CN113808764B - 安全壳内堆芯余热导出方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全壳内堆芯余热导出方法和系统，所述方法包括：在设计基准事故工况下，将安全注入系统的低压安注子系统与余热排出系统的热交换器连通，低压安注子系统将吸收了堆芯余热的冷却剂导出至所述热交换器换热冷却，经过所述热交换器换热冷却后的冷却剂返回注入堆芯，所述冷却剂循环流动，持续导出堆芯余热直至所述堆芯处于安全状态；在设计基准事故工况下，且所述低压安注子系统投入使用的条件下，安全壳的容积满足至少24小时内不超过其设计压力，这种组合设计能够简化专设安全设施，保证纵深防御第二、三层次的独立性，提高安全性并降低建造和运行维护成本。

Description

安全壳内堆芯余热导出方法和系统

技术领域

本发明属于核工业技术领域，具体涉及一种安全壳内堆芯余热导出方法和系统。

背景技术

安全壳作为核电厂反应堆芯保护的重要设施之一，需要配置良好的热量导出系统，以快速有效地导出事故工况下堆芯余热和安全壳内的热量。

参见专利公布号为CN104217773A的专利申请文献，一般核电厂设置了安全壳喷淋系统、安全注入系统、余热排出系统用于在设计基准事故工况下导出安全壳和堆芯余热：安全壳喷淋系统用于设计基准事故工况下导出安全壳热量，通过热交换器及其壳侧的设备冷却水系统将喷淋水(换料水箱或地坑水)的热量传到最终热阱；安全注入系统用于设计基准事故工况下导出堆芯余热，通过向堆芯注入含硼冷却水将堆芯余热带出，并由安全壳喷淋系统或(和)蒸汽发生器二次侧将堆芯余热传到最终热阱；余热排出系统在设计基准事故工况下用于达到其接入条件后将堆芯余热传给最终热阱，并长期持续冷却堆芯。

对于这种设计，在设计基准事故工况下需要安全注入系统和安全壳喷淋系统两套专设安全系统、余热排出系统互相配合以带出堆芯余热，建造和运行维护成本高。而且，余热排出系统既用于正常运行工况下又用于设计基准事故工况下堆芯余热导出，不能满足纵深防御关于各个层次相互独立的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种安全壳内堆芯余热导出方法和系统，能够简化专设安全设施，保证纵深防御第二、三层次的独立性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明第一方面，提供一种安全壳内堆芯余热导出方法，所述方法包括：

在设计基准事故工况下，将安全注入系统的低压安注子系统与余热排出系统的热交换器连通，低压安注子系统将吸收了堆芯余热的冷却剂导出至所述热交换器换热冷却，经过所述热交换器换热冷却后的冷却剂返回注入堆芯，所述冷却剂循环流动，持续导出堆芯余热直至所述堆芯处于安全状态；

在设计基准事故工况下，且所述低压安注子系统投入使用的条件下，安全壳的容积满足至少24小时内不超过其设计压力。

优选地，

在设计基准事故工况下，且所述低压安注子系统不投入的条件下，通过蒸汽发生器二次侧的辅助给水系统和大气排放系统导出堆芯余热；

所述低压安注子系统不投入和失去所述辅助给水系统的条件下，通过二次侧非能动余热排出系统导出堆芯余热。

优选地，

在设计扩展工况下，通过二次侧非能动余热排出系统或其它措施导出堆芯余热。

优选地，所述方法还包括：

在正常停堆冷却时，通过余热排出系统导出堆芯余热，以使堆芯处于冷停堆温度。

本发明的第二个方面，提供一种安全壳内堆芯余热导出系统，包括：安全注入系统的低压安注子系统、余热排出系统的热交换器，

所述低压安注子系统的低压安注泵与余热排出系统的热交换器连接，且形成将堆芯冷却剂循环流经所述热交换器的第一流动回路，用于在设计基准事故工况下经所述热交换器持续导出堆芯余热直至所述堆芯处于安全状态；

安全壳的容积满足在设计基准事故工况下，且所述低压安注子系统投入使用时，其内的压力至少24小时内不超过其设计压力。

优选地，所述低压安注子系统还包括：第一起始管路、第一中间管路、第一注入管路；

所述热交换器内部具有冷媒管路和热媒管路，通过所述冷媒管路和所述热媒管路内分别逆向流动冷媒和热媒以实现热交换；

所述第一起始管路的一端连接所述安全壳内的内置换料水箱/地坑，另一端连接所述低压安注泵；

所述第一中间管路的两端分别连接所述低压安注泵和所述热媒管路的输入端；

所述第一注入管路的一端连接所述热媒管路的输出端，另一端连接堆芯；

所述安全壳内设置有所述堆芯冷却剂围绕所述堆芯的一回路，一回路破口以使冷却剂汇流到所述内置换料水箱/地坑；

所述堆芯冷却剂流经所述堆芯、所述一回路破口、所述内置换料水箱/地坑、所述第一起始管路、所述低压安注泵、所述第一中间管路、所述热媒管路与所述第一注入管路，以形成所述第一流动回路。

优选地，所述余热排出系统连接所述热交换器的热媒管路，且形成将所述堆芯冷却剂循环流经所述热交换器的第二流动回路，用于在正常停堆冷却时经所述热交换器持续导出堆芯余热直至所述堆芯处于冷停堆温度；

所述余热排出系统还包括：第二起始管路、余热排出泵、第二中间管路、第二注入管路；

所述第二起始管路一端连接所述一回路的热段，另一端连接所述余热排出泵；

所述第二中间管路的两端分别连接所述余热排出泵和所述热媒管路的输入端；

所述第二注入管路一端连接所述热媒管路的输出端，另一端连接所述一回路的冷段；

所述一回路的冷段与所述一回路的热段之间连通；

所述堆芯冷却剂流经所述一回路的热段、所述第二起始管路、所述余热排出泵、所述第二中间管路、所述热媒管路、所述第二注入管路与所述一回路的冷段，以形成所述第二流动回路。

优选地，所述低压安注泵和所述热交换器设置在所述安全壳之外；

位于所述安全壳之外的所述第一起始管路上设置有第一隔离阀，用于隔离安全壳、控制所述内置换料水箱/地坑与所述低压安注泵的连通；

位于所述热媒管路的输入端的前部的所述第一中间管路上设置有第二隔离阀，用于控制所述低压安注泵与所述热媒管路的连通；

位于所述热媒管路的输出端的后部的所述第一注入管路上设置有第三隔离阀，用于控制所述热媒管路与所述堆芯的连通；

位于所述安全壳之外的所述第二起始管路上设置有第四隔离阀，用于隔离安全壳、控制所述一回路的热段与所述余热排出泵的连通；

所述冷媒管路连接设备冷却水系统，用于向所述冷媒管路输送与所述堆芯冷却剂进行热交换的冷却水。

优选地，

所述低压安注泵的两端分别设置有第一逆止阀和第二逆止阀，用于防止所述堆芯冷却剂逆流进入所述内置换料水箱/地坑和所述低压安注泵；

所述余热排出泵和所述热媒管路之间设置有第三逆止阀，用于防止所述堆芯冷却剂逆流进入余热排出泵；

所述设备冷却水系统将所述堆芯余热导入最终热阱。

优选地，所述安全壳内堆芯余热导出系统还包括控制器；

所述第一隔离阀、所述第二隔离阀、所述第三隔离阀、所述第四隔离阀、所述低压安注泵、所述余热排出泵、所述设备冷却水系统均与所述控制器连接；

所述控制器用于在基准事故工况下控制所述第一隔离阀、所述第二隔离阀、所述第三隔离阀同时打开，且控制所述低压安注泵和所述设备冷却水系统启动，以使所述低压安注子系统工作；

所述控制器还用于在正常停堆冷却工况下控制所述第四隔离阀打开，且控制所述余热排出泵和所述设备冷却水系统启动，以使所述余热排出系统工作。

本发明实施例提供的安全壳内堆芯余热导出方法和对应的系统，在设计基准事故工况下，采用低压安注子系统共用余热排出系统的热交换器，持续导出堆芯余热至安全状态，并利用安全壳设置合适的自由容积，以保证安全壳在至少24小时内不超过设计压力，不必设置安全壳喷淋系统，不必启动余热排出系统，简化了专设安全设施，保证了纵深防御第二、三层次的独立性，提高了安全性，并显著降低了建造和运行维护成本。

附图说明

图1为本发明实施例中的安全壳内堆芯余热导出方法的示意图；

图2为本发明实施例中的安全壳内堆芯余热导出系统的结构示意图。

图中：

低压安注子系统A、第一起始管路A1、第一隔离阀A2、第一逆止阀A3、低压安注泵A4、第二逆止阀A5、第一中间管路A6、第二隔离阀A7、第三隔离阀A8、第一注入管路A9；

余热排出系统B、第二起始管路B1、第四隔离阀B2、余热排出泵B3、第三逆止阀B4、第二中间管路B5、热交换器B6、第二注入管路B7；

安全壳C、设备冷却水系统D、内置换料水箱/地坑E、反应堆冷却剂系统F、冷却剂F1、热段F2、主泵F3、冷段F4、反应堆K、反应堆压力容器K1、堆芯K2、蒸汽发生器L、主给水管道M1、主蒸汽管道M2、辅助给水系统G、大气排放系统H；

二次侧非能动余热排出系统I、第一外挂水箱I1、非能动余热排出管道I2、非能动安全壳热量导出系统J、第二外挂水箱J1、换热装置J2。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“上”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”、“安装”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

如图1和2所示，本发明实施例1提供一种安全壳内堆芯余热导出方法，所述方法包括：

在设计基准事故工况下，将安全注入系统的低压安注子系统A与余热排出系统B的热交换器B6连通，在一回路达到低压安注系统A注入压力时，低压安注子系统A将内置换料水箱/地坑E含硼水(也即冷却剂F1)注入堆芯K2，吸收了堆芯K2余热的冷却剂F1从一回路破口处流出并返回内置换料水箱/地坑E，再由低压安注子系统A导出至所述热交换器B6换热冷却，经过所述热交换器B6换热冷却后的冷却剂F1返回注入堆芯K2，所述冷却剂F1在低压安注子系统A和反应堆K之间循环流动，持续导出堆芯K2余热直至所述堆芯K2处于安全状态；在此条件下，同时要求安全壳C的容积满足至少24小时内其内的实际压力不超过其设计压力值；在24小时后，根据需要启动非能动安全壳热量导出系统J或其它措施导出散发至安全壳C环境内的热量。

在设计基准事故工况下，且所述低压安注子系统A不投入的条件下，通过蒸汽发生器L二次侧的辅助给水系统G和大气排放系统H导出堆芯K2余热；在进一步失去所述辅助给水系统G的条件下，通过二次侧非能动余热排出系统I导出堆芯K2余热。

在设计扩展工况下，通过二次侧非能动余热排出系统I或其它措施导出堆芯余热，通过非能动安全壳热量导出系统J或其它措施导出散发至安全壳C环境内的热量。

在正常停堆冷却时，通过余热排出系统B导出堆芯K2余热，以使堆芯K2处于冷停堆温度，具体地，余热排出系统B将吸收了堆芯K2余热的冷却剂F1导出至热交换器B6换热冷却，经过所述热交换器B6换热冷却后的冷却剂F1返回一回路(即反应堆冷却剂系统F的回路，由反应堆压力容器K1和连接反应堆压力容器K1两端的管道组成)冷段F4，所述冷却剂F1在余热排出系统B和反应堆K之间循环流动，使反应堆K内冷却剂F1的温度以可控速率降低到冷停堆温度，并且维持此温度直到电厂重新启动为止。

通过上述安全壳内堆芯余热导出方法，在设计基准事故工况下，采用低压安注子系统A共用余热排出系统B的热交换器B6，持续导出堆芯余热至安全状态，并利用安全壳C设置合适的自由容积，以保证安全壳C在至少24小时内不超过设计压力，不必设置安全壳喷淋系统，不必启动余热排出系统B，从而余热排出系统B在正常停堆冷却工况下工作并隔离低压安注子系统A，低压安注子系统A在基准事故工况下工作并隔离余热排出系统B，二者不同时工作，余热排出系统B仅用于正常运行工况，并按正常运行系统考虑其安全分级，不必用于事故后导出堆芯余热，不必满足单一故障准则，简化了专设安全设施，保证了纵深防御第二、三层次的独立性，提高了安全性，并显著降低了建造和运行维护成本。

实施例2：

如图2所示，本发明实施例2提供一种安全壳内堆芯余热导出系统，包括：

安全壳C，其容积满足在设计基准事故工况下，且低压安注子系统A投入使用时，其内的压力至少24小时内不超过其设计压力值，该设计要求在后面结合低压安注子系统A介绍其具体工作原理和作用。

具体地，在安全壳C内设置有反应堆K，反应堆K包括反应堆压力容器K1和设置在反应堆压力容器K1内的堆芯K2，反应堆压力容器K1内填充冷却剂F1，在具体的实施例中，冷却剂F1可采用含硼冷却水(也称硼酸水、含硼水，是核反应堆中常用的冷却剂之一)，反应堆压力容器上部设置多个接口，至少需要连接反应堆冷却剂系统F的热段F2和冷段F4，反应堆冷却剂系统F形成一个回路(此回路称为一回路)，其中热段F2连接至蒸汽发生器L的一次侧进口，流经蒸汽发生器L后，由蒸汽发生器L的一次侧出口流出，然后在主泵F3的作用下，经冷段F4流回反应堆压力容器K1。

在堆芯K2工作的状态下，堆芯K2内的燃料核反应产生大量的热，加热含硼冷却水，含硼冷却水吸收热量后，从热段F2进入蒸汽发生器L，蒸汽发生器L内包含两个相互逆向流动的管路，其中一个管路流过含硼冷却水，此侧称为一次侧，对应的另一个管路一侧称为二次侧，二次侧从安全壳C外接入主给水管道M1，并连接蒸汽发生器L的二次侧进口，经主给水管道M1流入的水在蒸汽发生器L内与高温的含硼冷却水换热后，被加热成蒸汽状态，从蒸汽发生器L的二次侧出口连接的主蒸汽管道M2流出，然后输送至涡轮发电(主给水管道M1、二次侧管路、主蒸汽管道M2以及涡轮之间构成回路，称为二回路)，在蒸汽发生器L内发生热交换后，含硼冷却水温度降低，经过主泵F3和冷段F4后回到反应堆压力容器K1内，再次被加热，然后循环实现上述过程，形成正常工作状态。

余热排出系统B，包括热交换器B6，热交换器B6内部具有两个逆向流动的管路，在此称之为冷媒管路和热媒管路，其中冷媒管路连接设备冷却水系统D，进入冷却水，热媒管路连接余热排出系统B的管路，进入吸热后的冷却剂F1，冷却水与冷却剂F1对流时换热，冷却水被加热后流出冷媒管路，冷却剂F1被冷却后流出热媒管路，设备冷却水系统D连接最终热阱，被加热的冷却水将堆芯K2余热导入最终热阱(例如大海)，余热排出系统B形成将堆芯K2冷却剂F1循环流经所述热交换器B6的第二流动回路，被冷却的冷却剂F1流回反应堆K，用于正常停堆冷却时导出堆芯K2余热至冷停堆温度。热交换器B6的热媒管路还与低压安注子系统A连接共用，余热排出系统B位于热交换器B6的前部管道上设置有阀门(第二起始管路B1第四隔离阀B2)，以实现低压安注子系统A工作时隔离余热排出系统B，低压安注子系统A和余热排出系统B不同时工作。

具体地，余热排出系统B通过第二起始管路B1连接一回路热段F2，通过第二起始管路B1连接至安全壳C之外，在安全壳C之外设置第四隔离阀B2，作用是隔离安全壳以及控制管路的连通，然后连接余热排出泵B3，余热排出泵B3之后连接第二中间管路B5，第二中间管路B5上设置第三逆止阀B4，作用是防止管道内的液体倒流损坏前端设备或旁通热交换器B6等，然后第二中间管路B5连接至热交换器B6的热媒管路，最后通过第二注入管路B7连接至一回路冷段F4，已有的一回路管路已经实现冷段F4与热段F2之间的连通，堆芯冷却剂F1通过一回路的热段F2、第二起始管路B1、余热排出泵B3、第二中间管路B5、热交换器B6的热媒管路、第二注入管路B7与一回路的冷段F4形成第二流动回路，实现堆芯冷却剂F1在第二流动回路内循环流动，循环降温冷却堆芯K2。

具体地，在前述正常工作状态结束后，核电厂正常停堆，主泵F3停止工作，堆芯K2内仍有大量余热需要排出，此时，先打开第四隔离阀B2控制余热排出系统B与一回路之间连通，启动余热排出泵B3，冷却剂F1吸收了堆芯K2的余热，从第二起始管路B1流出安全壳C，并经过热交换器B6与设备冷却水系统D输入的设备冷却水换热，设备冷却水吸收了冷却剂F1的热量，并将热量经设备冷却水系统D传入最终热阱，冷却剂F1经过热交换器B6后温度降低，经第二注入管路B7返回连接至安全壳C内的冷段F4，最后冷却后的冷却剂F1回到反应堆压力容器K1内，再次吸收堆芯K2的热量，进入下一次冷却循环流动，通过控制余热排出系统B，实现将反应堆压力容器K1内的冷却剂F1以可控速率降低至冷停堆温度，并且维持此温度直到电厂重新启动为止，从而维持堆芯K2的温度也处于此温度；万一余热排出系统B失效，冷却功能可以由部分反应堆换料水池和乏燃料水池冷却和处理系统完成，该措施属于现有技术，不在本发明要求保护的范围内，故而不进行详细介绍。

安全注入系统的低压安注子系统A，低压安注子系统A与余热排出系统B的热交换器B6连接，且形成将堆芯K2冷却剂F1循环流经热交换器B6的第一流动回路，用于在设计基准事故工况下经所述热交换器B6持续导出堆芯K2余热直至所述堆芯K2处于安全状态。低压安注子系统A连接热交换器B6的热媒管路，且位于热交换器B6的前部管道上设置有阀门(第一中间管路A6第二隔离阀A7)，以实现余热排出系统B工作时隔离低压安注子系统A，余热排出系统B和低压安注子系统A不同时工作。

具体地，安全注入系统包括中压安注子系统、蓄压箱安注子系统和低压安注子系统A，其中低压安注子系统A通过第一起始管路A1连接安全壳C内设置的内置换料水箱/地坑E，内置换料水箱/地坑E内装填了冷却剂F1(也即含硼冷却水)，第一起始管路A1延伸至安全壳C之外，在安全壳C之外依次设置第一隔离阀A2、第一逆止阀A3，然后连接低压安注泵A4，低压安注泵A4之后连接第一中间管路A6，第一中间管路A6上依次设置第二逆止阀A5、第二隔离阀A7，然后连接热交换器B6的热媒管路的输入端，热交换器B6的输出端连接第一注入管路A9，第一注入管路A9上设置第三隔离阀A8，最后通过第一注入管路A9连接至堆芯K2，以将内置换料水箱/地坑E内的冷却剂F1经过换热降温后注入堆芯K2，实现对堆芯K2的冷却降温，围绕堆芯K2设置有供所述堆芯冷却剂F1在安全壳C内循环流动的一回路(在前面已有描述)，一回路破口连接所述内置换料水箱/地坑E，堆芯冷却剂F1通过内置换料水箱/地坑E、第一起始管路A1、低压安注泵A4、第一中间管路A6、热交换器B5的热媒管路、第一注入管路A9与一回路破口形成第一流动回路，实现堆芯冷却剂F1在第一流动回路内循环流动，循环降温冷却堆芯K2。隔离阀的作用是隔离和控制管路连通，逆止阀的作用是防止冷却剂F1倒流引发设备损坏甚至事故。一回路破口是指在事故工况下反应堆冷却剂系统F出现的破口，该破口导致冷却剂F1的流失。

具体地，安全注入系统用于在设计基准事故工况下堆芯K2余热的导出，设计基准事故工况下，中压安注子系统、蓄压箱安注子系统和低压安注子系统A相继向一回路注入含硼冷却水(也即冷却剂F1)，冷却剂F1从一回路破口处通过重力流回内置换料水箱/地坑E。其中，低压安注子系统A从内置换料水箱/地坑E中吸入含硼冷却水，此时，第一隔离阀A2、第二隔离阀A7、第三隔离阀A8打开低压安注子系统A的管路连通，低压安注泵A4工作，带有堆芯K2余热的含硼冷却水经过低压安注泵A4的抽吸流经热交换器B6，在热交换器B6内含硼冷却水与设备冷却水系统D向热交换器B6注入的设备冷却水之间换热，设备冷却水吸收了含硼冷却水携带来的堆芯K2的余热，并回到设备冷却水系统D后将该余热导入最终热阱，含硼冷却水经过热交换后温度降低，并经由第一注入管路A9注入回到堆芯K2处，继续吸收堆芯K2的余热，继续下一次循环流动，以实现持续导出堆芯K2余热，控制堆芯K2的反应性，限制质能释放的规模，同时，配合安全壳C的容积设计实现安全壳C内压力至少24小时不超过其设计压力值，具体地，在一回路出现破口时，大量的能量释放到安全壳C内，从而安全壳C内的压力逐渐升高，存在发生安全壳C超压失效的风险，而在本发明的实施例中，首先通过低压安注子系统A带走堆芯K2的余热，从而减少了向安全壳C内释放热量，结合安全壳C的容积设计，安全壳C内压力的升高速度减慢，使得在基准事故工况下，安全壳C内压力至少在24小时内不超过其设计压力值，24小时之后，通过非能动安全壳热量导出系统J或其他处理措施导出安全壳C内热量防止其超压失效。

具体地，低压安注泵A4的两侧分别设置第一逆止阀A3和第二逆止阀A5，余热排出泵B3的输出侧设置第三逆止阀B4，从而实现低压安注子系统A和余热排出系统B在共用热交换器B6的前提下，其中一套系统运行时流体不会窜流到另一套系统。低压安注子系统A连接热交换器B6的输入端设置第二隔离阀A7、输出端设置第三隔离阀A8，第二隔离阀A7和第三隔离阀A8均并联两个阀门，以提高其有效性，避免出现故障打不开阀门。

控制器，第一隔离阀A2、第二隔离阀A7、第三隔离阀A8、第四隔离阀B2、低压安注泵A4、余热排出泵B3、设备冷却水系统D均与控制器连接；在基准事故工况下，控制器控制第一隔离阀A2、第二隔离阀A7、第三隔离阀A8同时打开，且控制启动低压安注泵A4和设备冷却水系统D，以使所述低压安注子系统A工作；在正常停堆冷却时，控制器控制第四隔离阀B2打开，且控制启动余热排出泵B3和设备冷却水系统D，以使余热排出系统B工作；从而控制余热排出系统B和低压安注子系统A不同时工作；在设计基准事故工况下，采用低压安注子系统A共用余热排出系统B的热交换器B6持续导出堆芯余热至安全状态，并利用安全壳C设置合适的自由容积以保证安全壳C在至少24小时内不超过设计压力，不必设置安全壳喷淋系统，不必启动余热排出系统B；余热排出系统B仅用于正常运行工况并按正常运行系统考虑其安全分级，不必用于事故后导出堆芯余热，不必满足单一故障准则。

其他辅助热量导出系统，具体包括：

辅助给水系统G和大气排放系统H，辅助给水系统G连接蒸汽发生器L的二次侧进口，大气排放系统H连接蒸汽发生器L的二次侧出口，在设计基准事故工况下，若低压安注子系统A不投入(如一回路完整的事故工况)，则通过辅助给水系统G向蒸汽发生器L内注入冷却水，吸收了堆芯K2余热的冷却剂F1向蒸汽发生器L流动，与辅助给水系统G注入的冷却水发生换热，辅助给水系统G注入的冷却水汽化后，经大气排放系统H排放至环境大气中(汽体排放的最终热阱)，通过上述过程使堆芯K2余热导出并达到安全状态。

二次侧非能动余热排出系统I，包括挂载在安全壳C外部的第一外挂水箱I1以及第一水箱管道I2，第一水箱管道I2包括两根，分别与第一外挂水箱I1的出水口和进水口连接，并分别连接至蒸汽发生器L的二次侧进水口和出水口，从而完成在蒸汽发生器L内与吸收了堆芯K2余热并流经蒸汽发生器L的冷却剂F1发生换热，换热原理与二回路、辅助给水系统都类似，不再赘述。

二次侧非能动余热排出系统I用于在事故工况下，若低压安注子系统A不投入(如一回路完整的事故工况)，且辅助给水系统失效(因故障不能运行)时，导出堆芯K2余热。

具体地，第一外挂水箱I1挂载的高度高于蒸汽发生器L，在重力作用下，第一外挂水箱I1内的水流向蒸汽发生器L，吸收热量汽化后，蒸汽自动向上流回第一外挂水箱I1，第一外挂水箱I1将热量释放到大气环境，实现一段时间内的非能动循环，可以实现反应堆冷却剂系统至少72小时内处于安全状态。

非能动安全壳热量导出系统J，包括第二外挂水箱J1、换热装置J2和第二水箱管道J3，第二外挂水箱J1挂载在安全壳C之外，换热装置J2设置在安全壳C之内，通过第二水箱管道J3连接第二外挂水箱J1和换热装置J2。

非能动安全壳热量导出系统J用于导出安全壳C内的热量，包括在设计基准事故工况下，且低压安注子系统A投入使用24小时后，投入非能动安全壳热量导出系统J导出安全壳C热量，以及在发生设计扩展工况时，投入非能动安全壳热量导出系统J导出安全壳C热量。

具体地，第二外挂水箱J1的挂载高度高于换热装置J2，第二外挂水箱J1内的冷却水在重力作用下流入换热装置J2，换热装置J2接触安全壳C内的热空气，流经其内的冷却水吸收热空气中的热量后，返回第二外挂水箱J1，第二外挂水箱J1将热量释放到大气环境，循环此过程，实现导出安全壳C热量。

在发生设计扩展工况时，根据不同事故系列，采用二次侧非能动余热排出系统I或其它措施导出堆芯K2余热，采用非能动安全壳热量导出系统J或其它措施导出安全壳C热量。

需要说明的是，图2中安全注入系统(包括低压安注子系统)、余热排出系统等仅以其中的一个系列为例说明其主要组成，在电厂实际配置中可以是两个系列或多个系列，图例中构筑物、系统和设备的比例并非实际比例。

本发明实施例提供的安全壳内堆芯余热导出系统，在设计基准事故工况下，采用低压安注子系统A共用余热排出系统B的热交换器B6，持续导出堆芯K2余热至安全状态，并利用安全壳C设置合适的自由容积，以保证安全壳C在至少24小时内不超过设计压力，不必设置安全壳喷淋系统，不必启动余热排出系统B，从而余热排出系统B仅用于正常运行工况并按正常运行系统考虑其安全分级，不必用于事故后导出堆芯K2余热，不必满足单一故障准则，简化了专设安全设施，保证了纵深防御第二、三层次的独立性，提高了安全性并显著降低了建造和运行维护成本。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种安全壳内堆芯余热导出方法，其特征在于，所述方法包括：

在设计基准事故工况下，将安全注入系统的低压安注子系统与余热排出系统的热交换器连通，低压安注子系统将吸收了堆芯余热的冷却剂导出至所述热交换器换热冷却，经过所述热交换器换热冷却后的冷却剂返回注入堆芯，所述冷却剂循环流动，持续导出堆芯余热直至所述堆芯处于安全状态；

在设计基准事故工况下，且所述低压安注子系统投入使用的条件下，安全壳的容积满足至少24小时内不超过其设计压力。

2.根据权利要求1所述的安全壳内堆芯余热导出方法，其特征在于，

在设计基准事故工况下，且所述低压安注子系统不投入的条件下，通过蒸汽发生器二次侧的辅助给水系统和大气排放系统导出堆芯余热；

所述低压安注子系统不投入和失去所述辅助给水系统的条件下，通过二次侧非能动余热排出系统导出堆芯余热。

3.根据权利要求1所述的安全壳内堆芯余热导出方法，其特征在于，

在设计扩展工况下，通过二次侧非能动余热排出系统导出堆芯余热。

4.根据权利要求1所述的安全壳内堆芯余热导出方法，其特征在于，所述方法还包括：

在正常停堆冷却时，通过余热排出系统导出堆芯余热，以使堆芯处于冷停堆温度。

5.一种安全壳内堆芯余热导出系统，其特征在于，包括：安全注入系统的低压安注子系统、余热排出系统的热交换器，

所述低压安注子系统的低压安注泵与余热排出系统的热交换器连接，且形成将堆芯冷却剂循环流经所述热交换器的第一流动回路，用于在设计基准事故工况下经所述热交换器持续导出堆芯余热直至所述堆芯处于安全状态；

安全壳的容积满足在设计基准事故工况下，且所述低压安注子系统投入使用时，其内的压力至少24小时内不超过其设计压力。

6.根据权利要求5所述的安全壳内堆芯余热导出系统，其特征在于，所述低压安注子系统还包括：第一起始管路、第一中间管路、第一注入管路；

所述热交换器内部具有冷媒管路和热媒管路，通过所述冷媒管路和所述热媒管路内分别逆向流动冷媒和热媒以实现热交换；

所述第一起始管路的一端连接所述安全壳内的内置换料水箱/地坑，另一端连接所述低压安注泵；

所述第一中间管路的两端分别连接所述低压安注泵和所述热媒管路的输入端；

所述第一注入管路的一端连接所述热媒管路的输出端，另一端连接堆芯；

所述安全壳内设置有所述堆芯冷却剂围绕所述堆芯的一回路，一回路破口以使冷却剂汇流到所述内置换料水箱/地坑；

所述堆芯冷却剂流经所述堆芯、所述一回路破口、所述内置换料水箱/地坑、所述第一起始管路、所述低压安注泵、所述第一中间管路、所述热媒管路、所述第一注入管路，以形成所述第一流动回路。

7.根据权利要求6所述的安全壳内堆芯余热导出系统，其特征在于，所述余热排出系统连接所述热交换器的热媒管路，且形成将所述堆芯冷却剂循环流经所述热交换器的第二流动回路，用于在正常停堆冷却时经所述热交换器持续导出堆芯余热直至所述堆芯处于冷停堆温度；

所述余热排出系统还包括：第二起始管路、余热排出泵、第二中间管路、第二注入管路；

所述第二起始管路一端连接所述一回路的热段，另一端连接所述余热排出泵；

所述第二中间管路的两端分别连接所述余热排出泵和所述热媒管路的输入端；

所述第二注入管路一端连接所述热媒管路的输出端，另一端连接所述一回路的冷段；

所述一回路的冷段与所述一回路的热段之间连通；

所述堆芯冷却剂流经所述一回路的热段、所述第二起始管路、所述余热排出泵、所述第二中间管路、所述热媒管路、所述第二注入管路与所述一回路的冷段，以形成所述第二流动回路。

8.根据权利要求7所述的安全壳内堆芯余热导出系统，其特征在于，所述低压安注泵和所述热交换器设置在所述安全壳之外；

位于所述安全壳之外的所述第一起始管路上设置有第一隔离阀，用于隔离安全壳、控制所述内置换料水箱/地坑与所述低压安注泵的连通；

位于所述热媒管路的输入端的前部的所述第一中间管路上设置有第二隔离阀，用于控制所述低压安注泵与所述热媒管路的连通；

位于所述热媒管路的输出端的后部的所述第一注入管路上设置有第三隔离阀，用于控制所述热媒管路与所述堆芯的连通；

位于所述安全壳之外的所述第二起始管路上设置有第四隔离阀，用于隔离安全壳、控制所述一回路的热段与所述余热排出泵的连通；

所述冷媒管路连接设备冷却水系统，用于向所述冷媒管路输送与所述堆芯冷却剂进行热交换的冷却水。

9.根据权利要求8所述的安全壳内堆芯余热导出系统，其特征在于，

所述低压安注泵的两端分别设置有第一逆止阀和第二逆止阀，用于防止所述堆芯冷却剂逆流进入所述内置换料水箱/地坑和所述低压安注泵；

所述余热排出泵和所述热媒管路之间设置有第三逆止阀，用于防止所述堆芯冷却剂逆流进入余热排出泵；

所述设备冷却水系统用于将所述堆芯余热导入最终热阱。

10.根据权利要求8或9所述的安全壳内堆芯余热导出系统，其特征在于，所述安全壳内堆芯余热导出系统还包括控制器；

所述第一隔离阀、所述第二隔离阀、所述第三隔离阀、所述第四隔离阀、所述低压安注泵、所述余热排出泵、所述设备冷却水系统均与所述控制器连接；

所述控制器用于在基准事故工况下控制所述第一隔离阀、所述第二隔离阀、所述第三隔离阀同时打开，且控制所述低压安注泵和所述设备冷却水系统启动，以使所述低压安注子系统工作；

所述控制器还用于在正常停堆冷却工况下控制所述第四隔离阀打开，且控制所述余热排出泵和所述设备冷却水系统启动，以使所述余热排出系统工作。