CN209232422U - 反应堆及反应堆的冷却剂应急注入系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种反应堆及反应堆的冷却剂应急注入系统，反应堆包括堆芯、主泵、蒸汽发生器，应急注入系统包括设置在主泵和堆芯之间供冷却剂进入堆芯的上游通道、以及设置在蒸汽发生器和堆芯之间供流过堆芯后的冷却剂向蒸汽发生器输送的下游通道。上游通道设置有向堆芯内注射冷却剂的至少一个上游注射口；下游通道设置有向堆芯内注射冷却剂的至少一个下游注射口。若上游通道或下游通道中的其中一个出现破口时，另一个上的注射口还可以向堆芯注入冷却剂，可以防止注射的冷却剂从破口被大量旁通掉，提高向堆芯注射应急冷却剂的有效性，提高核电厂安全系统的事故缓解能力，从而提升核电厂安全水平。
Description
技术领域
本实用新型涉及核电领域，更具体地说，涉及一种反应堆及反应堆的冷却剂应急注入系统。
背景技术
反应堆核电厂必须被设计能抵御各种突发事故，包括设计基准事故和超设计基准事故。丧失冷却剂事故(LOCA)作为一种重要的核电厂设计基准事故，一直被用来检验核电厂的安全性和引导专设安全设施的设计。冷却剂安全注射系统作为专设安全设施的一部分，通常用于LOCA事故后的堆芯应急冷却和硼化，以控制和缓解事故，防止其扩展为超设计基准事故。在发生LBLOCA事故后，反应堆冷却剂系统的原有水装量几乎完全排空，安全注射系统快速向反应堆压力容器注水并再淹没堆芯，以持续导出堆芯衰变热。
安全注射系统通常包括高压、中压和低压安注，以在LOCA后不同压力阶段均能实施有效的安全注射，它们通过同一根安注管汇总后注入反应堆一回路系统。安注管接入冷却剂系统的位置通常有冷管段、下降段环腔。如现有CPR1000核电厂的安注水注射口位置为冷管段，安注系统的冷却水进入两个(或三个)冷管段之后，再进入下降段环腔，在这里向下流动进入下封头，然后折流向上，进一步流入堆芯。再比如现有AP1000核电厂的注射口位置为下降段环腔，安注系统的冷却水被注入下降段环腔，在这里向下流动进入下封头，然后折流向上，进一步流入堆芯。
当发生LOCA后，除了在下腔室仍保留部分液体以外，压力容器中冷却剂都逐渐闪蒸为蒸汽，这些蒸汽发生倒流(流动方向为堆芯→下腔室→下降段)。当安全注射冷却水开始注入后，大流量的欠冷水使蒸汽冷凝并在注射口附近形成了水塞，水塞的振荡引起进入下降腔的安注水的波动。堆芯和下降腔中的反向流动蒸汽阻止了安注水进入下降腔，这些被阻止的水直接破口处流失，直到反向流动蒸汽足够少、速度足够低，安注水才能顺利进入下降腔。上述现象称为安注旁通，即安注水旁通堆芯直接通过冷段破口排泄的阶段。当发生该现象的时候，堆芯处于无液态冷却剂的阶段，而衰变热的将持续产生，堆芯燃料将逐渐升温，从而造成包壳温度超限的风险。
CPR1000核电厂，三个环路均设置一个注射口，如果冷管段或一个安注管发生破口，一回路冷却剂从该破口丧失，三个注射口的注入冷却剂也绝大部分从此处旁通。AP1000核电厂，下降段环腔设置两个注射口，如果冷段发生破口，一回路冷却剂从该破口丧失，两个注射口的注入冷却剂也绝大部分从此处旁通；如果安注管发生破口，该管的注入冷却剂完全丧失，另一个注射管的注入冷却剂也绝大部分从此处旁通。
在核电厂发生丧失冷却剂事故的时候，安全系统注射的冷却剂被大量旁通掉，不能有效地进入堆芯实施冷却功能。
美国西屋公司AP1000核电厂的冷却方式为：
AP1000核电厂采用了压力容器直接注入管道的设计，其非能动安全注射系统(包括CMT注入、ACC注入、IRWST注入、地坑注入)的冷却剂，均通过直接注入管道直接注入到反应堆下降段环腔，而常规压水堆核电厂设计中，安全注射系统一般接入至冷管段。该设计的益处在于，不会因为某个冷管段的破口，而导致接入至该冷管段的一列安注系统全部失效；并且，注入点离堆芯更近，有利于安全注射冷却水快速、有效的注入。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种改进的反应堆及反应堆的冷却剂应急注入系统。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种反应堆的冷却剂应急注入系统，其特征在于，所述反应堆包括堆芯、主泵、蒸汽发生器，所述应急注入系统包括设置在所述主泵和堆芯之间供冷却剂进入所述堆芯的上游通道、以及设置在所述蒸汽发生器和所述堆芯之间供流过所述堆芯后的冷却剂向所述蒸汽发生器输送的下游通道；
所述上游通道设置有向所述堆芯内注射冷却剂的至少一个上游注射口；
所述下游通道设置有向所述堆芯内注射冷却剂的至少一个下游注射口。
优选地，所述上游注射口与所述主泵之间的通道上设有逆止阀。
优选地，所述堆芯设置在压力容器内，所述主泵和所述压力容器之间连接有冷管段，所述压力容器内设有将冷却剂向下导向的下降段，所述冷管段与所述下降段连通，所述下降段与所述堆芯内腔连通，让冷却剂进入所述堆芯；
所述冷管段、下降段中的至少一个上设有上游注射口。
优选地，所述冷管段、下降段上分别设有至少一个上游注射口。
优选地，所述堆芯的下方设有与所述下降段连通的下腔室，所述下腔室上设有至少一个上游注射口。
优选地，所述蒸汽发生器和所述压力容器之间连接有热管段；
所述蒸汽发生器包括与所述热管段连通的蒸汽管段，所述堆芯的上方设有上腔室、以及封盖在所述上腔室上的上封盖，所述热管段与所述上腔室连通；
所述热管段、上腔室、上封盖、蒸汽管段中的至少一个上设有下游注射口。
优选地，所述热管段、上腔室、上封盖、蒸汽管段上分别设有至少一个下游注射口。
优选地，所述热管段上设有稳压器，所述稳压器与所述热管段连接的管道上设有至少一个下游注射口。
本实用新型还构造一种反应堆，包括所述的反应堆的冷却剂应急注入系统。
实施本实用新型的反应堆及反应堆的冷却剂应急注入系统，具有以下有益效果：在发生丧失冷却剂事故后，可以通过上游注射口、下游注射口分别向堆芯内注入冷却剂，在上游通道或下游通道中没有破口的前提下，注射启动后，加快将安注冷却剂送到堆芯的速度，加大将安注冷却剂送到堆芯的有效份额；若上游通道或下游通道中的其中一个出现破口时，另一个上的注射口还可以向堆芯注入冷却剂，可以防止注射的冷却剂从破口被大量旁通掉，提高向堆芯注射应急冷却剂的有效性，提高核电厂安全系统的事故缓解能力，从而提升核电厂安全水平。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型实施例中的反应堆及反应堆的冷却剂应急注入系统的结构示意图。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
如图1所示，本实用新型一个优选实施例中的反应堆包括堆芯1、主泵2、蒸汽发生器3，反应堆设置有让反应堆的冷却剂应急注入系统。
应急注入系统包括设置在主泵2和堆芯1之间供冷却剂进入堆芯1的上游通道A、以及设置在蒸汽发生器3和堆芯1之间供流过堆芯1后的冷却剂向蒸汽发生器3输送的下游通道B。
上游通道A设置有向堆芯1内注射冷却剂的至少一个上游注射口C；下游通道B设置有向堆芯1内注射冷却剂的至少一个下游注射口D。
在发生丧失冷却剂事故后，可以通过上游注射口C、下游注射口D分别向堆芯1内注入冷却剂，在上游通道A或下游通道B中没有破口的前提下，注射启动后，安注冷却剂同时通过上游注射口C和下游注射口D进入堆芯，加快将安注冷却剂送到堆芯1的速度，加大将安注冷却剂送到堆芯1的有效份额；若上游通道A或下游通道B中的其中一个出现破口时，另一个上的注射口还可以向堆芯1注入冷却剂，可以防止注射的冷却剂从破口被大量旁通掉，提高向堆芯1注射应急冷却剂的有效性，提高核电厂安全系统的事故缓解能力，提升核电厂安全水平。
上游注射口C与主泵2之间的通道上设有逆止阀4，逆止阀4的作用为，只允许正向向堆芯1方向的流动，几乎不允许逆向向主泵2方向的流体流动，可以保证上游注射口C注入的冷却剂全部流向堆芯1，提升安注水利用率，全部都可用于冷却堆芯。
进一步地，堆芯1设置在压力容器5内，主泵2和压力容器5之间连接有冷管段6，压力容器5内设有将冷却剂向下导向的下降段51，冷管段6与下降段51连通，下降段51与堆芯1内腔连通，让冷却剂进入堆芯1。
蒸汽发生器3和压力容器5之间连接有热管段7，蒸汽发生器3包括与热管段7连通的蒸汽管段31，堆芯1的上方设有上腔室11、以及封盖在上腔室11上的上封盖12，热管段7与上腔室11连通。
如果破口位置位于堆芯1上游，即逆止阀4-冷管段6-下降段51这段区间，堆芯1上游注射口C注入的冷却剂将绝大部分通过破口旁通，即不能有效进入堆芯1。但是，堆芯1下游注射口D注入的冷却剂不从破口被旁通，即可以有效进入堆芯1。
如果破口位置位于堆芯1下游，即上腔室11、热管段7、蒸汽管段31这段区间，堆芯1下游注射口D注入的冷却剂将绝大部分从破口被旁通，即不能有效进入堆芯1，因为，堆芯1闪蒸的蒸汽会快速向上流动，夹带注入的冷却剂从破口处流失。但是，堆芯1下游注射口D注入的冷却剂将不从破口被旁通，即可以有效进入堆芯1，因为，注入的冷却剂不能通过逆止阀4反向流动，只能正向进入堆芯1。
在一些实施例中，冷管段6、下降段51中的至少一个上设有上游注射口C，可以保证冷却剂能从堆芯1的上游向堆芯1注入。
优选地，可以在冷管段6、下降段51上分别设有一个或多个上游注射口C，提升上游注射口C向堆芯1的注入量。进一步地，堆芯1的下方设有与下降段51连通的下腔室13，下腔室13上设有至少一个上游注射口C。
热管段7、上腔室11、上封盖12、蒸汽管段31中的至少一个上设有下游注射口D，让堆芯1的上游能向堆芯1注入冷却剂。
为了提升下游向堆芯1的注入量，热管段7、上腔室11、上封盖12、蒸汽管段31上分别设有一个或多个下游注射口D，向堆芯1注入冷却剂。
冷管段6、下降段51、下腔室13对应的流通空间形成上游通道A，上腔室11、热管段7、蒸汽管段31对应的流通空间形成下游通道B。
在一些实施例中，热管段7上设有稳压器8，稳压器8腔体上设有一个或多个下游注射口D，向堆芯1注入冷却剂。
可以理解地，上述各技术特征可以任意组合使用而不受限制。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种反应堆的冷却剂应急注入系统，其特征在于，所述反应堆包括堆芯（1）、主泵（2）、蒸汽发生器（3），所述应急注入系统包括设置在所述主泵（2）和堆芯（1）之间供冷却剂进入所述堆芯（1）的上游通道（A）、以及设置在所述蒸汽发生器（3）和所述堆芯（1）之间供流过所述堆芯（1）后的冷却剂向所述蒸汽发生器（3）输送的下游通道（B）；
所述上游通道（A）设置有向所述堆芯（1）内注射冷却剂的至少一个上游注射口（C）；
所述下游通道（B）设置有向所述堆芯（1）内注射冷却剂的至少一个下游注射口（D）。
2.根据权利要求1所述的反应堆的冷却剂应急注入系统，其特征在于，所述上游注射口（C）与所述主泵（2）之间的通道上设有逆止阀（4）。
3.根据权利要求1或2所述的反应堆的冷却剂应急注入系统，其特征在于，所述堆芯（1）设置在压力容器（5）内，所述主泵（2）和所述压力容器（5）之间连接有冷管段（6），所述压力容器（5）内设有将冷却剂向下导向的下降段（51），所述冷管段（6）与所述下降段（51）连通，所述下降段（51）与所述堆芯（1）内腔连通，让冷却剂进入所述堆芯（1）；
所述冷管段（6）、下降段（51）中的至少一个上设有上游注射口（C）。
4.根据权利要求3所述的反应堆的冷却剂应急注入系统，其特征在于，所述冷管段（6）、下降段（51）上分别设有至少一个上游注射口（C）。
5.根据权利要求3所述的反应堆的冷却剂应急注入系统，其特征在于，所述堆芯（1）的下方设有与所述下降段（51）连通的下腔室（13），所述下腔室（13）上设有至少一个上游注射口（C）。
6.根据权利要求3所述的反应堆的冷却剂应急注入系统，其特征在于，所述蒸汽发生器（3）和所述压力容器（5）之间连接有热管段（7）；
所述蒸汽发生器（3）包括与所述热管段（7）连通的蒸汽管段（31），所述堆芯（1）的上方设有上腔室（11）、以及封盖在所述上腔室（11）上的上封盖（12），所述热管段（7）与所述上腔室（11）连通；
所述热管段（7）、上腔室（11）、上封盖（12）、蒸汽管段（31）中的至少一个上设有下游注射口（D）。
7.根据权利要求6所述的反应堆的冷却剂应急注入系统，其特征在于，所述热管段（7）、上腔室（11）、上封盖（12）、蒸汽管段（31）上分别设有至少一个下游注射口（D）。
8.根据权利要求6所述的反应堆的冷却剂应急注入系统，其特征在于，所述热管段（7）上设有稳压器（8），所述稳压器（8）与所述热管段（7）连接的管道上设有至少一个下游注射口（D）。
9.一种反应堆，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的反应堆的冷却剂应急注入系统。
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