CN209216600U - 安全壳冷却装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种安全壳冷却装置，涉及安全壳冷却技术领域，用于冷却堆舱内的安全壳，安全壳冷却装置位于堆舱内，安全壳冷却装置包括：顶部冷却箱，其设于安全壳的顶部，其内部存储有冷却水。箱屏蔽层，其盖设于顶部冷却箱的顶部，其上开设有通孔。壳屏蔽层，其围设于安全壳的四周。本实用新型提供的安全壳冷却装置可在严重事故下保持安全壳的完整性。

Description

安全壳冷却装置

技术领域

本实用新型涉及安全壳冷却技术领域，尤其涉及一种安全壳冷却装置。

背景技术

海洋核动力装置与陆地电站在设计和建造中存在差别，其安全壳位于堆舱内，各种设备布置紧凑，不能提供空气自然循环所需的流道。反应堆发生严重事故后，必须维持安全壳完整性，以实际消除大量放射性物质向环境的释放。而严重事故中，通常有大量高温蒸汽通过一回路破口或稳压器安全阀等释放至安全壳中，导致其温度和压力的上升。同时，事故进程中安全壳内也可能会有可燃气体的燃烧放热、压力容器外部冷却产生蒸汽等导致安全壳升温升压的现象，必须采取有效措施导出安全壳内的热量，预防安全壳因长期升温升压导致的晚期失效。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种安全壳冷却装置，旨在解决现有技术中海洋核动力装置发生严重事故时导致安全壳长期升温升压从而产生安全事故的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种安全壳冷却装置，用于冷却堆舱内的安全壳，所述安全壳冷却装置位于所述堆舱内，所述安全壳冷却装置包括：

顶部冷却箱，其设于所述安全壳的顶部，其内部存储有冷却水；

箱屏蔽层，其盖设于所述顶部冷却箱的顶部，其上开设有通孔；

壳屏蔽层，其围设于所述安全壳的四周。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

在反应堆处于极端严重的工况下，利用安全壳顶部的顶部冷却箱吸收安全壳内的热量，避免安全壳因超温超压失效，从而避免大量放射性物质泄露至核动力装置的其他舱室及外界中，保证人员和环境的安全。在海洋核动力装置中采用基于顶部冷却箱的安全壳热量导出技术，可以在严重事故下保持安全壳的完整性，减少放射性产物的释放，保证核动力装置及人员的安全，具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一实施例提供的安全壳冷却装置的结构示意图；

图2是本实用新型一实施例提供的安全壳冷却装置的安全壳内的热量导出示意图；

图3是本实用新型另一实施例提供的冷却方法的流程图；

图4是图3中步骤S305的细化流程图。

具体实施方式

为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1和图2所示，本实用新型实施例提供的安全壳冷却装置用于冷却堆舱40内的安全壳30，安全壳30位于海洋核动力装置的堆舱40内，反应堆20位于安全壳30内。

反应堆20的底部固定于安全壳30内的底板上，安全壳30的底部固定于堆舱40内的底板上。或者，反应堆20的底部和安全壳30的底部均固定于堆舱40内的底板上。

于本实用新型实施例中，安全壳30为长方体钢制安全壳。

安全壳冷却装置具体包括：顶部冷却箱11、箱屏蔽层12和壳屏蔽层13。

顶部冷却箱11，其设于安全壳30的顶部，其内部存储有冷却水。

箱屏蔽层12，其盖设于顶部冷却箱11的顶部，其上开设有通孔16，用于与堆舱40的内部空间连通，使冷却箱内的压力与堆舱40内的压力保持平衡。当顶部冷却箱11中冷却水沸腾或者蒸发时，可通过箱屏蔽层12上的通孔16进入堆舱40的内部空间。

壳屏蔽层13，其围设于安全壳30的四周。

于本实用新型实施例中，箱屏蔽层12和多个壳屏蔽层13均由铅块和含硼聚乙烯等材料构成，且均为长方形板状物。四个壳屏蔽层13的板面一一平行于安全壳30前后左右四个面设置，四个壳屏蔽层13的板面相互垂直固定连接，四个壳屏蔽层13的板面均垂直固定于堆舱40的底板上，四个壳屏蔽层13的板面面积均不小于对应的安全壳30的壳面。顶部冷却箱11为顶部具有开口的长方体槽状物，顶部冷却箱11的底面平行固定于安全壳30的顶面上，箱屏蔽层12的板面平行顶部冷却箱11的底板盖设在顶部冷却箱11的顶部的开口处，箱屏蔽层12的板面面积不小于安全壳30的顶面面积。

本实用新型一实施例提供的安全壳冷却装置，在反应堆处于极端严重的工况下，利用安全壳顶部的顶部冷却箱吸收安全壳内的热量，避免安全壳因超温超压失效，从而避免大量放射性物质泄露至核动力装置的其他舱室及外界中，保证人员和环境的安全。

进一步地，如图1和图2所示，安全壳冷却装置还包括冷却水补充装置14，冷却水补充装置14与顶部冷却箱11连通，用于在顶部冷却箱11内的冷却水的体积为第二预设体积时，向顶部冷却箱11内补充冷却水至顶部冷却箱11内的冷却水的体积为第一预设体积。维持顶部冷却箱11相对于安全壳30的热量导出功能。

第二预设体积的数值小于第一预设体积的数值。于本实用新型实施例中，为了方便说明，可以直接比较冷却液在顶部冷却箱11内的液面位置来判断冷却液的体积为第一预设体积或第二预设体积。第一预设体积的数值和第二预设体积的数值均为阈值，第一预设体积的最小值不小于第二预设体积的最大值。

进一步地，冷却水补充装置14包括：补充泵141、出口管道142、多个入口管道143、多个补充阀门144和多个冷却源装置145。

补充泵141的出口端通过出口管道142与顶部冷却箱11的上部连通，补充泵141的入口端通过多个入口管道143与多个冷却源装置145连通。各补充阀门144设置于各入口管道143和各冷却源装置145之间。补充阀门144的数量、入口管道143的数量和冷却源装置145的数量相同。冷却源装置145的内部存储有冷却水。于其他实施例中，补充泵141的数量和出口管道142的数量均不限一个。

进一步地，冷却源装置145包括：舱底水装置1451。舱底水装置1451位于堆舱40的底部，内部存储有舱底水。

进一步地，冷却源装置145还包括：海水系统1452。海水系统1452位于堆舱40的外部，用于抽取和存储海水。

于本实施例中，冷却源装置145为舱底水装置1451和海水系统1452，补充泵141为一个，出口管道142为一个，入口管道143为两个，补充阀门144为两个。

较佳的，安全壳冷却装置还包括：液面定位板(图1中未示出)。

液面定位板的密度低于冷却液的密度。

液面定位板漂浮设置在冷却液的液面上，用于定位冷却液的液面高度，液面定位板的底板上通过多个限位绳与顶部冷却箱11内的底板可活动地连接，且多个限位绳的长度大于顶部冷却箱11的高度。

液面定位板的板面上还设置有多个开口，用于增大冷却液与空气的接触面积。

当顶部冷却箱11内的冷却水的体积为第二预设体积时，液面定位板随着冷却水的液面下降而下降至预设高度，从而触发冷却水补充装置14向顶部冷却箱11内补充冷却水至顶部冷却箱11内的冷却水的体积为第一预设体积。

较佳的，液面定位板还可直接替换成液位计，液位计位于顶部冷却箱11中，用于监测顶部冷却箱11中冷却水的液位高度值。

进一步地，堆舱40上设有连通外界的堆舱阀门15，较佳的，堆舱阀门15设置在堆舱40的上部。在堆舱40内的压力和温度升高后开启堆舱阀门15，排出堆舱40内的高温空气和蒸汽。

较佳的，安全壳冷却装置还包括：堆舱管道(图1中未标示)。

堆舱管道的进口端通过堆舱40的上部与堆舱40的内部空间连通，堆舱管道的出口端与外界连通，堆舱阀门15设置于堆舱管道的进口端和堆舱管道的出口端之间。

进一步地，安全壳30与壳屏蔽层13之间形成壳间隙18。顶部冷却箱11底部设有间隙阀门17，间隙阀门17位于壳间隙18内。使得间隙阀门17开启后，顶部冷却箱11内的冷却水能进入壳间隙18中，增大安全壳30的热量导出的传热面积和热量导出速率。

进一步地，安全壳30侧壁上设有肋片(图1中未示出)，肋片位于壳间隙18内，用于增大安全壳30的外部传热系数。

于本实施例中，部分肋片可设置于壳间隙18中，部分肋片还可设置于安全壳30的顶板与顶部冷却箱11的底板之间。

于本实施例中，冷却水包括淡水和海水。

较佳的，安全壳冷却装置还包括控制装置和监测装置，其中，监测装置用于监测安全壳内的温度和压力、堆舱的内部空间中的温度和压力，控制装置与补充泵141、多个补充阀门144、液位计或液位定位板、间隙阀门17、堆舱阀门15和监测装置相连，通过液位计或液位定位板监测得到的顶部冷却箱中冷却水的液位高度值来判断是否打开补充泵141和多个补充阀门144，以及通过监测到的安全壳内的温度值和压力值、堆舱的内部空间中的温度值和压力值来判断是否开启间隙阀门17和堆舱阀门15。

如图3所示，本实用新型另一实施例还提供了一种冷却方法，用于冷却反应堆20外的安全壳30，其中，安全壳30位于海洋核动力装置的堆舱40内，冷却方法包括：

S301、在反应堆20处于正常运行的工况中，安全壳30内的温度和压力处于第一壳内阈值时，关闭堆舱40上部的堆舱阀门15，堆舱40的内部空间处于相对密闭状态，堆舱40的内部空间中的温度和压力处于第一堆舱阈值，关闭顶部冷却箱11与壳间隙18间的间隙阀门17，其中，顶部冷却箱11作为安全壳30的顶部屏蔽层的一部分。

第一壳内阈值包括第一壳内温度阈值和第一壳内压力阈值，第一堆舱阈值包括第一堆舱温度阈值和第一堆舱压力阈值。

S302、在反应堆20处于极端工况下，反应堆20中大量放射性产物释放到安全壳30中，安全壳30内的温度和压力不断上升至第二壳内阈值时，安全壳30内的热量通过安全壳30的顶部壁面传导至顶部冷却箱11中。

第二壳内阈值包括第二壳内温度阈值和第二壳内压力阈值。

S303、当安全壳30内的温度和压力进一步上升至第三壳内阈值时，开启顶部冷却箱11与壳间隙18间的间隙阀门17，使顶部冷却箱11内的冷却水注入壳间隙18中。

第三壳内阈值包括第三壳内温度阈值和第三壳内压力阈值。

S304、当顶部冷却箱11内的冷却水的体积为第一预设体积时，关闭冷却水补充装置14。

S305、当顶部冷却箱11内的冷却水的体积为第二预设体积时，开启冷却水补充装置14向顶部冷却箱11补充冷却水至冷却水的体积为第一预设体积。

S306、当安全壳30释放热量，顶部冷却箱11中产生冷却水蒸汽，导致堆舱40的内部空间中的温度和压力升高至第二堆舱阈值后，开启堆舱40与外界间的堆舱阀门15，用于平衡堆舱40与外界之间的压强。

第二堆舱阈值包括第二堆舱温度阈值和第二堆舱压力阈值。

进一步地，如图4所示，图3中步骤S305具体包括：

S401、开启与舱底水装置1451连通的补充阀门144。

S402、开启补充泵141，将舱底水装置1451内的冷却水抽运到顶部冷却箱11中至顶部冷却箱11内的冷却水的体积为第一预设体积。

S403、当顶部冷却箱11内的冷却水的体积不为第一预设体积时，此时舱底水装置1451内的冷却水的体积处于第三预设体积，关闭补充泵141。

舱底水装置1451内的冷却水的体积处于第三预设体积时，补充泵141无法从舱底水装置1451内抽运冷却水到顶部冷却箱11中，于本实施例中，第三预设体积的数值接近0，即舱底水装置1451内的冷却水已接近耗尽。

S404、关闭与舱底水装置1451连通的补充阀门144。

S405、开启与海水系统1452连通的补充阀门144。

S406、开启补充泵141，将海水系统1452内的冷却水抽运到顶部冷却箱11中至顶部冷却箱11内的冷却水的体积为第一预设体积。

由于海水系统1452用于抽取和存储海水，因此，理论上，补充泵141可源源不断地抽运海水系统1452中的海水到顶部冷却箱11中作为冷却水。

本实用新型上述实施例提供的安全壳冷却装置，第一方面，在反应堆处于极端严重的工况下，利用安全壳顶部的顶部冷却箱吸收安全壳内的热量，避免安全壳因超温超压失效，从而避免大量放射性物质泄露至核动力装置的其他舱室及外界中，保证人员和环境的安全。第二方面，采用顶部冷却箱向壳屏蔽层与安全壳形成的壳间隙中注水的方式，增大钢制安全壳与冷却水的换热面积，提高热量导出效率。第三方面，采用钢制安全壳外部增加肋片的方式增强换热，保证安全壳的冷却效果。第四方面，利用补充泵为顶部冷却箱补水，保证顶部冷却箱的长期导热能力。第五方面，顶部冷却箱中的补水水源来自舱底水或海水，水源容易获得且可持续供应。第六方面，堆舱通气可维持堆舱和外界间的压差，防止堆舱压力过大。

以上为对本实用新型所提供的安全壳冷却装置的描述，对于本领域的技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (8)

1.一种安全壳冷却装置，用于冷却堆舱(40)内的安全壳(30)，其特征在于，所述安全壳冷却装置位于所述堆舱(40)内，所述安全壳冷却装置包括：

顶部冷却箱(11)，其设于所述安全壳(30)的顶部，其内部存储有冷却水；

箱屏蔽层(12)，其盖设于所述顶部冷却箱(11)的顶部，其上开设有通孔(16)；

壳屏蔽层(13)，其围设于所述安全壳(30)的四周。

2.根据权利要求1所述的安全壳冷却装置，其特征在于：所述安全壳冷却装置还包括冷却水补充装置(14)，所述冷却水补充装置(14)与所述顶部冷却箱(11)连通。

3.根据权利要求2所述的安全壳冷却装置，其特征在于，所述冷却水补充装置(14)包括：

冷却源装置(145)；

补充泵(141)，其入口端与出口端分别与所述冷却源装置(145)和所述顶部冷却箱(11)连通。

4.根据权利要求3所述的安全壳冷却装置，其特征在于：所述冷却源装置(145)包括舱底水装置(1451)，所述舱底水装置(1451)位于所述堆舱(40)外，其内部存储有舱底水。

5.根据权利要求3所述的安全壳冷却装置，其特征在于，所述冷却源装置(145)还包括：用于抽取和存储海水的海水系统(1452)，所述海水系统(1452)位于所述堆舱(40)的外部。

6.根据权利要求1所述的安全壳冷却装置，其特征在于：所述堆舱(40)上设有连通外界的堆舱阀门(15)。

7.根据权利要求1所述的安全壳冷却装置，其特征在于：所述安全壳(30)与所述壳屏蔽层(13)之间形成壳间隙(18)；所述顶部冷却箱(11)底部设有间隙阀门(17)，所述间隙阀门(17)位于所述壳间隙(18)内。

8.根据权利要求7所述的安全壳冷却装置，其特征在于：所述安全壳(30)侧壁上设有肋片，所述肋片位于所述壳间隙(18)内。