生系统的二次冷却剂穿过所述板而进入所述下反应堆压力容器区域。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述初次冷却剂和所述二次冷却剂二者在没有变得掺合的情况下穿过所述板。
15.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个增压室包括基本竖直的板，所述基本竖直的板附装到所述反应堆压力容器的壁，并且其中，所述多个传热管穿过位于所述竖直板中的多个通孔。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述竖直板形成所述反应堆压力容器的壁的一部分。
17.根据权利要求1所述的系统，还包括安全壳，所述安全壳构造成容纳所述反应堆压力容器，其中，位于所述板的上方的所述安全壳的上部分的外径小于所述安全壳的下部分的外径。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述安全壳的上部分的外径小于所述安全壳的下部分的外径的一半。
19.根据权利要求17所述的系统，还包括多个控制棒，所述多个控制棒从所述安全壳的上部分悬置并且穿过所述板而进入位于所述安全壳的下部分内的所述下反应堆压力容器区域中。
20.根据权利要求17所述的系统，其中，所述安全壳的上部分在所述安全壳的圆筒形的下部分上形成乳头状的圆顶。
21.一种反应堆压力容器管板，其包括：
水平取向的板，所述水平取向的板将反应堆压力容器分成位于所述板上方的上反应堆压力容器区域和位于所述板下方的下反应堆压力容器区域，其中，所述板构造成在处于所述上反应堆压力容器区域内的加压容积和处于所述下反应堆压力容器区域内的初次冷却剂之间提供屏障；
多个安装孔，所述多个安装孔位于所述板内并且构造成接收多个传热管，所述多个传热管将二次冷却剂传送到所述反应堆压力容器中；和
多个孔口，所述多个孔口位于所述板内，所述多个孔口构造成可控制地允许所述初次冷却剂从所述下反应堆压力容器区域传到所述上反应堆压力容器区域，并且所述多个孔口构造成供所述初次冷却剂和所述二次冷却剂在没有变得彼此掺合的情况下穿过所述板。
22.根据权利要求21所述的反应堆压力容器管板，还包括一个或多个增压室，所述一个或多个增压室安装到所述板，其中，所述多个安装孔位于所述一个或多个增压室的下面。
23.根据权利要求22所述的反应堆压力容器管板，其中，所述多个孔口位于所述一个或多个增压室的外侧。
24.根据权利要求22所述的反应堆压力容器管板，其中，所述一个或多个增压室提供用于供所述多个传热管传入所述反应堆压力容器中的通道。
25.根据权利要求21所述的反应堆压力容器管板，其中，所述板围绕所述板的周边被焊接到所述反应堆压力容器的壁。
26.根据权利要求21所述的反应堆压力容器管板，其中，所述板包括：上法兰，所述上法兰安装到所述反应堆压力容器的上头部；和下法兰，所述下法兰被焊接到所述反应堆压力容器的下部分。
27.根据权利要求26所述的反应堆压力容器管板，其中，所述上头部根据所述上法兰和所述下法兰之间的距离而与所述反应堆压力容器的下部分分离。
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