CN109300556A - 一种具备安注功能的反应堆稳压系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具备安注功能的反应堆稳压系统，稳压系统包括并排设置的至少两个氮气稳压器。每一氮气稳压器内包括位于下部的水空间和位于水空间上方的气空间；各氮气稳压器的水空间之间连接有水流管道，以将各氮气稳压器的水空间连通，并通过波动管接入蒸汽发生器内；各氮气稳压器的气空间之间连接有气流管道，以平衡各氮气稳压器的气空间的压力；此外，各氮气稳压器的水空间之间连接有安注管道，并接入压力容器内。在正常运行工况下，稳压器系统实现稳压功能，在发生一回路破口事故工况下，氮气稳压器内水空间的冷却剂通过安注管道进入到压力容器，实现安注功能，实现了稳压器系统与安注系统的集成，简化了系统配置，减少了占用空间。
Description
技术领域
本发明涉及核电领域，更具体地说，涉及一种具备安注功能的反应堆稳压系统。
背景技术
压水堆核动力装置中，一回路是一个闭式回路系统。核动力装置运行时，通过稳压器控制由于反应堆冷却剂温度变化或者容积变化而引起的一回路压力变化，维持一回路绝对压力在运行压力(比如15.5MPa)的整定值附近，防止堆芯冷却剂汽化，保护反应堆运行安全，同时，当一回路系统压力超出稳压器自动调节范围时，通过稳压器上设置的安全阀泄压防止系统超压，保护一回路压力边界的完整性。
稳压器主要有两种类型，即蒸汽稳压器和氮气稳压器，蒸汽稳压通过饱和介质加热汽化与饱和蒸汽喷淋冷却来控制一回路运行压力，其容量庞大，适合陆上核电站；氮气稳压通过充氮与排氮来控制一回路运行压力，其调节快速、结构简单、维护方便，且无需电源，非常适合海上核动力装置。
安注系统属于专设安全系统，专门用于应对一回路发生破口事故，目前的核动力装置系统设置中，安注系统是单独设置的，且配有电动安注泵，当一回路系统发生破口事故时，通过安注泵快速向堆芯注水，保证堆芯淹没，避免发生堆芯熔融事故。
针对紧凑型布置小型堆来说，由于取消了一回路主管道，设计上避免了大破口事故，只存在小破口事故的可能，因此，其安注系统不需要很大的容量。
正常运行工况下，安注系统处于关闭状态，稳压系统处于运行状态，事故工况下，反应堆停堆，稳压器停止工作，此时安注系统投入运行，因此，两者投入运行的时间并不重叠。
同时，氮气稳压器中的介质水温度比一回路冷却剂温度低很多，可作为安注水使用。在原理上，在一回路破口事故工况下，是可以将稳压器当安注系统使用的。
因此，若能通过系统优化设计，将稳压器与安注系统集成在一个系统中，在正常运行工况下，实现稳压功能，在发生一回路破口事故工况下，实现安注功能，将使得系统大大简化，大大减少系统布置空间，同时，该系统还是非能动稳压功能与非能动安注功能的系统，大大提高系统的安全可靠性。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种具备安注功能的反应堆稳压系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种具备安注功能的反应堆稳压系统，包括并排设置的至少两个氮气稳压器；
每一所述氮气稳压器内包括位于下部的水空间和位于所述水空间上方的气空间；
各所述氮气稳压器的水空间之间连接有水流管道，以将各所述氮气稳压器的水空间连通，所述水流管道包括两个水流通道；
各所述氮气稳压器的气空间之间连接有气流管道，以平衡各所述氮气稳压器的气空间的压力；
一所述水流通道通过安注管与压力容器连接；
一所述水流通道通过波动管与蒸汽发生器连接。
优选地，所述水流管道包括水空间连通管和安注连通管，所述安注管与所述安注连通管连接，所述波动管与所述水空间连通管连接。
优选地，所述安注管上设有用于控制所述安注管开关的第一隔离阀和防止向所述安注连通管回流的第一止回阀。
优选地，所述气流管道上设有用于在超压时进行泄压的第一控制阀。
优选地，所述稳压系统还包括氮气罐，所述氮气罐的底部设有与所述气流管道连通、以向所述氮气稳压器内充入氮气的第一氮气管线。
优选地，所述氮气罐上还设有用于向所述氮气罐内补充氮气的补偿管线。
优选地，所述第一氮气管线上设有控制所述第一氮气管线开关的第二隔离阀，所述补偿管线上设有控制所述补偿管线开关的第三隔离阀。
优选地，所述氮气罐上设有用于在超压时进行泄压的第二控制阀。
优选地，所述稳压系统还包括盛放有浓硼酸的注入箱，所述注入箱的顶部通过第二氮气管线与所述氮气罐连通，所述注入箱的底部通过注入管线与所述安注连通管连通，以能利用压差将浓硼酸注入所述压力容器内的堆芯。
优选地，所述第二氮气管线上设有用于控制所述第二氮气管线开关的第四隔离阀和防止氮气向所述氮气罐回流的第二止回阀，所述注入管线上设有用于控制所述注入管线开关的第五隔离阀和防止浓硼酸向所述注入箱回流的第三止回阀。
优选地，所述稳压系统还包括后处理装置，所述后处理装置通过氮气排放管线与所述气流管道连通，以对氮气收集。
优选地，所述氮气排放管线上设有第六隔离阀。
实施本发明的具备安注功能的反应堆稳压系统，具有以下有益效果：在正常运行工况下，稳压系统实现稳压功能，在发生一回路破口事故工况下，氮气稳压器内水空间的冷却剂通过水流管道进入到压力容器，实现安注功能，将使得系统大大简化，大大减少系统布置空间，同时，该系统还是利用压差实现非能动稳压功能与非能动安注功能的系统，大大提高系统的安全可靠性。
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反应堆的原理示意图。
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反应堆包括压力容器1、蒸汽发生器2以及稳压系统3，压力容器1通过管道与蒸汽发生器2连通。
反应堆的稳压系统3具备安注功能，包括并排设置的两个氮气稳压器31，氮气稳压器31的数量也可为多个。
每一氮气稳压器31内包括位于下部的水空间A和位于水空间A上方填充有氮气的气空间B；各氮气稳压器31的水空间A之间连接有水流管道32，以将各氮气稳压器31的水空间A连通，水流管道32包括两个水流通道32a、32b；各氮气稳压器31的气空间B之间连接有气流管道33，以平衡各氮气稳压器31的气空间B的压力。
另外，一水流通道32a通过安注管321与压力容器1连接；一水流通道32b通过波动管322与蒸汽发生器2连接。
在正常运行工况下，稳压系统3实现稳压功能，在发生一回路破口事故工况下，氮气稳压器31内水空间A的冷却剂通过水流通道32a进入到压力容器1，实现安注功能，将使得系统大大简化，大大减少系统布置空间，同时，该系统还是利用压差实现非能动稳压功能与非能动安注功能的系统，大大提高系统的安全可靠性。
优选地，水流管道32包括水空间连通管323和安注连通管324，水空间连通管323内形成一水流通道32b，安注连通管324内形成一水流通道32a，安注管321与安注连通管324连接，波动管322与水空间连通管323连接，让连接到压力容器1和蒸汽发生器2的两根管道独立，不会产生干扰。在其他实施例中，水流管道32内也可分成相互隔离的两个通道，分别形成两个水流通道32a、32b。
安注管321上设有用于控制安注管321开关的第一隔离阀3211和防止向安注连通管324回流的第一止回阀3212。第一隔离阀3211在核反应堆正常运行工况下一直处于关闭状态，当发生破口事故工况时，打开安注管321上的第一隔离阀3211；第一止回阀3212起防止介质水回流的作用。
气流管道33上设有用于在超压时进行泄压的第一控制阀331，其在核反应堆正常运行工况与发生破口事故工况下均处于关闭状态，当一回路压力超出系统自身调节范围时，第一控制阀331开启，快速泄压，起到超压保护功能。通常，第一控制阀331为泄压阀或安全阀。
稳压系统3还包括氮气罐34，氮气罐34的底部设有与气流管道33连通、以向氮气稳压器31内充入氮气的第一氮气管线341，可以向氮气稳压器31内充入氮气。第一氮气管线341上设有控制第一氮气管线341开关的第二隔离阀342，其在核反应堆正常运行工况下处于关闭状态，当一回路系统压力低于氮气稳压器31自身调节范围时，开启第二隔离阀342，向氮气稳压器31充入氮气；当发生破口事故工况时，开启第二隔离阀342，利用压差将氮气稳压器31中的水快速注入堆芯。
氮气罐34上还设有用于向氮气罐34内补充氮气的补偿管线343，补偿管线343上设有控制补偿管线343开关的第三隔离阀344。当氮气稳压器31内氮气不足，需要补充氮气时，开启第三隔离阀344，外部氮源通过补偿管线343补充到高压氮气罐34内。
氮气罐34上设有用于在超压时进行泄压的第二控制阀345，第二控制阀345为泄压阀或安全阀。第二控制阀345在核反应堆正常运行工况与发生破口事故工况下均处于关闭状态，当一回路压力超出系统自身调节范围时，高压氮气罐34第二控制阀345开启，与第一控制阀331一道起到超压保护功能。
稳压系统3还包括盛放有浓硼酸的注入箱35，注入箱35的顶部通过第二氮气管线351与氮气罐34连通，注入箱35的底部通过注入管线352与安注连通管324连通，以能利用压差将浓硼酸注入压力容器1内的堆芯，以冷却与淹没堆芯，同时抵消因温度效应引起的正反应性增加。
第二氮气管线351上设有用于控制第二氮气管线351开关的第四隔离阀353和防止氮气向氮气罐34回流的第二止回阀354，注入管线352上设有用于控制注入管线352开关的第五隔离阀355和防止浓硼酸向注入箱35回流的第三止回阀356。
第四隔离阀353、第五隔离阀355在核反应堆正常运行工况下一直处于关闭状态，当一回路系统发生破口事故，或主蒸汽管道发生破裂引起一回路温度明显降低时，打开第四隔离阀353、第五隔离阀355，利用压差将浓硼酸快速注入堆芯，以抵消正反应性的增加；第二止回阀354和第三止回阀356可以起防止介质回流的作用。
稳压系统3还包括后处理装置36，后处理装置36通过氮气排放管线361与气流管道33连通，以对氮气收集。
氮气排放管线361上设有第六隔离阀362，其在核反应堆正常运行工况与发生破口事故工况下均处于关闭状态，当一回路系统压力高于氮气稳压器31自身调节范围时，开启第六隔离阀362，排出一部分氮气到后处理装置36内；同时，后处理装置36也作为一回路系统定期排氮收集后处理装置36。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明与传统核电站的稳压系统和安注系统不同，将此两个系统集成在一起，实现一个系统既具备稳压功能，又具备安注功能，极大简化了系统设置。
2.本发明将硼酸注入系统集成到安注系统中，实现同时注水与注硼功能，省略了单独设置硼酸注入系统，简化了系统设置。
3.本发明利用压差同时实现了非能动稳压、非能动安注与非能动注硼，极大提高了安全系统的安全可靠性，即使发生全厂断电事故，依旧可确保反应堆安全。
4.本发明设置了高压氮气罐34，当一回路系统压力低于氮气稳压器31自身调节范围时，可通过高压氮气罐34向稳压器补充氮气，使压力恢复正常压力值。
5.本发明设置了氮气补偿管线343，当系统氮源出现不足，且超出系统自身调节范围时，通过此补偿管线343，用以维持系统氮源恢复到系统自身调节范围内，提高了核反应堆运行安全。
6.本发明设置了氮气收集后处理装置36，收集一回路系统排放的氮气，并进行后处理。
氮气稳压系统3在核反应堆正常运行工况时，结合高压氮气罐34和氮气收集后处理装置36，通过氮气稳压器31中氮气的充入与排出进行压力调节；
当一回路系统发生破口事故，或主蒸汽管道发生破裂引起一回路温度明显降低时，氮气稳压系统3迅速转换成安注系统，通过氮气稳压器31安注管321将稳压器内的介质水与浓硼酸注入箱35内的浓硼酸快速注入堆芯，以冷却与淹没堆芯，同时抵消因温度效应引起的正反应性增加。
系统在核反应堆正常运行工况下，起稳压功能，当一回路系统发生破口事故，或主蒸汽管道发生破裂引起一回路温度明显降低时，起安注功能，具有良好的可行性和可靠性。
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 (12)
1.一种具备安注功能的反应堆稳压系统（3），其特征在于，包括并排设置的至少两个氮气稳压器（31）；
每一所述氮气稳压器（31）内包括位于下部的水空间（A）和位于所述水空间（A）上方的气空间（B）；
各所述氮气稳压器（31）的水空间（A）之间连接有水流管道（32），以将各所述氮气稳压器（31）的水空间（A）连通，所述水流管道（32）包括两个水流通道（32a、32b）；
各所述氮气稳压器（31）的气空间（B）之间连接有气流管道（33），以平衡各所述氮气稳压器（31）的气空间（B）的压力；
一所述水流通道（32a）通过安注管（321）与压力容器（1）连接；
一所述水流通道（32b）通过波动管（322）与蒸汽发生器（2）连接。
2.根据权利要求1所述的具备安注功能的反应堆稳压系统（3），其特征在于，所述水流管道（32）包括水空间连通管（323）和安注连通管（324），所述安注管（321）与所述安注连通管（324）连接，所述波动管（322）与所述水空间连通管（323）连接。
3.根据权利要求2所述的具备安注功能的反应堆稳压系统（3），其特征在于，所述安注管（321）上设有用于控制所述安注管（321）开关的第一隔离阀（3211）和防止向所述安注连通管（324）回流的第一止回阀（3212）。
4.根据权利要求2所述的具备安注功能的反应堆稳压系统（3），其特征在于，所述气流管道（33）上设有用于在超压时进行泄压的第一控制阀（331）。
5.根据权利要求2至4任一项所述的具备安注功能的反应堆稳压系统（3），其特征在于，所述稳压系统（3）还包括氮气罐（34），所述氮气罐（34）的底部设有与所述气流管道（33）连通、以向所述氮气稳压器（31）内充入氮气的第一氮气管线（341）。
6.根据权利要求5所述的具备安注功能的反应堆稳压系统（3），其特征在于，所述氮气罐（34）上还设有用于向所述氮气罐（34）内补充氮气的补偿管线（343）。
7.根据权利要求6所述的具备安注功能的反应堆稳压系统（3），其特征在于，所述第一氮气管线（341）上设有控制所述第一氮气管线（341）开关的第二隔离阀（342），所述补偿管线（343）上设有控制所述补偿管线（343）开关的第三隔离阀（344）。
8.根据权利要求5所述的具备安注功能的反应堆稳压系统（3），其特征在于，所述氮气罐（34）上设有用于在超压时进行泄压的第二控制阀（345）。
9.根据权利要求5所述的具备安注功能的反应堆稳压系统（3），其特征在于，所述稳压系统（3）还包括盛放有浓硼酸的注入箱（35），所述注入箱（35）的顶部通过第二氮气管线（351）与所述氮气罐（34）连通，所述注入箱（35）的底部通过注入管线（352）与所述安注连通管（324）连通，以能利用压差将浓硼酸注入所述压力容器（1）内的堆芯。
10.根据权利要求9所述的具备安注功能的反应堆稳压系统（3），其特征在于，所述第二氮气管线（351）上设有用于控制所述第二氮气管线（351）开关的第四隔离阀（353）和防止氮气向所述氮气罐（34）回流的第二止回阀（354），所述注入管线（352）上设有用于控制所述注入管线（352）开关的第五隔离阀（355）和防止浓硼酸向所述注入箱（35）回流的第三止回阀（356）。
11.根据权利要求1至4任一项所述的具备安注功能的反应堆稳压系统（3），其特征在于，所述稳压系统（3）还包括后处理装置（36），所述后处理装置（36）通过氮气排放管线（361）与所述气流管道（33）连通，以对氮气收集。
12.根据权利要求11所述的具备安注功能的反应堆稳压系统（3），其特征在于，所述氮气排放管线（361）上设有第六隔离阀（362）。
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