CN110689983A - 一种乏燃料水池系统及换热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种乏燃料水池系统，包括乏燃料水池，所述乏燃料水池内设有多个贮存格架，所述乏燃料水池系统还包括换热单元，所述换热单元设于所述乏燃料水池内，其输入端用于与核电厂的冷却水水源连接，其输出端用于与冷却水回收系统连接。本发明还公开了一种乏燃料水池系统的换热方法，包括：将核电厂的冷却水水源输入乏燃料水池内，与处于乏燃料水池中的换热单元进行换热，换热后的冷却水进入核电厂的冷却水回收系统中。本发明可以减少设备占用空间，提高空间利用率，提高冷却效率，具有工艺简单、操作方便、能耗低等优点。

Description

一种乏燃料水池系统及换热方法

技术领域

本发明属于核电技术领域，具体涉及一种乏燃料水池系统及换热方法。

背景技术

核电厂的乏燃料水池系统的主要功能是导出乏燃料水池中贮存的已辐照燃料元件所释放的余热。如图1所示，该系统一般是采用能动系统的设计思路，通常利用乏池冷却泵21将乏燃料水池的热水抽出，通过设于乏燃料水池1外部的换热器3将热量传递给核电厂的设备冷却水系统，再将换热后的冷水用水泵22送回到乏燃料水池1中，实现循环。其中，换热器3一侧通入由乏燃料水池抽出的热水(含硼水)，另一侧通入核电厂的设备冷却水。

在现有的这种乏燃料水池系统里，乏燃料水池的冷却需要经过抽出热水、送回冷水这两个回路，才能将热量导出，这种设计存在以下不足：

(1)管路多，设备多，占用的厂房空间大，在厂房空间有限的情况下难以实现将不同的系统之间进行隔离；

(2)在严重事故时，需要对乏池冷却泵和核电厂的设备冷却水系统的水泵同时加载应急柴油机，以提供动力，实现将热量导出，设备需求量大，能源消耗大，成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种乏燃料水池系统及换热方法，能够简化结构，并提高冷却效率。

根据本发明的一个方面，提供一种乏燃料水池系统，其技术方案如下：

一种乏燃料水池系统，包括乏燃料水池，所述乏燃料水池内设有多个贮存格架，所述乏燃料水池系统还包括换热单元，所述换热单元设于所述乏燃料水池内，其输入端用于与核电厂的冷却水水源连接，其输出端用于与冷却水回收系统连接。

优选的，所述换热单元包括第一换热装置，所述第一换热装置设于所述乏燃料水池内部的池壁上，包括第一进水管、第一换热管、以及第一回流管，其中：所述第一进水管的输入端用于与所述核电厂的冷却水水源连接；所述第一换热管的输入端与所述第一进水管的输出端连接，其输出端与所述第一回流管的输入端连接；第一回流管的输出端用于与所述冷却水回收系统连接。

优选的，所述第一换热装置还包括分配集管和回收集管，所述分配集管与所述回收集管平行设置，并与所述第一换热管垂直设置，所述第一换热管的数量为多个，其中：所述分配集管的输入端与所述第一进水管的输出端连接，其输出端与多个第一换热器的输入端连接；所述回收集管的输入端与多个第一换热管的输出端连接，其输出端与所述第一回流管的输入端连接。

优选的，所述分配集管和回收集管的设置方向与所述乏燃料水池的底面平行，所述第一进水管、第一换热管和第一回流管的设置方向与所述乏燃料水池的高度方向平行。

优选的，所述第一换热管上设有翅肋，所述翅肋的数量为多个，每个翅肋沿第一换热管的轴向设置。

优选的，所述换热单元还包括第二换热装置，所述第二换热装置包括第二进水管、第二换热管、第二回流管，其中：所述第二进水管的输入端用于与所述核电厂的冷却水水源连接；所述第二换热管的输入端与第二进水管的输出端连接，其输出端与第二回流管的输入端连接；所述第二回流管的输出端与所述冷却水回收系统连接；所述第二换热管设置在两个所述贮存格架之间，其形状为C形。

优选的，所述第二换热管的数量为多个，多个第二换热管在同一板面上依次设置，且呈包围状排列，前一个第二换热管容置于后一个第二换热管的内部。

本发明提供的乏燃料水池系统，通过将换热单元直接放置于乏燃料水池中，且换热单元的结构也与乏燃料水池的结构相适配，因而既可以减少设备占用空间，提高空间利用率，又可以提高冷却效率；与现有技术相比，省去了乏池冷却泵及相关的管道，冷却水由核电厂的冷却水系统统一供应，在失电工况时，只需将冷却水通入到系统中即可维持冷却功能，确保核电厂的安全性，具有结构简单、操作方便、能耗低等优点。

根据本发明的另一个方面，提供一种乏燃料水池系统的换热方法，其技术方案如下：

一种乏燃料水池系统的换热方法，包括：将核电厂的冷却水水源输入乏燃料水池内，与处于乏燃料水池中的换热单元进行换热，换热后的冷却水进入核电厂的冷却水回收系统中。

优选的，所述换热单元包括第一换热装置，所述第一换热装置沿乏燃料水池的池壁垂直设置。

优选的，所述换热单元包括第二换热装置，所述第二换热装置沿乏燃料水池的池壁垂直设置，并对应处于两个贮存格架之间的位置。

本发明提供的乏燃料水池系统的换热方法，通过将换热单元直接设于乏燃料水池内，使乏燃料水池内的高温水直接在乏燃料水池内就能进行冷却降温，与传统方法中将乏燃料水池中的高温水抽出后再进行冷却的方式相比，过程简单，施工方便，布置合理，可以提高对乏燃料水池的冷却效果和冷却速率。

附图说明

图1为现有技术中的乏燃料水池系统的结构示意图；

图2为本发明实施例1中乏燃料水池系统的结构示意图；

图3为本发明实施例1中第一换热装置的结构示意图；

图4为本发明实施例1中第一换热管的结构示意图；

图5为本发明实施例1中第二换热装置的结构示意图；

图6为本发明实施例3中乏燃料水池系统的换热方法的示意图；

图7为本发明实施例3中乏燃料水池系统的结构示意图。

图中：1-乏燃料池；21-乏池冷却泵；22-水泵；3-换热器/换热单元；4-第一换热装置；41-第一进水管；42-第一换热管；43-第一回流管；44-分配集管；45-回收集管；46-翅肋；5-第二换热装置；51-第二进水管；52-第二换热管；53-第二回流管；6-贮存格架。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面将结合本发明的附图和具体实施例，对本发明作进一步清楚、完整的描述。

实施例1

如图2-图5所示，本实施例公开一种乏燃料水池系统，包括乏燃料水池1，乏燃料水池1内设有多个贮存格架6，乏燃料水池系统还包括换热单元，换热单元设于乏燃料水池1内，用于对乏燃料水池1进行降温，其输入端用于与核电厂的冷却水水源连接，其输出端用于与冷却水回收系统连接。

本实施例中，换热单元包括第一换热装置4，第一换热装置4设于乏燃料水池1内部的池壁上。

如图3所示，第一换热装置4为平板形，其包括第一进水管41、第一换热管42、以及第一回流管43，其中：第一进水管41的输入端用于与核电厂的冷却水水源连接，即第一进水管41的入口与核电厂的冷却水系统的冷水管道连接；第一换热管42的输入端与第一进水管41的输出端连接，其输出端与第一回流管43的输入端连接；第一回流管43的输出端用于与冷却水回收系统连接。

进一步的，第一换热装置4还包括分配集管44和回收集管45，分配集管44与回收集管45平行设置，并与第一换热管42垂直设置。第一换热管42的数量为多个，多个第一换热管42应尽量均匀的分布，以获得较好的换热效果。分配集管44的输入端与第一进水管41的输出端连接，其输出端与多个第一换热器42的输入端连接。回收集管45的输入端与多个第一换热管42的输出端连接，其输出端与第一回流管43的输入端连接。

本实施例中，分配集管44的输入端和输出端均可以设于分配集管44的端部，也可以均设于其管壁上。在一些可选的实施方式中，如图3所示，分配集管44的输入端设于分配集管44的一个端部，其另一个端部设置为密封面，分配集管44的输出端设于其管壁上，即第一进水管41的出口与分配集管44的一端连接，多个第一换热管42的一端(输入端)与分配集管44的管壁连接，使冷却水能够均匀的进入到各个第一换热管42中。

本实施例中，回收集管45的输入端和输出端均可以设于回收集管45的端部，也可以均设于其管壁上。在一些可选的实施方式中，如图3所示，回收集管45的输入端设于回收集管45的一个端部，其另一个端部设置为密封面，回收集管45的输出端设于其管壁上，即多个第一换热管42的另一端(输出端)与回收集管45的管壁连接，回收集管45的一端与第一回流管43连接，使在第一换热管42中换热后的冷却水先汇集到回收集管45，再由第一回流管43输送至核电厂冷却水回收系统。本实施例中，回收集管45的输出端优选为与分配集管44的输入端处于相对的位置(如斜对角位置)，从而使冷却水不管从哪个第一换热管42中流过，都具有相等距离，从而充分利用冷却水的冷量，提高冷量利用率。

进一步的，分配集管44和回收集管45的设置方向与乏燃料水池1的底面平行，也就是说，多个第一换热管42具有相等的长度，分配集管44和回收集管45平行地设置于多个相同长度的第一换热管42的两端，或者是说，多个第一换热管42平行设置在分配集管44和回收集管45之间。第一进水管41、第一换热管42和第一回流管43的设置方向与乏燃料水池1的高度方向平行(竖直方向)。

可选的，如图4所示，第一换热管42上设有翅肋46，翅肋46的数量可以为一个或多个，优选为多个，且每个翅肋46沿第一换热管42的轴向设置，多个翅肋46沿第一换热管42的轴向方向均匀的分布在第一换热管42的外壁上，当然，翅肋46也可以沿第一换热管42的径向方向布置或按其它任意方式分布在第一换热管42的外壁上，还可以是按上述多种布置方式相结合的方式进行设置，本实施例中就不再作进一步限定。第一换热管42优选采用圆形管，即其截面优选为圆形，当然，第一换热管42也可以是方形等其它任意形状，本实施例中不作进一步限定。

可选的，换热单元还包括第二换热装置5。如图5所示，第二换热装置5包括第二进水管51、第二换热管52、第二回流管53，其中：第二进水管51的输入端用于与核电厂的冷却水水源连接，即用于输入冷却水；第二换热管52的输入端与第二进水管51的输出端连接，其输出端与第二回流管53的输入端连接；第二回流管53的输出端与冷却水回收系统连接，用于输出换热后的冷却水，以便循环利用；第二换热管52在乏燃料池1中的位置为设置在相邻两个贮存格架6之间，优选第二换热管52的形状为在同一板面上的包围状，具体为C形。

进一步的，第二换热管52的数量可以为一个或多个，优选为多个，多个第二换热管52在同一板面上依次设置，且呈包围状排列，前一个第二换热管52容置于后一个第二换热管的内部。由于第二换热管52是设置在贮存格架之间，而贮存格架是呈规则排列为多排多列，相邻两个贮存格架之间的空间较小，每一排贮存格架之间的空间形状为宽度较窄的狭长通道，为了适应这种空间结构，以便于设置更多数量的第二换热管，因此将第二换热管52的形状设置为C形，从而使得多个第二换热管的排列能够沿贮存格架之间的狭长通道延伸。并且，第二换热管52采用C形，可使相邻的两个第二换热管中，前一个置于后一个的内部，这样就能够有效利用空间，使其排列更紧凑。

在一些可选的实施方式中，如图5所示，第二进水管51输入端设于其一个端部，其另一端设置为密封面，多个第二换热管52的一端(输入端)优选为与第二进水管51的管壁连接，使冷却水从第二进水管51进入第二换热管52；第二回流管53的输入端设于其一个端部，其另一端设置为密封面，多个第二换热管52的另一端(输出端)优选为与第二回流管53的管壁连接，使换热后的冷却水输送至冷却水回收系统。

本实施例的乏燃料水池系统，通过将换热单元直接放置于乏燃料水池中，既可以减少设备占用空间，提高空间利用率，又可以提高冷却效率；与现有技术相比，省去了将乏池冷却泵及相关的管道，冷却水由核电厂的冷却水系统统一供应，在失电工况时，只需将冷却水通入到系统中即可维持冷却功能，确保核电厂的安全性，具有结构简单、操作方便、能耗低等优点。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：本实施例中，换热单元3包括第二换热装置5，而不包括第一换热装置4。

本实施例中其他的结构均与实施例1中的结构相同，这里不再赘述。

实施例3

如图6所示，本实施例公开一种乏燃料水池系统的换热方法，包括：将核电厂的冷却水水源输入乏燃料水池1内，与处于乏燃料水池1中的换热单元3进行换热，换热后的冷却水进入核电厂的冷却水回收系统中。

本实施例中,采用换热单元3对乏燃料水池1中的热水进行换热。其中换热单元包括第一换热装置，第一换热装置沿乏燃料水池1的池壁垂直设置。

具体的，在乏燃料水池1的池壁上布置第一换热装置(优选第一换热装置可以采用实施例1中所述的第一换热装置4的结构)，且第一换热管处于乏燃料水池内水面以下。在一些可选的实施方式中，第一换热装置4布置在乏燃料水池1的两个相对方向的池壁上，且优选为将这两个方向上的池壁布满(如图2所示)，当然也可以根据实际需求，只布满部分池壁(如图7所示)，本实施例不作进一步限定。换热过程如下：

通过水泵22将核电厂冷却水水源的冷却水输送至第一进水管41内，然后进入分配集管44，通过分配集管44将冷却水均匀的分配至多个第一换热管42中，第一换热管42内的冷却水与乏燃料水池1内的高温水进行换热，使乏燃料水池1的温度降低，从而达到冷却降温的目的，换热后的冷却水温度升高，并从各个第一换热管42汇集到回收集管45，然后通过第一回流管43输送至核电厂内的冷却水回收系统，用于循环利用。

可选的，换热单元3还包括第二换热装置，第二换热装置沿乏燃料水池1的池壁垂直设置，并对应处于两个贮存格架6之间的位置。

具体的,在乏燃料水池1中的贮存格架11之间布置第二换热装置(优选采用实施例1中所述的第二换热装置5的结构)，使第二换热管处于贮存格架6之间，换热过程如下：

通过水泵22将核电厂冷却水水源的冷却水输送至第二进水管51内，然后进入到多个C形的第二换热管52中，第二换热管52内的冷却水与乏燃料水池1内的高温水进行换热，使乏燃料水池1的温度降低，从而达到冷却降温的目的，换热后的冷却水温度升高，并从各个第二换热管52汇集到第二回流管53，然后输送至核电厂内的冷却水回收系统，用于循环利用。

需要说明的是，本实施例中，进行换热时采用的换热单元可以是只包括第一换热装置4或第二换热装置5，也可以是同时包括第一换热装置4和第二换热装置5(比如将第一换热装置4和第二换热装置5分别布置在两个相对的方向上，如图2所示)，具体换热过程如上述过程进行，这里不再赘述。

本实施例的乏燃料水池系统的换热方法，将换热单元直接设于乏燃料水池内，使乏燃料水池内的高温水直接在乏燃料水池内就能进行冷却降温，与传统方法中将乏燃料水池中的高温水抽出后再进行冷却的方式相比，过程简单，施工方便，布置合理，可以提高对乏燃料水池的冷却效果和冷却速率。

可以理解的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，然而本发明并不局限于此。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变形和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种乏燃料水池系统，包括乏燃料水池(1)，所述乏燃料水池内设有多个贮存格架(6)，其特征在于，所述乏燃料水池系统还包括换热单元，

所述换热单元设于所述乏燃料水池内，其输入端用于与核电厂的冷却水水源连接，其输出端用于与冷却水回收系统连接。

2.根据权利要求1所述的乏燃料水池系统，其特征在于，所述换热单元包括第一换热装置(4)，

所述第一换热装置设于所述乏燃料水池内部的池壁上，包括第一进水管(41)、第一换热管(42)、以及第一回流管(43)，

所述第一进水管的输入端用于与所述核电厂的冷却水水源连接，

所述第一换热管的输入端与所述第一进水管的输出端连接，其输出端与所述第一回流管的输入端连接，

第一回流管的输出端用于与所述冷却水回收系统连接。

3.根据权利要求2所述的乏燃料水池系统，其特征在于，所述第一换热装置还包括分配集管(44)和回收集管(45)，

所述分配集管与所述回收集管平行设置，并与所述第一换热管垂直设置，所述第一换热管的数量为多个，

所述分配集管的输入端与所述第一进水管的输出端连接，其输出端与多个第一换热器的输入端连接，

所述回收集管的输入端与多个第一换热管的输出端连接，其输出端与所述第一回流管的输入端连接。

4.根据权利要求3所述的乏燃料水池系统，其特征在于，所述分配集管和回收集管的设置方向与所述乏燃料水池的底面平行，所述第一进水管、第一换热管和第一回流管的设置方向与所述乏燃料水池的高度方向平行。

5.根据权利要求3所述的乏燃料水池系统，其特征在于，所述第一换热管上设有翅肋(46)，所述翅肋的数量为多个，每个翅肋沿第一换热管的轴向设置。

6.根据权利要求1-5任一项所述的乏燃料水池系统，其特征在于，所述换热单元还包括第二换热装置，

所述第二换热装置包括第二进水管(51)、第二换热管(52)、第二回流管(53)，

所述第二进水管的输入端用于与所述核电厂的冷却水水源连接，

所述第二换热管的输入端与第二进水管的输出端连接，其输出端与第二回流管的输入端连接，

所述第二回流管的输出端与所述冷却水回收系统连接，

所述第二换热管设置在两个所述贮存格架之间，其形状为C形。

7.根据权利要求6所述的乏燃料水池系统，其特征在于，

所述第二换热管的数量为多个，多个第二换热管在同一板面上依次设置，且呈包围状排列，前一个第二换热管容置于后一个第二换热管的内部。

8.一种乏燃料水池系统的换热方法，其特征在于，包括：

将核电厂的冷却水水源输入乏燃料水池内，与处于乏燃料水池中的换热单元进行换热，换热后的冷却水进入核电厂的冷却水回收系统中。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述换热单元包括第一换热装置，所述第一换热装置沿乏燃料水池的池壁垂直设置。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述换热单元包括第二换热装置，所述第二换热装置沿乏燃料水池的池壁垂直设置，并对应处于两个贮存格架之间的位置。

Images