雙層混凝土安全殼非能動直接蒸髮式冷卻系統的製作方法

2023-05-10 00:08:36

專利名稱:雙層混凝土安全殼非能動直接蒸髮式冷卻系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及反應堆設計技術，具體涉及一種雙層混凝土安全殼非能動直接蒸髮式冷卻系統。
背景技術：
從上世紀八十年代開始，美國、 日本、法國、德國、俄羅斯等國家開展了非能動技術的研究，其中以非能動安全先進核電廠AP1000第三代核電機組為代表。無論從安全性還是經濟性考慮，採用非能動安全殼熱量導出系統來提高核電廠的安全水平是大勢所趨，採用非能動安全殼熱量導出系統，保證在超設計基準事故情況下安全殼的長期排熱，可以維持安全殼的完整性，緩解嚴重事故的後果。使反應堆達到或具有三代核電站的安全水平。設置非能動安全殼熱量導出系統可以滿足我國核安全法規HAF102 (2004)《核動力廠設計安全規定》中規定的嚴重事故下保持安全殼完整性和安全殼排熱的要求，滿足EUR和URD中關於要保證超設計基準事故下安全殼的長期冷卻的要求。
採用非能動的自然循環冷卻方式對核電站事故後雙層混凝土安全殼進行降溫降壓的主要有兩種方式一種為義大利國家電力公司(ENEL)資助的歐盟I NCON計劃。為了利用內部冷卻水汽化需要大量的汽化潛熱這一特徵，該方案的整個系統最高點採用負壓設計，讓內部冷卻水提前沸騰，上升的水蒸氣在置於頂部換熱水箱中的裝置中冷卻後，通過下降管進入安全殼內換熱器。另一種是利用安全殼外的冷卻水箱與安全殼內部換熱器的高度差及溫度差實現自然循環，完成事故後安全殼的冷卻功能，此種方案易於工程實施，但冷卻水箱必須設置在安全殼較高的位置，並且只有在外部冷卻水箱到達一定溫度後才會出現系統內部沸騰的現象。

發明內容
本發明的目的在於充分考慮現有技術的特點和不足，提供一種雙層混凝土安全殼非能動直接蒸髮式冷卻系統，既易於工程實施，又可實現系統內部沸騰現象。
本發明的技術方案如下一種雙層混凝土安全殼非能動直接蒸髮式冷卻系統，包括設在安全殼內的換熱器，以及通過安全殼貫穿件用管道與所述換熱器相連接的設置在安全殼外的冷卻水箱，其中，所述的換熱器與汽水分離器相連接，換熱器產生的高溫蒸汽通過汽水分離器後直接排入安全殼外大氣環境；在所述換熱器與冷卻水箱相連接的管道位於安全殼外側的管段上設有隔離閥。
進一步，如上所述的雙層混凝土安全殼非能動直接蒸髮式冷卻系統，其中，所述的冷卻水箱內液位標高的設定應避免單相水在安全殼低溫時形成自然循環，延長冷卻水在換熱器內的停留時間。
更進一步，如上所述的雙層混凝土安全殼非能動直接蒸髮式冷卻系統，其中，在所述換熱器內冷卻水沸騰以前，換熱器內的水與冷卻水箱內的水維持相同的液位。
進一步，如上所述的雙層混凝土安全殼非能動直接蒸髮式冷卻系統，其中，所述的汽水分離器位於安全殼的內部，汽水分離器連接穿過安全殼貫穿件與大氣相通的上升管道，並通過下降管道與所述換熱器連接；汽水分離器分離出的高溫蒸汽經上升管道排入安全殼外大氣環境，汽水分離器分離出的液態水經下降管道回流至所述換熱器內；在所述穿過安全殼貫穿件與大氣相通的上升管道位於安全殼外側的管段上設有隔離閥。
進一步，如上所述的雙層混凝土安全殼非能動直接蒸髮式冷卻系統，其中，所述的汽水分離器位於安全殼的內部，汽水分離器連接穿過安全殼貫穿件與大氣相通的上升管道，並通過穿過安全殼貫穿件的下降管道與安全殼外的所述冷卻水箱連接；汽水分離器分離出的高溫蒸汽經上升管道排入安全殼外大氣環境，汽水分離器分離出的液態水經下降管道進入所述冷卻水箱內；在所述穿過安全殼貫穿件與大氣相通的上升管道位於安全殼外側的管段上設有隔離閥。
進一步，如上所述的雙層混凝土安全殼非能動直接蒸髮式冷卻系統，其中，所述的汽水分離器位於安全殼的外部，汽水分離器連接與大氣相通的上升管道，並通過下降管道與所述冷卻水箱連接；汽水分離器分離出的高溫蒸汽經上升管道排入大氣環境，汽水分離器分離出的液態水經下降管道進入所述冷卻水箱內；在換熱器與汽水分離器相連接的管道位於安全殼外側的管段上設有隔離閥。
進一步，如上所述的雙層混凝土安全殼非能動直接蒸髮式冷卻系統，其中，所述的冷卻水箱與安全殼外大氣連通，冷卻水箱的上部設有防塵罩，防塵罩上設有若干個開口向下的彎管。
進一步，如上所述的雙層混凝土安全殼非能動直接蒸髮式冷卻系統，其中，所述的換熱器可用換熱器組替代。
本發明的有益效果如下本發明通過增加冷卻水在換熱器中的停留時間，迫使其發生相變，通過水相變潛熱帶走安全殼內大量熱量。上升的熱蒸汽經過設置在安全殼內/外的汽水分離器直接排入大氣，分離下來的液態水回流入水箱利用或直接回流入殼內換熱器入口進行循環，實現核電站事故後安全殼的非能動冷卻功能。與目前國際上流行的雙層混凝土安全殼非能動冷卻技術相比，本發明不對整個系統進行降壓處理，就能夠讓冷卻水在殼內沸騰，帶走熱量；外部冷卻水箱不需要放置在安全殼較高的地方與殼內換熱器形成高度差，就可以完成自然循環，既易於工程實施，又可實現系統內部沸騰現象。


圖I為本發明具體實施例中汽水分離器置於安全殼內部，並採用分離後液態水安全殼內循環的流程示意圖；
圖2為本發明具體實施例中汽水分離器置於安全殼內部，並採用分離後液態水安全殼外循環的流程示意圖；
圖3為本發明具體實施例中汽水分離器置於安全殼外部，並採用分離後液態水安全殼外循環的流程示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖與具體實施例對本發明做進一步的詳細說明。
雙層混凝土安全殼直接蒸髮式非能動冷卻系統採用非能動技術，發生全廠斷電時，在沒有操縱員幹預的情況下，系統自動投入運行，利用自然循環實現安全殼的長期冷卻功能。所述系統包括安全殼內的換熱器，以及通過管道與所述換熱器相連接的設置在安全殼外的冷卻水箱。冷卻水箱內液位標高設定應以避免單相水在安全殼低溫時形成自然循環，延長冷卻水在換熱器內的停留時間為目的；這樣的布置使得安全殼溫度低於一個大氣壓對應的水的飽和溫度(100°c)時，系統循環較低甚至為零。當核電站發生嚴重事故安全殼溫度高於一個大氣壓對應的水的飽和溫度(100°c )時，換熱器內的水受熱膨脹直至蒸發，分離出來的水回到冷卻水箱，蒸汽排入安全殼外大氣，系統形成自然循環。整個過程無需核
電站操作員幹預，並且系統是否投運根據安全殼溫度自動選擇，實現完全意義上的非能動，大大緩解事故時人為幹預因素，不依賴外部能源實現安全殼冷卻功能。在換熱器內冷卻水沸騰以前，確保無法形成液態冷卻水的自然循環，增長冷卻水在換熱器內的貯存時間，換熱器內的水與外部冷卻水箱維持相同的液位。殼內高溫空氣、水蒸氣等混合氣體足以將換熱器內冷卻水加熱至沸騰狀態，換熱器內液位隨之下降，殼外冷卻水箱的冷卻水得以進入到換熱器進行補償蒸發掉的水蒸氣，由此形成自然循環，實現非能動直接蒸髮式的冷卻功能。為了收集上升過程中的液態水，增加該系統的運行時間，可以採用多種方式對上升過程中的冷卻水進行收集。
以下介紹幾種具體的實施例。
實施例I
如圖I所示，雙層混凝土安全殼非能動直接蒸髮式冷卻系統包括設在安全殼6內部的換熱器I，以及通過安全殼貫穿件4用管道與所述換熱器I相連接的設置在安全殼6外部的冷卻水箱3，換熱器I上設有用於連接單個光管的聯箱7、8。所述的換熱器I與汽水分離器2相連接，換熱器I產生的高溫蒸汽通過汽水分離器2後直接排入安全殼外大氣環境。本實施例的汽水分離器2位於安全殼6的內部，汽水分離器2連接穿過安全殼貫穿件4與大氣相通的上升管道，並通過穿過安全殼貫穿件4的下降管道與安全殼外的所述冷卻水箱3連接。汽水分離器2分離出的高溫蒸汽經上升管道排入安全殼外大氣環境，汽水分離器2分離出的液態水經下降管道進入所述冷卻水箱3內進行循環利用。在所述換熱器I與冷卻水箱3相連接的管道位於安全殼6外側的管段上設有隔離閥5，汽水分離器2的上升管道和下降管道位於安全殼6外側的管段上也分別設有隔離閥5，在安全殼內設備發生破損時進行隔離阻止安全殼內放射性物質外洩，保持核電站第三道屏障一安全殼的完整性。
所述的冷卻水箱3與安全殼外大氣連通,冷卻水箱3的上部設有防塵罩,防塵罩上設有若干個開口向下的彎管9，保證所述冷卻水箱3液位在安全殼需要進行熱量導出時順利下降，從而保證自然循環的建立。
實施例2
如圖2所示，雙層混凝土安全殼非能動直接蒸髮式冷卻系統包括設在安全殼6內部的換熱器I，以及通過安全殼貫穿件4用管道與所述換熱器I相連接的設置在安全殼6外部的冷卻水箱3，換熱器I上設有用於連接單個光管的聯箱7、8。所述的換熱器I與汽水分離器2相連接，換熱器I產生的高溫蒸汽通過汽水分離器2後直接排入安全殼外大氣環境。本實施例的汽水分離器2位於安全殼6的內部，汽水分離器2連接穿過安全殼貫穿件與大氣相通的上升管道，並通過下降管道與所述換熱器I連接；汽水分離器2分離出的高溫蒸汽經上升管道排入安全殼外大氣環境，汽水分離器2分離出的液態水經下降管道回流至所述換熱器I內進行循環利用。在所述換熱器I與冷卻水箱3相連接的管道位於安全殼6外側的管段上設有隔離閥5，汽水分離器2的上升管道位於安全殼6外側的管段上也設有隔離閥5，在安全殼內設備發生破損時進行隔離阻止安全殼內放射性物質外洩，保持核電站第三道屏障一安全殼的完整性。
所述的冷卻水箱3與安全殼外大氣連通,冷卻水箱3的上部設有防塵罩,防塵罩上設有若干個開口向下的彎管9，保證所述冷卻水箱3液位在安全殼需要進行熱量導出時順利下降，從而保證自然循環的建立。
實施例3
如圖3所示，雙層混凝土安全殼非能動直接蒸髮式冷卻系統包括設在安全殼6內·部的換熱器I，以及通過安全殼貫穿件4用管道與所述換熱器I相連接的設置在安全殼6外部的冷卻水箱3，換熱器I上設有用於連接單個光管的聯箱7、8。所述的換熱器I與汽水分離器2相連接，換熱器I產生的高溫蒸汽通過汽水分離器2後直接排入安全殼外大氣環境。本實施例的汽水分離器2位於安全殼6的外部，汽水分離器2連接與大氣相通的上升管道，並通過下降管道與所述冷卻水箱3連接；汽水分離器2分離出的高溫蒸汽經上升管道排入大氣環境，汽水分離器3分離出的液態水經下降管道進入所述冷卻水箱3內進行循環利用。在所述換熱器I與冷卻水箱3相連接的管道位於安全殼6外側的管段上設有隔離閥5，換熱器I與汽水分離器2相連接的管道位於安全殼外側的管段上也設有隔離閥5，在安全殼內設備發生破損時進行隔離阻止安全殼內放射性物質外洩，保持核電站第三道屏障一安全殼的完整性。
所述的冷卻水箱3與安全殼外大氣連通，冷卻水箱3的上部設有防塵罩，防塵罩上設有若干個開口向下的彎管9，保證所述冷卻水箱3液位在安全殼需要進行熱量導出時順利下降，從而保證自然循環的建立。
本發明以上各個實施例中的換熱器I均可以用換熱器組進行替換，採用換熱器組可進一步加大安全殼內部的換熱量。
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
1.一種雙層混凝土安全殼非能動直接蒸髮式冷卻系統，包括設在安全殼(6)內部的換熱器(1)，以及通過安全殼貫穿件(4)用管道與所述換熱器(I)相連接的設置在安全殼(6)外部的冷卻水箱(3)，其特徵在幹所述的換熱器(I)與汽水分離器(2)相連接，換熱器(I)產生的高溫蒸汽通過汽水分離器(2)後直接排入安全殼外大氣環境；在所述換熱器(I)與冷卻水箱(3)相連接的管道位於安全殼外側的管段上設有隔離閥(5)。
2.如權利要求
I所述的雙層混凝土安全殼非能動直接蒸髮式冷卻系統，其特徵在於所述的冷卻水箱(3)內液位標高的設定應避免単相水在安全殼低溫時形成自然循環，延長冷卻水在換熱器內的停留時間。
3.如權利要求
2所述的雙層混凝土安全殼非能動直接蒸髮式冷卻系統，其特徵在於在所述換熱器(I)內冷卻水沸騰以前，換熱器(I)內的水與冷卻水箱(3)內的水維持相同的液位。
4.如權利要求
3所述的雙層混凝土安全殼非能動直接蒸髮式冷卻系統，其特徵在於所述的汽水分離器(2)位於安全殼(6)的內部，汽水分離器(2)連接穿過安全殼貫穿件與大氣相通的上升管道，並通過下降管道與所述換熱器(I)連接；汽水分離器(2)分離出的高溫蒸汽經上升管道排入安全殼外大氣環境，汽水分離器(2)分離出的液態水經下降管道回流至所述換熱器(I)內。
5.如權利要求
3所述的雙層混凝土安全殼非能動直接蒸髮式冷卻系統，其特徵在於所述的汽水分離器(2)位於安全殼(6)的內部，汽水分離器(2)連接穿過安全殼貫穿件與大氣相通的上升管道，並通過穿過安全殼貫穿件的下降管道與安全殼外的所述冷卻水箱(3)連接；汽水分離器(2)分離出的高溫蒸汽經上升管道排入安全殼外大氣環境，汽水分離器(2)分離出的液態水經下降管道進入所述冷卻水箱(3)內。
6.如權利要求
4或5所述的雙層混凝土安全殼非能動直接蒸髮式冷卻系統，其特徵在幹在所述的穿過安全殼貫穿件與大氣相通的上升管道位於安全殼外側的管段上設有隔離閥(5)。
7.如權利要求
5所述的雙層混凝土安全殼非能動直接蒸髮式冷卻系統，其特徵在於在所述的汽水分離器(2)與冷卻水箱(3)相連接的下降管道位於安全殼外側的管段上設有隔尚閥(5 )。
8.如權利要求
3所述的雙層混凝土安全殼非能動直接蒸髮式冷卻系統，其特徵在於所述的汽水分離器(2)位於安全殼(6)的外部，汽水分離器(2)連接與大氣相通的上升管道，並通過下降管道與所述冷卻水箱(3)連接；汽水分離器(2)分離出的高溫蒸汽經上升管道排入大氣環境，汽水分離器(3)分離出的液態水經下降管道進入所述冷卻水箱(3)內；在換熱器(I)與汽水分離器(2)相連接的管道位於安全殼外側的管段上設有隔離閥(5)。
9.如權利要求
3所述的雙層混凝土安全殼非能動直接蒸髮式冷卻系統，其特徵在於所述的冷卻水箱(3)與安全殼外大氣連通，冷卻水箱的上部設有防塵罩，防塵罩上設有若干個開ロ向下的彎管。
10.如權利要求
1-9中任意一項所述的雙層混凝土安全殼非能動直接蒸髮式冷卻系統，其特徵在於所述的換熱器(I)可用換熱器組替代。
專利摘要
本發明涉及反應堆設計技術，具體涉及一種雙層混凝土安全殼非能動直接蒸髮式冷卻系統。該系統由設置在安全殼內的換熱器、安全殼外的冷卻水箱以及汽水分離器構成。本發明通過增加冷卻水在換熱器中的停留時間，迫使其發生相變，通過水相變潛熱帶走安全殼內大量熱量。安全殼溫度低於100℃時，系統自然循環流量較低或者為零。當核電站發生嚴重事故安全殼溫度高於100℃時，換熱器內的水受熱膨脹直至蒸發，分離出來的水回到冷卻水箱，蒸汽排入安全殼外大氣，系統投運，形成自然循環。整個過程無需核電站操作員幹預，並且系統是否投運根據安全殼溫度自動選擇，實現完全意義上的非能動，大大降低事故時人為幹預因素，不依賴外部能源實現安全殼冷卻功能。
文檔編號G21C15/16GKCN102737738SQ201210214143
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月25日
發明者李軍, 王志剛, 王曉江, 邢繼 申請人:中國核電工程有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan