CN204496934U - 小型反应堆的非能动堆芯冷却系统 - Google Patents

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申屠军
郑明光
司胜义
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Abstract

本实用新型公开了一种小型反应堆的非能动堆芯冷却系统，包括补水箱及其管路、安注水池及其管路、余排热交换器及其管路、设置在压力容器周围的环形结构的屏蔽水池，屏蔽水池上设置有抑压管线和排水管线，所述屏蔽水池与反应堆冷却剂之间设置有连通反应堆冷却剂和屏蔽水池内水体的卸压管路，卸压管路上设阀门组。本实用新型提供一种非能动堆芯冷却系统，可作为小型安全壳的非能动安全系统的重要组成部分，实现事故下带走堆芯衰变热和提供安注水源的功能，且能有效抑制安全壳的峰值压力。这套系统设备布局紧凑，占据空间小，布置简易，经济性高。

Description

小型反应堆的非能动堆芯冷却系统
技术领域
本实用新型涉及核电站反应堆的安全系统设计领域，具体来说涉及一种小型反应堆的非能动堆芯冷却系统。
背景技术
核电站的堆芯冷却系统属于安全系统的一部分，其主要功能是在事故后带出堆芯衰变热和保持堆芯淹没。第二代压水堆核电站(如大亚湾核电站等)普遍采用能动技术，即利用外部电源，依靠泵的压头带动冷却回路运转，实现移除堆芯衰变热和向堆芯注水的功能。三代压水堆核电站(如三门核电站)普遍采用非能动技术，即依靠重力、自然循环、压缩空气膨胀等自然驱动力，带动回路运转，实现安全功能。随着技术的发展和对核电站安全要求的提高，非能动安全系统将成为设计趋势。
小型模块化反应堆(SMR)一般指功率低于300MWe的模块化压水堆，它的主要特征包括：小型化、一体化、模块化、以及非能动安全。从模块化和经济性角度出发，SMR最好配置容积相对较小的安全壳。然而对于非能动安全系统而言，小型安全壳面临以下问题：
1、在发生管道破口导致的失水事故(LOCA)时，小型安全壳由于容积较小，导致升压过快过高，存在超压和贯穿件密封失效的风险；
2、发生LOCA事故时，反应堆在降压过程中，需要注入冷却水源，保证堆芯淹没。虽然高压阶段可以设置堆芯补水箱，但低压阶段需要提供更大水量的安注水源，但小型安全壳内空间紧凑，难以布置专门的低压安注水池；
3、事故后，堆芯衰变热一般通过排热回路排出堆芯。尽管可以布置余热排出回路，但该回路需要将热量释放到安全壳内的中间热阱。但小型安全壳内空间紧凑，难以布置专门的用于吸收排热回路热量的水池。
4、非能动系统一般设置卸压回路，以在事故时主动地控制反应堆卸压过程。由于安全壳容积小，卸压回路的终端最好置于水空间中，避免卸压出来的蒸汽给安全壳带来压力负担，但小型安全壳内同样难以布置用于吸收卸压回路热量的水池。
5.对于压水堆安全设计中常常考虑的严重事故，一般采用堆内熔融物滞留的手段，但这种手段需要安全壳内拥有充足的水源。同样，小型安全壳由于容积小，无法布置专用的水源。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型提供一种小型反应堆的非能动堆芯冷却系统，适用于小型安全壳的非能动安全系统设计，实现事故下带走堆芯衰变热、提供安注水源、提供堆内熔融物滞留水源，且能有效抑制安全壳的峰值压力。这套系统设备布局紧凑，占据空间小，布置简易，经济性高。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
小型反应堆的非能动堆芯冷却系统，其特征在于，设置在安全壳内，包括：
补水箱，补水箱上设置有连通压力容器内反应堆冷却剂热段的入管、以及连通压力容器内反应堆冷却剂冷段的出管；
安注水池，所述安注水池设置连接压力容器的安注管；
余排热交换器，浸没于安注水池水内，所述余排热交换器上设置有连通反应堆冷却剂热段的入管、以及连通反应堆冷却剂冷段的出管，从而余排热交换器和反应堆冷却剂之间形成闭合回路；
设置在压力容器周围的环形结构的屏蔽水池，所述屏蔽水池为封闭式结构，屏蔽水池上设置有抑压管线和排水管线，所述抑压管线连通安全壳空间和屏蔽水池内水；所述排水管线一端伸入屏蔽水池内水，另一端伸入屏蔽水池围拢的堆腔；所述屏蔽水池与反应堆冷却剂之间设置有连通反应堆冷却剂热段和屏蔽水池内水体的卸压管路，卸压管路上设阀门组。
在本实用新型的一个优选实施例中，所述补水箱为高压密闭水箱，里面蓄满冷却剂水。
在本实用新型的一个优选实施例中，在屏蔽水池与反应堆冷却剂冷段之间设置有回流管路，回流管路伸入屏蔽水池内与水接触的一端设置有滤网。
在本实用新型的一个优选实施例中，排水管线在堆腔的出口位置要高于屏蔽水池的液位。
在本实用新型的一个优选实施例中，所述屏蔽水池的池壁和盖板均为屏蔽用钢板，屏蔽水池内设置有分隔用钢板，分隔用钢板上设置有液体连通间隙。
在本实用新型的一个优选实施例中，所述安全壳内壁上设置有冷凝水回收导向槽。
针对上述问题，本实用新型提供一种小型反应堆的非能动堆芯冷却系统，适用于小型安全壳的非能动安全系统设计，实现事故下带走堆芯衰变热、提供安注水源、提供堆内熔融物滞留水源，且能有效抑制安全壳的峰值压力。这套系统设备布局紧凑，占据空间小，布置简易，经济性高。
实用新型本实用新型的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。
附图说明
图1为本实用新型的示意图。
其中，1-压力容器；2-安全壳；3-补水箱；4-水；5-入管；6-出管；7-安注水池；8-水；9-安注管；10-余排热交换器；11-入管；12-出管；13-屏蔽水池；14-水；15-抑压管线；16-排水管线；17-卸压管路；18-阀门组；19-滤网；20-回流管路；21-冷凝水回收导向槽；22-堆腔。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例进一步阐述本实用新型。
参见图1，小型反应堆的非能动堆芯冷却系统，包括：
补水箱3，补水箱为高压密闭水箱，里面蓄满冷却剂水。补水箱3的上部设置有连通压力容器内反应堆冷却剂热段的入管5，下部设置有连通压力容器内反应堆冷却剂冷段的出管6；
安注水池7，安注水池是一个常压敞口水池，里面储有一定液位的水；安注水池设置连接压力容器的安注管9；
余排热交换器10，其整体浸没于安注水池水内，余排热交换器的上部设置有连通反应堆冷却剂热段的入管11，下部设置有连通反应堆冷却剂冷段的出管12，从而余排热交换器10、入管11、出管12和冷却剂的热段和冷段形成一个闭合回路；
设置在压力容器周围的环形结构的屏蔽水池13，屏蔽水池是一座钢结构的密闭水池，内蓄一定液位的水(屏蔽水)。屏蔽水池上设置有抑压管线15、排水管线16。抑压管线15连通安全壳空间和屏蔽水池内水体；排水管线16一端伸入屏蔽水池内水体，另一端伸入屏蔽水池围拢的堆腔；排水管线在堆腔的出口位置要高于屏蔽水池的液位。屏蔽水池与反应堆冷却剂热段之间设置有连通反应堆冷却剂热段和屏蔽水池内水的卸压管路17，卸压管路17上设阀门组18。
在屏蔽水池与反应堆冷却剂冷段之间设置有回流管路20，回流管路伸入屏蔽水池内与水接触的一端设置有滤网19。
另外，安全壳内壁上设置有冷凝水回收导向槽21。
布置在安全壳2内的反应堆在发生诸如管道破裂的LOCA事故时，高能蒸汽喷放到安全壳2内，如果没有任何抑压措施，安全壳2内压力会迅速升高，存在安全壳2超压或贯穿件密封失效的可能性。在本实用新型中，高能蒸汽通过抑压管线15和排水管线16进入屏蔽水池13的水14(屏蔽水)内，进行冷凝释热，从而抑制安全壳2内压力快速上升。(因此屏蔽水池13内的水14的水位不能很高，要留出足够的空间来容纳通过抑压管线15和排水管线16进入的不可凝气体。)
LOCA事故发生早期，堆芯压力很高，此时补水箱3的出管6上的相应阀门打开，补水箱中3的水4利用重力压头通过出管6注入反应堆，提供一定量的高压安注水源。补水箱3的入管5用于平衡压力。
随着LOCA事故的继续发展或者卸压管路17上的阀门组18开启，堆芯压力逐渐降低，而安全壳2内的压力缓慢升高，两者达到平衡时，安注水池7的水8利用重力压头通过安注管9注入反应堆，提供一定量的低压安注水源。
之后，安全壳2内的高温蒸汽在安全壳2的内壁冷凝(由安全壳冷却系统实现，非本实用新型内容)，冷凝水由冷凝水回收导向槽21导入安注水池中，给安注水池补充水源。
卸压管路17的功能是可控地将反应堆冷却剂排放至屏蔽水池13的水14内，一般在LOCA事故下使用。当卸压管路17上的阀门组18开启后，反应堆冷却剂就跑入屏蔽水池13的水14内，与水14混合冷却。在降低冷却剂压力的同时，使水14的液位升高。当水14的液位高于排水管线16的出口位置时，水14通过排水管线16溢出到堆腔22内，将压力容器1逐渐浸没(另外一种冷却堆芯的方式，以及作为熔融物堆内滞留的手段)。在LOCA事故中长期，随着冷却剂不断地通过破口位置和抑压管线17流出，堆腔22中浸没压力容器1的水位越来越高，最终拥有足够的重力压头，将堆腔22中水通过滤网19及回流管路20压入压力容器1内，实现长期循环冷却。
而置于安注水池7内的余排热交换器10及其入管11和出管12主要在非LOCA事故时起作用，将堆芯衰变热通过管路和热交换器释放到安注水池7的水8中。具体地说，当发生非LOCA事故时，余排热交换器10的出管12上的相应阀门打开，从而余排热交换器10、入管11、出管12和冷却剂的热段和冷段形成一个闭合回路，该回路利用自然循环动力远转，将热量从堆芯带入安注水池7的水8中。
此时安注水池7是一个中间热阱，它可以吸收一定量的由余排热交换器10及其管路带来的堆芯衰变热，但当里面的水饱和，并蒸发至安全壳2后，其吸热功能就会降低。此时一方面要合理设置安注水池7内的水8容积，另一方面要及时通过冷凝水回收导向槽21将安全壳2内壁的冷凝水回收至安注水池7中。冷凝水回收的具体实现方式此处不再赘述。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.小型反应堆的非能动堆芯冷却系统，其特征在于，设置在安全壳内，包括：
补水箱，补水箱上设置有连通压力容器内反应堆冷却剂热段的入管、以及连通压力容器内反应堆冷却剂冷段的出管；
安注水池，所述安注水池设置连接压力容器的安注管；
余排热交换器，浸没于安注水池水内，所述余排热交换器上设置有连通反应堆冷却剂热段的入管、以及连通反应堆冷却剂冷段的出管，从而余排热交换器和反应堆冷却剂之间形成闭合回路；
设置在压力容器周围的环形结构的屏蔽水池，所述屏蔽水池为封闭式结构，屏蔽水池上设置有抑压管线和排水管线，所述抑压管线连通安全壳空间和屏蔽水池内水；所述排水管线一端伸入屏蔽水池内水，另一端伸入屏蔽水池围拢的堆腔；所述屏蔽水池与反应堆冷却剂之间设置有连通反应堆冷却剂热段和屏蔽水池内水体的卸压管路，卸压管路上设阀门组。
2.根据权利要求1所述的小型反应堆的非能动堆芯冷却系统，其特征在于，所述补水箱为高压密闭水箱，里面蓄满冷却剂水。
3.根据权利要求1所述的小型反应堆的非能动堆芯冷却系统，其特征在于，在屏蔽水池与反应堆冷却剂冷段之间设置有回流管路，回流管路伸入屏蔽水池内与水接触的一端设置有滤网。
4.根据权利要求1所述的小型反应堆的非能动堆芯冷却系统，其特征在于，排水管线在堆腔的出口位置要高于屏蔽水池的液位。
5.根据权利要求1所述的小型反应堆的非能动堆芯冷却系统，其特征在于，所述屏蔽水池的池壁和盖板均为屏蔽用钢板，屏蔽水池内设置有分隔用钢板，分隔用钢板上设置有液体连通间隙。
6.根据权利要求1所述的小型反应堆的非能动堆芯冷却系统，其特征在于，所述安全壳内壁上设置有冷凝水回收导向槽。
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