CN111430050A - 一种反应堆二次侧非能动余热排出系统及使用方法 - Google Patents

一种反应堆二次侧非能动余热排出系统及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种反应堆二次侧非能动余热排出系统及使用方法，包括非能动余热排出系统入口管道(2)、非能动余热排出系统入口隔离阀(3)、热交换器(4)、非能动余热排出系统出口管道(5)、汽动泵(6)、汽动泵出口隔离阀(7)、汽动泵出口管道(8)、汽动泵旁路管道(9)、汽动泵旁路隔离阀(10)、汽动泵蒸汽入口管道(11)、汽动泵入口隔离阀(12)、水箱(13)及蒸汽发生器(14)；该系统利用汽化及冷凝的方式，依靠密度差驱动流体在系统内形成自然循环，带出堆芯余热带出堆芯余热。

Description

一种反应堆二次侧非能动余热排出系统及使用方法
技术领域
本发明属于反应堆安全系统领域，具体涉及反应非能动堆余热排出系统。
背景技术
反应堆正常运行时，通过蒸汽发生器带出反应堆堆芯裂变释热，从而保证核岛及常规岛稳定运行。一旦蒸汽发生器不可用，则需要考虑在电厂安全系统中配置反应堆堆芯余热排出系统，以导出反应堆堆芯衰变热，防止堆芯恶化并发展为严重事故。如丧失主给水事故后，蒸汽发生器带热能力有限，堆芯释热与蒸汽发生器带热失配，此时如无有效的排热系统替代蒸汽发生器，堆芯热量将无法导出，引起堆芯升温恶化甚至发生堆芯熔化。
传统核电厂中采用能动的余热排出系统带出堆芯衰变热，这一类能动系统严重依赖于外部动力，而一旦外部动力不可用，堆芯余热将无法持续被带出，如无安全缓解措施，电厂最终将发展为严重事故，甚至造成大量放射性释放危害。
福岛事故发生后，非能动技术以其安全性、可靠性、经济性受到越来越多的关注，该技术不依靠外部输入(力、功率或者信号、人工操作)，它们的效果取决于自然物理规律(例如重力、自然对流、热传导等)、固有特性(如材料属性等)，或者系统内的能量(如化学反应、衰变热等)。非能动安全系统的应用，使系统处于失效安全状态，提高了系统的安全性，使堆芯熔化的概率降低1至2个数量级。
现有的非能动余热排出系统存在启动速度慢、带热不稳定的问题。本发明利用非能动的技术理念，在蒸汽发生器二次侧配置非能动余热排出系统，利用系统环路内汽化及冷凝，高效、稳定地带出堆芯余热，并将核电厂带至安全稳定状态。
发明内容
本发明采用非能动安全的设计理念，将电厂带至安全稳定状态，减少设备的在役检查及维护，提高系统的安全性和经济性。
为了实现以上目的，本发明提供一种反应堆二次侧非能动余热排出系统，包括非能动余热排出系统入口管道(2)、非能动余热排出系统入口隔离阀(3)、热交换器(4)、非能动余热排出系统出口管道(5)、汽动泵(6)、汽动泵出口隔离阀(7)、汽动泵出口管道(8)、汽动泵旁路管道(9)、汽动泵旁路隔离阀(10)、汽动泵蒸汽入口管道(11)、汽动泵入口隔离阀(12)、水箱(13)及蒸汽发生器(14)；
所述非能动余热排出系统入口管道(2)一端与蒸汽发生器(14)二次侧出口相连，所述非能动余热排出系统入口管道(2)另一端与所述热交换器(4)入口相连，所述非能动余热排出系统入口管道(2)上设置有所述非能动余热排出系统入口隔离阀(3)，所述非能动余热排出系统出口管道(5)的一端与所述热交换器(4)出口相连，所述非能动余热排出系统出口管道(5)的另一端与所述汽动泵(6)入口相连，所述汽动泵出口管道(8)的一端与所述汽动泵(6)出口相连，所述汽动泵出口管道(8)上设置有所述汽动泵出口隔离阀(7)，所述汽动泵出口管道(8)的另一端与所述蒸汽发生器(14)二次侧给水入口相连；
所述汽动泵旁路管道(9)的一端与所述汽动泵(6)的入口相连，所述汽动泵旁路管道(9)的另一端与所述蒸汽发生器(14)二次侧给水入口相连，所述汽动泵旁路隔离阀(10)设置在所述汽动泵旁路管道(9)上；
所述热交换器(4)固定于所述水箱(13)内，所述水箱(13)底部标高高于所述蒸汽发生器(14)顶部标高；
所述汽动泵蒸汽入口管道(11)的一端与所述非能动余热排出系统入口隔离阀(3)的出口相连，所述汽动泵蒸汽入口管道(11)的另一端与所述汽动泵(6)的蒸汽入口相连，所述汽动泵入口隔离阀(12)设置于所述汽动泵蒸汽入口管道(11)上。
优选的，所述热交换器(4)的入口位于所述水箱(13)的顶部，所述热交换器(4)的出口位于所述水箱(13)的底部。
优选的，系统包括回流槽(15)、回流管线(16)；所述回流槽(15)与所述安全壳(1)相连，所述回流管线(16)的一端与所述回流槽(15)的底部相连，另一端位于水箱(13)上方。
优选的，所述非能动余热排出系统入口隔离阀(3)、所述汽动泵出口隔离阀(7)、所述汽动泵旁路隔离阀(10)、汽动泵入口隔离阀(12)为电动隔离阀，实现缓慢开闭。
本发明还提供了一种反应堆二次侧非能动余热排出系统的使用方法，正常开启：同时缓慢开启所述入口隔离阀(3)、所述汽动泵入口隔离阀(12)、所述汽动泵出口隔离阀(7)；
当监测到系统流量较低时，关闭所述汽动泵出口隔离阀(7)及所述汽动泵入口隔离阀(12)，开启所述汽动泵旁路隔离阀(10)。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、采用非能动的安全设计理念，不依赖外部驱动力(如：电源等)，极大地减低系统失效概率，提升系统的安全性。
2、通过在蒸汽发生器二次侧配置非能动余热排出系统，采用非能动的设计理念，利用汽化及冷凝的方式，依靠密度差驱动流体在系统内形成自然循环，带出堆芯余热带出反应堆堆芯余热。
3、汽动泵的设置一方面保证了系统投入初期稳定性的快速建立，另一方面也加强了系统环路流体的流动，增强了系统的带热能力。汽动泵不依赖于外部动力，具有非能动设计理念，使得设备得到简化，提高系统的安全性和经济性。
附图说明
图1为二次侧余热排出系统示意图；
其中：1—安全壳；2—非能动余热排出系统入口管道；3—非能动余热排出系统入口隔离阀；4—热交换器；5—非能动余热排出系统出口管道；6—汽动泵；7—汽动泵出口隔离阀；8—汽动泵出口管道；9—汽动泵旁路管道；10—汽动泵旁路隔离阀；11—汽动泵蒸汽入口管道；12—汽动泵入口隔离阀；13—水箱；14—蒸汽发生器；15—回流槽；16—回流管线。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本系统的一个较佳实施例的示意图，包括安全壳1、非能动余热排出系统入口管道2、非能动余热排出系统入口隔离阀3、热交换器4、非能动余热排出系统出口管道5、汽动泵6、汽动泵出口隔离阀7、汽动泵出口管道8、水箱13及蒸汽发生器14；非能动余热排出系统入口管道2的一端与蒸汽发生器14的二次侧出口相连，非能动余热排出系统入口管道2的另一端与热交换器4的入口相连，非能动余热排出系统入口隔离阀3设置于非能动余热排出系统入口管道2上，热交换器4固定于水箱13内，非能动余热排出系统出口管道5的一端与热交换器4的出口相连，另一端与汽动泵6的入口相连，汽动泵出口管道8的一端与汽动泵6的出口相连，另一端与蒸汽发生器14的二次侧给水入口相连，汽动泵出口隔离阀7设置于汽动泵出口管道8上，汽动泵蒸汽入口管道11一端与非能动余热排出系统入口隔离阀3的出口相连，另一端与汽动泵6的蒸汽入口相连，汽动泵入口隔离阀12设置于汽动泵蒸汽入口管道11上，上述设备设置于安全壳1内。
本发明的一个实施例中，水箱13的底部标高高于蒸汽发生器14的顶部标高，热交换器入口位于顶部，出口位于底部，还包括回流槽15、回流管线16。回流槽15与安全壳1相连，回流管线16的一端与回流槽15的底部相连，另一端位于水箱13上方。
本发明的另一实施例中，还包括汽动泵旁路管道9、汽动泵旁路隔离阀10；在系统流量较低时，气动泵旁路隔离阀10打开，汽动泵出口隔离阀7关闭。非能动余热排出系统入口隔离阀3、汽动泵出口隔离阀7、汽动泵旁路隔离阀10、汽动泵入口隔离阀12为电动隔离阀，实现缓慢开闭。
以下对本发明的运行原理进行说明。
当电厂蒸汽发生器不可用时，堆芯热量无法经由蒸汽发生器导出，如无热量导出途径，反应堆一回路将不断升温升压，堆芯将不断恶化，直至严重事故的发生。在事故(如丧失主给水事故)发生后，可由非能动二次侧余排触发信号(如丧失主给水事故会触发蒸汽发生器低液位信号)启动非能动二次侧余热排出系统，非能动余热排出系统入口隔离阀3、汽动泵入口隔离阀12、汽动泵出口隔离阀7同时缓慢开启，蒸汽发生器中的蒸汽一部分进入热交换器，另一部分则通过管线通往汽动泵并驱动其做功，热交换器中的蒸汽经冷却后由汽动泵驱动流入蒸汽发生器二次侧给水入口。当监测到系统流量较低时，表明汽动泵驱动力低于自然循环驱动力，此时关闭汽动泵出口隔离阀7及汽动泵入口隔离阀12，并开启汽动泵旁路隔离阀10，冷却后的流体经汽动泵旁路管道9流入蒸汽发生器二次侧给水入口。水箱中的水将不断被加热直至饱和并蒸发，蒸汽经安全壳内壁面冷却后回流到回流槽15中，通过回流管线流入水箱13，安全壳内壁面的热量经导热被带至外壁面，并最终经对流换热等方式排入大气环境。事故过程中，随着系统持续带热以及堆芯衰变热的降低，系统带热能力最终与堆芯衰变热匹配，电厂不再可能发生更严重的事故工况。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种反应堆二次侧非能动余热排出系统，其特征在于，包括非能动余热排出系统入口管道(2)、非能动余热排出系统入口隔离阀(3)、热交换器(4)、非能动余热排出系统出口管道(5)、汽动泵(6)、汽动泵出口隔离阀(7)、汽动泵出口管道(8)、汽动泵旁路管道(9)、汽动泵旁路隔离阀(10)、汽动泵蒸汽入口管道(11)、汽动泵入口隔离阀(12)、水箱(13)及蒸汽发生器(14)；
所述非能动余热排出系统入口管道(2)一端与所述蒸汽发生器(14)二次侧出口相连，所述非能动余热排出系统入口管道(2)另一端与所述热交换器(4)入口相连，所述非能动余热排出系统入口管道(2)上设置有所述非能动余热排出系统入口隔离阀(3)，所述非能动余热排出系统出口管道(5)的一端与所述热交换器(4)出口相连，所述非能动余热排出系统出口管道(5)的另一端与所述汽动泵(6)入口相连，所述汽动泵出口管道(8)的一端与所述汽动泵(6)出口相连，所述汽动泵出口管道(8)上设置有所述汽动泵出口隔离阀(7)，所述汽动泵出口管道(8)的另一端与所述蒸汽发生器(14)二次侧给水入口相连；
所述汽动泵旁路管道(9)的一端与所述汽动泵(6)的入口相连，所述汽动泵旁路管道(9)的另一端与所述蒸汽发生器(14)二次侧给水入口相连，所述汽动泵旁路隔离阀(10)设置在所述汽动泵旁路管道(9)上；
所述热交换器(4)固定于所述水箱(13)内，所述水箱(13)底部标高高于所述蒸汽发生器(14)顶部标高；
所述汽动泵蒸汽入口管道(11)的一端与所述非能动余热排出系统入口隔离阀(3)的出口相连，所述汽动泵蒸汽入口管道(11)的另一端与所述汽动泵(6)的蒸汽入口相连，所述汽动泵入口隔离阀(12)设置于所述汽动泵蒸汽入口管道(11)上。
2.根据权利要求1所述的一种反应堆二次侧非能动余热排出系统，其特征在于，所述热交换器(4)的入口位于所述水箱(13)的顶部，所述热交换器(4)的出口位于所述水箱(13)的底部。
3.根据权利要求1所述的一种反应堆二次侧非能动余热排出系统，其特征在于，包括回流槽(15)和回流管线(16)；
所述回流槽(15)与所述安全壳(1)相连，所述回流管线(16)的一端与所述回流槽(15)的底部相连，另一端位于水箱(13)上方。
4.根据权利要求1所述的一种反应堆二次侧非能动余热排出系统，其特征在于，所述非能动余热排出系统入口隔离阀(3)、所述汽动泵出口隔离阀(7)、所述汽动泵旁路隔离阀(10)、所述汽动泵入口隔离阀(12)为电动隔离阀，实现缓慢开闭。
5.根据权利要求1-4中所述的任一一种反应堆二次侧非能动余热排出系统的使用方法，其特征在于，正常开启时：同时缓慢开启所述非能动余热排出系统入口隔离阀(3)、所述汽动泵入口隔离阀(12)、所述汽动泵出口隔离阀(7)；
当监测到系统流量较低时，关闭所述汽动泵出口隔离阀(7)及所述汽动泵入口隔离阀(12)，开启所述汽动泵旁路隔离阀(10)。
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