CN110619964A - 浮动核电站堆舱布置结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种浮动核电站堆舱布置结构，它包括设置于海上核动力平台上的双壳船体，双壳船体的内腔中设置有一次安全壳和乏燃料贮存舱，一次安全壳内设置有反应堆和一回路系统设备，乏燃料贮存舱内设置有乏燃料贮存设施，一次安全壳和乏燃料贮存舱的底部和侧面均通过弹性连接结构与双壳船体弹性连接，一次安全壳和乏燃料贮存舱的上部设置有核燃料装卸舱，核燃料装卸舱与一次安全壳、乏燃料贮存舱之间分别设有连接口。本发明具有安全壳、核燃料装卸、和乏燃料贮存三种功能，具有外形规则、布局紧凑、设计压力低、屏蔽重量轻的特征；并提出弹性连接结构，进一步增加堆舱的安全性。

Description

浮动核电站堆舱布置结构
技术领域
本发明涉及海上浮动核电站领域，具体地指一种浮动核电站堆舱 布置结构。
背景技术
浮动核电站以船舶为搭载平台，需要在船舶上设置堆舱，将陆上 核电站核岛的布置功能移植到浮动核电站堆舱。但由于海洋环境条 件与陆地环境不同，船舶空间和重量受到限制、具有海上碰撞和冲 击的威胁、以及船体存在弯曲和扭转变形，因此，浮动核电站堆舱 布置方案必须统筹考虑核岛系统功能和适应海洋环境条件的结构保 护要求。
现有的核动力潜艇或舰船，存在两个缺点：一是不考虑船舶自主 换料的舱室，增加了对陆上换料基地的建设要求；二是安全壳与船 体结构一体化，船体载荷传递至安全壳的强度较大，安全性受到影 响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，针对浮动核电站对安全 壳构筑物设计要求，提供一种浮动核电站堆舱布置结构，具有安全壳、 核燃料装卸、和乏燃料贮存三种功能，具有外形规则、布局紧凑、设 计压力低、屏蔽重量轻的特征；并提出弹性连接结构，进一步增加堆 舱的安全性。
为实现上述目的，本发明所设计的浮动核电站堆舱布置结构，其 特殊之处在于，包括设置于海上核动力平台上的双壳船体，所述双壳 船体的内腔中设置有一次安全壳和乏燃料贮存舱，所述一次安全壳内 设置有反应堆和一回路系统设备，所述乏燃料贮存舱内设置有乏燃料 贮存设施，所述一次安全壳和乏燃料贮存舱的底部和侧面均通过弹性 连接结构与双壳船体弹性连接，所述一次安全壳和乏燃料贮存舱的上 部设置有核燃料装卸舱，所述核燃料装卸舱与一次安全壳、乏燃料贮 存舱之间分别设有连接口。
进一步地，所述一次安全壳的内腔四周设置有一次安全壳边界， 内腔中部设置有反应堆，所述反应堆的正上方设置有换料水套，所述 换料水套的前后壁设置有换料导轨，所述换料导轨的中部连接一次安 全壳平台，所述换料导轨的顶部设置有换料闸门，所述换料闸门与核 燃料装卸舱连通。
更进一步地，所述乏燃料贮存舱的顶部设置有与核燃料装卸舱连 通的乏燃料贮存舱闸门，内部设置乏燃料水池，所述乏燃料水池的顶 部设置有乏燃料装卸机。
更进一步地，所述一次安全壳边界为屏蔽边界。
更进一步地，所述一次安全壳平台沿一次安全壳高度方向布置 2～3层。
更进一步地，所述一次安全壳还包括人员闸门和爆破片泄压口， 所述换料闸门位于一次安全壳边界的反应堆的正上方位置，所述人员 闸门位于一次安全壳边界前壁的中上部位置。
更进一步地，所述燃料装卸舱与一次安全壳的前端平齐，成“L” 型布局。
更进一步地，所述核燃料装卸舱内部前方设置有工装存放区、左 后方设置有换料检修区、右后方设置有新燃料贮存区和上部设置有换 料行车。
更进一步地，所述乏燃料贮存舱位于一次安全壳的正后方。
更进一步地，所述乏燃料水池分四区布置，中心位置是装罐区和 清洗区，两侧分别是乏燃料格架贮存区。
本发明的有益效果在于：
1、浮动核电站堆舱布局规则、紧凑，占用船舶空间小。
2、核燃料燃料装卸舱和乏燃料贮存舱功能明确，换料通道平直、 短小，便于执行换料功能。
3、一次安全壳边界屏蔽，减小二次安全壳屏蔽需求，堆舱整体 屏蔽重量小；核燃料燃料装卸舱和乏燃料贮存舱剂量水平低，便于换 料人员工作。
4、二次安全壳为压力边界，扩展了一次安全壳容积，安全壳设 计压力低。
5、弹性连接结构和双壳船体提供两层空间结构屏障，抵御外部 事件和吸收能量，堆舱结构和系统设备安全性好。
附图说明
图1为本发明实施例浮动核电站堆舱布置方案示意图。
图2为图1的A-A向剖视图。
图3为图1的B-B向剖视图。
图4为图1的C-C向剖视图。
图中：1-一次安全壳，1.1-一次安全壳边界，1.2-反应堆，1.3- 换料水套，1.4-换料导轨，1.5-一次安全壳平台，1.6-换料闸门，1.7- 人员闸门，1.8-爆破片泄压口，2-核燃料装卸舱，2.1-二次安全壳边界， 2.2-工装存放区，2.3-新燃料贮存区，2.4-换料检修区，2.5-换料行车， 3-乏燃料贮存舱，3.1-乏燃料水池，3.1.1-装罐区，3.1.2-乏燃料格架贮存区，3.1.3-清洗区，3.2-乏燃料装卸机，3.3-乏燃料贮存舱闸门， 4-弹性连接结构，4.1-底部弹性连接结构，4.2-右舷弹性连接结构，4.3- 左舷弹性连接结构，5.1-底部双壳船体，5.2-右舷双壳船体，5.3-左舷 双壳船体。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述，但本 发明的实施方式不限于此。
如图1～图4所示，本发明提出的一种浮动核电站堆舱布置结构， 它包括设置于海上核动力平台上的双壳船体5，双壳船体5的内腔中 设置有一次安全壳1和乏燃料贮存舱3，一次安全壳1内设置有反应 堆和一回路系统设备，乏燃料贮存舱3内设置有乏燃料贮存设施，一 次安全壳1和乏燃料贮存舱3的底部和侧面均通过弹性连接结构4与 双壳船体5弹性连接，一次安全壳1和乏燃料贮存舱3的上部设置有 核燃料装卸舱2，核燃料装卸舱2与一次安全壳1、乏燃料贮存舱3 之间分别设有连接口。
本发明包括一次安全壳1、二次安全壳、弹性连接结构4和双壳 船体5；其中，二次安全壳又分为核燃料装卸舱2和乏燃料贮存舱3。 一次安全壳1为屏蔽边界，二次安全壳为压力边界，以一次安全壳1 为基准位置，乏燃料贮存舱3位于一次安全壳1正后方，核燃料装卸 舱2位于一次安全壳1和乏燃料贮存舱3上方，二次安全壳的底部和 侧部设置弹性连接结构4与双壳船体5连接。一次安全壳1是一回路 设备布置舱室，一次安全壳1内部布置反应堆，反应堆正上方设置换 料水套1.3，一次安全壳1内设置多层平台，每层平台布置各类一回 路系统设备，每层平台的反应堆正上方位置设置开孔，并在一次安全 壳1顶部相应位置设置换料闸门1.6，作为反应堆换料的通道。一次 安全壳1内设置两条竖向的换料导轨1.4，换料导轨1.4与换料水套 1.3的前后壁和每层平台焊接固定，并一直延伸到换料闸门。核燃料 装卸舱2是换料系统相关设备布置场所，舱内设置工装存放区2.2、 换料检修区2.3和新燃料贮存区2.4，舱室顶部设置换料行车2.5。乏 燃料贮存舱3是乏燃料贮存系统相关设备布置场所，舱内主要设施为 乏燃料水池3.1及其水池上方的乏燃料装卸机3.2。弹性连接结构4包 括底部弹性连接结构4.1、右舷弹性连接结构4.2和左舷弹性连接结构 4.3。双壳船体5包括底部双壳船体5.1、右舷双壳船体5.2和左舷双 壳船体5.3。
一次安全壳1底层沿平台中心线布置反应堆主冷却剂系统，重心 低、摇摆小。一次安全壳1的内腔四周设置有一次安全壳边界1.1， 内腔中部设置有反应堆1.2。一次安全壳边界1.1为屏蔽边界，设置固 定屏蔽材料的角钢卡条，屏蔽材料采用铅加聚乙烯，屏蔽厚度满足核 燃料装卸舱2和乏燃料贮存舱3内人员工作剂量限制要求。反应堆1.2 的正上方设置有换料水套1.3，换料水套1.3采用方形水套，与船体舱 室形状匹配性好。换料水套1.3反应堆功率运行期间为干池，在换料 期间注水后作为屏蔽和冷却堆芯的水源，在换料水套1.3内完成反应 堆拆卸、装料和卸料等换料操作。换料水套1.3的水平尺寸应满足拆 卸反应堆部件的操作空间要求，高度尺寸应满足压力容器顶盖打开后 堆芯顶部的屏蔽水层深度要求。换料水套1.3的前后壁设置有两条换 料导轨1.4，换料轨道1.4支撑于一次安全壳平台1.5，换料导轨1.4 与换料吊具有相互对接的卡槽，导轨采用高强度型钢，确保换料吊具 沿轨道移动稳定。通过换料导轨1.4的导向和限位，辅助换料吊具与 反应堆部件可靠对接，提高换料操作的精度，降低船舶摇摆状态的换 料难度。换料导轨1.4的中部连接一次安全壳平台1.5，一次安全壳平 台1.5沿一次安全壳1高度方向布置两层或三层。本实施例中一次安 全壳平台1.5分为上下两层，平台间距应满足人员通行、设备安装及 检修要求。下层平台主要布置一回路净化与能动预热排除系统，便于 缩短系统管路连接主回路系统距离；上层平台主要布置非能动安全注 射系统，有利于利用高位势提高安注效果，安全壳顶层布置空调、消 氢、和喷淋等必须高位布置的系统。
换料导轨1.4的顶部设置有换料闸门1.6，换料闸门1.6为法兰连 接式闸门，尺寸较大，法兰连接密型式的强度和封性能较好。换料闸 门1.6与核燃料装卸舱2连通。一次安全壳1还包括人员闸门1.7和 爆破片泄压口1.8，换料闸门1.6位于一次安全壳边界1.1的反应堆1.2 的正上方位置，人员闸门1.7为铰链式闸门，位于一次安全壳边界1.1 前壁的中上部位置，便于快速启闭和快速达到一次安全壳1内任意位 置。爆破片泄压口1.8在超过整定压力时自动爆破，事故工况下泄压 保护一次安全壳边界1.1。爆破片泄压口1.8采用反拱型爆破膜，对一 次安全壳1高正压时爆破性能好、对负压时适应性较好，爆破片泄放 量和泄放面积满足一回路事故工况下泄压要求，保护一次安全壳1屏 蔽边界完整。
乏燃料贮存舱3位于一次安全壳1的正后方。乏燃料贮存舱3的 顶部设置有与核燃料装卸舱2连通的乏燃料贮存舱闸门3.3，内部设 置乏燃料水池3.1，乏燃料水池3.1的顶部设置有乏燃料装卸机3.2。 乏燃料水池3.1分四区布置，中心位置是装罐区3.1.1和清洗区3.1.3， 两侧分别是乏燃料格架贮存区3.1.2。装罐区3.1.1是接收来自一次安 全壳1的乏燃料组件的空间，乏燃料格架贮存区3.1.2是日常贮存乏 燃料组件的空间，清洗区3.1.3是乏燃料组件外运前清洗乏燃料运输 容器的空间乏燃料水池3.1是带密封盖的结构水箱，装罐区3.1.1、清 洗区3.1.3和乏燃料格架贮存区3.1.2之间设置迷宫式水闸门，换料期 间水闸门和乏池密封盖打开，乏燃料装卸机3.2可抓取乏燃料组件在 分区之间任意平直移动，用于将已接收的乏燃料组件在装罐区3.1.1、 乏燃料格架贮存区3.1.2和清洗区3.1.3之间搬运。装罐区3.1.1设置 乏燃料换料容器接收或乏燃料运输容器外运站位，接收和外运乏燃料 组件。乏燃料格架贮存区3.1.2设置乏燃料贮存格架，长期贮存衰变 来自反应堆的乏燃料组件。清洗区3.1.3设置乏燃料外运容器清洗装 置，乏燃料外运容器清洗达标后外运。乏燃料贮存舱闸门3.3为液压 启闭式闸门，便于侧立式存放、降低空间需求，乏燃料贮存舱闸门3.3 长度覆盖乏燃料水池装罐区3.1.1和清洗区3.1.3。在核燃料燃料装卸 舱3后部设置乏燃料贮存舱闸门3.3，与一次安全壳换料闸门1.6一起 作为浮动核电站的换料通道。
燃料装卸舱2与一次安全壳1的前端平齐，成“L”型布局。燃 料装卸舱2的二次安全壳边界2.1为压力边界，边界采用加厚型高强 度钢板和加强型“T”型材补强，边界强度满足一回路事故压力要求。 核燃料装卸舱2内部前方设置有工装存放区2.2、左后方设置有换料检修区2.3、右后方设置有新燃料贮存区2.4和上部设置有换料行车 2.5。新燃料贮存区2.3和换料检修区2.4分别是独立隔间。工装存放 区2.2是布置换料相关设备的临时存放空间，主要用于临时存放压力 容器顶盖、反应堆一次屏蔽小水箱、上部堆内构件等反应堆拆卸部件。 新燃料贮存区2.3是布置新燃料存放相关设备的贮存空间，主要设备 布置为新燃料检查工具、新燃料转运行车、新燃料存放格架等。换料 检修区2.4是布置检修控制棒驱动机构、压力容器主螺栓主螺母、以 及堆顶机构拆卸的小零件等部件的操作空间，舱室顶部安装检修行 车。换料行车2.5为桥式起重机，额定起重量取决于堆内构件吊装载 荷。核燃料装卸舱2的侧壁设置牛腿，用于支撑换料行车滑移轨道。
最后需要说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本专利技术方 案而非限制，尽管参照较佳实施例对本专利进行了详细说明，本领域 的普通技术人员应当理解，可以对本专利的技术方案进行修改或者等 同替换，而不脱离本专利技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本专 利的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种浮动核电站堆舱布置结构，其特征在于：包括设置于海上核动力平台上的双壳船体(5)，所述双壳船体(5)的内腔中设置有一次安全壳(1)和乏燃料贮存舱(3)，所述一次安全壳(1)内设置有反应堆和一回路系统设备，所述乏燃料贮存舱(3)内设置有乏燃料贮存设施，所述一次安全壳(1)和乏燃料贮存舱(3)的底部和侧面均通过弹性连接结构(4)与双壳船体(5)弹性连接，所述一次安全壳(1)和乏燃料贮存舱(3)的上部设置有核燃料装卸舱(2)，所述核燃料装卸舱(2)与一次安全壳(1)、乏燃料贮存舱(3)之间分别设有连接口。
2.根据权利要求1所述的浮动核电站堆舱布置结构，其特征在于：所述一次安全壳(1)的内腔四周设置有一次安全壳边界(1.1)，内腔中部设置有反应堆(1.2)，所述反应堆(1.2)的正上方设置有换料水套(1.3)，所述换料水套(1.3)的前后壁设置有换料导轨(1.4)，所述换料导轨(1.4)的中部连接一次安全壳平台(1.5)，所述换料导轨(1.4)的顶部设置有换料闸门(1.6)，所述换料闸门(1.6)与核燃料装卸舱(2)连通。
3.根据权利要求1或2所述的浮动核电站堆舱布置结构，其特征在于：所述乏燃料贮存舱(3)的顶部设置有与核燃料装卸舱(2)连通的乏燃料贮存舱闸门(3.3)，内部设置乏燃料水池(3.1)，所述乏燃料水池(3.1)的顶部设置有乏燃料装卸机(3.2)。
4.根据权利要求1所述的浮动核电站堆舱布置结构，其特征在于：所述一次安全壳边界(1.1)为屏蔽边界。
5.根据权利要求2所述的浮动核电站堆舱布置结构，其特征在于：所述一次安全壳平台(1.5)沿一次安全壳(1)高度方向布置2～3层。
6.根据权利要求2所述的浮动核电站堆舱布置结构，其特征在于：所述一次安全壳(1)还包括人员闸门(1.7)和爆破片泄压口(1.8)，所述换料闸门(1.6)位于一次安全壳边界(1.1)的反应堆(1.2)的正上方位置，所述人员闸门(1.7)位于一次安全壳边界(1.1)前壁的中上部位置。
7.根据权利要求1所述的浮动核电站堆舱布置结构，其特征在于：所述燃料装卸舱(2)与一次安全壳(1)的前端平齐，成“L”型布局。
8.根据权利要求1所述的浮动核电站堆舱布置结构，其特征在于：所述核燃料装卸舱(2)内部前方设置有工装存放区(2.2)、左后方设置有换料检修区(2.3)、右后方设置有新燃料贮存区(2.4)和上部设置有换料行车(2.5)。
9.根据权利要求1所述的浮动核电站堆舱布置结构，其特征在于：所述乏燃料贮存舱(3)位于一次安全壳(1)的正后方。
10.根据权利要求3所述的浮动核电站堆舱布置结构，其特征在于：所述乏燃料水池(3.1)分四区布置，中心位置是装罐区(3.1.1)和清洗区(3.1.3)，两侧分别是乏燃料格架贮存区(3.1.2)。
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