CN110813911B - 核电站及核电站的安全壳维护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种核电站安全壳用清扫设备，所述安全壳外侧设置有空气流通通道，所述清扫设备包括：压缩空气源；压缩空气管路；多个吹扫口，邻近安全壳顶封头外表面设置；和吹扫控制单元，其中：所述压缩空气管路连通压缩空气源与所述多个吹扫口，所述多个吹扫口吹扫顶封头外表面；所述吹扫控制单元适于控制基于吹扫口的吹扫操作。本发明还涉及一种具有该清扫设备的核电站，以及一种核电站安全壳用清扫方法。

Description

核电站及核电站的安全壳维护方法

技术领域

本发明的实施例涉及设施安全领域，尤其涉及一种核电站安全壳用清扫设备及方法，以及一种具有该清扫设备的核电站。

背景技术

在核电站正常运行(功率运行、启动停堆或换料)期间，非能动安全壳冷却系统(PCS)不执行任何功能。核电站正常运行期间的安全壳内热量由安全壳循环冷却系统(VCS)的安全壳风机冷却器排放到中央冷冻水系统(VWS)。

除了电站技术规格书规定的模式外，PCS均处于备用状态，除满足水装量、化学特性、温度以及定期试验要求外，特别提出分水斗、围堰、安全壳表面清洁要求，以确保在设计基准事故(DBA)发生后72小时内，非能动安全壳冷却水箱利用重力疏水洒湿顶封头外表面，通过钢制安全壳将其内部热量传导至顶封头外表面，并由流经顶封头外表面的疏水以对流换热、辐射和蒸发的方式带走。

这里，对流经顶封头外表面水膜分布有均匀和覆盖率要求。因此，在安全壳顶封头上设置了分水斗、围堰，以提高水在顶封头外表面的水膜覆盖效果，进而提升PCS冷却能力。PCS包括空气流道，其用来形成沿顶封头外表面向上的自然循环气流，增强流经顶封头外表面的水(基于DBA)的蒸发速度从而降低安全壳内的压力，空气流道为常开状态，排气段高于空气入口，从而增强附加的浮力以减小空气逆流的可能性，期间空气入口和排气段应能防止结冰、积雪以及外来物体堵塞空气流道。

但是，由于空气进出可以与安全壳顶封头外表面接触，存在大气携带的灰尘累积在其表面，致使设计基准事故(DBA)的流经顶封头外表面水膜分布均匀的要求无法满足，进而会影响PCS的安全壳冷却性能。

综上，顶封头外表面积累大气尘埃是不可避免的，而对其清洁度又有设计要求，以满足设计目的。

现有核电安全壳外部是通过分水斗、围堰设施及定期清洗顶封头外表面，以保证流经顶封头外表面水膜均匀分布及其覆盖率要求；其中定期清洗时，需要将两台PCS再循环泵并联运行，并将非能动安全壳冷却辅助水箱或厂内外其他水源输送到分水斗，对安全壳外部表面、围堰及分水斗等进行清洗。另外，在钢穹顶中的阀门间里有一个小法兰接口能连接软管，利用非能动安全壳冷却辅助水箱水源也可以冲洗安全壳外部表面、围堰及分水斗等进行清洗。在上述清洗过程中需要对产生的非放射性废水进行回收或其他处理，整个清洗过程需要多名运行人员配合和繁琐操作才能进行，工序繁琐，既受到时间限制，也提高了运行人员劳动强度和人因失误风险。

发明内容

目前对上述设施清洁的方法比较繁琐和存在人因失误可能，结合空气污染情况，确有必要提供一种系统简单、操作便捷、减少人因失误，远程监控，实时清扫，降低工作人员劳动强度的自动清扫灰尘系统。为解决现有技术中存在的技术问题的至少一个方面，提出本发明。

根据本发明的实施例的一个方面，提出了一种核电站安全壳用清扫设备，所述安全壳外侧设置有空气流通通道，所述清扫设备包括：

压缩空气源；

压缩空气管路；

多个吹扫口，邻近安全壳顶封头外表面设置；和

吹扫控制单元，

其中：

所述压缩空气管路连通压缩空气源与所述多个吹扫口，所述多个吹扫口吹扫顶封头外表面；

所述吹扫控制单元适于控制基于吹扫口的吹扫操作。

可选的，监测单元，用于监测顶封头外表面的积灰状态。

可选的，所述吹扫控制单元基于来自监测单元的监测信号，控制所述吹扫操作。

可选的，所述清扫设备还包括数据存储单元，用于存储基于监测单元获得的顶封头外表面的积灰数据。

可选的，所述监测单元包括多个监测单元，所述多个监测单元沿安全壳外周面均匀间隔开布置。

可选的，所述监测单元布置在安全壳的最小圈分水斗内。

可选的，所述监测单元包括图像获取装置，其用于获取在预定积灰处的积灰图像或积灰数据。

可选的，所述清扫设备还包括积灰阈值判断装置，其基于所述积灰图像或积灰数据判断在预定积灰处的积灰量是否超过阈值，且在积灰量超过阈值的情况下，所述吹扫控制单元适于启动基于吹扫口的吹扫操作。

可选的，所述积灰阈值判断装置，其基于所述积灰图像或积灰数据判断在预定积灰处的多个预定点的积灰量是否超过阈值，且在积灰量超过阈值的情况下，所述吹扫控制单元适于启动基于吹扫口的吹扫操作。

可选的，所述监测单元还包括积灰采样装置，所述图像获取装置获取所述积灰采样装置的积灰图像或积灰数据。

可选的，所述积灰采样装置包括采样面，以及采样罩，所述采样面置于所述采样罩内，所述采样罩为上下开口的筒形；所述图像获取装置获取所述采样面的积灰图像或积灰数据。

可选的，所述监测单元包括光学传感器，所述光学传感器包括发光器与光接收器，发光器与光接收器在水平方向上分别设置在预定积灰处的两侧，在预定积灰处的积灰达到预定高度从而光接收器与发光器之间的光路被阻断的情况下，所述吹扫控制单元适于启动基于吹扫口的吹扫操作。

可选的，所述多个吹扫口绕所述顶封头外表面的整个周向布置。

可选的，所述多个吹扫口连接到钢穹顶下侧。

可选的，所述多个吹扫口包括多个吹扫口组，每一个吹扫口组包括绕所述顶封头外表面的整个周向布置的多个吹扫口。

可选的，所述压缩空气源包括设置于安全壳外部的压缩气体管路；或所述压缩空气源包括压缩空气罐或空气压缩机。可选的，压缩空气源的空气压力在0.8Mpa-2.5Mp的范围内。

可选的，所述清扫设备还包括电动调节阀，设置在压缩空气管路上，用于调节和控制流向对应吹扫口的空气流量，其中：所述吹扫控制单元控制所述电动调节阀。

根据本发明的实施例的另一方面，提出了一种核电站，包括：

安全壳；

屏蔽墙，屏蔽墙围绕安全壳设置，且屏蔽墙内壁与安全壳外壁之间具有间隙；和

上述的清扫设备。

根据本发明的实施例的再一方面，提出了一种核电站安全壳用维护方法，所述安全壳外侧设置有空气流通通道，所述方法包括步骤：

邻近安全壳顶封头外表面设置多个吹扫口；和

向所述吹扫口内通入压缩空气以吹扫顶封头外表面。

可选的，所述方法还包括步骤：监测顶封头外表面的积灰程度；以及在监测获得的积灰程度超过阈值时，向所述吹扫口内通入压缩空气以进行吹扫。

可选的，所述方法还包括步骤：存储关于顶封头外表面积灰程度的历史监测数据。

可选的，所述阈值为一对应的历史监测数据；或所述阈值为一预定积灰厚度。

附图说明

以下描述与附图可以更好地帮助理解本发明所公布的各种实施例中的这些和其他特点、优点，图中相同的附图标记始终表示相同的部件，其中：

图1A为根据本发明的一个示例性实施例的核电站安全壳用清扫设备的结构框图；

图1B为根据本发明的一个示例性实施例的核电站安全壳用清扫设备的结构框图；

图1C为根据本发明的一个示例性实施例的核电站安全壳用清扫设备的结构框图；

图1D为根据本发明的一个示例性实施例的核电站安全壳用清扫设备的结构框图；

图2A为根据本发明的一个示例性实施例的核电站安全壳用清扫设备的监测单元的布置示意图；

图2B为根据本发明的一个示例性实施例的核电站安全壳用清扫设备的监测单元的结构示意图；

图3为示例性示出根据本发明的核电站安全壳用清扫设备的布置位置的示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

本发明的总体构思是利用压缩空气吹扫方案来代替现有技术中的水清洗方案。

图1A为根据本发明的一个示例性实施例的核电站安全壳用清扫设备的示意图。图3为示例性示出根据本发明的核电站安全壳用清扫设备的布置位置的示意图，其中也示例性示出核电站的安全壳300与屏蔽墙400之间的空气流通通道200。

如图1A和图3所示，核电站安全壳用清扫设备100(如图3所示，安全壳外侧设置有空气流通通道200)所述清扫设备包括：

压缩空气源110；

压缩空气管路120；

多个吹扫口130，邻近安全壳顶封头外表面S设置；和

吹扫控制单元140，

其中：

所述压缩空气管路120连通压缩空气源110与所述多个吹扫口130，所述多个吹扫口130吹扫顶封头外表面S；

所述吹扫控制单元140适于控制基于吹扫口的吹扫操作。

需要指出的是，“基于吹扫口的吹扫操作”不限于控制吹扫口，也包括任何从吹扫口吹出压缩空气的操作。吹扫操作包括但不限于吹扫的开闭、吹扫空气量的调节、吹扫阀门(后面提及)的开闭。

在图1A中，仅仅示出了一个吹扫口和一个压缩空气管路，但是，本发明不限于此，吹扫口和压缩空气管路的数量可以基于实际情况变化。

在图1A中，基于上述的清扫设备，可以利用压缩空气来吹扫或清洁空气流通通道，清洁安全壳顶封头外表面。

以上清扫可以定期自动进行，也可以基于例如顶封头外表面的积灰情况由人工启动。

在本发明的实施例中，压缩空气源110可以包括设置于安全壳外部(例如设置在钢穹顶500)的压缩气体管路；或压缩空气源110包括压缩空气罐或空气压缩机。

压缩空气源的空气压力可以在0.8Mpa-2.5Mp的范围内。

如图1A所示，清扫设备100还可以包括电动调节阀180，设置在压缩空气管路120上，用于调节和控制流向对应吹扫口的空气流量，其中：所述吹扫控制单元140控制所述电动调节阀180。在压缩空气源为空气压缩机的情况下，也可以不设置电动调节阀180。

如图1B所示，在进一步的实施例中，清扫设备100还可以包括监测单元150。监测单元150可以用于监测顶封头外表面S的积灰状态。

该监测单元可以仅仅是摄像单元(图像获取装置)，其获取积灰处的图像，然后传回到控制室，由操作人员确定是否需要执行吹扫操作。在一个实施例中，也可以设置积灰报警装置以提醒操作人员执行吹扫操作。

在进一步的实施例中，吹扫控制单元140可以基于来自监测单元的信息而自动控制吹扫操作。吹扫控制单元140可以与监测单元150直接通信，处理来自监测单元的信号，而后基于对信号的处理结果，执行吹扫操作。

不过，吹扫控制单元140也可以不具有对来自监测单元150的信号的处理功能。如图1C所示，清扫设备100还可设置有积灰阈值判断装置160，用于处理信号来自监测单元150的图像信号或数据、判断积灰处的积灰量是否超过阈值，然后基于判断结果向吹扫控制单元140发送是否执行吹扫操作或如何执行吹扫操作的信号。在进一步的实施例中，积灰阈值判断装置160可以基于来自监测单元150的图像信号或数据判断在预定积灰处的多个预定点的积灰量是否超过阈值(例如参见图2A，其中可以有九个采样点)。这里的阈值，在一个实施例中，可以为一对应的历史监测数据，或可以为一预定积灰厚度。图2A为根据本发明的一个示例性实施例的核电站安全壳用清扫设备的监测单元的布置示意图。图2B为根据本发明的一个示例性实施例的核电站安全壳用清扫设备的监测单元的结构示意图。

如图2B所示，监测单元150除了包括图像获取装置151之外，还包括积灰采样装置152，所述图像获取装置151获取所述积灰采样装置152的积灰图像或积灰数据。如图2B所示，积灰采样装置152包括采样面152A以及采样罩152B，所述采样面152A置于所述采样罩152B内，采样罩152B为上下开口的筒形；图像获取装置151获取所述采样面152A的积灰图像或积灰数据。在图2B中，采样罩152B为透明或者具有供图像获取装置获取图像的开口。如能够理解的，图像获取装置151的位置可以有变化，只要可以获得积灰图像或者积灰数据即可。设置采样罩152B，有助于防止因为空气紊流的影响而导致采样面上的积灰情况受到干扰。

虽然没有示出，所述监测单元包括光学传感器，所述光学传感器包括发光器与光接收器，发光器与光接收器在水平方向上分别设置在预定积灰处的两侧，在预定积灰处的积灰达到预定高度从而光接收器与发光器之间的光路被阻断的情况下，所述吹扫控制单元适于启动基于吹扫口的吹扫操作。

如图1D所示，清扫设备还可以包括数据存储单元170，其用于存储基于监测单元获得的顶封头外表面的积灰数据。存储的积灰数据，可以是某一个时间段的历史数据，以供后续调取与研究；也可以是某一正常范围的阈值数据，如提供给积灰阈值判断装置160使用。数据存储单元170可以是吹扫控制单元140的一部分，也可以独立于吹扫控制单元140设置。

如图2A所示，监测单元150包括多个监测单元，所述多个监测单元绕顶封头外表面沿周向均匀间隔开布置。图2A中示出了四个，但是本发明不限于此，其数目可以变化。

图3为示例性示出根据本发明的核电站安全壳用清扫设备的布置位置的示意图。如图3所示，所述多个吹扫口布置在顶封头外表面的附近，如图3所示，吹扫口悬挂于钢穹顶500。监测单元的位置与吹扫口的位置可以彼此邻近，相应的，在一个实施例中，所述监测单元也布置在安全壳的最小圈的分水斗内。

如能够理解的，所述多个吹扫口绕所述顶封头外表面的整个周向布置。

如能够理解的，所述多个吹扫口包括多个吹扫口组，每一个吹扫口组包括绕所述顶封头外表面的整个周向布置的多个吹扫口。

如能够理解的，监测单元也可以监测吹扫后的结果。

相应的，本发明的实施例也提出了一种核电站安全壳用维护方法，所述安全壳外侧设置有空气流通通道，所述方法包括步骤：

邻近顶封头外表面设置多个吹扫口；和

向所述吹扫口内通入压缩空气以吹扫顶封头外表面。

在进一步的实施例中，所述维护方法还包括步骤：监测顶封头外表面的积灰程度；以及

在监测获得的积灰程度超过阈值时，向所述吹扫口内通入压缩空气以进行吹扫。

基于以上，在本发明中，可以通过图像获取装置对安全外表面积灰情况进行图像数据收集，并对图像数据进行采集和/或比对分析，通过信号传递至控制室，由运行工程师按照设定的阈值进行远程控制电动控制阀，以实现安全壳顶封头外表面的吹扫，从而满足设计要求。吹扫后的气体可以随进入空气流通通道的大气一起自大气出口流出，较大的颗粒可基于重力降落。基于以上方案，可以保证在设计基准事故工况下的水膜均匀分布，也避免原有设计下的污水处理工作。

相应的，本发明的实施例也提出了一种核电站，参见图3，所述核电站包括：

安全壳300；

屏蔽墙400，屏蔽墙围绕安全壳设置，且屏蔽墙内壁与安全壳外壁之间具有空气流通通道200；和

上述的清扫设备100。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (18)

1.一种核电站，包括：

安全壳，包括顶封头；

屏蔽墙，屏蔽墙围绕安全壳设置，且屏蔽墙内壁与安全壳外壁之间具有第一空气流通通道；

钢穹顶，钢穹顶与顶封头之间限定第二空气流通通道；

监测单元，用于监测顶封头外表面的积灰状态；和

安全壳用清扫设备，所述清扫设备包括：

压缩空气源；

压缩空气管路；

多个吹扫口，邻近安全壳顶封头外表面设置；和

吹扫控制单元，

其中：

所述压缩空气管路连通压缩空气源与所述多个吹扫口；

所述吹扫控制单元适于控制基于吹扫口的吹扫操作；

所述第一空气流通通道包括U型通道，所述U型通道的入口与大气相通，所述U型通道的出口与所述第二空气流通通道相通；

所述多个吹扫口绕所述顶封头外表面的整个周向布置，所述多个吹扫口设置在所述第二空气流通通道中且连接到在钢穹顶下侧以吹扫顶封头外表面；

所述监测单元的位置与吹扫口的位置彼此邻近，所述监测单元布置在安全壳的最小圈的分水斗内。

2.根据权利要求1所述的核电站，其中：

所述吹扫控制单元基于来自监测单元的监测信号，控制所述吹扫操作。

3.根据权利要求1所述的核电站，还包括：

数据存储单元，用于存储基于监测单元获得的顶封头外表面的积灰数据。

4.根据权利要求1所述的核电站，其中：

所述监测单元包括多个监测单元，所述多个监测单元绕顶封头外表面沿周向均匀间隔开布置。

5.根据权利要求1所述的核电站，其中：

所述监测单元包括图像获取装置，其用于获取在预定积灰处的积灰图像或积灰数据。

6.根据权利要求5所述的核电站，其中：

所述清扫设备还包括积灰阈值判断装置，其基于所述积灰图像或积灰数据判断在预定积灰处的积灰量是否超过阈值，且在积灰量超过阈值的情况下，所述吹扫控制单元适于启动基于吹扫口的吹扫操作。

7.根据权利要求6所述的核电站，其中：

所述积灰阈值判断装置，其基于所述积灰图像或积灰数据判断在预定积灰处的多个预定点的积灰量是否超过阈值，且在积灰量超过阈值的情况下，所述吹扫控制单元适于启动基于吹扫口的吹扫操作。

8.根据权利要求5所述的核电站，其中：

所述监测单元还包括积灰采样装置，所述图像获取装置获取所述积灰采样装置的积灰图像或积灰数据。

9.根据权利要求8所述的核电站，其中：

所述积灰采样装置包括采样面，以及采样罩，所述采样面置于所述采样罩内，所述采样罩为上下开口的筒形；

所述图像获取装置获取所述采样面的积灰图像或积灰数据。

10.根据权利要求1所述的核电站，其中：

所述监测单元包括光学传感器，所述光学传感器包括发光器与光接收器，发光器与光接收器在水平方向上分别设置在预定积灰处的两侧，在预定积灰处的积灰达到预定高度从而光接收器与发光器之间的光路被阻断的情况下，所述吹扫控制单元适于启动基于吹扫口的吹扫操作。

11.根据权利要求1所述的核电站，其中：

所述多个吹扫口包括多个吹扫口组，每一个吹扫口组包括绕所述顶封头外表面的整个周向布置的多个吹扫口。

12.根据权利要求1所述的核电站，其中：

所述压缩空气源包括设置于安全壳外部的压缩气体管路；或

所述压缩空气源包括压缩空气罐或空气压缩机。

13.根据权利要求12所述的核电站，其中：

压缩空气源的空气压力在0.8Mpa-2.5Mp的范围内。

14.根据权利要求1所述的核电站，还包括：

电动调节阀，设置在压缩空气管路上，用于调节和控制流向对应吹扫口的空气流量，其中：所述吹扫控制单元控制所述电动调节阀。

15.一种根据权利要求1-14中任一项所述的核电站的安全壳维护方法，包括步骤：

向所述吹扫口内通入压缩空气以吹扫顶封头外表面。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括步骤：

监测顶封头外表面的积灰程度；以及

在监测获得的积灰程度超过阈值时，向所述吹扫口内通入压缩空气以进行吹扫。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括步骤：

存储关于顶封头外表面积灰程度的历史监测数据。

18.根据权利要求16或17所述的方法，其中：

所述阈值为一对应的历史监测数据；或

所述阈值为一预定积灰厚度。

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