CN113327694B - 一种钠冷反应堆系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钠冷反应堆系统，反应堆压力容器插入于二回路压力容器中，堆芯吊篮位于反应堆压力容器内，反应堆堆芯位于堆芯吊篮中，反应堆压力容器顶盖固定于反应堆压力容器的顶部开口处，控制棒的端部穿过反应堆压力容器顶盖插入于反应堆堆芯内，堆芯吊篮位于反应堆压力容器中；一回路冷却剂供应系统的出口经一回路冷却剂上充管与反应堆压力容器底部侧面的入口相连通，反应堆压力容器底部侧面的出口经一回路冷却剂下泄管与一回路冷却剂循环净化系统相连通，该系统的安全性较高，且检修方便。

Description

一种钠冷反应堆系统
技术领域
本发明属于核能开发和利用的领域，涉及一种钠冷反应堆系统。
背景技术
钠冷快中子反应堆是一种快中子增殖反应堆，以液态金属钠为冷却剂，液态钠具有中子吸收截面小、导热性能好、比热大等特点，钠的沸点高达886.6℃，所以能在常压下工作。钠冷快中子堆在2-3个大气压时冷却剂温度可达到500-600℃。但是，钠缺点是化学性质活泼，易与氧和水反应，传统钠冷反应堆使用水作为蒸汽发生器传热介质，一旦传热管破损，会引起强烈的钠-水反应，造成钠火严重事故发生，安全性较差。一回路钠冷却剂的循环动力依靠钠泵提供，一旦故障则有检修困难和强迫停堆的风险。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种钠冷反应堆系统，该系统的安全性较高，且检修方便。
为达到上述目的，本发明所述的钠冷反应堆系统包括反应堆堆芯、反应堆压力容器、二回路压力容器、堆芯吊篮、控制棒、反应堆压力容器顶盖、一回路冷却剂供应系统、一回路冷却剂循环净化系统、一回路冷却剂上充管及一回路冷却剂下泄管；
反应堆压力容器插入于二回路压力容器中，堆芯吊篮位于反应堆压力容器内，反应堆堆芯位于堆芯吊篮中，反应堆压力容器顶盖固定于反应堆压力容器的顶部开口处，控制棒的端部穿过反应堆压力容器顶盖插入于反应堆堆芯内，堆芯吊篮位于反应堆压力容器中；
一回路冷却剂供应系统的出口经一回路冷却剂上充管与反应堆压力容器底部侧面的入口相连通，反应堆压力容器底部侧面的出口经一回路冷却剂下泄管与一回路冷却剂循环净化系统相连通。
还包括二回路热气出口管、二回路能量转换装置、二回路循环风机及二回路冷气接口管；二回路压力容器的顶部出口经二回路热气出口管、二回路能量转换装置、二回路循环风机及二回路冷气接口管与二回路压力容器的底部入口相连通。
反应堆压力容器的底部通过反应堆压力容器支撑裙固定于反应堆压力容器的底部。
反应堆压力容器支撑裙上设置有二回路气体分配孔；
还包括氩气供应系统、过滤器、氩气压力调节阀及压力表；氩气供应系统的出口经过滤器、氩气压力调节阀及压力表与反应堆压力容器的氩气供应管孔相连通。
还包括安全阀、应急排气回收系统、备压控制阀及氩气回收贮存系统；反应堆压力容器上的氩气回收管孔分为两路，其中一路经安全阀与应急排气回收系统相连通，另一路经备压控制阀与氩气回收贮存系统相连通。
反应堆压力容器的外壁上设置有换热翅片。
反应堆压力容器为圆柱形结构，反应堆压力容器与二回路压力容器同心布置。
反应堆压力容器的顶部开口与反应堆压力容器顶盖通过紧固螺栓固定密封。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的钠冷反应堆系统在具体操作时，反应堆堆芯通过堆芯吊篮安装于反应堆压力容器内，一回路冷却剂不使用强迫循环泵，而是依靠一回路冷却剂的自然循环带出反应堆堆芯的热量，钠冷却剂通过反应堆压力容器外壁的导热，将热量传给外部二回路气体，需要说明的是，本发明取消强迫循环泵，避免设备检修困难的问题，同时采用钠冷的方式，避免水冷带来的不安全问题，可靠性较高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为反应堆压力容器2的俯视图；
图3为反应堆压力容器支撑裙9的结构示意图。
其中，1为反应堆堆芯、2为反应堆压力容器、3为二回路压力容器、4为堆芯吊篮、5为控制棒、6为二回路热气出口管、7为二回路冷气接口管、8为换热翅片、9为反应堆压力容器支撑裙、10为二回路气体分配孔、11为二回路能量转换装置、12为二回路循环风机、13为反应堆压力容器顶盖、14为紧固螺栓、15-1为氩气供应系统、15-2为氩气回收贮存系统、15-3为应急排气回收系统、16-1为一回路冷却剂供应系统、16-2为一回路冷却剂循环净化系统、17-1为一回路冷却剂上充管、17-2为一回路冷却剂下泄管、18为氩气供应管孔、19为氩气回收管孔、20为压力表、21为氩气压力调节阀、22为过滤器、23为备压控制阀、24为安全阀。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
参考图1至图3，本发明所述的钠冷反应堆系统包括反应堆堆芯1、反应堆压力容器2、二回路压力容器3、堆芯吊篮4、控制棒5、二回路热气出口管6、二回路冷气接口管7、换热翅片8、反应堆压力容器支撑裙9、二回路气体分配孔10、二回路能量转换装置11、二回路循环风机12、反应堆压力容器顶盖13、紧固螺栓14、氩气供应系统15-1、氩气回收贮存系统15-2、应急排气回收系统15-3、一回路冷却剂供应系统16-1、一回路冷却剂循环净化系统16-2、一回路冷却剂上充管17-1、一回路冷却剂下泄管17-2、氩气供应管孔18、氩气回收管孔19、压力表20、氩气压力调节阀21、过滤器22、备压控制阀23及安全阀24；
反应堆压力容器2插入于二回路压力容器3中，二回路压力容器3的顶部出口经二回路热气出口管6、二回路能量转换装置11、二回路循环风机12及二回路冷气接口管7与二回路压力容器3的底部入口相连通；
反应堆压力容器2的底部通过反应堆压力容器支撑裙9固定于反应堆压力容器2的底部，其中，反应堆压力容器支撑裙9上设置有二回路气体分配孔10；
反应堆压力容器顶盖13固定于反应堆压力容器2的顶部开口处，控制棒5的端部穿过反应堆压力容器顶盖13插入于堆芯吊篮4中的反应堆堆芯1内，堆芯吊篮4位于反应堆压力容器2中，氩气供应系统15-1的出口经过滤器22、氩气压力调节阀21及压力表20与反应堆压力容器2的氩气供应管孔18相连通，反应堆压力容器2上的氩气回收管孔19分为两路，其中一路经安全阀24与应急排气回收系统15-3相连通，另一路经备压控制阀23与氩气回收贮存系统15-2相连通；
一回路冷却剂供应系统16-1经一回路冷却剂上充管17-1与反应堆压力容器2底部侧面的入口相连通，反应堆压力容器2底部侧面的出口经一回路冷却剂下泄管17-2与一回路冷却剂循环净化系统16-2相连通。
反应堆压力容器2的外壁上设置有换热翅片8，反应堆压力容器2为圆柱形结构，反应堆压力容器2与二回路压力容器3同心布置，两个压力容器筒体为整体结构，反应堆堆芯1位于堆芯吊篮4中，反应堆压力容器2的顶部开口与反应堆压力容器顶盖13通过紧固螺栓14固定密封，反应堆压力容器顶盖13上设置有用于供控制棒5穿过的通孔，同时通过驱动机构驱动控制棒5提升和插入，以控制反应堆的功率。
在工作时，二回路气体在二回路压力容器3内从下往上流动，被反应堆压力容器2外壁及换热翅片8加热后从二回路热气出口管6排出。根据用户要求，二回路热气体进入二回路能量转换装置11中进行降温，其中，通过二回路循环风机12提供二回路气体的驱动力。
堆芯吊篮4将反应堆堆芯1内外分割为两个冷却剂流道，堆芯吊篮4内部为上升通道，一回路冷却剂在堆芯吊篮4内被反应堆堆芯1加热膨胀，从堆芯吊篮4顶部溢流至外部环形下降通道，内外通道的一回路冷却剂存在液位差，通过液位差的自然循环驱动力驱动一回路钠冷却剂循环。一回路冷却剂在下降通道内从上往下流动，在堆芯吊篮4内的上升通道中从下往上流动。一回路冷却剂通过反应堆压力容器2外壁将热量传给二回路气体。
反应堆的功率通过控制棒5控制：当需要提高功率时，则控制棒5提升，使堆芯功率升高，堆芯吊篮4内外液位差增大，一回路钠冷却剂的存量发生变化，多余的钠冷却剂通过一回路冷却剂下泄管17-2排出，进入一回路冷却剂循环净化系统16-2；当需要降低功率时，控制棒5插入使堆芯功率降低，堆芯吊篮4内外液位差减小，一回路需要补充的冷却剂钠，通过一回路冷却剂上充管17-1补入，钠来自于一回路冷却剂供应系统16-1。
二回路压力容器3下部空间为钠冷却剂，上部空间充满氩气，当一回路功率变化导致的液位变化后，反应堆压力容器2内的气相压力发生变化，为防止空气进入而产生危险，通过氩气供应和排出将一回路压力控制为2-3bar：当液位降低后，氩气供应系统15-1经过滤器22及氩气压力调节阀21进入反应堆压力容器2顶部补充氩气，一回路压力由压力表20测量，并以此控制氩气压力调节阀21；当液位升高后，通过备压控制阀23排出多余氩气至氩气回收贮存系统15-2，当压力进一步升高或者发生超温升压事故，则安全阀24自动开启泄压，将多余氩气至应急排气回收系统15-3。

Claims (9)

1.一种钠冷反应堆系统，其特征在于，包括反应堆堆芯(1)、反应堆压力容器(2)、二回路压力容器(3)、堆芯吊篮(4)、控制棒(5)、反应堆压力容器顶盖(13)、一回路冷却剂供应系统(16-1)、一回路冷却剂循环净化系统(16-2)、一回路冷却剂上充管(17-1)及一回路冷却剂下泄管(17-2)；
反应堆压力容器(2)插入于二回路压力容器(3)中，堆芯吊篮(4)位于反应堆压力容器(2)内，反应堆堆芯(1)位于堆芯吊篮(4)中，反应堆压力容器顶盖(13)固定于反应堆压力容器(2)的顶部开口处，控制棒(5)的端部穿过反应堆压力容器顶盖(13)插入于反应堆堆芯(1)内，堆芯吊篮(4)位于反应堆压力容器(2)中；
一回路冷却剂供应系统(16-1)的出口经一回路冷却剂上充管(17-1)与反应堆压力容器(2)底部侧面的入口相连通，反应堆压力容器(2)底部侧面的出口经一回路冷却剂下泄管(17-2)与一回路冷却剂循环净化系统(16-2)相连通。
2.根据权利要求1所述的钠冷反应堆系统，其特征在于，还包括二回路热气出口管(6)、二回路能量转换装置(11)、二回路循环风机(12)及二回路冷气接口管(7)；二回路压力容器(3)的顶部出口经二回路热气出口管(6)、二回路能量转换装置(11)、二回路循环风机(12)及二回路冷气接口管(7)与二回路压力容器(3)的底部入口相连通。
3.根据权利要求1所述的钠冷反应堆系统，其特征在于，反应堆压力容器(2)的底部通过反应堆压力容器支撑裙(9)固定于反应堆压力容器(2)的底部。
4.根据权利要求3所述的钠冷反应堆系统，其特征在于，反应堆压力容器支撑裙(9)上设置有二回路气体分配孔(10)。
5.根据权利要求1所述的钠冷反应堆系统，其特征在于，还包括氩气供应系统(15-1)、过滤器(22)、氩气压力调节阀(21)及压力表(20)；氩气供应系统(15-1)的出口经过滤器(22)、氩气压力调节阀(21)及压力表(20)与反应堆压力容器(2)的氩气供应管孔(18)相连通。
6.根据权利要求1所述的钠冷反应堆系统，其特征在于，还包括安全阀(24)、应急排气回收系统(15-3)、备压控制阀(23)及氩气回收贮存系统(15-2)；反应堆压力容器(2)上的氩气回收管孔(19)分为两路，其中一路经安全阀(24)与应急排气回收系统(15-3)相连通，另一路经备压控制阀(23)与氩气回收贮存系统(15-2)相连通。
7.根据权利要求1所述的钠冷反应堆系统，其特征在于，反应堆压力容器(2)的外壁上设置有换热翅片(8)。
8.根据权利要求1所述的钠冷反应堆系统，其特征在于，反应堆压力容器(2)为圆柱形结构，反应堆压力容器(2)与二回路压力容器(3)同心布置。
9.根据权利要求1所述的钠冷反应堆系统，其特征在于，反应堆压力容器(2)的顶部开口与反应堆压力容器顶盖(13)通过紧固螺栓(14)固定密封。
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