CN111785399B - 一种用于海洋核动力平台热量导出的系统 - Google Patents

一种用于海洋核动力平台热量导出的系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于海洋核动力平台热量导出的系统，涉及散热处理领域，包括热量导出部件和散热部件，所述热量导出部件包括与反应堆压力容器相连用于将反应堆压力容器内热水导出的热管段，以及与反应堆压力容器相连，用于将热管段导出的热水冷却后形成的冷水回流至反应堆压力容器的冷管段。所述散热部件为分离式换热部件，所述散热部件的一端与热管段相连以将热管段中的热水冷却形成冷水，另一端与冷管段相连以将形成的冷水导至冷管段中。本发明能够极大提升海洋核动力平台的可靠性和经济性，同时降低后续海洋核动力平台的运行风险。

Description

一种用于海洋核动力平台热量导出的系统
技术领域
本发明涉及散热处理领域，具体涉及一种用于海洋核动力平台热量导出的系统。
背景技术
海洋核动力平台为海上浮动式核电站，一个平台根据实际需求搭载1～2个一定核功率大小的反应堆，以根据用户需求提供一定的产品服务，如给钻井平台供电及供淡水、给岛礁供电、为远洋舰队综合保障、为深海探测开采供电等，海洋核动力平台能极大的满足科研、探测等领域的需求。
对于海洋核动力平台中的核动力装置，为保证运行中的安全及事故后的核安全，需满足以下三大核安全要素：反应性的控制、堆芯余热的导出和放射性的包容。对于反应性的控制，在核动力装置停堆或事故工况下，控制棒会维持插入反应堆堆芯的状态，因此，反应性是可控的；对于堆芯余热的导出，陆上核电及海上浮动小堆设置了专设热量导出系统，可以在事故后的中短期内迅速导出堆芯余热，如二代核电要求24小时内热量可导出，三代核电要求72小时内热量可导出，超出该时间范畴需要采取额外的措施方可，且所耗费的经济成本代价较高。因此，如何对海洋核动力平台的堆芯余热进行持续导热，是当前亟需解决的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于海洋核动力平台热量导出的系统，能够极大提升海洋核动力平台的可靠性和经济性，同时降低后续海洋核动力平台的运行风险。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是，包括：
热量导出部件，所述热量导出部件包括与反应堆压力容器相连用于将反应堆压力容器内热水导出的热管段，以及与反应堆压力容器相连，用于将热管段导出的热水冷却后形成的冷水回流至反应堆压力容器的冷管段。
散热部件，所述散热部件为分离式换热部件，所述散热部件的一端与热管段相连以将热管段中的热水冷却形成冷水，另一端与冷管段相连以将形成的冷水导至冷管段中。
在上述技术方案的基础上，所述散热部件包括与热管段和冷管段均相连的水箱、设于水箱内的蒸发段以及设置于水箱外用于放置于海水中的冷凝段，所述蒸发段和冷凝段之间通过管路相连并形成回路。
在上述技术方案的基础上，所述热管段的一端与反应堆压力容器相连并与反应堆压力容器内连通，另一端与水箱的底部相连并与水箱内连通。
在上述技术方案的基础上，所述水箱和热管段还设有热管线，所述热管线的一端与热管段相连，另一端与水箱的底部相连并与水箱内连通。
在上述技术方案的基础上，所述热管线上设有电动阀和电动泵。
在上述技术方案的基础上，所述冷管段一端与反应堆压力容器相连并与反应堆压力容器内连通，另一端与水箱的顶部相连并与水箱内连通。
在上述技术方案的基础上，所述水箱和冷管段还设有冷管线，所述冷管线的一端与冷管段相连，另一端与水箱的顶部相连并与水箱内连通。
在上述技术方案的基础上，所述蒸发段和冷凝段中均并排设置有多根传热管。
在上述技术方案的基础上，所述蒸发段和冷凝段之间的管路包括上升管路和下降管路，所述上升管路的一端与蒸发段顶部相连并与蒸发段内连通，另一端与冷凝段顶部相连并与冷凝段内连通，所述下降管路的一端与蒸发段底部相连并与蒸发段内连通，另一端与冷凝段底部相连并与冷凝段内连通。
在上述技术方案的基础上，所述蒸发段和冷凝段之间的管路中填充有水。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过热量导出部件将反应堆压力容器内的热量导至水箱中，然后再通过散热部件将水箱中的热量导至海水中，实现对海洋核动力平台堆芯热量的散热，极大提升海洋核动力平台的可靠性和经济性，同时降低后续海洋核动力平台的运行风险。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中一种用于海洋核动力平台热量导出的系统的结构示意图。
图中：1-反应堆压力容器，2-热管段，3-冷管段，4-水箱，5-蒸发段，6-冷凝段，7-热管线，8-电动阀，9-电动泵，10-冷管线，11-上升管路，12-下降管路，13-海洋核动力平台，14-海水。
具体实施方式
本发明实施例提供一种用于海洋核动力平台热量导出的系统，通过分离式换热部件的热量循环，实现对海洋核动力平台13堆芯热量的非能动导出，极大提升海洋核动力平台13的可靠性和经济性，同时降低后续海洋核动力平台13的运行风险。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
参见图1所示，本发明实施例提供的一种用于海洋核动力平台热量导出的系统，包括热量导出部件和散热部件。
热量导出部件包括与反应堆压力容器1相连用于将反应堆压力容器1内热水导出的热管段2，以及与反应堆压力容器1相连，用于将热管段2导出的热水冷却后形成的冷水回流至反应堆压力容器1的冷管段3。反应堆压力容器1中为核反应堆的堆芯，反应堆压力容器1中会放置水，核反应堆的堆芯在反应过程中所产生的热量被水吸收，形成热水，热管段2将反应堆压力容器1内形成的热水导出，热水经过冷却，成冷水，然后再由冷管段3将冷水导回至反应堆压力容器1内，形成水流循环，水流在循环的过程中实现对堆芯热量的导出。
海洋核动力平台13一般搭载1～2个核动力反应堆，舱室空间比较狭小，不如陆上核电厂空间大，因此布置在其上的设备比较紧凑。反应堆舱室布置在海洋核动力平台13的中部位置，平台吃水的水位一般5～8米。
散热部件为分离式换热部件，散热部件的一端与热管段2相连以将热管段2中的热水冷却形成冷水，另一端与冷管段3相连以将形成的冷水导至冷管段3中。热管段2导出的热水，经过散热部件的散热，形成冷水，然后再由冷管段3回流至反应堆压力容器1中。
对于本发明实施例中的散热部件，具体的，散热部件包括与热管段2和冷管段3均相连的水箱4、设于水箱4内的蒸发段5以及设置于水箱4外用于放置于海水14中的冷凝段6，蒸发段5和冷凝段6之间通过管路相连并形成回路，蒸发段5和冷凝段6中均并排设置有多根传热管。热管段2的一端与反应堆压力容器1相连并与反应堆压力容器1内连通，另一端与水箱4的底部相连并与水箱4内连通。水箱4和热管段2还设有热管线7，热管线7的一端与热管段2相连，另一端与水箱4的底部相连并与水箱4内连通。
冷管段3一端与反应堆压力容器1相连并与反应堆压力容器1内连通，另一端与水箱4的顶部相连并与水箱4内连通。水箱4和冷管段3还设有冷管线10，所述冷管线10的一端与冷管段3相连，另一端与水箱4的顶部相连并与水箱4内连通。
反应堆压力容器1中的热水经热管段2和热管线7，流入水箱4的底部，热水经过水箱4中蒸发段5的冷凝后，成为冷水，然后冷水经冷管线10和冷管段3，流回反应堆压力容器1。
热管线7上设有电动阀8和电动泵9，当有触发信号时，开启。
蒸发段5和冷凝段6之间的管路包括上升管路11和下降管路12，所述上升管路11的一端与蒸发段5顶部相连并与蒸发段5内连通，另一端与冷凝段6顶部相连并与冷凝段6内连通，下降管路12的一端与蒸发段5底部相连并与蒸发段5内连通，另一端与冷凝段6底部相连并与冷凝段6内连通。蒸发段5和冷凝段6之间的管路中填充有水，蒸发段5和冷凝段6之间的管路中的水可以在较低温度下相变为水蒸气，从而带走水箱4中水的热量。
散热部件内处于负压状态，散热部件内的水流经水箱4时，在蒸发段5的作用下，蒸发段5中的水吸收水箱4中的热量，形成水蒸气，水蒸气经上升管路11进入冷凝段6中，冷凝段6放置于海水14中，在低温海水14的作用下，水蒸气放热，冷凝段6将热量导至海水14中，冷凝段6中的水蒸气变成低温的液态水，然后经下降管路12流至蒸发段5中，受热后变成水蒸气，并带走水箱4中水的热量，使水箱4中的热水变成冷水，水蒸气经上升管路11进入冷凝段6中，再次变成液态水，并进行放热，依次循环，从而将水箱4中的热量导至海水14中。
以下对本发明的原理进行具体说明。
当海洋核动力平台13核动力装置发生非破口类事故，堆芯温度和压力升高，从而触发本发明的系统运行，打开电动阀8，在电动泵9的作用下，反应堆压力容器1中的热水经热管段2和热管线7，流入水箱4的底部，将反应堆压力容器1中的热量导至水箱4中，此时，蒸发段5中的低温水吸收水箱4中的热量，形成水蒸气，水蒸气经上升管路11进入冷凝段6中，冷凝段6放置于海水14中，在低温海水14的作用下，水蒸气放热，冷凝段6将热量导至海水14中，冷凝段6中的水蒸气变成低温的液态水，然后经下降管路12流至蒸发段5中，将水箱4中的热量导至海水14中，使水箱4中的热水变成冷水，然后水箱4中的冷水经冷管线10和冷管段3，流回反应堆压力容器1。依次循环，将反应堆压力容器1中的热量导至海水14中，实现对核反应堆堆芯散热的目的。
在事故中短期，由于堆芯余热较大，仅仅依靠密度差为动力驱动的自然循环很难导出全部的堆芯余热，因此，本发明设置了电动泵9，通过电动泵9去驱动反应堆压力容器1中热水的流动，在事故后期阶段，由于堆芯衰变热指数衰减到很低的水平，可关闭电动泵9，通过密度差为动力源的自然循环便可较好的导出事故后期阶段的堆芯余热。
本发明实施例的用于海洋核动力平台热量导出的系统，通过热量导出部件将反应堆压力容器1内的热量导至水箱4中，然后再通过散热部件将水箱4中的热量导至海水14中，实现对海洋核动力平台13堆芯热量的散热，极大提升海洋核动力平台13的可靠性和经济性，同时降低后续海洋核动力平台13的运行风险。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种用于海洋核动力平台热量导出的系统，其特征在于，包括：
热量导出部件，所述热量导出部件包括与反应堆压力容器(1)相连用于将反应堆压力容器(1)内热水导出的热管段(2)，以及与反应堆压力容器(1)相连，用于将热管段(2)导出的热水冷却后形成的冷水回流至反应堆压力容器(1)的冷管段(3)；
散热部件，所述散热部件为分离式换热部件，所述散热部件的一端与热管段(2)相连以将热管段(2)中的热水冷却形成冷水，另一端与冷管段(3)相连以将形成的冷水导至冷管段(3)中；所述散热部件包括与热管段(2)和冷管段(3)均相连的水箱(4)、设于水箱(4)内的蒸发段(5)以及设置于水箱(4)外用于放置于海水(14)中的冷凝段(6)，所述蒸发段(5)和冷凝段(6)之间通过管路相连并形成回路；
所述蒸发段(5)和冷凝段(6)中均并排设置有多根传热管；
所述散热部件内部处于负压状态；
所述蒸发段(5)和冷凝段(6)之间的管路中填充有水，且所述蒸发段(5)和冷凝段(6)之间的管路中的水可以在较低温度下相变为水蒸气，从而带走所述水箱(4)中的热量；所述热管段(2)的一端与反应堆压力容器(1)相连并与反应堆压力容器(1)内连通，另一端与水箱(4)的底部相连并与水箱(4)内连通；
所述水箱(4)和热管段(2)还设有热管线(7)，所述热管线(7)的一端与热管段(2)相连，另一端与水箱(4)的底部相连并与水箱(4)内连通；
所述热管线(7)上设有电动阀(8)和电动泵(9)。
2.如权利要求1所述的一种用于海洋核动力平台热量导出的系统，其特征在于：所述冷管段(3)一端与反应堆压力容器(1)相连并与反应堆压力容器(1)内连通，另一端与水箱(4)的顶部相连并与水箱(4)内连通。
3.如权利要求1所述的一种用于海洋核动力平台热量导出的系统，其特征在于：所述水箱(4)和冷管段(3)还设有冷管线(10)，所述冷管线(10)的一端与冷管段(3)相连，另一端与水箱(4)的顶部相连并与水箱(4)内连通。
4.如权利要求1所述的一种用于海洋核动力平台热量导出的系统，其特征在于：所述蒸发段(5)和冷凝段(6)之间的管路包括上升管路(11)和下降管路(12)，所述上升管路(11)的一端与蒸发段(5)顶部相连并与蒸发段(5)内连通，另一端与冷凝段(6)顶部相连并与冷凝段(6)内连通，所述下降管路(12)的一端与蒸发段(5)底部相连并与蒸发段(5)内连通，另一端与冷凝段(6)底部相连并与冷凝段(6)内连通。
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