核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣裝置和方法與流程

2023-06-14 18:47:41

本發明屬於核電技術領域，更具體地說，本發明涉及一種核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣裝置和方法。

背景技術：

在核電站運行期間，核電站流體系統中的不凝氣體對系統的運行存在多種危害：例如，造成泵的運行不穩定甚至失效，造成局部流場壅塞，形成瞬變流導致系統壓力邊界被破壞。此外，核電站流體系統中的不凝氣體如果處理不當，還可能造成放射性物質超出預期地擴散。

由於核電站中相當一部分流體系統對核電站的安全和正常運行有重要貢獻，受到運行技術規範的管理，因此不具備經常性地停運或離線排出不凝氣體的條件。對於這類流體系統迫切地需要一種可以在線收集和排出不凝氣體的技術方案，且不能破壞原有的系統邊界、運行和安全要求。

現有的核電技術中，常採用系統離線之後靜排氣的方式進行排氣，利用系統中預留的排氣點，將不凝氣體集聚在系統中的局部高點，然後充水使不凝氣體排出。但是，此排氣方式要求系統離線操作，通過系統停運後靜置，使得不凝氣體集中滯留在管路中的高點，以便集中排出系統。此特點使得系統不能處於自動啟動前的備用狀態，否則在自動啟動信號觸發時，系統可能處於壓力邊界不完整的狀態。對於核電站而言，停運某一特定系統可能造成經濟上的重大損失或者存在巨大的安全隱患，安全級系統離線則意味著核電廠安全係數降低。

請參照圖1所示，在現有的另一種核電技術中，採用直接排氣方式進行排氣：在核島常溫低壓泵的泵殼上開一個排氣孔，並安裝一排氣閥，利用泵自身的壓力將氣體排出泵外。此種排氣方式適用於常壓系統，適用於沒有放射性流體控制要求的系統，結構簡單、操作簡便。但是，上述排氣方法存在一些缺點：1)不適用於壓力較高的系統，當壓力明顯高於大氣壓時，如超過1MPa時，排氣閥打開時會造成排氣點壓力迅速降低，可能造成流場局部汽蝕，排出流量過高；2)不適用於需要控制放射性流體排放的系統，可能造成排放流體過多、放射性廢物管理成本過高。

有鑑於此，確有必要提供一種結構簡單、操作方便，能夠適用於不同壓力和流體的連續安全穩定運行的核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣裝置和方法，以提高核電站流體系統運行的穩定性和安全性。

技術實現要素：

本發明的目的在於：克服現有技術的不足，提供一種結構簡單、操作方便，能夠適用於不同壓力和流體的連續安全穩定運行的核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣裝置和方法，以提高核電站流體系統運行的穩定性和安全性。

為了實現上述發明目的，本發明提供了一種核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣裝置，其包括：集氣罐、連接於集氣罐底部的集氣管線和集氣閥、自上遊連接於集氣罐上的注水閥和注水管線、連接於集氣罐頂部的排氣管線和排氣閥，以及連接於集氣管線上的疏水管線和疏水閥。

作為本發明核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣裝置的一種改進，所述集氣管線與核電站主管段流體系統的局部高點相連接。

作為本發明核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣裝置的一種改進，所述集氣閥豎直安裝在所述集氣管線上且位於核電站主管段上方，所述集氣罐安裝在所述集氣閥上方。

作為本發明核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣裝置的一種改進，所述集氣管線任意一處的傾斜角不小於15°，且所述集氣管線沒有向下彎折。

作為本發明核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣裝置的一種改進，所述集氣管線和所述集氣閥中的流道間隙不低於10mm。

作為本發明核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣裝置的一種改進，所述注水閥上遊連通支持系統，支持系統可以提供與主管段內相同的液體介質。

作為本發明核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣裝置的一種改進，所述排氣閥下遊連通排氣系統，當氣體中含有放射性氣體時，排氣系統為專門的放射性廢氣處理系統。

作為本發明核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣裝置的一種改進，所述疏水閥下遊連通疏水系統，當主管段中流體具有放射性時，疏水系統為專門的放射性廢物處理系統。

作為本發明核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣裝置的一種改進，所述集氣罐設有用於測量罐體液位的液位計和/或對流散熱裝置。

作為本發明核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣裝置的一種改進，所述疏水管線連接在所述集氣罐與所述集氣閥之間的集氣管線上。

為了實現上述發明目的，本發明還提供了一種核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣方法，其包括以下步驟：

提供核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣裝置，其包括：集氣罐、連接於集氣罐底部的集氣管線和集氣閥、自上遊連接於集氣罐上的注水閥和注水管線、連接於集氣罐頂部的排氣管線和排氣閥，以及連接於集氣管線上的疏水管線和疏水閥；

將集氣管線與核電站主管段流體系統局部高點相連；

將注水閥上遊與支持系統相連；

將排氣閥和疏水閥下遊分別連接排氣系統和疏水系統；以及

對核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣裝置進行集氣操作和排氣操作。

作為本發明核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣方法的一種改進，所述集氣操作包括：打開集氣閥，關閉排氣閥、疏水閥和注水閥，使核電站流體系統中的不凝氣體逐漸積聚到集氣罐中。

作為本發明核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣方法的一種改進，所述排氣操作包括：先關閉集氣閥，然後開啟注水閥、排氣閥和疏水閥，通過注水方式將集氣罐中收集的氣體排出集氣罐。

作為本發明核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣方法的一種改進，所述集氣閥豎直安裝在集氣管線上，且位於主管段上方，所述集氣罐安裝在所述集氣閥上方。

作為本發明核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣方法的一種改進，所述集氣管線任意一處的傾斜角不小於15°，且集氣管線沒有向下彎折。

作為本發明核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣方法的一種改進，所述集氣管線和集氣閥中的流道間隙不小於10mm。

作為本發明核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣方法的一種改進，所述集氣罐設有用於測量罐體液位的液位計和/或對流散熱裝置。

作為本發明核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣方法的一種改進，所述疏水管線連接在所述集氣罐與所述集氣閥之間的集氣管線上。

相對於現有技術，本發明核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣裝置和方法具有以下技術效果：1)可有效排除流體系統中的不凝氣體；2)結構簡單、操作方便，適用範圍廣，在不同的壓力和溫度以及系統運行和停運備用期間都可使用；3)裝置運行期間不會影響原有系統的運行效率和安全，可以避免放射性流體的大量排放；4)可連續進行集氣排氣操作，不會影響核電站的安全性和經濟性。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式，對本發明核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣裝置和方法進行詳細說明，附圖中：

圖1為現有技術中常溫低壓自排氣示意圖。

圖2為本發明核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣裝置的結構示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的發明目的、技術方案及其有益技術效果更加清晰，以下結合附圖和具體實施方式，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解的是，本說明書中描述的具體實施方式僅僅是為了解釋本發明，並非為了限定本發明。

實施例1

請參照圖2所示，本發明核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣裝置包括：集氣罐10、連接於集氣罐10底部的集氣管線L20和集氣閥V20、連接集氣罐10的注水閥V30和注水管線L30、連接於集氣罐10頂部的排氣管線L40和排氣閥V40，以及連接於集氣管線L20上的疏水管線L50和疏水閥V50，其中，集氣管線L20與核電站主管段流體系統的局部高點連接，疏水管線L50連接在集氣罐10與集氣閥V20之間的集氣管線L20上。

集氣閥V20豎直安裝在集氣管線L20上且位於核電站主管段上方，集氣罐10安裝在集氣閥V20上方。集氣管線L20任意一處的傾斜角(集氣管線L20與水平面的夾角)不小於15°，集氣管線L20不允許有向下彎折。為了保證氣體不會在L20或V20的局部聚集滯留、形成壅塞，集氣管線L20和集氣閥V20中的流道間隙不低於10mm。

根據本發明的一個實施方式，集氣罐10設有用於測量罐體液位的液位計(未圖示)。集氣過程中，當液位降低到某一數值時，說明已經收集到一定量的氣體，即可以執行排氣操作。排氣過程中，當液位升高到一定程度時，說明集氣罐10中的氣體已經排出到可以接受的程度，即可關閉注水和排氣。如此設置，對於流體帶有放射性的系統而言，可以準確控制放射性液體排出量，減少下遊處理環節的運行成本。

在圖2所示實施例1中，以注水閥V30上遊端和排氣閥V40、疏水閥V50的下遊端為邊界，邊界內的所有設備和管道均按與主管段相同的安全分級、質量等級、設計溫度和設計壓力進行設計。裝置通過注水閥V30上遊管道連接到支持系統(未圖示)，支持系統可以提供與主管段內相同的流體介質類型，但是不需要具備與主管道相同的安全分級、質量等級、設計溫度或設計壓力。排氣閥V40下遊連接排氣系統(未圖示)，疏水閥V50下遊連接到相應的疏水系統(未圖示)，如果主管段中的流體具有放射性，則疏水排氣系統應為相應的放射性廢物處理系統。

實施例1中，在核電站正常運行狀態下，當核電站流體系統不需要執行集氣排氣操作時，保持集氣閥V20處於關閉狀態。

當集氣罐10進行集氣操作時，通過打開集氣閥V20，關閉注水閥V30、排氣閥V40和疏水閥V50，主管段流體系統中的不凝氣體通過集氣管線L20進入集氣罐10。在集氣一段時間後，通過觀察集氣罐10液位計的液位變化，判斷集氣罐10內積聚的氣體含量。

當液位下降到一定高度時，進行排氣操作。此時，關閉集氣閥V20，然後開啟排氣閥V40、注水閥V30和疏水閥V50，通過支持系統給集氣罐10注水的方式將收集的氣體排出集氣罐10。

在排氣過程中，隨時觀察集氣罐10的液位變化，當液位升高到一定程度時，說明集氣罐10中的氣體已經排出到可以接受的程度，即可以關閉注水閥V30、排氣閥V40和疏水閥V50，然後打開集氣閥V20進行氣體收集，如此往復循環進行集氣排氣工作。在進行集氣排氣操作時，整個裝置只有集氣閥V20和集氣管線L20是主管段所在流體系統的壓力邊界的組成部分，不會影響流體系統原有的邊界完整性。由於裝置可以減小不凝結氣體對系統運行的影響，可以提高流體系統運行的穩定性和安全性。

實施例2

對於核電站高溫高壓流體系統的排氣工作，請參照圖2所示，其結構與本發明核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣裝置的實施例1的結構基本相同，不同之處僅在於，支持系統(未圖示)、疏水排氣系統(未圖示)和集氣罐10的散熱裝置。

根據本發明實施例2，對於高溫高壓系統，在排氣階段，首先需要對集氣罐10適當降溫，降溫可以通過自然散熱，也可以在外部增加強制對流散熱裝置；其次需要在注水閥V30上遊設置增壓措施(如柱塞泵)將注入流體提升到相應的壓力等級，排氣閥V40和疏水閥V50下遊設置降壓措施(如降壓孔板)，以便直接向核電站已有的放射性廢氣/廢液回收系統或生活汙水系統(通常為常溫常壓設計)排放。

在實施例2中，集氣過程與實施例1的集氣操作基本相同。當進行排氣操作時，先關閉集氣閥V20，並通過自然散熱方式或在集氣罐10的外部增加強制對流散熱措施對集氣罐10進行降溫，然後通過對注水閥V30上遊的支持系統設置增壓措施(如柱塞泵)，提高注入集氣罐10內的流體壓力，並在排氣閥V40和疏水閥V50下遊的疏水排氣系統設置降壓措施(如降壓孔板)，通過入口的高壓和出口的低壓實現排氣目的。然後開啟注水閥V30、排氣閥V40和疏水閥V50，直接向核電站已有的放射性廢氣/廢液處理系統排放，達到排氣的目的。

在排氣過程中，隨時觀察集氣罐10的液位變化，當液位升高到一定程度時，說明集氣罐10中的氣體已經排出到可以接受的程度，即可以關閉注水閥V30、排氣閥V40和疏水閥V50，然後打開集氣閥V20進行氣體收集，如此往復循環進行集氣排氣工作，達到提高核電站流體系統穩定、連續、安全運行的目的。

實施例3

對於核電站中放射性強度較高，或主管段安裝位置較高，操作人員難以靠近的特殊環境，本發明實施例3的結構與本發明核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣裝置的實施例1的結構基本相同，不同之處僅在於，注水閥V30、排氣閥V40和疏水閥V50安裝在離集氣罐10相對較遠的容易靠近的位置。集氣閥V20優選電磁閥，也可以是電動閥或氣動閥，如此設置，便於操作人員安全操作。本發明實施例3的集氣過程和排氣過程與實施例1的集氣過程和排氣過程一致，不再贅述。

結合以上對本發明各個實施方式的詳細描述可以看出，相對於現有技術，本發明核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣裝置和方法具有以下技術效果：1)可有效排除流體系統中的不凝氣體；2)結構簡單，操作方便，適用範圍廣，在不同的壓力和溫度以及系統運行和停運備用期間都可使用；3)裝置運行期間不會影響原有系統的運行效率和安全，可以避免放射性流體的大量排放；4)可連續進行集氣排氣操作，不會影響核電站的安全性和經濟性。

應當說明的是，除了適用於核電站流體系統的集氣排氣外，本發明核電站流體系統不凝氣體在線集氣排氣裝置和方法還適用於運行期間容易出現不凝氣體的其他系統，如安全注入系統、化學和容積控制系統等，以及在停運備用期間容易出現不凝氣體的系統，如使用公開水域水的廠用水系統、循環水系統等。

根據上述說明書的揭示和教導，本發明所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行適當的變更和修改。因此，本發明並不局限於上面揭示和描述的具體實施方式，對本發明的一些修改和變更也應當落入本發明的權利要求的保護範圍內。此外，儘管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，並不對本發明構成任何限制。