一種反應堆的衰變熱排出系統的製作方法

2023-12-11 01:18:17 1

專利名稱:一種反應堆的衰變熱排出系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及核電站反應堆的安全系統設計領域，特別涉及一種小型反應堆的非能動堆芯衰變熱排出系統。
背景技術：
反應堆在正常停堆或事故停堆後，必須通過有效的措施將衰變熱(或稱餘熱)排出堆芯，否則堆芯和壓力邊界將因超溫超壓而損壞。一般，正常停堆時的餘熱排出渠道和事故時的餘熱排出渠道是各自獨立的，前者稱為停堆冷卻系統或正常餘熱排出系統，後者稱為應急冷卻系統或餘熱排出系統。
停堆冷卻系統主要在核電廠冷卻第二階段帶走堆芯和冷卻劑系統的餘熱和顯熱。冷卻第二階段指冷卻劑系統的溫度降到180°C以下、壓力降到3MPa以下的低溫低壓工況。停堆冷卻系統必須工作在冷卻第二階段，那是因為其泵、閥門、熱交換器的設計壓力和設計溫度處於低溫低壓工況。
應急冷卻系統的設計在二代反應堆和三代反應堆中差別很大。
二代反應堆(如大亞灣核電站、秦山一期核電站等)在事故工況下利用輔助給水系統向蒸汽發生器應急供水，排出堆芯餘熱直至達到正常餘熱排出系統投入的運行條件。
三代反應堆(如三門核電站)在事故工況下，利用放置在換料水箱中的餘排熱交換器排出堆芯餘熱。具體地說，該餘排熱交換器和冷卻劑系統相連，其入口管線與冷卻劑系統熱管段相連接，其出口管線與蒸汽發生器下封頭冷腔室相連接，從而餘排熱交換器與冷卻劑系統的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。
簡而言之，二代電站在事故下的餘熱排出依靠外部電源提供動力，蒸汽發生器作為傳熱渠道；三代電站在事故下的餘熱排出依靠自然循環動力，專設的餘排熱交換器作為傳熱渠道。
就事故下餘熱排出而言，三代電站的非能動餘排系統要優於二代電站依靠輔助給水提供的餘熱排出渠道。因為前者一方面是專設安全系統，另一方面不需要外部動力，因此系統的可靠性更高。
然而三代電站的非能動餘排系統也有缺陷:在發生冷卻劑系統破口而導致的失水事故中，由於冷卻劑急速降壓而閃蒸，使餘排系統的自然循環流量急劇下降，從而不可用。因此在三代電站的破口事故分析中，可以不考慮非能動餘排系統對堆芯的冷卻貢獻。

發明內容
本發明的目的在於提供一種能夠在正常停堆時和事故下有效導出堆芯衰變熱的反應堆的衰變熱排出系統。
實現本發明目的的技術方案:一種反應堆的衰變熱排出系統，其包含一個置於壓力容器內並且位於反應堆堆芯上方的的堆內熱交換器，以及一套連接堆內熱交換器並提供循環水的二次迴路系統；所述的二次迴路系統設置在壓力容器外，包括一個與堆內熱交換器通過管路串聯的堆外熱交換器；所述的堆內熱交換器為管殼式熱交換器，殼側走反應堆冷卻劑，管側的出口和入口分別通過出口管線和入口管線與堆外熱交換器的入口和出口連接構成二次迴路。
如上所述的一種反應堆的衰變熱排出系統，其所述的入口管線與循環水泵通過管路並聯。
如上所述的一種反應堆的衰變熱排出系統，其所述的循環水泵在管路上設有控制閥二，控制閥二是常開失效關閥門；所述的入口管線上設置有與循環水泵並聯的止回閥。
如上所述的一種反應堆的衰變熱排出系統，其二次迴路運行於低壓工況3MPa以下。
如上所述的一種反應堆的衰變熱排出系統，其所述的堆內熱交換器為「腎型」結構，包括弧形的內壁、弧形的外壁、兩個半圓形的側壁一和側壁二、扇形的頂蓋；在內壁、夕卜壁、側壁一和側壁二形成的空腔內布置傳熱管組；在頂蓋一端上設有二次側入口接管，二次側入口接管連通傳熱管組與側壁一之間形成的入口水室；在頂蓋另一端上設有二次側出口接管，二次側出口接管連通傳熱管組與側壁二之間形成的出口水室；在頂蓋的中間設有一次側冷卻劑入口接管。
如上所述的一種反應堆的衰變熱排出系統，其二次側入口接管穿過壓力容器並且焊接在壓力容器上，另一端連接入口管線；二次側出口接管穿過壓力容器且焊接在壓力容器上，另一端連接出口管線。
如上所述的一種反應堆的衰變熱排出系統，其所述的傳熱管組包括多根相同形狀的弧形管，以及兩側管板。
如上所述的一種反應堆的衰變熱排出系統，其一次側冷卻劑入口接管與壓力容器內的吊籃連接，該連接處設置止回閥。
本發明的效果在於:
本發明提供的衰變熱排出系統，將堆內熱交換器置於壓力容器內，冷卻劑通過衝刷堆內熱交換器將熱量傳遞給二次迴路。二次迴路屬於低壓迴路，通過連接一個低壓的堆外熱交換器將熱量傳給最終熱阱。由於堆外熱交換器中的循環水不屬於冷卻劑系統，因此堆外熱交換器可以置於安全殼外，這一點對於小型安全殼有較大的價值。此外，在二次迴路中並聯一個低壓循環泵，即可在電源有效時提供循環動力。因為並聯了循環泵，該系統又可作為正常餘熱排出系統使用。另外，在發生破口事故時，由於二次迴路依然是封閉迴路，所以可以有效工作，承擔破口事故時的餘熱排出功能。
本發明提出的衰變熱排出系統，能夠在正常停堆時和事故下有效導出堆芯衰變熱；能夠在冷卻劑系統完整時和冷卻劑系統破口時有效導出堆芯衰變熱。該衰變熱排出系統的二次迴路運行於低壓工況，從而減少高壓迴路和設備。該衰變熱排出系統的堆外熱交換器可以置於安全殼外，從而不必在安全殼內放置冷卻水源，極大地節省安全殼空間。該衰變熱系統的堆內熱交換器能極大地利用壓力容器內空間，且流動阻力小，支撐結構簡單。


圖1為本發明所述的反應堆衰變熱排出系統示意圖；
圖2為本發明所述的堆內熱交換器示意圖；[0024]圖3圖2的剖視圖。
圖中:1-反應堆堆芯；2_壓力容器；3_堆內熱交換器；4_出口管線；5_控制閥一 ；6_止回閥；7_堆外熱交換器；8_給水入管；9_給水出管；10_控制閥二 ；11_循環水泵；12-入口管線；13_止回閥；14 二次側入口接管；15_ —次側冷卻劑入口接管；16_內壁；17-二次側出口接管；18_外壁；19-傳熱管組；20_出口水室；21_入口水室；22_側壁一；23-側壁二 ；24_頂蓋。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明所述的一種反應堆的衰變熱排出系統作進一步描述。
如圖1所示，本發明所述的一種反應堆的衰變熱排出系統包含一個置於壓力容器2內、位於反應堆堆芯I上方的堆內熱交換器3，以及一套連接堆內熱交換器3並提供循環水的二次迴路系統；
所述的二次迴路系統設置在壓力容器2外，包括一個與堆內熱交換器3通過管路串聯的堆外熱交換器7，利用自然循環動力將衰變熱通過堆外熱交換器7排到最終熱阱。該堆外熱交換器7的冷卻可以通過連接給水入管8和給水出管9，引入外部水源實現。
所述的堆內熱交換器3為「腎型」結構，如圖2和圖3所示，包括弧形的內壁16、弧形的外壁18、兩個半圓形的側壁一 22和側壁二 23、扇形的頂蓋24 ;在內壁16、外壁18、側壁一 22和側壁二 23形成的空腔內布置傳熱管組19。在頂蓋24 —端上設有二次側入口接管14，二次側入口接管14連通傳熱管組19與側壁一 22之間形成的入口水室21。在頂蓋24另一端上設有二次側出口接管17，二次側出口接管17連通傳熱管組19與側壁二 23之間形成的出口水室20。在頂蓋24的中間設有一次側冷卻劑入口接管15。傳熱管組19包括多根相同形狀的弧形管，以及兩側管板。
堆內熱交換器3的殼側走一次側冷卻劑(反應堆冷卻劑)。即一次側冷卻劑入口接管15與壓力容器內的吊籃連接，該連接處可設置止回閥，從而在正常情況下，冷卻劑不會從一次側冷卻劑入口接管15倒流進入吊籃。一次側冷卻劑入口接管15是一次側冷卻劑流入堆內熱交換器3的傳熱區的通道。堆內熱交換器3的最下方是通透的，一次側冷卻劑在流過傳熱管組之後可直接流出。
堆內熱交換器3的管側的出口和入口分別通過出口管線4和入口管線12與堆外熱交換器7的入口和出口連接構成二次迴路，即二次側入口接管14連接入口管線12，二次側出口接管17連接出口管線4。
入口管線12與循環水泵11通過管路並聯。循環水泵11在管路上設有控制閥二10，控制閥二 10是常開失效關閥門。入口管線12上還設置有與循環水泵11並聯的止回閥
13。循環水泵11在電源可用時提供循環動力。二次迴路運行於低壓工況(3MPa以下)。
在出口管線4上設置有控制閥一 5和止回閥6，控制閥一 5是常閉失效開閥門。上述二次側入口接管14和二次側出口接管17分別穿過壓力容器並且焊接在壓力容器上。
另外，可以將多套本發明所述的反應堆的衰變熱排出系統布置在壓力容器2內。例如:在壓力容器和吊籃之間的環腔內均布了三臺堆內熱交換器3，從而有三套衰變熱排出系統。[0035]本發明所述的一種反應堆的衰變熱排出系統工作時:
反應堆在正常運行時，由於一次側冷卻劑入口接管15與吊籃連接處設置了止回閥，因此堆內熱交換器3並不參與冷卻劑循環。當發生事故後，冷卻劑失去主泵提供的循環動力，從而吊籃內的熱水通過一次側冷卻劑入口接管15進入堆內熱交換器3 (連接主泵的冷卻劑迴路由於阻力過大處於停滯狀態)。冷卻劑衝刷堆內熱交換器的傳熱管組19之後，變冷，直接流入下降段環腔的下部，然後繞過下部的堆芯支撐板進入堆芯，變熱，往上流動，形成一個自然循環迴路。
該系統的二次迴路如果循環水泵可用，則循環水泵提供動力；如果循環水泵不可應用，則利用水密度差提供的自然循環動力。二次迴路的堆外熱交換器可以通過多種方式與最終熱阱連接，比如直徑浸泡於最終熱阱中，或通過管線與最終熱阱連接，其視實際應用而定。
另外，可以將多套本發明所述的反應堆的衰變熱排出系統布置在壓力容器2內。例如:在壓力容器和吊籃之間的環腔內均布了三臺堆內熱交換器3，三臺堆內熱交換器3分別連接三套二次迴路系統，從而設置成三套衰變熱排出系統。
權利要求
1.一種反應堆的衰變熱排出系統，其特徵在於:它包含一個置於壓力容器(2)內並且位於反應堆堆芯(I)上方的的堆內熱交換器(3)，以及一套連接堆內熱交換器(3)並提供循環水的二次迴路系統； 所述的二次迴路系統設置在壓力容器(2)外，包括一個與堆內熱交換器(3)通過管路串聯的堆外熱交換器(7); 所述的堆內熱交換器(3)為管殼式熱交換器，殼側走反應堆冷卻劑，管側的出口和入口分別通過出口管線(4)和入口管線(12)與堆外熱交換器(7)的入口和出口連接構成二次迴路。
2.根據權利要求
1所述的一種反應堆的衰變熱排出系統，其特徵在於:所述的入口管線(12 )與循環水泵(11)通過管路並聯。
3.根據權利要求
2所述的一種反應堆的衰變熱排出系統，其特徵在於:所述的循環水泵(11)在管路上設有控制閥二(10)，控制閥二(10)是常開失效關閥門；所述的入口管線(12)上設置有與循環水泵(11)並聯的止回閥(13)。
4.根據權利要求
1所述的一種反應堆的衰變熱排出系統，其特徵在於:二次迴路運行於低壓工況3MPa以下。
5.根據權利要求
1所述的一種反應堆的衰變熱排出系統，其特徵在於:所述的堆內熱交換器(3)為「腎型」結構，包括弧形的內壁(16)、弧形的外壁(18)、兩個半圓形的側壁一(22)和側壁二(23)、扇形的頂蓋(24);在內壁(16)、外壁(18)、側壁一(22)和側壁二(23)形成的空腔內布置傳熱管組(19)；在頂蓋(24) —端上設有二次側入口接管(14)，二次側入口接管(14)連通傳熱管組(19)與側壁一(22)之間形成的入口水室(21);在頂蓋(24)另一端上設有二次側出口接管(17), 二次側出口接管(17)連通傳熱管組(19)與側壁二(23)之間形成的出口水室(20); 在頂蓋(24)的中間設有一次側冷卻劑入口接管(15)。
6.根據權利要求
5所述的一種反應堆的衰變熱排出系統，其特徵在於:二次側入口接管(14)穿過壓力容器並且焊接在壓力容器(2)上，另一端連接入口管線(12);二次側出口接管(17)穿過壓力容器且焊接在壓力容器(2)上，另一端連接出口管線(4)。
7.根據權利要求
5所述的一種反應堆的衰變熱排出系統，其特徵在於:所述的傳熱管組(19)包括多根相同形狀的弧形管，以及兩側管板。
8.根據權利要求
5所述的一種反應堆的衰變熱排出系統，其特徵在於:一次側冷卻劑入口接管(15)與壓力容器(2)內的吊籃連接，該連接處設置止回閥。
專利摘要
本發明提供一種反應堆的衰變熱排出系統，其包含一個置於壓力容器內並且位於反應堆堆芯上方的堆內熱交換器，以及一套連接堆內熱交換器並提供循環水的二次迴路系統；所述的二次迴路系統設置在壓力容器外，包括一個與堆內熱交換器通過管路串聯的堆外熱交換器；所述的堆內熱交換器為管殼式熱交換器，殼側走反應堆冷卻劑，管側的出口和入口分別通過出口管線和入口管線與堆外熱交換器的入口和出口連接構成二次迴路。本發明提出的衰變熱排出系統，能夠在正常停堆時和事故下有效導出堆芯衰變熱；能夠在冷卻劑系統完整時和冷卻劑系統破口時有效導出堆芯衰變熱。堆內熱交換器能極大地利用壓力容器內空間，且流動阻力小，支撐結構簡單。
文檔編號G21C15/18GKCN103165200SQ201310012011
公開日2013年6月19日 申請日期2013年1月14日
發明者申屠軍, 廖亮, 林千, 司勝義 申請人:上海核工程研究設計院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan