CN207909507U - 一种非能动余热排出系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种非能动余热排出系统，其由非能动余热排出热交换器及水箱、稳压装置以及相应的管道和阀门组成，所述非能动余热排出热交换器包括压力容器侧换热器和水箱侧换热器。本实用新型提供的非能动余热排出系统，针对一体化全自然循环小型堆，采用非能动的设计理念，利用系统环路内流体的汽化及冷凝带出堆芯余热，并将电厂带至安全状态。

Description

一种非能动余热排出系统

技术领域

本实用新型涉及一种非能动余热排出系统。

背景技术

一体化小型堆(电功率小于300MW)将堆芯、稳压器、换热器和相关管道阀门部件设计在压力容器内，其具有安全性高、经济性好和应用灵活性的优点。安全性方面，一体化小型堆将所有设备设计在压力容器内，从设计上防止了反应堆回路大中破口失水事故的发生，降低了发生严重事故几率和堆芯熔化概率。同时一体化反应堆的设计缩短了一回路流程、降低了流动阻力，所以具有较强的自然循环能力，提高了反应堆固有安全性。经济性方面，一体化反应堆减少了回路管线建造材料，同时减少了反应堆中一些冗余安全设施的成本，大幅降低了反应堆建造及组装时间，节约了大量人力成本。此外，由于体积小、移动方便，一体化小型堆除可被用于核电站发电外，还可用于城市区域供热、海水淡化、海底勘探、工业用汽和制氢、移动核动力及其他热能利用等。

反应堆正常运行时，通过蒸汽发生器(SG)带出堆芯裂变释热，从而保证电厂正常运行。一旦SG不可用，则需要考虑在电厂安全系统中配置堆芯余热排出系统，以导出堆芯衰变热，防止堆芯恶化并发展为严重事故。如丧失主给水事故后，SG带热能力有限，堆芯释热与SG带热失配，此时如无有效的排热系统替代SG，堆芯热量将无法导出。

传统核电厂中采用能动的余热排出系统带出堆芯衰变热，这一类能动系统严重依赖于外部动力，而一旦外部动力不可用，堆芯余热将无法持续被带出，如无后备措施，电厂最终将发展为严重事故，甚至造成大量放射性释放危害。

福岛事故发生后，非能动技术以其安全性、可靠性、经济性受到越来越多的关注，该技术不依靠外部输入(力、功率或者信号、人工操作)，它们的效果取决于自然物理规律(例如重力、自然对流、热传导等)、固有特性(如材料属性等)，或者系统内的能量(如化学反应、衰变热等)。非能动系统的应用，使系统处于失效安全状态，提高了系统的安全性，使堆芯熔化的概率降低1至2个数量级。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的不足，提出一种非能动余热排出系统。

非能动余热排出系统由非能动余热排出热交换器及水箱、稳压装置以及相应的管道和阀门组成，所述非能动余热排出热交换器包括水箱压力容器侧换热器和水箱侧换热器。

优选地，所述非能动余热排出热交换器置于SG之下并位于堆内自然循环下降流道，所述非能动余热排出热交换器内的流体经压力容器内流体加热后在冷热源密度差的驱动下，流入水箱侧换热器，冷却后的流体又重新流回压力容器侧换热器。

优选地，采用管壳式换热器，系统内部为间断性两相流动，采用汽化及冷凝的方式最大化系统的带热能力。

优选地，所述水箱中的水通过吸热升温及蒸发的方式带出堆芯余热，蒸汽在安全壳内壁面冷凝后，通过冷凝回流流入水箱延缓换热器的裸露。

优选地，进出口管线加装隔离阀以阻止系统内部流体的流动，以防止电厂正常运行时的热损失，设置阀门均为电动阀以防止系统水锤效应的出现。

优选地，配置稳压装置以防止系统超压，并在其上加装卸压阀，以保证系统压力不至于超过设计压力。

优选地，通过汽化及冷凝的方式带出堆芯余热，并将电厂带至安全状态。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型提供的非能动余热排出系统，采用非能动的设计理念，将电厂带至安全状态，同时取消对应急电源的要求，减少设备的在役检查及维护，提高系统的安全性和经济性。

2、本实用新型提供的非能动余热排出系统，采用非能动的设计理念，利用自然循环回路冷热源密度差驱动流体流动，并通过水的汽化及冷凝的方式带出堆芯余热，并满足72h不干预原则。

附图说明

图1为本实用新型提供的非能动余热排出系统示意图。

其中：1—安全壳；2—一体化小型堆压力容器；3—蒸汽发生器；4—非能动余热排出系统热交换器(压力容器侧)；5—堆芯；6—水箱；7—非能动余热排出系统热交换器(水箱侧)；8—非能动余热排出系统入口电动隔离阀；9—卸压阀；10—稳压装置；11—非能动余热排出系统出口电动隔离阀。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，非能动余热排出系统由非能动余热排出热交换器(压力容器侧换热器和水箱侧换热器)及水箱、稳压装置以及相应的管道和阀门组成，系统配置示意图如图1所示。

压力容器侧非能动余热排出热交换器置于SG之下(位于堆内自然循环下降流道)，该换热器内的流体经压力容器内流体加热后在冷热源密度差的驱动下，流入水箱侧换热器，冷却后的流体又重新流回压力容器侧换热器。

系统采用管壳式换热器，系统内部为间断性两相流动，采用汽化及冷凝的方式最大化系统的带热能力。

水箱中的水通过吸热升温及蒸发的方式带出堆芯余热，蒸汽在安全壳内壁面冷凝后，通过冷凝回流流入水箱延缓换热器的裸露，水箱容量的设计可保证事故后72h的缓解能力。

为防止电厂正常运行时的热损失，在余热排出系统进出口管线加装隔离阀以阻止系统内部流体的流动，同时，为防止系统水锤效应的出现，设置阀门均为电动阀。

为防止系统超压，配置稳压装置，并在其上加装卸压阀，以此保证系统压力不至于超过设计压力。

事故发生后，非能动余热排出系统投入运行，通过汽化及冷凝的方式带出堆芯余热，并将电厂带至安全状态。

本实用新型的主体包括非能动余热排出热交换器、安全壳内置水箱、电动隔离阀。当电厂SG不可用时，堆芯热量无法经由SG导出，如无热量导出途径，反应堆一回路将不断升温升压，堆芯将不断恶化。因此，在电厂安全系统中配置堆芯余热排出系统尤为必要，福岛事故的教训更证明了这一点。然而，能动系统由于其严重依赖于外部动力，一旦外部动力丧失后，该系统将不能再工作，对电厂将构成一种潜在威胁。出于失效安全的设计考虑，采用非能动的设计理念必然成为弥补这一缺陷的有效途径。本实用新型采用这一非能动的设计理念，在SG不可用的情况下，持续带出堆芯热量，并将电厂带至安全状态。

事故(如丧失主给水事故)发生后，启动非能动余热排出系统，入口隔离阀和出口隔离阀同时缓慢开启，压力容器侧非能动余热排出热交换器置于SG之下(位于堆内自然循环下降流道)，压力容器侧换热器内的流体经压力容器内流体加热后在冷热源密度差的驱动下，流入水箱侧换热器，并经水箱中的水冷却，冷却后的流体又重新流回压力容器侧换热器中。系统内部为间断性两相流动，采用汽化及冷凝的方式最大化系统的带热能力。水箱中的水通过吸热升温及蒸发的方式带出堆芯余热，蒸汽在安全壳内壁面冷凝后，通过冷凝回流流入水箱。安全壳内壁面的热量经导热被带至外壁面，并最终经对流换热等方式排入大气环境。运行过程中，如果系统压力超过卸压阀开启整定值，则开启卸压阀进行卸压以保证系统压力不超过设计压力。事故过程中，随着系统持续带热以及堆芯衰变热的降低，系统带热能力最终与堆芯衰变热匹配，电厂不再可能发生更严重的事故工况。

与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：

1、本实用新型提供的非能动余热排出系统，采用非能动的设计理念，将电厂带至安全状态，同时取消对应急电源的要求，减少设备的在役检查及维护，提高系统的安全性和经济性。

2、本实用新型提供的非能动余热排出系统，采用非能动的设计理念，利用自然循环回路冷热源密度差驱动流体流动，并通过水的汽化及冷凝的方式带出堆芯余热，并满足72h不干预原则。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

显然，本领域的技术人员可以对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等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种非能动余热排出系统，其特征在于，由非能动余热排出热交换器及水箱、稳压装置以及相应的管道和阀门组成，所述非能动余热排出热交换器包括水箱压力容器侧换热器和水箱侧换热器；所述非能动余热排出热交换器置于SG之下并位于堆内自然循环下降流道；所述非能动余热排出系统包括管壳式换热器，系统内部为间断性两相流动。

2.根据权利要求1所述的非能动余热排出系统，其特征在于，所述水箱中的水经配置以通过吸热升温及蒸发的方式带出堆芯余热，蒸汽经配置在安全壳内壁面冷凝后，通过冷凝回流流入水箱延缓换热器的裸露。

3.根据权利要求1所述的非能动余热排出系统，其特征在于，进出口管线加装隔离阀，设置阀门均为电动阀。

4.根据权利要求1所述的非能动余热排出系统，其特征在于，配置稳压装置，并在其上加装卸压阀。

5.根据权利要求1所述的非能动余热排出系统，其特征在于，经配置以通过汽化及冷凝的方式带出堆芯余热。