CN111899902A - 一种利用浮球阀控制的池式反应堆余热排出系统 - Google Patents

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郁杰
戈道川
汪建业
杨子辉
陶龙龙
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Abstract

本发明提供了一种利用浮球阀控制的池式反应堆余热排出系统，适用于铅铋合金冷却反应堆；设置以不锈钢为材质、纵截面呈U型的冷却容器，内腔密闭，作为冷却腔，注入有液态水冷却剂，密闭的反应堆安全容器相适配地内置于冷却容器内侧侧壁围设形成的空腔内，侧壁与冷却容器的内侧侧壁相贴，顶端与冷却容器顶端相齐平并于相接处焊接密封；冷却腔由绝热围桶分隔形成外侧腔室与内侧腔室，能够由上方的储水箱通过供水管经外侧腔室向腔内注入液态水冷却剂，内侧腔室顶端设有水蒸汽排出管道，管端设有烟囱，与外部大气环境相通，供水管上设有浮球阀，不锈钢浮球浮于内侧腔室液面上。本发明结构设计简洁、可靠性较高，有利于提高反应堆的安全性，降低反应堆的经济成本。

Description

一种利用浮球阀控制的池式反应堆余热排出系统
技术领域
本发明涉及反应堆安全技术领域，更具体地说是一种利用浮球阀控制的池式反应堆余热排出系统。
背景技术
反应堆余热排出系统是反应堆非常重要的一个安全系统，当反应堆发生全厂断电、地震、海啸等事故时，二回路传热系统出现故障，反应堆内产生的热量将通过事故余热排出系统排到堆外。福岛核电事故就是一个典型例子，由于海啸引发的超强地震，福岛核电站发生了全厂断电事故，堆内的余热不能通过正常的二回路传热系统及时有效地排出，反应堆堆芯温度逐渐升高，然后在高温下燃料包壳——金属锆与冷却剂水发生化学反应，产生大量的氢气，最终发生了氢气爆炸。
国内外核电站存在各种各样的反应堆余热排出系统，有能动的，也有非能动的，也有能动和非能动结合的，有利用水作为冷却剂的，也有利用空气作为冷却剂的。常见的有，利用空气作为导热介质的反应堆非能动余热排出系统；中国实验快堆在堆内另外布置一个主泵进行堆内余热导出等等。
目前，世界上已有的反应堆余热排出系统，有些结构复杂、造价较高，有些导热能力有限，有的可靠性偏低，实用性较低。不同的堆型也适用不同类型的事故余热排出系统。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。为此，本发明提出一种利用浮球阀控制的池式反应堆余热排出系统，适用于如池式铅铋合金冷却反应堆一类的液态金属冷却的池式反应堆，结构设计简洁、可靠性较高，有利于提高反应堆的安全性，及降低反应堆的经济成本。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用浮球阀控制的池式反应堆余热排出系统，其结构特点是：
所述池式反应堆为铅铋合金冷却反应堆，密闭的反应堆安全容器内腔底部内置堆芯，顶端部填充惰性气体；
设置以不锈钢为材质、纵截面呈U型的冷却容器，内腔密闭，作为冷却腔，注入有液态水冷却剂，所述反应堆安全容器相适配地内置于所述冷却容器内侧侧壁围设形成的空腔内，侧壁与所述冷却容器的内侧侧壁相贴，顶端与所述冷却容器顶端相齐平，于顶端相接处焊接密封；所述冷却容器的冷却腔由设于中部的绝热围桶分隔形成外侧腔室与内侧腔室，所述绝热围桶顶端固设于冷却腔顶部中心处，底端与冷却腔底部之间保留间距，使外侧腔室与内侧腔室于底部相通，所述冷却腔能够由通过供水管连通至外侧腔室顶端的储水箱向腔内注入液态水冷却剂，所述储水箱位于冷却容器上方，所述供水管上设有浮球阀，所述浮球阀以不锈钢浮球浮于内侧腔室的液面上，于所述冷却腔中液态水冷却剂处于初始液位高度时呈完全关闭状态；所述冷却腔中液态水冷却剂的初始液位于高度方向紧邻地位于反应堆安全容器中惰性气体区域的下方；所述内侧腔室顶端设有竖置朝上的水蒸汽排出管道，管端安装烟囱，与外部大气环境相通，以外部大气环境作为最终热阱。
进一步的，所述冷却腔的初始液位高度为冷却腔总高的4/5高度位置处。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、非能动性：本发明以液态水作为冷却剂，注有液态水冷却剂的冷却容器围设于反应堆安全容器外，在池式反应堆因地震、海啸发生事故时，热量不能通过正常的二回路传热系统排出到堆外时，本系统自发启动，能够依靠冷却腔内侧腔室中的液态水冷却剂吸热汽化经水蒸汽排出管道排出至外部大气环境，及时带走池式反应堆内的余热，防止反应堆因热量不能排出到堆外而发生事故；余热排出过程中，通过浮球阀的不锈钢浮球随冷却腔内液态水冷却剂液位的变化一同上下浮动来控制浮球阀的启闭，实现储水箱向冷却腔自动补入液态水冷却剂，整个过程不用人工操作，消除了因人为操作失误带来的问题，安全可靠；
2、热裕量较大：本发明将反应堆安全容器内置于注有一定液位的液态水冷却剂的冷却容器内侧侧壁围设形成的空腔内，以液态水作为冷却剂，相较于采用空气冷却的余热排出系统具有更大的热裕量，进一步保障了可靠度与安全性；
3、经济性：本发明整体结构设计简洁，并具有非能动性，不依赖于人工操作，经济成本低。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中，1反应堆安全容器；2堆芯；3冷却容器；4绝热围桶；5外侧腔室；6内侧腔室；7储水箱；8供水管；9浮球阀；10不锈钢浮球；11连杆；12水蒸汽排出管道；13烟囱。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1，本实施例的利用浮球阀控制的池式反应堆余热排出系统依靠自然循环进行冷却，不依赖人工操作，系统具有非能动性，安全可靠，结构设置如下：
池式反应堆为铅铋合金冷却反应堆，密闭的反应堆安全容器1内腔底部内置堆芯2，顶端部填充惰性气体；
设置以不锈钢为材质、纵截面呈U型的冷却容器3，内腔密闭，作为冷却腔，注入有液态水冷却剂，反应堆安全容器1相适配地内置于冷却容器3内侧侧壁围设形成的空腔内，侧壁与冷却容器3的内侧侧壁相贴，顶端与冷却容器3顶端相齐平，于顶端相接处焊接密封，与冷却容器3整体组成一个密闭的空间；冷却容器3的冷却腔由设于中部的绝热围桶4分隔形成外侧腔室5与内侧腔室6，绝热围桶4顶端固设于冷却腔顶部中心处，底端与冷却腔底部之间保留间距，使外侧腔室5与内侧腔室6于底部相通，冷却腔能够由通过供水管8连通至外侧腔室5顶端的储水箱7向腔内注入液态水冷却剂，储水箱7位于冷却容器3上方，供水管8上设有浮球阀9，浮球阀9以连杆11悬吊的不锈钢浮球10浮于内侧腔室6的液面上，于冷却腔中液态水冷却剂处于初始液位高度时呈完全关闭状态；冷却腔中液态水冷却剂的初始液位于高度方向紧邻地位于反应堆安全容器1中惰性气体区域的下方；内侧腔室6顶端设有竖置朝上的水蒸汽排出管道12，管端安装烟囱13，与外部大气环境相通，以外部大气环境作为最终热阱。
本实施例中，依据铅铋合金冷却反应堆的反应堆安全容器1内惰性气体区域所占高度，将冷却腔的初始液位高度设置为冷却腔总高的4/5高度位置处。储水箱7设置为大容量箱体，为冷却腔提供液态水冷却剂。
当池式反应堆处于正常运行工况时，本系统处于备用状态；
当反应堆遭遇全厂断电、龙卷风、蒸汽发生器故障、一回路边界破裂事故等事故工况时，一回路系统内产生的热量不能通过二回路热量传输系统有效地排出，本系统自动启动，开启工作状态，当反应堆回归安全状态或二回路热量传输系统能够正常运行时，本系统停止运行，进入备用状态，具体如下：
当余热不能通过正常的二回路热量传输系统排出到堆外时，堆内温度升高，热量通过反应堆安全容器1传递到冷却容器3内侧腔室6中的液态水冷却剂，内侧腔室6中的液态水冷却剂吸收反应堆安全容器1的热量，温度逐渐升高，当超过100℃汽化成水蒸汽，通过水蒸汽排出管道12经烟囱13排出到最终热阱，即外部大气环境中，带走池式反应堆内的余热，与此同时，内侧腔室6中的液位逐渐下降，不锈钢浮球10在重力作用下随之下降，浮球阀9阀门开启，开启程度随不锈钢浮球10的下降程度逐渐增大，直至呈完全开启，储水箱7中的液态水冷却剂在重力作用下经供水管8注入自外侧腔室5补入冷却腔内。当反应堆内的余热被有效带走之后，液态水冷却剂汽化成水蒸汽的速度变慢，冷却腔中液位逐渐升高，当不锈钢浮球10随之升高至初始液位高度时，浮球阀9完全关闭，储水箱7停止向冷却腔补水，本系统回归备用状态，反应堆也回归到安全状态，从而，避免反应堆因热量不能及时导出造成更加严重的事故。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种利用浮球阀控制的池式反应堆余热排出系统，其特征是：
所述池式反应堆为铅铋合金冷却反应堆，密闭的反应堆安全容器(1)内腔底部内置堆芯(2)，顶端部填充惰性气体；
设置以不锈钢为材质、纵截面呈U型的冷却容器(3)，内腔密闭，作为冷却腔，注入有液态水冷却剂，所述反应堆安全容器(1)相适配地内置于所述冷却容器(3)内侧侧壁围设形成的空腔内，侧壁与所述冷却容器(3)的内侧侧壁相贴，顶端与所述冷却容器(3)顶端相齐平，于顶端相接处焊接密封；所述冷却容器(3)的冷却腔由设于中部的绝热围桶(4)分隔形成外侧腔室(5)与内侧腔室(6)，所述绝热围桶(4)顶端固设于冷却腔顶部中心处，底端与冷却腔底部之间保留间距，使外侧腔室(5)与内侧腔室(6)于底部相通，所述冷却腔能够由通过供水管(8)连通至外侧腔室(5)顶端的储水箱(7)向腔内注入液态水冷却剂，所述储水箱(7)位于冷却容器(3)上方，所述供水管(8)上设有浮球阀(9)，所述浮球阀(9)以不锈钢浮球(10)浮于内侧腔室(6)的液面上，于所述冷却腔中液态水冷却剂处于初始液位高度时呈完全关闭状态；所述冷却腔中液态水冷却剂的初始液位于高度方向紧邻地位于反应堆安全容器(1)中惰性气体区域的下方；所述内侧腔室(6)顶端设有竖置朝上的水蒸汽排出管道(12)，管端安装烟囱(13)，与外部大气环境相通，以外部大气环境作为最终热阱。
2.根据权利要求1所述的利用浮球阀控制的池式反应堆余热排出系统，其特征是：所述冷却腔的初始液位高度为冷却腔总高的4/5高度位置处。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113450933A (zh) * 2021-08-19 2021-09-28 中国原子能科学研究院 反应堆余热排出系统及方法

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