一種先進的二次側堆芯熱量導出裝置的製作方法

2023-05-30 01:42:06

專利名稱:一種先進的二次側堆芯熱量導出裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於反應堆設計技術，具體涉及一種先進的二次側堆芯熱量導出裝置。
背景技術：
反應堆停堆後，由於堆芯的剩餘裂變以及裂變產物衰變產生的熱量在很長一段時間內仍需要排出，否則會導致冷卻劑沸騰甚至堆芯熔化的嚴重事故。在傳統壓水堆核電廠設計中，通常採用能動的方式給蒸汽發生器補水。即能動型二次側餘熱排出系統，能動二次側餘熱排出系統是在電源供給有保障的情況下，通過輔助給水泵驅動蒸汽發生器二次側給水進行強迫循環，將堆芯餘熱導出，並送至最終熱阱。能動二次側餘熱排出系統換熱效率高，但在發生全廠斷電時，正常電源和可靠電源供電同時喪失，系統就喪失排出堆芯餘熱的 功能。所以能動二次側餘熱排出系統受電源可靠性影響較大，安全性差。
傳統能動型二次側餘熱排出系統採用汽動泵與電動泵相結合的方案，隨著技術的不斷進步，汽動泵逐漸顯現出它的缺點和不足。單從設備材料價格分析，汽動給水泵投資費用就高出電動給水泵投資費用7%，如果再考慮汽動給水泵及其相關系統佔地面積大約是電動給水泵的2倍，佔用空間高度至少是電動泵的3倍，汽動給水泵投資費用比電動給水泵投資費用高出I倍以上；另外電動給水泵的維修費用僅為汽動給水泵的25%。
非能動技術是20世紀80年代發展起來的新技術，其特點是經濟、簡單且可靠性高，使反應堆的固有安全性大大提高，通常應用於第三代核電站。典型代表堆型是AP1000、APR-1400。我國引進的第三代核電站AP1000設置了非能動餘熱排出系統，該系統是通過冷卻一迴路冷卻劑，將堆芯的熱量導出，如圖I所示，圖中，I為蒸汽發生器，2為反應堆壓力容器，3為安全殼內置換料水箱，4為非能動餘熱排出熱交換器，5為穩壓器。在非LOCA事件時，非能動餘熱排出熱交換器4將應急排出堆芯餘熱。該熱交換器由一組連接在管板上的C型管束和布置在上部(入口)和底部(出口的)封頭組成。熱交換器的入口管線與反應堆冷卻劑系統熱管段相連接，出口管線與蒸汽發生器I的下封頭冷腔室相連接，它們與反應堆冷卻劑系統熱管段和冷管段組成了一個非能動餘熱排出的自然循環迴路。

發明內容
本發明的目的是為了提高核電站的安全水平，提供一種先進的二次側堆芯熱量導出裝置，將能動與非能動的技術手段相結合，保證在事故情況下堆芯熱量的長期導出，緩解嚴重事故後果。
本發明的技術方案如下一種先進的二次側堆芯熱量導出裝置，包括非能動子系統和能動子系統，其中，所述的非能動子系統包括若干個非能動餘熱排出系列，每個非能動餘熱排出系列與一個反應堆環路的蒸汽發生器相對應，包括一臺非能動餘熱排出冷卻器，非能動餘熱排出冷卻器的上遊蒸汽管線連接蒸汽發生器的主蒸汽管道，其下遊凝水管線與蒸汽發生器的主給水管道連接，非能動餘熱排出冷卻器置於事故冷卻水箱內，在非能動餘熱排出冷卻器的上遊蒸汽管線和下遊凝水管線之間還設有非能動補水箱；所述的能動子系統包括兩個冗餘的供水系列，每個供水系列的一端連接非能動子系統的事故冷卻水箱，另一端與蒸汽發生器的主給水管道相連接。
進一步，如上所述的先進的二次側堆芯熱量導出裝置，其中，所述的能動子系統的兩個供水系列中，一個供水系列包括兩臺並聯的50%容量的電動泵，另一個供水系列包括兩臺並聯的50%容量的汽動泵；兩臺電動泵由應急電源供電，兩臺汽動泵由蒸汽發生器主蒸汽隔離閥上遊的主蒸汽管線供汽；兩臺電動泵和兩臺汽動泵的排出管合併成一條母管後，分別與各蒸汽發生器的主給水管道連接。
進一步，如上所述的先進的二次側堆芯熱量導出裝置，其中，所述的能動子系統的每臺電動泵和汽動泵的排出管上分別設有止回閥。
進一步，如上所述的先進的二次側堆芯熱量導出裝置，其中，所述的能動子系統的兩個供水系列中，每個供水系列包括兩臺並聯的50%容量的電動泵，四臺電動泵由應急電源供電；四臺電動泵的排出管合併成一條母管後，分別與各蒸汽發生器的主給水管道連接； 每臺電動泵的排出管上分別設有止回閥。
進一步，如上所述的先進的二次側堆芯熱量導出裝置，其中，在所述的非能動餘熱排出冷卻器與蒸汽發生器的主蒸汽管道連接的蒸汽管線上設有一個隔離閥，與蒸汽發生器的主給水管道連接的凝水管線上設有兩個並聯的隔離閥，兩個並聯的隔離閥下遊設置一個止回閥。
進一步，如上所述的先進的二次側堆芯熱量導出裝置，其中，在所述的非能動補水箱與非能動餘熱排出冷卻器的上遊蒸汽管線相連接的管線上設有一個隔離閥，與非能動餘熱排出冷卻器的下遊凝水管線相連接的管線上設有兩個並聯的隔離閥，兩個並聯的隔離閥下遊設置一個止回閥。
本發明的有益效果如下
(I)採用能動與非能動相結合的二次側餘熱導出方案排出堆芯的熱量，提高了反應堆的安全性；
(2)系統保證在事故工況下能動高效的排出堆芯餘熱，以及在事故情況下長期非能動的排出堆芯餘熱，改進傳統能動型核電廠對安全級電源的依賴，提高電廠的安全性；
(3)設置事故冷卻水箱作為能動子系統和非能動子系統的供水水源，整合了水源配置，簡化了系統設置，節約了工程造價；
(4)由於採用非能動系統，可以滿足系統設置多樣性的要求，從而可以採用電動泵代替汽動泵，不僅在投資費用和維修費用上節省大量資金，另外也減少的佔地面積，為布置提供了更有利的條件；
(5)大大降低了人因失誤的可能性；
(6)可以顯著降低堆芯損壞概率及大量放射性向環境釋放概率。


圖I為現有技術中AP1000的非能動餘熱排出系統結構示意圖；
圖2為先進的二次側堆芯熱量導出裝置的結構示意圖。
具體實施方式
[0021]本發明所提供的先進的二次側堆芯熱量導出裝置，在核電站發生事故的情況下，當主給水設施不能使用時，通過能動的方式，依靠能動子系統，將堆芯內的熱量導出。在發生全廠斷電事故且能動子系統汽動泵喪失的情況下，非能動子系統自動投入運行，並建立穩定的兩相自然循環流動，同時一迴路冷卻劑也形成穩定的自然循環流動，最終通過一迴路和二迴路的自然循環流動將堆芯熱量傳遞到作為最終熱阱的事故冷卻水箱。
能動子系統是在電源有保障的情況下，通過給水泵強迫將堆芯餘熱導出，非能動設計是利用二迴路和冷卻迴路冷熱工質的密度差，以及冷熱工質豎直位差，來建立自然循環。採用能動與非能動相結合的方案能夠應對設計基準事故和嚴重事故下主給水喪失，維持堆芯熱量的長期導出。
非能動子系統包括若干個非能動餘熱排出系列，每個非能動餘熱排出系列與一個反應堆環路的蒸汽發生器相對應，包括一臺非能動餘熱排出冷卻器，非能動餘熱排出冷卻器的上遊蒸汽管線連接蒸汽發生器的主蒸汽管道，其下遊凝水管線與蒸汽發生器的主給水管道連接，非能動餘熱排出冷卻器置於事故冷卻水箱內，在非能動餘熱排出冷卻器的上遊蒸汽管線和下遊凝水管線之間還設有非能動補水箱。能動子系統包括兩個冗餘的供水系 列，每個供水系列的一端連接所有非能動子系統的事故冷卻水箱，另一端與蒸汽發生器的主給水管道相連接。能動子系統的兩個供水系列可分別從若干個非能動餘熱排出系列的事故冷卻水箱取水。
採用能動與非能動相結合的二次側餘熱排出系統來提高核電廠的安全水平是先進核電站設計的趨勢，本發明能夠保證在事故情況下堆芯熱量的長期導出，保證了堆芯的完整性，緩解嚴重事故後果。
下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。
實施例
如圖2所示，能動子系統有兩個冗餘的供水系列，一種具體的實施方式中，可以包括電動泵子系統和汽動泵子系統，以及與泵吸入管和排出管有關的閥門等。其中，一個供水系列包括兩臺並聯的50%容量的電動泵6，另一個供水系列包括兩臺並聯的50%容量的汽動泵7，每臺電動泵和汽動泵的排出管上分別設有止回閥；兩臺電動泵6由應急電源供電，兩臺汽動泵7由蒸汽發生器主蒸汽隔離閥上遊的主蒸汽管線供汽；兩臺電動泵6和兩臺汽動泵7的排出管合併成一條母管後，可以分別與多臺蒸汽發生器的主給水管道連接。給水泵從非能動子系統的事故冷卻水箱中吸水。在失去主給水的情況下，水泵能夠提供足夠的流量，以導出堆芯餘熱，防止冷卻劑通過穩壓器卸壓閥洩出和蒸汽發生器管板裸露。
在主給水系統發生事故時，能動子系統投入運行，向蒸汽發生器供水，反應堆冷卻劑系統的熱量通過蒸汽發生器傳給二迴路系統，二迴路系統通過汽輪機旁通系統排入凝汽器或排向大氣冷卻。這樣導出堆芯餘熱，直到反應堆冷卻劑系統達到正常餘熱排出系統可投入運行的工況。
在能動子系統的另一種實施方式中，將兩臺汽動泵用電動泵替代，即每個供水系列包括兩臺並聯的50%容量的電動泵，四臺電動泵由應急電源供電，每臺電動泵的排出管上分別設有止回閥；四臺電動泵的排出管合併成一條母管後，可以分別與多臺蒸汽發生器的主給水管道連接。這種方式可以明顯降低設備的投資和維護成本，並減少系統的佔地面積。能動子系統中之所以能採用電動泵替代汽動泵，實現成本的降低，主要是因為非能動子系統的結合設置，保證了系統設置多樣性的要求。
非能動子系統包括若干個非能動餘熱排出系列，反應堆每個環路的蒸汽發生器二次側都設置一個非能動餘熱排出系列，每個系列包括一臺非能動餘熱排出冷卻器13，非能動餘熱排出冷卻器13的上遊蒸汽管線連接蒸汽發生器8的主蒸汽管道10，其下遊凝水管線與蒸汽發生器8的主給水管道9連接，非能動餘熱排出冷卻器13置於事故冷卻水箱12內，在非能動餘熱排出冷卻器13的上遊蒸汽管線和下遊凝水管線之間還設有非能動補水箱11。
在發生全廠斷電事故且能動子系統汽動泵系列失效工況下，非能動子系統投入運行，在不超過規定的燃料設計限值和冷卻劑壓力邊界設計條件的前提下，導出堆芯餘熱及反應堆冷卻劑系統各設備的儲熱，在72小時內將反應堆維持在安全的停堆狀態。
蒸汽管線與非能動餘熱排出冷卻器13入口接管嘴相連，非能動餘熱排出冷卻器13布置在事故冷卻水箱12中。在整個運行期間，要求非能動餘熱排出冷卻器13浸泡在水中，不允許裸露。凝水管由非能動餘熱排出冷卻器出口引出，凝水管出口與蒸汽發生器的主 給水管道和輔助給水管道相連。凝水管道上設置了兩個並聯的常關氣動隔離閥，實現系統備用期間的隔離，同時保證在需要系統投入時凝水管線能夠順利連通，下遊設置一個止回閥，以防止蒸汽發生器給水通過凝水管道旁流。
在所述的非能動餘熱排出冷卻器13與蒸汽發生器8的主蒸汽管道10連接的蒸汽管線上設有一個電動隔離閥，機組正常運行期間，系統蒸汽管線上的電動隔離閥保持常開，凝水管線上的氣動隔離閥保持常關，非能動餘熱排出冷卻器管側充滿水。在系統投入信號發出後，凝水管線上的氣動隔離閥開啟，系統投入運行，非能動餘熱排出冷卻器管內的水在重力作用下注入蒸汽發生器二次側，被堆芯餘熱加熱後變成蒸汽，蒸汽進入非能動餘熱排出冷卻器管內，與事故冷卻水箱裡的冷卻水進行熱量交換，蒸汽將熱量傳遞給冷卻水後被冷凝為水，冷凝水在重力的作用下返回蒸汽發生器二次側，從而完成蒸汽-凝水迴路的自然循環。事故冷卻水箱中的水由於持續受熱蒸發而減少，其水容積能夠保證系統持續運行72小時。
每個系列設置一臺非能動補水箱11，其上部通過一個隔離閥與非能動餘熱排出冷卻器13的上遊蒸汽管線相連，下部通過兩個並聯布置的隔離閥和一臺止回閥與非能動餘熱排出冷卻器的下遊凝水管線相連。在系統投入運行時，非能動補水箱中的水注入蒸汽發生器二次側，以補償蒸汽發生器二次側蒸汽的喪失和水體積的收縮。
在全廠斷電事故疊加能動子系統汽動泵失效事故工況下，由於主泵停運，非能動子系統利用系統在反應堆部分及蒸汽發生器部分的溫差和高度差，具有一定的自然循環能力，將反應堆的熱量向蒸汽發生器傳遞，完成反應堆冷卻劑迴路的自然循環，導出堆芯餘熱，保障堆芯的安全。
本發明將能動系統和非能動系統相結合，從總體上提高了事故工況下核電站的安全性。同時，將系統的結構進行優化設計，事故冷卻水箱作為能動子系統和非能動子系統的供水水源，整合了水源配置，簡化了系統設置，節約了工程造價。另外，由於採用了非能動系統，可以滿足系統設置多樣性的要求，能動子系統可以進行相應的改進設計，用電動泵代替汽動泵，在投資費用和維修費用上能夠節省大量資金，並減少佔地面積，為系統布置提供了更加有利的條件。[0037]顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若對本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求
及其同等技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。·
權利要求
1.一種先進的二次側堆芯熱量導出裝置，其特徵在於包括非能動子系統和能動子系統，所述的非能動子系統包括若干個非能動餘熱排出系列，每個非能動餘熱排出系列與一個反應堆環路的蒸汽發生器相對應，包括一臺非能動餘熱排出冷卻器(13)，非能動餘熱排出冷卻器(13)的上遊蒸汽管線連接蒸汽發生器(8)的主蒸汽管道(10)，其下遊凝水管線與蒸汽發生器(8)的主給水管道(9)連接，非能動餘熱排出冷卻器(13)置於事故冷卻水箱(12)內，在非能動餘熱排出冷卻器(13)的上遊蒸汽管線和下遊凝水管線之間還設有非能動補水箱(11);所述的能動子系統包括兩個冗餘的供水系列，每個供水系列的一端連接非能動子系統的事故冷卻水箱(12)，另一端與蒸汽發生器的主給水管道(9)相連接。
2.如權利要求
I所述的先進的二次側堆芯熱量導出裝置，其特徵在於所述的能動子系統的兩個供水系列中，一個供水系列包括兩臺並聯的50%容量的電動泵(6)，另一個供水系列包括兩臺並聯的50%容量的汽動泵(7);兩臺電動泵(6)由應急電源供電，兩臺汽動泵(7)由蒸汽發生器主蒸汽隔離閥上遊的主蒸汽管線供汽；兩臺電動泵和兩臺汽動泵的排出管合併成一條母管後，分別與各蒸汽發生器的主給水管道連接。
3.如權利要求
2所述的先進的二次側堆芯熱量導出裝置，其特徵在於所述的能動子系統的每臺電動泵和汽動泵的排出管上分別設有止回閥。
4.如權利要求
I所述的先進的二次側堆芯熱量導出裝置，其特徵在於所述的能動子系統的兩個供水系列中，每個供水系列包括兩臺並聯的50%容量的電動泵，四臺電動泵由應急電源供電；四臺電動泵的排出管合併成一條母管後，分別與各蒸汽發生器的主給水管道連接。
5.如權利要求
4所述的先進的二次側堆芯熱量導出裝置，其特徵在於所述的能動子系統的每臺電動泵的排出管上分別設有止回閥。
6.如權利要求
I所述的先進的二次側堆芯熱量導出裝置，其特徵在於在所述的非能動餘熱排出冷卻器(13)與蒸汽發生器的主蒸汽管道(10)連接的蒸汽管線上設有一個隔離閥，與蒸汽發生器的主給水管道(9)連接的凝水管線上設有兩個並聯的隔離閥，兩個並聯的隔離閥下遊設置一個止回閥。
7.如權利要求
I所述的先進的二次側堆芯熱量導出裝置，其特徵在於在所述的非能動補水箱(11)與非能動餘熱排出冷卻器(13)的上遊蒸汽管線相連接的管線上設有一個隔離閥，與非能動餘熱排出冷卻器(13)的下遊凝水管線相連接的管線上設有兩個並聯的隔離閥，兩個並聯的隔離閥下遊設置一個止回閥。
專利摘要
本發明屬於反應堆設計技術，具體涉及一種先進的二次側堆芯熱量導出裝置。其結構包括非能動子系統和能動子系統，非能動子系統包括若干個非能動餘熱排出系列，每個非能動餘熱排出系列包括一臺置於事故冷卻水箱內的非能動餘熱排出冷卻器，其上遊蒸汽管線連接蒸汽發生器的主蒸汽管道，其下遊凝水管線與蒸汽發生器的主給水管道連接，在非能動餘熱排出冷卻器的上遊蒸汽管線和下遊凝水管線之間還設有非能動補水箱；能動子系統包括兩個冗餘的供水系列，每個供水系列的一端連接非能子系統的事故冷卻水箱，另一端與蒸汽發生器的主給水管道相連接。本發明能夠保證在事故情況下堆芯熱量的長期導出，緩解嚴重事故後果。
文檔編號G21C15/18GKCN102903402SQ201210369362
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月27日
發明者史海富, 李京彥, 袁霞, 於勇 申請人:中國核電工程有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan