CN203397712U - 带有非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带有非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统，连接于蒸汽发生器的主蒸汽管线和冷凝回流管线之间，包括用于盛装冷却水的冷却水箱、设置于冷却水箱内且位于冷凝回流管线上方的冷凝器、以及流量控制装置、第一支管及第二支管；冷凝器的管侧入口通过进口管道与主蒸汽管线相连通，流量控制装置具有第一进口、第二进口及流量控制出口，冷凝器具有第一管侧出口及第二管侧出口，第一支管分别与第一管侧出口及第一进口连通，第二支管分别与第二管侧出口及第二进口连通，流量控制出口通过出口管道与冷凝回流管线连通，出口管道上设有常闭的隔离阀。该系统防止堆芯温度过高，减小系统管道内的压力震荡，从而提高系统运行的稳定性。

Description

带有非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统

技术领域

本实用新型涉及一种核电站的二次侧余热排出系统，尤其涉及一种具有流量控制功能的二次侧余热排出系统。

背景技术

随着煤炭、石油等不可再生能源日渐枯竭，对替代能源的需求越来越紧迫。风能、水能及太阳能等可再生能源环保低碳，但开发成本大、回报率低，远不能达到人类的需求。

核能储备丰富，对环境影响较小，是比较理想的替代能源。早在1951年美国就开始利用核能进行发电，迄今已有60多年的发展历史。目前我国大陆已投运核电机组12座，装机容量共约1016万KW。

核电机组正常工作时，低碳经济、绿色环保。但当核设施内发生意外状况而导致放射性物质外泄时，后果不堪设想。从1986年前苏联切尔诺贝利核事故到2011年日本福岛核电站事故，均造成了不可估量的损失和全世界的恐慌，时至今日仍让人谈之色变。如何能够发展安全的核能技术，提高核电机组的安全性，是核电领域一重要的课题。

以现有核电站中使用较多的的压水堆为例，其工作原理为：核燃料在反应堆内发生裂变而产生大量热能，把高压状态下的一次侧水升温至300℃左右；一次侧水经一次侧回路将热量传递到蒸汽发生器中的二次侧水中，二次侧水受热气化成蒸汽，蒸汽推动汽轮机带动发电机旋转发电后进入冷凝器冷凝成液态的二次侧冷凝水，再次进入蒸汽发生器中。申请号为201120001424.1的中国实用新型专利公开了一种用于核电站的应急给水系统。如图1所示：该应急给水系统包括设置在核电站安全壳外的敞口冷却水箱21和设置在冷却水箱内的冷凝器22，冷凝器22的管侧入口与主蒸汽管线17连接，冷凝器22的管侧出口与主给水管线18连接，当发生意外事故时，开启出口管道上的常闭的隔离阀24，启动应急给水系统以加速排出二次侧水的热量从而导出一次侧回路堆芯热量。

申请号为201120001424.1的中国实用新型专利公开的应急给水系统提高了系统的安全性，当仍存在不足：主蒸汽管线17内的蒸汽进入冷凝器22骤冷凝结，会引起系统流动不稳定和压力震荡，一方面，导致系统难以快速达到稳定状态并进而有效、持续地导出一次侧水的热量，堆芯温度过高而发生危险；另一方面，剧烈的压力震荡产生的应力对系统管道和设备存在破坏影响。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种具有流量控制功能的二次侧余热排出系统，通过调节冷凝水的回流速率，提高系统的稳定性，从而持续、有效地导出二次侧水的热量。

为了实现上有目的，本实用新型公开了一种带有非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统，连接于蒸汽发生器的主蒸汽管线和冷凝回流管线之间，所述带有非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统包括用于盛装冷却水的冷却水箱、设置于所述冷却水箱内且位于所述冷凝回流管线上方的冷凝器；所述冷凝器的管侧入口通过进口管道与所述主蒸汽管线相连通，带有非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统还包括流量控制装置、第一支管及第二支管，所述流量控制装置具有第一进口、第二进口及流量控制出口，所述冷凝器具有第一管侧出口及第二管侧出口，所述第一支管分别与所述第一管侧出口及第一进口连通，所述第二支管分别与所述第二管侧出口及第二进口连通，所述流量控制出口通过出口管道与所述冷凝回流管线连通，所述出口管道上设有常闭的隔离阀。

所述非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统在冷凝器与冷凝回流管线之间接入非能动流量控制装置，非能动流量控制装置与冷凝器之间通过第一支管和第二支管相连通，由第一支管经第一进口进入非能动流量控制装置的冷凝水流与由第二支管经第二进口进入非能动流量控制装置的冷凝水流在进入非能动流量控制装置后相对流动混合，从而减缓了冷凝水的流速，加快系统达到稳定状态进而有效、持续地导出一次侧水的热量，防止堆芯温度过高，同时减小系统管道内的压力震荡，从而提高系统运行的稳定性;冷凝器位于非能动流量控制装置上方、流量控制装置位于冷凝回流管线上方，各部分高低不同地设置，使得冷凝水无需外部动力、仅依靠冷凝水自身重力即可实现系统运行，安全稳定且可靠性高。

较佳的，所述流量控制装置具有一横截面呈圆形的流量控制腔；流量控制腔呈圆形，以减小两股冷凝水流在其内部相对流动混合的阻力，使得混合后的冷凝水在流量控制腔内部有序流动，增大冷凝水流出流量控制腔的难度。

具体地，所述流量控制出口开设于所述流量控制腔的底部，所述第一进口及第二进口开设于所述流量控制腔的侧壁；流量控制出口开设于流量控制腔的底部，使得流量控制腔内的冷凝水依靠自身重力即可全部流出流量控制装置进入冷凝回流管线，而无需借助外部动力。

具体地，所述流量控制出口开设于所述流量控制腔底部的圆心处，所述第一进口的流量方向正对所述圆心处，所述第二进口的流量方向不正对所述圆心处；当冷凝水仅从第一进口流入流量控制腔时，流入流量控制腔的冷凝水继续流动即流至流量控制出口，方便冷凝水流出；当冷凝水同时从第一进口和第二进口流入流量控制腔时，两股冷凝水相遇对流，增大冷凝水流出流量控制腔的难度。

具体地，所述第二进口的流量方向与所述第一进口的流量方向的夹角为90度，且所述第一进口所在的半径与所述第二进口所在的半径之间的夹角为锐角；在从第一进口流入流量控制腔的冷凝水流至流量控制出口，从第二进口流入流量控制腔的冷凝水即对其垂直冲击混合，使得混合后的冷凝水在流量控制腔内发生涡旋，进一步增大冷凝水流出流量控制腔的难度。

具体地，所述第一管侧出口与所述第二管侧出口位于同一水平面，且所述第二支管的一端从所述第二管侧出口向上弯曲，弯曲的最高点低于所述管侧入口；当冷凝器内冷凝水液面低于第二支管弯曲的最高点时，于第二支管的向上弯曲段内形成一水封液柱，冷凝水仅从第一支管流出，减小冷凝水流出流量控制腔的阻力；当冷凝器内冷凝水液面高于第二支管弯曲的最高点时，第一支管和第二支管同时流出冷凝水，两股冷凝水在流量控制腔内混合，增大冷凝水流出流量控制腔的难度，减缓冷凝水的回流速度。

较佳的，所述第二管侧出口高于所述第一管侧出口；当冷凝器内冷凝水液面低于第二管侧出口时，冷凝水仅从第一支管流出，减小冷凝水流出流量控制腔的阻力；当冷凝器内冷凝水液面高于第二管侧出口时，第一支管和第二支管同时流出冷凝水，两股冷凝水在流量控制腔内混合，增大冷凝水流出流量控制腔的难度，减缓冷凝水的回流速度。

较佳的，所述冷凝器呈竖直或倾斜地设置于所述冷凝水箱内。

较佳的，所述进口管道上设有常开的隔离阀。

较佳的，所述所述出口管道的一端设有逆止阀，所述逆止阀位于所述常闭隔离阀及冷凝回流管线之间。

较佳的，所述出口管道的一端与所述流量控制出口相连通，所述出口管道的另一端向下延伸并弯曲向上与所述冷凝回流管线连通；经流量控制装置调速后的冷凝水经流量控制出口进入出口管道后，在出口管道的低于冷凝回流管线的延伸段和弯曲向上的弯曲段形成水封，水封的设置阻断水封两侧气体的流通，防止经冷凝器但未冷凝为液态冷凝水的蒸汽流入所述蒸汽发生器，同时防止蒸汽发生器二次侧蒸汽经冷凝回流管线倒流入冷凝器中。

附图说明

图1为申请号为201120001424.1的中国实用新型专利的示意图。

图2为本实用新型带有非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统的第一实施例应用于压水堆的的示意图。

图3为图2中A部的放大图。

图4为本实用新型带有非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统的第二实施例应用于压水堆的的示意图。

图5为图4中B部的放大图。

图6为冷凝器内冷凝水液面较高、两支管同时流出冷凝水时，流量控制装置内的冷凝水的流动状态示意图。

图7为冷凝器内冷凝水液面较低、仅第一支管流出冷凝水时，流量控制装置内的冷凝水的流动状态示意图。

图8为本实用新型带有非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统的第三实施例应用于压水堆的的示意图。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

如图2所示的为本实用新型带有非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统的第一实施例应用于压水堆的示意图。压水堆包括设置在安全壳A00内的压力容器100、蒸汽发生器200、一次侧循环通道300、稳压器400和设置在安全壳A00外的带有非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统500。具体地：

安全壳A00通常由水泥、混凝土等制成，用于防止反应堆内的放射性物质溢出。

压力容器100包括堆腔110和第一热交换腔120。堆腔110用于容置反应堆堆芯，供核燃料组件在其内部发生核裂变或核聚变等产生核反应热；第一热交换腔120用于盛放一次侧水，且第一热交换腔120的侧壁上开设有供低温水流入的第一进口121和供高温水流出的第一出口122。压力容器100的侧壁为防止放射性物质外泄的材质制成，一般选用钢质材料。

一次侧循环通道300包括低温管线310、高温管线320及连接于低温管线310和高温管线320之间的第一热交换管线330。低温管线310通过第一进口532121与第一热交换腔120相连通，高温管线320通过第一出口122与第一热交换腔120相连通，第一热交换管线330用于于蒸汽发生器200内与二次侧水进行热交换以降温。一次侧循环通道300与第一热交换腔120构成一次侧回路。

蒸汽发生器200包括第二热交换腔210，第二热交换腔210用于盛放二次侧水。蒸汽发生器200的侧壁上开设有供高温管线320通过的第二进口533220和供低温管线310通过的第二出口230，第一热交换管线330容置于第二热交换腔210内以实现与第二热交换腔210内二次侧水的热交换以降温。

稳压器400与一次侧循环通道300相连通，以保证一次侧循环通道300内保持高压状态，使得一次侧水在高温状态下仍保持液态。在本实施例中，稳压器400连接于高温管线320。

带有非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统500连接于主蒸汽管线240和冷凝回流管线250之间。带有非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统500包括510、冷凝器520、流量控制装置530、第一支管540、第二支管550、进口管道560和出口管道570。冷却水箱510用于盛装冷却水；冷凝器520设置于510内且位于冷凝回流管线240上方，冷凝器520的管侧入口521通过进口管道560与主蒸汽管线240相连通，进口管道560上设有常开的隔离阀561，冷凝器520上位于管侧入口521下方开设有第一管侧出口522和第二管侧出口523，在本实施例中，冷凝器520呈竖直地设置于510内，当然，冷凝器520也可倾斜地放置于510内，无论如何放置，只需保证管侧入口521位于第一管侧出口522和第二管侧出口523上方即可；流量控制装置530设置于冷凝器520的下方且具有流量控制腔531，流量控制腔531上开设有第一进口532、第二进口533和流量控制出口534，具体地，结合图6-图7所示，流量控制腔531的横截面呈圆形，流量控制出口534位于流量控制腔531底部的圆心处，第一进口532和第二进口533均开设于流量控制腔531的侧壁上且第一进口532和第二进口533位于同一水平面；第一支管540分别连接第一管侧出口和第一进口532，第二支管550分别连接第二管侧出口和第二进口533；流量控制出口534通过出口管道570连通于位于流量控制装置530下方的冷凝回流管线；所述出口管道570上设有常闭的隔离阀571和逆止阀572，逆止阀572位于常闭的隔离阀571及冷凝回流管线250之间，其中常闭的隔离阀572是本实用新型带有非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统500的启动阀门，逆止阀572用于防止蒸汽或冷凝水倒流进入冷凝器520。

进一步地，在本实施例中，第一管侧出口522与第二管侧出口523均开设于冷凝器520的底部，第一管侧出口522与第一支管540相连通，第二管侧出口523与第二支管550相连通。其中，第二管侧出口523的一端从第二管侧出口523向上弯曲形成一向上段551，随后弯曲向下连通于流量控制装置530，向上弯曲形成的向上段551的最高点低于管侧入口521。当冷凝器520内冷凝水液面低于向上段551的最高点时，于向上段551内形成一水封液柱，冷凝水仅从第一支管540流出，减小冷凝水流出流量控制腔531的阻力；当冷凝器520内冷凝水液面高于向上段551的最高点时，第一支管540和第二支管550同时流出冷凝水，两股冷凝水在流量控制腔531内混合，增大冷凝水流出流量控制腔531的难度，减缓冷凝水的回流速度。

如图4-图5所示本实用新型带有非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统的第二实施例应用于压水堆的的示意图，与本发明第一实施例的区别仅在于：第二管侧出口523’高于第一管侧出口522’，具体地，第一管侧出口522’开设于冷凝器520’的底部，第二管侧出口523’开设于冷凝器520’的侧壁上，第一管侧出口522’与第一支管540相连通，第二管侧出口523’与第二支管550相连通。当冷凝器520’内冷凝水液面低于第二管侧出口523’时，冷凝水仅从第一支管540流出，减小冷凝水流出流量控制腔531的阻力；当冷凝器520内冷凝水液面高于第二管侧出口523’时，第一支管540和第二支管550同时流出冷凝水，两股冷凝水在流量控制腔531内混合，增大冷凝水流出流量控制腔531的难度，减缓冷凝水的回流速度。

结合图6-图7所示，第一进口532的流量方向正对流量控制腔531底部的圆心处，第二进口533的流量方向不正对流量控制腔531底部的圆心处。具体地，第一进口532和第二进口533所在流量控制腔531的横截面为圆形，第一进口532的流量方向经过该横截面的圆心，第二进口533的流量方向与第一进口532的流量方向呈90°夹角，且第二进口533所在圆形半径与第一进口532所在圆形半径的夹角为锐角。因此，在从第一进口532流入流量控制腔531的冷凝水流至流量控制出口534，从第二进口533流入流量控制腔531的冷凝水即对其垂直冲击混合，使得混合后的冷凝水在流量控制腔531内发生涡旋，进一步增大冷凝水流出流量控制腔531的难度。

结合图2-图3及图6-图7对具有本发明带有非能动流量控制装置530的二次侧余热排出系统第一实施例的压水堆的工作过程做一详细描述：

压力容器100内保持高压状态。堆腔内容置反应堆堆芯，供核燃料组件在其内部发生核裂变或核聚变等产生核反应热；第一热交换腔120内盛有一次侧水，一次侧水吸收裂变产生的热量升温至300℃左右，压力容器内的高压使得高温的一次侧水保持液态。

高温的一次侧水经第一出口122进入高温管线320，随后进入第二热交换腔210内的第一热交换管线330，与第二热交换腔210内的二次侧水进行热交换，热交换后降温的一次侧水进入低温管线320，随后再次流回第一热交换腔120内再次吸收核裂变产生的热量。以上完成一次侧水的一次热交换循环。该热交换循环往复进行，通过一次侧水将核裂变产生的热量传递到二次侧水。

蒸汽发生器200内常压的二次侧水吸收一次侧水的热量后迅速气化成蒸汽，蒸汽进入蒸汽发生器200顶部的主蒸汽管线240，当打开常闭的隔离阀和常开的隔离阀时，蒸汽从进口管道560进入冷凝器520，于冷凝器520内冷凝成液体的二次侧冷凝水经过管侧出口540进入流量控制装置530，经流量控制装置530550调速后的冷凝水经冷凝回流管线250流回蒸汽发生器200。完成二次侧水的一次热交换循环。该热交换循环往复进行，通过二次侧水吸收一次侧水的热量气化，以降低一次侧回路的热量，进而降低堆芯内的温度。

当冷凝器520内冷凝水液面低于向上段551的最高点时，于向上段551内形成一水封液柱，冷凝水仅从第一支管540流出，减小冷凝水流出流量控制腔531的阻力，如图6所示；当冷凝器520内冷凝水液面高于向上段551的最高点时，第一支管540和第二支管550同时流出冷凝水，两股冷凝水在流量控制腔531内混合，增大冷凝水流出流量控制腔531的难度，减缓冷凝水的回流速度，结合图7所示，更具体地：

从第一进口532流入的冷凝水流向位于流量控制腔531底部的圆心处的流量控制出口534，从第二进口533流入的冷凝水垂直流向第一进口532流入的冷凝水，对其垂直冲击混合，混合后的冷凝水在流量控制腔531内由于速度惯性而发生涡旋流动，冷凝水流在涡旋流动过程中逐渐减速。后流入流量控制腔531的冷凝水混合对流产生的涡旋推挤降速后的冷凝水向流量控制腔531中部流动，降速后的冷凝水由于重力作用经流量控制出口534流入冷凝回流管线250。

图8为本发明带有非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统的第三实施例应用于压水堆的的示意图。与本实用新型第一实施例的区别仅在于：出口管道570’’的一端与流量控制出口534相连通，出口管道570’’的另一端向下延伸形成延伸段573’’，延伸段573’’的下端低于冷凝回流管线250，随后弯曲向上形成弯曲段574’’，弯曲段574’’的上端与冷凝回流管线250相连通。在系统运行的过程中，经流量控制出口534流出的冷凝水进入出口管道570’’后，在出口管道570’’的低于冷凝回流管线250的延伸段573’’和弯曲向上的弯曲段574’’形成水封，水封的设置阻断两侧气体的流通，防止经冷凝器520但未冷凝为液态冷凝水的蒸汽流入所述蒸汽发生器200，同时防止蒸汽发生器200内的蒸汽经冷凝回流管线250倒流入冷凝器520中。所述水封通过防止蒸汽发生器200与冷凝器520之间产生蒸汽回路，从而保证了系统的稳定运行，提高压水堆的可靠性和安全性。

非能动流量控制装置530的二次侧余热排出系统在冷凝器520与冷凝回流管线250之间接入非能动流量控制装置530，非能动流量控制装置530与冷凝器520之间通过第一支管540和第二支管550相连通，且第二支管550仅在冷凝器520内冷凝水液面较高时工作。当冷凝器520内冷凝水较少、水位较低时，冷凝水仅从第二支管550流入非能动流量控制装置530，随后从流量控制出口534流入冷凝回流管线250；当冷凝器520内冷凝水较多、水位较高时，冷凝水分别第一支管540和第二支管550流入非能动流量控制装置530，两股冷凝水流在非能动流量控制装置530相对流动混合，从而减缓了冷凝水的流速，加快系统达到稳定状态进而有效、持续地导出一次侧水的热量，防止堆芯温度过高，同时减小系统管道内的压力震荡，从而提高系统运行的稳定性；冷凝器520位于非能动流量控制装置530上方、非能动流量控制装置530位于冷凝回流管线250上方，各部分高低不同地设置，使得冷凝水无需外部动力、仅依靠冷凝水自身重力即可实现系统运行，安全稳定且可靠性高。

以上所揭露的仅为本实用新型的优选实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (11)

1.一种带有非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统，连接于蒸汽发生器的主蒸汽管线和冷凝回流管线之间，所述带有非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统包括用于盛装冷却水的冷却水箱、设置于所述冷却水箱内且位于所述冷凝回流管线上方的冷凝器；所述冷凝器的管侧入口通过进口管道与所述主蒸汽管线相连通，其特征在于：带有非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统还包括流量控制装置、第一支管及第二支管，所述流量控制装置具有第一进口、第二进口及流量控制出口，所述冷凝器具有第一管侧出口及第二管侧出口，所述第一支管分别与所述第一管侧出口及第一进口连通，所述第二支管分别与所述第二管侧出口及第二进口连通，所述流量控制出口通过出口管道与所述冷凝回流管线连通，所述出口管道上设有常闭的隔离阀。

2.如权利要求1所述的带有非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统，其特征在于：所述流量控制装置具有一横截面呈圆形的流量控制腔。

3.如权利要求2所述的带有非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统，其特征在于：所述流量控制出口开设于所述流量控制腔的底部，所述第一进口及第二进口开设于所述流量控制腔的侧壁。

4.如权利要求3所述的带有非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统，其特征在于：所述流量控制出口开设于所述流量控制腔底部的圆心处，所述第一进口的流量方向正对所述圆心处，所述第二进口的流量方向不正对所述圆心处。

5.如权利要求3所述的带有非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统，其特征在于：所述第二进口的流量方向与所述第一进口的流量方向的夹角为90度，且所述第一进口所在的半径与所述第二进口所在的半径之间的夹角为锐角。

6.如权利要求1所述的带有非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统，其特征在于：所述第一管侧出口与所述第二管侧出口位于同一水平面，且所述第二支管的一端从所述第二管侧出口向上弯曲，弯曲的最高点低于所述管侧入口。

7.如权利要求1所述的带有非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统，其特征在于：所述第二管侧出口高于所述第一管侧出口。

8.如权利要求1所述的带有非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统，其特征在于：所述冷凝器呈竖直或倾斜地设置于所述冷凝水箱内。

9.如权利要求1所述的带有非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统，其特征在于：所述进口管道上设有常开的隔离阀。

10.如权利要求1所述的带有非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统，其特征在于：所述出口管道的一端设有逆止阀，所述逆止阀位于所述常闭隔离阀及冷凝回流管线之间。

11.如权利要求1所述的带有非能动流量控制装置的二次侧余热排出系统，其特征在于：所述出口管道的一端与所述流量控制出口相连通，所述出口管道的另一端向下延伸并弯曲向上与所述冷凝回流管线连通。

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