用于核电站的可连续运行的安注及喷淋系统
技术领域
本实用新型涉及核电站的安全设备,更具体地说,涉及一种用于核电站的安注及喷淋系统在安全壳内连续运行的设备。
背景技术
随着技术的成熟核电站的安全性的不断提高,核电站的建设逐渐的成为国家发展的重要能源保障。
在目前的核电站中:
(1)需要冷却的核反应堆结构是:在安全壳中形成反应堆堆腔,在堆腔中设置压力容器。压力容器具有冷管段和热管段。
(2)换料水箱通常设置在安全壳外。
当发生事故时:
(1)安注系统的安注泵首先从安全壳外的换料水箱内抽取冷却剂注入压力容器(从冷管段注入通过热管段排出到安全壳内的地坑);
(2)喷淋系统的喷淋泵也是首先从安全壳内的换料水箱内抽取冷却剂对安全壳进行喷淋冷却(冷却剂最后进入安全壳内的地坑)。
当安全壳外的换料水箱中的冷却剂被安注泵和喷淋泵抽空时,安注泵和喷淋泵就要切换到安全壳内的地坑抽水再次对堆芯进行冷却和对安全壳进行继续喷淋冷却。当安注泵和喷淋泵在从安全壳外的换料水箱抽水切换到安全壳内地坑抽水时可能会发生切换失效,导致堆芯失去冷却和安全壳失去喷淋,造成堆芯损坏和安全壳压力超过设计值。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于,提供一种应用于核电站的安全壳中,能够连续进行安注及喷淋的安注及喷淋系统。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种用于核电站的可连续运行的安注及喷淋系统,所述核电站包括安全壳,所述安全壳内设置具有冷管段以及热管段的压力容器;该系统包括为所述压力容器注入冷却剂的安注子系统、以及对所述安全壳内进行喷淋冷却的喷淋子系统;
所述安注子系统包括安注冷源、连通所述安注冷源和压力容器的安注管道、以及在所述安注管道上设置的安注动力装置和安注控制阀门;
所述喷淋子系统包括喷淋冷源、设置在所述安全壳内的喷淋装置、连通所述喷淋冷源和喷淋装置的喷淋管道、以及在所述喷淋管道上设置的喷淋动力装置和喷淋控制阀门;
所述安注冷源与所述喷淋冷源为设置在所述安全壳内的冷却水箱。
在本实用新型的用于核电站的可连续运行的安注及喷淋系统中,所述喷淋子系统还包括在所述喷淋管道上设置的喷淋冷热交换器。
在本实用新型的用于核电站的可连续运行的安注及喷淋系统中,位于所述喷淋冷热交换器的出口侧,在所述喷淋管道上设有再循环冷却管道,所述再循环冷却管道上设有再循环冷却控制阀门。
在本实用新型的用于核电站的可连续运行的安注及喷淋系统中,所述安注管道包括连通所述压力容器与所述安注冷源的低压安注管道;所述安注动力装置包括设置在所述低压安注管道上的低压安注泵;所述安注控制阀门包括低压控制阀门。
在本实用新型的用于核电站的可连续运行的安注及喷淋系统中,所述安注管道还包括连通所述压力容器与所述安注冷源的高压安注管道;所述安注动力装置包括设置在所述高压安注管道上的高压安注泵;所述安注控制阀门包括高压控制阀门。
在本实用新型的用于核电站的可连续运行的安注及喷淋系统中,所述安注冷源还包括设置在所述安全壳内的非能动高压注水箱;所述非能动高压注水箱的位置高度高于所述冷管段的进口的高度;
所述安注管道还包括连通所述非能动高压注水箱与所述压力容器的高压安注管道;并且所述高压安注管道上设有高压控制阀门。
在本实用新型的用于核电站的可连续运行的安注及喷淋系统中,在所述非能动高压注水箱与所述压力容器的热管段之间还连通设有压力平衡管,在所述压力平衡管上设有压力平衡阀门。
在本实用新型的用于核电站的可连续运行的安注及喷淋系统中,所述安注冷源还包括设置在所述安全壳内的安注箱,所述安注箱位置高度高于所述冷管段的进口,或者,所述安注箱为采用氦气恒压设计的安注箱。
所述安注管道包括连通所述安注箱与所述压力容器的安注箱安注管道;所述安注阀门包括安注箱控制阀门。
在本实用新型的用于核电站的可连续运行的安注及喷淋系统中,所述喷淋装置包括在所述安全壳内,并位于顶部的喷淋管路;所述喷淋管路上设有喷淋孔。
在本实用新型的用于核电站的可连续运行的安注及喷淋系统中,所述冷却水箱为设置在所述安全壳内,并位于所述压力容器下方的开放式换料水箱;
所述安注管道和喷淋管到分别连接在所述开放式换料水箱的底部。
实施本实用新型的具有以下有益效果:采用设置在安全壳内的冷却(换料)水箱,可以大量吸收来自主蒸汽管道在安全壳内断裂和主冷却剂管道发生大破口失水事故时进入安全壳内的高温流体的热量而避免安全壳压力超过设计限值;安注子系统和喷淋子系统从冷却水箱取水注入堆芯和喷淋以后,再返回冷却水箱,实现安注、安全壳喷淋连续运行不切换。
另外,喷淋系统的热交换器连续不断的把来自堆芯和喷淋的热量传输到最终热阱,确保了堆芯和安全壳的有效冷却和喷淋,大大提高了核电站的可靠性和安全性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明,附图中:
图1是本实用新型可连续运行的安注及喷淋系统的第一实施例的结构示意图;
图2是本实用新型可连续运行的安注及喷淋系统的第一实施例的高压安注运行的示意图;
图3是本实用新型可连续运行的安注及喷淋系统的第一实施例的安注箱安注运行的示意图;
图4是本实用新型可连续运行的安注及喷淋系统的第一实施例的低压安注运行的示意图;
图5是本实用新型可连续运行的安注及喷淋系统的第一实施例的喷淋运行的示意图;
图6是本实用新型可连续运行的安注及喷淋系统的第二实施例的示意图;
图7是本实用新型可连续运行的安注及喷淋系统的第二实施例的非能动高压注水箱运行的示意图;
图8是本实用新型可连续运行的安注及喷淋系统的第二实施例的安注箱安注运行的示意图;
图9是本实用新型可连续运行的安注及喷淋系统的第二实施例的低压安注运行的示意图;
图10是本实用新型可连续运行的安注及喷淋系统的第二实施例的喷淋运行的示意图。
具体实施方式
如图1所示,是本实用新型可连续运行的安注及喷淋系统的第一实施例,可用于核电站的安全壳110的冷却降温。其中,该核电站的安全壳110内安装有压力容器111,该压力容器111连接有冷管段112和热管段114,通过冷管段112和热管段114与压力容器连接,从而对压力容器111内的堆芯进行冷却。在发生事故时,通过可连续运行的安注及喷淋系统进行紧急冷却,对堆芯进行冷却,并将安全壳110内的热量吸收,降低安全壳110内的热量,从而提高核电站的安全性和可靠性。
该可连续运行的安注及喷淋系统包括为压力容器111注入冷却剂的安注子系统、以及对安全壳110内进行喷淋冷却的喷淋子系统。在发生事故时,通过安注子系统和喷淋子系统依次投入,对压力容器111内的堆芯和安全壳110内进行冷却。
该安注子系统包括安注冷源、连通安注冷源与压力容器111的安注管道、以及在安注管道上设置的安注动力装置和安注控制阀门。如图所示,该安注冷源为设置在安全壳110内的冷却水箱120,在本实施例中,该冷却水箱120为设在安全壳110内,并位于压力容器111下方的开放式换料水箱。可以理解的,该冷却水箱120也可以为其它形式的水箱,例如封闭式的水箱、半封闭式的水箱等。该冷却水箱120中的冷却剂的温度维持在7~40℃之间,从而提供稳定冷源。
如图所示,该安注管道包括连通压力容器111和安注冷源的高压安注管道121和低压安注管道131。该高压安注管道121和低压安注管道131的进水口从冷却水箱120的底部穿入,引出冷却水。进一步的,在高压安注管道121和低压安注管道131的进水口的外围还可以设有过滤装置,以过滤进入管道的冷却水的杂质,避免管道的堵塞等。
该安注动力装置包括在高压安注管道121上设置的高压安注泵122、以及在低压安注管道131上设置的低压安注泵132;并且,分别在高压安注管道121和低压安注管道131上设置高压控制阀门123和低压控制阀门133,来控制管道的开闭。
作为优选的,该安注冷源还包括设置在安全壳110内的安注箱140,安注箱140位置高度高于冷管段112的进口,或者该安注箱可以采用氦气恒压设计的安注箱(此时其安装位置可以高于或者低于冷管段112的进口),从而提供一定的压力,保证安注箱140内的水能够以非能动的方式注入压力容器111,对堆芯进行冷却。
该安注管道还包括连通安注箱140与压力容器111的安注箱安注管道141;并且,该安注阀门还包括安注箱控制阀门143,以控制安注箱安注管道141的开闭。
在本实施例中,如图所示,高压安注管道121、低压安注管道131和安注箱安注管道141可以共用部分管道;当然,高压安注管道121、低压安注管道131和安注箱安注管道141也可以为相互独立的管道。
该喷淋子系统包括喷淋冷源、设置在安全壳110内的喷淋装置、连通喷淋冷源和喷淋装置的喷淋管道151、以及在喷淋管道151上设置的喷淋动力装置和喷淋控制阀门154。通过喷淋子系统对安全壳110内的设备进行喷淋冷却,有效吸收安全壳110内的热量,降低压力,保证安全壳110内的压力小于设计值,提高安全壳110的可靠性和安全性。
如图所示,该喷淋冷源与安注子系统的安注冷源共用,为设置在安全壳110内的冷却水箱120,在本实施例中,该冷却水箱120为设在安全壳110内,并位于压力容器111下方的开放式换料水箱。通过共用喷淋冷源和安注冷源,可以实现安注动力装置与喷淋动力装置的连续运行,从而可以在安注与喷淋之间实现连续运行不切换,能够确保在事故状态下,堆芯燃料元件和安全壳110的完整性,大大提高了核电站的可靠性和安全性。
本实施例中,该喷淋装置包括设在安全壳110内,并位于顶部的喷淋管路152,并且在喷淋管路152上设有喷淋孔。该喷淋管路152可以围成圆环形,或者其它的形状;可以直接安装在安全壳110的内壁上、或者安装在安全壳110内的适当位置。
该喷淋管道151连通喷淋管路152和冷却水箱120,喷淋管道151的进水口从底部穿入到冷却水箱120内,并且可以在进水口的位置处设置过滤网,从而避免杂质进入喷淋管道151,避免堵塞。可以理解的,进水口也可以从其它位置穿入到冷却水箱120内。喷淋动力装置可以为设置在喷淋管道151上的喷淋泵153。
优选的,在喷淋泵153与喷淋控制阀门154之间还设有喷淋冷热交换器155。该喷淋冷热交换器155的热侧与喷淋管道151连接,冷侧则与外界冷源160相接。工作时,通过喷淋冷热交换器155将来自冷却水箱120的水与外界冷源160进行热交换,从而降低来自冷却水箱120的水的温度,再经喷淋控制阀门154、喷淋管路152上的喷淋孔喷出,对安全壳110内进行喷淋冷却。
进一步优选的,位于喷淋冷热交换器155的出口侧,在喷淋管到上设有再循环冷却管道156,在再循环冷却管到上设有再循环冷却控制阀门157。当冷却水箱120的温度(例如通过温度传感器等监测得到)高于设定值时,关闭喷淋控制阀门154、开启再循环冷却控制阀门157,启动喷淋泵153,将冷却水箱120的水送入喷淋冷热交换器155进行热交换,然后再通过再循环冷却管道156送入冷却水箱120,从而保证冷却水箱120的温度在设定值的范围内。
在本实施例中,所有管道的数量可以根据需要设置为一根或多根,同时,在管道上的阀门、泵等的数量也可以根据需要进行调整为一个或多个;冷却水箱120和安注箱140的数量也可以为一个或多个,容量也可以根据需要进行调整。
在一些需要高压安注的情况下,例如失水事故和主蒸汽管道断裂事故,反应堆冷却剂系统的压力小于一定压力值(如8.0~11.7MPa)时,打开高压控制阀门123,启动高压安注泵122,将冷却水箱120的水经过高压安注管道121和冷管段112注入到压力容器111中,对压力容器111的堆芯进行冷却,如图2所示。
在反应堆冷却剂系统的压力在一定压力值(如小于4.2MPa)时,打开安注箱控制阀门143,安注箱140的水在其自身水压下,经过安注箱140注入管道和冷管段112注入到压力容器111中,对压力容器111的堆芯进行冷却,如图3所示。
当反应堆冷却剂系统的压力小于一定值时(如小于1.6MPa)时,打开低压控制阀门133,启动低压安注泵132,将冷却水箱120的水抽出经低压安注管道131和冷管段112注入压力容器111,进行低压安注,对压力容器111的堆芯进行冷却,如图4所示。
在事故发生后的设定时间内,打开喷淋阀门154,启动喷淋泵153,将冷却水箱120的水抽出,经过喷淋冷热交换器155的冷却后,送到喷淋管路152,对安全壳110内进行喷淋冷却,从而避免安全壳110内的压力超过设计压力,如图5所示。
如图6所示,是本实用新型的可连续运行的安注及喷淋系统的第二施例,其与第一实施例的区别在于,通过非能动高压注水箱222来替代高压安注泵,具体的,本实施例的安注冷源包括设置在安全壳210内的非能动高压注水箱222,该高压注水箱222的底部位置高度高于冷管段212的进口的高度,从而提供一定的安注重(压)力,实现非能动安注。该安注管道包括连通非能动高压注水箱222与压力容器211的高压安注管道221;并且在高压安注管道221上设有高压控制阀门223,从而可以通过控制高压控制阀门223来控制高压安注管道221的开闭,进而控制对压力容器211是否进行高压安注。其他结构与第一实施例基本相同,故不赘述。
作为优选的,在非能动高压注水箱222与压力容器211的热管段214之间还连通设有压力平衡管258,在压力平衡管258上设有压力平衡阀门259(和止回阀-未标出)。通过借助反应堆冷却剂系统的运行压力,维持非能动高压注水箱222的压力与反应堆冷却剂系统的运行压力相当并具有高压注入的能力。对应的,在该压力平衡管258上设置有旁通快速卸压阀门261,以快速卸压利于安注。
当然,本系统的阀门可以根据需要来选择爆破阀门、电控阀门、手控阀门等各种阀门;冷却水箱220、非能动高压安注水箱、安注箱240等的容量可以根据需要进行调整。
在一些需要高压安注的情况下,例如失水事故和主蒸汽管道断裂事故,反应堆冷却剂系统的压力小于一定压力值(如8.0~11.7MPa)时,打开高压控制阀门223,非能动高压注水箱222的水经过高压安注管道221和冷却管段212注入到压力容器211中,对压力容器211的堆芯进行冷却,如图7所示。
在反应堆冷却剂系统的压力在一定压力值(如小于4.2MPa)时,打开安注箱控制阀门243,安注箱240的水在其自身水压下,经过安注箱安注管道241和冷却管段212注入到压力容器211中,对压力容器211的堆芯进行冷却,如图8所示。
当反应堆冷却剂系统的压力小于一定值时(如小于1.6MPa)时,打开低压控制阀门233,冷却水箱220的水由低压安注泵232抽出,经过低压安注管道231和冷却管段212注入压力容器211,进行低压安注,对压力容器211的堆芯进行冷却,如图9所示。
在事故发生后的设定时间内,打开喷淋控制阀门254,启动喷淋泵253,将冷却水箱220的水抽出,经过喷淋冷热交换器255的冷却后送到喷淋管路252,对安全壳210内进行喷淋冷却,从而避免安全壳210内的压力超过设计压力,如图10所示。