專利名稱:一種置頂式壓水堆非能動應(yīng)急余熱排出系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及核電站的安全系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種用于核電站事故工況下的將壓力容器的熱量導(dǎo)出的置頂式壓水堆非能動應(yīng)急余熱排出系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著技術(shù)的成熟核電站的安全性的不斷提高，核電站的建設(shè)逐漸的成為國家發(fā)展的重要能源保障。
目前的核電站中，核反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)是在安全殼中形成反應(yīng)堆堆腔，在堆腔中設(shè)置壓力容器。壓力容器連接有冷管段和熱管段，蒸汽發(fā)生器連接在熱管段和冷管段之間，通過冷管段注入冷卻劑，對壓力容器(反應(yīng)堆堆芯)進(jìn)行常規(guī)的冷卻，然后通過熱管段排出。
為了實現(xiàn)壓水堆的熱量導(dǎo)出功能，通常是利用蒸汽發(fā)生器和余熱排出功能來實現(xiàn)對壓力容器內(nèi)的熱量的導(dǎo)出。現(xiàn)有的熱量導(dǎo)出系統(tǒng)由于需要電源的支持，在失去全部電源 (廠外電源和應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)電源)的狀態(tài)下，這些熱量導(dǎo)出系統(tǒng)就會失效，降低了核電站的安全性。而且，并不是直接對壓力容器內(nèi)的熱量進(jìn)行導(dǎo)出，不利于熱量的直接傳出。

實用新型內(nèi)容

本實用新型要解決的技術(shù)問題在于，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、可有效實現(xiàn)在事故工況下的對壓力容器內(nèi)的熱量直接導(dǎo)出的置頂式壓水堆非能動應(yīng)急余熱排出系統(tǒng)。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種置頂式壓水堆非能動應(yīng)急余熱排出系統(tǒng)，包括安全殼、設(shè)置在所述安全殼內(nèi)的壓力容器，所述壓力容器連接有熱管段和冷管段，該系統(tǒng)還包括設(shè)置在所述安全殼頂部并存儲有冷凝水的貯水箱、以及在所述貯水箱內(nèi)設(shè)置并被所述冷凝水浸沒的至少一個換熱器；所述換熱器的管側(cè)入口位置高于所述換熱器的管側(cè)出口；
所述換熱器的管側(cè)入口通過進(jìn)口管道與所述熱管段連接，并且在所述進(jìn)口管道上設(shè)置進(jìn)口控制閥門；
所述換熱器的管側(cè)出口通過出口管道與所述冷管段連接，并且在所述出口管道上設(shè)置出口控制閥門。
在本實用新型的置頂式壓水堆非能動應(yīng)急余熱排出系統(tǒng)中，所述貯水箱設(shè)有至少一組空氣進(jìn)口和空氣出口，所述空氣進(jìn)口連接有進(jìn)氣管道，所述進(jìn)氣管道的進(jìn)氣口設(shè)置在所述安全殼的外側(cè)；并且所述進(jìn)氣管道上設(shè)有進(jìn)氣控制閥門；
所述空氣出口連接有出氣管道，所述出氣管道的出氣口設(shè)置在所述安全殼的外側(cè)；并且所述出氣管道上設(shè)有出氣控制閥門。
在本實用新型的置頂式壓水堆非能動應(yīng)急余熱排出系統(tǒng)中，所述出氣管道的出氣口的位置高于所述進(jìn)氣管道的進(jìn)氣口的位置。
在本實用新型的置頂式壓水堆非能動應(yīng)急余熱排出系統(tǒng)中，所述貯水箱內(nèi)在所述換熱器的一側(cè)設(shè)有隔板，所述隔板的下端與所述貯水箱的底部之間留有縫隙；所述貯水箱的空氣進(jìn)口和空氣出口分別位于所述隔板的兩側(cè)。
在本實用新型的置頂式壓水堆非能動應(yīng)急余熱排出系統(tǒng)中，所述換熱器包括多個；
所述貯水箱的空氣進(jìn)口為多個，對應(yīng)分別連接有多個所述進(jìn)氣管道；所述進(jìn)氣管道的進(jìn)氣口分布在所述安全殼的不同位置；
所述貯水箱的空氣出口同樣為多個，對應(yīng)連接有多個所述出氣管道；所述出氣管道的出氣口相連通，設(shè)置在所述安全殼的頂部。
在本實用新型的置頂式壓水堆非能動應(yīng)急余熱排出系統(tǒng)中，所述進(jìn)氣控制閥門為安裝在所述安全殼位置處的進(jìn)氣爆破閥；
所述出氣控制閥門為安裝在所述安全殼位置處的出氣爆破閥。
在本實用新型的置頂式壓水堆非能動應(yīng)急余熱排出系統(tǒng)中，所述貯水箱的外側(cè)還設(shè)有將所述貯水箱與所述壓力容器分隔的隔離板。
實施本實用新型具有以下有益效果在事故工況下，壓力容器內(nèi)的水或蒸汽通過熱管段排出進(jìn)入換熱器內(nèi)冷凝，貯水箱內(nèi)的水被換熱器不斷加熱，將蒸汽降溫冷凝，然后再注入冷管段，重新注入到壓力容器內(nèi)，將壓力容器的熱量直接導(dǎo)出。
進(jìn)一步的，貯水箱內(nèi)的水被不斷加熱，通過出氣管道排出到安全殼外的大氣中，依靠貯水箱內(nèi)的水沸騰將熱量傳遞到大氣(最終熱阱)中；在貯水箱內(nèi)的水量持續(xù)減少，直至換熱器露出水面，此時，利用空氣對換熱器進(jìn)行冷卻，進(jìn)而形成有效的空氣冷卻循環(huán)，從而通過蒸汽發(fā)生器將壓力容器熱量導(dǎo)出到安全殼外的最終熱阱(大氣)中，實現(xiàn)了在事故工況下的核電站壓力容器余熱排出的功能，提高了核電站的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明，附圖中
圖1是本實用新型的置頂式壓水堆非能動應(yīng)急余熱排出系統(tǒng)的一個實施例的示意圖；
圖2是本實用新型的置頂式壓水堆非能動應(yīng)急余熱排出系統(tǒng)的工作狀態(tài)模式一的示意圖；
圖3是本實用新型的置頂式壓水堆非能動應(yīng)急余熱排出系統(tǒng)的工作狀態(tài)模式二的示意圖；
圖4是本實用新型的置頂式壓水堆非能動應(yīng)急余熱排出系統(tǒng)的工作狀態(tài)模式三的示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，是本實用新型的置頂式壓水堆非能動應(yīng)急余熱排出系統(tǒng)的一個實施例，可應(yīng)用于核電站的事故應(yīng)急處理。該核電站的核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)是在安全殼10內(nèi)形成反應(yīng)堆堆腔14，在堆腔中設(shè)置壓力容器11。壓力容器11連接有冷管段12和熱管段13 ；當(dāng)然， 在熱管段13和冷管段12上還分別設(shè)有穩(wěn)壓器和主泵等設(shè)備?？梢岳斫獾?，核電站當(dāng)然具有其他配套設(shè)備，在此不作贅述。
如圖所示，該置頂式壓水堆非能動應(yīng)急余熱排出系統(tǒng)包括貯水箱21以及換熱器22。在本實施例中，該換熱器22為兩個，可以理解的，換熱器22的數(shù)量可以根據(jù)需要設(shè)置一個或多個。該換熱器22的管側(cè)入口位置高于其管側(cè)出口，從而有利于形成自然循環(huán)。
該換熱器22的管側(cè)入口通過進(jìn)口管道23與熱管段13連接，并且在進(jìn)口管道23 上設(shè)置進(jìn)口控制閥門231 ；換熱器22的管側(cè)出口通過出口管道M與冷管段12連接，并且在出口管道M上設(shè)置出口控制閥門Ml。利用該置頂式壓水堆非能動應(yīng)急余熱排出系統(tǒng)將壓力容器11的熱量導(dǎo)出到安全殼10外的最終熱阱(大氣)中，實現(xiàn)了在事故工況下的壓力容器11余熱排出的功能。
可以理解的，兩個換熱器22的進(jìn)口管道23可以并聯(lián)連接，同時接入到熱管段13， 而出口管道M也可以并聯(lián)連接，同時接入到冷管段12。當(dāng)然，也可以采用串聯(lián)方式連接。
在本實施例中，該貯水箱21設(shè)置在安全殼10的頂部，并且可以在安全殼10內(nèi)設(shè)置隔離板15，將貯水箱21與壓力容器11進(jìn)行實體隔離，防止事故下放射性物質(zhì)從空氣進(jìn)口、空氣出口泄露出去，增加了系統(tǒng)安全性。
進(jìn)一步的，該貯水箱21設(shè)置有空氣進(jìn)口和空氣出口。在本實施例中，空氣進(jìn)口為兩個，對應(yīng)進(jìn)氣管道25為兩個，分別與空氣進(jìn)口對應(yīng)連接。當(dāng)然，空氣進(jìn)口的數(shù)量還可以根據(jù)需要設(shè)置為一個或多個。對應(yīng)的，進(jìn)氣管道25的進(jìn)氣口分布在安全殼10的不同位置，接入外界的空氣。進(jìn)氣控制閥門251采用安裝在安全殼10上的進(jìn)氣爆破閥，在需要時，打開進(jìn)氣爆破閥即可接入外界空氣。
該空氣出口為兩個，對應(yīng)的出氣管道沈也為兩個，分別與空氣出口連接，將貯水箱21內(nèi)的蒸汽排出。在本實施例中，出氣管道沈的出氣口相連通，并設(shè)置在安全殼10的頂部，而進(jìn)氣管道25的進(jìn)氣口的位置低于出氣口的位置，形成煙@效應(yīng)，更加有利于蒸汽或熱空氣的排出。出氣控制閥門261也可以采用安裝在安全殼10上的出氣爆破閥，在需要時，打開出氣爆破閥即可排出貯水箱21內(nèi)的蒸汽或熱空氣。當(dāng)然，出氣管道沈的出氣口也可以分開設(shè)置，貯水箱21的空氣出口、出氣管道沈的數(shù)量也可以根據(jù)需要設(shè)置為一個或多個。
進(jìn)一步的，為了增加空氣對流能力，在貯水箱21內(nèi)設(shè)置有隔板27。該隔板27的下端與貯水箱21的底部之間留有縫隙，而貯水箱21的空氣進(jìn)口和空氣出口分別位于該隔板 27的兩側(cè)，從而在貯水箱21的水蒸干后，起到空氣的導(dǎo)流作用，以增強(qiáng)空氣對流能力，提高換熱效率。當(dāng)然，隔板27的高度、數(shù)量可以根據(jù)實際要求進(jìn)行設(shè)計修改。
反應(yīng)堆在正常工況下運(yùn)行時，系統(tǒng)是不啟動的。進(jìn)氣控制閥門251、出氣控制閥門 261關(guān)閉，連接熱管段13和冷管段12的進(jìn)口控制閥門231、出口控制閥門241也關(guān)閉，該應(yīng)急余熱排出系統(tǒng)不影響核電站原有的系統(tǒng)功能。
需要該系統(tǒng)啟動時，操作員手動啟動或者其他信號觸發(fā)該系統(tǒng)啟動。連接熱管段 13和冷管段12的進(jìn)口控制閥門231、出口控制閥門Ml同時打開，建立自然循環(huán)回路。進(jìn)氣控制閥門251和出氣控制閥門261打開，貯水箱21跟大氣連通。壓力容器11的熱水和 /或水蒸氣通過進(jìn)口管道23進(jìn)入換熱器22，由換熱器22進(jìn)行冷卻，冷卻后的水密度變大， 往下流到出口管道對，進(jìn)入冷管段12為熱管段13的水進(jìn)入補(bǔ)充，形成自然循環(huán)。
由于換熱器22的加熱作用，貯水箱21里水的溫度不斷上升，直到沸騰。這個過程會吸收一些熱量。水沸騰后將能大量地將熱量通過出氣管道沈傳到大氣，貯水箱21里的水會逐漸減少。在水從初始溫度被加熱到沸騰，再慢慢被蒸干的這段時間里，系統(tǒng)對壓力容器11的冷卻能力是很強(qiáng)的，正好跟堆芯產(chǎn)生余熱較多的初始階段相匹配。這時換熱器22 的工作狀態(tài)是模式一，如圖2所示。
隨著水箱里的水逐漸變少，換熱器22換熱能力逐漸降低。當(dāng)液位低于隔板27的下端時，空氣冷卻循環(huán)通道形成，外界冷空氣從進(jìn)氣管道25進(jìn)入，對換熱器22進(jìn)行風(fēng)冷，換熱后的空氣經(jīng)出氣管道沈排出到外界大氣，這時水冷和空冷同時進(jìn)行?？諝饫鋮s的形成增加了換熱器22的冷卻能力，同時也充分利用了設(shè)備的冷卻能力。這時換熱器22的工作狀態(tài)是模式二，如圖3所示。
貯水箱21里的水被蒸干后，系統(tǒng)進(jìn)入空氣冷卻階段?？諝鈴倪M(jìn)氣管道25進(jìn)入，冷卻換熱器22，冷空氣被加熱上升，從出氣管道沈排出，冷空氣從進(jìn)氣管道25持續(xù)補(bǔ)充，冷卻換熱器22。這時的冷卻能力較之前小了，正好與堆芯排出余熱變小相匹配，這時換熱器22 的工作狀態(tài)時模式三，如圖4所示。
本系統(tǒng)至少具有以下的優(yōu)點
1、非能動的余熱排出系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。該系統(tǒng)不用動力驅(qū)動， 依靠自然循環(huán)，將熱量傳遞到安全殼10外的大氣中。固有安全性保證不存在因為驅(qū)動機(jī)構(gòu)的失效而影響系統(tǒng)功能的問題，減少了系統(tǒng)失效的概率。提高了核電站的安全性。
2、壓力容器11的熱量直接排到安全殼10外的最終熱阱(大氣)中，減少了安全殼 10內(nèi)的熱量，降低了對安全殼10的要求，從而降低了安全殼10的建造成本，提高了核電站的經(jīng)濟(jì)性。
3、系統(tǒng)啟動的前一階段，依靠貯水箱21里水的沸騰將熱量傳到大氣(最終熱阱)， 當(dāng)水被蒸干后，系統(tǒng)依靠空氣將熱量帶走。解決了水箱的水被蒸干后失效的問題。
4、空氣冷卻階段，空氣入口處設(shè)置隔板27，將冷空氣導(dǎo)流到換熱器22的下部。換熱器22將熱量傳遞到冷空氣，冷空氣受熱溫度上升，密度變小往上流動，入口的冷空氣往下補(bǔ)充，從而實現(xiàn)空氣的流動，有利于熱量傳出。
權(quán)利要求
1.一種置頂式壓水堆非能動應(yīng)急余熱排出系統(tǒng)，包括安全殼、設(shè)置在所述安全殼內(nèi)的壓力容器，所述壓力容器連接有熱管段和冷管段，其特征在于，該系統(tǒng)還包括設(shè)置在所述安全殼頂部并存儲有冷凝水的貯水箱、以及在所述貯水箱內(nèi)設(shè)置并被所述冷凝水浸沒的至少一個換熱器；所述換熱器的管側(cè)入口位置高于所述換熱器的管側(cè)出口；所述換熱器的管側(cè)入口通過進(jìn)口管道與所述熱管段連接，并且在所述進(jìn)口管道上設(shè)置進(jìn)口控制閥門；所述換熱器的管側(cè)出口通過出口管道與所述冷管段連接，并且在所述出口管道上設(shè)置出口控制閥門。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的置頂式壓水堆非能動應(yīng)急余熱排出系統(tǒng)，其特征在于，所述貯水箱設(shè)有至少一組空氣進(jìn)口和空氣出口，所述空氣進(jìn)口連接有進(jìn)氣管道，所述進(jìn)氣管道的進(jìn)氣口設(shè)置在所述安全殼的外側(cè)；并且所述進(jìn)氣管道上設(shè)有進(jìn)氣控制閥門；所述空氣出口連接有出氣管道，所述出氣管道的出氣口設(shè)置在所述安全殼的外側(cè)；并且所述出氣管道上設(shè)有出氣控制閥門。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的置頂式壓水堆非能動應(yīng)急余熱排出系統(tǒng)，其特征在于，所述出氣管道的出氣口的位置高于所述進(jìn)氣管道的進(jìn)氣口的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的置頂式壓水堆非能動應(yīng)急余熱排出系統(tǒng)，其特征在于，所述貯水箱內(nèi)在所述換熱器的一側(cè)設(shè)有隔板，所述隔板的下端與所述貯水箱的底部之間留有縫隙；所述貯水箱的空氣進(jìn)口和空氣出口分別位于所述隔板的兩側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1-4所述的置頂式壓水堆非能動應(yīng)急余熱排出系統(tǒng)，其特征在于，所述換熱器包括多個；所述貯水箱的空氣進(jìn)口為多個，對應(yīng)分別連接有多個所述進(jìn)氣管道；所述進(jìn)氣管道的進(jìn)氣口分布在所述安全殼的不同位置；所述貯水箱的空氣出口同樣為多個，對應(yīng)連接有多個所述出氣管道；所述出氣管道的出氣口相連通，設(shè)置在所述安全殼的頂部。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的置頂式壓水堆非能動應(yīng)急余熱排出系統(tǒng)，其特征在于，所述進(jìn)氣控制閥門為安裝在所述安全殼位置處的進(jìn)氣爆破閥；所述出氣控制閥門為安裝在所述安全殼位置處的出氣爆破閥。
7.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的置頂式壓水堆非能動應(yīng)急余熱排出系統(tǒng)，其特征在于，所述貯水箱的外側(cè)還設(shè)有將所述貯水箱與所述壓力容器分隔的隔離板。
專利摘要
本實用新型涉及一種置頂式壓水堆非能動應(yīng)急余熱排出系統(tǒng)，包括安全殼、連接有熱管段和冷管段的壓力容器、設(shè)置在安全殼頂部并存儲有冷凝水的貯水箱、以及在貯水箱內(nèi)設(shè)置并被冷凝水浸沒的至少一個換熱器；換熱器的管側(cè)入口位置高于換熱器的管側(cè)出口；換熱器的管側(cè)入口通過進(jìn)口管道與熱管段連接，并且在進(jìn)口管道上設(shè)置進(jìn)口控制閥門；換熱器的管側(cè)出口通過出口管道與冷管段連接，并且在出口管道上設(shè)置出口控制閥門。在事故工況下，壓力容器內(nèi)的水或蒸汽通過熱管段排出進(jìn)入換熱器內(nèi)被降溫或冷凝，貯水箱內(nèi)的水被換熱器不斷加熱，依靠貯水箱內(nèi)水的沸騰將熱量傳遞到大氣(最終熱阱)中，提高了核電站的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。
文檔編號G21C15/18GKCN202110832SQ201120224674
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月29日
發(fā)明者盧向暉, 林維青, 蔣曉華 申請人:中國廣東核電集團(tuán)有限公司, 中科華核電技術(shù)研究院有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan