TWI600027B - 用於沸水式反應器之替代型抑壓池冷卻之方法及裝置 - Google Patents
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Description
實例實施例大體上係關於核反應器,且更特定言之,係關於一種用於沸水式反應器(BWR)核反應器之抑壓池之替代型冷卻系統的方法及裝置。該冷卻系統可在造成電廠電力(plant electrical power)中斷或抑壓池之正常冷卻以其他方式變得削弱之電廠緊急事故的情況下特別有益。該冷卻系統亦可由抑壓池用以補充習知殘餘熱移除系統。
圖1為習知沸水式核反應器(BWR)反應器建築物5之剖示圖。抑壓池2為反應器建築物初級圍阻體之部件之環面狀池。具體言之,抑壓池2為鋼初級圍阻體容器3之延伸部,其位於反應器建築物5之殼體4內。抑壓池2定位於反應器1及廢燃料池10下方,且用以在某些意外事故期間限制圍阻體壓力增加。詳言之,抑壓池2用以冷卻及冷凝在電廠意外事故期間釋放之蒸汽。舉例而言,許多電廠安全閥/釋壓閥經設計成將蒸汽排放至抑壓池2中、冷凝蒸汽且減輕不當壓力增加。通常,BWR抑壓池2之總直徑(亦即,平面佈置圖直徑)為大約140呎,其具有30呎直徑之環面狀殼體。在正常操作期間,抑壓池2通常在該池中具有處於約15呎之深度之抑壓池水(其中在正常操作期間,在抑壓池2中具有大約1,000,000加侖之抑壓池水)。
池2通常係由BWR電廠之殘餘熱移除(RHR)系統清潔及冷卻。在正常(非意外事故)電廠條件期間,RHR系統可自
抑壓池2移除水(使用習知RHR泵)且通過去礦化器(未圖示)而發送該水以移除該水中可含有之雜質及一些放射性同位素。在電廠意外事故期間,RHR系統亦經設計成自抑壓池2移除一些抑壓池水且將該水發送至熱交換器(在RHR系統內)以供冷卻。
在嚴重電廠意外事故期間,正常電廠電力可被中斷。詳言之,電廠可無正常電力來運行習知RHR系統及泵。若電力被中斷歷時超長時段,則抑壓池中之水可最終沸騰且削弱抑壓池冷凝電廠蒸汽且縮減圍阻體壓力之能力。
在電廠緊急事故中,使用RHR系統可造成在抑壓池與RHR系統(位於初級圍阻體外部)之間轉移高度放射性水(高於可接受設計極限)。在抑壓池與RHR系統之間轉移高度放射性水可在本質上且自然而然地造成可逸出抑壓池之有害放射性同位素之洩漏的潛在提高。另外,RHR系統之區域中之輻射劑量率在一意外事故期間可過高,從而使電廠人員難以接取及控制該系統。
實例實施例提供一種用於提供用於抑壓池之一替代型冷卻系統之方法及裝置。該冷卻系統可為對環境不會造成危害之一單級或多級貫流式熱交換器。該冷卻系統可經操作以甚至在正常電廠電不可用以運行習知RHR系統及泵時之一電廠意外事故的情況下冷卻該抑壓池。該冷卻系統亦可僅僅用以在該習知RHR系統在一嚴重電廠意外事故期間保持起作用的情況下補充該RHR系統。該冷卻系統可自一遠
距部位被操作及控制,此情形在一電廠緊急事故期間係理想的。
藉由參看附加圖式來詳細地描述實例實施例,實例實施例之上述及其他特徵及優點將變得更顯而易見。隨附圖式意欲描繪實例實施例且不應被解釋為限制申請專利範圍之所欲範疇。除非有明確提及,否則隨附圖式不應被認為按比例繪製。
本文揭示詳細實例實施例。然而,本文所揭示之特定結構及功能細節出於描述實例實施例之目的而僅僅係代表性的。然而,實例實施例可以許多替代形式予以體現且不應被解釋為僅限於本文所闡述之實施例。
因此,雖然實例實施例容許各種修改及替代型形式,但其實施例在圖式中係藉由實例予以展示且將在本文中予以詳細地描述。然而,應理解,不存在將實例實施例限於所揭示之特定形式的意圖,而相反地,實例實施例將涵蓋屬於實例實施例之範疇的所有修改、等效者及替代例。類似數字貫穿諸圖之描述指代類似元件。
應理解,儘管術語第一、第二等等可在本文中用以描述各種元件,但此等元件不應受到此等術語限制。此等術語僅用以區分一元件與另一元件。舉例而言,在不脫離實例實施例之範疇的情況下,第一元件可被稱為第二元件,且相似地,第二元件可被稱為第一元件。如本文所使用,術語「及/或」包括關聯所列項目中之一或多者之任何及所
有組合。
應理解,當一元件被稱作「連接」或「耦接」至另一元件時,其可直接連接或耦接至該另一元件,或可存在介入元件。與此對比,當一元件被稱作「直接連接」或「直接耦接」至另一元件時,不存在介入元件。應以類似方式來解釋用以描述各元件之間的關係之其他詞語(例如,「在......之間」相對於「直接在......之間」、「鄰近」相對於「直接鄰近」,等等)。
本文所使用之術語係出於僅描述特定實施例之目的且不意欲限制實例實施例。如本文所使用,除非上下文另有明確指示,否則單數形式「一」及「該」意欲亦包括複數形式。應進一步理解,術語「包含」及/或「包括」在本文中使用時指定所陳述特徵、整數、步驟、操作、元件及/或組件之存在,但不排除一或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件及/或其群組之存在或添加。
亦應注意,在一些替代型實施中,所提及之功能/動作可不以諸圖所提及之次序發生。舉例而言,取決於所涉及之功能性/動作,經接連地展示之兩個圖事實上可實質上同時地執行或有時可以相反次序執行。
圖2為根據一實例實施例的抑壓池2之俯視圖。冷卻系統20可提供原位熱交換器(在抑壓池2內),而無需自身自抑壓池2移除水。冷卻系統20可包括冷卻管26,冷卻管26通過抑壓池2而提供冷卻水流。冷卻管26可包括單一冷水入口管22及單一暖水出口管24,以將單級貫流式熱交換器提供
於抑壓池2內。單級貫流式冷卻系統20之益處包括效率增加,此係因為每加侖的流動通過冷卻管26之水可交換最大量之熱。替代單級貫流式冷卻系統20(如圖2所示),可使用多級冷卻系統20(未圖示)。多級冷卻系統20可包括可各自與圖2之單級冷卻系統20相同的冷卻管26之多個單級通路。
為了幫助減輕輻射洩漏自抑壓池2進入冷卻管26中之機會,可使流動通過冷卻管26之冷卻水之壓力維持至高於抑壓池2中之水之壓力。抑壓池具有約1個大氣壓之正常操作壓力。然而,在電廠意外事故期間,抑壓池2經設計成達到約58psig之壓力。因此,保守而言,可使流動通過冷卻管26之流體之壓力維持於比抑壓池2之設計壓力高約20psig之壓力下。藉由使冷卻管26中之壓力維持至高於抑壓池2之壓力,冷卻管26中之任何洩漏將造成管26中之冷卻水洩漏至抑壓池2中(與造成抑壓池2中之水洩漏至冷卻管26中相對),此情形可縮減高度反射性水通過暖水出口管24而逸出抑壓池2之可能性。
除了使冷卻管26之壓力維持至高於抑壓池2中之水之壓力(以減輕輻射洩漏之機會)以外,亦可使輻射監視器28位於暖水出口管24之管路上。輻射監視器28可量測流出抑壓池2之冷卻水之輻射位準,以確保不會發生出自池2之輻射洩漏。
為了通過冷卻管26而抽汲冷卻水,可使用專用冷卻系統泵30。泵30可運行於備用柴油發電機56上或直接由柴油引
擎56驅動,以確保泵30不依賴於在嚴重電廠緊急事故的情況下可能不可用之正常電廠電力。取決於抑壓池2之大小,泵30之大小可變化。泵30之大小亦可基於針對在RHR系統故障的情況下可造成抑壓池2之溫度上升之最壞狀況意外事故的設計計算而變化。為了減輕針對大多數BWR設計之電廠意外事故,泵30可提供約300加侖/分鐘之冷卻水流率。應理解,較大冷卻水流率將造成交換增加之熱,此係以冷卻系統20之效率縮減為代價。
應注意,通常可用於BWR核電廠中之習知緊急事故用攜帶型泵(未圖示)可用作冷卻系統泵30。若使用單級貫流式冷卻管26,則單一泵30可適當。若使用多級冷卻管26,則可使用針對冷卻管26之每一級之單一泵30(亦即,多級組態可包括相似於圖2所示之冷卻系統的多個冷卻系統20)。
替代使用冷卻系統泵30,可實施冷卻水通過冷卻管26之重力排泄。冷卻水通過冷卻管26之重力排泄提供針對冷卻系統20之額外安全等級,此係因為將無需抽汲功率來使用該系統。然而,此組態將需要使冷卻水源50位於抑壓池2之電廠標高上方之標高處。冷卻水源50可為海洋、河流、大型戶外水體,或圍阻水源之人造結構。接著,將需要使暖水出口管24排放至水排放件52之部位,該部位具有在抑壓池2之電廠標高下方之標高。水排放件52亦可為戶外水體,或用以收集經排放水之人造結構。
不管將重力排泄抑或冷卻系統泵30用於冷卻系統20,出於電廠人員之安全起見,可將與系統20相關聯之所有控制
件(參見控制器58)定位於遠離抑壓池2之遠距部位60中。亦即,泵30、入口閥32a/出口閥32b(若該等閥未被手動地操作)及輻射監視器28之部位可經定位成與抑壓池2相隔一距離。相似地,用以控制通過冷卻管26之水流之入口閥32a(在冷水入口管22上)及/或出口閥32b(在暖水出口管24上)可定位於遠離抑壓池2之部位中(尤其是在閥32a/32b被手動地操作的情況下)。此情形係確保電廠人員可在意外事故條件期間不曝露至可存在於抑壓池2附近之潛在高輻射位準的情況下安全地操作系統20。
冷卻管26之組態可包括通過抑壓池2之單一迴路,如圖2所示。或者,冷卻管26可需要可包括額外迴路或通過池之「蛇」狀組態(未圖示)之其他組態。冷卻管26可有散熱片,或以其他方式經組態以最大化管26之表面積以增加管26與抑壓池2中之水之間的熱交換容量。另外,冷卻系統管26可包括冷卻水管之分支,其亦可增加冷卻管26與抑壓池2中之水之間交換之熱。有分支冷卻系統管26仍可具有單一冷水入口管22及單一暖水出口管24,以縮減曝露至電廠之除了抑壓池2以外之區域之冷卻管路26的量。單一冷水入口管22及單一暖水出口管24之組態可藉由縮減反應器建築物之次級圍阻體中所需要之穿透的數目來進一步縮減輻射洩漏至電廠之其他區域的可能性。
抑壓池2內之冷卻管26之標高應足夠低而使得在意外事故條件及非意外事故條件兩者期間該冷卻管被完全地浸沒於抑壓池水中。否則,冷卻系統20可在與抑壓池2交換熱
方面無效。為了進行更有效熱交換,亦不應將冷卻管26定位於抑壓池2之最低標高處。藉由將管26定位成與抑壓池2之地板相隔一距離,可形成自然對流。具體言之,冷卻管26可在抑壓池2內產生可下沈至池2之底部之冷水,此係因為較暖抑壓池2之水(位於管26下方)可上升且由該下沈冷水替換。此自然對流可增加冷卻系統20之效率。為了在仍使冷卻管26位於抑壓池之液體液位下方的同時確保自然對流,可使冷卻管位於比抑壓池2之底部地板高約4呎之標高處。
出於額外支撐,可使用錨定器54將冷卻管26錨定至池2之壁。可在BWR電廠操作之前安裝冷卻管26,以確保在潛在電廠意外事故之前冷卻系統20處於適當位置中。或者,可將冷卻系統20安裝為修整式系統。
應理解,可在除了電廠意外事故條件以外之時段期間使用冷卻系統20。舉例而言,冷卻系統20可僅僅用以經由RHR系統而補充抑壓池之正常冷卻,以向抑壓池系統提供額外溫度設計裕度。亦應理解,用於冷卻系統20之冷卻水供應物之溫度將影響系統效能。亦即,若使用較冷之冷卻水供應物,則冷卻系統20將更有效且更有效率。
圖3為根據一實例實施例的冷卻抑壓池之方法之流程圖。如方法步驟S40所示,可將冷卻管26插入至抑壓池2中。如步驟S42所示,可使來自冷卻水源之冷卻水穿過冷卻管26。如步驟S44所示,可使冷卻管26中之冷卻水維持於高於抑壓池2中之水之壓力的壓力下。亦可使冷卻管中
之冷卻水維持於低於抑壓池2中之水之溫度的溫度下。
在已如此描述實例實施例的情況下,將明顯的是,可以許多方式來變化實例實施例。此等變化不應被視為脫離實例實施例之所欲精神及範疇,且對於熟習此項技術者將明顯的所有此等修改意欲包括於以下申請專利範圍之範疇內。
1‧‧‧反應器
2‧‧‧沸水式核反應器(BWR)抑壓池
3‧‧‧鋼初級圍阻體容器
4‧‧‧殼體
5‧‧‧沸水式核反應器(BWR)反應器建築物
10‧‧‧廢燃料池
22‧‧‧單一冷水入口管
24‧‧‧單一暖水出口管
26‧‧‧冷卻管/有分支冷卻系統管/冷卻管路
28‧‧‧輻射監視器
30‧‧‧冷卻系統泵
32a‧‧‧入口閥
32b‧‧‧出口閥
50‧‧‧冷卻水源
52‧‧‧水排放件
54‧‧‧錨定器
56‧‧‧備用柴油發電機/柴油引擎
58‧‧‧控制器
60‧‧‧遠距部位
圖1為習知沸水式核反應器(BWR)反應器建築物之剖示圖;圖2為根據一實例實施例的抑壓池之俯視圖;及圖3為根據一實例實施例的冷卻抑壓池之方法之流程圖。
2‧‧‧沸水式核反應器(BWR)抑壓池
22‧‧‧單一冷水入口管
24‧‧‧單一暖水出口管
26‧‧‧冷卻管/有分支冷卻系統管/冷卻管路
28‧‧‧輻射監視器
30‧‧‧冷卻系統泵
32a‧‧‧入口閥
32b‧‧‧出口閥
50‧‧‧冷卻水源
52‧‧‧水排放件
54‧‧‧錨定器
56‧‧‧備用柴油發電機/柴油引擎
58‧‧‧控制器
60‧‧‧遠距部位
Claims (13)
- 一種冷卻一沸水式反應器(BWR)(1)之一抑壓池之方法,其包含:藉由使冷卻水穿過一冷卻管(26)而自該抑壓池(2)移除熱,該冷卻水相比於該抑壓池(2)中之水具有一較冷溫度,其中該冷卻管(26)之部分定位於該抑壓池(2)之一預期液體液位下方;將該入口管以流體方式連接至位於該抑壓池(2)之一液體液位上方之一標高處的一水源;及將該出口管以流體方式連接至位於該抑壓池(2)下方之一標高處的一水排放件,該冷卻水對該冷卻管(26)之該穿過係經由重力排泄而發生。
- 如請求項1之方法,其進一步包含:將一單一入口管及一單一出口管附接至該冷卻管(26),該入口管及該出口管延伸超過該抑壓池(2)之邊界。
- 如請求項1或2之方法,其進一步包含:使該冷卻管(26)中之該冷卻水之一壓力維持至高於該抑壓池(2)水之壓力。
- 如請求項1或2之方法,其進一步包含:藉由將該冷卻管(26)之部分定位於該抑壓池內之一底部地板上方及該抑壓池之一液體液位下方而在該抑壓池 (2)內產生一自然對流。
- 如請求項1或2之方法,其進一步包含:將該入口管以流體方式連接至一水源;將一泵(30)連接至該入口管;及將一備用柴油發電機電連接至該泵(30)。
- 如請求項5之方法,其進一步包含:將該泵(30)及用於該泵之所有控制件定位於遠離該抑壓池(2)之一部位中。
- 如請求項1或2之方法,其進一步包含:將一第二冷卻管插入至該抑壓池(2)中;及藉由使冷卻水穿過該第二冷卻管而自該抑壓池(2)移除更多熱,該冷卻水相比於該抑壓池(2)水具有一較冷溫度。
- 一種冷卻一沸水式反應器(BWR)(1)之一抑壓池之系統,其包含:一抑壓池(2),一冷卻管(26),其中該冷卻管(26)之部分定位於該抑壓池(2)之一預期液體液位下方,一水源,其係以流體方式耦接至該入口管,該水源位於該抑壓池(2)之該預期液體液位上方之一標高處;及一水排放件,其位於該抑壓池(2)下方之一標高處該冷卻管(26)經組態以通過該冷卻管而提供相比於抑壓池水具有一較高壓力及較冷溫度之一冷卻水流。
- 如請求項8之系統,其進一步包含: 一單一入口管,其附接至該冷卻管(26);及一單一出口管,其附接至該冷卻管(26),該入口管及該出口管延伸超過該抑壓池(2)之邊界。
- 如請求項8或9之系統,其進一步包含:一泵(30),其連接至該入口管;及一備用柴油發電機,其電連接至該泵。
- 如請求項10之系統,其進一步包含:控制件,其電連接至該泵(30),其中該泵(30)及用於該泵之該等控制件定位於遠離該抑壓池之一部位中。
- 如請求項8或9之系統,其中該冷卻管包括分支及散熱片。
- 如請求項8或9之系統,其進一步包含:一第二冷卻管,其中該第二冷卻管之部分定位於該抑壓池(2)之該液體液位下方,該第二冷卻管(26)經組態以通過該冷卻管而提供相比於該抑壓池水具有一較高壓力及較冷溫度之一冷卻水流。
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