CN210039652U - 一种带有导热油中间回路的铅铋快堆应急余热排出系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种带有导热油中间回路的铅铋快堆应急余热排出系统，包括通过管道连通的辅助换热器、膨胀罐和空气冷却器，所述膨胀罐连通所述管道的两侧设置有入口隔离阀和出口隔离阀，所述辅助换热器与所述出口隔离阀之间设有第一隔离阀，所述辅助换热器与所述空气冷却器之间设置有第二隔离阀，所述膨胀罐内设有用于控制所述膨胀罐内导热油温度的电加热器。该铅铋快堆应急余热排出系统，在系统运行初期，可避免传热介质(导热油)对辅助换热器造成热冲击，避免引发设备失效，提高辅助换热器的使用寿命，能保证反应堆在丧失正常排热路径的事故工况下余热的长期排出，且可有效提高核电厂的安全性。

Description

一种带有导热油中间回路的铅铋快堆应急余热排出系统

技术领域

本发明涉及核电站的安全技术领域，更具体的涉及一种带有导热油中间回路的铅铋快堆应急余热排出系统。

背景技术

铅铋快堆是指以铅铋合金为一回路冷却剂的先进快中子反应堆，其一般采用池式或半池式结构，能实现封闭式燃料循环，可在常压、高温条件下运行。由于铅铋合金具有熔点低、沸点高、低的饱和蒸汽压、化学惰性、中子截面小和热导率高等优点，其在能量产生、传递、转换和固有安全性等方面具有革新性的潜力。因此，铅铋快堆是最有可能实现工业示范的四代堆之一。

应急余热排出系统作为反应堆的专设安全系统之一，它的设计和研究，对提高反应堆的固有安全性具有重要的意义。铅铋快堆一般采用非能动余热排出系统设计。非能动安全系统的优点有：利用介质自身密度差和重力等固有特性进行工作，提高了系统运行的可靠性；减少了因电源故障而引起的系统失效；降低了堆芯熔化概率。因此，非能动安全系统的研究和发展迅速，在第三代和第四代反应堆的设计中得到了广泛应用。

目前，欧盟铅冷快堆ALFRED(Advanced Lead Fast Reactor EuropeanDemonstrator)的应急余热排出系统一般采用非能动三回路设计，中间回路介质为高压水，其中中间回路位于一回路与三回路之间，一回路位于反应堆主容器内。该系统设置在蒸汽发生器二次侧，主要设备有：冷凝器、冷却水箱和相应的管道、阀门。在事故工况下，蒸汽发生器的主给水和主蒸汽管线被隔离，应急余热排出系统投运，中间回路水进入蒸汽发生器，受一回路铅加热产生蒸汽，蒸汽通过自然循环进入应急余热排出系统的冷凝器，冷凝器以三回路的冷却水箱为冷源，将蒸汽冷凝成水，冷凝水靠重力返回蒸汽发生器，再次产生蒸汽，形成循环，最终将反应堆余热排往热阱—水箱中的冷却水。该系统运行初期，中间回路的低温水将会对蒸汽发生器造成热冲击，降低蒸汽发生器使用寿命，甚至引发设备失效从而造成事故的恶化。

因此，有必要提供一种带有导热油中间回路的铅铋快堆应急余热排出系统以解决现有技术的不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有导热油中间回路的铅铋快堆应急余热排出系统，能保证反应堆在丧失正常排热路径的事故工况下余热的长期排出，且可有效提高核电厂的安全性。

为实现上述目的，本发明提供了一种带有导热油中间回路的铅铋快堆应急余热排出系统，包括通过管道连通的辅助换热器、膨胀罐和空气冷却器，所述膨胀罐连通所述管道的两侧设置有入口隔离阀和出口隔离阀，所述辅助换热器与所述出口隔离阀之间设有第一隔离阀，所述辅助换热器与所述空气冷却器之间设置有第二隔离阀，所述膨胀罐内设有用于控制所述膨胀罐内导热油温度的电加热器。

与现有技术相比，本申请的带有导热油中间回路的铅铋快堆应急余热排出系统在膨胀罐内设有用于控制膨胀罐内导热油温度的电加热器，可控制导热油温度在备用状态下处于正常值，在系统运行初期，避免传热介质(导热油)对辅助换热器造成热冲击，避免引发设备失效，提高辅助换热器的使用寿命。在反应堆丧失正常排热路径事故工况下，入口隔离阀和出口隔离阀先后自动开启，膨胀罐内的介质依靠重力作用经过入口隔离阀，通过管道流入至空气冷却器，然后经第二隔离阀流入辅助换热器中，吸收铅铋热量，然后经第一隔离阀流出，经管道流向出口隔离阀，注满整个系统管路和辅助换热器二次侧。辅助换热器中受到一次侧铅铋加热的高温介质，与高位空气冷却器中的低温介质形成密度差，产生浮生力，成为整个闭式回路自然循环的驱动力。因此，本申请的铅铋快堆应急余热排出系统不依赖外部动力电源，减少了直接和反应堆冷却剂系统连接的管路，降低了管路破裂的概率，提高了系统可靠性和电厂安全性，降低了大规模放射性释放概率。

较佳的，本申请的带有导热油中间回路的铅铋快堆应急余热排出系统还包括与所述膨胀罐相连通的应急泄油池，所述应急泄油池与所述膨胀罐之间设置有第三隔离阀。

较佳的，所述入口隔离阀包括第一入口隔离阀和与所述第一入口隔离阀并联设置的第二入口隔离阀，所述出口隔离阀包括第一出口隔离阀和与所述第一出口隔离阀并联设置的第二出口隔离阀。

较佳的，本申请的带有导热油中间回路的铅铋快堆应急余热排出系统还包括分别并联连通于所述膨胀罐的放射性控制区通风系统、核岛氮气分配系统和介质补充系统。

较佳的，所述空气冷却器包括传热头和至少一个含翅片的传热管。

较佳的，所述传热管呈C型结构。

较佳的，所述辅助换热器包括至少一个套管式传热管，所述套管式传热管包括流入通道和位于所述流入通道两侧的流出通道，介质从所述流入通道由上向下注入，从两所述流出通道流出。

较佳的，本申请的铅铋快堆应急余热排出系统还包括烟囱，空气从所述烟囱下部往上部流动，将热量从所述空气冷却器带出。

较佳的，本申请的铅铋快堆应急余热排出系统还包括氮气管道，所述氮气管道的一端连通于所述膨胀罐，所述氮气管道的另一端与位于所述出口隔离阀和所述第一隔离阀之间的所述管道连通。

附图说明

图1为本申请带有导热油中间回路的铅铋快堆应急余热排出系统的结构示意图。

图2为图1所示铅铋快堆应急余热排出系统中传热管的结构示意图。

图3为图1所示铅铋快堆应急余热排出系统中套管式传热管的结构示意图。

元件标号说明

10铅铋快堆应急余热排出系统，11辅助换热器，12膨胀罐，13空气冷却器，131传热头，133传热管，1331翅片，14入口隔离阀，141第一入口隔离阀，143第二入口隔离阀，15出口隔离阀，151第一出口隔离阀，153第二出口隔离阀，16第一隔离阀，17第二隔离阀，18电加热器，19氮气管道，20管道，21应急泄油池，22第三隔离阀，23放射性控制区通风系统，24核岛氮气分配系统，25介质补充系统，26烟囱，30反应堆主容器。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。

请参考图1，本申请带有导热油中间回路的铅铋快堆应急余热排出系统10包括通过管道20连通的辅助换热器11、膨胀罐12和空气冷却器13。膨胀罐12连通管道20的两侧设置有入口隔离阀14和出口隔离阀15，辅助换热器11与出口隔离阀15之间设有第一隔离阀16，辅助换热器11与空气冷却器13之间设置有第二隔离阀17。膨胀罐12内盛装传热介质，本实施例的传热介质采用导热油，导热油与铅铋不会发生反应，即使泄漏也不会产生剧毒物质，提高了核电厂安全性。膨胀罐12内设有用于控制膨胀罐12内导热油温度的电加热器18。其作用是，当膨胀罐12中导热油的温度低于备用温度正常值时，电加热器18将自动运行给导热油加热；当膨胀罐12中导热油的温度达到正常值时，电加热器18自动停止加热。因此，在铅铋快堆应急余热排出系统10运行初期，避免传热介质导热油对辅助换热器11造成热冲击，避免引发设备失效，提高辅助换热器11的使用寿命。

请继续参考图1，铅铋快堆应急余热排出系统10还包括氮气管道19，氮气管道19的一端连通于膨胀罐12，氮气管道19的另一端与位于出口隔离阀15和第一隔离阀16之间的管道20连通。氮气经氮气管道19充满各管道20，避免腐蚀管道20，延长管道20使用寿命。

请继续参考图1，入口隔离阀14包括第一入口隔离阀141和与第一入口隔离阀141并联设置的第二入口隔离阀143，出口隔离阀15包括第一出口隔离阀151和与第一出口隔离阀151并联设置的第二出口隔离阀153，这种结构可防止单一能动故障。

请继续参考图1，本申请的带有导热油中间回路的铅铋快堆应急余热排出系统10还包括与膨胀罐12相连通的应急泄油池21，应急泄油池21与膨胀罐12之间设置有第三隔离阀22。当发生火灾等紧急事故时，第三隔离阀22自动打开，膨胀罐12内的介质通过第三隔离阀22排入到应急泄油池21中进行隔离，避免导热油与火接触进一步扩大事故。进一步，本申请的铅铋快堆应急余热排出系统10还包括分别并联连通于膨胀罐12的放射性控制区通风系统23、核岛氮气分配系统24和介质补充系统25。在事故初期，氮气经氮气管道19排入膨胀罐12中，多余的气体通过放射性控制区通风系统23排出，使膨胀罐12顶部的压力保持在2个大气压左右。当膨胀罐12中介质的液位较低时，通过介质补充系统25进行补充，膨胀罐12中的介质通过来自核岛氮气分配系统24中的氮气覆盖，在本实施例中，可防止因导热油介质失火而危及核电厂安全。

请参考图1和图2，本申请的带有导热油中间回路的铅铋快堆应急余热排出系统10还包括烟囱26，空气从烟囱26下部往上部流动，将热量从空气冷却器13带出，排入大气中。也就是说烟囱26与大气构成三回路，一回路位于反应堆主容器30内，中间回路位于一回路和三回路之间。进一步，空气冷却器13包括传热头131和至少一个含翅片1331的传热管133。再看图2，传热管133呈C型结构，在本实施例中，若干个C型结构的传热管133组合与传热头131形成空气冷却器13，若干组合的传热管133位于烟囱26中，提高余热排出效率。

请参考图3，辅助换热器11包括至少一个套管式传热管111，套管式传热管111包括流入通道1111和位于流入通道1111两侧的流出通道1113，介质从流入通道1111由上向下注入，从两流出通道1113流出。其中，辅助换热器11插入反应堆主容器30的冷却剂池中，反应堆主容器30位于安全壳内，即图中B区，图中A区为安全壳外，介质在套管式传热管111流动时吸收铅铋热量。

下面结合图1-图3详细阐述本申请带有导热油中间回路的铅铋快堆应急余热排出系统10的工作原理：

在核电站正常运行工况下，本申请带有导热油中间回路的铅铋快堆应急余热排出系统10处于备用状态。第一隔离阀16和第二隔离阀17开启，其它阀门关闭，管道20中充满氮气。当膨胀罐12中的介质温度低于备用温度正常值时，电加热器18将自动运行对传热介质(导热油)加热；当介质温度达到正常值时，电加热器18自动停止加热。

在反应堆丧失正常排热路径事故工况下，反应堆紧急停堆，入口隔离阀14和出口隔离阀15先后自动开启。具体地，是本实施例中，第一入口隔离阀141和第二入口隔离阀143自动开启，第一出口隔离阀151和第二出口隔离阀153自动开启，膨胀罐12内的介质依靠重力作用经过第一入口隔离阀141和第二入口隔离阀143，通过管道20流入至空气冷却器13，然后经第二隔离阀17流入辅助换热器11中，介质从流入通道1111由上向下注入，从两流出通道1113流出。辅助换热器11插入反应堆主容器30的冷却剂池中，介质在套管式传热管111流动时吸收铅铋热量。然后经第一隔离阀16流出，经管道20流向出口隔离阀15，注满整个系统管路和辅助换热器11二次侧。辅助换热器11中受到一次侧铅铋加热的高温介质，与高位空气冷却器13中的低温介质形成密度差，产生浮生力，成为整个闭式回路自然循环的驱动力。依靠自然循环，介质将一回路反应堆的余热排往烟囱26中空气冷却器13，并最终排入大气。

此外，在核电站的应急余热排出系统中，本申请的铅铋快堆应急余热排出系统10采用冗余设置，布置若干列铅铋快堆应急余热排出系统10，每列设置辅助换热器11，各列之间相互独立，可更有效的将余热排出。

与现有技术相比，本申请的带有导热油中间回路的铅铋快堆应急余热排出系统10在膨胀罐12内设有用于控制膨胀罐12内导热油的温度的电加热器18，可控制介质温度在备用状态下处于正常值，在系统运行初期，介质不会对辅助换热器11造成热冲击，避免引发设备失效，提高辅助换热器11的使用寿命。在反应堆丧失正常排热路径事故工况下，入口隔离阀14和出口隔离阀15先后自动开启，膨胀罐12内的介质依靠重力作用经过入口隔离阀14，通过管道20流入至空气冷却器13，然后经第二隔离阀17流入辅助换热器11中，吸收铅铋热量，然后经第一隔离阀16流出，经管道20流向出口隔离阀15，注满整个系统管路和辅助换热器11二次侧。辅助换热器11中受到一次侧铅铋加热的高温介质，与高位空气冷却器13中的低温介质形成密度差，产生浮生力，成为整个闭式回路自然循环的驱动力。因此，本申请的铅铋快堆应急余热排出系统10不依赖外部动力电源，减少了直接和反应堆冷却剂系统连接的管路，降低了管路破裂的概率，提高了系统可靠性和电厂安全性，降低了大规模放射性释放概率。

应当指出，以上具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求限定的范围。

Claims (9)

1.一种带有导热油中间回路的铅铋快堆应急余热排出系统，其特征在于，包括通过管道连通的辅助换热器、膨胀罐和空气冷却器，所述膨胀罐连通所述管道的两侧设置有入口隔离阀和出口隔离阀，所述辅助换热器与所述出口隔离阀之间设有第一隔离阀，所述辅助换热器与所述空气冷却器之间设置有第二隔离阀，所述膨胀罐内设有用于控制所述膨胀罐内导热油温度的电加热器。

2.根据权利要求1所述的带有导热油中间回路的铅铋快堆应急余热排出系统，其特征在于，还包括与所述膨胀罐相连通的应急泄油池，所述应急泄油池与所述膨胀罐之间设置有第三隔离阀。

3.根据权利要求1所述的带有导热油中间回路的铅铋快堆应急余热排出系统，其特征在于，所述入口隔离阀包括第一入口隔离阀和与所述第一入口隔离阀并联设置的第二入口隔离阀，所述出口隔离阀包括第一出口隔离阀和与所述第一出口隔离阀并联设置的第二出口隔离阀。

4.根据权利要求1所述的带有导热油中间回路的铅铋快堆应急余热排出系统，其特征在于，还包括分别并联连通于所述膨胀罐的放射性控制区通风系统、核岛氮气分配系统和介质补充系统。

5.根据权利要求1所述的带有导热油中间回路的铅铋快堆应急余热排出系统，其特征在于，所述空气冷却器包括传热头和至少一个含翅片的传热管。

6.根据权利要求5所述的带有导热油中间回路的铅铋快堆应急余热排出系统，其特征在于，所述传热管呈C型结构。

7.根据权利要求1所述的带有导热油中间回路的铅铋快堆应急余热排出系统，其特征在于，所述辅助换热器包括至少一个套管式传热管，所述套管式传热管包括流入通道和位于所述流入通道两侧的流出通道，介质从所述流入通道由上向下注入，从两所述流出通道流出。

8.根据权利要求1所述的带有导热油中间回路的铅铋快堆应急余热排出系统，其特征在于，还包括烟囱，空气从所述烟囱下部往上部流动，将热量从所述空气冷却器带出。

9.根据权利要求1所述的带有导热油中间回路的铅铋快堆应急余热排出系统，其特征在于，还包括氮气管道，所述氮气管道的一端连通于所述膨胀罐，所述氮气管道的另一端与位于所述出口隔离阀和所述第一隔离阀之间的所述管道连通。

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