CN114999693A - 压缩气体稳压反应堆防不凝气体进入堆芯的卸压保护系统 - Google Patents

压缩气体稳压反应堆防不凝气体进入堆芯的卸压保护系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了压缩气体稳压反应堆防不凝气体进入堆芯的卸压保护系统，涉及反应堆技术领域，其技术方案要点是：稳压器的顶部设置有至少一个排气端口；每一个排气端口均连接有卸压管路；卸压管路的出口端设有至少一个对水排放管路以及至少一个对空排放管路；其中，当主回路发生卸压工况时：在稳压器内的水位达到低水位阈值时，卸压管路与对水排放管路连通，以将稳压器内的部分不凝结气体对水排放；以及，在稳压器内对水排放后的气压达到低压力阈值时，卸压管路切换至与对空排放管路连通，以将稳压器内的剩余不凝结气体对空排放。本发明避免了不凝结气体进入回路，也尽可能降低了气体携带的放射性进入壳内，提高了核动力系统的安全性。

Description

压缩气体稳压反应堆防不凝气体进入堆芯的卸压保护系统
技术领域
本发明涉及反应堆技术领域，更具体地说，它涉及压缩气体稳压反应堆防不凝气体进入堆芯的卸压保护系统。
背景技术
对于压水堆和中压研究堆，需要设置稳压器来维持反应堆及一回路系统的压力，保证核动力系统的安全运行。反应堆稳压方式主要包括蒸汽稳压和高压不凝结气体稳压两种方式，目前大型压水堆均采用蒸汽稳压方式，而气体稳压方式主要在部分小型压水堆核动力及中压水冷研究堆领域应用。
对于压缩气体稳压反应堆，在正常运行过程中稳压器内存在气液界面，不凝结气体进入回路的可能性低，当发生主系统卸压的情况下，稳压器内高压气体膨胀，将冷却剂从稳压器挤入回路；一旦稳压器缺水甚至排空，不凝结气体很可能通过波动管进入一回路主管道和蒸汽发生器(或冷却器)，甚至进入反应堆，将影响堆芯和蒸汽器(或冷却器)的传热能力，影响回路内的自然循环，导致排热效率急剧下降，威胁反应堆安全。
因此，如何研究设计一种能够克服上述缺陷的压缩气体稳压反应堆防不凝气体进入堆芯的卸压保护系统是我们目前急需解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供压缩气体稳压反应堆防不凝气体进入堆芯的卸压保护系统，实现了主系统卸压下的保护，避免了不凝结气体进入回路，也尽可能降低了气体携带的放射性进入壳内，提高了核动力系统的安全性，也便于了后续操作员的维修维护。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：压缩气体稳压反应堆防不凝气体进入堆芯的卸压保护系统，包括稳压器和反应堆，稳压器与反应堆之间通过波动管连接，所述稳压器的顶部设置有至少一个排气端口；
每一个所述排气端口均连接有卸压管路；
所述卸压管路的出口端设有至少一个对水排放管路以及至少一个对空排放管路；
其中，当主回路发生卸压工况时：
在所述稳压器内的水位达到低水位阈值时，卸压管路与对水排放管路连通，以将稳压器内的部分不凝结气体对水排放；
以及，在所述稳压器内对水排放后的气压达到低压力阈值时，卸压管路切换至与对空排放管路连通，以将稳压器内的剩余不凝结气体对空排放。
进一步的，所述卸压管路包括并联设置的超压保护支路和卸压支路；
所述超压保护支路安装有安全阀；
所述卸压支路安装有快速卸压阀。
进一步的，每一个所述卸压支路均串联设置有两个快速卸压阀。
进一步的，所述稳压器配置有两个并联设置的卸压管路，两个卸压管路中的卸压支路以主备方式运行。
进一步的，所述对水排放管路和对空排放管路均设有第一截止阀。
进一步的，所述波动管设有第二截止阀。
进一步的，所述对水排放管路的出口端置于海水或排放水池中，且对水排放管路设有止回阀。
进一步的，所述对水排放管路的出口端以及反应堆均置于堆水池中；当卸压完成后，稳压器与堆水池之间构成连通器。
进一步的，所述低水位阈值依据卸压管路中快速卸压阀的排放速率确定，以使得稳压器的排气端口打开时，稳压器内部的不凝结气体从排气端口排出而不进入波动管。
进一步的，所述低压力阈值依据对水排放管路的出口背压和阀门排放速率确定，低压力阈值与由对水排放管路的出口背压和阀门排放速率共同确定的排气性能成正相关。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提出的压缩气体稳压反应堆防不凝气体进入堆芯的卸压保护系统，在保证压缩气体稳压反应堆正常运行的情况下，通过设置合理的保护系统，实现了主系统卸压过程后的保护，避免了不凝结气体进入回路，也尽可能降低了气体携带的放射性进入壳内，提高了核动力系统的安全性，也便于了后续操作员的维修维护；
2、本发明在对水排放管路设有止回阀，可有效避免海水压力高于稳压器压力时，海水通过对水排放管路进入稳压器；
3、本发明对于池壳式研究堆而言，快速卸压阀一般将气体排入堆水池，由于不存在压力水回流进入稳压器的情况，在对水排放管路上可不设置止回阀；除主回路破口事故外，研究堆还存在主回路主动卸压的情况，对此，当卸压完成后，稳压器和堆水池将成为连通器，通过根据稳压器和堆水池的平衡水位进行稳压器的合理布置，避免稳压器排空，并长期保持零水位；
4、本发明在波动管上设置起隔离作用的第二截止阀，针对主回路发生大破口导致卸压速率过快的情况，通过第二截止阀的快速关闭隔离稳压器，避免稳压器内长时间高压加剧冷却剂喷放，导致堆芯早期排空，且第二截止阀根据稳压器水位达到低水位阈值时所产生的水位信号关闭。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1是本发明实施例1中的结构示意图；
图2是本发明实施例2中的结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1、反应堆；2、波动管；3、第二截止阀；4、稳压器；5、卸压支路；6、超压保护支路；7、快速卸压阀；8、安全阀；9、对空排放管路；10、第一截止阀；11、对水排放管路；12、排放水池；13、止回阀；14、堆水池。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例1：压缩气体稳压反应堆防不凝气体进入堆芯的卸压保护系统，如图1所示，包括稳压器4和反应堆1，稳压器4与反应堆1之间通过波动管2连接，稳压器4的顶部设置有两个排气端口；每一个排气端口均连接有卸压管路，卸压管路之间并联设置；卸压管路的出口端设有对水排放管路11以及对空排放管路9。卸压管路和排气端口一一对应设置，且卸压管路和排气端口的数量不受限制，若为满足单一故障准则，卸压管路和排气端口的数量必须大于1。
其中，当主回路发生卸压工况时：在稳压器4内的水位达到低水位阈值时，卸压管路与对水排放管路11连通，以将稳压器4内的绝大部分不凝结气体对水排放；以及，考虑在对水排放无法继续时，例如稳压器4排放压力小于对水排放管路11的出水口背压时，在稳压器4内对水排放后的气压达到低压力阈值时，卸压管路切换至与对空排放管路9连通，以将稳压器4内的剩余不凝结气体对空排放。
本发明通过设置合理的保护系统，实现了主系统卸压下的保护，避免了不凝结气体进入回路，也尽可能降低了气体携带的放射性进入壳内，提高了核动力系统的安全性，也便于了后续操作员的维修维护。
卸压管路包括并联设置的超压保护支路6和卸压支路5，超压保护支路6安装有在超压时自动打开卸压的安全阀8，卸压支路5安装有快速卸压阀7。此外，两个卸压管路中的卸压支路5以主备方式运行。
在本实施例中，每一个卸压支路5均串联设置有两个快速卸压阀7，在其中一个快速卸压阀7出现密封故障时，能够保障整个反应堆1运行的安全性。
在本实施例中，对水排放管路11和对空排放管路9均设有第一截止阀10，通过第一截止阀10的启闭来控制对水排放管路11和对空排放管路9的运行状态。
在本实施例中，波动管2设有起隔离作用的第二截止阀3，针对主回路发生大破口导致卸压速率过快的情况，通过第二截止阀3的快速关闭隔离稳压器4，避免稳压器4内长时间高压加剧冷却剂喷放，导致堆芯早期排空，且第二截止阀3根据稳压器4水位达到低水位阈值时所产生的水位信号关闭。
在本实施例中，对水排放管路11的出口端置于海水或排放水池12中，且对水排放管路11设有止回阀13，可有效避免海水压力高于稳压器4压力时，海水通过对水排放管路11进入稳压器4。
此外，低水位阈值依据卸压管路中快速卸压阀7的排放速率确定，以使得稳压器4的排气端口以及与波动管2连接的端口同时打开时，稳压器4内部的不凝结气体从排气端口排出。
另外，低压力阈值依据对水排放管路11的出口背压和阀门排放速率确定，低压力阈值与由对水排放管路11的出口背压和阀门排放速率共同确定的排气性能成正相关。
实施例2：压缩气体稳压反应堆防不凝气体进入堆芯的卸压保护系统，如图2所示，实施例2与实施例1的不同之处在于：对水排放管路11的出口端以及反应堆1均置于堆水池14中；当卸压完成后，稳压器4与堆水池14之间构成连通器。
对于池壳式研究堆而言，快速卸压阀7一般将气体排入堆水池14，由于不存在压力水回流进入稳压器4的情况，在对水排放管路11上可不设置止回阀13；除主回路破口事故外，研究堆还存在主回路主动卸压的情况，对此，当卸压完成后，稳压器4和堆水池14将成为连通器，通过根据稳压器4和堆水池14的平衡水位进行稳压器4的合理布置，避免稳压器4排空，并长期保持零水位。
工作原理：反应堆1正常运行时，该保护系统处于备用状态，当发生主系统快速卸压事故时，稳压器4水位快速降低，根据水位低信号，两个串联的快速卸压阀7开启，通过对水排放管路11将不凝结气体排向水池或海水，通过水的水洗过滤尽可能降低放射性；当稳压器4压力降低后，此时由于受对水排放管末段压力的影响，上下游压力降低，对水排放速率大幅降低甚至中止，而稳压器4内仍留存低压不凝结气体，此处设置合适的压力信号，自动开启对气排放阀，将剩余的少量气体排向壳内大气。低水位阈值依据卸压管路中快速卸压阀7的排放速率确定，低压力阈值依据对水排放管路11的出口背压和阀门排放速率确定。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.压缩气体稳压反应堆防不凝气体进入堆芯的卸压保护系统，包括稳压器(4)和反应堆(1)，稳压器(4)与反应堆(1)之间通过波动管(2)连接，其特征是，所述稳压器(4)的顶部设置有至少一个排气端口；
每一个所述排气端口均连接有卸压管路；
所述卸压管路的出口端设有至少一个对水排放管路(11)以及至少一个对空排放管路(9)；
其中，当主回路发生卸压工况时：
在所述稳压器(4)内的水位达到低水位阈值时，卸压管路与对水排放管路(11)连通，以将稳压器(4)内的部分不凝结气体对水排放；
以及，在所述稳压器(4)内对水排放后的气压达到低压力阈值时，卸压管路切换至与对空排放管路(9)连通，以将稳压器(4)内的剩余不凝结气体对空排放。
2.根据权利要求1所述的压缩气体稳压反应堆防不凝气体进入堆芯的卸压保护系统，其特征是，所述卸压管路包括并联设置的超压保护支路(6)和卸压支路(5)；
所述超压保护支路(6)安装有安全阀(8)；
所述卸压支路(5)安装有快速卸压阀(7)。
3.根据权利要求2所述的压缩气体稳压反应堆防不凝气体进入堆芯的卸压保护系统，其特征是，每一个所述卸压支路(5)均串联设置有两个快速卸压阀(7)。
4.根据权利要求3所述的压缩气体稳压反应堆防不凝气体进入堆芯的卸压保护系统，其特征是，所述稳压器(4)配置有两个并联设置的卸压管路，两个卸压管路中的卸压支路(5)以主备方式运行。
5.根据权利要求1所述的压缩气体稳压反应堆防不凝气体进入堆芯的卸压保护系统，其特征是，所述对水排放管路(11)和对空排放管路(9)均设有第一截止阀(10)。
6.根据权利要求1所述的压缩气体稳压反应堆防不凝气体进入堆芯的卸压保护系统，其特征是，所述波动管(2)设有第二截止阀(3)。
7.根据权利要求1所述的压缩气体稳压反应堆防不凝气体进入堆芯的卸压保护系统，其特征是，所述对水排放管路(11)的出口端置于海水或排放水池(12)中，且对水排放管路(11)设有止回阀(13)。
8.根据权利要求1所述的压缩气体稳压反应堆防不凝气体进入堆芯的卸压保护系统，其特征是，所述对水排放管路(11)的出口端以及反应堆(1)均置于堆水池(14)中；当卸压完成后，稳压器(4)与堆水池(14)之间构成连通器。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的压缩气体稳压反应堆防不凝气体进入堆芯的卸压保护系统，其特征是，所述低水位阈值依据卸压管路中快速卸压阀(7)的排放速率确定，以使得稳压器(4)的排气端口打开时，稳压器(4)内部的不凝结气体从排气端口排出而不进入波动管(2)。
10.根据权利要求1-8任意一项所述的压缩气体稳压反应堆防不凝气体进入堆芯的卸压保护系统，其特征是，所述低压力阈值依据对水排放管路(11)的出口背压和阀门排放速率确定，低压力阈值与由对水排放管路(11)的出口背压和阀门排放速率共同确定的排气性能成正相关。
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