CN111247602A - 用于把核电厂紧急情况之后转入安全状态的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于在极端事件之后使核电站返回到安全状态的系统，包括:进料管、排出管、蒸汽发生器、储罐和热交换器，还包括设置在高于蒸汽发生器的位置并通过两个管道连接到储罐的分离罐、泵和控制单元。换热器安装在出料管中；第一水阀安装在进料管中。分离罐通过其中安装有第二水阀的管道和其中安装有第一气阀的管道连接到储罐。还要求保护一种用于在极端事件之后将核电站返回到安全状态的方法。本发明通过提供将冷却剂的温度降低到沸点以下的可能性，同时通过分离蒸汽和水防止系统中发生水力冲击的可能性，提高了核电站在极端情况下的操作安全性。

Description

用于把核电厂紧急情况之后转入安全状态的方法和系统

技术领域

本发明组涉及核电厂使用安全领域，特别是，核动力装置应急排热方法和系统。

背景技术

目前原子能工业的主要问题在于反应堆在发生严重事故后的排热。据了解，停堆后，需要相当长一段时间才能从核动力装置排热。为了进行这种排热过程，可以使用正常喷淋冷却系统，但是，在紧急情况下，如飞机坠在布置有上述系统的安全厂房上时，这种系统的运行可能会受到干扰。以免极危险状况的发展，这些情况下应采用按非能动排热原理组织的系统，即当核电厂的全部供给系统断开时由于蒸汽动力而自动运行的系统。蒸汽在热交换器中凝结、散热并以已冷却的液体的形式返回。

有各种的蒸汽发生器非能动排热系统，其包括位于蒸汽发生器上方的分段式热交换器，所述热交换器通过入口管道和出口管道连接到所述蒸汽发生器。蒸汽发生器非能动排热系统操作下，来自蒸汽发生器的蒸汽经过入口管道进入热交换器中，散热，凝结之后所产生的水通过出口管道流回所述蒸汽发生器里。然而，上述系统只能把冷却剂的温度降至符合于水在适当条件下的沸腾温度的定值，即110-130摄氏度左右，因为它利用蒸汽凝结实现冷却。

同时，如今，对排热系统的要求日益提高，这意味着，所述系统中的水必须达到70摄氏度，这将允许通过抬起反应堆盖板进入反应堆并不担心其中的温度为130摄氏度的饱和水降压时沸腾及因此造成的热爆炸的风险。由此可见，使用，如，非能动排热系统的时候，需另行把第一回路中所循环的并蒸汽发生器非能动排热系统操作之后具有130摄氏度的水冷却至70摄氏度。因为在蒸汽发生器非能动排热系统中的水温度降到103摄氏度的那一刻之前，从事故开始发展的时候起大概过72个小时，这一时可以指望供电恢复，并且使用包括泵、阀门等等的主动排热系统。为此，可以使用水-

水型动力反应堆核电厂的第二回路冷却剂循环系统及与其连接的给水系统。但是，这时，会有与给水温度和蒸汽发生器中的蒸汽温度之间的差异，以及在某部分中具有负斜角的管道布置有关的一些问题，这可能导致汽塞和水力冲击的形成，进而破坏管道系统。本发明组的目的就在于上述问题的解决。

有各种用于从蒸汽发生器排热的不同应急排热系统。

有一种动力装置(俄罗斯联邦发明权申请号为95117882，公布于1997年10月10日)，其包括水-水反应堆，所述反应堆具有与蒸汽发生器倾斜连接的高温载热剂循环管路和已冷却的载热剂循环管路、蒸汽发生器非能动排热系统及带有进水管和出水管的蓄水池，其中的出水管与水-水反应堆连通，此时，所述进水管的自由端连接至已冷却的载热剂循环管路。

还有一种从水水型反应堆装置主循环泵除气的系统(俄罗斯联邦发明权号为2107344，公布于1998年3月20日)，包含反应堆、所述反应堆的堆芯、主循环管道、带有水空间和蒸汽空间的稳压器、具有立式热集管和立式冷集管的蒸汽发生器、来自所述立式冷集管的气体的排除管道、所述除气管道上设有的停汽阀、上部连接有除气管道的主循环泵，所述与主循环泵的上部连通的除气管道便连接至立式冷集管的除气管道，直至除气管道的停汽阀前。

有一种应急排热系统(俄罗斯联邦发明专利号为2646859，公布于2018年2月19日)，其包括通过升降支管和下降支管相互连接的换热加热器和换热冷却器、借助于管道连通于下降支管的储水箱、以及在换热冷却器与储水箱之间接到下降支管的不凝气收集箱，并且储水箱和不凝气收集箱之间设有一个止回阀，止回阀和换热冷却器之间设有的是阀门控制。

有一种通过蒸汽发生器从压水反应堆非能动排热系统(俄罗斯实用新型专利号：96283，公布于2010年7月20日)，其包括至少一个冷却剂循环回路，所述冷却剂循环回路包括蒸汽发生器和在冷却水供给箱内部且位于蒸汽发生器上方的分段式热交换器，所述热交换器通过入口管道和出口管道连接到所述蒸汽发生器。此时，在所述出口管道上安装有具有不同标称孔径的启动阀。

与所申请系统最接近的技术方案为应急冷却系统(实用新型专利号为111336，公布于2011年12月10日)，其包括蒸汽支路和水支路、组合式热交换冷凝器、直流式蒸汽发生器、储水箱、用于应急冷却的储水罐、此时，所述储水罐内部配置将其分成两部分的隔板，储水罐的每一部分均与水位上方的上部大气连通，并且这些部分通过位于水位下方的隔板中的开口相互连接。

在上述系统的操作期间中，实现了用于把核电站转入安全工况的方法。

具体来说，在从水-水型反应堆装置的主循环泵除气的系统(俄罗斯联邦发明权号为2107344，公布于1998年3月20日)，本系统中实施了核电厂转入安全工况的方法，其包含蒸汽燃气混合气从主循环泵的上部经过除气管道到稳压器的蒸汽空间中的供给，并且其从立式冷集管经过除气管道11到稳压器的蒸汽空间中的供应，这是由于稳压器的蒸汽空间中存在的静水压力而进行的。在这种情况下，回路中不会出现蒸汽气体封，而自然循环-中断。

所述应急排热系统中(俄罗斯联邦发明专利号为2646859，公布于2018年2月19日)，借助于来自换热加热器中的蒸汽压缩升降支管的管道、集管和换热冷却器内的不凝气，把其作为较重的物体集中在回路的下部中后压到不凝气收集箱中。

所述通过蒸汽发生器从压水反应堆非能动排热系统中(俄罗斯实用新型专利号：96283，公布于2010年7月20日)，在紧急情况下，通过蒸汽发生器从压水反应堆非能动排热是由于一个或几个热交换器而进行的。此时，按有关的信号，打开启动装置的两个启动阀之中一个并进行系统的自动启动，随后，蒸汽发生器非能动排热系统的回路中便形成有自然循环。当蒸汽流冷凝于热交换器组件中时，热量便从蒸汽发生器传到储水箱中，所形成的冷凝水经过排水管流回上述的蒸汽发生器中，而来自上述非能动排热系统的热能进入时，储存箱内的水开始加热沸腾，所产生的二次蒸汽被排到周围环境里。

与所申请方法最接近的技术方案为具有组合式热交换器的应急冷却系统操作时所实施的方法(俄罗斯联邦发明专利号为111336，公布于2011年12月10日)，其中，在紧急情况下，通过截止阀把蒸汽发生器与核电厂的第二回路断开之后，打开另一个截止阀以把系统的水支管连接于蒸汽发生器，从而利用中间回路的水支管供应水，实现热量通过热交换冷凝器到储存箱内的水中的排除，使水加热蒸发，而使储存箱干燥之后将热量放到大气中。

上述冷却系统和方法的缺点为：因为其中所有的热交换工程均由于冷却剂沸腾和凝结实现，而不可能使用它们进行核反应堆冷却至低于沸腾点的温度。除此之外，这些系统中的蒸汽发生器和热交换器的相互位置是至关重要的，如果所述热交换器设于所述蒸汽发生器下方，那么，连泵的使用也不会解决冷却剂难以流动的问题，因为，在此情况下，冷却剂里存在的蒸汽将形成空气赛并导致水力冲击。

发明内容

该发明组的目的是创造一种用于把核电厂紧急情况之后转入安全状态、允许将核电厂冷却剂冷制沸腾点以下的温度，同时由于汽水分离而消除系统内产生水力冲击的可能性的系统和方法。

本发明组的技术结果为通过确保冷却剂冷制沸腾点以下的温度，同时由于汽水分离而消除系统内产生水力冲击的可能性的核电厂在紧急情况下的使用安全性的提高。

技术结果是以如下方式达到：在已知的包括供给管和排放管、蒸汽发生器、储存箱及热交换器的用于把核电厂紧急情况之后转入安全状态的系统中，另行置入设于蒸汽发生器上方并通过两个管道连接到储存箱的一个分离箱、泵和控制单元，此时，热交换器装在排放管内，第一个水阀装在供给管内，而分离箱通过设有第二个水阀的管道和设有第一个空气阀的管道与储存箱连通。

优先地，使用可排除蒸汽的除气器用作储存箱。

更加合理地，给储存箱装上连接到冷却剂外部源的补充加注管路。

建议给蒸汽发生器装上设有第二个空气阀的立式放气导管。

优先地，给上述系统装上连接于供给管道和排除管道并彼此平行装的几个蒸汽发生器。

更加合理地，把至少一部分供给管道制成有朝向分离箱上方的倾斜。

技术结果也通过如下方式达到：在已知的包括供给管和排放管、蒸汽发生器、储存箱及热交换器的用于把核电厂紧急情况之后转入安全状态的系统中，另行置入一个用于供给冷却剂及确保系统的随后操作的泵，保持并控制系统中的压力以保证冷却剂不沸腾，在蒸汽发生器之上安装个分离箱，并且将冷却剂送往储存箱里前预先把其送到分离箱里。

更加合理地，用水作为冷却剂。

优先地，把冷却剂从外部源送往储存箱里。

建议使用核电厂的补给水箱作为外部源。

更加合理地，保持储存箱和分离箱内的恒定水位。

当系统中的压力升到0.27兆帕以上的时候，优先地，打开第一个空气阀和第二个空气阀以使压力降到上述水平以下。

在供应冷却剂之前，建议将管道都加热到120-140度的温度。

当蒸汽压力降到98千帕时，更加合理地，打开第一个空气阀和第二个空气阀。

附图说明

图为用于把核电厂紧急情况之后转入安全状态的系统。

用于把核电厂紧急情况之后转入安全状态的系统由蒸汽发生器1、通过放气管道与蒸汽发生器连接的第二个空气阀2、装有第一个水阀5的供给管道3组成、所述供给管道3把蒸汽发生器1接上分离箱4，所述分离箱4是用配置第二个水阀6和第一个空气阀7的两个管道接到储存箱8的，所述储存箱是用设有泵10、热交换器11和第三个水阀12的排除管道9接到蒸汽发生器1的.优先实施方案中，储存箱是通过管道与不给水箱连接的(图上未示)。

具体实施方式

用于把核电厂紧急情况之后转入安全状态的系统在其优先实施方案中如下操作。核电厂的冷却剂温度以非能动排热系统，如蒸汽发生器非能动排热系统，或其他排热系统降至130摄氏度之后，系统的控制单元打开储存箱8和补给水管之间的阀门，从而让温度为25摄氏度的补给水流入储存箱8里，直至指定水位，打开第三个水阀12并关闭第一个水阀5，启动泵10，保持蒸汽发生器1内的一定水位(3.7米左右)，进行供给管道3和排除管道8的加热，同时，用第二个空气阀2在系统中维持约0.27兆帕的压力。然后，当分离箱4侧壁温度达到125摄氏度时，所述控制单元打开第一个水阀5并将其设定为液体流量的保持模式(系统使用四个蒸汽发生器1时，每个蒸汽发生器消耗大约7.5公斤/秒的液体)。此后，第一个空气阀7，跟第二个空气阀2一样，切换到把压力保持在约0.27兆帕水平上的模式开始工作，并且，当分离箱4内的水位达到一定数值之后，第二个水阀6以液位保持模式开始工作。保持上述蒸汽压力的水平，是为了避免蒸汽发生器内的饱和水沸腾。随后，蒸汽发生器1和管道都注水之后，第三个水阀12可以被切换到液体增大流量保持模式(四个蒸汽发生器-12.5公斤/秒、50公斤/秒的液体一共)。后来，反应堆被冷却至70摄氏度，这可能需要几天的时间。反应堆温度达到70摄氏度时，非能动排热系统便在所需的全部时间内实现余热的排除，最长可达60天。在这种情况下，在优先实施方案中，当所述系统中的压力低于98千帕时，第一个空气阀7和第二个空气阀2都沿其全部孔径打开并退出系统内压力保持模式，于此同时，蒸汽发生器中不再存在冷却剂沸腾的危险并没有需要调节压力，而大气压力足以进行最有效的热交换过程。所有的上述过程均是由控制单元控制的(图上未示)。

发明组的优先实施方案中，使用除气器用作储存箱8，并且使用用于核电厂正常运行中的水-水型动力反应堆第二回路的管道系统作为供给管道3和排除管道9，此时，除气器位于蒸汽发生器1的下方，而该种解决方案允许采用核电厂第二回路中现有的系统来把核电厂转入安全工况中，但是，在所申请系统的应急工作模式中，经过蒸汽管道3的不是蒸汽，而是汽-水混合物，且所以供给管道3的下降设计创造其中产生汽塞的条件，从而-水力冲击。正因为如此，给所述系统另装上设于蒸汽发生器1上方的分离箱4，且至少一部分供给管道3是朝向所述分离箱4的上方倾斜的。这种解决方案确保汽塞聚集的避免。除此之外，为了从蒸汽发生器1排除余热起见，在优先实施方案中，在所述系统中另外置入带有第二个空气阀2的立式放气管道，所述第二个空气阀2可在压力超过0.27兆帕时释放蒸汽压力，因为更低的压力可导致水沸腾，因此对管道系统的完整性构成威胁。放气管道可以制成得相当宽，直径达3米以下，以避免排气期间中湍流效应的形成。

除气器用作储存箱8的使用还允许使用其吹除系统，以把蒸汽从系统中除去。除此之外，水-水型动力反应堆核电厂堆的第二回路的其他标准系统的采用也是合理的。具体来说，在所申请发明组的优先实施方案中，核电厂的标准补给水系统用作补给水外源，水-水型动力反应堆的第二回路的标准泵用作泵，核电厂次要用户的标准冷却系统用作热交换器11。

补给水送入系统中时可以选择其流量，以使蒸汽发生器1及管道3和管道9都充满饱和水。由此可以避免因蒸汽与冷液体相碰而产生的冷凝性水力冲击。产生冷凝性水力冲击的主要条件之一是水相对于蒸汽的欠热，其临界值等于或大于15摄氏度。填充水过程中最可能形成冷凝性水力冲击的部分为蒸汽发生器1的集汽管。据测算，给上述系统注水时，更加合理地将水的温度保持接近饱和水的温度并只在管道3和管道9充满水之后才降低温度。

采用软件进行的计算表明，使用与本发明系统并列连接的四个蒸汽发生器及次要用户的给水系统和冷却系统中的水时，能够使核电厂从130至70摄氏度的冷却，且在60个小时之内不会产生任何水力冲击。除此之外，据测算，即使在所有的蒸汽发生器当中一台发生故障的情况下，按照前所提出的方法和系统使用三台蒸汽发生器进行系统的冷却还是相当安全并可使核电站在70摄氏度下进入安全状态。

工业应用

用于把核电厂紧急情况之后转入安全状态的方法和系统可应用于把水-水型动力反应堆核电厂在其受到极度紧急影响之后转入安全状态。

Claims (15)

1.一种包括供给管和排放管、蒸汽发生器、储存箱及热交换器的用于把核电厂紧急情况之后转入安全状态的系统，其特征在于：其另行置入有设于蒸汽发生器上方并通过两个管道连接到储存箱的一个分离箱、泵和控制单元，此时，热交换器装在排放管内，第一个水阀装在供给管内，而分离箱通过设有第二个水阀的管道和设有第一个空气阀的管道与储存箱连通。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：可排除蒸汽的除气器用作储存箱。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：储存箱装有连接到冷却剂外部源的补充加注管路。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：蒸汽发生器装装有配置第二个空气阀的立式放气导管。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：该系统装上连接于供给管道和排除管道并彼此平行装的几个蒸汽发生器。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：至少一部分供给管道制成有朝向分离箱上方的倾斜。

7.包括供给管和排放管、蒸汽发生器、储存箱及热交换器的一种用于把核电厂紧急情况之后转入安全状态的系统，其特征在于：其另行置入有一个用于供给冷却剂及确保系统的随后操作的泵，保持并控制系统中的压力以保证冷却剂不沸腾，在蒸汽发生器之上安装个分离箱，并且将冷却剂送往储存箱里前预先把其送到分离箱里。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于:水用作冷却剂。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于:把冷却剂从外部源送往储存箱里。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于:补给水箱用作外部源。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于:储存箱和分离箱内保持恒定水位。

12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于:

第一个空气阀和第二个空气阀的安装。

13.根据权利要求7所述的方法，其特征在于:当系统中的压力超过0.27兆帕的时候，打开第一个空气阀和第二个空气阀以使压力降到上述水平以下。

14.根据权利要求7所述的方法，其特征在于:在供应冷却剂之前，将管道都加热到120-140度的温度。

15.根据权利要求7所述的方法，其特征在于:当蒸汽压力降到98千帕时，打开第一个空气阀和第二个空气阀。

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