CN108877967B - 一种集合式非能动安全壳冷却系统外置换热水箱 - Google Patents

Abstract

一种集合式的非能动安全壳冷却系统外置换热水箱涉及核电站工程安全设施领域，具体涉及一种集合式非能动安全壳冷却系统外置换热水箱。包括安全壳外置换热水箱本体、非能动安全壳冷却系统PCCS水箱入口管线、PCCS水箱出口管线、过滤排放系统水箱入口管线、文丘里水洗器、汽水分离器和纤维过滤器，其中安全壳外置换热水箱本体分为下部水空间和上部气空间，PCCS水箱入口管线、PCCS水箱出口管线伸入水箱水空间，过滤排放系统的水箱入口管线伸入水箱水面以下并连接文丘里水洗器，文丘里水洗器浸没于水箱水空间中，汽水分离器和纤维过滤器位于气空间，纤维过滤器与外界连通。将非能动安全壳冷却系统与过滤排放系统进行了整合，简化了系统的结构与布置形式。

Description

一种集合式非能动安全壳冷却系统外置换热水箱

技术领域

本发明涉及核电站工程安全设施领域，具体涉及一种集合式非能动安全壳冷却系统外置换热水箱。

背景技术

在核电站发生严重事故时，反应堆的堆芯会发生熔毁，并伴随产生大量的放射性物质。安全壳是隔离反应堆系统与外界环境的最后一道屏障。正因如此，如何在事故条件下保证安全壳结构上的完整性一直受到相关研究人员的广泛关注。在目前三代核电站工程安全设施中，有两大系统，非能动安全壳冷却系统及安全壳过滤排放系统可以在事故条件下用来降低安全壳气体空间的温度和压力，从而确保安全壳的完整性。

在现有的发明中，非能动安全壳冷却系统及安全壳过滤排放系统为两个完全独立的系统。比如专利号为CN201610877060、CN201410082994的专利和专利号为CN201210131314、CN201310525065的专利分别设计了过滤排放系统和非能动安全壳冷却系统。这些设计都可以实现所需的功能，不过两个系统中都存在较长的管线以及换热/清洗水箱。这样一方面增加了系统的复杂程度，不利于系统的简化和可靠性的提高；另一方面这两种系统没有充分利用公共的空间和水资源，这不利于节约设备成本。

综上所述，有必要发明设计一种集合式非能动安全壳冷却系统外置换热水箱，以对非能动安全壳冷却系统和过滤排放系统进行整合。实现两个系统的优化设计，使结构紧凑，节约成本。

发明内容

本发明的目的在于提供结构紧凑的一种集合式非能动安全壳冷却系统外置换热水箱。

一种集合式非能动安全壳冷却系统外置换热水箱，包括安全壳外置换热水箱本体1、非能动安全壳冷却系统PCCS水箱入口管线2、非能动安全壳冷却系统PCCS水箱出口管线3、过滤排放系统水箱入口管线4、文丘里水洗器5、汽水分离器6和纤维过滤器7，所述的安全壳外置换热水箱本体1分为下部的水空间8和上部的气空间9，非能动安全壳冷却系统PCCS水箱入口管线2、非能动安全壳冷却系统PCCS水箱出口管线3伸入水箱的水空间8，过滤排放系统的水箱入口管线4伸入水箱水面以下并连接文丘里水洗器5，文丘里水洗器5浸没于水箱的水空间8中，汽水分离器6和纤维过滤器7位于气空间9，纤维过滤器7与外界连通。

所述的非能动安全壳冷却系统PCCS水箱出口管线3连接非能动安全壳冷却系统PCCS换热器入口管线10，非能动安全壳冷却系统PCCS换热器入口管线10通过贯穿件11伸入安全壳气体空间12与非能动安全壳冷却系统PCCS换热器下联箱13相连。

所述的非能动安全壳冷却系统PCCS水箱出口管线3上设置有水箱隔离阀14。

所述的非能动安全壳冷却系统PCCS水箱入口管线2连接非能动安全壳冷却系统PCCS换热器出口管线15，非能动安全壳冷却系统PCCS换热器出口管线15通过贯穿件16伸入安全壳气体空间12与非能动安全壳冷却系统PCCS换热器上联箱17相连。

所述的非能动安全壳冷却系统PCCS水箱入口管线2上设置有水箱隔离阀18。

所述的过滤排放系统水箱入口管线4设置在水箱侧壁面且在高度上位于水箱水面以下，它的一端连接文丘里水洗器5，另一端连接排放管线23，排放管线23通过贯穿件伸入安全壳气体空间。

所述的文丘里水洗器5采用渐缩渐扩型喷管结构，包括喷嘴、引射口、渐缩段、水平段和渐扩段，喷嘴接过滤排放系统水箱入口管线4、引射口与水箱的水空间8接通。

所述的纤维过滤器7包括入口段、滤芯和出口管段，入口管段连接汽水分离器6出口、滤芯采用多层密实纤维结构，出口管线穿出水箱侧壁面与外界大气相通，出口管线末端平面向下倾斜并在该平面设置有小孔径隔离网。

本发明的有益效果在于：

将非能动安全壳冷却系统与过滤排放系统这两个独立的系统进行了整合，简化了系统的结构与布置形式。

安全壳外置换热水箱存水既可以为非能动安全壳冷却系统提供循环冷却水，又可以为过滤排放系统提供清洗用水，提高了水资源的利用率。

在过滤排放系统文丘里水洗器和纤维过滤器的多重过滤作用下，大部分放射性物质可以被拘留在水箱内，从而避免了直接排放造成的环境污染。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2A为单个文丘里水洗器平面布置俯视图；

图2B为文丘里水洗器平面多个位置布置俯视图；

图2C为三个文丘里水洗器连接平面布置俯视图；

图3为文丘里水洗器示意图；

图4A为采用结构一的汽水分离器与纤维过滤器示意图；

图4B为采用结构二的汽水分离器与纤维过滤器示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

由于现有的核电厂工程安全设施中非能动安全壳冷却系统和过滤排放系统为完全独立的两套系统，这既不利于系统的简化和可靠性的提高，又没有充分利用公共的空间和水资源，不利于降低设备成本，本发明基于非能动安全壳冷却系统和过滤排放系统中可以共同使用的空间和水资源设计了一种集合式换热水箱，从而实现了两个系统的优化设计。

本发明所提供的一种集合式非能动安全壳冷却系统外置换热水箱，包括安全壳外置换热水箱本体1、非能动安全壳冷却系统PCCS水箱入口管线2、PCCS系统水箱出口管线3、过滤排放系统水箱入口管线4、文丘里水洗器5、汽-水分离器6和纤维过滤器7，PCCS系统的水箱进出口管线2、3通过水箱底面伸入水箱的水空间8，过滤排放系统的水箱入口管线4通过侧壁/底面伸入水箱水面以下并连接文丘里水洗器5，文丘里水洗器5浸没于水箱水中8，汽-水分离器6和纤维过滤器7位于气空间9，经纤维过滤器7过滤后的气体通过水箱侧壁面/顶面排入外界大气。

所述的PCCS水箱出口管线3连接PCCS换热器入口管线10，后通过贯穿件11伸入安全壳气体空间12与PCCS换热器下联箱13相连，PCCS水箱出口管线上设置有水箱隔离阀14。PCCS水箱入口管线2连接PCCS换热器出口管线15，后通过贯穿件16伸入安全壳气体空间12与PCCS换热器上联箱17相连，PCCS水箱入口管线上设置有水箱隔离阀18。

本发明主要应用于反应堆主冷却剂系统14失水所引发的严重事故。期间，核电厂失去外部电力供应。上述事故条件下会有大量高温高压蒸汽喷放进入安全壳气体空间，使其温度和压力不断升高。事故初期，安全壳内的热量主要由堆坑19、安全壳壁面20以及安全壳内部构件吸收。安全壳内热量的长期导出主要由非能动安全壳冷却系统来完成。在该阶段，高温蒸汽流经PCCS换热器21时，水蒸是气会在传热管外表面凝结，并将热量传递给换热器内部冷却水。这一过程，非能动安全壳换热器21及与之相连接的上升管段15被加热，导致这一部分冷却剂温度升高、密度减小。相比之下，下降段10中的冷却水温度低、密度大。在进出口管线10、15重位差的驱动下形成自然循环，从而非能动的导出安全壳内热量。上述系统工作时，PCCS换热水箱为自然循环提供冷却水。

在非预期的瞬态工况或非能动安全壳冷却系统失效的条件下，安全壳内压力会不断升高并接近安全限制。这时，隔离阀22打开，安全壳过滤排放系统投入运行。安全壳内气体沿排放管线23和过滤排放系统的水箱入口管线4进入文丘里水洗器8的喷嘴24。结合图2，根据所需的考虑排放量在侧壁面/底面设置一条/并联设置多条排放管线，同时在排放管线末端设置一个/并联设置多个文丘里水箱器。

进入文丘里水洗器的气体通过渐缩段25、水平段26和渐扩段27产生加速运动，这一过程会使文丘里管水洗器5内产生低压并将水箱中的冷却水通过引射口28引入水洗器5。结合图3，所述的文丘里水洗器沿水平方向向下倾斜一定角度来保证混合气体在水箱水中的居留时间。

流出文丘里水箱器的气体进入水箱水中8并对可溶性方式性物质进行进一步清洗。之后，不溶性和不凝结性气体会浮出水面进入水箱气空间9。这部分气体先经过汽-水分离器6进行干燥除湿，后通过纤维过滤器7过滤不溶于水的放射性物质。过滤后的气体通过水箱出口29排出水箱1。结合图4，所述的汽水分离器6可以为旋叶式结构也可以是波纹板式结构，所述的纤维过滤器包括入口段30，密实纤维31和出口段29，出口平面向下倾斜以防止雨水进入换热水箱内部，在出口平面设置有小口径隔离网32隔离外界生物。

通过上述过程，既实现了非能动安全壳冷却系统和过滤排放系统的功能，又实现了两个系统的优化设计。本发明并不局限于上面例子中所描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。

在主冷却剂回路失水引发的严重事故条件下，会有大量高温蒸汽和放射性气体喷放进入安全壳气体空间。这时，非能动安全壳冷却系统PCCS首先投入运行。该系统主要包括PCCS内置换热器、PCCS外置换热水箱以及连接换热器与水箱的进出口管线和阀门。该系统主要通过凝结安全壳气体空间的蒸汽并借助于冷热管线密度差形成的自然循环来长期的导出安全壳内的热量。

在非预期的瞬态工况或非能动安全壳冷却系统失效的条件下，安全壳内压力会不断升高并接近安全限制。这时，安全壳过滤排放系统投入运行。该系统主要包括排放管线，水洗过滤器等。它通过过滤气体中的放射性物质来使排入外界环境气体的放射性达到合理可控的状态。上述系统主要通过合理的排放壳内气体来降低安全壳的压力。

本发明目的在于提供一种集合式非能动安全壳冷却系统外置换热水箱，在核电站发生严重事故时，它既可以为非能动安全壳冷却系统提供循环冷却水又可以在过滤排放系统泄压排放时为放射性物质的过滤提供清洗用水和过滤设备，从而实现了两大系统的整合。

本发明提供一种集合式非能动安全壳冷却系统外置换热水箱，包括安全壳外置换热水箱本体、非能动安全壳冷却系统(PCCS)水箱入口管线、PCCS系统水箱出口管线、过滤排放系统水箱入口管线、文丘里水洗器、汽-水分离器和纤维过滤器，PCCS系统的水箱进出口管线通过水箱底面伸入水箱的水空间，过滤排放系统的水箱入口管线通过侧壁/底面伸入水箱水面以下并连接文丘里水洗器，文丘里水洗器浸没于水箱水中，汽-水分离器和纤维过滤器位于气空间，经纤维过滤器过滤后的气体通过水箱侧壁面/顶面排入外界大气，通过上述过程可以实现非能动安全壳冷却系统和过滤排放系统的整合。

过滤排放入口管线设置在水箱侧壁面/底面且在高度上位于水箱水面以下，它的一端连接文丘里水洗器，另一端连接排放管线，后通过贯穿件伸入安全壳气体空间，根据所需的过滤排放效率，排放管线可以设置一根或多根，在空间布置上可以位于水箱的一个或多个侧壁面/底面，在各入口管线上设置有水箱隔离阀。

文丘里水洗器采用渐缩渐扩型喷管结构，包括喷嘴、引射口、渐缩段、水平段和渐扩段，喷嘴接过滤排放系统水箱入口管线、引射口与水箱水接通，根据过滤排放量的要求，对每根过滤排放管线末端设置一个或并联设置多个文丘里水洗器，这些水洗器的出口均沿水平方向向下倾斜一定角度以延长排放气体在水箱水中的居留时间。

Claims (8)

1.一种集合式非能动安全壳冷却系统外置换热水箱，包括安全壳外置换热水箱本体(1)、非能动安全壳冷却系统PCCS水箱入口管线(2)、非能动安全壳冷却系统PCCS水箱出口管线(3)、过滤排放系统水箱入口管线(4)、文丘里水洗器(5)、汽水分离器(6)和纤维过滤器(7)，其特征在于：所述的安全壳外置换热水箱本体(1)分为下部的水空间(8)和上部的气空间(9)，非能动安全壳冷却系统PCCS水箱入口管线(2)、非能动安全壳冷却系统PCCS水箱出口管线(3)伸入水箱的水空间(8)，过滤排放系统的水箱入口管线(4)伸入水箱水面以下并连接文丘里水洗器(5)，文丘里水洗器(5)浸没于水箱的水空间(8)中，汽水分离器(6)和纤维过滤器(7)位于气空间(9)，纤维过滤器(7)与外界连通。

2.根据权利要求1所述的一种集合式非能动安全壳冷却系统外置换热水箱，其特征在于：所述的非能动安全壳冷却系统PCCS水箱出口管线(3)连接非能动安全壳冷却系统PCCS换热器入口管线(10)，非能动安全壳冷却系统PCCS换热器入口管线(10)通过贯穿件(11)伸入安全壳气体空间(12)与非能动安全壳冷却系统PCCS换热器下联箱(13)相连。

3.根据权利要求1所述的一种集合式非能动安全壳冷却系统外置换热水箱，其特征在于：所述的非能动安全壳冷却系统PCCS水箱出口管线(3)上设置有水箱隔离阀(14)。

4.根据权利要求1所述的一种集合式非能动安全壳冷却系统外置换热水箱，其特征在于：所述的非能动安全壳冷却系统PCCS水箱入口管线(2)连接非能动安全壳冷却系统PCCS换热器出口管线(15)，非能动安全壳冷却系统PCCS换热器出口管线(15)通过贯穿件(16)伸入安全壳气体空间(12)与非能动安全壳冷却系统PCCS换热器上联箱(17)相连。

5.根据权利要求1所述的一种集合式非能动安全壳冷却系统外置换热水箱，其特征在于：所述的非能动安全壳冷却系统PCCS水箱入口管线(2)上设置有水箱隔离阀(18)。

6.根据权利要求1所述的一种集合式非能动安全壳冷却系统外置换热水箱，其特征在于：所述的过滤排放系统水箱入口管线(4)设置在水箱侧壁面且在高度上位于水箱水面以下，它的一端连接文丘里水洗器(5)，另一端连接排放管线(23)，排放管线(23)通过贯穿件伸入安全壳气体空间。

7.根据权利要求1所述的一种集合式非能动安全壳冷却系统外置换热水箱，其特征在于：所述的文丘里水洗器(5)采用渐缩渐扩型喷管结构，包括喷嘴、引射口、渐缩段、水平段和渐扩段，喷嘴接过滤排放系统水箱入口管线(4)、引射口与水箱的水空间(8)接通。

8.根据权利要求1所述的一种集合式非能动安全壳冷却系统外置换热水箱，其特征在于：所述的纤维过滤器(7)包括入口段、滤芯和出口管段，入口管段连接汽水分离器(6)出口、滤芯采用多层密实纤维结构，出口管线穿出水箱侧壁面与外界大气相通，出口管线末端平面向下倾斜并在该平面设置有小孔径隔离网。

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