CN110021447A - 一种二次侧非能动余热导出系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二次侧非能动余热导出系统，包括蒸汽发生器，蒸汽发生器包括外壳和内筒，外壳上连接有设置了主蒸汽隔离阀的主蒸汽管道，外壳和内筒之间形成有给水下降空间，系统还包括用于进行热交换的非能动冷却水箱和装有冷却剂的冷却池，冷却水箱和冷却池均设置在安全壳外侧，且入水口均通过管道连接于主蒸汽管道的位于主蒸汽管道上游的位置，出水口均通过管道连接于外壳并与所述给水下降空间连通，冷却水箱的入水口还通过管道连接于外壳并与所述给水下降空间连通，冷却池的出水口还通过管道连接冷却水箱的给水口。本发明针对可以在现有系统的基础上直接进行改进，简易，实施的难度小，且采用的是非能动形式，所需的运行成本减少。

Description

一种二次侧非能动余热导出系统

技术领域

本发明涉及核电领域，尤其涉及一种二次侧非能动余热导出系统。

背景技术

堆芯热量导出时，一般是利用蒸汽发生器进行常规换热，堆芯的冷却剂被加热后，流入压力容器的上腔室、热管段、蒸汽发生器传热管的上升段，然后再进入蒸汽发生器传热管的下降段，再流入冷管段、通过主泵，进入压力容器的下降段、下腔室，最终返回堆芯，形成循环，导出堆芯热量、避免堆芯损坏或者熔化。蒸汽发生器通过传热管的热交换，传热管外部的冷却剂产生蒸汽，带走传热管内部的冷却剂的热量。但是在全厂失电停堆后，实质上还是存在堆芯余热需要排出，而此时一回路主泵停运，一回路的工质无法正常循环，也就无法把堆芯预热带出来。二回路给水泵等等也会停运，也无法把一回路的热量带走，所以需要设计余热导出方案。现有的堆芯余热排出方式主要有以下缺陷：有的需要动力维持，例如有的使用柴油机供电系统，成本太高，系统较为复杂，一旦备用动力也失去则无法挽救；有的非能动方式直接冷却一回路工质，带有放射性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种二次侧非能动余热导出系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种二次侧非能动余热导出系统，用于导出堆芯热量，包括设置在安全壳内侧的对堆芯冷却剂进行循环冷却的蒸汽发生器，蒸汽发生器包括外壳和内筒，外壳上连接有设置了主蒸汽隔离阀的主蒸汽管道，外壳和内筒之间形成有给水下降空间，系统还包括用于进行热交换的非能动冷却水箱和装有冷却剂的冷却池，冷却水箱和冷却池均设置在安全壳外侧，且入水口均通过管道连接于主蒸汽管道的位于主蒸汽管道上游的位置，出水口均通过管道连接于外壳并与所述给水下降空间连通，冷却水箱的入水口还通过管道连接于外壳并与所述给水下降空间连通，冷却池的出水口还通过管道连接冷却水箱的给水口。

在本发明所述的二次侧非能动余热导出系统中，所述外壳和内筒之间设置有第一隔板和第二隔板，内筒设置有第三隔离板，第三隔离板将内筒划分为第一给水上升段和第二给水上升段，内筒中的传热管的上升段位于所述第一给水上升段内，传热管的下降段位于所述第二给水上升段内，所述第一隔板和第二隔板共同将所述给水下降空间划分为第一给水下降段和第二给水下降段，第二给水下降段底部所覆盖的内筒的区段与所述第一给水上升段底部所覆盖的内筒的区段不存在公共区段，冷却水箱和冷却池的出水口通过管道与所述第二给水下降段以及第二给水上升段连通。

在本发明所述的二次侧非能动余热导出系统中，内筒内还设置有位于给水环管上部的第四隔板，第四隔板向下倾斜设置，且第四隔板的水平投影覆盖所述第一给水下降段。

在本发明所述的二次侧非能动余热导出系统中，所述冷却水箱与主蒸汽管道连接的管道设置有汽水回流阀，所述冷却水箱的入水口与外壳连接的管道设置有冷却水回流阀，冷却池与主蒸汽管道连接的管道设置有快速冷却阀，冷却池与冷却水箱的给水口连接的管道上设置有第一池阀，冷却水箱的出水口与外壳连接的管道上设置有注水阀，冷却池的出水口通过设置了第二池阀的管道连接注水阀上游的管道。

在本发明所述的二次侧非能动余热导出系统中，注水阀上游的管道还连接有设置了消防水注入阀的、可接入外部消防水的管道。

在本发明所述的二次侧非能动余热导出系统中，冷却水箱内部包括连接于其入水口和出水口之间的热交换器。

在本发明所述的二次侧非能动余热导出系统中，所述热交换器包括侧U型管、直管或者蛇形管。

在本发明所述的二次侧非能动余热导出系统中，所述冷却池内设置有多个冰块，各个冰块之间设置间隙。

实施本发明的二次侧非能动余热导出系统，具有以下有益效果：本发明针对可以在现有系统的基础上直接进行改进，简易，实施的难度小，且采用的是非能动形式，所需的运行成本减少；进一步地，本发明设置隔板将传热管的上升段和下降段隔开，外壳和内筒的隔板使得传热管的上升段和下降段分别具有相应的给水下降段，因此本发明可以实现仅对传热管下降段的降温，因此解决对蒸汽发生器的传热管同时冷却导致传热管内发生断流不能形成自然循环导出堆芯热量的问题，可以实现不断流并自然循环的二次侧非能动余热导出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1是较佳实施例提供的余热导出系统的结构示意图；

图2是图1中的A-A横截面图；

图3是图1中的B-B横截面图；

图4是三种形式的热交换器的结构示意图；

图5是冷却池的横截面示意图；

图6是导出余热时蒸汽快速冷却并补充蒸汽发生器水位的示意图；

图7是导出余热时正常循环冷却的示意图；

图8是导出余热时移动和消防水冷却的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本发明的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参考图1，较佳实施例中，二次侧非能动余热导出系统可以在现有的蒸汽发生器的基础上进行改进，既可以在正常情况下导出堆芯热量，还可以在全厂失电停堆时，导出堆芯余热。

现有技术中，蒸汽发生器设置在安全壳1内侧，其包括外壳12和内筒11。内筒11内部形成给水上升空间，内筒11中还设置有传热管2，传热管2大致呈U型，包括左侧的上升段和右侧的下降段。外壳12顶部连接有设置了主蒸汽隔离阀31的主蒸汽管道24，外壳12和内筒11之间形成有给水下降空间，外壳12上部左右两侧分别连接有设置了给水阀312、34的外部管道，外壳12内部在传热管2上方设置有内给水环管22、23、汽水分离器4。靠外壳12大致底部位置的左右两侧还连接两根可以排除内筒11内部的冷却水的设置了排污阀310、311的管道，该管道穿设外壳12延伸至内筒11中。

本实施例，一方面，在安全壳1外侧设置用于进行热交换的非能动冷却水箱5和装有冷却剂的冷却池6，实现非能动余热导出；另一方面，对蒸汽发生器内部部分改进，实现不断流循环冷却。

具体的，继续参考图1，冷却水箱5和冷却池6的入水口均通过管道连接于主蒸汽管道24的位于主蒸汽管道24上游的位置，且冷却水箱5与主蒸汽管道24连接的管道设置有汽水回流阀33，冷却池6与主蒸汽管道24连接的管道设置有快速冷却阀32。冷却水箱5的入水口还通过管道连接于外壳12的大致底部位置，并与所述给水下降空间连通，且冷却水箱5的入水口与外壳12连接的管道设置有冷却水回流阀35。冷却水箱5的出水口通过设置了注水阀38的管道与排污阀310上游的管道连接，冷却池6的出水口一方面通过设置有第一池阀36的管道连接冷却水箱5的给水口，另一方面通过设置了第二池阀37的管道连接注水阀38上游的管道。

优选的，注水阀38上游的管道还连接有设置了消防水注入阀39的、可接入外部消防水的管道。

如果对整个传热管2冷却会使传热管2的上升段和下降段内的冷却剂同时收缩，在传热管2顶部形成断流，不能使反应堆冷却剂系统形成自然循环导出堆芯热量。为此，参考图1-2，本实施例在所述外壳12和内筒11之间设置有第一隔板101和第二隔板102，内筒11设置有第三隔离板103。第三隔离板103将内筒11划分为第一给水上升段300和第二给水上升段400，内筒11中的传热管2的上升段位于所述第一给水上升段300内，传热管2的下降段位于所述第二给水上升段400内，所述第一隔板101和第二隔板102共同将所述给水下降空间划分为第一给水下降段100和第二给水下降段200，第二给水下降段200底部所覆盖的内筒11的区段与所述第一给水上升段300底部所覆盖的内筒11的区段不存在公共区段，冷却水箱5和冷却池6的出水口通过管道与所述第二给水下降段200以及第二给水上升段400连通，因此从冷却水箱5或者冷却池6进入的水可以只流入第二给水下降段200和第二给水上升段400，从而实现只对传热管2下降段降温的效果，从而使得系统不断流并形成自然循环，解决了对传热管2同时冷却导致传热管2内发生断流，而不能使反应堆冷却剂形成自然循环导出堆芯热量的问题。

本实施例中第一隔板101和第二隔板102、第三隔离板103均为竖直设置的竖直板，可以理解的是，隔板的形状并不限于此，还可以是其他不规则的隔离板，只要能起到隔离传热管2的上升段和下降段，隔离外壳12和内筒11中的给水下降空间为第一给水下降段100和第二给水下降段200，且第一给水下降段100和第二给水下降段200的划分使得第二给水下降段200的水只流入第二给水上升段400中即可。

因为正常情况下，传热管2上升段温度高、下降段温度低，一般来说给水分部是传热管2上升段这一侧多一些，约80％，传热管下降段这一侧少一些，约20％，从而保证两侧的蒸发量大致相同，避免正常运行时两侧不均匀现象。但是因为新设计了用于回流的第四隔板104，并且回流水全给了第二给水上升段400，水量分配略有不同，因此本实施例中第二隔板102与第三隔离板103对其，但是第一隔板101稍微偏右(即传热管2偏下降段一侧)一点。另外，第一隔板101稍微偏右，使得第二给水下降段200的区域适当减少一部分，便于与注入的非能动冷却剂直接混合，冷却效益好。

优选的，参考图3，内筒11内还设置有位于给水环管23上部的第四隔板104，第四隔板104起到回流水的作用，第四隔板104向下倾斜设置，且第四隔板104的水平投影覆盖所述第一给水下降段100，所以回流水最终全部流入第二给水上升段400。

其中，冷却水箱5内部包括连接于其入水口52和出水口53之间的热交换器51。参考图4，所述热交换器51可以采用但不限于侧U型管、直管或者蛇形管。

参考图5，所述冷却池6内设置有多个冰块61，各个冰块61之间设置间隙62。由于冷却剂采用的冰或者冰水，冷源可以常备或者容易获得。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直”、“水平”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

本实施例的工作原理如下：

蒸汽发生器正常换热时，打开主蒸汽隔离阀31，两个给水阀312、34，以及排污阀310和排污阀311；冷却水回流阀35、汽水回流阀33、快速冷却阀32、第一池阀36、第二池阀37、注水阀38、消防水注入阀39关闭。参考图1，Cin、Cout分别表示来自堆芯的冷却剂和回流至堆芯的冷却剂，来自堆芯的冷却剂从外壳12底部进入传热管2上升段后在经由上升段下降段回流至堆芯，冷却剂在传热管2内传输的过程中，与传热管2外部，即内筒11内部的冷水，进行热交换，实现降温。其中，内筒11内部的冷水从外壳12上方的两个给水阀312、34流入外壳12和内筒11之间的给水下降空间，再从底部进入内筒11内部的给水上升空间，带走传热管2的热量后产生水蒸汽，经汽水分离器4分离后的蒸汽从主蒸汽管道24排出。

全厂失电停堆后，关闭主蒸汽隔离阀31，两个给水阀312、34，以及排污阀310和排污阀311，为导出堆芯余热，首先需要使蒸汽快速冷却并补充蒸汽发生器水位，打开快速冷却阀32、第二池阀37、注水阀38、冷却水回流阀35，使蒸汽快速冷却并使冷却池6中的冰块61熔化为水，补充蒸汽发生器水位(见图6)，建立蒸汽发生器的初步循环冷却。

当蒸汽发生器水位达到冷却水回流阀35所在管道的高度，且冷却池6中的冰块61熔化为水时，进入正常循环冷却运行过程，关闭快速冷却阀32、第二池阀37，打开汽水回流阀33，当冷却水箱5的温度高时，打开第一池阀36使融合后的冰水进入冷却水箱5降低冷却水温，增加蒸汽发生器的冷却效益(见图7)，建立蒸汽发生器的正常循环冷却。当蒸汽发生器中的冷却水位降低时，可以再次打开第二池阀37对蒸汽发生器补水。

当冷却水箱5的温度过高或者热交换器51损坏不能使用，打开消防水注入阀39，通过移动和消防水继续冷却(见图8)，导出堆芯热量。

综上所述，实施本发明的二次侧非能动余热导出系统，具有以下有益效果：本发明针对可以在现有系统的基础上直接进行改进，简易，实施的难度小，且采用的是非能动形式，所需的运行成本减少；进一步地，本发明设置隔板将传热管的上升段和下降段隔开，外壳和内筒的隔板使得传热管的上升段和下降段分别具有相应的给水下降段，因此本发明可以实现仅对传热管下降段的降温，因此解决对蒸汽发生器的传热管同时冷却导致传热管内发生断流不能形成自然循环导出堆芯热量的问题，可以实现不断流并自然循环的二次侧非能动余热导出。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种二次侧非能动余热导出系统，用于导出堆芯热量，包括设置在安全壳(1)内侧的对堆芯冷却剂进行循环冷却的蒸汽发生器，蒸汽发生器包括外壳(12)和内筒(11)，外壳(12)上连接有设置了主蒸汽隔离阀(31)的主蒸汽管道(24)，外壳(12)和内筒(11)之间形成有给水下降空间，其特征在于，系统还包括用于进行热交换的非能动冷却水箱(5)和装有冷却剂的冷却池(6)，冷却水箱(5)和冷却池(6)均设置在安全壳(1)外侧，且冷却水箱(5)和冷却池(6)的入水口均通过管道连接于主蒸汽管道(24)的位于主蒸汽管道(24)上游的位置，出水口均通过管道连接于外壳(12)并与所述给水下降空间连通，冷却水箱(5)的入水口还通过管道连接于外壳(12)并与所述给水下降空间连通，冷却池(6)的出水口还通过管道连接冷却水箱(5)的给水口。

2.根据权利要求1所述的二次侧非能动余热导出系统，其特征在于，所述外壳(12)和内筒(11)之间设置有第一隔板(101)和第二隔板(102)，内筒(11)设置有第三隔离板(103)，第三隔离板(103)将内筒(11)划分为第一给水上升段(300)和第二给水上升段(400)，内筒(11)中的传热管(2)的上升段位于所述第一给水上升段(300)内，传热管(2)的下降段位于所述第二给水上升段(400)内，所述第一隔板(101)和第二隔板(102)共同将所述给水下降空间划分为第一给水下降段(100)和第二给水下降段(200)，第二给水下降段(200)底部所覆盖的内筒(11)的区段与所述第一给水上升段(300)底部所覆盖的内筒(11)的区段不存在公共区段，冷却水箱(5)和冷却池(6)的出水口通过管道与所述第二给水下降段(200)以及第二给水上升段(400)连通。

3.根据权利要求2所述的二次侧非能动余热导出系统，其特征在于，内筒(11)内还设置有位于给水环管(23)上部的第四隔板(104)，第四隔板(104)向下倾斜设置，且第四隔板(104)的水平投影覆盖所述第一给水下降段(100)。

4.根据权利要求1所述的二次侧非能动余热导出系统，其特征在于，所述冷却水箱(5)与主蒸汽管道(24)连接的管道设置有汽水回流阀(33)，所述冷却水箱(5)的入水口与外壳(12)连接的管道设置有冷却水回流阀(35)，冷却池(6)与主蒸汽管道(24)连接的管道设置有快速冷却阀(32)，冷却池(6)与冷却水箱(5)的给水口连接的管道上设置有第一池阀(36)，冷却水箱(5)的出水口与外壳(12)连接的管道上设置有注水阀(38)，冷却池(6)的出水口通过设置了第二池阀(37)的管道连接注水阀(38)上游的管道。

5.根据权利要求4所述的二次侧非能动余热导出系统，其特征在于，注水阀(38)上游的管道还连接有设置了消防水注入阀(39)的、可接入外部消防水的管道。

6.根据权利要求1所述的二次侧非能动余热导出系统，其特征在于，冷却水箱(5)内部包括连接于其入水口和出水口之间的热交换器(51)。

7.根据权利要求4所述的二次侧非能动余热导出系统，其特征在于，所述热交换器(51)包括侧U型管、直管或者蛇形管。

8.根据权利要求1所述的二次侧非能动余热导出系统，其特征在于，所述冷却池(6)内设置有多个冰块(61)，各个冰块(61)之间设置间隙(62)。