CN115831404A - 非能动加压池式反应堆 - Google Patents

Abstract

本申请属于核反应堆技术领域，具体涉及一种非能动加压池式反应堆。该反应堆，包括：反应堆容器和至少一个蓄压管；所述反应堆容器内固定有反应堆堆芯，并放置在反应堆水池中；所述反应堆容器的上封头处连接有所述蓄压管的一端；所述蓄压管中注入一定高度的液体，用于向所述反应堆堆芯提供所需要的静压力；所述蓄压管高出所述反应堆堆芯的顶部。本申请采用蓄压管的加压方式，维持一回路有足够的静压，缩小了反应堆深度和直径，缩短了控制棒驱动机构长度，简化了堆水池结构件，降低了反应堆装换料难度，并可以对反应堆内不可凝气体进行集中监测和处理，无需建设复杂的蓄压水池等，简化了系统布置和设备要求。

Description

非能动加压池式反应堆

技术领域

本申请属于核反应堆技术领域，具体涉及一种非能动加压池式反应堆。

背景技术

传统的池式反应堆由堆芯和冷却回路系统组成，堆芯放置在深水池中，堆芯核燃料发生裂变链式核反应释放的热量将流经堆芯的池水(一回路冷却剂)加热。池式供热堆在正常运行时，一回路冷却剂自下而上流经堆芯，带出堆芯的热量后进入主循环泵，通过主换热器将热量传递给二回路后，再从堆水池上部回到水池。二回路系统为独立的密闭中间循环回路，压力高于一回路的压力，对一回路和三回路冷却剂起到中间隔离作用，并将堆芯热量依次最终传递给三回路。三回路的功能是将池式堆产生的热量输送到用户。与所有核动力厂一样，保证池式反应堆安全的根本也是控制反应性、排出堆芯热量、包容放射性物质等三项基本安全功能。池式反应堆具有固有安全性高，系统简化，运行压力低等特点。

池式反应堆分为两种：一种是将堆芯(即核燃料)直接泡在水池中；另一种是将堆芯(即核燃料)放在专门的不锈钢压力容器中，然后将容器泡在水池中。

在现有的池式反应堆设计中，为了提高堆芯出口温度并保留足够的欠热度，使得堆芯出口的冷却剂不发生沸腾，需要向堆芯额外施加一定的压力。在上述池式反应堆设计中，为了加强堆芯压力，采用更深的水池产生静压、密封加压水池、稳压器、蓄压水池等，这些反应堆的加压系统设计均比较复杂，工程造价较高，降低了反应堆的经济性。同时，对于余热排出系统、反应性控制相关系统等方面，都存在可进一步简化和完善的地方。

发明内容

本申请目的是提供一种非能动加压池式反应堆，解决现有技术中反应堆的加压系统设计均比较复杂，工程造价较高，降低了反应堆的经济性的问题。

实现本申请目的的技术方案：

本申请实施例提供了一种非能动加压池式反应堆，所述反应堆，包括：反应堆容器和至少一个蓄压管；

所述反应堆容器内固定有反应堆堆芯，并放置在反应堆水池中；所述反应堆容器的上封头处连接有所述蓄压管的一端；

所述蓄压管中注入一定高度的液体，用于向所述反应堆堆芯提供足够的静压力；所述蓄压管高出所述反应堆堆芯的顶部。

可选的，所述反应堆，还包括：密闭的气体工艺处理间；

所述蓄压管的另一端开口，并通入所述气体工艺处理间，用于将反应堆容器中的不可凝气体排出；

所述气体工艺处理间内设置有第一探测器和气体工艺处理系统；所述第一探测器用于对所述不可凝气体的浓度进行检测；所述气体工艺处理系统，用于对所述不可凝气体进行集中处理。

可选的，所述蓄压管上装有第二探测器，用于监测温度、压力、液位中的任意一个或多个。

可选的，所述蓄压管上连接有应急注入管道，用于将含硼水或除盐水注入所述反应堆堆芯。

可选的，所述蓄压管的一端与所述反应堆容器的上封头之间采用波纹管软性连接。

可选的，所述反应堆容器的上部和下部均至少安装有两个安全阀组；

所述安全阀组在反应堆正常运行时关闭，在反应堆发生超设计基准事故的情况下，所述安全阀组可以根据操纵员指令打开，使所述反应堆水池中的含硼水从所述反应堆容器下部进入所述反应堆堆芯，并从上部流出，在所述反应堆水池中形成自然循环。

可选的，所述蓄压管高出所述反应堆堆芯的顶部10～30米。

可选的，所述反应堆，还包括：反应堆冷却水进口管、反应堆冷却水出口管、主换热器和反应堆冷却剂泵；

所述反应堆冷却水进口管的一端和所述反应堆冷却水出口管的一端均连接在所述反应堆容器上，高度位于所述反应堆堆芯上方，并保持在同一水平；

所述反应堆冷却水出口管的另一端连接所述主换热器的一端，所述主换热器的另一端经所述反应堆冷却剂泵连接所述反应堆冷却水进口管的另一端。

可选的，所述反应堆，还包括：余热排出系统水进口管、余热排出系统水出口管和换热冷却器；

所述余热排出系统水进口管的一端连接在所述反应堆冷却水出口管上，所述余热排出系统水出口管的一端连接在所述反应堆冷却水进口管上；

所述余热排出系统水进口管的另一端和所述余热排出系统水出口管的另一端都连接在所述换热冷却器上，所述换热冷却器布置在反应堆厂房外部。

可选的，所述换热冷却器采用空冷或者水冷的方式。

本申请的有益技术效果在于：

1、本申请实施例提供的一种非能动加压池式反应堆，利用蓄压管在一回路采用微压或低压的设计(如压力小于0.5MPa)，对反应堆容器设备的制造、运行等要求较低，节省成本；

2、本申请实施例提供的一种非能动加压池式反应堆，采用蓄压管的加压方式，维持一回路所需要的静压，缩小了反应堆深度和直径，缩短了控制棒驱动机构长度，简化了堆水池结构件，降低了反应堆装换料难度，无需建设复杂的蓄压水池等，简化了系统布置和设备要求；

3、本申请实施例提供的一种非能动加压池式反应堆，蓄压管可以兼顾应急注水、应急注硼、排出反应堆容器顶部不可凝气体、氢气和放射性气体监测处理等功能。在确保反应堆安全性的前提下进行了设计简化，有效减少了相应的工程措施，进一步提高了反应堆的经济性；

4、本申请实施例提供的一种非能动加压池式反应堆，反应堆具有较高的固有安全性。将反应堆容器放置在充满硼溶液的水池中，确保含硼水能够始终覆盖反应堆容器。在反应堆容器上部和下部均安装安全阀组，正常运行时关闭，确保一回路密封性；在超设计基准事故工况下安全阀组可以根据操纵员指令打开，使反应堆容器与反应堆水池联通，形成自然循环。充分利用反应堆水池中的大量含硼水，实现快速停堆和堆芯冷却；

5、本申请实施例提供的一种非能动加压池式反应堆，设置了常压密闭的气体处理工艺间，用于监测和处理堆芯产生的氢气和放射性气体等，实现了统一收集、统一监测、统一处理；在提高安全性的同时，有效降低了反应堆厂房的密封要求和氢气、放射性气体等处理要求，减少工程投资；

6、本申请实施例提供的一种非能动加压池式反应堆，采用非能动的余热排出系统，与一回路相连，在反应堆冷却剂泵无法正常工作等事故工况下，利用密度差产生驱动力实现自然循环，简化了工程设计，将堆芯余热传导到厂房外部环境大气中。系统设计简单，造价低且可靠性高；

7、本申请实施例提供的一种非能动加压池式反应堆，相比其他池式反应堆，可以大幅减少反应堆厂房及堆水池等土建结构建造费用；设备简单便于运行维护，可靠性高。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种非能动加压池式反应堆的结构示意图。

图中：

1-蓄压管；2-第二探测器；3-波纹管；4-含硼水；5-反应堆水池；6-反应堆容器；7-反应堆堆芯；8-安全阀组；9-反应堆冷却水进口管；10-反应堆冷却水出口管；11-反应堆控制棒及驱动机构；12-反应堆冷却剂泵；13-主换热器；14-余热排出系统水进口管；15-余热排出系统水出口管；16-换热冷却器；17-应急注入管道；18-气体处理工艺系统；19-第一探测器；20-气体处理工艺间。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请，下面将结合本申请实施例中的附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚-完整的描述。显而易见的，下面所述的实施例仅仅是本申请实施例中的一部分，而不是全部。基于本申请记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，均在本申请保护的范围内。

参见图1，该图为本申请实施例提供的一种非能动加压池式反应堆的结构示意图。

本申请实施例提供的一种非能动加压池式反应堆，包括：反应堆容器6和至少一个蓄压管1；

反应堆容器6内固定有反应堆堆芯7，并放置在反应堆水池5中；反应堆容器6的上封头处连接有蓄压管1的一端；

蓄压管1中注入一定高度的液体，用于向反应堆堆芯7提供所需要的静压力；蓄压管1高出反应堆堆芯7的顶部。

在具体实施时，反应堆堆芯7放置在反应堆容器6下部中央并通过专门的堆芯吊篮予以固定。反应堆容器6放置在反应堆水池5的底座上，用结构支撑件予以固定，反应堆控制棒及驱动机构11和蓄压管1与反应堆容器6的上封头连接。本申请实施例提供的一种非能动加压池式反应堆属于池壳式反应堆，既有池式堆特点，又有密封的反应堆容器6。反应堆具有较高的固有安全性，将反应堆容器6放置在充满含硼水4的反应堆水池5中，确保含硼水4能够始终覆盖反应堆容器6。含硼水4可以为2300ppm左右浓度。

本申请实施例中，采用蓄压管1的加压方式，维持一回路有足够的静压，缩小了了反应堆深度和直径，缩短了控制棒驱动机构长度，简化了堆水池结构件，降低了反应堆装换料难度，无需建设复杂的蓄压水池等，简化了系统布置和设备要求。一回路采用微压或低压的设计(压力小于0.5MPa)，对反应堆容器设备的制造、运行等要求较低，节省成本。在实际应用中，蓄压管1可以高出反应堆堆芯7的顶部10～30米。

在一个例子中，蓄压管1上可以装有第二探测器2，用于监测温度、压力、液位中的任意一个或多个。

在本申请实施例一些可能的实现方式中，蓄压管1的一端与反应堆容器6的上封头之间采用波纹管3软性连接，用于减少连接处的热应力影响，并抵消蓄压管1与反应堆容器6上封头之间微量的相对位移。

本申请发明人在研究中发现，根据国内池式堆工程实践经验，反应堆在运行过程中，因流经堆芯的冷却水受到中子及γ辐照会不断发生辐照分解释放氢气，氢气在某些区域不断集聚，存在发生氢爆风险；同时，在运行过程中，由于很少量的燃料包壳可能存在破损等原因，堆芯燃料将释放微量的裂变产物(放射性气体)进入堆水池，在厂房内某些区域集聚或泄露到外部环境中，对厂房或周边环境造成辐射照射影响。为保证反应堆安全性和环境友好性，必须在运行时对堆芯辐照分解产生的氢气和燃料包壳破损释放的裂变产物气体进行处理。

为此，在本申请实施例一些可能的实现方式中，反应堆，还包括：密闭的气体工艺处理间20；

蓄压管1的另一端开口，并通入气体工艺处理间20，用于将反应堆容器6中的不可凝气体排出；

气体工艺处理间20内设置有第一探测器19和气体工艺处理系统18；第一探测器19，用于对不可凝气体的浓度进行检测；气体工艺处理系统18，用于对不可凝气体进行集中处理，避免这些气体扩散和泄漏。

在本申请实施例中，蓄压管1还兼具有排出反应堆容器6顶部不可凝气体(如氢气、裂变产物气体等)的功能，将其引入气体处理工艺间20。常压密闭的气体处理工艺间18，用于监测和处理反应堆堆芯7产生的氢气和放射性气体等，实现了统一收集、统一监测、统一处理；在提高安全性的同时，有效降低了反应堆厂房的密封要求和氢气、放射性气体等处理要求，减少工程投资。

在一个例子中，蓄压管1上连接有应急注入管道17，用于将含硼水或除盐水注入反应堆堆芯7。

需要说明的是，在蓄压管1上还连接了专门的应急注入管道17，根据事故场景，可向应急注入管道17中注入含硼水或除盐水，再通过蓄压管1注入到反应堆堆芯7中，作为应急冷却或应急停堆的第二种方式。

在本申请实施例中，蓄压管1可以兼顾应急注水、应急注硼、排出反应堆容器顶部不可凝气体、氢气和放射性气体监测处理等功能。在确保反应堆安全性的前提下进行了设计简化，有效减少了相应的工程措施，进一步提高了反应堆的经济性。

在本申请实施例一些可能的实现方式中，反应堆容器6的上部和下部均至少安装有两个安全阀组8；

安全阀组8在反应堆正常运行时关闭，在反应堆发生超设计基准事故的情况下，安全阀组根据操纵员指令8打开，使反应堆水池5中的含硼水4从反应堆容器6下部进口进入反应堆堆芯7，并从上部出口流出，在反应堆水池4中形成自然循环，实现快速停堆和堆芯冷却。

在本申请实施例中，极限事故工况下可以充分利用反应堆水池5中的含硼水4，一方面可确保提供足够的负反应性，实现第二套安全停堆方式；另一方面也为停堆后排出堆芯剩余释热提供了长期冷却。

在本申请一些可能的实现方式中，反应堆，还包括：反应堆冷却水出口管10、反应堆冷却水进口管9、主换热器13和反应堆冷却剂泵12；

反应堆冷却水进口管9的一端和反应堆冷却水进口管10的一端均连接在反应堆容器6上，高度位于反应堆堆芯7上方，并保持在同一水平；

反应堆冷却水出口管10的另一端连接主换热器13的一端，主换热器13的另一端经反应堆冷却剂泵12连接反应堆冷却水进口管9的另一端。

正常运行时，一回路冷却剂水从反应堆冷却水出口管10流出，进入主换热器13，将堆芯热量传递给二回路，换热降温后的水通过反应堆冷却水进口管9经反应堆冷却剂泵12返回堆芯，形成封闭的一回路循环管道，以保持冷却剂不会泄露。一回路冷却剂通过主换热器13，将热量传递给二回路，实现堆芯热量导出。

在本申请实施例一些可能的实现方式中，反应堆，还包括：余热排出系统水进口管14、余热排出系统水出口管15和换热冷却器16；

余热排出系统水进口管14的一端连接在反应堆冷却水出口管10上，余热排出系统水出口管15的一端连接在反应堆冷却水进口管9上；

余热排出系统水进口管14的另一端和余热排出系统水出口管15的另一端都连接在换热冷却器16上，换热冷却器16布置在反应堆厂房外部。

需要说明的是，在事故工况下(如反应堆冷却剂泵12发生故障)，被反应堆堆芯燃料余热加热后密度较小的一回路水，上行通过余热排出系统水进口管14，将热量经换热冷却器16排到厂房外部环境大气(即最终热阱)，经换热冷却器16冷却后密度较大的一回路水，下行经余热排出系统水出口管15再重新流入反应堆冷却水进口管9，进而流入反应堆堆芯7，形成非能动的闭式自然循环。

在具体实施时，换热冷却器16可以根据换热功率和换热速率的需要，采用空冷或者水冷的方式。

上面结合附图和实施例对本申请作了详细说明，但是本申请并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。本申请中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (10)

1.一种非能动加压池式反应堆，其特征在于，所述反应堆，包括：反应堆容器和至少一个蓄压管；

所述反应堆容器内固定有反应堆堆芯，并放置在反应堆水池中；所述反应堆容器的上封头处连接有所述蓄压管的一端；

所述蓄压管中注入一定高度的液体，用于向所述反应堆堆芯提供所需要的静压力；所述蓄压管高出所述反应堆堆芯的顶部。

2.根据权利要求1所述的非能动加压池式反应堆，其特征在于，所述反应堆，还包括：密闭的气体工艺处理间；

所述蓄压管的另一端开口，并通入所述气体工艺处理间，用于将反应堆容器中的不可凝气体排出；

所述气体工艺处理间内设置有第一探测器和气体工艺处理系统；所述第一探测器用于对所述不可凝气体的浓度进行检测；所述气体工艺处理系统，用于对所述不可凝气体进行集中处理。

3.根据权利要求1所述的非能动加压池式反应堆，其特征在于，所述蓄压管上装有第二探测器，用于监测温度、压力、液位中的任意一个或多个。

4.根据权利要求1所述的非能动加压池式反应堆，其特征在于，所述蓄压管上连接有应急注入管道，用于将含硼水或除盐水注入所述反应堆堆芯。

5.根据权利要求1所述的非能动加压池式反应堆，其特征在于，所述蓄压管的一端与所述反应堆容器的上封头之间采用波纹管软性连接。

6.根据权利要求1所述的非能动加压池式反应堆，其特征在于，所述反应堆容器的上部和下部均至少安装有两个安全阀组；

所述安全阀组在反应堆正常运行时关闭，在反应堆发生超设计基准事故的情况下，所述安全阀组可以根据操纵员指令打开，使所述反应堆水池中的含硼水从所述反应堆容器下部进入所述反应堆堆芯，并从上部流出，在所述反应堆水池中形成自然循环。

7.根据权利要求1所述的非能动加压池式反应堆，其特征在于，所述蓄压管高出所述反应堆堆芯的顶部10～30米。

8.根据权利要求1-7任一项所述的非能动加压池式反应堆，其特征在于，所述反应堆，还包括：反应堆冷却水进口管、反应堆冷却水出口管、主换热器和反应堆冷却剂泵；

所述反应堆冷却水进口管的一端和所述反应堆冷却水出口管的一端均连接在所述反应堆容器上，高度位于所述反应堆堆芯上方，并保持在同一水平；

所述反应堆冷却水出口管的另一端连接所述主换热器的一端，所述主换热器的另一端经所述反应堆冷却剂泵连接所述反应堆冷却水进口管的另一端。

9.根据权利要求8所述的非能动加压池式反应堆，其特征在于，所述反应堆，还包括：余热排出系统水进口管、余热排出系统水出口管和换热冷却器；

所述余热排出系统水进口管的一端连接在所述反应堆冷却水出口管上，所述余热排出系统水出口管的一端连接在所述反应堆冷却水进口管上；

所述余热排出系统水进口管的另一端和所述余热排出系统水出口管的另一端都连接在所述换热冷却器上，所述换热冷却器布置在反应堆厂房外部。

10.根据权利要求9所述的非能动加压池式反应堆，其特征在于，所述换热冷却器采用空冷或者水冷的方式。

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