CN204407021U - 核电站非能动乏燃料池应急补水系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种核电站非能动乏燃料池应急补水系统，其包括蓄水箱、虹吸破坏管和应急补水管；所述蓄水箱的底部不低于乏燃料池的临界水位，箱中充满硼水，虹吸破坏管和应急补水管分别密封连接在蓄水箱的顶部和底部；虹吸破坏管的自由端从乏燃料池上方插入池内的硼水中，插入深度使其管口低于乏燃料池的正常水位但不低于临界水位；应急补水管的下端穿过乏燃料池的池壁与乏燃料池连通；虹吸破坏管和应急补水管中也分别充满硼水。与现有技术相比，本实用新型利用虹吸破坏来触发非能动补水，完全摆脱了对安全级蓄电池等电力的依赖，因此能够有效提高乏燃料池在全厂断电或冷链全部丧失的极端事故工况下的安全性。

Description

核电站非能动乏燃料池应急补水系统

技术领域

本实用新型属于核电站乏燃料池应急补水领域，更具体地说，本实用新型涉及一种核电站非能动乏燃料池应急补水系统。

背景技术

核电站设计中最核心的内容是保障核电站的安全运行。乏燃料池作为核电站储存乏燃料的设施，池中水位要始终覆盖乏燃料以满足放射性屏蔽的要求。由于乏燃料会持续放出衰变热，因此核电站正常运行时需要对乏燃料池进行持续冷却，以抑制乏燃料池中水的蒸发，维持乏燃料池水位，防止乏燃料的裸露。

目前乏燃料池的衰变热导出主要是采用能动方式，通过泵引出乏燃料池中的高温水到达外置换热器，并在换热器中被外部冷链系统的冷却水冷却，之后低温水再被引回到乏燃料池中，完成强制闭环换热循环。但是，由于该种方法需要依赖外部电源对泵进行驱动，同时依赖外部冷链系统导出衰变热，因此一旦发生全厂断电或冷链丧失，乏燃料释放的衰变热就会导致乏燃料池内硼水温度逐渐上升并开始蒸发，当乏燃料池水位下降到临界水位时，乏燃料将会因裸露而产生大量放射性外泄，引发安全事故。例如，日本福岛第一核电厂在地震、海啸发生后，就是由于能动设备失效引起了乏燃料池安全事故，才导致放射性物质向环境大量释放，造成了严重的核污染。

为了弥补能动手段的不足，提高乏燃料池的安全性，业界人士进行了大量的研究，并提出了多种非能动乏燃料池应急冷却或应急补水系统。但是，仅依靠应急冷却系统无法满足乏燃料池热量排出的需求，因为池水在高温下的蒸发仍旧不可避免的，最终还是会因为水位下降而导致乏燃料裸露。更关键的是，现有的应急冷却或应急补水系统虽然名义上是非能动系统，但绝大部分都需要阀门动作才能启动系统，有的还需要通过水位测量系统来触发阀门的动作，这些阀门和水位测量系统都需要利用蓄电池等外部电力为动力。由于安全级的蓄电池在强地震情况下也存在一定的失效概率，所以上述系统依然存在事故中不可用的风险。

有鉴于此，确有必要提供一种无需使用任何电源的核电站非能动乏燃料池应急补水系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供一种无需使用任何电源的核电站非能动乏燃料池应急补水系统，以弥补现有技术的不足，提高乏燃料池在严重事故中的安全性。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供了一种核电站非能动乏燃料池应急补水系统，其包括蓄水箱、虹吸破坏管和应急补水管；所述蓄水箱的底部不低于乏燃料池的临界水位，箱中充满硼水，虹吸破坏管和应急补水管分别密封连接在蓄水箱的顶部和底部；虹吸破坏管的自由端从乏燃料池上方插入池内的硼水中，插入深度使其管口低于乏燃料池的正常水位但不低于临界水位；应急补水管的下端穿过乏燃料池的池壁与乏燃料池连通；虹吸破坏管和应急补水管中也分别充满硼水。

作为本实用新型核电站非能动乏燃料池应急补水系统的一种改进，所述虹吸破坏管的垂直高度为6～9米。

作为本实用新型核电站非能动乏燃料池应急补水系统的一种改进，所述应急补水管的下端管口位于乏燃料池的临界水位以下。

作为本实用新型核电站非能动乏燃料池应急补水系统的一种改进，所述应急补水管上设置有常开隔离阀。

与现有技术相比，本实用新型核电站非能动乏燃料池应急补水系统利用虹吸破坏来触发非能动补水，完全摆脱了对核电站中的安全级蓄电池设备等电力的依赖，因此能够有效提高乏燃料池在全厂断电或冷链全部丧失的极端事故工况下的安全性，防止极端事故下核电厂的放射性外泄。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型核电站非能动乏燃料池应急补水系统及其有益效果进行详细说明。

图1为本实用新型核电站非能动乏燃料池应急补水系统的结构示意图。

图2为本实用新型核电站非能动乏燃料池应急补水系统在严重事故中后期，虹吸破坏触发非能动补水的状态示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本实用新型，并非为了限定本实用新型。

请参阅图1，本实用新型核电站非能动乏燃料池应急补水系统包括蓄水箱1、虹吸破坏管2、应急补水管3、硼水4和常开隔离阀5。

蓄水箱1的底部不低于乏燃料池6的临界水位B，且箱中充满硼水4。

虹吸破坏管2的第一端密封连接在蓄水箱1的顶部，第二端从乏燃料池6上方插入池内的硼水7中，插入深度使其管口低于乏燃料池6的正常水位A但不低于临界水位B。虹吸破坏管2的垂直高度为6～9米。

应急补水管3的上端密封连接在蓄水箱1的底部，下端穿过乏燃料池6的池壁与乏燃料池6连通，且管口位于临界水位B以下。

常开隔离阀5设置在应急补水管3上，在核电站运行时始终保持全开。

使用本实用新型核电站非能动乏燃料池应急补水系统进行补水的步骤为：

1)在核电站正常运行期间，通过正常工作的乏燃料池冷却系统对乏燃料池6中的硼水7进行冷却，确保乏燃料池6的安全；此时，本实用新型非能动乏燃料池应急补水系统的虹吸破坏管2和应急补水管3中都充满硼水，但因处于平衡状态，不会向乏燃料池6中补水；

2)当发生全厂断电或冷链全部丧失的事故时，乏燃料池6的正常冷却系统丧失，由于乏燃料8释放衰变热，使得乏燃料池6内的硼水7温度逐渐上升并开始蒸发，乏燃料池6水位逐渐下降；当水位下降到虹吸破坏管2的第二端管口之前，虹吸破坏管2、蓄水箱1、应急补水管3与乏燃料池6之间能够在温差产生的密度差作用下形成封闭的自然循环，对乏燃料池6进行非能动冷却；

3)请参阅图2，当乏燃料池6中的水位下降到虹吸破坏管2的第二端管口时，虹吸作用因虹吸破坏管2的第二端管口与空气接触而被破坏，从而自动触发非能动应急补水动作；此时，空气进入虹吸破坏管2，同时，蓄水箱1中的硼水4在重力作用下自动通过应急补水管3注入到乏燃料池6中，有效保证乏燃料8的安全冷却和放射性包容，提高事故下乏燃料池的安全性。

通过以上描述可知，本实用新型核电站非能动乏燃料池应急补水系统利用虹吸破坏来触发非能动补水，完全摆脱了对核电站中的安全级蓄电池设备等电力的依赖，因此能够有效提高乏燃料池6在全厂断电或冷链全部丧失的极端事故工况下的安全性，防止极端事故下核电厂的放射性外泄。

与现有技术相比，本实用新型核电站非能动乏燃料池应急补水系统至少具有以下优点：

1)利用虹吸破坏来触发非能动补水，机械结构简单且动作可靠，完全不依赖任何外电源就能够有效实现在极端条件下(全厂断电或冷链全部丧失)及时对乏燃料池6进行非能动补水；

2)在全厂断电或冷链全部丧失的极端事故初期，乏燃料池6的水位下降到临界水位之前，能够在温差产生的密度差作用下形成封闭的自然循环，对乏燃料池6进行非能动冷却；

3)在事故中后期，当乏燃料池6的水位下降到临界水位时，利用虹吸破坏方式自动触发应急补水系统对乏燃料池进行非能动补水，保证乏燃料8的安全冷却和放射性包容，提高事故下乏燃料池的安全性；

4)隔离阀5在核电站运行时一直处于全开状态，发生事故后无需进行调节，因此也就不存在失去动力无法开启或人工操作难以到达的问题；

5)在乏燃料池6的水位降低到虹吸破坏管2时，虹吸作用在空气压力下自动破坏，再利用重力进行补水，因此本实用新型无需设置专门的水位测量装置，也就不存在因失去动力源而导致水位测量出错，使得应急补水系统无法启动的问题。

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims (4)

1.一种核电站非能动乏燃料池应急补水系统，其特征在于：包括蓄水箱、虹吸破坏管和应急补水管；所述蓄水箱的底部不低于乏燃料池的临界水位，箱中充满硼水，虹吸破坏管和应急补水管分别密封连接在蓄水箱的顶部和底部；虹吸破坏管的自由端从乏燃料池上方插入池内的硼水中，插入深度使其管口低于乏燃料池的正常水位但不低于临界水位；应急补水管的下端穿过乏燃料池的池壁与乏燃料池连通；虹吸破坏管和应急补水管中也分别充满硼水。

2.根据权利要求1所述的核电站非能动乏燃料池应急补水系统，其特征在于：所述虹吸破坏管的垂直高度为6～9米。

3.根据权利要求1所述的核电站非能动乏燃料池应急补水系统，其特征在于：所述应急补水管的下端管口位于乏燃料池的临界水位以下。

4.根据权利要求1所述的核电站非能动乏燃料池应急补水系统，其特征在于：所述应急补水管上设置有常开隔离阀。