CN112017797A - 一种用于小破口失水事故堆芯排汽的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于小破口失水事故堆芯排汽的装置，所述装置包括安装在反应堆吊篮结构，在反应堆热管段以上的位置安装盖板，所述盖板上部采用铰链与所述吊篮结构连接，所述盖板可随着所述反应堆上腔室与所述下降段空间的压力差实现开合，所述盖板闭合时可与设置在所述反应堆上腔室内的密封凸台贴合密封。本发明涉及的堆芯排汽的装置不需要动力依靠事故过程中产生的小压差而打开，排出蒸汽，不需要水封排除，避免了安全注射系统不能及时注入带来的堆芯裸露和燃料升温等不利影响。

Description

一种用于小破口失水事故堆芯排汽的装置

技术领域

本发明属于核电厂安全系统领域，特别是涉及反应堆冷却剂系统冷管段小破口失水事故安全注射技术。

背景技术

核电厂设计了安全系统缓解各种事故，在小破口失水事故下利用安全注射系统补充反应堆冷却剂的丧失。

对于采用轴封主泵能动安全系统设计的常规核电厂，发生冷管道小破口事故后，由于主泵吸入口前存在一段水封，在水封被清除前，堆芯产生的蒸汽不能排出，因而逐渐在上腔室积聚，导致上腔室压力上升，高压安注泵注入的水不能进入堆芯，从破口处旁通掉，堆芯水位下降，如图1所示。这将引起堆芯裸露和燃料升温等不利后果的发生。当上腔室压力与下降段压差足够大时，环路水封得以被清除。水封清除之后，堆芯蒸汽得以顺利通过热段、U型管、冷段和破口排出反应堆冷却剂系统，蒸汽排放阻力大大减小，上腔室压力降低，高压安注水通过下降段注入堆芯，堆芯重新被淹没。

如图1所示，在发生冷段小破口事故后，由于环路水封的影响，当压力容器下阶段内的水位压头不足以克服水封与堆芯水位差形成的压差时，下阶段内的安注流量将无法进入堆芯，此时堆芯液位由现阶段和水封内流体的物性和液位决定，即：

ρ₂gh₂＝ρ₁gh₁-ρ₃gΔh (1)

故，堆芯液位：

其中：

ρ₁下阶段流体密度；h₁下阶段液位高度；ρ₂堆芯流体密度；h₂堆芯液位高度；ρ₃水封内流体密度；Δh水封液位差；g重力加速度。

从式(2)可以看出，相对于主管段堆芯放得越低越有利，主泵吸入段越长越易产生堆芯裸露，式(2)给出了堆芯水位下降和裸露的根本原因。

有些核电厂反应堆热管段和冷管段不处于同一标高，还有些核电厂采用直流蒸汽发生器。在冷管道小破口事故后，这些核电厂除了主泵吸入口前存在水封外，还需要克服其它额外的阻力，高压安注水才能通过下降段注入堆芯，从式(2)可以看出，这将使堆芯裸露更多、时间更长，使堆芯燃料包壳温度无法满足安全要求。为了解决这个问题，有些核电厂采用了冷、热管段同时安注的设计，这使得安注系统非常复杂，安全系统的复杂对核电厂是不利的。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于小破口失水事故堆芯排汽的装置，在正常运行时处于闭合，在冷管道小破口失水事故情况下能够单向开启的堆芯排汽装置。所述装置包括安装在反应堆吊篮结构，在反应堆热管段以上的位置安装盖板，所述盖板上部采用铰链与所述吊篮结构连接，所述盖板可随着所述反应堆上腔室与所述下降段空间的压力差实现开合，所述盖板闭合时可与设置在所述反应堆上腔室内的密封凸台贴合密封。

优选的，所述盖板可为圆形或者方形。

该装置采用非能动设计，无需外部驱动、控制，依靠自身重力及两侧压差实现自动开启/闭合，可在发生冷段小破口失水事故期间平衡上腔室与下降段间的压差，及时恢复堆芯安注流量，缓解事故进程、降低事故后果。在反应堆正常运行情况下，该装置自动闭合，隔离上腔室与下降段空间，通过合理的密封设计避免发生旁通，只有在发生可造成上腔室与下降段形成一定正向压差的情况下，该装置才会自动开启，不会影响反应堆的正常运行。

附图说明

图1为常规核电厂冷段小破口事故示意图；

图2为正常运行情况下盖板自动开启/闭合装置状态示意图；

图3为冷管段小破口失水事故下盖板自动开启/闭合装置状态示意图。

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。

1.盖板开启/闭合堆芯排汽装置的安装位置：

根据反应堆结构设计不同，该装置可以焊接等形式安装于下降段空间、热管段以上合适的位置，理论上位置越高其发挥作用的时间越早，对于事故缓解越有利；但是，受到热管段、主管道接口位置等的影响，该装置的安装高度会受到一定限制，需视反应堆结构情况而定。

以采用轴封主泵能动安全系统设计的常规核电厂为例，如图3中所示，在发生冷段小破口事故后，当上腔室形成汽空间且压力高于下阶段压力时，堆芯排汽装置在压差驱动下开启，上腔室与下阶段压力平衡后，下阶段内的安注流量可以顺利流入堆芯。在堆芯排汽装置开启前，堆芯液位由下阶段水和压差决定，即：

ρ₂gh₂＝ρ₁gh₁-ΔP (3)

故，堆芯液位:

其中：ρ₁下阶段流体密度；h₁下阶段液位高度；ρ₂堆芯流体密度；h₂堆芯液位高度；ΔP堆芯排汽装置开启压力；g重力加速度。

ΔP堆芯排汽装置开启压力与堆芯排汽的设计有关，可以使其大小合适，既不会产生堆芯裸露，又不会产生冷却剂旁路。

2.正常运行情况下盖板开启/闭合堆芯排汽装置作用模式：

该装置盖板上部可采用铰链等方式与吊篮结构连接，在正常运行情况下，上腔室和下降段均充满水，在冷管段冷却剂的驱动下，下降段内的压力高于上腔室，在压差和盖板自身重力的作用下，该装置能够自动闭合(如图3所示)，通过合理的设计可使盖板和密封凸台间达到良好的自密封效果，不会产生额外的旁通。

3.冷段小破口事故工况下盖板开启/闭合堆芯排汽装置作用模式：

发生冷段小破口失水事故时，随着冷却剂的不断流失，当上腔室和下阶段产生汽腔后(下降段液位低于堆芯排汽装置)，堆芯产生的蒸汽无法顺利排出时，上腔室压力降逐渐高于下降段，形成上腔室至下降段的正向压差，同时阻止安注流量经下降段流入堆芯。当压差作用于该装置盖板的力大于其自身重力时，盖板将自动开启，进而消除上腔室与下降段间的压差，安注流量顺利进入堆芯。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施例或实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

Claims (2)

1.一种用于小破口失水事故堆芯排汽的装置，其特征在于，所述装置包括安装在反应堆吊篮结构，在反应堆热管段以上的位置安装盖板，所述盖板上部采用铰链与所述吊篮结构连接，所述盖板可随着所述反应堆上腔室与所述下降段空间的压力差实现开合，所述盖板闭合时可与设置在所述反应堆上腔室内的密封凸台贴合密封。

2.如权利要求1所述的一种用于小破口失水事故堆芯排汽的装置，其特征在于，所述盖板可为圆形或者方形。

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