CN216487334U - 一种先进简化的小堆非能动专设安全系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种先进简化的小堆非能动专设安全系统，包括压力容器第1层壳体、压力容器第2层壳体、主回路管线及非能动余排热交换器、补水箱；所述压力容器第2层壳位于所述压力容器第1层壳体顶部外侧，所述主回路管从所述压力容器第1层壳体的顶部穿出，穿过所述压力容器第2层壳，在所述压力容器第1层壳体和所述压力容器第2层壳之间的所述主回路管上设置有双层壳体间主回路管线隔离，在所述压力容器第2层壳外的所述主回路管线上设置有壳体外主回路管线隔离。本实用新型采用非能动的安全设计理念，不依赖外部驱动力，极大地降低能动系统失效概率，提升反应堆的安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及反应堆安全技术领域，特别是一种先进简化的小堆非能动专设安全系统。
背景技术
随着我国工业化进程的发展，对海洋资源的开发和陆地偏远地区资源的开发愈加显得迫切。而海洋开发，尤其是深海资源开发，需要稳定、大容量的电能与热能，由于环境和用途的特殊性，小型堆(电功率小于300MW)核能系统成为海洋开发最具有优势的热、电能源系统。因为小型堆换料周期为2年或更长，可长时间提供充足可靠的电和热，将小型核电、热供应站装载于输送船或移动平台上为不同海域上资源的开发提供电力和海水淡化的热能，具有非常良好的市场前景。此外，小型堆核能系统还可为偏远地区供电供暖，为海上破冰船和其他船舶提供动力。
为提高反应堆安全性，应对设计基准事故，专设安全设施配置方案的优劣直接决定了反应堆堆型设计的成败。如何采用最优化的专设安全设施配置方案缓解设计基准事故，在保证安全性的前提下简化系统设计，提升经济性，历来是反应堆堆型研发中需要重点关注的内容。
对于小型堆，一体化设计显示出其独特的优势：主冷却剂系统主要设备均位于压力容器内，包括蒸汽发生器等，一体化的设计取消了主管道，消除了大破口事故发生的可能性。与此同时，创新简化采用顶部双层壳体设计，匹配相应的阀门降低弹棒事故风险，甚至消除弹棒事故，保证反应堆的安全性，并大幅简化系统设计，减小双层压力容器壳体设计带来的不利经济性以及维修的复杂性，提升小型堆对空间的竞争优势。
本实用新型充分利用海洋或大气的无限运行环境，提出一种先进简化的小堆非能动专设安全系统，有效应对核电厂设计基准事故，保证反应堆安全性，且最大限度的简化设备，提升经济性。
实用新型内容
本实用新型的目的是结合一体化小型堆的设计理念，提出一种先进简化的小堆非能动专设安全系统，使其满足反应堆设计基准事故(LOCA与非LOCA事故) 缓解需求，保证反应堆安全性，大幅简化设计，取消高中低压安全级安注补水；所述系统包括压力容器第1层壳体(13)、压力容器第2层壳体(5)、主回路管线(2)及其内外隔离阀(3)(4)和非能动余热排出热交换器(10)；
所述压力容器第2层壳体(5)位于所述压力容器第1层壳体(13)顶部外侧，所述主回路管线(2)从所述压力容器第1层壳体(13)的顶部穿出，穿过所述压力容器第2层壳体(5)，在所述压力容器第1层壳体(13)和所述压力容器第2层壳体(5)之间的所述主回路管线(2)上设置有双层壳体间主回路管线隔离阀(4)，在所述压力容器第2层壳体(5)外的所述主回路管线上设置有壳体外主回路管线隔离阀(3)；主回路换热器(9)通过非能动余热排出热交换器入口管线(8)和非能动余热排出热交换器出口管线(11)连接所述非能动余热排出热交换器(10)，所述非能动余热排出热交换器出口管线(11)上设置有非能动余热排出热交换器出口隔离阀(12)；所述补水箱(15)与非能动余热排出热交换器入口管线(8)和非能动余热排出热交换器出口管线(11)相连，所述补水箱(15)下部设有补水箱出口隔离阀(16)。
所述压力容器第2层壳体(5)内包括稳压器(6)，所述稳压器(6)通过波动管连接在所述压力容器第1层壳体(13)的顶部。
在本实用新型的一个较佳实施例中，所述非能动余热排出热交换器(10)的外部设置有堆舱(1)，与所述堆舱(1)内壁面相连。
在本实用新型的另一个较佳实施例中，所述非能动余热排出热交换器(10) 设置于所述堆舱(1)外部，浸泡于海水或大气中。
本实用新型采用非能动的安全设计理念，不依赖外部驱动力，极大地降低能动系统失效概率，提升反应堆的安全性。采用全自然循环设计，主回路无需反应堆冷却剂泵，简化设计，降低当前能动堆型反应堆冷却剂泵的故障和取消运维，提升反应堆的安全性。
通过创新的双层壳体和主回路隔离阀设计，仅有双层壳体间破口，通过有效隔离破口，压力边界仍在外层壳体内，可取消高中低安全级安注补水，极大简化安全级设备。
通过设置双层壳体间的压力，降低CRDM外置方案的内外压差，可降低弹棒事故风险，甚至消除弹棒事故。
附图说明
图1是本实用新型的一个较佳实施例的示意图；
图2是本实用新型的另一个较佳实施例的示意图。
其中，1—堆舱；2—主回路管线；3—壳体外主回路管线隔离阀；4—双层壳体间主回路管线隔离阀；5—压力容器第2层壳体；6—稳压器；7—稳压器波动管；8—非能动余热排出热交换器入口管线；9—主回路换热器；10—非能动余热排出热交换器；11—非能动余热排出热交换器出口管线；12—非能动余热排出热交换器入口隔离阀；13—压力容器第1层壳体；14—反应堆堆芯；15—补水箱； 16—补水箱出口隔离阀。
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。
本实用新型的主体包括一体化反应堆压力容器、压力容器顶部双层壳体及阀门设计、二次侧非能动余热排出系统。本实用新型预期可最大限度缓解设计基准 LOCA事故和非LOCA事故，保证反应堆安全性，并简化系统设计，同时，减小全双层压力容器壳体设计带来的不利经济性以及维修的复杂性。
如图1和图2所示，本系统包括压力容器第1层壳体13、压力容器第2层壳体5、主回路管线2及其内外隔离阀3、4和非能动余热排出热交换器10；
所述压力容器第2层壳体5位于所述压力容器第1层壳体13顶部外侧，所述主回路管线2从所述压力容器第1层壳体13的顶部穿出，穿过所述压力容器第2层壳体5，在所述压力容器第1层壳体13和所述压力容器第2层壳体5之间的所述主回路管线2上设置有双层壳体间主回路管线隔离阀4，在所述压力容器第2层壳体5外的所述主回路管线上设置有壳体外主回路管线隔离阀3；主回路换热器9通过非能动余热排出热交换器入口管线8和非能动余热排出热交换器出口管线11连接所述非能动余热排出热交换器10，所述非能动余热排出热交换器出口管线11上设置有非能动余热排出热交换器出口隔离阀12；所述补水箱15 与非能动余热排出热交换器入口管线8和非能动余热排出热交换器出口管线11 相连，所述补水箱15下部设有补水箱出口隔离阀16；补水箱可在长期冷却阶段充分补水。
所述压力容器第2层壳体5内包括稳压器6，所述稳压器6通过波动管连接在所述压力容器第1层壳体13的顶部。
优选的，所述非能动余热排出热交换器10的外部设置有堆舱1，与所述堆舱1内壁面相连。通过金属壁面与海洋或大气换热实现无限时排出衰变热。
优选的，所述非能动余热排出热交换器10设置于所述堆舱1外部，浸泡于海水或大气环境中。通过与海水或大气的对流换热实现无限时排出衰变热。
当位于双层壳体间的主回路管线发生破裂时，在监测到破口发生后，关闭壳体外主回路管线隔离阀3，则反应堆冷却剂仍被包容在第二层压力壳体内，通过顶部的第二层壳体形成新的压力边界，仍可有效冷却反应堆堆芯；事故后反应堆堆芯释热将通过二次侧非能动余热排出系统将热量带至换热器内，余排换热器传热管与堆舱壁面直接接触，热量通过导热或对流换热的方式最终传递至海水或大气环境，实现无限时冷却。
当位于双层壳体外的主回路管线发生破裂时，在监测到破口发生后，快速关闭双层壳体间主回路管线隔离阀4，则冷却剂被包容在第一层壳体内，仍可有效冷却反应堆堆芯；事故后反应堆堆芯释热将通过二次侧非能动余热排出系统将热量带至换热器内，余排换热器传热管与堆舱壁面直接接触，热量通过导热或对流换热的方式最终传递至海水或大气环境，实现无限时冷却。
当稳压器波动管发生破裂时，喷放的冷却剂仍被包容在第二层压力壳体内，对堆芯冷却仍起缓解作用；该工况下，反应堆压力边界并未遭到破坏(属于设计基准非LOCA事故)。该事故进程与发生于双层壳体间的主回路管线破口事故类似，事故缓解方式亦相同。
对于其他设计基准非LOCA事故(任意一层反应堆压力边界均不出现破损，如丧失正常给水事故)的缓解方式与LOCA事故类似：事故后反应堆堆芯释热将通过二次侧非能动余热排出系统将热量带至换热器内，余排换热器传热管与堆舱壁面直接接触，热量通过导热或对流换热的方式最终传递至海水或大气环境。
显然，本领域的技术人员可以对本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，倘若对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同等技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。上述实施例或实施方式只是对本实用新型的举例说明，本实用新型也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本实用新型的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本实用新型的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本实用新型的范围内。
Claims (3)
1.一种先进简化的小堆非能动专设安全系统，其特征在于，包括压力容器第1层壳体(13)、压力容器第2层壳体(5)、主回路管线(2)及非能动余热排出热交换器(10)、补水箱(15)；
所述压力容器第2层壳体(5)位于所述压力容器第1层壳体(13)顶部外侧，所述主回路管线(2)从所述压力容器第1层壳体(13)的顶部穿出，穿过所述压力容器第2层壳体(5)，在所述压力容器第1层壳体(13)和所述压力容器第2层壳体(5)之间的所述主回路管线(2)上设置有双层壳体间主回路管线隔离阀(4)，在所述压力容器第2层壳体(5)外的所述主回路管线上设置有壳体外主回路管线隔离阀(3)；主回路换热器(9)通过非能动余热排出热交换器入口管线(8)和非能动余热排出热交换器出口管线(11)连接所述非能动余热排出热交换器(10)，所述非能动余热排出热交换器出口管线(11)上设置有非能动余热排出热交换器出口隔离阀(12)；所述补水箱(15)与非能动余热排出热交换器入口管线(8)和非能动余热排出热交换器出口管线(11)相连，所述补水箱(15)下部设有补水箱出口隔离阀(16)；
所述压力容器第2层壳体(5)内包括稳压器(6)，所述稳压器(6)通过波动管连接在所述压力容器第1层壳体(13)的顶部。
2.如权利要求1所述的先进简化的小堆非能动专设安全系统，其特征在于，所述非能动余热排出热交换器(10)的外部设置有堆舱(1)，与所述堆舱(1)内壁面相连。
3.如权利要求2所述的先进简化的小堆非能动专设安全系统，其特征在于，所述非能动余热排出热交换器(10)设置于所述堆舱(1)外部，浸泡于海水或大气环境中。
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| CN202023152034.2U CN216487334U (zh) | 2020-12-24 | 2020-12-24 | 一种先进简化的小堆非能动专设安全系统 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112530611A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-03-19 | 上海核工程研究设计院有限公司 | 一种先进简化的小堆非能动专设安全系统 |
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2020
- 2020-12-24 CN CN202023152034.2U patent/CN216487334U/zh active Active
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