CN204303361U - 一种用于大型池式钠冷快堆非对称布置的事故余热排出系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于大型池式钠冷快堆非对称布置的事故余热排出系统，包括布置在热钠池内的独立热交换器、布置在冷热钠池之间的贯穿热交换器，所述的独立热交换器和贯穿热交换器分别通过管道连接设置在反应堆外的钠-空气热交换器，所述的钠-空气热交换器的位置高于所述独立热交换器和贯穿热交换器；在发生事故时，所述的独立热交换器和贯穿热交换器的入口挡板打开，热钠进入独立热交换器和贯穿热交换器，流经独立热交换器的钠在热钠池内下沉到燃料组件的间隙内，形成盒间流动；流经贯穿热交换器的钠在燃料组件的盒内形成通路，形成盒内流动。本实用新型采用非能动工作原理来实现堆芯余热的排出，有效缓解事故进程，保证反应堆的安全。

Description

一种用于大型池式钠冷快堆非对称布置的事故余热排出系统

技术领域

本实用新型属于钠冷快堆设计技术，具体涉及一种用于大型池式钠冷快堆非对称布置的事故余热排出系统。

背景技术

事故余热排出系统是池式钠冷快堆最重要的专设安全设施之一,是实现反应堆在事故工况下余热排出的安全功能的主要手段，它对保持堆的各屏障的完整性，避免放射性物质向周围环境释放具有重要的作用。在反应堆事故工况下，堆芯余热排出的方式较多，如能动的形式和非能动的形式，从余热排出的路径分析上看，也有较多的选择，如池式快堆中一回路布置，二回路的布置等。为提高系统的可靠性设计，提高反应堆的安全运行，非能动的系统设计和布置是一个重要的发展方向。

目前国际上发展快堆技术的国家，如俄罗斯、法国、印度、韩国等，都对大型快堆的事故余热排出系统装置进行了专门的研究，提出了各种布置方法，下面逐一进行介绍。

俄罗斯最新研发的BN-800快堆，其反应堆事故余热排出系统没有采用独立热交换器，而在事故时通过中间热交换器实现独立热交换器的功能。其在二回路有3个冷却环路，每个环路都有一个非能动余热排出回路与一台蒸汽发生器。其非能动余热排出系统包括三个独立热传输回路，每一回路都有100％的排热能力。概率安全分析结果表明堆芯解体事故发生的频率要小于7×10^-6/年。严格地说，其余热排出系统并不是非能动的，因为每一余热排出回路都有两个由可靠电源供电的电磁泵，加强循环排热能力，这是该系统设计的主要缺点。

印度的原型快堆PFBR有4个完全独立的安全级余热排出系统，可直接从热池排出热量。每个系统包括一个布置在热池中的独立热交换器、一个钠-空气热交换器以及相应的管道等设备。三回路的空气进口和出口安装有风门，使用电力驱动，其余全部是非能动设备，靠自然循环将热量从堆芯中带至最终热阱大气。该装置的设计同CEFR现有的余热排出系统的布置类似，尽管可以采用非能动的方式排出堆芯余热，但是在正常运行工况下，该装置的运行会带走部分热量，对反应堆的经济性有一定的影响。

法国在新近研发的ASTRID反应堆中，共采用一二回路组合的方式来设计余热排出系统。首先，在系统应用上，当正常的热传输系统失效时，堆芯余热可以首先由位于二回路旁路管道上的四台钠-空气热交换器来排出，此时二回路仍可以由强迫循环提供。其次，在事故工况下，蒸发器的表面散热也是可以利用的一个重要冷源，通过设计相应的自然抽风来排出热量。同时，该反应堆也同SUPERPHENIX一样，设置有类似的堆容器冷却系统作为辅助冷却。如果这套系统无效的话，余热仍然可以由位于一回路池内的独立热交换器带出。此套系统共有四个环路，每个环路包括一个钠-钠热交换器、电磁泵和一个钠-空气热交换器等。余热排出的功率可以由位于钠-空气热交换器上的空气风门来调节。正常运行情况下，系统的运行可以由电磁泵的强迫循环来维持，事故工况下，可以由系统的自然循环来排出堆芯余热。所以，对于大堆而言，采用这四种不同的方式来保证了堆芯余热排出的安全，体现了系统设计的多样性。但是，这样多样的设计保证了反应堆的安全性，却大大增加了反应堆的建造和运行成本。

韩国设计中的原型堆的KALIMA600，作为堆的专设安全设施，事故余热排出系统一般由2条或者3条完全独立的环路组成，可以通过自然循环将衰变热从热池排出堆外。每个环路有一台钠-钠热交换器(DHX)，一台钠-空气热交换器(AHX)，和中间钠回路连接，而在中间钠回路上并没有布置能动部件-机械泵或者电磁泵。韩国的设计的主要特点是独立热交换器布置在冷热钠池的缓冲区中，在反应堆正常过程中，独立热交换器没有钠流通，因而不会向空气热交换器输送热量，保证了运行的经济性；而在事故工况下，热池内高温的钠会流过钠隔板，使缓冲区内的冷热钠池的钠贯通，从而使独立热交换器起到冷却作用。该余热排出方案既保证了正常运行工况下反应堆的经济性，又保证了事故工况下的反应堆安全性，但是该方案从未在反应堆上运行过，还存在很多的不确定性。

从以上介绍中可以看出，在解决余热排出系统装置的问题上，各国都提出了不同的方案，有的采用能动方式，有的采用非能动方式，或者是几种方式的组合，但是都存在反应堆的运行成本较高，没有兼顾正常工况下的经济运行和事故工况下的余热排出的功能等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能兼顾正常工况下的经济运行和事故工况下的余热排出的并实现非能动运行的大型池式钠冷快堆余热排出系统。

本实用新型的技术方案如下：一种用于大型池式钠冷快堆非对称布置的事故余热排出系统，包括布置在热钠池内的独立热交换器、布置在冷热钠池之间的贯穿热交换器，所述的独立热交换器和贯穿热交换器分别通过管道连接设置在反应堆外的钠-空气热交换器，所述的钠-空气热交换器的位置高于所述独立热交换器和贯穿热交换器；在发生事故时，所述的独立热交换器和贯穿热交换器的入口挡板打开，热钠进入独立热交换器和贯穿热交换器，流经独立热交换器的钠在热钠池内下沉到燃料组件的间隙内，形成盒间流动；流经贯穿热交换器的钠在燃料组件的盒内形成通路，形成盒内流动。

进一步，如上所述的用于大型池式钠冷快堆非对称布置的事故余热排出系统，其中，所述的钠-空气热交换器的钠进口的前端设有钠缓冲罐。

进一步，如上所述的用于大型池式钠冷快堆非对称布置的事故余热排出系统，其中，所述的独立热交换器和贯穿热交换器分别各有两个。

进一步，如上所述的用于大型池式钠冷快堆非对称布置的事故余热排出系统，其中，所述的独立热交换器和贯穿热交换器均位于池式快堆的堆本体的钠池内。

进一步，如上所述的用于大型池式钠冷快堆非对称布置的事故余热排出系统，其中，所述的钠-空气热交换器的外部设有拔风烟囱。

本实用新型的有益效果如下：本实用新型作为用于大型池式快堆的一个重要的非能动专设安全设施，设置在反应堆的堆本体内，通过多种路径来实现余热排出回路的闭合。本实用新型采用非能动工作原理来实现堆芯余热的排出，有效缓解事故进程，保证反应堆的安全。

附图说明

图1为用于大型池式钠冷快堆非对称布置的事故余热排出系统的结构示意图；

图2为独立热交换器和贯穿热交换器的布置方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。

本实用新型所提供的事故余热排出系统布置在快堆一回路系统内，余热排出系统主要由位于热钠池内的独立的热交换器、位于冷热钠池之间的贯穿热交换器，中间回路管道和位于堆本体外的钠-空气热交换器组成。如图1所示，独立热交换器1和贯穿热交换器4分别通过管道连接设置在反应堆外的钠-空气热交换器5，所述的钠-空气热交换器5的位置高于所述独立热交换器1和贯穿热交换器4，钠-空气热交换器5的钠进口的前端设有钠缓冲罐6，钠-空气热交换器5的外部设有拔风烟囱7。

在正常运行工况下，热钠池内的独立热交换器、贯穿热交换器的入口设计为常闭式的，热钠池内钠有少量的钠进入进口，这样，由于堆内外的巨大的温差的作用，中间回路内仍有一些流量，但很微弱，保证了钠池内的主要热量用于反应堆的电力生产，体现了正常运行的经济性。

而在事故工况下，该装置将要实现堆芯热量向热钠池的传递，热钠池通过独立热交换器向反应堆堆外的空气热交换器的进行热传递，及最终热量向最终热阱－大气的传递过程。独立热交换器和贯穿热交换器内分别进行钠-钠换热，换热管内被加热的钠经过管道进入钠-空气热交换器，在钠-空气热交换器(即空冷器)内进行钠-空气换热。非对称布置的余热排出系统装置的设置，将在事故工况下自动进行，通过堆芯燃料组件的盒内流动和有效的盒间流动，排出堆芯余热，有效缓解事故进程，保证反应堆的安全。

事故余热排出系统由四套独立的冷却环路构成，每一套由安装在热钠池内的独立热交换器或贯穿热交换器、安全壳外部的钠-空气热交换器、连接管道以及相应的辅助系统组成。每一套系统包括一次钠回路、二次钠回路(中间回路)和空气回路，它们都是依靠自然循环流动，把堆芯余热排到最终热阱—大气环境。如图1所示。

独立热交换器安装在热钠池的外围区。事故余热排出系统的一回路钠的流动路径，从独立热交换器出口的一次钠首先要穿过生物屏蔽支撑筒上的开孔，其后，部分钠下沉到下部生物屏蔽的环腔，这部分钠继续向下流动直到环腔底部。然后，依次横向穿过环腔内屏蔽圆筒、小栅板间隙，最后从燃料组件盒间隙流过，从堆芯顶部(燃料组件头部)进入热钠池。进入贯穿热交换器的钠，经冷却后到达冷池，并通过大小栅板联箱进入堆芯燃料组件的盒内。经盒内冷却后，最终经燃料组件头部出口进入到热钠池。这样事故余热排出系统的一次钠构成了开式的、具有两个并联支路的循环路线。

事故余热排出系统二回路是一条封闭回路，它由独立热交换器或贯穿热交换器、钠-空气热交换器和连接它们的回路管道(分为热管段和冷管段)组成。从独立热交换器出口的二次钠(热钠)经热管段到空冷器膨胀箱，然后分流到各传热管，传热管出来到空冷器下集流管，再由集流管汇合进入冷管段回到独立热交换器构成一个封闭式回路。在事故余热排出系统的一、二次钠回路的流道中没有泵或调节阀门等能动部件。三回路是开式回路，空气由钠-空气热交换器进口风门进入，经过传热管间隙、出口风门，最后由拔风烟囱排到大气。

在本实用新型中，所谓的非对称布置，主要指在池式快堆的4个环路内布置的浸入式换热器，其中两个布置在热池内，另外两个布置在冷热池之间。如附图2所示。

该系统的核心要点是安装在堆本体内的独立热交换器和布置的在冷热钠池间的贯穿热交换器，其中两个是布置在专门布置在热钠池内的，另外两个是布置在冷热钠池间的。

在发生事故时，独立热交换器和布置的在冷热钠池间的贯穿热交换器的入口挡板打开，热钠进入热交换器。其中流经独立热交换器的钠在热钠池内下沉到燃料组件的间隙内，形成盒间流动；流经冷热钠池间的贯穿热交换器内钠在燃料组件的盒内形成通路，形成盒内流动。盒间流动和盒内流动共同形成对燃料组件的冷却。这样，这两种燃料组件的冷却方式在本实用新型中都能够实现，能够最大限度地保证反应堆的安全。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若对本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其同等技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种用于大型池式钠冷快堆非对称布置的事故余热排出系统，包括布置在热钠池(2)内的独立热交换器(1)、布置在冷热钠池之间的贯穿热交换器(4)，所述的独立热交换器(1)和贯穿热交换器(4)分别通过管道连接设置在反应堆外的钠-空气热交换器(5)，所述的钠-空气热交换器(5)的位置高于所述独立热交换器(1)和贯穿热交换器(4)；在发生事故时，所述的独立热交换器(1)和贯穿热交换器(4)的入口挡板打开，热钠进入独立热交换器(1)和贯穿热交换器(4)，流经独立热交换器的钠在热钠池内下沉到燃料组件的间隙内，形成盒间流动；流经贯穿热交换器的钠在燃料组件的盒内形成通路，形成盒内流动。

2.如权利要求1所述的用于大型池式钠冷快堆非对称布置的事故余热排出系统，其特征在于：所述的钠-空气热交换器(5)的钠进口的前端设有钠缓冲罐(6)。

3.如权利要求1所述的用于大型池式钠冷快堆非对称布置的事故余热排出系统，其特征在于：所述的独立热交换器(1)和贯穿热交换器(4)分别各有两个。

4.如权利要求1所述的用于大型池式钠冷快堆非对称布置的事故余热排出系统，其特征在于：所述的独立热交换器(1)和贯穿热交换器(4)均位于池式快堆的堆本体的钠池内。

5.如权利要求1所述的用于大型池式钠冷快堆非对称布置的事故余热排出系统，其特征在于：所述的钠-空气热交换器(5)的外部设有拔风烟囱(7)。