一種非能動安全殼熱量導出系統的製作方法

2023-06-05 03:43:51 3

本發明屬於核安全控制技術領域，涉及一種非能動安全殼熱量導出系統。

背景技術：

安全殼是壓水堆核電廠防止放射性裂變物質釋放的最後一道屏障，保證安全殼的完整性在核電廠設計中至關重要。傳統壓水堆核電廠採用能動的安全殼噴淋系統控制各種事故工況下的安全殼壓力和溫度，從而維持安全殼的完整性。

然而，在失去場外電源等超設計基準事故情況下，能動的安全殼噴淋系統無法工作。因此，近年來越來越多的新的反應堆設計方案中採用了非能動技術以導出安全殼內部熱量。例如西屋公司開發的ap600/1000反應堆採用鋼製安全殼和屏蔽廠房之間的環形空間內部的空氣自然流動和鋼製安全殼外表面液膜蒸發的方式導出安全殼內部熱量。又如本申請人的申請號為cn201110437864.6的中國先專利申請也公開了非能動安全殼熱量導出系統，該系統包括設置在安全殼內部的換熱器組，換熱器組的換熱管內的冷卻水經過與安全殼內的高溫混合氣體熱交換後溫度上升，溫度上升的冷卻水經熱交換器組的循環管路傳導，與設置在安全殼外的換熱水箱中的冷卻水進行熱交換而被再次冷卻。這種非能動安全殼熱量導出系統的主要導熱機理是安全殼內混合氣體中的水蒸氣在換熱管表面的冷凝。

但是，當安全殼內混合氣體中有不可凝氣體(如空氣和嚴重事故期間可能產生的氫氣、一氧化碳等)存在的情況下，水蒸氣的冷凝傳熱能力會被嚴重削弱。有資料表明，對於水蒸氣和空氣的混合氣體，當其中空氣品質分數僅為0.5％時，便會導致自然對流條件下的冷凝傳熱係數降低50％。因此，對於上述非能動安全殼熱量導出系統，若能有效降低換熱器組周圍的不可凝氣體含量，則可以有效提升冷凝傳熱能力，提高非能動安全殼熱量導出系統性能。

技術實現要素：

本發明的首要目的是提供一種非能動安全殼熱量導出系統，以通過提高冷凝傳熱效率而提高非能動安全殼熱量導出系統的熱量導出效率。

為實現此目的，在基礎的實施方案中，本發明提供一種非能動安全殼熱量導出系統，所述的熱量導出系統包括安全殼和熱量導出組件，所述的熱量導出組件包括安全殼外置冷卻液箱、循環管路、換熱器組、混合氣體導流管、空氣滯留箱，

所述的換熱器組設置在所述的安全殼內，包括換熱管、換熱器組冷卻液入口、換熱器組冷卻液出口，用於通過所述的換熱管中的冷卻液與所述的混合氣體導流管中導入的安全殼大氣的熱交換，冷卻所述的混合氣體導流管中導入的安全殼大氣，

所述的循環管路分兩段，兩段中的一段的一端連接所述的安全殼外置冷卻液箱，另一端連接所述的換熱器組冷卻液入口；兩段中的另一段的一端連接所述的安全殼外置冷卻液箱，另一端連接所述的換熱器組冷卻液出口，兩段所述的循環管路連接所述的安全殼外置冷卻液箱的位置不同，

所述的安全殼外置冷卻液箱設置在所述的安全殼外，且設置位置高於所述的換熱器組，以使其中裝盛的冷卻液能夠藉助重力作用通過所述的循環管路流入所述的換熱器組中的換熱管，並在熱交換後通過所述的循環管路流回所述的安全殼外置冷卻液箱，

所述的混合氣體導流管設置在所述的安全殼內，兩端開口，上端開口朝向所述的安全殼的上部空間，下端開口伸入所述的空氣滯留箱中，所述的混合氣體導流管的至少一段與所述的換熱管的至少一段通過接觸面相接觸，

所述的空氣滯留箱設置在所述的安全殼的下部空間，其上設置有開孔，所述的開孔用於保持所述的空氣滯留箱與所述的安全殼其它區域的壓力平衡。

在一種優選的實施方案中，本發明提供一種非能動安全殼熱量導出系統，其中所述的熱量導出組件為一組或多組。

在一種優選的實施方案中，本發明提供一種非能動安全殼熱量導出系統，其中所述的循環管路通過換熱管入口聯箱與所述的換熱器組冷卻液入口連接。

在一種優選的實施方案中，本發明提供一種非能動安全殼熱量導出系統，其中所述的循環管路通過換熱管出口聯箱與所述的換熱器組冷卻液出口連接。

在一種優選的實施方案中，本發明提供一種非能動安全殼熱量導出系統，其中所述的循環管路分為循環管路下降段和循環管路上升段，

所述的循環管路下降段位置低於所述的循環管路上升段，其一端連接所述的安全殼外置冷卻液箱，另一端連接所述的換熱器組冷卻液入口；

所述的循環管路上升段一端連接所述的安全殼外置冷卻液箱，另一端連接所述的換熱器組冷卻液出口。

在一種優選的實施方案中，本發明提供一種非能動安全殼熱量導出系統，其中所述的循環管路下降段上設置有閥門，所述的閥門在核電廠正常運行期間處於關閉狀態。

在一種優選的實施方案中，本發明提供一種非能動安全殼熱量導出系統，其中所述的混合氣體導流管直立的設置在所述的安全殼內。

在一種優選的實施方案中，本發明提供一種非能動安全殼熱量導出系統，其中所述的換熱管和所述的混合氣體導流管的橫截面為矩形，所述的接觸面為矩形。

在一種優選的實施方案中，本發明提供一種非能動安全殼熱量導出系統，其中所述的冷卻液為冷卻水。

本發明的有益效果在於，利用本發明的非能動安全殼熱量導出系統，可以通過提高冷凝傳熱效率而提高非能動安全殼熱量導出系統的熱量導出效率。本發明通過將非能動安全殼熱量導出系統換熱管所在區域的空氣等不可凝氣體以非能動原理輸運到安全殼下部空間的方式，降低了非能動安全殼熱量導出系統換熱管所在區域的不可凝氣體含量，從而提高了非能動安全殼熱量導出系統的冷凝傳熱效率。

附圖說明

圖1為示例性的本發明的非能動安全殼熱量導出系統的組成示意圖。

圖2為示例性的本發明的非能動安全殼熱量導出系統中換熱管和混合氣體導流管接觸面的示意圖。

圖3為示例性的本發明的非能動安全殼熱量導出系統中換熱管和混合氣體導流管可能的配合方式的示意圖。

圖4為示例性的本發明的非能動安全殼熱量導出系統的運行原理示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的具體實施方式作出進一步的說明。

示例性的本發明的非能動安全殼熱量導出系統如圖1所示，包括：安全殼21和多組熱量導出組件，其中每組的熱量導出組件包括安全殼外置冷卻水箱1、循環管路下降段2、換熱管入口聯箱3、換熱管出口聯箱5、循環管路上升段6、混合氣體導流管7、空氣滯留箱8、閥門10、換熱器組22。

換熱器組22設置在安全殼21內，包括換熱管4、換熱器組冷卻水入口、換熱器組冷卻水出口，用於通過換熱管4中的冷卻水與混合氣體導流管7中導入的安全殼大氣的熱交換，冷卻混合氣體導流管7中導入的安全殼大氣。

循環管路下降段2位置低於循環管路上升段6，其一端連接安全殼外置冷卻水箱1，另一端通過換熱管入口聯箱3連接換熱器組冷卻水入口。循環管路下降段2上設置有閥門10，閥門10在核電廠正常運行期間處於關閉狀態。

循環管路上升段6一端連接安全殼外置冷卻水箱1，另一端通過換熱管出口聯箱5連接換熱器組冷卻水出口。

循環管路下降段2和循環管路上升段6連接安全殼外置冷卻水箱1的位置不同。

安全殼外置冷卻水箱1設置在安全殼21外，且設置位置高於換熱器組22，以使其中裝盛的冷卻水能夠藉助重力作用通過循環管路下降段2流入換熱器組22中的換熱管4，並在熱交換後通過循環管路上升段6流回安全殼外置冷卻水箱1。

混合氣體導流管7直立的設置在安全殼21內，兩端開口，上端開口朝向安全殼21的上部空間，下端開口伸入空氣滯留箱8中。

如圖2所示，混合氣體導流管7的至少一段與換熱管4的至少一段通過接觸面9相接觸，換熱管4的其它表面和部分暴露在安全殼大氣中。如圖3所示，當混合氣體導流管7和換熱管4的橫截面均為矩形時，它們的接觸面9也是矩形，此時換熱管4的其它面12、13、14暴露在安全殼大氣中。

空氣滯留箱8設置在安全殼21的下部空間，其上設置有開孔11，開孔11用於保持空氣滯留箱8與安全殼21其它區域的壓力平衡。

上述示例性的本發明的非能動安全殼熱量導出系統的運行原理如圖4所示。

在核電廠出現破口事故時，大量水蒸氣(嚴重事故期間包含有氫氣等不可凝氣體)進入安全殼21，導致安全殼21升溫升壓。此時操作員開啟閥門10，安全殼外置水箱1中的冷卻水經循環管路下降段2和換熱管入口聯箱3進入到換熱管4，換熱管4中冷卻水通過接觸面9冷卻進入到混合氣體導流管7的安全殼大氣，通過其它表面冷卻換熱管4所在的安全殼大空間的大氣。換熱管4中的冷卻水從而被加熱，在非能動自然原理作用下，經換熱管出口聯箱5和循環管路上升段6返回到安全殼外置水箱1中。進入到混合氣體導流管7中的安全殼大氣經換熱管4中的冷卻，水蒸氣在混合氣體導流管7的內表面凝結，空氣和其它不可凝氣體經過混合氣體導流管7進入空氣滯留箱8中，從而降低了換熱管4所在安全殼大空間的不可凝氣體含量。空氣滯留箱8與安全殼其它區域通過開孔11連接，使得系統運行期間空氣滯留箱8的壓力與安全殼其它區域的壓力平衡，從而保證混合氣體導流管7中被冷卻的氣體可以一直注入到空氣滯留箱8中。

綜上所述，本發明提供了一種可以提高冷凝傳熱效率的非能動安全殼熱量導出系統。

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。上述實施例或實施方式只是對本發明的舉例說明，本發明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式實施，而不偏離本發明的要旨或本質特徵。因此，描述的實施方式從任何方面來看均應視為說明性而非限定性的。本發明的範圍應由附加的權利要求說明，任何與權利要求的意圖和範圍等效的變化也應包含在本發明的範圍內。