CN109883237B - 一种池式钠冷快堆事故余热排出系统的独立热交换器 - Google Patents

Abstract

一种池式钠冷快堆事故余热排出系统的独立热交换器，包括：冷却设备，为柱状，包括柱体和柱体内部的冷却空间，柱体的侧壁上开设有冷却空间的入口和出口；内层壁，位于冷却设备的外侧，内层壁为筒状并朝下方开口，内层壁的上端与柱体的外壁密封连接，入口位于密封连接处的上方，出口位于密封连接处的下方，使得内层壁与冷却设备之间形成出口流道；以及外层壁，位于内层壁以及冷却设备的外侧，外层壁为筒状，使得外层壁与内层壁之间、外层壁与密封连接处上方的冷却设备之间共同形成入口流道，外层壁的下端与用于分隔热池和冷池的分隔板密封连接，外层壁分隔其外部的热池与其内部空间，使得入口流道与出口流道均与冷池流体连通。

Description

一种池式钠冷快堆事故余热排出系统的独立热交换器

技术领域

本发明涉及钠冷快堆领域，具体涉及一种池式钠冷快堆事故余热排出系统的独立热交换器。

背景技术

池式钠冷快堆是以液态钠为冷却剂的反应堆，当反应堆正常运行时，其堆芯的余热是通过主热传输系统排出的。然而，在全厂断电、蒸汽发生器给水中断、地震等事故工况下，堆芯的余热无法通过主热传输系统排出时，将使用事故余热排出系统排出堆芯余热。

目前常见的池式钠冷快堆及其事故余热排出系统如图1所示，池式钠冷快堆包括主容器100、堆芯101、热池102和冷池103；事故余热排出系统主要包括独立热交换器104，布置于热池102中。图中，A表示液态钠液面，B表示液态钠在独立热交换器104内的流动方向。该结构方案下余热的排出主要依靠钠冷快堆热池102中的液态钠在独立热交换器104中进行换热。换热时，热池中102的液态钠从独立热交换器104上方的入口流入，从独立热交换器104下方的出口流出，冷却后的液态钠回到热池102中，热量通过事故余热排出系统的回路排出，从而完成了事故工况下余热的排出。

然而，上述的在热池设置独立热交换器的结构方案并不能够完全满足堆芯结构的冷却，对于极限事故工况下导致堆芯融化时，冷池的换热能力也很弱，因此需要一种新型结构来解决现有的独立热交换器对堆芯及冷池部分余热排出能力不足的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个方面，本发明的实施例提供了一种池式钠冷快堆事故余热排出系统的独立热交换器，所述池式钠冷快堆包括堆芯、热池和冷池，所述热池位于所述冷池的上方，其特征在于，所述独立热交换器包括：

冷却设备，所述冷却设备为柱状，包括柱体和所述柱体内部的冷却空间，所述柱体的侧壁上开设有所述冷却空间的入口和出口；

内层壁，位于所述冷却设备的外侧，所述内层壁为筒状并朝下方开口，所述内层壁的上端与所述柱体的外壁密封连接，所述入口位于密封连接处的上方，所述出口位于密封连接处的下方，使得所述内层壁与所述冷却设备之间形成出口流道；以及

外层壁，位于所述内层壁以及所述冷却设备的外侧，所述外层壁为筒状，使得所述外层壁与所述内层壁之间、所述外层壁与所述密封连接处上方的冷却设备之间共同形成入口流道，所述外层壁的下端与用于分隔所述热池和冷池的分隔板密封连接，所述外层壁分隔其外部的热池与其内部空间，使得所述入口流道与所述出口流道均与所述冷池流体连通。

在一些实施例中，所述冷却设备与所述内层壁的底端距离所述分隔板所在的平面0-50mm，使所述独立热交换器整体上不探入所述冷池的空间内。

在一些实施例中，所述入口和出口均为集中分布的具有多个开孔的结构，所述多个开孔环绕所述柱体。

在一些实施例中，所述外层壁与所述冷却设备的顶端向上延伸并与外部设备连接，以将所述冷却设备吸收的液态钠的热量排出。

在一些实施例中，所述外层壁包括较细的上层壁，较粗的下层壁，和所述上层壁与下层壁之间的突扩段，所述上层壁延伸并与外部设备连接，所述突扩段的高度高于所述入口所处的高度。

在一些实施例中，所述内层壁的上端与所述柱体的外壁之间通过密封环密封连接。

在一些实施例中，所述内层壁与所述外层壁之间设有支撑肋板，用于支撑所述内层壁。

在一些实施例中，所述外层壁的下端的直径为1400-1700mm，所述内层壁的下端的直径为990-1300mm。

在一些实施例中，所述进口流道与所述出口流道的宽度不小于100mm。

在一些实施例中，所述进口流道长度为4300-4500mm，所述出口流道长度为1400-3000mm。

基于上述技术方案可知，本发明通过对独立热交换器及其流道的设计，使得发生事故时，冷池中的液态钠经过入口流道和入口，进入冷却空间内进行冷却换热，然后经过出口和出口流道流回冷池内。能够形成自然循环，使独立热交换器能够直接与冷池内的液态钠进行换热，从而对严重事故工况下的余热进行有效导出，进一步能够防止因局部过热引发组件融化，尽最大可能避免发生不可控的严重事故。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1为传统的将独立热交换器布置于热池中的事故余热排出系统的示意图；

图2为根据本发明示例性实施例的池式钠冷快堆事故余热排出系统的独立热交换器的结构示意图。

需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

图2为根据本发明示例性实施例的池式钠冷快堆事故余热排出系统的独立热交换器的结构示意图，该池式钠冷快堆包括堆芯(图中未示出)、热池10和冷池20，热池10位于冷池20的上方，分隔板30用于分隔热池10和冷池20，还可包括隔热设备40。

该独立热交换器至少包括冷却设备1、内层壁2和外层壁3。其中冷却设备1为柱状，包括柱体13的和柱体13内部的冷却空间，且柱体13的侧壁上开设有冷却空间的入口11和出口12。内层壁2位于冷却设备1的外侧，内层壁2为筒状并朝下方开口，内层壁1的上端与柱体13的外壁密封连接，且入口11位于密封连接处的上方，出口12位于密封连接处的下方，使得内层壁2与冷却设备1之间形成出口流道120。外层壁3位于内层壁2以及冷却设备1的外侧，外层壁3的为筒状，使得外层壁3与内层壁2之间、外层壁3与密封连接处上方的冷却设备1之间共同形成入口流道110；外层壁3的下端与分隔板30密封连接，外层壁3分隔其外部的热池10与其内部空间，使得入口流道110与出口流道120均与冷池20流体连通。

本发明通过对独立热交换器及其流道的设计，在不需要改变冷却设备1内的流道的情况下，将入口流道110与出口流道120分隔设计；因高温的液态钠密度小，低温的液态钠密度大，使高温液态钠能够自然通过入口流道110向上流动到达入口11，而经过冷却的液态钠温度降低，密度变大从出口12处自然经过出口流道120向下流动，便于形成液态钠的自然循环。发生事故时，冷池20中的液态钠经过入口流道110和入口11，进入冷却空间内进行冷却换热，然后经过出口12和出口流道120流回冷池20内。

同时，本发明提供的独立热交换器设置了单独连通冷池的空间，以直接与冷池内的液态钠进行换热，冷池进一步用于冷却堆芯，从而实现了对严重事故工况下(如堆芯融化后)的余热进行有效导出。本发明提供的独立热交换器与传统的设置于热池内的独立热交换器结合使用，使得在排出了余热后，能保证事故余热排出工况下热池-堆芯-冷池的大循环核间流的自然循环建立。若按照传统的方法仅排出热池中的余热，而冷池中的余热无法排出的话，可能因局部过热引发组件融化，造成不可控的更加严重的事故；本发明提供的上述方案则能够尽最大可能地避免这种情况发生。

根据一些实施例，如图2所示，冷却设备1与内层壁2的底端距离分隔板30所在的平面的距离L1为0-50mm，使独立热交换器整体上不探入冷池20的空间内。优选地，如图2所示，还可以设置全透性的网板4，网板4与分隔板30位于同一平面上，以将外壁3内部的空间与冷池20隔开。

本发明的实施例中，在保证入口流道110和出口流道120与冷池20的流体连通的情况下，使独立热交换器整体上不探入冷池20的空间内，避免了因钠泵运行导致设备发生振动。

根据一些实施例，如图2所示，入口11和出口12均为集中分布的具有多个开孔的结构，且多个开孔环绕柱体13。通过这样的设置，保证了液态钠能均匀且通畅地流入冷却空间内。

根据一些实施例，外层壁3与冷却设备1的顶端向上延伸并与外部设备连接，以将冷却设备1吸收的液态钠的热量排出。

优选地，如图2所示，外层壁3包括较细的上层壁，较粗的下层壁，和上层壁与下层壁之间的突扩段31，上层壁延伸并与外部设备连接，突扩段31的高度略高于入口11所处的高度。通过这样的设计，能够使外层壁3下端的内部具备足够的空间以设置相关结构，同时减小了外层壁3上端的直径，进一步也减小了对应的外部堆顶设备的开孔尺寸，便于外部设备的布置。

优选地，内层壁2的上端与柱体13的外壁之间通过密封环5密封连接，以尽可能地减少进出口流道间的漏流。密封环5的直径D1可为900-1100mm。

优选地，内层壁2与外层壁3之间设有支撑肋板，用于支撑内层壁，同时还能提高设备的抗震性能。

优选地，外层壁3的下端的直径D3为1400-1700mm，内层壁2的下端的直径D2为990-1300mm；并使得进口流道110与出口流道120的宽度不小于100mm。

优选地，进口流道110长度为4300-4500mm，出口流道120长度为1400-3000mm。

本发明的实施例通过上述设置，使得从整体上看，独立热交换器的结构尺寸与传统的设置于热池内的独立热交换器区别不大。并且，虽然本发明实施例中的独立热交换器是与冷池连通，但其结构整体上仍是位于热池空间内，对应的外部堆顶的结构不需要改变，冷却设备内部的回路也不需要改变，这样便于设备的制造加工，降低了成本。另外，本发明实施例中，独立热交换器的整体抗震性能需要满足要求。

本发明实施例中的独立热交换器的具体的工作过程如下。先完成结构组装，初始充液态钠时，使得独立热交换器内压差平衡之后液态钠的液面略高于入口11的位置。池式钠冷快堆正常运行时，冷却设备1不工作，入口11与出口12处的液态钠温度大致相同，此时独立热交换器内的液态钠只有微小流动，温度约在520-530℃。当池式钠冷快堆发射故障时，冷却设备1投入运行，开始换热，使得出口12处的液态钠的温度逐渐降低，密度变高，使得出口12处的温度较低的液态钠下沉；而冷池20内上层的液态钠温度较高，密度较低，会沿着入口流道110向上浮动并进入入口11，在冷却设备1内经过换热冷却后温度降低，密度变高，自然向下流动，以此类推，实现了液态钠的自然循环。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种池式钠冷快堆事故余热排出系统的独立热交换器，所述池式钠冷快堆包括堆芯、热池和冷池，所述热池位于所述冷池的上方，其特征在于，所述独立热交换器包括：

冷却设备，所述冷却设备为柱状，包括柱体和所述柱体内部的冷却空间，所述柱体的侧壁上开设有所述冷却空间的入口和出口；

内层壁，位于所述冷却设备的外侧，所述内层壁为筒状并朝下方开口，所述内层壁的上端与所述柱体的外壁密封连接，所述入口位于密封连接处的上方，所述出口位于密封连接处的下方，使得所述内层壁与所述冷却设备之间形成出口流道；以及

外层壁，位于所述内层壁以及所述冷却设备的外侧，所述外层壁为筒状，使得所述外层壁与所述内层壁之间、所述外层壁与所述密封连接处上方的冷却设备之间共同形成入口流道，所述外层壁的下端与用于分隔所述热池和冷池的分隔板密封连接，所述外层壁分隔其外部的热池与其内部空间，使得所述入口流道与所述出口流道均与所述冷池流体连通。

2.根据权利要求1所述的独立热交换器，其特征在于，所述冷却设备与所述内层壁的底端距离所述分隔板所在的平面0-50mm，使所述独立热交换器整体上不探入所述冷池的空间内。

3.根据权利要求1所述的独立热交换器，其特征在于，所述入口和出口均为集中分布的具有多个开孔的结构，所述多个开孔环绕所述柱体。

4.根据权利要求1所述的独立热交换器，其特征在于，所述外层壁与所述冷却设备的顶端向上延伸并与外部设备连接，以将所述冷却设备吸收的液态钠的热量排出。

5.根据权利要求4所述的独立热交换器，其特征在于，所述外层壁包括较细的上层壁，较粗的下层壁，和所述上层壁与下层壁之间的突扩段，所述上层壁延伸并与外部设备连接，所述突扩段的高度高于所述入口所处的高度。

6.根据权利要求1所述的独立热交换器，其特征在于，所述内层壁的上端与所述柱体的外壁之间通过密封环密封连接。

7.根据权利要求1所述的独立热交换器，其特征在于，所述内层壁与所述外层壁之间设有支撑肋板，用于支撑所述内层壁。

8.根据权利要求1所述的独立热交换器，其特征在于，所述外层壁的下端的直径为1400-1700mm，所述内层壁的下端的直径为990-1300mm。

9.根据权利要求1所述的独立热交换器，其特征在于，所述入口流道与所述出口流道的宽度不小于100mm。

10.根据权利要求1所述的独立热交换器，其特征在于，所述入口流道长度为4300-4500mm，所述出口流道长度为1400-3000mm。

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