CN203397713U - 含不可凝气体收集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含不可凝气体收集装置的二次侧余热排出系统，其包括主蒸汽管线、冷凝回流管线、冷凝装置及不可凝气体收集装置；所述主蒸汽管线和所述冷凝回流管线与蒸汽发生器连通；所述冷凝装置与所述主蒸汽管线连通，所述冷凝装置与冷凝回流管线连通；所述不可凝气体收集装置连通于所述主蒸汽管线的最高点。在系统运行的过程中，无需借助外力驱动，利用不可凝气体密度小于蒸汽密度的性质，于主蒸汽管线的最高点自动收集不可凝气体；藉由不可凝气体收集装置从主蒸汽管线中收集不可凝气体，减少在二次侧回路中循环流动的不可凝气体，特别是减少进入冷凝装置的不可凝气体，从而提高冷凝效率，提高系统稳定性。

Description

含不可凝气体收集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反应堆安全设备，尤其涉及压水堆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的中国发明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连通，冷凝器22的管侧出口与主给水管线18连通。

申请号为201120001424.1的中国实用新型专利通过将冷却水箱设置在高位以在非能动状态下实现二次侧水的循环二回路。但是，仍存在不足：二次侧没有设置不可凝气体收集装置，在使用时二次侧会有大量不可凝气体混入，一方面会降低系统冷却效率，弱化系统有效、持续地导出一回路的衰变热，导致压力容器内温度过高而发生危险；另一方面，不可凝气体的混入会引起系统流动不稳定，对系统管道和设备存在破坏性影响。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种提高核电站的可靠性和安全性的二次侧余热排出系统。

为了实现上有目的，本实用新型公开了一种含不可凝气体收集装置的二次侧余热排出系统，包括主蒸汽管线、冷凝回流管线、冷凝装置及不可凝气体收集装置；所述主蒸汽管线和所述冷凝回流管线与蒸汽发生器连通；所述冷凝装置与所述主蒸汽管线连通，所述冷凝装置与冷凝回流管线连通；所述不可凝气体收集装置连通于所述主蒸汽管线的最高点。

所述含不可凝气体收集装置的二次侧余热排出系统通过增设一不可凝气体收集装置，并将不可凝气体收集装置连通于主蒸汽管线的最高点，在系统运行的过程中，利用不可凝气体密度小于蒸汽密度的性质，于主蒸汽管线的最高点收集不可凝气体，不可凝气体在密度差作用下向高处聚集并自动进入位于高处的不可凝气体收集装置内，无需借助外力驱动；藉由不可凝气体收集装置从主蒸汽管线中收集不可凝气体，减少在二次侧回路中循环流动的不可凝气体，特别是减少进入冷凝装置的不可凝气体，从而提高冷凝效率，提高系统稳定性。

较佳的，所述含不可凝气体收集装置的二次侧余热排出系统还包括用于排气以使二次侧保持真空状态的排气通道，所述排气通道设置于所述主蒸汽管线或所述不可凝气体收集装置上；排气通道用于在系统使用前抽真空，减少使用时系统内的不可凝气体量，不可凝气体收集装置用于在系统使用时收集不可凝气体，进一步减少二次侧回路中循环流动的不可凝气体，两者相互配合使得二次侧回路中不可凝气体量减少，进一步提高系统的稳定性。

具体地，所述排气通道上设置有排气阀门，所述排气阀门设置于所述不可凝气体收集装置上方；所述排气阀门处于常关状态，仅在系统使用前抽真空时打开，当对系统抽真空操作结束后关闭，结构简单且操作方便。

较佳的，所述冷凝装置包括冷凝器、进口管道及出口管道，所述冷凝器通过进口管道与所述主蒸汽管线相连通，所述冷凝器与所述出口管道的一端连通，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；蒸汽经冷凝器冷凝成冷凝水并进入出口管道后，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为本实用新型含不可凝气体收集装置的二次侧余热排出系统第一实施例应用于压水堆的示意图。

图3为本实用新型含不可凝气体收集装置的二次侧余热排出系统第二实施例应用于压水堆的示意图。

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含不可凝气体收集装置的二次侧余热排出系统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、一次侧水循环通道300、稳压器400和设置在安全壳A00外的含不可凝气体收集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121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220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连通于高温管线320。

含不可凝气体收集装置的二次侧余热排出系统500包括主蒸汽管线510、冷凝回流管线520、冷凝装置530、不可凝气体收集装置540及排气管道550；主蒸汽管线510和冷凝回流管线520伸入安全壳A00内部并与蒸汽发生器200连通，具体地，主蒸汽管线510连接于蒸汽发生器200的顶部并与蒸汽发生器200相通，冷凝回流管线520连接于蒸汽发生器200的侧壁并与蒸汽发生器200相通，冷凝回流管线520位于主蒸汽管线510下方；冷凝装置530的顶部与主蒸汽管线510连通，冷凝装置530的底部与冷凝回流管线520连通。

冷凝装置530包括用于盛放冷却水的冷却水箱531、设置于冷却水箱532内的冷凝器532、进口管道533及出口管道534。冷凝器532的上侧通过进口管道533与主蒸汽管线510连通，冷凝器532的下侧通过出口管道534与冷凝回流管线520连通。较佳的，冷却水箱531的侧壁高于设置于冷却水箱531内的冷凝器532，从而使得冷却水箱531内的冷却水可以淹没冷凝器532，增大冷却水与冷凝器532的接触面积，提高冷凝器532的冷凝效果。

在本实施例中，不可凝气体收集装置540于主蒸汽管线510的最高点与主蒸汽管线510相连通。不可凝气体收集装置540位于主蒸汽管线510上方，且不可凝气体收集装置540的下端与主蒸汽管线510相连通，不可凝气体收集装置540的上端与排气通道550相连通；排气通道550上设置有常关的排气阀门551，排气阀门551位于不可凝气体收集装置540的上方。当然，排气通道550与不可凝气体收集装置540单独设置、排气通道550直接与主蒸汽管线510相连通也可。

在系统使用前，抽真空装置连接排气通道550，打开排气阀门551，抽取二次侧内气体；在系统使用过程中，残留的不可凝气体的密度小于蒸汽的密度，在密度差作用下自动向高处聚集，经主蒸汽管线510的最高点进入不可凝气体收集装置540内，从而减少二次侧回路中的不可凝气体量，减少不可凝气体对系统的影响，提高系统安全性。

结合附图2对具有本实用新型含不可凝气体收集装置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：

在压水堆使用前，将抽真空装置连接排气通道550，打开排气阀门551，抽取二次侧内气体，以减少二次侧内气体，特别是不可凝气体的量。随后关闭排气阀门551，启动压水堆进入工作状态。

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310，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510；二次侧内残留的不可凝气体由于密度小于蒸汽密度，当蒸汽产生时在密度差作用下上升，聚集于主蒸汽管线510的最高处，并进入与主蒸汽管线510相连通的不可凝气体收集装置540；不可凝气体进入不可凝气体收集装置540的气流带动位于不可凝气体下方的部分蒸汽一同进入不可凝气体收集装置540内，进入不可凝气体收集装置540内的混合气体中，不可凝气体位于不可凝气体收集装置540的上部，蒸汽位于不可凝气体收集装置540内的下部内；二次侧回路内的残余不可凝气体在循环流动过程进入主蒸汽管线510后即自动向上聚集于主蒸汽管线510的最高处；在不可凝气体收集装置540与主蒸汽管线510相连通的管道上，位于上方的不可凝气体收集腔540的蒸汽密度大，位于下方的主蒸汽管线510内的不可凝气体的密度小，在管道上发生对流，使得不可凝气体收集装置540内的蒸汽重回主蒸汽管线510、主蒸汽管线510内的不可凝气体进入不可凝气体收集装置540；上述对流过程持续进行，直至不可凝气体收集装置540内充满不可凝气体、二次侧回路中仍残留少量不可凝气体，或者二次侧回路中不可凝气体全部进入不可凝气体收集装置540内、不可凝气体收集装置540内充满不可凝气体，亦或者二次侧回路中不可凝气体全部进入不可凝气体收集装置540内，部分蒸汽亦进入不可凝气体收集装置540内。

如图3所示为本实用新型含不可凝气体收集装置的二次侧余热排出系统第二实施例应用于压水堆的示意图。

与第一实施例的区别在于，出口管道534’的一端与冷凝器532’的下侧相连通，出口管道534’的另一端向下延伸形成延伸段534a’，延伸段534a’的下端低于冷凝回流管线520’，随后弯曲向上形成弯曲段534b’，弯曲段534b’的上端与冷凝回流管线520’相连通。在系统运行的过程中，从冷凝器532’流出的冷凝水进入出口管道534’后，在出口管道534’的低于冷凝回流管线520’的延伸段534a’和弯曲向上的弯曲段534b’形成水封，水封的设置阻断两侧气体的流通，防止经冷凝器532’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520’倒流入冷凝器532’中。所述水封通过防止蒸汽发生器200与冷凝器532’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。

本发明提供的含不可凝气体收集装置的二次侧余热排出系统500通过在主蒸汽管线510的最高点设置不可凝气体收集装置540和排气通道550，在系统使用前，抽真空装置与排气通道550连接以对二次侧抽真空，减少二次侧内气体不可凝气体量；在系统使用时，二次侧水吸热气化成蒸汽，二次侧内残留的不可凝气体密度小于蒸汽密度，在密度差作用下自动向高处聚集并自动进入位于高处的不可凝气体收集装置540内，无需借助外力驱动；通过不可凝气体收集装置540和排气通道550相互配合，从而尽可能减少二次侧回路中循环流动的不可凝气体，减少进入冷凝装置530的不可凝气体，从而提高冷凝效率，提高系统稳定性。

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 (4)

1.一种含不可凝气体收集装置的二次侧余热排出系统，其特征在于：包括主蒸汽管线、冷凝回流管线、冷凝装置及不可凝气体收集装置；所述主蒸汽管线和所述冷凝回流管线与蒸汽发生器连通；所述冷凝装置与所述主蒸汽管线连通，所述冷凝装置与冷凝回流管线连通；所述不可凝气体收集装置连通于所述主蒸汽管线的最高点。

2.如权利要求1所述的含不可凝气体收集装置的二次侧余热排出系统，其特征在于：所述含不可凝气体收集装置的二次侧余热排出系统还包括用于排气以使二次侧保持真空状态的排气通道，所述排气通道设置于所述主蒸汽管线或所述不可凝气体收集装置上。

3.如权利要求2所述的含不可凝气体收集装置的二次侧余热排出系统，其特征在于：所述排气通道上设置有排气阀门，所述排气阀门设置于所述不可凝气体收集装置上方。

4.如权利要求1所述的含不可凝气体收集装置的二次侧余热排出系统，其特征在于：所述冷凝装置包括冷凝器、进口管道及出口管道，所述冷凝器通过进口管道与所述主蒸汽管线相连通，所述冷凝器与所述出口管道的一端连通，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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