CN116344076A - 一种用于严重事故缓解的海水淹没系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种用于严重事故缓解的海水淹没系统，其包括安全壳；安全壳的内部设置有反应堆和蒸汽发生器，且上部连通有过滤排放管道；过滤排放管道的一端连通于安全壳内，另一端穿过船体上的核辅间、船外板而与舷外海水相连通，且过滤排放管道上依次安装有第一气动阀和过滤器，第一气动阀靠近安全壳且处于核辅间中，过滤器处于核辅间中；当反应堆处于正常运行状态时，第一气动阀处于关闭状态；当反应堆发生严重事故后，第一气动阀处于开启状态。该装置通过过滤排放实现安全壳的热量排出，能够有效降低安全壳压力进而防止安全壳超压，并为海水注入安全壳提供条件。

Description

一种用于严重事故缓解的海水淹没系统

技术领域

本申请涉及机械领域，尤其涉及一种用于严重事故缓解的海水淹没系统。

背景技术

严重事故是指严重性超过设计基准事故并造成堆芯明显恶化的事故工况。严重事故发生的概率极低，但一旦发生，很可能会破坏所有的安全屏障，向环境大规模释放放射性物质，产生严重的放射性后果，会对公众和环境造成严重危害。严重事故缓解措施是指在预防措施失效后，堆芯损坏不可避免的时候采取的降低严重事故后果的措施。

自20世纪80年代以来，严重事故研究一直是核安全领域的重点课题。如何提高核电厂缓解严重事故的能力、提升核安全监管水平、提高公众心理承受能力、正确对待舆论压力，是核电发展所面临和亟待解决的问题。严重事故防御能力的大小，已经成为衡量核电厂安全性的重要指标，针对严重事故缓解的研究已被提到十分重要的位置。对于船用核动力系统更是如此，船用核动力的潜在核风险高，核安全要求苛刻，必须重视对严重事故的缓解。

目前核电厂中的严重事故缓解措施主要有：(1)防止压力容器失效，包括：通过主泵进行强迫循环；主冷却剂系统降压并进行注水；排出堆芯余热；通过一回路充排水排出堆芯余热；注水淹没地坑以冷却压力容器等措施。(2)防止高压熔堆，通过适时地开启稳压器安全阀卸压。(3)防止因缓慢升压造成安全壳失效，包括：安全壳喷淋、安全壳风冷导出安全壳热量，在压力容器失效前后向地坑注水延缓堆芯与安全壳相互作用等措施。(4)防止快速升压导致安全壳失效，包括：主冷却剂系统降压、注水淹没地坑、安全壳通风等措施。(5)防止地坑熔穿。(6)消氢。(7)控制裂变产物向安全壳外的迁移，包括：淹没泄漏地点、重建安全壳隔离、安全壳卸压、主冷却剂系统降压、蒸汽发生器二次侧淹没等措施。

水下核动力系统受到空间等限制，严重事故缓解的手段主要为适时地开启稳压器安全阀，以防止高压熔堆，同时延缓堆芯熔化，而专门为严重事故设置的系统与设备较少。

对于水面船舶核动力系统，一方面，为实现较高的核安全水平。对严重事故缓解提出了较高的要求，应尽可能维持已高度损坏堆芯的冷却，实现可控的最终稳定状态，尽可能长时间地维持安全壳的完整性。但是另一方面，由于船上空间等资源较为有限，无法像核电站设置复杂的严重事故缓解措施。

因此，水面船舶核动力系统严重事故缓解具有较大的难度，如何既有简化的配置和原理、同时系统可靠，并且能够有效的实现严重事故缓解：保护安全壳安全屏障、减少放射性泄漏、从安全壳排热、防止事态恶化，实现可控的最终稳定状态。

发明内容

本申请的目的之一在于提供一种用于严重事故缓解的海水淹没系统，以解决现有的核动力系统严重事故缓解难度较大的问题。

本申请的技术方案是：

一种用于严重事故缓解的海水淹没系统，包括安全壳；所述安全壳的内部设置有反应堆和蒸汽发生器，且上部连通有过滤排放管道；所述过滤排放管道的一端连通于所述安全壳内，另一端穿过船体上的核辅间、船外板而与舷外海水相连通，且所述过滤排放管道上依次安装有第一气动阀和过滤器，所述第一气动阀靠近所述安全壳且处于所述核辅间中，所述过滤器处于所述核辅间中；当所述反应堆处于正常运行状态时，所述第一气动阀处于关闭状态；当所述反应堆发生严重事故后，所述第一气动阀处于开启状态。

作为本申请的一种技术方案，所述安全壳的下部连通有海水引入管道；所述海水引入管道的一端连通于所述安全壳内，另一端穿过所述船体上的核辅间、船外板而与舷外海水相连通，且所述海水引入管道上依次安装有第二气动阀和止回阀，所述第二气动阀靠近所述安全壳且处于所述核辅间中，所述止回阀处于所述核辅间中；当所述反应堆处于正常运行状态时，所述第二气动阀处于关闭状态；当所述反应堆发生严重事故后，所述第二气动阀处于开启状态。

作为本申请的一种技术方案，所述过滤排放管道与所述海水引入管道平行间隔设置。

本申请的有益效果：

本申请的用于严重事故缓解的海水淹没系统中，其针对水面船舶核动力系统发生严重事故后，即出现堆芯出现熔毁后，实现对堆芯熔融物的充分冷却，防止其熔穿安全壳，造成放射性外泄，同时排出安全壳内的热量防止安全壳超压，并且将放射性物质包容在安全壳之内，避免事故后果进一步扩大，保证舰员与环境的安全。同时，子啊严重事故初期，其能够利用安全壳内与舷外海水的巨大压差，以非能动的方式实现安全壳过滤排放，受控排出堆芯热量；安全壳排放降压后，其能够利用舷外海水势能将海水注入安全壳，以使得安全壳内压力与海水侧压力形成动态平衡；在严重事故中后期，反应堆不断产生衰变热，安全壳内的水加热、蒸发，海水随之补充进来，通过自然循环实现长期的冷却。由此，该装置能够通过过滤器的排放而实现安全壳的热量排出，进而能够有效降低安全壳压力防止安全壳超压，并为海水注入安全壳提供条件；同时，其能够通过安全壳与海水侧的连通管实现海水自动进入安全壳，实现冷却，并可持续补充冷却海水，为实现堆芯的长期热阱提供条件；此外，其能够利用自然循环原理等非能动方式，提高了系统运行的可靠性；并且，其通过防止安全壳破坏并采用过滤手段，能够将放射性物质完全包容在安全壳内；再者，其通过排放将严重事故后安全壳内产生的大量氢气排出，避免安全壳内产生氢气爆炸的危险。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式的技术方案，下面将对实施方式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申请的某些实施例，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。

图1为本申请实施例提供的用于严重事故缓解的海水淹没系统示意图。

图标：1-安全壳；2-反应堆；3-蒸汽发生器；4-过滤排放管道；5-核辅间；6-船外板；7-第一气动阀；8-过滤器；9-海水引入管道；10-第二气动阀；11-止回阀。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和展示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。

此外，在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例：

请参照图1，本申请提供一种用于缓解严重事故的海水淹没系统，其可以应用于大型水面船舶核动力非能动海水淹没系统中；该系统主要包括安全壳1；安全壳1的内部设置有反应堆2和蒸汽发生器3，且上部连通有过滤排放管道4，在安全壳1的下部连通有海水引入管道9；过滤排放管道4的一端连通于安全壳1内，另一端穿过船体上的核辅间5、船外板6而与舷外海水相连通，且过滤排放管道4上依次安装有第一气动阀7和过滤器8，第一气动阀7靠近安全壳1且处于核辅间5中，过滤器8处于核辅间5中；同时，海水引入管道9的一端连通于安全壳1内，另一端穿过船体上的核辅间5、船外板6而与舷外海水相连通，且海水引入管道9上依次安装有第二气动阀10和止回阀11，第二气动阀10靠近安全壳1且处于核辅间5中，止回阀11处于核辅间5中。此外，当反应堆2处于正常运行状态时，第一气动阀7、第二气动阀10均处于关闭状态；当反应堆2发生严重事故后，第一气动阀7、第二气动阀10均处于开启状态。

需要说明的是，在本实施例中，过滤排放管道4与海水引入管道9平行间隔设置。在其他的实施例中，过滤排放管道4与海水引入管道9的设置方式可以根据不同的需求进行不同的设计，并不仅仅局限于本实施例中的设计。

需要说明的是，该系统的初始状态为：当反应堆2处于正常运行状态时，第一气动阀7、第二气动阀10均处于关闭状态。

当船舶核动力发生严重事故后，反应堆2出现熔毁，产生大量的水蒸气，导致安全壳1内压力剧烈上升，达到限值后，第一气动阀7、第二气动阀10自动开启，由于安全壳1与舷外的巨大压差，安全壳1内的高压蒸汽和空气的混合物通过过滤器8排出舷外，过滤器8将放射性物质滞留在安全壳1内；排放使安全壳1内的压力显著降低，可避免安全壳1的结构超压损坏，同时排放可将安全壳1内由于严重事故产生的大量氢气排放至舷外，从而消除安全壳1内氢爆与氢燃的威胁。

在排放初期，由于安全壳1内的压力高于海水侧时，海水无法进入安全壳1，而由于止回阀11而使得安全壳1内的气体也无法通过海水注入管线排出舷外。随着安全壳1内的压力持续降低，当到一定程度时，舷侧海水利用位差经过第二气动阀10和止回阀11注入安全壳1内。海水持续注入，直到安全壳1内的水位与水线齐平，由于反应堆2存在衰变热，将安全壳1内的水加热、蒸发，海水随之补充进安全壳1，从而实现反应堆2和安全壳1的长期冷却，能够长时间地维持安全壳1的完整性。

此外，该系统在非能动海水淹没系统投入运行期间不需要泵等能动设备，不依赖电源等外部动力，也不需要人员干预，就可以保障安全壳1安全屏障、减少放射性泄漏、从安全壳1排热、防止事态恶化，实现可控的最终稳定状态。

综上可知，本申请的用于严重事故缓解的海水淹没系统中，其针对水面船舶核动力系统发生严重事故后，即出现堆芯出现熔毁后，实现对堆芯熔融物的充分冷却，防止其熔穿安全壳1，造成放射性外泄，同时排出安全壳1内的热量防止安全壳1超压，并且将放射性物质包容在安全壳1之内，避免事故后果进一步扩大，保证舰员与环境的安全。同时，子啊严重事故初期，其能够利用安全壳1内与舷外海水的巨大压差，以非能动的方式实现安全壳1过滤排放，受控排出堆芯热量；安全壳1排放降压后，其能够利用舷外海水势能将海水注入安全壳1，以使得安全壳1内压力与海水侧压力形成动态平衡；在严重事故中后期，反应堆2不断产生衰变热，安全壳1内的水加热、蒸发，海水随之补充进来，通过自然循环实现长期的冷却。由此，该装置能够通过过滤器8的排放而实现安全壳1的热量排出，进而能够有效降低安全壳1压力防止安全壳1超压，并为海水注入安全壳1提供条件；同时，其能够通过安全壳1与海水侧的连通管实现海水自动进入安全壳1，实现冷却，并可持续补充冷却海水，为实现堆芯的长期热阱提供条件；此外，其能够利用自然循环原理等非能动方式，提高了系统运行的可靠性；并且，其通过防止安全壳1破坏并采用过滤手段，能够将放射性物质完全包容在安全壳1内；再者，其通过排放将严重事故后安全壳1内产生的大量氢气排出，避免安全壳1内产生氢气爆炸的危险。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于严重事故缓解的海水淹没系统，其特征在于，包括安全壳；所述安全壳的内部设置有反应堆和蒸汽发生器，且上部连通有过滤排放管道；所述过滤排放管道的一端连通于所述安全壳内，另一端穿过船体上的核辅间、船外板而与舷外海水相连通，且所述过滤排放管道上依次安装有第一气动阀和过滤器，所述第一气动阀靠近所述安全壳且处于所述核辅间中，所述过滤器处于所述核辅间中；当所述反应堆处于正常运行状态时，所述第一气动阀处于关闭状态；当所述反应堆发生严重事故后，所述第一气动阀处于开启状态。

2.根据权利要求1所述的用于严重事故缓解的海水淹没系统，其特征在于，所述安全壳的下部连通有海水引入管道；所述海水引入管道的一端连通于所述安全壳内，另一端穿过所述船体上的核辅间、船外板而与舷外海水相连通，且所述海水引入管道上依次安装有第二气动阀和止回阀，所述第二气动阀靠近所述安全壳且处于所述核辅间中，所述止回阀处于所述核辅间中；当所述反应堆处于正常运行状态时，所述第二气动阀处于关闭状态；当所述反应堆发生严重事故后，所述第二气动阀处于开启状态。

3.根据权利要求2所述的用于严重事故缓解的海水淹没系统，其特征在于，所述过滤排放管道与所述海水引入管道平行间隔设置。

Images