CN113674881A - 一种铅铋堆压力容器非能动余热排出系统 - Google Patents

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邓坚
严明宇
黄代顺
孙伟
隋海明
王啸宇
陈仕龙
李沛颖
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Abstract

本发明属于安全系统设计技术领域，设计了一种铅铋堆压力容器非能动余热排出系统。本发明包括一回路冷却系统、主容器冷却系统和空气冷却系统，其中一回路冷却系统位于主容器冷却系统内部，将热量传递给主容器冷却系统；主容器冷却系统的外部设有空气冷却系统，主容器冷却系统将热量传递给空气冷却系统。本发明能够实现通过自然循环空气冷却等非能动方式带走堆芯余热，将反应堆带至安全稳定状态。

Description

一种铅铋堆压力容器非能动余热排出系统
技术领域
本发明属于安全系统设计技术领域，设计了一种铅铋堆压力容器非能动余热排出系统。
背景技术
铅铋堆正常运行时，通过蒸汽发生器带走堆芯裂变产生的热量。在发生事故工况下，假如蒸汽发生器无法使用，则要配置堆芯余热排出系统导出堆芯余热，防止堆芯熔化并发展成严重事故。例如发生蒸汽发生器主给水丧失事故，蒸汽发生器带热能力丧失，一二回路热量传输失配，堆芯热量无法正常导出而导致堆芯熔化。
传统反应堆所采用能动的余热排出系统依赖外部动力，一旦发生如全厂断电之类的外部动力丧失事故，能动余热排出系统则无法正常导出堆芯余热，在无其他安全措施的情况下，堆芯将进一步升温恶化进而发展为严重事故。因此，需要设计非能动余热排出系统，保证反应堆在事故下的热量导出。
传统压水堆的非能动余热排出系统是根据回路式反应堆系统进行设计的，无法直接应用于池式铅铋堆。另外，传统压水堆的非能动余热排出系统依赖水箱的水装量，无法实现长期的余热导出。铅铋堆具有独特的结构设计，一回路系统采用一体化池式结构设计、蒸汽发生器放置在一回路池内，同时反应堆容器采取双层设计，这些设计均与压水堆的设计有较大的差异。本申请根据铅铋堆的设计特点，利用非能动的技术理念，在反应堆容器外侧配置基于压力容器的非能动余热排出系统，使用空气冷却反应堆容器壁面带走堆芯余热，并将反应堆带至安全稳定状态。
发明内容
本发明的目的在于：
该发明的目的是为铅铋堆设计一种基于压力容器的余热排出系统，能够实现通过自然循环空气冷却等非能动方式带走堆芯余热，将反应堆带至安全稳定状态。
本发明采用的技术方案：
一种反应堆压力容器非能动余热排出系统，包括一回路冷却系统、主容器冷却系统和空气冷却系统，其中一回路冷却系统位于主容器冷却系统内部，将热量传递给主容器冷却系统；主容器冷却系统的外部设有空气冷却系统，主容器冷却系统将热量传递给空气冷却系统。
所述一回路冷却系统包括主容器，主容器的内部设有热熔池、冷熔池、堆芯。
所述冷熔池下部为椭球型结构，安装在主容器内部的底部，堆芯位于冷熔池的中心位置，堆芯的上部设有热熔池。
还包括主换热器，冷熔池的顶部安装有若干个主换热器。
一回路通过冷热端位差建立稳定的自然循环，将堆芯余热从堆芯传入到压力容器熔池内的冷却剂，熔池内的冷却剂通过与主容器内壁面的对流换热将热量传递给主容器。
所述主容器冷却系统包括安全容器，安全容器安装在主容器的外部。
所述主容器与安全容器相接触，主容器和安全容器产生温差，通过对流和辐射换热的方式，将主容器壁面的热量传递给安全容器。
所述空气冷却系统包括空气上升通道、空气下降通道、烟囱、冷空气入口，空气下降通道为环形区域，其一端与冷空气入口相连，另一端通过下部转弯区域与空气上升通道相连；贴近安全容器外壁的空气上升通道为环形区域，空气上升通道与位于安全容器上方的烟囱连通。
所述冷空气入口管道的一端与非能动余热排出系统入口隔离阀相连，烟囱的出口端与非能动余热排出系统出口隔离阀相连。
所述冷空气通过下降通道翻转向上进入上升通道，与安全容器外壁面进行对流和辐射换热，冷空气被加热后上升，并从烟囱排出，非能动余热排出系统内建立稳定的空气自然循环流量，带走压力容器壁面的热量。
本发明的有益效果：
(1)本发明根据铅铋堆的设计特点，充分利用压力容器外表面积大的特点，提供一种铅铋堆压力容器非能动余热排出系统，增大了反应堆与余热排出系统的换热面积，可以高效的带出反应堆内的余热。
(2)本发明提供的一种铅铋堆压力容器非能动余热排出系统，在不影响堆内结构的前提下，在反应堆外部增加传热管束，简化了反应堆内的布置，减少对一回路正常运行时的影响。
(3)本发明采用空气作为工质，实现非能动系统的自然循环带出反应堆余热，可以实现长期冷却。
附图说明
图1为本发明提供的一种铅铋堆压力容器非能动余热排出系统结构示意图；
图中：1-主容器、2-安全容器、3-空气上升通道、4-空气下降通道、5-主换热器、6-热熔池、7-冷熔池、8-堆芯、9-烟囱、10-冷空气入口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供一种反应堆压力容器非能动余热排出系统，包括主容器1、安全容器2、空气上升通道3、空气下降通道4、主换热器5、热熔池6、冷熔池7、堆芯8、烟囱9、冷空气入口10。所述非能动余热排出系统的空气下降通道4为环形区域，其一端与冷空气入口10相连，另一端通过下部转弯区域与空气上升通道3相连；贴近安全容器2外壁的空气上升通道3为环形区域，空气上升通道3与位于安全容器2上方的烟囱9连通；烟囱9的作用是将热空气从上部排出。所述冷空气入口管道10的一端与非能动余热排出系统入口隔离阀相连，烟囱9的出口端与非能动余热排出系统出口隔离阀相连。主容器1安装在安全容器2的内部，主容器1的内部设有主换热器5、热熔池6、冷熔池7、堆芯8，冷熔池7下部为椭球型结构，安装在主容器1内部的底部，堆芯8位于冷熔池7的中心位置，冷熔池7的顶部安装有若干个主换热器5，堆芯8的上部设有热熔池6。
通过空气冷却反应堆容器的设计方案又称为反应堆容器空气冷却系统(RVACS)，RVACS是在反应堆容器外围设置空气冷却通道，容器外围的空气通过与容器壁面的自然对流将堆芯余热带走。RVACS主要依靠容器之间的热辐射以及空气的对流换热来带走堆内热量。首先，一回路冷却剂通过对流换热将热量传递给主容器；其次，主容器通过对流和辐射换热将热量传递给安全容器；最后，安全容器通过对流和辐射换热将热量传递给空气。
本发明的工作原理为：
首先，在事故工况下，一回路通过冷热端位差建立稳定的自然循环，将堆芯余热从堆芯传入到压力容器熔池内的冷却剂，熔池内的冷却剂通过与主容器内壁面的对流换热将热量传递给主容器；
其次，主容器与非能动余热排出系统的安全容器相接触，在事故工况下，主容器和安全容器产生温差。通过对流和辐射换热的方式，将主容器壁面的热量传递给安全容器，实现热量的向外传导；
最后，将非能动余热排出系统的进出口隔离阀打开，冷空气通过下降通道翻转向上进入上升通道，与压力容器外壁面进行对流和辐射换热，冷空气被加热后上升，并从烟囱排出，非能动余热排出系统内建立稳定的空气自然循环流量，带走压力容器壁面的热量。

Claims (10)

1.一种反应堆压力容器非能动余热排出系统，其特征在于：包括一回路冷却系统、主容器冷却系统和空气冷却系统，其中一回路冷却系统位于主容器冷却系统内部，将热量传递给主容器冷却系统；主容器冷却系统的外部设有空气冷却系统，主容器冷却系统将热量传递给空气冷却系统。
2.根据权利要求1所述的一种反应堆压力容器非能动余热排出系统，其特征在于：所述一回路冷却系统包括主容器(1)，主容器(1)的内部设有热熔池(6)、冷熔池(7)、堆芯(8)。
3.根据权利要求2所述的一种反应堆压力容器非能动余热排出系统，其特征在于：所述冷熔池(7)下部为椭球型结构，安装在主容器(1)内部的底部，堆芯(8)位于冷熔池(7)的中心位置，堆芯(8)的上部设有热熔池(6)。
4.根据权利要求3所述的一种反应堆压力容器非能动余热排出系统，其特征在于：还包括主换热器(5)，冷熔池(7)的顶部安装有若干个主换热器(5)。
5.根据权利要求4所述的一种反应堆压力容器非能动余热排出系统，其特征在于：一回路通过冷热端位差建立稳定的自然循环，将堆芯(8)余热从堆芯传入到压力容器熔池内的冷却剂，熔池内的冷却剂通过与主容器(1)内壁面的对流换热将热量传递给主容器(1)。
6.根据权利要求5所述的一种反应堆压力容器非能动余热排出系统，其特征在于：所述主容器冷却系统包括安全容器(2)，安全容器(2)安装在主容器(1)的外部。
7.根据权利要求6所述的一种反应堆压力容器非能动余热排出系统，其特征在于：所述主容器(1)与安全容器(2)相接触，主容器(1)和安全容器(2)产生温差，通过对流和辐射换热的方式，将主容器(1)壁面的热量传递给安全容器(2)。
8.根据权利要求7所述的一种反应堆压力容器非能动余热排出系统，其特征在于：所述空气冷却系统包括空气上升通道(3)、空气下降通道(4)、烟囱(9)、冷空气入口(10)，空气下降通道(4)为环形区域，其一端与冷空气入口(10)相连，另一端通过下部转弯区域与空气上升通道(3)相连；贴近安全容器(2)外壁的空气上升通道(3)为环形区域，空气上升通道(3)与位于安全容器(2)上方的烟囱(9)连通。
9.根据权利要求8所述的一种反应堆压力容器非能动余热排出系统，其特征在于：所述冷空气入口管道(10)的一端与非能动余热排出系统入口隔离阀相连，烟囱(9)的出口端与非能动余热排出系统出口隔离阀相连。
10.根据权利要求9所述的一种反应堆压力容器非能动余热排出系统，其特征在于：所述冷空气通过下降通道(4)翻转向上进入上升通道(3)，与安全容器(2)外壁面进行对流和辐射换热，冷空气被加热后上升，并从烟囱(9)排出，非能动余热排出系统内建立稳定的空气自然循环流量，带走压力容器壁面的热量。
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