CN204242607U - 具有排放气体暂存功能的安全壳排放系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及核设备安全技术领域，具体公开了一种具有排放气体暂存功能的安全壳排放系统，包括依次连接的安全壳、安全壳过滤排放系统、对空排放机构；所述安全壳过滤排放系统连接到安全壳的管线上设置有第一隔离阀，连接到对空排放机构的管线上设置有第二隔离阀；还包括滞留管线，滞留管线上游连接在安全壳过滤排放系统的出口，下游连接对空排放机构，滞留管线上依次设置有控制阀D、储气装置、控制阀E。本实用新型不仅能够缓解安全壳超压和氢气的威胁，维持安全壳的完整性，而且能够将放射性气体临时储存在密闭空间中，经过一定时间的衰变待气体放射性降低后结合当时当地的天气状况向外界排放，缓解裂变产物的释放，减少排放气体的放射性。

Description

具有排放气体暂存功能的安全壳排放系统

技术领域

本实用新型涉及核技术安全设备技术领域，具体地，涉及一种具有排放气体暂存功能的安全壳排放系统。

背景技术

根据纵深防御、多道屏障的核电安全理念，安全壳是防止放射性裂变产物释放的最后一道屏障。核电厂发生严重事故意味着堆芯损坏，严重事故后放射性裂变产物释放至安全壳内，安全壳的失效或泄漏将导致裂变产物向环境释放。因此，安全壳完好时，为了缓解超压和氢气对安全壳完整性的威胁，避免安全壳超压失效或氢爆失效导致长期不可控释放，将实施安全壳主动卸压进行可控的安全壳排放。

国内很多压水堆核电厂为缓解大型干式安全壳的裂变产物释放设置了安全壳过滤排放系统（Containment Filtration and Exhaust System，英文缩写CFES）CFES一般包括文丘里水洗器（或沙堆过滤器）和金属纤维过滤器，可以有效过滤安全壳排放的挥发性裂变产物和气溶胶，通常过滤效率达到99%以上，但是对于不可凝气体裂变产物如惰性气体，没有过滤效果。

CFES的设计理念是利用非能动设备缓解安全壳超压对安全壳完整性的威胁：通过主动排放进行卸压的同时，设置文丘里水洗器（或沙堆过滤器）和金属纤维过滤器对安全壳主动排放进行过滤，减少裂变产物对环境的释放。

按照当前CFES的设计，主动排放的安全壳气体经过滤排放后排向大气，由此必然导致放射性释放，这是该系统受到质疑的主要原因。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够有效减少裂变产物释放的具有排放气体暂存功能的安全壳排放系统，利用惰性气体裂变产物半衰期短的特点，设置密闭气空间临时储存经CFES过滤后的排放气体，减少气体放射性。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：

具有排放气体暂存功能的安全壳排放系统，包括依次连接的安全壳、安全壳过滤排放系统、对空排放机构；所述安全壳过滤排放系统连接到对空排放机构的管线上设置有第二隔离阀；还包括滞留管线，滞留管线上游连接在安全壳过滤排放系统的出口，下游连接对空排放机构，滞留管线上依次设置有控制阀D、储气装置、控制阀E。本方案中，发明人利用惰性气体裂变产物半衰期短这一特质，设置了滞留管线将安全壳过滤排放系统过滤后的气体进行临时存储，使裂变产物在滞留管线的储气装置内降低放射性后再择时择向排放，降低放射气体对居住地的影响。

进一步，所述储气装置为气囊，所述控制阀D和控制阀E之间还连接有储气集管，储气集管上连接有储气控制阀，气囊通过储气控制阀与储气集管相连。

进一步，所述储气装置入口连接在控制阀D和控制阀E之间，出口设置有储气控制阀，储气控制阀下游连接对空排放机构。

进一步，所述安全壳过滤排放系统包括依次连接的文丘里水洗器、金属过滤器、过滤排放阀门，所述过滤排放阀门与第二隔离阀42、滞留管线均连接，所述文丘里水洗器上还连接有补水管线，补水管线上设置有控制阀G，本方案中设置补水管线可以有效解决文丘里水洗器容量不够的问题，可以进行补水和补充药剂。

进一步，所述文丘里水洗器下游通过第四隔离阀连接金属过滤器，还通过旁通阀连接过滤排放阀门。

进一步，所述文丘里水洗器上还连接有废液流动管线，废液流动管线上依次设置有控制阀H、流量调节阀，流量调节阀后端同时连接有废液处理管线和废液回流管线，所述废液处理管线上设置有废液处理控制阀；所述废液回流管线设置废液回流控制阀。本方案中设置废液处理管线，将废液在安全壳外处理，提升安全性。

综上，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型利用惰性气体裂变产物半衰期短这一特质，设置了滞留管线，滞留管线可以将CFS过滤排放的气体进行暂存，延长裂变产物排向空中的时间，从而减少裂变产物的释放，此外，排放的时间和方向也可以选择和调整，减少对周围居住环境的影响；

2、本实用新型维持CFES原有的非能动设计，不减损原有的非能动特性，在电厂失去外电源后保证系统可靠性；

3、本实用新型构成了安全壳的辅助屏障，可以有效缓解裂变产物释放，减少释放气体的放射性，使用方便灵活、安全性高。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是实施例2的结构示意图；

图3是实施例3中文丘里水洗器周围管线的连接示意图。

附图中标记及相应的零部件名称：1-安全壳； 2-安全壳过滤排放系统； 3-对空排放机构； 7-文丘里水洗器； 8-金属过滤器； 9-过滤排放阀门； 31-储气装置； 32-控制阀D； 33-储气控制阀； 34-控制阀E； 41-第一隔离阀；42-第二隔离阀； 61-控制阀G； 62-流量调节阀； 63-废液处理控制阀； 64-废液回流控制阀； 65-控制阀H； 71-旁通阀； 72-第四隔离阀。

具体实施方式

本实用新型利用惰性气体裂变产物半衰期短这一特质，在安全壳排放系统中设置滞留管线作为核电厂安全壳补充屏障设备，用于缓解严重事故下核电厂安全壳的放射性释放。在严重事故下，安全壳排放系统实施安全壳主动排放，利用安全壳过滤排放系统（CFES）过滤排放气体，滞留管线利用惰性气体裂变产物半衰期短的特点临时储存经过滤后的排放气体，减少放射性，并结合事故后的天气状况选择向人口稀少区域排放。

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，具有排放气体暂存功能的安全壳排放系统，包括依次连接的安全壳1、安全壳过滤排放系统2、对空排放机构3和滞留管线；所述安全壳过滤排放系统2连接到安全壳1的管线上设置有第一隔离阀41，安全壳过滤排放系统2连接到对空排放机构3的管线上设置有第二隔离阀42；所述安全壳过滤排放系统2包括依次连接的文丘里水洗器7、金属过滤器8、过滤排放阀门9，所述过滤排放阀门9下游连接第二隔离阀42。

滞留管线上游连接在安全壳过滤排放系统2的出口，下游连接对空排放机构3，滞留管线上沿气体流向依次设置有控制阀D32、储气装置31、控制阀E34。本实施例中，所述储气装置31为气囊，其数量有多个。其连接方式为：控制阀D32和控制阀E34之间还连接有储气集管，储气集管上连接有多个储气控制阀33，每个气囊通过一个储气控制阀33与储气集管相连。

本是实施例中滞留管线减小放射性的原理是：1、安全壳完好时进行主动排放卸压，排放气体经CFES过滤后注入储气装置31的密闭气空间滞留（临时储存），由于惰性气体裂变产物半衰期比较短，短期滞留可以有效减少过滤排放气体的放射性；2、利用短期滞留可以结合当地天气状况灵活选择气体排放的时机，当前国内核电厂均为沿海厂址，排放气体经CFES过滤后临时储存，当风向吹向大海时考虑排放，当风向吹向内陆人口稠密区时，选择继续滞留。

具体地，滞留管线的工作方式如下：

滞留管线只在严重事故工况下运行，滞留管线上的管道、阀门、气囊等全套设备通常处于存放状态。电厂发生严重事故后，启用滞留管线首先需要完成设备的临时安装。事故管理方面，可以在应急指挥部宣布进入严重事故缓解阶段并由技术支持中心主要负责事故管理后，由技术支持中心指引维修组启动设备安装程序。

电厂CFES下游管道应预留临时接口，该临时接口阀门通常处于关闭状态。电厂发生严重事故后，维修组安装滞留管线，将滞留管线入口管道连接至预留的临时接口，并开启临时接口阀门。通常严重事故的发展进程比较缓慢，堆芯损坏进入严重事故时，安全壳压力和氢气浓度还处于较低水平，安全壳外排气管道附近放射性水平尚未升高，有足够的时间进行安装。

维修组完成安装后，开启临时接口阀门，图1中的储气控制阀33、关闭控制阀D32和控制阀E34均为远距离传动阀门，技术支持中心作出安全壳主动排放的决策之前，保持关闭状态。技术支持中心作出安全壳主动排放的决策并得到上级监管部门批准后，按照以下运行流程操作：

安全壳1正常排放：正常排放不进行气体滞留时有两种方式，一是仅利用旁通管线，开启第二隔离阀42，那么控制阀D32、控制阀E34和所有储气控制阀33不必开启；二是不利用旁通管线，则开启控制阀D32和控制阀E34，关闭第二隔离阀42和所有储气控制阀33。

利用储气装置31滞留放射性气体：开启控制阀D32，关闭控制阀E34和第二隔离阀42，向一个或多个气囊充注放射性气体，例如，首先开启第一个气囊的储气控制阀33，关闭其他气囊的储气控制阀33，充满后关闭该气囊的储气控制阀33，开启下一个气囊的储气控制阀33，以此类推。

排空储气装置31：开启控制阀E34，关闭控制阀D32，开启需要排空的气囊对应的储气控制阀33，可以利用气囊弹性或气囊自身重力自然排空，也可以利用简易的非能动机械设备，如重物下落挤压气囊，若气囊排空后需要重复使用，可以利用滑轮组或液压传动装置远距离吊起重物。放射性危害较小时可以考虑对气囊进行吹扫。

终止排放：关闭所有远距离传动阀门包括储气控制阀33、关闭控制阀D32和控制阀E34。

本实施例主要利用惰性气体裂变产物半衰期短的特点，设置简易的密闭气空间（如气囊，应用优质的密封材料）临时储存经CFES过滤后的气体。在密闭空间中经过一定时间的衰变，气体放射性将大大减少，结合当时当地的气候情况，考虑向外界排放。例如，沿海电厂在风向来自内陆时向大海上空排放，尽可能减少对居民的影响。

本实施例中的滞留管线还可以配合排放监测使用，例如，过滤后的排放气体放射性很小，可以直接排放。如果监测仪表显示过滤后气体放射性异常，特别是文丘里水洗器7水位低，过滤不充分的情况下排放气体放射性高，那么关闭控制阀E34和第二隔离阀42，开启控制阀D32向储气装置31充注放射性气体。后期结合安全壳1具体情况及滞留气体的放射性水平，分析处理储气装置31中的放射性气体。

本实施例中，对气囊考虑单接口设置，其进出口为同一接口；滞留管线采用非能动设计，不增加能动设备如风机，使用的阀门为手动或气动，若为电动，则需增设电池或临时电源。通常将阀门设置成非能动设备，第二隔离阀42和第一隔离阀41通常是远距离传动阀门，阀门操作在屏蔽墙后，不需要电源。使本系统维持CFES系统原有的非能动设计理念，在电厂失去外电源后储气装置31可以有效运行，减少主动排放的放射性后果。

实际应用中气囊和其对应的储气控制阀33的数量可以根据气囊的容积和所需临时存储的气体的体积确定，也可以增加更多的管线和阀门；气囊应用优质的密封材料。此外，目前国内很多电厂的CFES系统都是双机组共用，临时气囊的设置也可以考虑多机组共用，甚至多厂址共用，CFES下游排气管道预留临时接口即可。例如，秦山地区九台机组只考虑一套气囊，甚至全国共用一套，严重事故后发展进程缓慢，可以用重型运输机运送。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于：所述储气装置31为固定建筑物，其连接方式如图2所示，储气装置31的入口连接在控制阀D32和控制阀E34之间，出口设置有储气控制阀33，储气控制阀33下游连接在第二隔离阀门42下游，实际应用中储气控制阀33下游也可以直接连接空排放机构3的入口。

本实施例中，采用固定建筑物作为气空间暂存放射性气体，其采用进出口的双接口设置，其工作方式如下：

安全壳1直接排放：不进行临时滞留、正常排气的方式同实施例4。

利用储气装置31滞留放射性气体：开启控制阀D32，关闭控制阀E34和第二隔离阀42，向储气装置31充注放射性气体即可；

排空储气装置31：关闭控制阀D32和控制阀E34，开启储气控制阀33。

在实施例1和实施例2中，核电厂补充配置安全壳补充屏障设备—滞留管线，相应地在实际应用和管理中，应根据该设备的功能制定严重事故缓解策略，在严重事故管理导则（SAMG）中补充相应策略，完善核电厂的严重事故管理。

实施例3：

如图3所示，在上述任一实施例基础上，本实施例的具有排放气体暂存功能的安全壳排放系统的安全壳过滤排放系统2包括依次连接的文丘里水洗器7、金属过滤器8、过滤排放阀门9；所述文丘里水洗器7下游通过第四隔离阀72连接金属过滤器8，还通过旁通阀71连接过滤排放阀门9，金属过滤器8下游也连接过滤排放阀门9；所述过滤排放阀门9为安全壳过滤排放系统2的出口，与第二隔离阀42、滞留管线均连接，所述文丘里水洗器7上还连接有补水管线和废液流动管线：补水管线上设置有控制阀G61；废液流动管线上依次设置有控制阀H65、流量调节阀62，流量调节阀62后端同时连接有废液处理管线和废液回流管线，所述废液处理管线上设置有废液处理控制阀63；所述废液回流管线设置废液回流控制阀64，条件允许时废液通过废液处理控制阀63将废液输送至废液处理设施，否则通过废液回流控制阀64回流至安全壳1。

由于文丘里水洗器7普遍存在容量过小的问题，例如，安全壳1容积大约5万立方米，不考虑堆芯混凝土相互作用（MCCI）产生大量不可凝气体，5bar压力下水蒸汽100吨左右。而文丘里水洗器7只能存水7吨，7吨常温水（假设30℃）只能冷凝不到1吨水蒸汽。即便发生堆芯混凝土相互作用（MCCI），安全壳1内仍然存在大量水蒸汽，而且除水蒸汽的汽化潜热外，高温不可凝气体的加热作用也不容忽视。因此现有技术中，文丘里水洗器7的储水量远远不够。对于已经完成CFES建造和安装的电厂，不易实现文丘里容器的容量增大。CFES长期运行可以有效缓解气体裂变产物的释放，但同时必须处理CFES产生的废液，要考虑向文丘里水洗器7中补充药剂。本实施例中采用临时补水方案，增设补水管线，利用消防车或其它临时补水装置补水；或者综合使用临时补水接口与补充药剂的移动设备，一并解决补水和补充化学药剂问题。

通常电厂在不排放气体时将文丘里水洗器7的废液重力回流至安全壳1内，但裂变产物进入安全壳1后可能重新挥发，而且福岛事故表明，废液储存在安全壳1内同样存在风险。因此，本实施例在文丘里水洗器7废液流动管线，在安全壳1外利用核废液处理设备对文丘里废液进行污染处理。按照CFES的原设计，废液回流和过滤排放不能同时进行，若过滤排放长期连续运行，废液回流或废液处理流量过大，水位下降过快会导致文丘里管裸露，失去过滤效果，因此本实施例中文丘里水洗器7下泄的废液流动管线上设置由流量调节阀62，以避免上述问题。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.具有排放气体暂存功能的安全壳排放系统，包括依次连接的安全壳（1）、安全壳过滤排放系统（2）、对空排放机构（3）；所述安全壳过滤排放系统（2）连接到对空排放机构（3）的管线上设置有第二隔离阀（42）；其特征在于，还包括滞留管线，滞留管线上游连接在安全壳过滤排放系统（2）的出口，下游连接对空排放机构（3），滞留管线上依次设置有控制阀D（32）、储气装置（31）、控制阀E（34）。

2.根据权利要求1所述的具有排放气体暂存功能的安全壳排放系统，其特征在于，所述储气装置（31）为气囊，所述控制阀D（32）和控制阀E（34）之间还连接有储气集管，储气集管上连接有储气控制阀（33），气囊通过储气控制阀（33）与储气集管相连。

3.根据权利要求1所述的具有排放气体暂存功能的安全壳排放系统，其特征在于，所述储气装置（31）入口连接在控制阀D（32）和控制阀E（34）之间，出口设置有储气控制阀（33），储气控制阀（33）下游连接对空排放机构（3）。

4.根据权利要求1至3任一所述的具有排放气体暂存功能的安全壳排放系统，其特征在于，所述安全壳过滤排放系统（2）包括依次连接的文丘里水洗器（7）、金属过滤器（8）、过滤排放阀门（9），所述过滤排放阀门（9）与第二隔离阀（42）、滞留管线均连接，所述文丘里水洗器（7）上还连接有补水管线，补水管线上设置有控制阀G（61）。

5.根据权利要求4所述的具有排放气体暂存功能的安全壳排放系统，其特征在于，所述文丘里水洗器（7）下游通过第四隔离阀（72）连接金属过滤器（8），还通过旁通阀（71）连接过滤排放阀门（9）。

6.根据权利要求4所述的具有排放气体暂存功能的安全壳排放系统，其特征在于，所述文丘里水洗器（7）上还连接有废液流动管线，废液流动管线上依次设置有控制阀H（65）、流量调节阀（62），流量调节阀（62）后端同时连接有废液处理管线和废液回流管线，所述废液处理管线上设置有废液处理控制阀（63）；所述废液回流管线设置废液回流控制阀（64）。