CN113140334B - 一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于核电厂系统设计领域，具体涉及一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统，该系统包括能动二回路充排系统、能动安全壳冷却系统、能动屏蔽冷却水系统、非能动二回路自然循环系统、非能动安全壳热管冷却系统、上部热管冷却系统和下部热管冷却系统。本发明解决了只有安全壳顶部喷淋不能局部喷淋的非能动换热器效率较低、开式换热器换热效率低、依靠安全电源才能启动非能动系统、水温高导致事故前期蒸发量大等技术问题。

Description

一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统

技术领域

本发明属于核电厂系统设计领域，具体涉及一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统。

背景技术

自福岛核事故以来，核电站的安全性和应对措施的多样性被广泛重视。近年来国际上新一批的核电建设重点采用更安全、更先进的三代核电机组。美国设计的核电站采用全非能动安全系统应对设计基准事故和超设计基准事故，其最终热阱通过安全壳空气冷却系统将热量传导到空气，而法国采用多列能动安全系统应对事故，其最终热阱是通过能动系统循环将热量传导到海水，上述核电厂的最终热阱较为单一，一旦发生共因故障，后果较为严重。国内外其他具有多种最终热阱系统的电厂，热阱系统多为独立运行，协同作用不强，不能相互支持。例如在设计基准事故下采用能动喷淋，超设计基准采用非能动安全壳冷却，能动系统不能为非能动系统提供强化作用，本发明采用闭式非能动安全壳冷却，增加壳内换热器的非能动喷淋设施，提高换热能力，使得能动和非能动设施协同作用加快热量导出。另外，国内外非能动系统回路上采用的阀门都是电动阀门，需要依靠电源系统才能开启。本发明提供一种熔断原理的阀门，巧妙的与事故下温度升高相结合，可以自动开启通路，实现真正的非能动导热。国内外壳外环形水箱多为联通结构，事故后壳外水箱温度高将导致非能动换热器换热性能下降甚至裸漏。

因此需要提供一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统，以解决现有技术存在的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统，解决了只有安全壳顶部喷淋不能局部喷淋的非能动换热器效率较低、开式换热器换热效率低、依靠安全电源才能启动非能动系统、水温高导致事故前期蒸发量大等技术问题。

实现本发明目的的技术方案：

一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统，该系统包括能动二回路充排系统、能动安全壳冷却系统、能动屏蔽冷却水系统、非能动二回路自然循环系统、非能动安全壳热管冷却系统、上部热管冷却系统和下部热管冷却系统；

其中能动二回路充排系统穿过安全壳固定连接在非能动二回路自然循环系统的下方，能动安全壳冷却系统穿过安全壳固定连接在位于安全壳外的能动屏蔽冷却水系统上方，非能动安全壳热管冷却系统包括上部热管冷却系统和下部热管冷却系统，分别位于安全壳的上部和下部。

所述的能动二回路充排系统包括应急补水箱、应急补水泵、蒸发器和排气阀，应急补水箱、应急补水泵和排气阀位于安全壳外，蒸发器位于安全壳内，应急补水箱、应急补水泵、蒸发器和排气阀依次通过管道连接，应急补水泵位于应急补水箱下方，排气阀高于蒸发器，应急补水泵通过管道将水输送到蒸发器，蒸发器产生的蒸汽通过排气阀排出。

所述的能动安全壳冷却系统包括壳内水箱、安全壳冷却泵、安全壳换热器、安全壳顶部喷头、壳内热管换热器顶部喷头和高压补水箱，壳内水箱、安全壳冷却泵和安全壳换热器通过管道依次相连，安全壳换热器另一端分别连接安全壳顶部喷头和壳内热管换热器顶部喷头，高压补水箱通过管道与安全壳冷却泵相连。

所述的安全壳冷却泵与壳内水箱底部高度齐平或低于壳内水箱底部高度，安全壳换热器位于安全壳冷却泵的上方；壳内水箱位于安全壳内最底部，安全壳冷却泵和安全壳换热器位于安全壳外，安全壳顶部喷头位于安全壳内最高处，壳内热管换热器顶部喷头位于安全壳内，位置低于安全壳顶部喷头，壳内热管换热器顶部喷头和安全壳顶部喷头的高度高于蒸发器。

所述的能动屏蔽冷却水系统包括屏蔽水泵、热阱换热器和热阱泵，屏蔽水泵、热阱换热器和热阱泵依次通过管道连接，屏蔽水泵位于热阱换热器正下方，能动安全壳冷却系统的安全壳换热器通过管道与屏蔽水泵和热阱换热器依次相连；屏蔽水泵、热阱换热器和热阱泵位于安全壳外部；热阱泵高度低于热阱换热器，热阱换热器高度低于屏蔽水泵，屏蔽水泵高度低于或与安全壳换热器平齐，热阱换热器高度低于安全壳换热器。

所述的非能动二回路自然循环系统包括壳外水箱、二回路自然循环换热器和气动熔断阀a，二回路自然循环换热器和气动熔断阀a通过管道相连，并通过管道连接到能动二回路充排系统中蒸发器进出口管路上，二回路自然循环换热器位于壳外水箱内，气动熔断阀a位于安全壳内，固定安装在壳外水箱和二回路自然循环换热器下方。

所述的上部热管冷却系统包括壳内安全壳热管换热器、气动熔断阀b和壳外安全壳热管换热器，壳内安全壳热管换热器、气动熔断阀b和壳外安全壳热管换热器依次通过管道连接，形成一个闭式循环，壳内安全壳热管换热器、气动熔断阀b位于安全壳内，壳外安全壳热管换热器位于安全壳外，壳外安全壳热管换热器高度高于气动熔断阀b，气动熔断阀b高度高于壳内安全壳热管换热器。

所述的下部热管冷却系统包括壳内水箱热管换热器、壳外的水箱隔离阀和壳外空气热管换热器，壳内水箱热管换热器，壳外的水箱隔离阀和壳外空气热管换热器依次通过管道连接，形成一个闭式循环，下部热管冷却系统低于上部热管冷却系统，壳外空气热管换热器、壳外的水箱隔离阀位于安全壳外，壳内水箱热管换热器位于安全壳内，壳外空气热管换热器高度高于壳外的水箱隔离阀，壳外空气热管换热器和壳外的水箱隔离阀高度均高于壳内水箱热管换热器。

所述的应急补水箱水量满足72小时运行要求。

所述的应急补水泵采用电动或气动泵。

所述的排气阀为电动或气动调节阀，根据设定压力自动开启、回座，设定压力不超过蒸发器的设计压力。

所述的壳内热管换热器顶部喷头位于非能动安全壳热管冷却系统中壳内安全壳热管换热器上方。

所述的高压补水箱位于安全壳外，高压补水箱的出口与安全壳冷却泵出口相连，高压补水箱的高度高于壳内水箱。

所述的安全壳顶部喷头覆盖面积为100％；壳内热管换热器顶部喷头覆盖面积大于非能动安全壳热管冷却系统中壳内安全壳热管换热器的横截面积。

所述的壳外的高压补水箱由氮气覆盖，压力高于10MPa，安全壳冷却泵扬程在100m以上。

所述的壳外的高压补水箱具有自动补水功能。

所述的屏蔽水泵将45度以下的冷却水送至能动安全壳冷却系统的安全壳换热器冷侧，水被加热后返回到热阱换热器热侧，热阱泵将海水或冷却塔淡水输送到热阱换热器冷侧。

所述的屏蔽水泵为离心式水泵，热阱换热器为板式换热器。

所述的气动熔断阀a正常运行时处于关闭状态。

所述的壳外安全壳热管换热器位于非能动二回路自然循环系统的壳外水箱内，非能动二回路自然循环系统和非能动安全壳热管冷却系统共用一个壳外水箱。

所述的壳内安全壳热管换热器、壳外安全壳热管换热器、壳内水箱热管换热器、壳外空气热管换热器内采用烃类介质。

所述的气动熔断阀a或气动熔断阀b包括主阀、气动执行机构和熔断阀，气动执行机构安装在主阀上，熔断阀与气动执行机构通过管线相连；主阀为气动阀截止阀，气动执行机构为事故开气动执行机构，在执行机构气路上安装有熔断阀。

所述的气动熔断阀a和气动熔断阀b不需要电源，通过温度响应自动控制。

所述的熔断阀设有三个管口N1、N2和N3，其中N1为进气口，与电厂中的供气管线相连，N2为出气口，与气动执行机构相连，N3为排气口，与大气相通。

所述的熔断阀包括阀杆、熔断片和弹簧，弹簧安装于阀杆四周，熔断片位于弹簧的一侧，与弹簧顶部和底部相连，在正常工况下阀杆处于顶端位置，阀杆压缩顶部的弹簧使接口N1与N2接通，此时气源压力可以传递到气动执行机构，使主阀处于关闭状态，该状态下弹簧被熔断片锁止；当安全壳内温度高于65度时，熔断片自动断开，弹簧将阀杆推至底端位置，此时N2与N3接通，N1关闭；N1关闭将切断气源供气，N2与N3接通可将主阀的气动执行机构的压缩气体通过N3排出，此时主阀气动执行机构复位，实现阀门自动开启。

所述的壳外水箱中设有隔水挡板，将二回路自然循环换热器安装于隔水挡板一侧，壳外安全壳热管换热器安装于另一侧，正常运行期间隔水挡板隔离，事故下，二回路自然循环换热器和壳外安全壳热管换热器不同时使用，隔水挡板隔离防止高低温水交换，当隔水挡板两侧压差达到0.003MPa后，自动打开隔水挡板，两侧水量共享。

所述的隔水挡板包括叶片、连接杆、恒力弹簧和密封圈，叶片与连接杆相连，恒力弹簧安装于连接杆上位于连接杆顶部，密封圈位于叶片四周；当作用于叶片的水压超过恒力弹簧压力时叶片在连接杆带动下开启，壳外水箱中的水从高液位侧向低液位侧流动，直至水位平衡。

本发明的有益技术效果在于：

(1)本发明采用闭式非能动安全壳冷却，增加壳内换热器的非能动喷淋设施，提高换热能力，使得能动和非能动设施协同作用加快热量导出；

(2)本发明采用能动和非能动的协同导热手段将堆芯衰变热、乏燃料衰变热、贮存热、安全重要物项的热量导出到最终热阱海水和大气中，在设计基准事故和超设计基准事故工况下，保证核安全相关设备的运行，排出反应堆及乏燃料余热，保持安全壳完整性。

(3)本发明包括能动二回路充排系统、能动安全壳冷却系统、能动屏蔽冷却水系统和非能动二回路自然循环系统和非能动安全壳热管冷却系统，通过不同事故下的协同作用，保证电厂的可靠性，提高的核电厂的安全性。

(4)本发明提供一种熔断原理的阀门，巧妙的与事故下温度升高相结合，可以自动开启通路，实现非能动，解决以往非能动系统依靠安全电源启动阀门的弊端。

(5)本发明提供一种采用一定真空度烃类介质热管换热器，管内两相沸腾换热解决了开式换热器换热效率低的问题。

(6)本发明提供一种带有隔水挡板的壳外水箱，设计基准事故下隔板隔离，保证两侧高低温水隔离，当隔板两侧压差达到设定值后，自动打开保证两侧水量共享，避免事故初期水量过早蒸发事故后期水量不够的问题。

附图说明

图1为本发明所提供的一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统整体装配图；

图2为气动熔断阀示意图；

图3为熔断阀内部接口原理图；

图4为隔水挡板主视图；

图5为隔水挡板关闭状态俯视图；

图6为隔水挡板开启状态俯视图；

图中：7-安全壳；8-上部热管冷却系统；9-下部热管冷却系统；10-应急补水箱；11-应急补水泵；12-蒸发器；13-排气阀；20-壳内水箱；21-安全壳冷却泵；22-安全壳换热器；23-安全壳顶部喷头；24-壳内热管换热器顶部喷头；25-高压补水箱；31-屏蔽水泵；32-热阱换热器；33-热阱泵；40-阀杆；41-气动熔断阀a；42-二回路自然循环换热器；43-壳外水箱；44-熔断片；45-弹簧；46-隔水挡板；47-主阀；48-气动执行机构；49-熔断阀；50-壳内安全壳热管换热器；51-气动熔断阀b；52-壳外安全壳热管换热器；53-壳内水箱热管换热器；54-壳外的水箱隔离阀；55-壳外空气热管换热器；461-叶片；462-连接杆；463-恒力弹簧；464-密封圈。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明，下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显而易见的，下面实施例仅仅是本发明实施例中的一部分，而不是全部。基于本发明记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，均在本发明保护的范围内。

如图1所示，本发明所提供的一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统，该系统包括能动二回路充排系统1、能动安全壳冷却系统2、能动屏蔽冷却水系统3、非能动二回路自然循环系统4和非能动安全壳热管冷却系统5。

能动二回路充排系统1穿过安全壳7固定连接在非能动二回路自然循环系统4的下方，能动二回路充排系统1与非能动二回路自然循环系统4通过管道相连；能动安全壳冷却系统2穿过安全壳7固定连接在能动屏蔽冷却水系统3上方，能动屏蔽冷却水系统3与能动安全壳冷却系统2通过安全壳换热器22相连，能动屏蔽冷却水系统3位于安全壳7外；

非能动安全壳热管冷却系统5包括上部热管冷却系统8和下部热管冷却系统9，分别位于安全壳7的上部和下部。

非能动二回路自然循环系统4和非能动安全壳热管冷却系统5共用一个壳外水箱43。

能动二回路充排系统1包括应急补水箱10、应急补水泵11、蒸发器12和排气阀13。应急补水箱10、应急补水泵11、蒸发器12和排气阀13依次通过管道连接，应急补水泵11位于应急补水箱10下方，排气阀13高于蒸发器12，应急补水箱10、应急补水泵11和排气阀13位于安全壳7外，蒸发器12位于安全壳7内，应急补水泵11通过管道将水输送到蒸发器12，蒸发器12产生的蒸汽通过排气阀13排出。应急补水箱10水量要满足72小时运行要求，应急补水泵11采用电动或气动泵，排气阀13为电动或气动调节阀，根据设定压力自动开启、回座，设定压力不超过蒸发器12的设计压力。

能动安全壳冷却系统2包括壳内水箱20、安全壳冷却泵21、安全壳换热器22、安全壳顶部喷头23、壳内热管换热器顶部喷头24和壳外的高压补水箱25。

壳内水箱20、安全壳冷却泵21和安全壳换热器22通过管道依次相连，安全壳换热器22另一端分别连接安全壳顶部喷头23和壳内热管换热器顶部喷头24，高压补水箱25通过管道与安全壳冷却泵21相连。

安全壳冷却泵21与壳内水箱20底部高度齐平或低于壳内水箱20底部高度。

壳内水箱20位于安全壳7最底部，安全壳冷却泵21和安全壳换热器22位于安全壳外，安全壳换热器22位于安全壳冷却泵21的上方。

安全壳顶部喷头23位于安全壳7内部最高处，壳内热管换热器顶部喷头24位于安全壳7内，位置低于安全壳顶部喷头23，壳内热管换热器顶部喷头24和安全壳顶部喷头23的高度高于蒸发器12。

高压补水箱25位于安全壳7外，高压补水箱25的出口与安全壳冷却泵21出口相连，高压补水箱25的高度高于壳内水箱20。

壳内水箱20与安全壳冷却泵21通过管道相连，冷却水流经安全壳换热器22热侧，通过管道输送到两个位置进行喷淋，一是安全壳顶部喷头23、二是是壳内热管换热器顶部喷头24。

安全壳顶部喷头23覆盖面积为100％；壳内热管换热器顶部喷头24覆盖面积大于非能动安全壳热管冷却系统5中壳内安全壳热管换热器50的横截面积。壳内热管换热器顶部喷头24位于非能动安全壳热管冷却系统5中壳内安全壳热管换热器50上方。

壳外的高压补水箱25可自动补水，为安全壳7内安全壳热管换热器50表面提供喷淋加强换热效果。

壳外的高压补水箱25由氮气覆盖，压力高于10MPa，安全壳冷却泵21扬程在100m以上。增加壳内安全壳热管换热器50的非能动喷淋设施，通过壳外的高压补水箱25蓄能，将水喷淋到壳内安全壳热管换热器50表面提高换热能力，使得能动和非能动设施协同作用加快热量导出。

能动屏蔽冷却水系统3包括屏蔽水泵31、热阱换热器32和热阱泵33，屏蔽水泵31、热阱换热器32和热阱泵33依次通过管道连接，屏蔽水泵31位于热阱换热器32正下方，热阱换热器32高于热阱泵33。屏蔽水泵31、热阱换热器32和热阱泵33位于安全壳7外部。热阱泵33高度低于热阱换热器32，热阱换热器32高度低于屏蔽水泵31，屏蔽水泵31高度低于或与安全壳换热器22平齐，热阱换热器32高度低于安全壳换热器22。

屏蔽水泵31将45度以下的冷却水送至能动安全壳冷却系统2的安全壳换热器22冷侧，水被加热后返回到热阱换热器32热侧，热阱泵33将海水或冷却塔淡水输送到热阱换热器32冷侧。

安全壳换热器22通过管道与屏蔽水泵31和热阱换热器32依次相连。

屏蔽水泵31为离心式水泵，热阱换热器32为紧凑度高的板式换热器。

非能动二回路自然循环系统4包括壳外水箱43、二回路自然循环换热器42和气动熔断阀a41，二回路自然循环换热器42和气动熔断阀a41通过管道相连，并通过管道连接到能动二回路充排系统1中蒸发器12进出口管路上，二回路自然循环换热器42位于壳外水箱43内，气动熔断阀a41位于安全壳7内，安装于壳外水箱43和二回路自然循环换热器42下方。

二回路自然循环换热器42通过管道连接到能动二回路充排系统1中蒸发器12进出口管路上，将蒸发器12的热量传递给壳外水箱43，气动熔断阀a41正常运行保持关闭。

非能动安全壳热管冷却系统5包括上部热管冷却系统8和下部热管冷却系统9。上部热管冷却系统8包括壳内安全壳热管换热器50、气动熔断阀b51和壳外安全壳热管换热器52，壳外安全壳热管换热器52位于壳外水箱43内。

壳内安全壳热管换热器50、气动熔断阀b51和壳外安全壳热管换热器52依次通过管道连接，形成一个闭式循环。壳内安全壳热管换热器50、气动熔断阀b51位于安全壳7内，壳外安全壳热管换热器52位于安全壳7外，壳外安全壳热管换热器52高度高于气动熔断阀b51，气动熔断阀b51高度高于壳内安全壳热管换热器50。

下部热管冷却系统9包括壳内水箱热管换热器53，壳外的水箱隔离阀54和壳外空气热管换热器55，壳内水箱热管换热器53，壳外的水箱隔离阀54和壳外空气热管换热器55依次通过管道连接，形成一个闭式循环。下部热管冷却系统9低于上部热管冷却系统8，壳外空气热管换热器55、壳外的水箱隔离阀54位于安全壳7外，壳内水箱热管换热器53位于安全壳7内，壳外空气热管换热器55高度高于壳外的水箱隔离阀54，壳外空气热管换热器55和壳外的水箱隔离阀54高度均高于壳内水箱热管换热器53。

上述壳内安全壳热管换热器50、壳外安全壳热管换热器52、壳内水箱热管换热器53、壳外空气热管换热器55内采用烃类介质，在一定的真空度下，安全壳7温度达到60度以上时，壳外安全壳热管换热器52和壳外空气热管换热器55内能够产生沸腾，从而强化换热效果。

如图2所示，非能动二回路自然循环系统4和非能动安全壳热管冷却系统5上的气动熔断阀a41和气动熔断阀b51不需要任何电源，通过温度响应自动控制。气动熔断阀a41和气动熔断阀b51包括主阀47、气动执行机构48和熔断阀49。气动执行机构48安装在主阀47的阀杆40上，熔断阀49与气动执行机构48通过管线相连。

主阀47为气动阀截止阀，气动执行机构48为事故开气动执行机构，在执行机构气路上安装有熔断阀49。

如图3所示为熔断阀49内部接口原理图，熔断阀49设置三个管口，分别为N1、N2和N3。其中N1为进气口，与电厂中的供气管线相连，N2为出气口，与气动执行机构48相连，N3为排气口，与大气相通。弹簧45安装于阀杆40四周，熔断片44位于弹簧45的一侧，与弹簧45顶部和底部相连。在正常工况下阀杆40处于顶端位置，阀杆40压缩顶部的弹簧45使接口N1与N2接通，此时气源压力可以传递到气动执行机构48，使主阀47处于关闭状态，该状态下弹簧45被熔断片44锁止。当壳内温度高于65度时，熔断片44自动断开，弹簧45将阀杆40推至底端位置，此时N2与N3接通，N1关闭；N1关闭将切断气源供气，N2与N3接通可将主阀47的气动执行机构48的压缩气体通过N3排出，此时主阀气动执行机构48复位，实现阀门自动开启。

壳外水箱43中设置有隔水挡板46，将二回路自然循环换热器42安装于隔水挡板46一侧，壳外安全壳热管换热器52安装于另一侧，正常运行期间隔水挡板46隔离，事故下，二回路自然循环换热器42和壳外安全壳热管换热器52不同时使用，隔水挡板46隔离防止高低温水交换，当隔水挡板46两侧压差达到0.003MPa后，自动打开隔水挡板46，保证两侧水量共享。

如图4、图5和图6所示，隔水挡板46由叶片461、连接杆462、恒力弹簧463和密封圈464组成，叶片461与连接杆462相连，恒力弹簧463安装于连接杆462上位于连接杆462顶部，密封圈464位于叶片461四周；当作用于叶片461的水压超过恒力弹簧463压力时叶片461在连接杆462带动下开启。壳外水箱43中的水从高液位侧向低液位侧流动，直至水位平衡。

在设计基准事故下，当一回路压力边界完整时，可通过二回路充排系统排热到最终热阱-空气中；当一回路破口时，可通过能动安全壳冷却系统2将热量传递给屏蔽冷却水系统再将热量导出到最终热阱海水和大气中。在全厂断电的超设计基准事故下，当一回路压力边界完整时，可通过非能动二回路自然循环系统4将热量导出到最终热阱-大气。当一回路破损无法建立自然循环，甚至堆芯熔毁时，安全壳7中的热量通过非能动安全壳热管冷却系统5的壳内安全壳热管换热器50将安全壳7热量导出到壳外水箱43，通过蒸发换热将热量导出到最终热阱-大气。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (22)

1.一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统，其特征在于：该系统包括能动二回路充排系统、能动安全壳冷却系统、能动屏蔽冷却水系统、非能动二回路自然循环系统、非能动安全壳热管冷却系统；

其中能动二回路充排系统穿过安全壳（7）固定连接在非能动二回路自然循环系统的下方，能动安全壳冷却系统穿过安全壳（7）固定连接在位于安全壳（7）外的能动屏蔽冷却水系统上方，非能动安全壳热管冷却系统包括上部热管冷却系统和下部热管冷却系统，分别位于安全壳（7）的上部和下部；

所述的非能动二回路自然循环系统包括壳外水箱（43）、二回路自然循环换热器（42）和气动熔断阀a（41），二回路自然循环换热器（42）和气动熔断阀a（41）通过管道相连，并通过管道连接到能动二回路充排系统中蒸发器（12）进出口管路上，二回路自然循环换热器（42）位于壳外水箱（43）内，气动熔断阀a（41）位于安全壳（7）内，固定安装在壳外水箱（43）和二回路自然循环换热器（42）下方；

所述的上部热管冷却系统包括壳内安全壳热管换热器（50）、气动熔断阀b（51）和壳外安全壳热管换热器（52），壳内安全壳热管换热器（50）、气动熔断阀b（51）和壳外安全壳热管换热器（52）依次通过管道连接，形成一个闭式循环，壳内安全壳热管换热器（50）、气动熔断阀b（51）位于安全壳（7）内，壳外安全壳热管换热器（52）位于安全壳（7）外，壳外安全壳热管换热器（52）高度高于气动熔断阀b（51），气动熔断阀b（51）高度高于壳内安全壳热管换热器（50）；

所述的气动熔断阀a（41）或气动熔断阀b（51）包括主阀（47）、气动执行机构（48）和熔断阀（49），气动执行机构（48）安装在主阀（47）上，熔断阀（49）与气动执行机构（48）通过管线相连；主阀（47）为气动阀截止阀，气动执行机构（48）为事故开气动执行机构，在执行机构气路上安装有熔断阀（49）；

所述的熔断阀（49）设有三个管口N1、N2和N3，其中N1为进气口，与电厂中的供气管线相连，N2为出气口，与气动执行机构（48）相连，N3为排气口，与大气相通；

所述的熔断阀（49）包括阀杆（40）、熔断片（44）和弹簧（45），弹簧（45）安装于阀杆（40）四周，熔断片（44）位于弹簧（45）的一侧，与弹簧（45）顶部和底部相连，在正常工况下阀杆（40）处于顶端位置，阀杆（40）压缩顶部的弹簧（45）使接口N1与N2接通，此时气源压力可以传递到气动执行机构（48），使主阀（47）处于关闭状态，该状态下弹簧（45）被熔断片（44）锁止；当安全壳（7）内温度高于65度时，熔断片（44）自动断开，弹簧（45）将阀杆（40）推至底端位置，此时N2与N3接通，N1关闭；N1关闭将切断气源供气，N2与N3接通可将主阀（47）的气动执行机构（48）的压缩气体通过N3排出，此时主阀气动执行机构（48）复位，实现阀门自动开启。

2.根据权利要求1所述的一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统，其特征在于：所述的能动二回路充排系统包括应急补水箱（10）、应急补水泵（11）、蒸发器（12）和排气阀（13），应急补水箱（10）、应急补水泵（11）和排气阀（13）位于安全壳（7）外，蒸发器（12）位于安全壳（7）内，应急补水箱（10）、应急补水泵（11）、蒸发器（12）和排气阀（13）依次通过管道连接，应急补水泵（11）位于应急补水箱（10）下方，排气阀（13）高于蒸发器（12），应急补水泵（11）通过管道将水输送到蒸发器（12），蒸发器（12）产生的蒸汽通过排气阀（13）排出。

3.根据权利要求2所述的一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统，其特征在于：所述的能动安全壳冷却系统包括壳内水箱（20）、安全壳冷却泵（21）、安全壳换热器（22）、安全壳顶部喷头（23）、壳内热管换热器顶部喷头（24）和高压补水箱（25），壳内水箱（20）、安全壳冷却泵（21）和安全壳换热器（22）通过管道依次相连，安全壳换热器（22）另一端分别连接安全壳顶部喷头（23）和壳内热管换热器顶部喷头（24），高压补水箱（25）通过管道与安全壳冷却泵（21）相连。

4.根据权利要求3所述的一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统，其特征在于：所述的安全壳冷却泵（21）与壳内水箱（20）底部高度齐平或低于壳内水箱（20）底部高度，安全壳换热器（22）位于安全壳冷却泵（21）的上方；壳内水箱（20）位于安全壳（7）内最底部，安全壳冷却泵（21）和安全壳换热器（22）位于安全壳外，安全壳顶部喷头（23）位于安全壳（7）内最高处，壳内热管换热器顶部喷头（24）位于安全壳（7）内，位置低于安全壳顶部喷头（23），壳内热管换热器顶部喷头（24）和安全壳顶部喷头（23）的高度高于蒸发器（12）。

5.根据权利要求4所述的一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统，其特征在于：所述的能动屏蔽冷却水系统包括屏蔽水泵（31）、热阱换热器（32）和热阱泵（33），屏蔽水泵（31）、热阱换热器（32）和热阱泵（33）依次通过管道连接，屏蔽水泵（31）位于热阱换热器（32）正下方，能动安全壳冷却系统的安全壳换热器（22）通过管道与屏蔽水泵（31）和热阱换热器（32）依次相连；屏蔽水泵（31）、热阱换热器（32）和热阱泵（33）位于安全壳（7）外部；热阱泵（33）高度低于热阱换热器（32），热阱换热器（32）高度高于屏蔽水泵（31），屏蔽水泵（31）高度低于或与安全壳换热器（22）平齐，热阱换热器（32）高度低于安全壳换热器（22）。

6.根据权利要求1所述的一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统，其特征在于：所述的下部热管冷却系统包括壳内水箱热管换热器（53）、壳外的水箱隔离阀（54）和壳外空气热管换热器（55），壳内水箱热管换热器（53），壳外的水箱隔离阀（54）和壳外空气热管换热器（55）依次通过管道连接，形成一个闭式循环，下部热管冷却系统低于上部热管冷却系统，壳外空气热管换热器（55）、壳外的水箱隔离阀（54）位于安全壳（7）外，壳内水箱热管换热器（53）位于安全壳（7）内，壳外空气热管换热器（55）高度高于壳外的水箱隔离阀（54），壳外空气热管换热器（55）和壳外的水箱隔离阀（54）高度均高于壳内水箱热管换热器（53）。

7.根据权利要求2所述的一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统，其特征在于：所述的应急补水箱（10）水量满足72小时运行要求。

8.根据权利要求2所述的一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统，其特征在于：所述的应急补水泵（11）采用电动或气动泵。

9.根据权利要求2所述的一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统，其特征在于：所述的排气阀（13）为电动或气动调节阀，根据设定压力自动开启、回座，设定压力不超过蒸发器（12）的设计压力。

10.根据权利要求3所述的一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统，其特征在于：所述的壳内热管换热器顶部喷头（24）位于非能动安全壳热管冷却系统中壳内安全壳热管换热器（50）上方。

11.根据权利要求3所述的一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统，其特征在于：所述的高压补水箱（25）位于安全壳（7）外，高压补水箱（25）的出口与安全壳冷却泵（21）出口相连，高压补水箱（25）的高度高于壳内水箱（20）。

12.根据权利要求11所述的一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统，其特征在于：所述的安全壳顶部喷头（23）覆盖面积为100%；壳内热管换热器顶部喷头（24）覆盖面积大于非能动安全壳热管冷却系统中壳内安全壳热管换热器（50）的横截面积。

13.根据权利要求12所述的一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统，其特征在于：所述的壳外的高压补水箱（25）由氮气覆盖，压力高于10MPa，安全壳冷却泵（21）扬程在100m以上。

14.根据权利要求13所述的一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统，其特征在于：所述的壳外的高压补水箱（25）具有自动补水功能。

15.根据权利要求5所述的一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统，其特征在于：所述的屏蔽水泵（31）将45度以下的冷却水送至能动安全壳冷却系统的安全壳换热器（22）冷侧，水被加热后返回到热阱换热器（32）热侧，热阱泵（33）将海水或冷却塔淡水输送到热阱换热器（32）冷侧。

16.根据权利要求5所述的一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统，其特征在于：所述的屏蔽水泵（31）为离心式水泵，热阱换热器（32）为板式换热器。

17.根据权利要求1所述的一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统，其特征在于：所述的气动熔断阀a（41）正常运行时处于关闭状态。

18.根据权利要求1所述的一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统，其特征在于：所述的壳外安全壳热管换热器（52）位于非能动二回路自然循环系统的壳外水箱（43）内，非能动二回路自然循环系统和非能动安全壳热管冷却系统共用一个壳外水箱（43）。

19.根据权利要求6所述的一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统，其特征在于：所述的壳内安全壳热管换热器（50）、壳外安全壳热管换热器（52）、壳内水箱热管换热器（53）、壳外空气热管换热器（55）内采用烃类介质。

20.根据权利要求1所述的一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统，其特征在于：所述的气动熔断阀a（41）和气动熔断阀b（51）不需要电源，通过温度响应自动控制。

21.根据权利要求18所述的一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统，其特征在于：所述的壳外水箱（43）中设有隔水挡板（46），将二回路自然循环换热器（42）安装于隔水挡板（46）一侧，壳外安全壳热管换热器（52）安装于另一侧，正常运行期间隔水挡板（46）隔离，事故下，二回路自然循环换热器（42）和壳外安全壳热管换热器（52）不同时使用，隔水挡板（46）隔离防止高低温水交换，当隔水挡板（46）两侧压差达到0.003MPa后，自动打开隔水挡板（46），两侧水量共享。

22.根据权利要求21所述的一种核电站能动和非能动协同冷却的最终热阱系统，其特征在于：所述的隔水挡板（46）包括叶片（461）、连接杆（462）、恒力弹簧（463）和密封圈（464），叶片（461）与连接杆（462）相连，恒力弹簧（463）安装于连接杆（462）上位于连接杆（462）顶部，密封圈（464）位于叶片（461）四周；当作用于叶片（461）的水压超过恒力弹簧（463）压力时叶片（461）在连接杆（462）带动下开启，壳外水箱（43）中的水从高液位侧向低液位侧流动，直至水位平衡。

Images