CN108766598A - 一种采用气-液喷射技术的二次侧非能动余热排出系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于核电站安全领域，具体涉及一种采用气‑液喷射技术的二次侧非能动余热排出系统。本系统在安全壳外部修建一个大的水池，利用部分水蒸汽通过汽‑液喷射器12和气‑液喷射器16将水池20中的水引射到冷却水箱4中，通过非能动的方式对冷却水箱4进行补水保证堆芯的长期冷却，而且可以有效地减小冷却水箱4的体积，降低安全隐患。另外，本系统设有补水子系统6，将水池中的水引射到补水子系统6的补水箱8中，利用重力通过非能动方式对蒸汽发生器1进行补水。从而将会使二次侧的非能动余热排出更加安全可靠。

Description

一种采用气-液喷射技术的二次侧非能动余热排出系统

技术领域

本发明属于核电站安全领域，具体涉及一种一种采用气-液喷射技术的二次侧非能动余热排出系统。

背景技术

随着核电技术不断发展，核电站的安全问题也得到越来越多的重视。现有技术中的二次侧余热排出系统一般依靠能动设备运转，而这些能动设备的运转则需要依赖于核电厂的主电源或应急电源。当核电站发生全厂断电事故时，能动设备面临失去电源供应而无法启动冷却系统。在这样的情况下，堆芯的衰变热以及一回路系统的显热就会得不到释放，从而危机反应堆的安全甚至造成堆芯熔毁。因此，为了提高核电站在事故条件下的安全性，需要长期对堆芯进行有效地冷却。授权公告号为CN204242602U的专利文件中公开的“一种二次侧余热非能动导出系统”，其主要包括蒸汽发生器、蒸汽管线、给水管线、安全壳外的冷却水箱及相关管道阀门。蒸汽管线连接蒸汽发生器出口和安全壳外的冷却水箱，给水管线连接蒸汽发生器入口和安全壳外的冷却水箱，形成非能动的自然循环通道，将衰变热导出安全壳外。申请号为201210295036.X的专利文件中公开的“一种核电站蒸汽发生器二次侧余热非能动余热排出系统”，其主要包括蒸汽发生器、补水箱、安全壳外围的冷却水箱、热交换器、第一余热排出管线、第二余热排出管线及相关管道阀门。第一余热排出管线连接水箱中的热交换器进口和蒸汽发生器出口的蒸汽管道，第二余热排出管线连接水箱中的热交换器出口和蒸汽发生器的给水管线。利用蒸汽和水的密度差为驱动力，以非能动方式导出堆芯余热。

上述专利文件中的二次侧非能动余热排出系统，冷却水箱体积较大且需要布置在蒸汽发生器上方，而在高处布置一个大的冷却水箱，会存在一定安全隐患。且上述系统的冷源为安全壳外冷却水箱，冷却水箱中水的体积有限且缺乏补水装置，无法进行长期有效地冷却。本发明通过在安全壳外部修建一个大的水池，利用一部分蒸汽通过气-液喷射器将安全壳外部水池中的水引射到冷却水箱中，不仅可以有效的减小冷却水箱的体积，降低安全隐患，还能持续对冷却水箱进行补水，保证堆芯的长期冷却。另外，系统还能通过补水子系统将安全壳外部水池中的水引射到补水箱中，补水箱利用重力通过非能动方式有效地补充蒸汽发生器中水位的降低。从而，将会使事故条件下二次侧的非能动余热排出更加安全可靠。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用气-液喷射技术的二次侧非能动余热排出系统，本系统采用非能动的方式对补水箱和冷却水箱进行补水，解决了现有技术中蒸汽发生器二次侧非能动余热排出系统存在的冷却水箱缺乏补水装置，导致余热系统无法运行的技术问题。本系统能够长期有效地排出堆芯衰变热以及一回路显热，保证核电站的安全。

本发明的目的是这样实现的：

一种采用气-液喷射技术的二次侧非能动余热排出系统，所述的系统包括蒸汽发生器1、隔离阀2、余热排出热交换器3、冷却水箱4、止回阀5、补水子系统6、流量调节阀15、气-液喷射器16、隔离阀17、止回阀18、隔离阀19、水池20、蒸汽上升管线101、凝水下降管线102、蒸汽入口管线109、引射水入口管线110、出口管线111、补水管线112，其中的补水子系统6包括隔离阀7、补水箱8、隔离阀9、止回阀10、调节阀11、气-液喷射器12、隔离阀13、止回阀14、给水管线103、入口管线104、出口管线105、蒸汽入口管线106、引射水入口管线107、出口管线108；冷却水箱4位于蒸汽发生器1的上方，环形布置在蒸汽发生器1的安全壳的外部，冷却水箱4的上部设有开口与大气环境连通；余热排出热交换器3的数量至少为1个，以并联方式分散布置在冷却水箱4的底部；余热排出热交换器3的下封头与凝水下降管线102相连接，凝水下降管线102上安装有止回阀5，余热排出热交换器3的上封头与蒸汽上升管线101相连接，且设置有隔离阀2；气-液喷射器16的蒸汽入口管线109与蒸汽上升管线101相连接且设置有流量调节阀15，气-液喷射器16的引射水入口管线110与水池20相连接且设置有隔离阀17，气-液喷射器16的出口管线111与冷却水箱4相连且设置有止回阀18；气-液喷射器12的蒸汽入口管线106与补水箱8的入口管线104相连接且中间安装有流量调节阀11，气-液喷射器12的引射水入口管线107与水池20相连接且中间安装隔离阀13，气-液喷射器12的出口管线108与补水箱8相连接且中间安装有止回阀14；补水子系统6位于蒸汽发生器1的上方，采用一组或者多组并联的排列方式；补水箱8位于蒸汽发生器1的上方，补水箱8的入口管线104与蒸汽上升管线101连接且中间安装有隔离阀7，补水箱8的出口管线105与给水管线103相连接且中间安装有止回阀10；水池20安装在蒸汽发生器1的安全壳的外部，水池20位于地表或地下，水池20的上部设有开口与大气环境连通，开口设有隔离装置，水池20还设置有水位检测装置，水池20的外部设有补水管线112，补水管线112上设置有隔离阀19。

所述的系统在核电站断电以后，整个系统自动投入运行。

所述的系统中的隔离阀2在断电以后自动打开，蒸汽发生器1中的高温高压的水蒸汽通过蒸汽上升管线101进入到余热排出热交换器3中，然后通过汽热交换将热量传递给冷却水箱4，经过冷却水箱4冷凝后的水回凝到凝水下降管线102，冷却水箱4中另一部分的水被加热以后通过开口变成水蒸汽排放到大气环境中；当冷却水箱4中的水位降低到设定水位时，流量调节阀15和隔离阀17自动打开，冷却水箱4中的水蒸汽通过气-液喷射器16的入口管线109进入到气-液喷射器16，然后引射水池20中的水，水池20里的水增压以后通过气-液喷射器16的出口管线111进入到冷却水箱4，补充冷却水箱4降低的水位；当蒸汽发生器1中的水位降低达到设定水位时，隔离阀7和隔离阀9自动打开，蒸汽发生器1和补水箱8构成连通回路，补水箱8中的水在重力的作用下通过给水管线103进入到蒸汽发生器1，补充蒸汽发生器1中降低的水位；当补水箱8中的水位降低达到一定水位时，流量调节阀11和隔离阀13自动打开，水蒸汽通过气-液喷射器12的蒸汽入口管线106引射水池20中的水，增压后的水通过气-液喷射器12的出口管线108进入到补水箱8中，补充补水箱8降低的水位；当水池20中的水位检测装置检测到水池20中的水降低到设定水位时，隔离阀19自动打开或通过手动方式打开，通过水池20的补水管线112对水池20进行补水。

所述的气-液喷射器12与气-液喷射器16的连接方式和工作原理均相同。

本发明的有益效果在于：当核电厂发生事故并失去外部电源时，本系统可以长期有效地导出堆芯衰变热以及一回路系统显热，保证核电厂的安全，整个运行过程不需要操纵员干预，无需外部动力，具有很好的非能动性。本系统中通过气-液喷射器对补水箱和冷却水箱补水，利用高压蒸汽引射水池中的水并在气-液喷射器出口形成高压的水，保证水池中的水能有效的注入到补水箱和冷却水箱。本系统中引入补水子系统，可以有效的通过非能动方式对蒸汽发生器进行补水，同时避免了直接给蒸汽发生器补水时可能造成的蒸汽倒流问题。本系统增加了冷却水箱的补水装置，较大程度地减小了冷却水箱的体积，能够有效避免在安全壳高处布置较大水箱存在的安全隐患。本系统增加了冷却水箱的补水装置，通过对冷却水箱补水，有效地解决了二次侧非能动余热排除系统无法长期运行的难题。

附图说明

图1为系统结构示意图。

具体实施方式：

下面结合图1对本发明做进一步的描述：

一种采用气-液喷射技术的二次侧非能动余热排出系统，所述的系统包括蒸汽发生器1、隔离阀2、余热排出热交换器3、冷却水箱4、止回阀5、补水子系统6、流量调节阀15、气-液喷射器16、隔离阀17、止回阀18、隔离阀19、水池20、蒸汽上升管线101、凝水下降管线102、蒸汽入口管线109、引射水入口管线110、出口管线111、补水管线112，其中的补水子系统6包括隔离阀7、补水箱8、隔离阀9、止回阀10、调节阀11、气-液喷射器12、隔离阀13、止回阀14、给水管线103、入口管线104、出口管线105、蒸汽入口管线106、引射水入口管线107、出口管线108；冷却水箱4位于蒸汽发生器1的上方，环形布置在蒸汽发生器1的安全壳的外部，环形设计很大程度减小了冷却水箱4的体积，减小了系统的安全隐患，冷却水箱4的上部设有开口与大气环境连通；余热排出热交换器3的数量至少为1个，以并联方式分散布置在冷却水箱4的底部，采用并联方式可以有效利用水箱内空间，增大换热面积，余热排出热交换器3放置在冷却水箱4的底部从而尽量保证余热排出热交换器3在水面以下，有利于增强蒸汽和水的换热，余热排出热交换器3的下封头与凝水下降管线102相连接，凝水下降管线102上安装有止回阀5，余热排出热交换器3的上封头与蒸汽上升管线101相连接，且设置有隔离阀2；气-液喷射器16的蒸汽入口管线109与蒸汽上升管线101相连接且设置有流量调节阀15，气-液喷射器16的引射水入口管线110与水池20相连接且设置有隔离阀17，气-液喷射器16的出口管线111与冷却水箱4相连且设置有止回阀18；止回阀18防止水倒流，气-液喷射器12的蒸汽入口管线106与补水箱的入口管线104相连接且中间安装有流量调节阀11，气-液喷射器12的引射水入口管线107与水池20相连接且中间安装隔离阀13，气-液喷射器12的出口管线108与补水箱8相连接且中间安装有止回阀14；隔离阀13和止回阀14在补水箱8水位降低到设定水位时自动打开，止回阀14防止出口管线108中的水倒流，气-液喷射器12不包含运动部件，装置可靠性高且易于维护；其工作过程为：高温高压的水蒸汽通过气-液喷射器12的喷嘴近似绝热膨胀，速度提高压力降低，在喷嘴出口形成低压区，将水池20中的水引射进接受室；在混合段中，水蒸汽和水进行混合，发生质量和能量的交换，水蒸汽被完全冷凝，混合后的水具有高压力，在扩散段中水的压力将进一步提升。此过程不需要消耗机械能，运行可靠性高；补水子系统6位于蒸汽发生器1的上方，采用一组或者多组并联的排列方式；补水箱8位于蒸汽发生器1的上方，补水箱8的入口管线104与蒸汽上升管线101连接且中间安装有隔离阀7，补水箱8的出口管线105与给水管线103相连接且中间安装有止回阀10；隔离阀7和止回阀10在蒸汽发生器1的水位降低到一定水位时自动打开，止回阀10防止给水管线103中的水倒流，补水箱8放置在蒸汽发生上方，能利用重力以非能动方式对蒸汽发生器补水；水池20安装在蒸汽发生器1的安全壳的外部，水池20位于地表或地下，水池20的上部设有开口与大气环境连通，开口设有隔离装置，隔离装置防止水池20中的水蒸发以及被污染，水池20还设置有水位检测装置，水池20的外部设有补水管线112，补水管线112上设置有隔离阀19，隔离阀19在水池20水位低于设定值时自动打开。

所述的系统在核电站断电以后，整个系统自动投入运行。

所述的隔离阀2在断电以后自动打开，蒸汽发生器1中的高温高压的水蒸汽通过蒸汽上升管线101进入到余热排出热交换器3中，然后通过汽热交换将热量传递给冷却水箱4，经过冷却水箱4冷凝后的水回凝到凝水下降管线102，冷却水箱4中另一部分的水被加热以后通过开口变成水蒸汽排放到大气环境中；当冷却水箱4中的水位降低到设定水位时，流量调节阀15和隔离阀17自动打开，冷却水箱4中的水蒸汽通过气-液喷射器16的入口管线109进入到气-液喷射器16，然后引射水池20中的水，水池20里的水增压以后通过气-液喷射器16的出口管线111进入到冷却水箱4，补充冷却水箱4降低的水位；当蒸汽发生器1中的水位降低达到设定水位时，隔离阀7和隔离阀9自动打开，蒸汽发生器1和补水箱8构成连通回路，补水箱8中的水在重力的作用下通过给水管线103进入到蒸汽发生器1，补充蒸汽发生器1中降低的水位；当补水箱8中的水位降低达到一定水位时，流量调节阀11和隔离阀13自动打开，水蒸汽通过气-液喷射器12的入口管线106引射水池20中的水，增压后的水通过气-液喷射器12的出口管线108进入到补水箱8中，补充补水箱8降低的水位；当水池20中的水位检测装置检测到水池20中的水降低到设定水位时，隔离阀19自动打开或通过手动方式打开，通过水池20的补水管线112对水池20进行补水。

气-液喷射器12与气-液喷射器16的连接方式和工作原理均相同。

当核电站发生全厂断电事故时，系统自动投入运行。蒸汽上升管线101上的隔离阀2自动打开，蒸汽发生器1内的水加热产生的高温高压水蒸汽，通过蒸汽上升管线101进入余热排出热交换器3，通过水蒸汽与水的换热将热量传递给冷却水箱4，冷凝的水回凝给水下降管线102。冷却水箱4中的一部分水被加热变成水蒸汽直接排放到大气环境(最终热阱)。当冷却水箱4中的水位降低达到设定水位时，流量调节阀15和隔离阀17自动打开，水蒸汽通过气-液喷射器16的入口管线109进入到气-液喷射器16然后引射水池20中的水，增压后的水通过气-液喷射器16的出口管线111进入到冷却水箱4，补充冷却水箱4中降低的水位。当蒸汽发生器1中的水位降低达到一定水位时，隔离阀7和隔离阀9自动打开，蒸汽发生器1和补水箱8构成连通回路，补水箱8中的水在重力的作用下通过给水管线103进入蒸汽发生器1，补充蒸汽发生器1中降低的水位。当补水箱8中的水位降低达到一定水位时，流量调节阀11和隔离阀13自动打开，蒸汽通过气-液喷射器12的入口管线106引射水池20中的水，增压后的水通过气-液喷射器12的出口管线108进入到补水箱8中，补充降低的水位。水池20设有水位检测装置，当水池20中水位降低到一定水位时，隔离阀19自动打开(可手动打开)，通过水池20的补水管线112对水池20进行补水。

本系统利用蒸汽上升管线101与冷凝管线102中蒸汽和凝水的密度差，通过非能动的方式将蒸汽发生器1里的热量导入到冷却水箱4中，冷却水箱4中的水被加热变成水蒸汽排放到大气环境(最终热阱)。本系统利用补水箱8在重力作用下以非能动方式给蒸汽发生器1补水；利用气-液喷射器12引射水池20中的水以非能动方式给补水箱8补水；利用气-液喷射器16引射水池20中的水以非能动方式给冷却水箱4补水。系统整个运行过程无需外部干预，具有很好的非能动性，同时通过各种补水措施可以保证系统能够长期有效地运行，实现了蒸汽发生器二次侧非能动余热排出系统长期导出堆芯衰变热以及一回路系统显热，确保了核电站的安全。

此外，整个系统中的所有部件的水位都可以通过添加水位检测装置进行检测，当水位降低到之前预设的数值一下时，所有的阀门自动打开，从而保证整个系统的安全性。

这里必须指出的是，本发明中给出的其他结构因为是本领域的公知结构，根据本发明所述的名称或描述，本领域技术人员就能够找到相关记载的文献，因此未做进一步说明。本方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术。

Claims (4)

1.一种采用气-液喷射技术的二次侧非能动余热排出系统，其特征在于，所述的系统包括蒸汽发生器(1)、隔离阀(2)、余热排出热交换器(3)、冷却水箱(4)、止回阀(5)、补水子系统(6)、流量调节阀(15)、气-液喷射器(16)、隔离阀(17)、止回阀(18)、隔离阀(19)、水池(20)、蒸汽上升管线(101)、凝水下降管线(102)、蒸汽入口管线(109)、引射水入口管线(110)、出口管线(111)、补水管线(112)，其中的补水子系统(6)包括隔离阀(7)、补水箱(8)、隔离阀(9)、止回阀(10)、调节阀(11)、气-液喷射器(12)、隔离阀(13)、止回阀(14)、给水管线(103)、入口管线(104)、出口管线(105)、蒸汽入口管线(106)、引射水入口管线(107)、出口管线(108)；冷却水箱(4)位于蒸汽发生器(1)的上方，环形布置在蒸汽发生器(1)的安全壳的外部，冷却水箱(4)的上部设有开口与大气环境连通；余热排出热交换器(3)的数量至少为1个，以并联方式分散布置在冷却水箱(4)的底部；余热排出热交换器(3)的下封头与凝水下降管线(102)相连接，凝水下降管线102上安装有止回阀(5)，余热排出热交换器(3)的上封头与蒸汽上升管线(101)相连接，且设置有隔离阀(2)；气-液喷射器(16)的蒸汽入口管线(109)与蒸汽上升管线(101)相连接且设置有流量调节阀(15)，气-液喷射器(16)的引射水入口管线(110)与水池(20)相连接且设置有隔离阀(17)，气-液喷射器(16)的出口管线(111)与冷却水箱(4)相连且设置有止回阀(18)；气-液喷射器(12)的蒸汽入口管线(106)与补水箱(8)的入口管线(104)相连接且中间安装有流量调节阀(11)，气-液喷射器(12)的引射水入口管线(107)与水池(20)相连接且中间安装隔离阀(13)，气-液喷射器(12)的出口管线(108)与补水箱(8)相连接且中间安装有止回阀1(14)；补水子系统(6)位于蒸汽发生器(1)的上方，采用一组或者多组并联的排列方式；补水箱(8)位于蒸汽发生器(1)的上方，补水箱(8)的入口管线(104)与蒸汽上升管线(101)连接且中间安装有隔离阀(7)，补水箱(8)的出口管线(105)与给水管线(103)相连接且中间安装有止回阀(10)；水池(20)安装在蒸汽发生器(1)的安全壳的外部，水池(20)位于地表或地下，水池(20)的上部设有开口与大气环境连通，开口设有隔离装置，水池(20)还设置有水位检测装置，水池(20)的外部设有补水管线(112)，补水管线(112)上设置有隔离阀(19)。

2.根据权利要求1所述的一种采用气-液喷射技术的二次侧非能动余热排出系统，其特征在于，所述的系统在核电站断电以后，整个系统自动投入运行。

3.根据权利要求1所述的一种采用气-液喷射技术的二次侧非能动余热排出系统，其特征在于，所述的隔离阀(2)在断电以后自动打开，蒸汽发生器1中的高温高压的水蒸汽通过蒸汽上升管线(101)进入到余热排出热交换器(3)中，然后通过汽热交换将热量传递给冷却水箱(4)，经过冷却水箱(4)冷凝后的水回凝到凝水下降管线(102)，冷却水箱(4)中另一部分的水被加热以后通过开口变成水蒸汽排放到大气环境中；当冷却水箱(4)中的水位降低到设定水位时，流量调节阀(15)和隔离阀(17)自动打开，冷却水箱(4)中的水蒸汽通过气-液喷射器(16)的入口管线(109)进入到气-液喷射器(16)，然后引射水池(20)中的水，水池(20)里的水增压以后通过气-液喷射器(16)的出口管(111)进入到冷却水箱(4)，补充冷却水箱(4)降低的水位；当蒸汽发生器(1)中的水位降低达到设定水位时，隔离阀(7)和隔离阀(9)自动打开，蒸汽发生器(1)和补水箱(8)构成连通回路，补水箱(8)中的水在重力的作用下通过给水管线(103)进入到蒸汽发生器(1)，补充蒸汽发生器(1)中降低的水位；当补水箱(8)中的水位降低达到一定水位时，流量调节阀(11)和隔离阀(13)自动打开，水蒸汽通过气-液喷射器(12)的蒸汽入口管线(106)引射水池(20)中的水，增压后的水通过气-液喷射器(12)的出口管线(108)进入到补水箱(8)中，补充补水箱(8)降低的水位；当水池(20)中的水位检测装置检测到水池(20)中的水降低到设定水位时，隔离阀(19)自动打开或通过手动方式打开，通过水池(20)的补水管线(112)对水池(20)进行补水。

4.根据权利要求1所述的一种采用气-液喷射技术的二次侧非能动余热排出系统，其特征在于，所述的气-液喷射器(12)与气-液喷射器(16)的连接方式和工作原理均相同。