CN111508623B - 船用承压安全壳超压保护装置及其应用 - Google Patents

船用承压安全壳超压保护装置及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了船用承压安全壳超压保护装置及其应用，超压保护装置包括设置在安全壳内的双向安全阀、爆破阀和可拆卸排放管，其中，可拆卸排放管与安全壳壁面连接，所述双向安全阀和爆破阀均安装在可拆卸排放管上，且双向安全阀位于安全壳壁面与爆破阀之间；爆破阀的开启定值低于安全阀起跳定值。本发明对内可实现在安全壳内面临超压时受控适当排出壳内流体，保证安全壳的完整性；对外当遭遇沉没等极端工况时，可以连通海水和安全壳，同时引海水入壳，保证安全壳的完整性对内可实现在安全壳内面临超压时受控适当排出壳内流体，保证安全壳的完整性。

Description

船用承压安全壳超压保护装置及其应用
技术领域
本发明涉及船用承压安全壳超压完整性设计技术领域，具体涉及船用承压安全壳超压保护装置及用于船用核动力系统安全壳超压保护或船用其他具有承压要求安全壳内部或外部超压保护。
背景技术
对于船用压水堆，其安全壳设计有一定的对内承压能力，主要用于承受冷却剂破口事故及主蒸汽管道破裂事故后向安全壳喷放而产生的高压，从而实现事故后放射性包容的安全要求，为了适当降低安全壳对内的承压能力，存在事故后安全壳超压保护的需求，目前核电厂设计一般考虑增设安全壳抑压系统等手段。安全壳对外也有一定的承压能力，能够承受外界的冲击；考虑船舶的极限事故，核动力船舶存在沉没的可能，为了避免在船舶沉没过程中外界水压对安全壳的破坏，同时为了保证反应堆的长期冷却，需要考虑以适当的方式平衡内外部压力，同时依赖海水长期冷却堆芯。
然而对于船用核动力系统，传统的增设抑压系统将增加舱室空间及重量，并非优选方案，同时也解决不了沉船工况对安全壳的危害。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明通过设置一种船用承压安全壳超压保护装置，对内可实现当安全壳内面临超压时适当排出壳内流体，保证安全壳的完整性；对外当遭遇沉没等极端工况时，可以连通海水和安全壳，引海水入壳，保证安全壳的完整性。
本发明通过下述技术方案实现：
船用承压安全壳超压保护装置，包括设置在安全壳内的双向安全阀、爆破阀和可拆卸排放管，其中，可拆卸排放管与安全壳壁面连接，所述双向安全阀和爆破阀均安装在可拆卸排放管上，且双向安全阀位于安全壳壁面与爆破阀之间；爆破阀的开启定值低于安全阀起跳定值。
本发明的保护装置为非能动装置，当安全壳壳内压力高于爆破阀开启定值时，阀门自动开启，其后安全阀承担安全壳超压保护功能；当安全壳壳外压力高于安全阀起跳定值时，安全阀首先开启，之后触发爆破阀开启，连通海水和安全壳，引海水入壳。
优选的，本发明的双向安全阀在正常情况下处于关闭状态；当上游或下游压力高于安全阀起跳定值后，安全阀自动开启，实现安全壳壳内流体的排出或海水的流入；当安全阀阀门内或外压力降低后，阀门自动回座，保持安全壳压力边界的完整性。
优选的，本发明的爆破阀在正常情况下关闭，作为安全壳压力边界的部分；根据上游或下游压力高于开启定值自动爆破开启。
优选的，本发明的可拆卸排放管不仅作为超压保护装置的流体管道，同时还能在检修时可以拆卸，则可通过安全壳壁面的开口(及可拆卸排放管与安全壳壁面的连接孔)进行检修。具体的本发明的可拆卸排放管与安全壳壁面通过法兰连接，在检修时可拆卸，之后安全壳开口作为检修孔。
为了避免海水杂质对阀门的堵塞，优选的，本发明的保护装置还包括海水滤网，所述海水滤网设置在安全壳开口，用于海水流入安全壳的情况下，过滤海水杂质，避免安全阀卡开。
优选的，为了在将本发明的保护装置应用于有放射性物质的系统时，保障相关工作人员及环境的安全。本发明的保护装置还包括放射性气溶胶滤网，所述放射性气溶胶滤网设置在可拆卸排放管壳内端端口处，用于安全壳内超压保护工况下，过滤排出流体的放射性物质。
优选的，为了在将本发明的保护装置应用于放射性系统时，保障相关工作人员及环境的安全。本发明的保护装置还包括屏蔽层，固定在可拆卸排放管的壳内端，在装置运行时对壳外人员及环境提供放射屏蔽。
另一方面，本发明还提出了船用核动力系统安全壳超压保护系统，采用上述船用承压安全壳超压保护装置，对内能够实现在安全壳内面临超压时受控适当排出壳内流体，保证安全壳的完整性；对外当安全壳外遭遇极端工况时，能够连通海水和安全壳以引海水入壳，保证安全壳的完整性，同时排出反应堆余热，保证反应堆的安全。
本发明的船用承压安全壳超压保护装置应用于船用核动力系统时，通过非能动触发，自动保护，实现超压保护或海水联通的功能，提高核反应堆运行可靠性。另外，本发明的船用承压安全壳超压保护装置还能够应用于其他船用需要承压的安全壳超压保护。
优选的，本发明的安全壳内面临超压的情况包括冷却剂破口事故或主蒸汽管道破裂事故后向安全壳喷放而产生的高压。
优选的，本发明的安全壳遭遇的极端工况包括船舶沉没过程中外界水压对安全壳的破坏。
本发明具有如下的优点和有益效果：
本发明提供了一种船用承压安全壳超压保护装置，该装置对内可实现在安全壳内面临超压时受控适当排出壳内流体，保证安全壳的完整性；对外当遭遇沉没等极端工况时，可以连通海水和安全壳，同时引海水入壳，保证安全壳的完整性对内可实现在安全壳内面临超压时受控适当排出壳内流体，保证安全壳的完整性。
本发明的超压保护装置应用范围广，既能够应用于船用核动力系统安全壳的超压保护，还能够应用于其他船用需要承压的安全壳的超压保护。在应用于船用核动力系统安全壳的超压保护时，因为该装置属于非能动系统，既可实现在安全壳内外超压时提供保护功能，同时还能排出反应堆余热，保证反应堆的安全，提高核反应堆运行可靠性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的装置结构示意图。
图中：1.安全壳壁；2.海水滤网；3.双向安全阀；4.爆破阀；5.放射性滤网；6.屏蔽层；7.可拆卸排放管。
具体实施方式
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提出了船用承压安全壳超压保护装置。
本实施例通过设置超压保护装置，对内可实现在安全壳内面临超压时，适当排出壳内流体，保证安全壳的完整性；对外当遭遇沉没等极端工况时，可以连通海水和安全壳，引海水入壳，避免安全壳受内外压差而损毁。
具体如图1所示，本实施例的超压保护装置包括设置在安全壳内的双向安全阀、爆破阀和可拆卸排放管，其中，可拆卸排放管与安全壳壁面连接，所述双向安全阀和爆破阀均安装在可拆卸排放管上，且双向安全阀位于安全壳壁面与爆破阀之间；爆破阀的开启定值低于安全阀起跳定值。
具体在本实施例中，超压保护装置的工作原理为：
超压保护装置为非能动系统，当壳内压力高于爆破阀压力时，阀门自动开启，其后安全阀承担安全壳超压保护功能；当壳外压力高于安全阀定值时，安全阀首先开启，之后触发爆破阀开启，连通海水和安全壳，引海水入壳。
具体的，在本实施例中：
双向安全阀：在正常情况下处于关闭状态；当上游或下游压力高于安全阀整定值后，阀门自动开启，实现壳内流体的排出或海水的流入，当阀门内或外压力降低后，阀门自动回座，保持安全壳边界的完整性。
爆破阀：正常情况下关闭，作为安全壳压力边界的部分；根据上游或下游压力高于定值自动爆破开启。该阀门的开启定值可考虑稍低于安全阀起跳定值。
可拆卸排放管：作为超压保护系统的流体管道，安全阀及爆破阀均安装在管道上，与安全壳壁面通过法兰连接，在检修式可以拆卸，之后安全壳开口可作为检修孔，便于检修人员进行检修。
本实施例中，为了防止海水中的杂质堵塞安全阀，影响保护装置的运行，本实施例的超压保护装置还包括海水滤网。其中，海水滤网主要用来海水流入安全壳的情况下，过滤海水杂质，避免安全阀卡开。
本实施例中，为了在应用于放射性系统时，防止放射性物质对操作人员和环境的危害，保证相关人员和环境的安全，本实施例的超压保护装置还包括放射性气溶胶滤网和屏蔽层，其中，放射性气溶胶滤层设置在可拆卸排放管壳内端端口，用来安全壳内超压保护工况下，过滤排出流体的放射性物质。
屏蔽层作为放射性屏蔽层，固定在可拆卸联通管的壳内端，在装置运行中对壳外人员及环境提供放射屏蔽。
本实施例的超压保护装置能够应用于船用核动力系统安全壳的超压保护，也能够应用于其他船用承压安全壳的超压保护。
实施例2
本实施例提出了船用核动力系统安全壳超压保护系统，该超压保护系统采用上述实施例1提出的船用承压安全壳超压保护装置实现超压保护。
通过在核动力系统安全壳内设置安全壳超压保护装置，对内可实现在安全壳内面临超压(冷却剂破口事故及主蒸汽管道破裂事故后向安全壳喷放而产生的高压)时，适当排出壳内流体，保证安全壳的完整性；对外当船舶遭遇沉没等极端工况时，可以连通海水和安全壳，引海水入壳，避免安全壳受内外压差而损毁，同时保持长期内排出反应堆余热，保证反应堆的安全。
本实施例的超压保护系统是针对核动力船舶，提出的安全壳内外面临超压时的超压保护技术，既可以避免安全超压，保证安全壳屏障的完整性，同时适当降低安全壳的设计压力，减轻系统的重量；也可以在极端情况下通过海水冷却反应堆，屏蔽放射性物质，提高了装备的核安全水平。该设计充分考虑了舰船用核动力的特点，有利于提高系统的安全性和综合性能，具有良好的应用前景，可用于核动力船舶、浮动式核电站等设计中，也可被水下核动力舰船设计所参考。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.船用承压安全壳超压保护装置，其特征在于，包括设置在安全壳内的双向安全阀、爆破阀和可拆卸排放管，其中，可拆卸排放管与安全壳壁面连接，所述双向安全阀和爆破阀均安装在可拆卸排放管上，且双向安全阀位于安全壳壁面与爆破阀之间；爆破阀的开启定值低于安全阀起跳定值。
2.根据权利要求1所述的超压保护装置，其特征在于，所述双向安全阀在正常情况下处于关闭状态；当上游或下游压力高于安全阀起跳定值后，安全阀自动开启，实现安全壳壳内流体的排出或海水的流入；当安全阀阀门内或外压力降低后，阀门自动回座，保持安全壳压力边界的完整性。
3.根据权利要求2所述的超压保护装置，其特征在于，所述爆破阀正常情况下关闭，作为安全壳压力边界的部分；根据上游或下游压力高于开启定值自动爆破开启。
4.根据权利要求3所述的超压保护装置，其特征在于，所述可拆卸排放管与安全壳壁面通过法兰连接，在检修时可拆卸，之后安全壳开口作为检修孔。
5.根据权利要求1-4任一项所述的超压保护装置，其特征在于，还包括海水滤网，所述海水滤网设置在安全壳开口，用于海水流入安全壳的情况下，过滤海水杂质，避免安全阀卡开。
6.根据权利要求1-4任一项所述的超压保护装置，其特征在于，还包括放射性气溶胶滤网，所述放射性气溶胶滤网设置在可拆卸排放管壳内端端口处，用于安全壳内超压保护工况下，过滤排出流体的放射性物质。
7.根据权利要求1-4任一项所述的超压保护装置，其特征在于，还包括屏蔽层，固定在可拆卸排放管的壳内端，在装置运行时对壳外人员及环境提供放射屏蔽。
8.船用核动力系统安全壳超压保护系统，其特征在于，采用上述权利要求1-7任一项所述的船用承压安全壳超压保护装置，对内能够实现在安全壳内面临超压时受控适当排出壳内流体，保证安全壳的完整性；对外当安全壳外遭遇极端工况时，能够连通海水和安全壳以引海水入壳，保证安全壳的完整性，同时排出反应堆余热，保证反应堆的安全。
9.根据权利要求8所述的超压保护系统，其特征在于，安全壳内面临超压的情况包括冷却剂破口事故或主蒸汽管道破裂事故后向安全壳喷放而产生的高压。
10.根据权利要求8所述的超压保护系统，其特征在于，安全壳遭遇的极端工况包括船舶沉没过程中外界水压对安全壳的破坏。
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