CN110428914A - 一种具有空气自然循环能力的乏燃料水池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于核安全控制技术领域，涉及一种具有空气自然循环能力的乏燃料水池系统。所述的系统包括乏燃料水池、乏燃料组件、乏燃料组件贮存格架、进气通道、排水管、通风管、液位监测系统、排水池，乏燃料水池内贮存有乏燃料组件，并填充冷却剂；进气通道联通乏燃料水池，并且联通位置低于乏燃料组件贮存格架上缘高度；进气通道起始端与环境联通；排水管联通乏燃料水池和排水池，并由乏燃料水池的液位监测系统触发开闭；通风管联通乏燃料水池上部空间与外部环境。利用本发明的系统，能在乏燃料水池失去冷却后，通过主动排水方式排出乏燃料水池内剩余水量，使乏燃料水池通过联通的进气通道和通风管与外界环境形成空气自然循环，带走乏燃料组件余热。

Description

一种具有空气自然循环能力的乏燃料水池系统
技术领域
本发明属于核安全控制技术领域，涉及一种具有空气自然循环能力的乏燃料水池系统。
背景技术
乏燃料贮存是指将从反应堆卸出的乏燃料贮存一段时间，使其放射性和余热降低到一定程度后再进行操作和处理。乏燃料的贮存方式通常分为干式贮存和湿式贮存，后者也叫水池贮存，即将从堆芯卸出的乏燃料组件先贮存在乏燃料水池中，在达到一定年限后才装入运输容器运往后处理厂或做其他处理。由于乏燃料具有一定的余热，因此需要保证乏燃料水池的冷却，避免乏燃料水池失去冷却使乏燃料组件温度上升，引起乏燃料水池的水沸腾蒸发，水位下降，导致发生乏燃料组件裸露甚至熔毁事故，引起放射性大量释放。
关于乏燃料水池设计，现有技术中有一些报道。
例如中国专利申请201611050238.0公开了一种核电站乏燃料水池监测系统及方法，装置包括：至少一个连续温度测量仪表、至少一个连续液位测量仪表、监测主控机，连续温度测量仪表、连续液位测量仪表均设置在所述乏燃料水池上，连续温度测量仪表、连续液位测量仪表的输出端与监测主控机通信连接，且连续温度测量仪表为安全级连续温度测量仪表，连续液位测量仪表为安全级连续液位测量仪表。
又如中国专利申请201610889228.X公开了一种双池设计的乏燃料水池，其包括两个乏燃料水池，所述两个乏燃料水池并列相邻布置，并可连通设置。
又如中国专利申请201721383115.9公开了一种防倾覆乏燃料贮存装置，包括乏燃料水池、乏燃料贮存格架和至少一对缓冲器，所述乏燃料水池的顶面设有盖板，所述乏燃料水池内填充有冷却水；所述乏燃料贮存格架位于所述乏燃料水池内，所述乏燃料贮存格架四周设有框架，所述乏燃料贮存格架位于所述框架内且与框架内侧间固定，所述框架的顶面设有用于防止乏燃料贮存格架内乏燃料倾覆出的挡板，所述框架与挡板间通过四个弹簧连接；所述缓冲器竖直设于所述框架相对的两侧。
但现有乏燃料水池设计在乏燃料丧失冷却后，通常采用补水措施来缓解事故进程，防止发生乏燃料组件裸露，但若补水措施不可用，则事故将无法得到缓解。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有空气自然循环能力的乏燃料水池系统，以能够在乏燃料水池失去冷却，乏燃料组件发生裸露后，通过主动排水的方式排出乏燃料水池内剩余水量，使乏燃料水池通过连通的进气管与外界环境形成空气自然循环，以此带走乏燃料组件余热，防止发生乏燃料组件熔毁，避免放射性大量释放。
为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种具有空气自然循环能力的乏燃料水池系统，所述的乏燃料水池系统包括乏燃料水池、乏燃料组件、乏燃料组件贮存格架、进气通道、排水管、通风管、液位监测系统、排水池，
乏燃料水池内贮存有乏燃料组件，并填充冷却剂；
进气通道联通乏燃料水池，并且联通位置低于乏燃料组件贮存格架上缘高度；
进气通道起始端与环境联通；
排水管联通乏燃料水池和排水池，并由乏燃料水池的液位监测系统触发开闭；
通风管联通乏燃料水池上部空间与外部环境。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种具有空气自然循环能力的乏燃料水池系统，其中所述的乏燃料水池系统还包括设置在所述的进气通道上的单向阀，以保证气流进入方向。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种具有空气自然循环能力的乏燃料水池系统，其中所述的乏燃料水池系统还包括设置在所述的排水管上的隔离阀。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种具有空气自然循环能力的乏燃料水池系统，其中所述的进气通道和所述的排水管各设置有多个，以保证不会由单一故障导致无法形成空气自然循环。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种具有空气自然循环能力的乏燃料水池系统，其中所述的通风管具备过滤能力。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种具有空气自然循环能力的乏燃料水池系统，其中进气通道紧邻并联通乏燃料水池，且乏燃料水池内不再有进气通道。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种具有空气自然循环能力的乏燃料水池系统，其中进气通道伸入乏燃料水池，进气通道位于乏燃料水池内的部分上开有出气孔。
本发明的有益效果在于，利用本发明的具有空气自然循环能力的乏燃料水池系统，能够在乏燃料水池失去冷却，乏燃料组件发生裸露后，通过主动排水的方式排出乏燃料水池内剩余水量，使乏燃料水池通过连通的进气管与外界环境形成空气自然循环，以此带走乏燃料组件余热，防止发生乏燃料组件熔毁，避免放射性大量释放。
乏燃料水池失去冷却又无法补水的情况下，乏燃料组件裸露后，乏燃料水池的剩余水已经不足以带走乏燃料组件余热，将导致乏燃料组件熔毁以及放射性大量释放。利用本发明的具有空气自然循环能力的乏燃料水池系统，在乏燃料组件裸露后，转换乏燃料水池冷却方式为空气冷却，以保证乏燃料组件冷却。
附图说明
图1为一种示例性的本发明的具有空气自然循环能力的乏燃料水池系统的组成结构图。
图2为另一种示例性的本发明的具有空气自然循环能力的乏燃料水池系统的组成结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。
一种示例性的本发明的具有空气自然循环能力的乏燃料水池系统的组成结构如图1所示，包括乏燃料水池1、排水池2、进气通道3、单向阀4、隔离阀、排水管5、液位监测系统6、通风管7、乏燃料组件8。
乏燃料水池1内，底部贮存有乏燃料组件8(贮存在乏燃料贮存格架中)，并填充冷却剂。垂直向下的进气通道3紧邻并从底部通入乏燃料水池1(乏燃料水池1内不再有进气通道3)，在进气通道3与乏燃料水池1的联通位置设置有单向阀4(联通位置低于乏燃料组件8)。进气通道3上部与环境联通，且联通位置高于乏燃料水池1内液面。排水管5联通乏燃料水池1和排水池2，并由乏燃料水池1的液位监测系统6触发开闭。通风管7联通乏燃料水池1上部空间与外部环境，并具备过滤能力。
上述示例性的本发明的具有空气自然循环能力的乏燃料水池系统的工作原理如下。
正常运行情况下，进气通道3上的单向阀4与排水管5上的隔离阀处于关闭状态。由于进气通道3与环境联通位置高于乏燃料水池1液位，所以即使发生故障导致进气通道3上的单向阀4开启，不会发生冷却剂外溢导致乏燃料组件8裸露；由于排水池2能够容纳乏燃料水池1内所有冷却剂装量，所以即使发生故障导致排水管5上的隔离阀开启，也能排净乏燃料水池1内冷却水使乏燃料水池1由水冷转为空气冷却，不会发生由于冷却水未排净而阻碍空气自然循环形成。
事故情况下，当乏燃料水池1丧失冷却，液位下降至乏燃料组件8顶部以下一定高度后，液位监测系统6发出信号，排水管5上的隔离阀开启，将乏燃料水池1内的剩余水量排入排水池2，使气体能够从乏燃料贮存格架内流过。由于乏燃料贮存格架内的气体温度要高于环境气体温度，所以环境气体密度要高于乏燃料贮存格架内的气体密度，在内外压力差作用下，来自环境的空气能够通过进气通道3进入乏燃料水池1底部，并循着气流方向从乏燃料贮存格架底部流入，从乏燃料贮存格架顶部流出，从而导出乏燃料组件8的余热。加热后的气体在过滤后经通风管7排出。如此在乏燃料组件8裸露后，乏燃料水池1冷却方式转变为空气冷却，保证了乏燃料组件8的冷却。
另一种示例性的本发明的具有空气自然循环能力的乏燃料水池系统的组成结构如图2所示，包括乏燃料水池1、排水池2、进气通道3(进气管)、单向阀4、隔离阀、排水管5、液位监测系统6、通风管7、乏燃料组件8、出气孔9。
乏燃料水池1内，底部贮存有乏燃料组件8(贮存在乏燃料贮存格架中)，并填充冷却剂。水平弯折的进气通道3从底部通入乏燃料水池1(乏燃料水池1内底部仍然有进气通道3)，并在进气通道3的起始端与环境联通处(联通位置高于乏燃料水池1内液面)设置有单向阀4。进气通道3位于乏燃料水池1内的部分分布于乏燃料贮存格架下方，并在其上开有出气孔9。排水管5联通乏燃料水池1和排水池2，并由乏燃料水池1的液位监测系统6触发开闭。通风管7联通乏燃料水池1上部空间与外部环境，并具备过滤能力。
上述示例性的本发明的具有空气自然循环能力的乏燃料水池系统的工作原理如下。
正常运行情况下，进气通道3上的单向阀4与排水管5上的隔离阀处于关闭状态。由于进气通道3与环境联通位置高于乏燃料水池1液位，所以即使发生故障导致进气通道3上的单向阀4开启，不会发生冷却剂外溢导致乏燃料组件8裸露；由于排水池2能够容纳乏燃料水池1内所有冷却剂装量，所以即使发生故障导致排水管5上的隔离阀开启，也能排净乏燃料水池1内冷却水使乏燃料水池1由水冷转为空气冷却，不会发生由于冷却水未排净而阻碍空气自然循环形成。
事故情况下，当乏燃料水池1丧失冷却，液位下降至乏燃料组件8顶部以下一定高度后，液位监测系统6发出信号，排水管5上的隔离阀开启，将乏燃料水池1内的剩余水量排入排水池2，进气通道3中的水也从分布于乏燃料贮存格下方的进气管上侧面开孔流出，使气体能够通过进气通道3底部出气孔9流入乏燃料贮存格架。这种分布式设计能够加强空气流动以及均衡个架内的流量分布。由于乏燃料贮存格架内的气体温度要高于环境气体温度，所以环境气体密度要高于乏燃料贮存格架内的气体密度，在内外压力差作用下，来自环境的空气能够通过进气通道3进入乏燃料水池1底部，从出气孔9进入各个乏燃料贮存格架，带走乏燃料贮存格架内部乏燃料组件8的余热。加热后的气体在过滤后经通风管7排出。如此在乏燃料组件8裸露后，乏燃料水池1冷却方式转变为空气冷却，保证了乏燃料组件8的冷却。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

Claims (7)

1.一种具有空气自然循环能力的乏燃料水池系统，其特征在于：所述的乏燃料水池系统包括乏燃料水池、乏燃料组件、乏燃料组件贮存格架、进气通道、排水管、通风管、液位监测系统、排水池，
乏燃料水池内贮存有乏燃料组件，并填充冷却剂；
进气通道联通乏燃料水池，并且联通位置低于乏燃料组件贮存格架上缘高度；
进气通道起始端与环境联通；
排水管联通乏燃料水池和排水池，并由乏燃料水池的液位监测系统触发开闭；
通风管联通乏燃料水池上部空间与外部环境。
2.根据权利要求1所述的乏燃料水池系统，其特征在于：所述的乏燃料水池系统还包括设置在所述的进气通道上的单向阀，以保证气流进入方向。
3.根据权利要求1所述的乏燃料水池系统，其特征在于：所述的乏燃料水池系统还包括设置在所述的排水管上的隔离阀。
4.根据权利要求1所述的乏燃料水池系统，其特征在于：所述的进气通道和所述的排水管各设置有多个，以保证不会由单一故障导致无法形成空气自然循环。
5.根据权利要求1所述的乏燃料水池系统，其特征在于：所述的通风管具备过滤能力。
6.根据权利要求1-5之一所述的乏燃料水池系统，其特征在于：进气通道紧邻并联通乏燃料水池，且乏燃料水池内不再有进气通道。
7.根据权利要求1-5之一所述的乏燃料水池系统，其特征在于：进气通道伸入乏燃料水池，进气通道位于乏燃料水池内的部分上开有出气孔。
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