CN110890162A - 堆芯冷却系统以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种堆芯冷却系统以及方法，系统包括双层安全壳、反应堆存水坑、压力容器以及蒸汽发生器，双层安全壳包括安全壳内、外墙，内、外墙之间形成至少一个存储冷却剂的冷却水腔室，核电厂发生全厂断电事故时，稳压器专用释放阀和注水阀被打开，注水管道向压力容器注入冷却剂，释放管道将从堆芯进入热管段中的蒸汽、汽水混合物或者冷却剂排放到反应堆存水坑内，当反应堆存水坑的水位上升至第一高度时，注水阀被关闭并且回流注入阀被打开，反应堆存水坑内的部分冷却剂通过回流注入管道回流进入压力容器与堆芯，反应堆存水坑的水位降低到第二高度时，注水阀被打开并且回流注入阀被关闭，如此压力容器内外可以实现同时冷却效果，且节约冷却剂。

Description

堆芯冷却系统以及方法

技术领域

本发明涉及核电领域，尤其涉及一种堆芯冷却系统以及方法。

背景技术

核电站冷却时，依赖反应堆压力容器、蒸汽发生器以及汽轮机。1回路连接反应容器与蒸汽发生器，2回路连接蒸汽发生器和汽轮机。核电厂正常供电时的冷却过程如下：1回路的冷却水流过反应堆压力容器与堆芯时，吸收核反应的热量，温度升高；流过蒸汽发生器时，将热量传给2回路的水，同时温度降低，流回反应堆压力容器与堆芯重新吸热；2回路的水流经蒸汽发生器时，吸收了1回路冷却水的热量而变成水蒸汽，然后进入汽轮机，推动汽轮机旋转，汽轮机通过一根轴带动发电机转子旋转发电；水蒸汽在汽轮机内做功后，又变成液态水，流回蒸汽发生器重新吸热。但是，当全厂断电时，整个冷却过程无法正常运行。

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，提供一种堆芯冷却系统以及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种堆芯冷却系统，包括双层安全壳、反应堆存水坑、内部设置堆芯的压力容器以及蒸汽发生器，所述双层安全壳包括安全壳内墙和安全壳外墙，所述安全壳内墙和安全壳外墙之间形成至少一个存储冷却剂的冷却水腔室，所述反应堆存水坑位于所述安全壳内墙内，所述压力容器设置于所述反应堆存水坑中，所述压力容器通过设置了注水阀的注水管道与所述冷却水腔室连接，所述压力容器与蒸汽发生器之间的热管段连接有一释放管道，所述释放管道上设置有稳压器和稳压器专用释放阀；

在核电厂发生全厂断电事故时，所述稳压器专用释放阀和注水阀被打开，注水管道以非能动的方式向压力容器与堆芯注入冷却剂，所述释放管道将从堆芯进入热管段中的蒸汽、汽水混合物或者冷却剂排放到所述反应堆存水坑内。

优选的，所述压力容器与蒸汽发生器之间的冷管段连接有一设置了回流注入阀的回流注入管道；

当所述反应堆存水坑的水位上升至第一高度时，注水阀被关闭并且回流注入阀被打开，所述反应堆存水坑内的部分冷却剂通过所述回流注入管道以非能动的方式回流进入压力容器与堆芯，当所述反应堆存水坑的水位降低到第二高度时，注水阀被打开并且回流注入阀被关闭，其中，所述第一高度大于所述第二高度。

优选的，所述第一高度为所述反应堆存水坑的顶部位置所对应的高度，所述第二高度为所述热管段或者冷管段所在的高度。

优选的，所述安全壳内墙和安全壳外墙之间形成多个所述冷却水腔室，相邻两个所述冷却水腔室之间的隔断上设置有腔室连接管道，所述腔室连接管道上设置有腔室隔离阀；

当某个冷却水腔室的注水管道发生断裂或者损坏时，与所述某个冷却水腔室连接的注水阀被关闭，且该某个冷却水腔室的隔断上的腔室连接管道的腔室隔离阀被打开。

优选的，所述冷却水腔室的底部高于所述冷管段以及所述热管段。

优选的，每一所述冷却水腔室通过两根所述注水管道连接所述压力容器底部的一个相应的注入点。

优选的，每一根所述注水管道上设置有一个预防压力容器内的冷却剂流出的逆止阀。

本发明还要求保护一种所述系统的堆芯冷却方法，方法包括：在核电厂发生全厂断电事故时，打开稳压器专用释放阀和注水阀，注水管道以非能动的方式向压力容器与堆芯注入冷却剂，所述释放管道将从堆芯进入热管段中的蒸汽、汽水混合物或者冷却剂排放到所述反应堆存水坑内。

优选的，所述方法还包括：

当所述反应堆存水坑的水位上升至第一高度时，关闭注水阀并打开回流注入阀，所述反应堆存水坑内的部分冷却剂通过所述回流注入管道以非能动的方式回流进入压力容器与堆芯；

当所述反应堆存水坑的水位降低到第二高度时，再次打开注水阀并关闭回流注入阀。

优选的，所述方法还包括：

当某个冷却水腔室的注水管道发生断裂或者损坏时，关闭与所述某个冷却水腔室连接的注水阀，且打开该某个冷却水腔室的隔断上的腔室连接管道的腔室隔离阀。

本发明的堆芯冷却系统，具有以下有益效果：本发明在核电厂发生全厂断电事故时，稳压器专用释放阀和注水阀被打开，注水管道以非能动的方式向压力容器与堆芯注入冷却剂，实现对压力容器内部进行冷却的目的，而且所述稳压器将热管段中的蒸汽、汽水混合物或者冷却剂排放到所述反应堆存水坑内，从而对压力容器外部进行冷却，如此压力容器同时被内部和外部的冷却剂冷却，实现双面冷却效果；进一步地，为了节约冷却剂，当所述反应堆存水坑的水位上升至第一高度时，注水阀被关闭并且回流注入阀被打开，所述反应堆存水坑内的部分冷却剂通过所述回流注入管道以非能动的方式回流进入压力容器内部；再进一步地，为了防止压力容器干烧，当所述反应堆存水坑的水位降低到第二高度时，注水阀被打开并且回流注入阀被关闭。

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是本发明堆芯冷却系统的剖视图；

图2是本发明堆芯冷却系统的俯视图。

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。

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。

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。

本发明总的思路是：构造一种堆芯冷却系统，包括双层安全壳、反应堆存水坑、内部设置堆芯的压力容器以及蒸汽发生器，所述双层安全壳包括安全壳内墙和安全壳外墙，所述安全壳内墙和安全壳外墙之间形成至少一个存储冷却剂的冷却水腔室，所述反应堆存水坑位于所述安全壳内墙内，所述压力容器设置于所述反应堆存水坑中，所述压力容器通过设置了注水阀的注水管道与所述冷却水腔室连接，所述压力容器与蒸汽发生器之间的热管段连接有一回流管道，回流管道上设置有稳压器和稳压器专用释放阀；在核电厂发生全厂断电事故时，所述稳压器专用释放阀和注水阀被打开，注水管道以非能动的方式向压力容器与堆芯注入冷却剂，所述释放管道将从堆芯进入热管段中的蒸汽、汽水混合物或者冷却剂排放到所述反应堆存水坑内。

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。

实施例一

参考图1-2，图1是剖面图，图2是俯视图。一个具体的实施例中，压力容器双面冷却系统包括：双层安全壳、反应堆存水坑2、压力容器3以及蒸汽发生器4(图中仅示意了蒸汽发生器4的出入口腔室)。

其中，所述双层安全壳的纵截面呈倒U型，双层安全壳包括安全壳内墙11和安全壳外墙12，所述安全壳内墙11和安全壳外墙12之间形成至少一个存储冷却剂的冷却水腔室，当冷却水腔室为多个时，多个冷却水腔室沿双层安全壳的圆周方向排布。本实施例中，安全壳内墙11和安全壳外墙12之间形成左右两个冷却水腔室51、52，可以理解的是，冷却水腔室的数量可以只有一个，还可以是三个甚至三个以上。

所述反应堆存水坑2位于所述安全壳内墙11内，所述压力容器3设置于所述反应堆存水坑2中，所述压力容器3通过设置了注水阀的注水管道与所述冷却水腔室连接。本实施例中，每一所述冷却水腔室51、52各自通过对应的两根注水管道511和512或者521和522连接所述压力容器3底部的一个相应的注入点。一般一个压力容器3建议预先设置2-8个注入点。每一根注水管道上511、512、521、522靠近所连接的冷却水腔室的上游位置设置有注水阀513、514、523、524，每一根注水管道上511、512、521、522靠近压力容器3的下游位置设置有一个预防压力容器3的冷却剂流出的逆止阀515、516、525、526。

其中，所述压力容器3与蒸汽发生器4之间连接有热管段7和冷管段8，热管段7的位于反应堆存水坑2外部的位置连接有一设置了稳压器91和稳压器专用释放阀92的释放管道，稳压器91在稳压器专用释放阀92的上游，回流管道的出口对着反应堆存水坑2或者伸入到反应堆存水坑2内部。冷管段8的位于反应堆存水坑2内部的位置连接有一设置了回流注入阀62的回流注入管道61，整个回流注入管道61都位于反应堆存水坑2内部。

优选的，所述注水阀513、514、523、524和回流注入阀62均为电动遥控式阀门。

由于本实施例中，冷却水腔室的注水采用的是非能动注水方式，不用采用动力泵，所以冷却水腔室51、52的底部高于所述冷管段8以及所述热管段7。

结合考图2，优选的，当所述冷却水腔室的数量为多个时，相邻两个所述冷却水腔室之间的隔断上设置有腔室连接管道，所述腔室连接管道上设置有腔室隔离阀。比如本实施例中左右两个冷却水腔室51、52之间有两个隔断，该两个隔断分别对应设置了腔室连接管道501、503，腔室连接管道501、503上各自设置有腔室隔离阀502、504。设置腔室连接管道和腔室隔离阀的目的是，当某个冷却水腔室的注水管道发生断裂或者损坏时，与所述某个冷却水腔室连接的注水阀被关闭，且该某个冷却水腔室的隔断上的腔室连接管道的腔室隔离阀被打开。

在核电厂发生全厂断电事故时，整个系统的运作如下：所述稳压器专用释放阀92被打开，使反应堆冷却剂系统快速卸压，当压力容器内的压力＜0.3MPa时注水阀513、514、523、524被打开，注水管道511、512、521、522向压力容器3注入冷却剂。早期进入压力容器3的冷却剂被加热为蒸汽并通过打开稳压器专用释放阀92可以使其排放到反应堆存水坑2内，当压力容器3内的压力与反应堆存水坑2内的压力相等时，通过稳压器专用释放阀92排放到反应堆存水坑2内的是汽水混合物或者冷却剂。当反应堆存水坑2的水位上升至第一高度(本实施例中所述第一高度为所述反应堆存水坑2的顶部位置所对应的高度)时，为了节约冷却剂，注水阀513、514、523、524被关闭并且回流注入阀62被打开，所述反应堆存水坑2内的部分冷却剂通过所述回流注入管61道回流进入压力容器3的堆芯内，当所述反应堆存水坑2的水位降低到第二高度(本实施例中，所述第二高度为所述热管段所在的高度)时，注水阀513、514、523、524被再次打开并且回流注入阀62被关闭，继续向压力容器3与堆芯注水，压力容器3外部和内部的堆芯同冷却剂冷却，保证堆芯燃料的完整性。

需要说明的是，第一高度、第二高度可以根据实际情形做调整，第一高度大于第二高度。水位是否到达第一高度、第二高度，可以通过在第一高度、第二高度的位置设置相应的传感器，一旦传感器检测到信号，可以通过相应的信号标提示用户。

实施例二

基于与实施例一相同的发明构思，实施例二公开一种堆芯冷却方法，方法基于实施例一中的系统实现。本实施例的方法包括：

在核电厂发生全厂断电事故时，执行以下操作：

S100、打开稳压器专用释放阀和注水阀，注水管道以非能动的方式向压力容器与堆芯注入冷却剂，所述释放管道将从堆芯进入热管段中的蒸汽、汽水混合物或者冷却剂排放到所述反应堆存水坑内；

S200、当所述反应堆存水坑的水位上升至第一高度时，执行步骤S300；当所述反应堆存水坑的水位降低到第二高度，建议所述第一高度取所述反应堆存水坑的顶部位置所对应的高度，所述第二高度取所述热管段所在的高度。

S300、关闭注水阀并打开回流注入阀，所述反应堆存水坑内的部分冷却剂通过所述回流注入管道以非能动的方式回流进入压力容器与堆芯，回转步骤S200继续监测水位；

S400、再次打开注水阀并关闭回流注入阀，回转步骤S200继续监测水位。

优选的，方法还包括：当某个冷却水腔室的注水管道发生断裂或者损坏时，关闭与所述某个冷却水腔室连接的注水阀，且打开该某个冷却水腔室的隔断上的腔室连接管道的腔室隔离阀。

综上所述，本发明的堆芯冷却系统，具有以下有益效果：本发明在核电厂发生全厂断电事故时，稳压器专用释放阀和注水阀被打开，注水管道以非能动的方式向压力容器与堆芯注入冷却剂，实现对压力容器内部进行冷却的目的，而且所述稳压器将热管段中的蒸汽、汽水混合物或者冷却剂排放到所述反应堆存水坑内，从而对压力容器外部进行冷却，如此压力容器同时被内部和外部的冷却剂冷却，实现双面冷却效果；进一步地，为了节约冷却剂，当所述反应堆存水坑的水位上升至第一高度时，注水阀被关闭并且回流注入阀被打开，所述反应堆存水坑内的部分冷却剂通过所述回流注入管道以非能动的方式回流进入压力容器内部；再进一步地，为了防止压力容器干烧，当所述反应堆存水坑的水位降低到第二高度时，注水阀被打开并且回流注入阀被关闭。

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 (10)

1.一种堆芯冷却系统，其特征在于，包括双层安全壳、反应堆存水坑、内部设置堆芯的压力容器以及蒸汽发生器，所述双层安全壳包括安全壳内墙和安全壳外墙，所述安全壳内墙和安全壳外墙之间形成至少一个存储冷却剂的冷却水腔室，所述反应堆存水坑位于所述安全壳内墙内，所述压力容器设置于所述反应堆存水坑中，所述压力容器通过设置了注水阀的注水管道与所述冷却水腔室连接，所述压力容器与蒸汽发生器之间的热管段连接有一释放管道，所述释放管道上设置有稳压器和稳压器专用释放阀；

在核电厂发生全厂断电事故时，所述稳压器专用释放阀和注水阀被打开，注水管道以非能动的方式向压力容器与堆芯注入冷却剂，所述释放管道将从堆芯进入热管段中的蒸汽、汽水混合物或者冷却剂排放到所述反应堆存水坑内。

2.根据权利要求1所述的堆芯冷却系统，其特征在于，所述压力容器与蒸汽发生器之间的冷管段连接有一设置了回流注入阀的回流注入管道；

当所述反应堆存水坑的水位上升至第一高度时，注水阀被关闭并且回流注入阀被打开，所述反应堆存水坑内的部分冷却剂通过所述回流注入管道以非能动的方式回流进入压力容器与堆芯，当所述反应堆存水坑的水位降低到第二高度时，注水阀被打开并且回流注入阀被关闭，其中，所述第一高度大于所述第二高度。

3.根据权利要求1所述的堆芯冷却系统，其特征在于，所述第一高度为所述反应堆存水坑的顶部位置所对应的高度，所述第二高度为所述热管段或者冷管段所在的高度。

4.根据权利要求1所述的堆芯冷却系统，其特征在于，所述安全壳内墙和安全壳外墙之间形成多个所述冷却水腔室，相邻两个所述冷却水腔室之间的隔断上设置有腔室连接管道，所述腔室连接管道上设置有腔室隔离阀；

当某个冷却水腔室的注水管道发生断裂或者损坏时，与所述某个冷却水腔室连接的注水阀被关闭，且该某个冷却水腔室的隔断上的腔室连接管道的腔室隔离阀被打开。

5.根据权利要求1所述的堆芯冷却系统，其特征在于，所述冷却水腔室的底部高于所述冷管段以及所述热管段。

6.根据权利要求1所述的堆芯冷却系统，其特征在于，每一所述冷却水腔室通过两根所述注水管道连接所述压力容器底部的一个相应的注入点。

7.根据权利要求1所述的堆芯冷却系统，其特征在于，每一根所述注水管道上设置有一个预防压力容器内的冷却剂流出的逆止阀。

8.一种基于权利要求1-7任一项所述系统的堆芯冷却方法，其特征在于，方法包括：在核电厂发生全厂断电事故时，打开稳压器专用释放阀和注水阀，注水管道以非能动的方式向压力容器与堆芯注入冷却剂，所述释放管道将从堆芯进入热管段中的蒸汽、汽水混合物或者冷却剂排放到所述反应堆存水坑内。

9.根据权利要求8所述的堆芯冷却方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述反应堆存水坑的水位上升至第一高度时，关闭注水阀并打开回流注入阀，所述反应堆存水坑内的部分冷却剂通过所述回流注入管道以非能动的方式回流进入压力容器与堆芯；

当所述反应堆存水坑的水位降低到第二高度时，再次打开注水阀并关闭回流注入阀。

10.根据权利要求8所述的堆芯冷却方法，其特征在于，所述方法还包括：

当某个冷却水腔室的注水管道发生断裂或者损坏时，关闭与所述某个冷却水腔室连接的注水阀，且打开该某个冷却水腔室的隔断上的腔室连接管道的腔室隔离阀。

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