CN109411100A - 一种小型铅基反应堆用非能动余热排出系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型铅基反应堆用非能动余热排出系统，其包括：循环模块、水箱以及缓冲模块，循环模块包括独立热交换器、冷凝器以及第一管道和第二管道，在独立热交换器内充满非凝结气，在冷凝器内储存有冷却水，并设置隔离组件将非凝结气和冷却水隔开，同时设置缓冲罐和水箱，将冷凝器和缓冲罐均安置于水箱内，缓冲罐通过支管道与第二管道相连，在特定事故发生时，打开隔离组件，冷却水进入独立热交换器，冷却水遇热变为高温高压的蒸汽，蒸汽经过第一管道进入冷凝器中被凝结成水，同时将非凝结气压缩到缓冲罐中，冷凝水在冷凝器和独立热交换器之间循环，从而在事故工况下实现小型化、高安全性的将反应堆的余热排出。
Description
技术领域
本发明涉及核工程技术领域，尤其涉及一种小型铅基反应堆用非能动余热排出系统。
背景技术
当反应堆出现事故工况紧急停堆后，在一定时间内堆芯仍会有余热产生，事故余热排出系统作为核反应堆的一项专设安全设施，当反应堆停堆且主热传输系统失效时，该系统将堆芯余热导出，保证反应堆主要结构的温度限制在合理范围内，并保证完整性。
目前新一代核反应堆设计中，主要采用非能动的事故余热排出系统导出堆芯余热，以提高反应堆的安全性。例如AP1000采用独立的、基于换料水箱的非能动事故余热排出系统，该余热排出系统并联在主管路上，能够提供对堆芯的直接冷却，但是需要在堆内设置了庞大的换料水箱，且冷却能力受水箱容量的限制；小型模块化铅冷反应堆SSTAR采用反应堆容器辅助冷却系统Reactor Vessel Auxiliary Cooling System(RVACS)作为余热排出系统，使用铅-二氧化碳换热器。该系统基于空气的自然循环，可以有效的从安全容器的带走热量，但该方式换热面积有限，在反应堆外部需要增添较多设备，空间占用较大。现有的反应堆余热排出系统对环境或设备要求高，体积庞大，造价成本高，特别是对于小型或微型反应堆，其很难满足其小型化、高安全的要求。
发明内容
本发明提供了一种小型铅基反应堆用非能动余热排出系统，旨在满足反应堆小型化、高安全性要求的条件下，提供一种事故工况下堆芯余热排出方式。
本发明提供了一种小型铅基反应堆用非能动余热排出系统，其包括：
循环模块，所述循环模块包括独立热交换器、冷凝器以及连接于所述独立热交换器与所述冷凝器之间用于实现循环功能的第一管道和第二管道，所述第一管道和所述第二管道上均设有隔离组件；
水箱，所述冷凝器设于所述水箱内；
缓冲模块，所述缓冲模块包括设于所述水箱内的缓冲罐、以及自所述第二管道连接至所述缓冲罐的支管道；
其中，所述第一管道上设有第一泄压阀，所述冷凝器内储存有冷却水，所述独立热交换器内充满非凝结气。
本发明实施例通过在独立热交换器和冷凝器之间设置用于实现循环功能的第一管道和第二管道，在独立热交换器内充满非凝结气，在冷凝器内储存有冷却水，并于第一管道和第二管道上设置隔离组件将非凝结气和冷却水隔开，同时设置缓冲罐和水箱，将冷凝器和缓冲罐均安置于水箱内，缓冲罐通过支管道与第二管道相连，在特定事故发生时，打开隔离组件，让冷却水进入独立热交换器内，冷却水在独立热交换器中遇热变为高温高压的蒸汽，蒸汽经过第一管道进入冷凝器中被凝结成水，同时将原本处于热交换系统中的非凝结气压缩到缓冲罐中，冷凝水在冷凝器和独立热交换器之间循环，从而在事故工况下实现小型化、高安全性的将反应堆的余热排出。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种小型铅基反应堆用非能动余热排出系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1，是本发明实施例提供的一种小型铅基反应堆用非能动余热排出系统的结构示意图，该系统包括循环模块、水箱4以及缓冲模块，循环模块包括独立热交换器1、冷凝器2以及连接于独立热交换器1与冷凝器2之间用于实现循环功能的第一管道11和第二管道12，第一管道11和第二管道12上均设有隔离组件(如图中的5/6和7/8)；冷凝器2设于水箱4内；缓冲模块包括设于水箱4内的缓冲罐3、以及自第二管道12连接至缓冲罐3的支管道13；第一管道11上设有第一泄压阀9，冷凝器2内储存有冷却水，独立热交换器1内充满非凝结气。
具体地，在该余热排出系统未投入工作时，独立热交换器1内充满非凝结气(包括空气、氮气、氩气等非凝结类气体)，冷却水被储存在冷凝器2中，由隔离组件(如图中的5/6和7/8)与热交换系统隔开；当特定的事故发生时，触发隔离组件开启，存储于冷凝器2中的冷却水进入到独立热交换器1中，冷却水在独立热交换器1中遇热变为高温高压的蒸汽，蒸汽经过第一管道11进入冷凝器2中被凝结成水，同时将原本处于热交换系统中的非凝结气压缩到缓冲罐2中，冷凝水在冷凝器和独立热交换器之间循环，从而在事故工况下实现小型化、高安全性的将反应堆的余热排出。缓冲罐3在运行初期起到收集系统内非凝结气的作用，在事故后期随着换热量的减少，系统压力降低，非凝结气膨胀会重新回到热交换系统中减低冷凝器的换热效率，这对于液态金属反应堆能够起到防止事故后期一次侧冷却剂凝固的风险，同时，系统中的冷凝器除冷凝的作用外，在系统待机状态还起到储存冷却水的作用，不需要额外设置储水罐，节省系统尺寸空间，满足小型化要求。
特别地，该系统采用独立的热交换器，独立热交换器根据反应堆总体的布置可以放置在热池，也可以放置在冷池，对于池式堆和回路式堆都能够适用，灵活性高。该系统最终热阱采用水箱冷却方式，相比空冷等手段提高了换热效率，占用空间更小，利于小型化设计。
在一实施例中，冷凝器2与缓冲罐3的安置高度均高于独立热交换器1的安置高度，第一管道11自独立热交换器1的出口连通至冷凝器2的顶部，第二管道12自独立热交换器1的进口连通至冷凝器2的底部。
具体地，通过高度差的设计，在隔离组件开启时，冷却水可在自身重力的作用下自动由第二管道12进入独立热交换器1内，并受热变成高温高压蒸汽，由第一管道11回流至冷凝器2中，再经冷凝器2冷却成水，从而实现循环运行，该系统运行除依靠隔离阀启动外，以非能动循环的方式进行换热，不需要外部电源供电，结构简单从不失效。冷凝器2冷却依靠非能动冷却方式，最终热阱是水箱4的水池。
在一实施例中，隔离组件在系统检测到特定事故发生时自动开启。
在一实施例中，特定事故包括全场断电且换热器或主二回路管线失效。
具体地，在特定事故(如全场断电且换热器或主二回路管线失效等等)发生时，隔离组件自动启动，以触发启动整个系统的运行。在具体实现中，隔离组件可设置为响应触发条件而自动开启的自动电子设备，也可例如为在特定事故发生时提醒工作人员进行手动开启的隔离设备。
在一实施例中，隔离组件包括至少两个并联的电动隔离阀。
具体地，采用至少两个以上的电动隔离阀并联的方式，可以避免因单个隔离阀故障而影响隔离组件的正常启动，以确保系统的正常运行。
在一实施例中，水箱为密封箱体，水箱上设有第二泄压阀10。
在一实施例中，第一泄压阀9和第二泄压阀10在系统内的压力超过预设压力阈值时开启进行泄压。
具体地，当系统内的压力高于设备本身能够承受的安全压力范围时，便可通过第一泄压阀9和第二泄压阀10进行泄压，以确保系统设备一直在安全状态下运行。
在一实施例中，隔离组件以及第一泄压阀和第二泄压阀的设置均需满足单一故障准则。
具体地，单一故障准则为在系统设计阶段应采取各种措施(比如设备的地理位置分隔或实体分隔，电源和供电的独立性)，以保证在丧失厂外电源的同时又发生下述故障之一时，能实施安全停堆及专设安全设施的功能：
1、短期内发生的单一能动故障。
2、长期内发生的单一能动故障或单一非能动故障。
以单一故障准则为标准来确保系统运行的安全可靠。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种小型铅基反应堆用非能动余热排出系统，其特征在于，包括：
循环模块，所述循环模块包括独立热交换器、冷凝器以及连接于所述独立热交换器与所述冷凝器之间用于实现循环功能的第一管道和第二管道，所述第一管道和所述第二管道上均设有隔离组件；
水箱，所述冷凝器设于所述水箱内；
缓冲模块，所述缓冲模块包括设于所述水箱内的缓冲罐、以及自所述第二管道连接至所述缓冲罐的支管道；
其中，所述第一管道上设有第一泄压阀，所述冷凝器内储存有冷却水，所述独立热交换器内充满非凝结气。
2.根据权利要求1所述的小型铅基反应堆用非能动余热排出系统，其特征在于，所述冷凝器与所述缓冲罐的安置高度均高于所述独立热交换器的安置高度，所述第一管道自所述独立热交换器的出口连通至所述冷凝器的顶部，所述第二管道自所述独立热交换器的进口连通至所述冷凝器的底部。
3.根据权利要求1所述的小型铅基反应堆用非能动余热排出系统，其特征在于，所述隔离组件在系统检测到特定事故发生时自动开启。
4.根据权利要求3所述的小型铅基反应堆用非能动余热排出系统，其特征在于，所述特定事故包括全场断电且换热器或二回路管线失效。
5.根据权利要求3所述的小型铅基反应堆用非能动余热排出系统，其特征在于，所述隔离组件包括至少两个并联的电动隔离阀。
6.根据权利要求1所述的小型铅基反应堆用非能动余热排出系统，其特征在于，所述水箱为密封箱体，所述水箱上设有第二泄压阀。
7.根据权利要求6所述的小型铅基反应堆用非能动余热排出系统，其特征在于，所述第一泄压阀和所述第二泄压阀在系统内的压力超过预设压力阈值时开启进行泄压。
8.根据权利要求7所述的小型铅基反应堆用非能动余热排出系统，其特征在于，所述隔离组件以及所述第一泄压阀和所述第二泄压阀的设置均需满足单一故障准则。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113421664A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-09-21 | 中国核动力研究设计院 | 基于安全壳和反应堆容器的铅基快堆非能动余热排出系统 |
| CN114420322B (zh) * | 2021-11-30 | 2024-05-17 | 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 | 非能动余热排出系统 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03246492A (ja) * | 1990-02-23 | 1991-11-01 | Hitachi Ltd | 非常用復水器系 |
| US20110158371A1 (en) * | 2008-09-30 | 2011-06-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Pressurized water reactor plant |
| CN102903402A (zh) * | 2012-09-27 | 2013-01-30 | 中国核电工程有限公司 | 一种先进的二次侧堆芯热量导出装置 |
| CN103617815A (zh) * | 2013-12-05 | 2014-03-05 | 哈尔滨工程大学 | 压水堆核电站非能动余热排出系统 |
| CN108010593A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-05-08 | 安徽中科超安科技有限公司 | 一种核电宝及其非能动余热排出系统 |
| CN207624389U (zh) * | 2017-10-10 | 2018-07-17 | 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 | 换热器位于水箱外船用压水堆二次侧非能动余热排出系统 |
| US20180233240A1 (en) * | 2014-09-22 | 2018-08-16 | Korea Atomic Energy Research Institute | Nuclear power plant |
| CN207909507U (zh) * | 2017-10-31 | 2018-09-25 | 上海核工程研究设计院有限公司 | 一种非能动余热排出系统 |
-
2018
- 2018-11-21 CN CN201811392267.4A patent/CN109411100A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03246492A (ja) * | 1990-02-23 | 1991-11-01 | Hitachi Ltd | 非常用復水器系 |
| US20110158371A1 (en) * | 2008-09-30 | 2011-06-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Pressurized water reactor plant |
| CN102903402A (zh) * | 2012-09-27 | 2013-01-30 | 中国核电工程有限公司 | 一种先进的二次侧堆芯热量导出装置 |
| CN103617815A (zh) * | 2013-12-05 | 2014-03-05 | 哈尔滨工程大学 | 压水堆核电站非能动余热排出系统 |
| US20180233240A1 (en) * | 2014-09-22 | 2018-08-16 | Korea Atomic Energy Research Institute | Nuclear power plant |
| CN207624389U (zh) * | 2017-10-10 | 2018-07-17 | 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 | 换热器位于水箱外船用压水堆二次侧非能动余热排出系统 |
| CN207909507U (zh) * | 2017-10-31 | 2018-09-25 | 上海核工程研究设计院有限公司 | 一种非能动余热排出系统 |
| CN108010593A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-05-08 | 安徽中科超安科技有限公司 | 一种核电宝及其非能动余热排出系统 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113421664A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-09-21 | 中国核动力研究设计院 | 基于安全壳和反应堆容器的铅基快堆非能动余热排出系统 |
| CN114420322B (zh) * | 2021-11-30 | 2024-05-17 | 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 | 非能动余热排出系统 |
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