CN115050491B - 一种用于小型模块化堆的全压式辅助升温升压系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于小型模块化堆的全压式辅助升温升压系统及方法，包括冷却剂管道；所述冷却剂管道包括入口管道和出口管道，所述入口管道和出口管道均和所述一体化压力容器的冷却剂循环通道相接；所述入口管道的入口端高于所述出口管道的出口端，所述入口端到出口端方向为所述一体化压力容器内的冷却剂流向；所述入口管道和出口管道之间相接有辅助电加热器。采用本方案，无需额外的冷却剂驱动装置，系统结构简单、设备数量少、运行方式简单，使反应堆冷却剂系统温度和压力尽快达到反应堆临界条件，从而有利于小型模块化堆的启动运行。
Description
技术领域
本发明涉及核反应堆系统技术领域，具体涉及一种用于小型模块化堆的全压式辅助升温升压系统及方法。
背景技术
反应堆在达到临界条件前需要先进行反应堆冷却剂系统(RCS)的启动运行，将反应堆冷却剂的温度和压力从低温低压状态提升至功率运行所需的高温高压状态。传统压水堆采用反应堆冷却剂泵驱动反应堆冷却剂流动做功，加热反应堆冷却剂系统，从而实现反应堆冷却剂系统的升温升压。但是由于小型模块化反应堆采用一体化堆设计，配套的反应堆冷却剂泵功率较小，导致其向冷却剂的能量输出较低，使得反应堆冷却剂系统升温升压缓慢，对核反应堆启动运行造成较大影响。因此本发明提出一种用于小型模块化堆的全压式辅助升温升压系统，以满足小型模块化反应堆的启动运行要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于小型模块化堆的全压式辅助升温升压系统及方法，采用本方案，无需额外的冷却剂驱动装置，系统结构简单、设备数量少、运行方式简单，使反应堆冷却剂系统温度和压力尽快达到反应堆临界条件，从而有利于小型模块化堆的启动运行。
本发明通过下述技术方案实现：
一种用于小型模块化堆的全压式辅助升温升压系统，包括冷却剂管道；
所述冷却剂管道包括入口管道和出口管道，所述入口管道和出口管道均和所述一体化压力容器的冷却剂循环通道相接；
所述入口管道的入口端高于所述出口管道的出口端，所述入口端到出口端方向为所述一体化压力容器内的冷却剂流向；
所述入口管道和出口管道之间相接有辅助电加热器。
相对于现有技术中，由于小型模块化反应堆采用一体化堆设计，配套的反应堆冷却剂泵功率较小，导致其向冷却剂的能量输出较低，使得反应堆冷却剂系统升温升压缓慢，对核反应堆启动运行造成较大影响的问题，本方案中，提供了一种用于小型模块化堆的全压式辅助升温升压系统，通过本系统，通过外接冷却剂支管将冷却剂引出，并利用高度差以及外置的辅助加热器加热，从而无需额外的冷却剂驱动装置，使反应堆冷却剂系统温度和压力尽快达到反应堆临界条件，从而有利于小型模块化堆的启动运行；具体方案中，在一体化压力容器的冷却剂循环通道上外接冷却剂管道，通过入口管道将冷却剂引出，并再通过出口管道将冷却剂输入到一体化压力容器的冷却剂循环通道内，从而形成外置的辅助升温升压系统；在出口管道和入口管道之间连接有辅助电加热器，通过外置功率较高且符合要求的辅助电加热器，能迅速提高冷却剂的温度；其中，入口管道的入口端和出口管道的出口端之间具有高度差，使入口端和出口端处的压力不同，利用高度差，从而提供全压式辅助升温升压系统内冷却剂流动所需的驱动压力，使冷却剂迅速升压。
以上设置，旨在实现：将冷却剂从一体化压力容器内引出后，由入口管道流入全压式辅助升温升压系统，经辅助电加热器加热后，再通过出口管道流回一体化压力容器内，从而使反应堆冷却剂系统温度和压力尽快达到反应堆临界条件，有利于小型模块化堆的启动运行。
以上设置的用于小型模块化堆的全压式辅助升温升压系统中所有设备、管道等所以与反应堆冷却剂接触部件均为全压设计，其设计压力、设计温度与反应堆冷却剂系统的设计压力、设计温度一致。
进一步优化，所述入口管道上设有入口隔离阀。
进一步优化，所述出口管道上设有出口隔离阀。
进一步优化，所述入口隔离阀、出口隔离阀和所述辅助电加热器之间设置控制连锁；控制连锁即为根据入口隔离阀和出口隔离阀的运行状态，从而控制辅助电加热器的启闭，实现智能控制。
进一步优化，所述控制连锁包括两种状态，状态一：当入口隔离阀和出口隔离阀均打开时，所述辅助电加热器运行通电；状态二：当入口隔离阀和出口隔离阀中至少一个隔离阀关闭时，所述辅助电加热器闭锁断电；用于防止辅助电加热器误投入。
进一步优化，所述出口管道上还设有单向阀；用于防止冷却剂回流。
进一步优化，所述单向阀设于所述出口隔离阀后方。
进一步优化，所述辅助电加热器上设有温度保护装置，所述温度保护装置用于检测所述辅助电加热器的出口温度，所述温度保护装置设有温度阈值，当出口温度超出所述温度阈值时，所述温度保护装置用于控制所述辅助电加热器降低功率或闭锁断电。
进一步优化，还包括用于监测所述升温升压系统内部冷却剂压力的压力保护装置；通过压力保护装置实时监测整个升温升压系统内的压力，防止压力超出临界压力值。
进一步优化，一种用于小型模块化堆的全压式辅助升温升压系统的升温升压方法，包括以下步骤：
步骤一：在反应堆启动运行初始阶段，将入口管道上的入口隔离阀和出口管道上的出口隔离阀全部开启，使辅助电加热器处于待机状态；
步骤二：当反应堆冷却剂系统进入升温升压阶段时，所述辅助电加热器通电启动；
步骤三：当反应堆冷却剂系统的温度和压力上升至满足反应堆临界阈值后，关闭入口隔离阀和出口隔离阀，并使所述辅助电加热器闭锁断电。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明提供了一种用于小型模块化堆的全压式辅助升温升压系统及方法，采用本方案，无需额外的冷却剂驱动装置，系统结构简单、设备数量少、运行方式简单，使反应堆冷却剂系统温度和压力尽快达到反应堆临界条件，从而有利于小型模块化堆的启动运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
图1为本发明提供的一种具体实施方式的结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-一体化压力容器，2-入口隔离阀，3-入口管道，4-辅助电加热器，5-出口管道，6-出口隔离阀，7-单向阀。
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。
实施例1
本实施例1提供了一种用于小型模块化堆的全压式辅助升温升压系统，如图1所示，包括冷却剂管道；
冷却剂管道包括入口管道3和出口管道5，入口管道3和出口管道5均和一体化压力容器1的冷却剂循环通道相接；
入口管道3的入口端高于出口管道5的出口端，入口端到出口端方向为一体化压力容器1内的冷却剂流向；
入口管道3和出口管道5之间相接有辅助电加热器4。
相对于现有技术中，由于小型模块化反应堆采用一体化堆设计，配套的反应堆冷却剂泵功率较小，导致其向冷却剂的能量输出较低，使得反应堆冷却剂系统升温升压缓慢，对核反应堆启动运行造成较大影响的问题，本方案中，提供了一种用于小型模块化堆的全压式辅助升温升压系统，通过本系统，通过外接冷却剂支管将冷却剂引出，并利用高度差以及外置的辅助加热器加热，从而无需额外的冷却剂驱动装置，使反应堆冷却剂系统温度和压力尽快达到反应堆临界条件，从而有利于小型模块化堆的启动运行；具体方案中，在一体化压力容器1的冷却剂循环通道上外接冷却剂管道，通过入口管道3将冷却剂引出，并再通过出口管道5将冷却剂输入到一体化压力容器1的冷却剂循环通道内，从而形成外置的辅助升温升压系统；在出口管道5和入口管道3之间连接有辅助电加热器4，通过外置功率较高且符合要求的辅助电加热器4，能迅速提高冷却剂的温度；其中，入口管道3的入口端和出口管道5的出口端之间具有高度差，使入口端和出口端处的压力不同，利用高度差，从而提供全压式辅助升温升压系统内冷却剂流动所需的驱动压力，使冷却剂迅速升压。
以上设置，旨在实现：将冷却剂从一体化压力容器1内引出后，由入口管道3流入全压式辅助升温升压系统，经辅助电加热器4加热后，再通过出口管道5流回一体化压力容器1内，从而使反应堆冷却剂系统温度和压力尽快达到反应堆临界条件，有利于小型模块化堆的启动运行。
以上设置的用于小型模块化堆的全压式辅助升温升压系统中所有设备、管道等所以与反应堆冷却剂接触部件均为全压设计，其设计压力、设计温度与反应堆冷却剂系统的设计压力、设计温度一致。
如上所述，为更好的控制全压式辅助升温升压系统的运行，设置为：入口管道3上设有入口隔离阀2；出口管道5上设有出口隔离阀6。
实施例2
本实施例2在实施例1的基础上作进一步限定，提供了全压式辅助升温升压系统的智能控制连锁及其保护机制，利于安全控制。
为实现用于小型模块化堆的全压式辅助升温升压系统的智能控制，提高安全性能，设置为：入口隔离阀2、出口隔离阀6和辅助电加热器4之间设置控制连锁；控制连锁即为根据入口隔离阀2和出口隔离阀6的运行状态，从而控制辅助电加热器4的启闭。
如上，为实现智能控制，其控制连锁进一步设置为：控制连锁包括两种状态，状态一：当入口隔离阀2和出口隔离阀6均打开时，辅助电加热器4运行通电；状态二：当入口隔离阀2和出口隔离阀6中至少一个隔离阀关闭时，辅助电加热器4闭锁断电；用于防止辅助电加热器4误投入。
作为一种防止冷却剂回流的具体实施方式，设置为：出口管道5上还设有单向阀7。
以上设置，为更好的实现出口隔离阀6的控制，设置为：单向阀7设于出口隔离阀6后方。
本方案考虑到由于冷却剂饱和压力状态下温度有所限制，且在反应堆冷却剂加热过程中，需要防止辅助电加热器4内的水沸腾，进一步设置为：辅助电加热器4上设有温度保护装置，温度保护装置用于检测辅助电加热器4的出口温度，温度保护装置设有温度阈值，当出口温度超出温度阈值时，温度保护装置用于控制辅助电加热器4降低功率或闭锁断电；其中，在辅助电加热器4上设置温度保护装置，并使温度保护装置和辅助电加热器4形成控制连锁，当辅助电加热器4的出口温度高于温度阈值时，控制辅助电加热器4降低功率或者直接闭锁断电；其中温度阈值可根据实际运行的小型模块化堆的冷却剂所需温度自行定义，本方案不对其数值做具体限定。
如上所述，为增加对冷却剂压力的控制，还包括用于监测升温升压系统内部冷却剂压力的压力保护装置；通过压力保护装置实时监测整个升温升压系统内的压力，防止压力超出临界压力值；其中压力保护装置可与整个升温升压系统形成控制连锁，从而控制整个升温升压系统的运行，便于智能化控制。
实施例3
本实施例3在实施例2的基础上作进一步限定，提供了一种用于小型模块化堆的全压式辅助升温升压系统的升温升压方法，本系统在具体实施方案中，在反应堆启动运行阶段即可投入使用。
本系统的具体运行过程为：在启动运行初始时刻，全压式辅助升温升压系统的入口隔离阀2和出口隔离阀6全部开启，使其与一体化压力容器1联通，并随反应堆冷却剂系统一同进行充水排气，同时辅助电加热器4进入允许通电的待机状态。
在反应堆冷却剂系统的整个升温升压阶段，全压式辅助升温升压系统隔离阀保持开启，辅助电加热器4通电启动，辅助反应堆冷却剂升温升压。
在启动运行末期，当反应堆冷却剂系统的温度与压力上升至满足反应堆临界条件后，关闭全压式辅助升温升压系统隔离阀，将全压式辅助升温升压系统与反应堆冷却剂系统隔离，同时辅助电加热器4随之闭锁断电，加热器停止加热。
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 (6)
1.一种用于小型模块化堆的全压式辅助升温升压系统，其特征在于，包括冷却剂管道；
所述冷却剂管道包括入口管道（3）和出口管道（5），所述入口管道（3）和出口管道（5）均和一体化压力容器（1）的冷却剂循环通道相接；
所述入口管道（3）的入口端高于所述出口管道（5）的出口端，所述入口端到出口端方向为所述一体化压力容器（1）内的冷却剂流向；
所述入口管道（3）和出口管道（5）之间相接有辅助电加热器（4）；
所述入口管道（3）上设有入口隔离阀（2）；
所述出口管道（5）上设有出口隔离阀（6）；
所述入口隔离阀（2）、出口隔离阀（6）和所述辅助电加热器（4）之间设置控制连锁；
所述控制连锁包括两种状态，状态一：当入口隔离阀（2）和出口隔离阀（6）均打开时，所述辅助电加热器（4）运行通电；状态二：当入口隔离阀（2）和出口隔离阀（6）中至少一个隔离阀关闭时，所述辅助电加热器（4）闭锁断电。
2.根据权利要求1所述的一种用于小型模块化堆的全压式辅助升温升压系统，其特征在于，所述出口管道（5）上还设有单向阀（7）。
3.根据权利要求2所述的一种用于小型模块化堆的全压式辅助升温升压系统，其特征在于，所述单向阀（7）设于所述出口隔离阀（6）后方。
4.根据权利要求1所述的一种用于小型模块化堆的全压式辅助升温升压系统，其特征在于，所述辅助电加热器（4）上设有温度保护装置，所述温度保护装置用于检测所述辅助电加热器（4）的出口温度，所述温度保护装置设有温度阈值，当出口温度超出所述温度阈值时，所述温度保护装置用于控制所述辅助电加热器（4）降低功率或闭锁断电。
5.根据权利要求1所述的一种用于小型模块化堆的全压式辅助升温升压系统，其特征在于，还包括用于监测所述升温升压系统内部冷却剂压力的压力保护装置。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的一种用于小型模块化堆的全压式辅助升温升压系统的升温升压方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在反应堆启动运行初始阶段，将入口管道（3）上的入口隔离阀（2）和出口管道（5）上的出口隔离阀（6）全部开启，使辅助电加热器（4）处于待机状态；
步骤二：当反应堆冷却剂系统进入升温升压阶段时，所述辅助电加热器（4）通电启动；
步骤三：当反应堆冷却剂系统的温度和压力上升至满足反应堆临界阈值后，关闭入口隔离阀（2）和出口隔离阀（6），并使所述辅助电加热器（4）闭锁断电。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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