CN112786223B - 余热排出系统及流量稳定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种余热排出系统及流量稳定方法，流量稳定装置包括第一压力传感器、第二压力传感器、温度传感器、流量控制阀以及控制器，第一压力传感器、第二压力传感器、温度传感器和流量控制阀均设于冷凝液体的回流管线上；第一压力传感器、第二压力传感器、温度传感器以及流量控制阀分别与所述控制器通信连接。本发明通过由第一压力传感器、第二压力传感器、温度传感器、流量控制阀和处理器组成的流量控制系统，能够自动控制冷凝液体的回流管线内的液位，同时，通过在余热排出系统中设置该流量控制系统，使液位保持在换热器出口附近，从而避免冷凝水对气液分界面的冲击，达到消除冷凝水流量波动效果，实现余热排出系统的流量稳定效果。

Description

余热排出系统及流量稳定方法

技术领域

本发明涉及核电站安全系统技术领域，尤其涉及一种余热排出系统及流量稳定方法。

背景技术

当反应堆停堆后，下插的控制棒会立刻终止燃料棒裂变热，但是堆芯裂变产物中含有大量可衰变的放射性元素，使得反应堆停堆后堆芯依然产生大量衰变热。为了在停堆后实现反应堆降温降压，必须设置余热排出系统，源源不断地导出反应堆余热。而在降温过程中，换热功率较低，冷凝水未填满回流管道时，会在回流管道上出现明显的气液分界面，冷凝水沿回流管道流下冲击该气液分界面，使得分界面发生波动，从而使冷凝水流量发生波动，容易对管道造成较大的载荷力，使得管道有发生破裂的风险。当冷凝器出口的冷凝水温度不均匀、波动较大时，容易对下游管道造成较大的热疲劳冲击，同样使管道有破裂风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一余热排出系统及流量稳定方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

余热排出系统，包括流量稳定装置，所述流量稳定装置包括第一压力传感器、第二压力传感器、温度传感器、流量控制阀以及控制器，所述第一压力传感器、所述第二压力传感器、所述温度传感器以及所述流量控制阀分别与所述控制器通信连接；还包括与蒸汽发生器依次串联的换热装置和温度缓冲箱，所述换热装置、所述温度缓冲箱、所述蒸汽发生器的设置高度依次递减；

第一压力传感器设于连接所述换热装置和所述温度缓冲箱的第一管线上，第二压力传感器、温度传感器以及流量控制阀均设于连通所述温度缓冲箱和主给水管线的第二管线上；所述温度传感器、所述第二压力传感器和所述流量控制阀在所述第二管线上沿液体流动方向依次设置。

优选地，所述温度缓冲箱内充有液体，入口连接所述第一管线，并通过所述第二管线连接至主给水管线上、与所述蒸汽发生器连通。

优选地，所述换热装置和所述温度缓冲箱之间的垂直距离小于所述温度缓冲箱与所述蒸汽发生器之间的垂直距离，所述第一压力传感器靠近所述换热装置的出口设置，所述第二压力传感器与所述流量控制阀相邻设置。

优选地，所述流量控制阀和所述主给水管线之间还设有用于截流液体的出口隔离阀。

优选地，所述换热装置通过第三管线连接至主蒸汽管线上，所述换热装置和所述主蒸汽管线之间还设有截流蒸汽的入口隔离阀。

优选地，至少两个所述入口隔离阀并联设于所述第三管线上，至少两个所述出口隔离阀并联设于所述第二管线上。

优选地，所述换热装置包括换热管以及充有冷却液体的热阱水箱，所述换热管浸没于所述冷却液体中，所述第一管线、所述第三管线分别与所述换热管连通。

优选地，所述热阱水箱顶部还设有用于使所述冷却液体蒸发的气窗，所述换热管为C形换热管。

优选地，所述温度缓冲箱内液体为液态水，在所述余热排出系统尚未开始工作时，所述液态水充满所述温度缓冲箱。

优选地，所述第一管线自所述温度缓冲箱的顶面与所述温度缓冲箱连通，所述第二管线自所述温度缓冲箱的侧面与所述温度缓冲箱连通，所述第二管线连接于所述温度缓冲箱侧面的上半部分。

本发明还提供一种余热排出系统的流量稳定方法，包括上述任意一项余热排出系统，还包括以下步骤：

S1、启动余热排出系统，设定目标水位H，其中，目标水位H与第一压力传感器和第二压力传感器的高度差值相同；

S2、将第一压力传感器、第二压力传感器测量得到对应位置的压力数据，以及温度传感器检测到的温度数值传输至控制器，控制器计算得到冷凝水密度后，根据公式，得到此时的相对水位h；

S3、所述控制器对比相对水位h与所述目标水位H之间的差值，从而控制流量控制阀的开度，使所述相对水位h等于所述目标水位H，或所述相对水位h与所述目标水位H的差值在预设误差范围内；

S4、当h＜H时，所述控制器自动控制所述流量控制阀，以缩小阀门开度；

S5、当h＞H时，所述控制器自动控制所述流量控制阀，以增大阀门开度；

优选地，所述换热装置包括换热管以及充有冷却液体的热阱水箱，所述换热管浸没于所述冷却液体中，所述第一管线与所述换热管连通，所述余热排出系统的流量稳定方法还包括调整所述余热排出系统排热功率的方法，包括以下步骤：

S1、启动所述余热排出系统；

S2、当需要减小所述余热排出系统的排热功率时，设定目标水位H，所述目标水位H大于所述第一压力传感器和所述第二压力传感器之间的差值，通过所述控制器减小所述流量控制阀的开度，抬高所述第一管线内的水位直至部分淹没换热管，减小换热管的换热面积，以降低所述余热排出系统的排热功率；

S3、当需要增大所述余热排出系统的排热功率时，减小所述目标水位H数值，通过所述控制器增大所述流量控制阀的开度，降低所述换热管内的水位高度，增大所述换热管的换热面积，以增大所述余热排出系统的排热功率。

本发明具有以下有益效果：本发明通过由第一压力传感器、第二压力传感器、温度传感器、流量控制阀和处理器组成的流量控制系统，能够自动控制冷凝液体的回流管线内的液位，同时，通过在余热排出系统中设置该流量控制系统，使液位保持在换热器出口附近，从而避免冷凝水对气液分界面的冲击，达到消除冷凝水流量波动的效果，实现余热排出系统的流量稳定效果。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明流量稳定装置一个实施例的结构示意图；

图2是本发明余热排出系统一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本发明提供的流量稳定装置，用于提高非能动系统的运行流量稳定性，降低系统管道损伤的概率。具体的，参考图1，本发明提供的流量稳定装置，可用于非能动系统中，具体可包括第一压力传感器31、第二压力传感器32、温度传感器33、流量控制阀34以及控制器35，其中，第一压力传感器31、第二压力传感器32、温度传感器33、流量控制阀34均与控制器35通信连接。

进一步的，第一压力传感器31、第二压力传感器32、温度传感器33、流量控制阀34均设于冷凝液体的回流管线上，第一压力传感器31和第二压力传感器32沿冷凝液体的回流方向依次设置，第一压力传感器31、第二压力传感器32和温度传感器33均设于流量控制阀34的上游。其中，第一压力传感器31可靠近冷凝水源出口设置，第二压力传感器32可安装在接近流量控制阀34的位置，从而第一压力传感器31和第二压力传感器32可测量安装位置回流管线的环境压力，温度传感器33可以测量回路管线内的液体温度，并分别将测量数据传输至控制器35。

在一些实施例中，第一压力传感器31优选设于冷凝液体的出口处，即靠近冷凝液体进入回流管线的高度，第二压力传感器32与流量控制阀34相邻设置，从而通过自动控制流量控制阀34的阀门开度，将回流管线内的水位高度始终维持在淹没第一压力传感器31的高度，即冷凝水源头的高度，即可保持冷凝回流液体的流量稳定。

进一步的，第一压力传感器31、温度传感器33、第二压力传感器32、流量控制阀34在冷凝液体的回流管线上可沿冷凝液体的回流方向依次设置。

本发明还提供一种余热排出系统，包括上述流量稳定装置，用于导出反应堆余热。具体的，参考图2，该余热排出系统连接于蒸汽发生器11的主蒸汽管线24和主给水管线23之间。其中，换热装置12、温度缓冲箱13和蒸汽发生器11的高度依次递减，在一些实施例中，换热装置12和温度缓冲箱13之间的垂直距离小于温度缓冲箱13与蒸汽发生器11之间的垂直距离。

进一步的，换热装置12具体包括换热管121和盛有冷却液体的热阱水箱122，换热管121浸没于冷却液体中，用于将蒸汽冷凝为液体。在一些实施例中，热阱水箱122内的冷却液体为冷却水，其顶部还设有用于使冷却液体蒸发的气窗1221。在一些实施例中，换热管121为C形换热管束，其两端分别与蒸汽发生器11和温度缓冲箱13连通。在一些实施例中，温度缓冲箱13内充有液体，具体为液态水，在该流量稳定装置尚未开始工作时，液态水充满温度缓冲箱13。进一步的，温度缓冲箱13通过第一管线21与换热管121连通，并通过第二管线22连接至主给水管线23上；换热装置12通过第三管线25连接至主蒸汽管线24上，从而使蒸汽发生器11、换热装置12、温度缓冲箱13形成一封闭回路。

为使该余热排出系统的流量稳定，在本发明中，将上述流量稳定装置设于该余热系统中。具体的，第一管线21上设有第一压力传感器31，第二管线22上设有第二压力传感器32，此外，第二管线22上还设有用于检测第二管线22内液体温度的温度传感器33，以及用于控制第二管线22内液体流量大小的流量控制阀34。在本发明中，第一压力传感器31、第二压力传感器32、温度传感器33以及流量控制阀34分别与控制器35通信连接。进一步的，在一些实施例中，第一压力传感器31设于换热管121的出口处，温度传感器33、第二压力传感器32、流量控制阀34在第二管线22上沿液体流动的方向依次设置。进一步的，流量控制阀34和主给水管线23之间还设有用于截流液体的出口隔离阀14，第三管线25上还设有用于截流蒸汽的入口隔离阀15。在一些实施例中，至少两个入口隔离阀15并联在第三管线25上，至少两个出口隔离阀14并联在第二管线22上，防止在其中一个阀门失效卡出无法打开的情况下，另一个阀门可以按需求打开，降低系统的失效几率，提高设备可用性。

进一步的，第一管线21自温度缓冲箱13的顶面与温度缓冲箱13连通，第二管线22自温度缓冲箱13的侧面与其连通，在一些实施例中，第二管线22连接于温度缓冲箱13侧面的上半部分，使得温度缓冲箱13的水位始终维持在第二管线22的高度附近，温度缓冲箱13内始终有一定体积的存水，当从第一管线21流下的冷凝水进入温度缓冲箱13后，冲刷温度缓冲箱13内的存水，在箱内形成漩涡，使得箱内的存水与冷凝管出口的冷凝水充分混合，降低箱内冷凝水温度的不均匀性和波动性，起到温度缓冲的作用，从而降低冷凝水对第二管线22的热冲击。

进一步的，本发明还提供一种余热排出系统的流量稳定方法，包括上述余热排出系统，其中，还包括以下步骤：

S1、启动余热排出系统，设定目标水位H，其中，目标水位H与第一压力传感器31和第二压力传感器32之间的高度差值相同；

S2、控制器35分别接收第一压力传感器31、第二压力传感器32测量得到的对应位置的压力数据，以及温度传感器33检测到的温度数值，得到冷凝水密度后，根据公式得到此时管线内的相对水位h；

S3、控制器35通过对比相对水位h与目标水位H之间的差值，从而控制流量控制阀34的开度，使相对水位h等于目标水位H，或使相对水位h与目标水位H之间的差值在预设误差范围内；

S4、当h＜H时，控制器35自动控制流量控制阀34 ，以缩小阀门开度，从而使管线内的水位上升至目标水位H；

S5、当h＞H时，控制器35自动控制流量控制阀34，以增大阀门开度，从而使管线内的水位下降至目标水位H。

通过上述流量控制方法，使得该余热排出系统中的水位维持在第一压力传感器31，即冷凝管出口附近时，即可消除管道中冷凝水流量的波动。

进一步的，该流量稳定方法还可包括调整该余热排出系统排热功率的方法，具体的，可包括以下步骤：

S1、启动余热排出系统；

S2、当需要减小所述余热排出系统的排热功率时，设定目标水位H，使目标水位H大于所述第一压力传感器31和所述第二压力传感器32之间的差值，通过控制器35减小流量控制阀34的开度，抬高第一管线21内的水位直至部分淹没换热管121，以减小换热管121的换热面积；

S3、当需要增大余热排出系统的排热功率时，减小目标水位H数值，通过所述控制器35增大流量控制阀34的开度，降低换热管121内的水位高度，以增大换热管121的换热面积。

通过改变淹没换热管121的长度，等效于改变换热管121的冷凝面积，即可达到控制该余热排出系统的排热功率的目的。

本发明提出的余热排出系统以及流量稳定方法可应用于各种类型的商用压水堆，应对各种事故工况，确保反应堆余热的安全排出。例如适用于全厂断电事故工况，可确保失电情况下的反应堆安全，提高核电厂安全性能。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种余热排出系统，其特征在于，包括流量稳定装置，所述流量稳定装置包括第一压力传感器（31）、第二压力传感器（32）、温度传感器（33）、流量控制阀（34）以及控制器（35），所述第一压力传感器（31）、所述第二压力传感器（32）、所述温度传感器（33）以及所述流量控制阀（34）分别与所述控制器（35）通信连接；还包括与蒸汽发生器（11）依次串联的换热装置（12）和温度缓冲箱（13），所述换热装置（12）、所述温度缓冲箱（13）、所述蒸汽发生器（11）的设置高度依次递减；

第一压力传感器（31）设于连接所述换热装置（12）和所述温度缓冲箱（13）的第一管线（21）上，第二压力传感器（32）、温度传感器（33）以及流量控制阀（34）均设于连通所述温度缓冲箱（13）和主给水管线（23）的第二管线（22）上；所述温度传感器（33）、所述第二压力传感器（32）和所述流量控制阀（34）在所述第二管线（22）上沿液体流动方向依次设置。

2.根据权利要求1所述的余热排出系统，其特征在于，所述温度缓冲箱（13）内充有液体，入口连接所述第一管线（21），并通过所述第二管线（22）连接至主给水管线（23）上、与所述蒸汽发生器（11）连通。

3.根据权利要求2所述的余热排出系统，其特征在于，所述换热装置（12）和所述温度缓冲箱（13）之间的垂直距离小于所述温度缓冲箱（13）与所述蒸汽发生器（11）之间的垂直距离，所述第一压力传感器（31）靠近所述换热装置（12）的出口设置，所述第二压力传感器（32）与所述流量控制阀（34）相邻设置。

4.根据权利要求3所述的余热排出系统，其特征在于，所述流量控制阀（34）和所述主给水管线（23）之间还设有用于截流液体的出口隔离阀（14）。

5.根据权利要求4所述的余热排出系统，其特征在于，所述换热装置（12）通过第三管线（25）连接至主蒸汽管线（24）上，所述换热装置（12）和所述主蒸汽管线（24）之间还设有截流蒸汽的入口隔离阀（15）。

6.根据权利要求5所述的余热排出系统，其特征在于，至少两个所述入口隔离阀（15）并联设于所述第三管线（25）上，至少两个所述出口隔离阀（14）并联设于所述第二管线（22）上。

7.根据权利要求5所述的余热排出系统，其特征在于，所述换热装置（12）包括换热管（121）以及充有冷却液体的热阱水箱（122），所述换热管（121）浸没于所述冷却液体中，所述第一管线（21）、所述第三管线（25）分别与所述换热管（121）连通。

8.根据权利要求7所述的余热排出系统，其特征在于，所述热阱水箱（122）顶部还设有用于使所述冷却液体蒸发的气窗（1221），所述换热管（121）为C形换热管。

9.根据权利要求2所述的余热排出系统，其特征在于，所述温度缓冲箱（13）内液体为液态水，在所述余热排出系统尚未开始工作时，所述液态水充满所述温度缓冲箱（13）。

10.根据权利要求9所述的余热排出系统，其特征在于，所述第一管线（21）自所述温度缓冲箱（13）的顶面与所述温度缓冲箱（13）连通，所述第二管线（22）自所述温度缓冲箱（13）的侧面与所述温度缓冲箱（13）连通，所述第二管线（22）连接于所述温度缓冲箱（13）侧面的上半部分。

11.一种余热排出系统的流量稳定方法，其特征在于，包括权利要求1-10任意一项所述的余热排出系统，还包括以下步骤：

S1、启动余热排出系统，设定目标水位H，其中，目标水位H与第一压力传感器（31）和第二压力传感器（32）之间的高度差值相同；

S2、控制器（35）接收第一压力传感器（31）、第二压力传感器（32）测量得到对应位置的压力数据，以及温度传感器（33）检测到的温度数值，计算得到冷凝水密度后，根据公式，得到此时的相对水位h；

S3、所述控制器（35）对比相对水位h与所述目标水位H之间的差值，从而控制流量控制阀（34）的开度，使所述相对水位h等于所述目标水位H，或所述相对水位h与所述目标水位H的差值在预设误差范围内；

S4、当h＜H时，所述控制器（35）自动控制所述流量控制阀（34），以缩小阀门开度；

S5、当h＞H时，所述控制器（35）自动控制所述流量控制阀（34），以增大阀门开度。

12.根据权利要求11所述的余热排出系统的流量稳定方法，其特征在于，所述余热排出系统的换热装置还包括换热管（121）以及充有冷却液体的热阱水箱（122），所述换热管（121）浸没于所述冷却液体中，所述第一管线（21）与所述换热管（121）连通，所述余热排出系统的流量稳定方法还包括调整所述余热排出系统排热功率的方法，包括以下步骤：

S1、启动所述余热排出系统；

S2、当需要减小所述余热排出系统的排热功率时，设定目标水位H，所述目标水位H大于所述第一压力传感器（31）和所述第二压力传感器（32）之间的差值，通过所述控制器（35）减小所述流量控制阀（34）的开度，抬高所述第一管线（21）内的水位直至部分淹没换热管（121），减小所述换热管（121）的换热面积，以降低所述余热排出系统的排热功率；

S3、当需要增大所述余热排出系统的排热功率时，减小所述目标水位H数值，通过所述控制器（35）增大所述流量控制阀（34）的开度，降低所述换热管（121）内的水位高度，增大所述换热管（121）的换热面积，以增大所述余热排出系统的排热功率。