CN207116014U - 船用压水堆二次侧非能动余热排出系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种船用压水堆二次侧非能动余热排出系统，该系统包括安全壳，以及位于安全壳外、船体壁面内的高位水箱，还包括：反应堆压力容器；蒸汽发生器，其位置高于所述反应堆压力容器，所述蒸汽发生器一次侧分别通过主管道冷段和主管道热段与反应堆压力容器连通；非能动余热排出冷凝器，浸泡在高位水箱水源内，所述非能动余热排出冷凝器底部高于所述蒸汽发生器内的液面；所述非能动余热排出冷凝器分别通过蒸汽管路和冷凝管路与蒸汽发生器的二次侧连通。当发生全船断电时，通过本实用新型系统回路的自然循环，实现对船用压水堆堆芯的余热导出，具有较高的自然循环能力等优点，提高了船用压水堆的安全性、可靠性和经济性。

Description

船用压水堆二次侧非能动余热排出系统

技术领域

本实用新型涉及核反应堆安全设施，具体地指一种船用压水堆二次侧非能动余热排出系统。

背景技术

海上资源开采，岛屿人员居住环境改善等都面临能源不足问题，而搭载小型压水堆的船舶可为海洋石油开采和偏远岛屿提供安全、有效的能源供给，也适用于大功率船舶和海水淡化领域，对开发新能源具有重大意义。而当压水堆核动力船舶发生全船断电(含应急电源丧失)后，主泵停运，反应堆冷却剂流量急剧降低，同时蒸汽发生器二次侧的给水丧失，造成蒸汽发生器传热能力下降，堆芯产生的热量在反应堆冷却剂系统堆积，导致系统温度升高。发生全船断电事故后，堆芯余热能否长期有效排出，关系到核动力船舶的安全。陆上核电站非能动余热排出系统采用一次侧方案时，会在主管道热段和冷段开孔，对主管道提出了更高的性能要求。舰船上采用二次侧非能动余热排出系统驱动力是冷凝压差和重力位差，要求冷凝器的位置要高于蒸汽发生器液面一定值，而一般舰船吃水深度很难满足利用海水作为冷却水源的条件。此外，船舶受浪潮等环境影响会发生摇摆，影响非能动余热排出系统排热功能。在核电站的设计中，非能动余热排出技术作为一种成熟可靠的先进技术已被广泛认可和应用，而国内船用压水堆非能动余热排出系统没有商业应用，因此，亟需开发一种适用于船用压水堆的非能动余热排出系统。

发明内容

本实用新型目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种船用压水堆二次侧非能动余热排出系统，当发生全船断电时，通过该系统回路的自然循环，实现对船用压水堆堆芯的余热导出。

实现本实用新型目的采用的技术方案是一种船用压水堆二次侧非能动余热排出系统，包括安全壳，以及位于安全壳外、船体壁面内的高位水箱，该系统还包括：

反应堆压力容器；

蒸汽发生器，其热中心位置高于所述反应堆压力容器的热中心，所述蒸汽发生器一次侧分别通过主管道冷段和主管道热段与反应堆压力容器连通；

非能动余热排出冷凝器，其浸泡在高位水箱水源内，所述非能动余热排出冷凝器通过上下两个封头与高位水箱连接，并通过上下两个封头与外界连通；所述非能动余热排出冷凝器底部高于所述蒸汽发生器内的液面；所述非能动余热排出冷凝器分别通过蒸汽管路和冷凝管路与蒸汽发生器的二次侧连通。

进一步地，所述高位水箱位于安全壳外船体壁面内的隔舱内，内储存有大量淡水，其液面高于所述非能动余热排出冷凝器中换热管顶部一定距离；高位水箱的顶端开有通气孔，所述通气孔壁面竖直方向设有凸出的加高段，所述加高段内设有除湿装置。

在上述技术方案中，该系统还包括：

隔板，其设于所述高位水箱的内部，且高位水箱内部的顶端和底端连通，隔板顶端距离水箱顶端保持一定距离，隔板底端距离水箱底端保持一定距离，且所述隔板上开有通孔。

在上述技术方案中，所述蒸汽管路包括：

第一段管路，其一端与蒸汽发生器的二次侧连通，另一端设有阀门

第二段管路，穿过安全壳，一端与所述第一段管路连通，另一端通过所述上封头与非能动余热排出冷凝器连通；

第一隔离阀，其设于位于安全壳外的第二段管路上，且靠近安全壳

在上述技术方案中，该冷凝管路还包括：

止回阀，其设于安全壳内的冷凝管路上；

第二隔离阀，其设于安全壳外的冷凝管路上；以及，

电磁阀和手动阀，两者并联地设于安全壳外的冷凝管路上。

所述第二隔离阀位于靠近安全壳的一侧，并联的电磁阀和手动阀靠近非能动余热排出冷凝器的一侧。

在上述技术方案中，该系统还包括：

主给水控制阀门，设于蒸汽发生器的主给水管上。

在上述技术方案中，第一隔离阀和第二隔离阀为电动球阀，位于安全壳外靠近安全壳的位置；所述电磁阀和与之并联的手动阀位于安全壳外的隔舱内；所述止回阀位于冷凝回路末端，安全壳内靠近蒸汽发生器。

在上述技术方案中，所述非能动余热排出冷凝器中所用的换热管为C型换热管。

本实用新型船用压水堆二次侧非能动余热排出系统包括如下几个特点：

1)避免现有技术中非能动余热排出系统设置在一次侧，在主管道上开孔，增加管道应力和主冷却泄露风险的问题，同时缓解安全壳内空间紧张问题。

2)依靠设备位差和介质密度差，在反应堆压力容器和蒸汽发生器一次侧之间回路、蒸汽发生器二次侧和非能动余热排出冷凝器管侧回路、非能动余热排出冷凝器壳侧和高位水箱回路内，通过自然循环导出堆芯余热。

3)非能动余热排出冷凝器中换热管的结构型式采用立式C型换热管，换热面积大，排热能力强，壳侧无挡流板，结构简单，换热管内外阻力较小。

4)非能动余热排出冷凝器通过设置换热管长度及合理地布置位置，使得船体经摇摆后，隔舱内高位水箱液面高于冷凝器换热管顶端，本系统对吃水深度无要求，适用于所有水面舰船。

5)高位水箱上部开孔连接大气，所述开孔壁面竖直方向采用加高段和除湿装置，避免蒸汽沸腾带走液态水源。高位水箱内部设置隔板，使隔板两侧水源形成密度差，加强水箱内部流体流动传热，同时将大水箱分割成两个底部连通水箱，减小水箱摇摆中心离壁面距离，进而降低摇摆导致管路裸露风险。

附图说明

图1为本实用新型船用压水堆二次侧非能动余热排出系统的结构示意图。

图中标号：

1-反应堆压力容器，11-主管道冷段，12-主管道热段；

2-蒸汽发生器，21-第一段蒸汽管路，22-阀门，23-主给水控制阀门，24-第二段蒸汽管路，25-第一隔离阀，26-第三段蒸汽管路，27-电磁阀，28-手动阀，29-第一冷凝管路，30-第二隔离阀，31-第二冷凝管路，32-止回阀；

3-非能动余热排出冷凝器；

4-安全壳；

5-船体壁面；

6-高位水箱，61-除湿装置，62-隔板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1所示，本实用新型船用压水堆二次侧非能动余热排出系统，包括反应堆压力容器1通过主管道冷段11和主管道热段12与蒸汽发生器2一次侧连接，反应堆压力容器1和蒸汽发生器2位于安全壳4内，且蒸汽发生器2热中心位置高于反应堆压力容器1热中心位置一定距离Δh₁。

蒸汽发生器2二次侧通过蒸汽管路和冷凝管路与非能动余热排出冷凝器3管侧连接，本实施例中，蒸汽管路包括第一管路21、第二管路24和第三管路26，其中，第一段管路21的一端与蒸汽发生器2的二次侧连通，另一端设有阀门22；第二段管路24穿过安全壳4，一端与第一段管路21连通，另一端连接有第三管路26，第三管路26与非能动余热排出冷凝器3连通。安全壳4外的第二段管路24上，且靠近安全壳4的位置处设有第一隔离阀25。

非能动余热排出冷凝器3浸泡在高位水箱6的水源内，非能动余热排出冷凝器3包括换热管，换热管底部应高于蒸汽发生器液面A一定距离Δh₂。

本实施例所用的非能动余热排出冷凝器3所用换热管为C型换热管，C型换热管通过上封头进口和下封头出口与高位水箱连接，并通过上下两个封头与外界连通。本实施例中，第三管路26通过上封头进口与C型换热管的C字型开口的上端连通。

本实施例中，冷凝管路包括位于安全壳4外的第一冷凝管路29和位于安全壳4内的第二冷凝管路31，第二冷凝管路31靠近蒸汽发生器2的一端设有止回阀32；第一冷凝管路29的一端通过下封头出口与C型换热管的C字型开口的下端连通，另一端与第二冷凝管路31连接，第一冷凝管路29靠近C型换热管位置处设有并联电磁阀27和手动阀28，第一冷凝管路29靠近安全壳4的位置处设有第二隔离阀30。

第一隔离阀25和第二隔离阀30设置为电动球阀，分别位于安全壳4外且靠近安全壳4，电磁阀27和与之并联的手动阀28位于安全壳4外隔舱内，止回阀32位于冷凝回路31末端，安全壳4内靠近蒸汽发生器2。

高位水箱6位于安全壳4外船体壁面5内的隔舱内，内储存有大量淡水，其液面C高于所述非能动余热排出冷凝器3中C型换热管顶部一定距离Δh₃。B为船体外液面。高位水箱6顶端开有通气孔，通气孔壁面竖直方向设有凸出的加高段和除湿装置61，用于避免蒸汽沸腾蒸发带走液态水源。

高位水箱6内部设置隔板62，隔板62顶端距离水箱6顶端保持一定距离形成顶部流动空间，隔板62底端距离水箱6底端保持一定距离形成底部流动空间，从而使隔板62两侧水源形成密度差，加强水箱内部流体流动传热，同时将大水箱分割成两个底部连通的空间，减小水箱摇摆中心离壁面距离，进而降低摇摆导致管路裸露风险。

作为本实用新型的一种优选实施方式，还可以在隔板62上开孔，以便促进循环。

本实用新型的使用过程如下：

压水堆核动力装置正常运行时，本实用新型非能动余热排出系统处于备用状态，蒸汽管路上第一隔离阀25、冷凝管路上第二隔离阀30保持开启状态，电磁阀27及与其并联的手动阀28处于关闭状态。

当发生全船断电事故时，蒸汽发生器二次侧主给水丧失、能动余热排出泵及主泵停运，反应堆紧急停堆，非能动余热排出系统的电磁阀27失电开启，蒸汽管道上阀门22及给水管道上的主给水控制阀门23关闭，二次侧非能动余热排出系统自动投入运行。系统启动后，主冷却剂经反应堆压力容器1后温度升高，经主管道热段12流至蒸汽发生器2二次侧，温度降低后经主管道冷锻11回流至反应堆压力容器1，行成一回路自然循环。蒸汽发生器2二次侧蒸汽经蒸汽管路(21、24、26)进入非能动余热排出冷凝器3管侧冷凝后经冷凝管路(29、31)回流至蒸汽发生器2二次侧，行成二回路自然循环。同时，非能动余热排出冷凝器3壳侧水受热后密度减小在隔板62前后循环，形成第三回路循环。通过三个回路自然循环，长期稳定的导出堆芯余热，维持反应堆安全。

止回阀32位于第二冷凝回路31末端，即安全壳4内靠近蒸汽发生器2，能防止蒸汽发生器二次侧水沿冷凝管路(29、31)逆向流动。

电磁阀27发生故障不能开启时，与其并联的手动阀28可人为开启，使系统投入运行。

非能动余热排出系统管路或设备发生泄漏时，可远程操控所述蒸汽管路上第一隔离阀25、冷凝管路上第二隔离阀30，进而隔离系统。

Claims (9)

1.一种船用压水堆二次侧非能动余热排出系统，包括安全壳，以及位于安全壳(4)外、船体壁面内的高位水箱(6)，其特征在于，还包括：

反应堆压力容器(1)；

蒸汽发生器(2)，其热中心位置高于所述反应堆压力容器的热中心，所述蒸汽发生器一次侧分别通过主管道冷段(11)和主管道热段(12)与反应堆压力容器(1)连通；

非能动余热排出冷凝器(3)，其包括换热管，所述非能动余热排出冷凝器(3)浸泡在高位水箱水源内，通过上下两个封头与高位水箱连接，并通过上下两个封头与外界连通；所述换热管底部高于所述蒸汽发生器(2)内的液面；所述非能动余热排出冷凝器(3)分别通过蒸汽管路和冷凝管路与蒸汽发生器(2)的二次侧连通。

2.根据权利要求1所述船用压水堆二次侧非能动余热排出系统，其特征在于：所述高位水箱(6)位于安全壳(4)外船体壁面(5)内的隔舱内，内储存有大量淡水，其液面高于所述非能动余热排出冷凝器(3)中换热管顶部一定距离；高位水箱(6)的顶端开有通气孔，所述通气孔壁面竖直方向设有凸出的加高段，所述加高段内设有除湿装置(61)。

3.根据权利要求2所述船用压水堆二次侧非能动余热排出系统，其特征在于，还包括：

隔板(62)，其设于所述高位水箱(6)的内部，隔板(62)顶端距离水箱(6)顶端保持一定距离，隔板(62)底端距离水箱(6)底端保持一定距离，且所述隔板(62)上开有通孔。

4.根据权利要求3所述船用压水堆二次侧非能动余热排出系统，其特征在于，所述蒸汽管路包括：

第一段管路(21)，其一端与蒸汽发生器(2)的二次侧连通，另一端设有阀门(22)；

第二段管路(24)，穿过安全壳(4)，一端与所述第一段管路(21)连通，另一端通过上封头与非能动余热排出冷凝器(3)连通；

第一隔离阀(25)，其设于位于安全壳(4)外的第二段管路上，且靠近安全壳(4)。

5.根据权利要求4所述船用压水堆二次侧非能动余热排出系统，其特征在于，所述冷凝管路包括：

止回阀(32)，其设于安全壳内的冷凝管路上；

第二隔离阀(30)，其设于安全壳外的冷凝管路上；以及，

电磁阀(27)和手动阀(28)，两者并联地设于安全壳外的冷凝管路上。

6.根据权利要求5所述船用压水堆二次侧非能动余热排出系统，其特征在于：所述第二隔离阀(30)位于靠近安全壳的一侧，并联的电磁阀(27)和手动阀(28)靠近非能动余热排出冷凝器(3)的一侧。

7.根据权利要求6所述船用压水堆二次侧非能动余热排出系统，其特征在于，还包括：

主给水控制阀门(23)，设于蒸汽发生器(2)的主给水管上。

8.根据权利要求7所述船用压水堆二次侧非能动余热排出系统，其特征在于：第一隔离阀(25)和第二隔离阀(30)为电动球阀，位于安全壳(4)外靠近安全壳的位置；所述电磁阀(27)和与之并联的手动阀(28)位于安全壳外的隔舱内；所述止回阀(32)位于冷凝回路(31)末端，安全壳(4)内靠近蒸汽发生器(2)。

9.根据权利要求1～8任一所述船用压水堆二次侧非能动余热排出系统，其特征在于：所述非能动余热排出冷凝器(3)中的换热管为C型换热管。