專利名稱:一種先進的二次側(cè)堆芯熱量導出裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于反應堆設計技術，具體涉及一種先進的二次側(cè)堆芯熱量導出裝置。
背景技術：
反應堆停堆后，由于堆芯的剩余裂變以及裂變產(chǎn)物衰變產(chǎn)生的熱量在很長一段時間內(nèi)仍需要排出，否則會導致冷卻劑沸騰甚至堆芯熔化的嚴重事故。在傳統(tǒng)壓水堆核電廠設計中，通常采用能動的方式給蒸汽發(fā)生器補水。即能動型二次側(cè)余熱排出系統(tǒng)，能動二次側(cè)余熱排出系統(tǒng)是在電源供給有保障的情況下，通過輔助給水泵驅(qū)動蒸汽發(fā)生器二次側(cè)給水進行強迫循環(huán)，將堆芯余熱導出，并送至最終熱阱。能動二次側(cè)余熱排出系統(tǒng)換熱效率高，但在發(fā)生全廠斷電時，正常電源和可靠電源供電同時喪失，系統(tǒng)就喪失排出堆芯余熱的 功能。所以能動二次側(cè)余熱排出系統(tǒng)受電源可靠性影響較大，安全性差。
傳統(tǒng)能動型二次側(cè)余熱排出系統(tǒng)采用汽動泵與電動泵相結(jié)合的方案，隨著技術的不斷進步，汽動泵逐漸顯現(xiàn)出它的缺點和不足。單從設備材料價格分析，汽動給水泵投資費用就高出電動給水泵投資費用7%，如果再考慮汽動給水泵及其相關系統(tǒng)占地面積大約是電動給水泵的2倍，占用空間高度至少是電動泵的3倍，汽動給水泵投資費用比電動給水泵投資費用高出I倍以上；另外電動給水泵的維修費用僅為汽動給水泵的25%。
非能動技術是20世紀80年代發(fā)展起來的新技術，其特點是經(jīng)濟、簡單且可靠性高，使反應堆的固有安全性大大提高，通常應用于第三代核電站。典型代表堆型是AP1000、APR-1400。我國引進的第三代核電站AP1000設置了非能動余熱排出系統(tǒng)，該系統(tǒng)是通過冷卻一回路冷卻劑，將堆芯的熱量導出，如圖I所示，圖中，I為蒸汽發(fā)生器，2為反應堆壓力容器，3為安全殼內(nèi)置換料水箱，4為非能動余熱排出熱交換器，5為穩(wěn)壓器。在非LOCA事件時，非能動余熱排出熱交換器4將應急排出堆芯余熱。該熱交換器由一組連接在管板上的C型管束和布置在上部(入口)和底部(出口的)封頭組成。熱交換器的入口管線與反應堆冷卻劑系統(tǒng)熱管段相連接，出口管線與蒸汽發(fā)生器I的下封頭冷腔室相連接，它們與反應堆冷卻劑系統(tǒng)熱管段和冷管段組成了一個非能動余熱排出的自然循環(huán)回路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提高核電站的安全水平，提供一種先進的二次側(cè)堆芯熱量導出裝置，將能動與非能動的技術手段相結(jié)合，保證在事故情況下堆芯熱量的長期導出，緩解嚴重事故后果。
本發(fā)明的技術方案如下一種先進的二次側(cè)堆芯熱量導出裝置，包括非能動子系統(tǒng)和能動子系統(tǒng)，其中，所述的非能動子系統(tǒng)包括若干個非能動余熱排出系列，每個非能動余熱排出系列與一個反應堆環(huán)路的蒸汽發(fā)生器相對應，包括一臺非能動余熱排出冷卻器，非能動余熱排出冷卻器的上游蒸汽管線連接蒸汽發(fā)生器的主蒸汽管道，其下游凝水管線與蒸汽發(fā)生器的主給水管道連接，非能動余熱排出冷卻器置于事故冷卻水箱內(nèi)，在非能動余熱排出冷卻器的上游蒸汽管線和下游凝水管線之間還設有非能動補水箱；所述的能動子系統(tǒng)包括兩個冗余的供水系列，每個供水系列的一端連接非能動子系統(tǒng)的事故冷卻水箱，另一端與蒸汽發(fā)生器的主給水管道相連接。
進一步，如上所述的先進的二次側(cè)堆芯熱量導出裝置，其中，所述的能動子系統(tǒng)的兩個供水系列中，一個供水系列包括兩臺并聯(lián)的50%容量的電動泵，另一個供水系列包括兩臺并聯(lián)的50%容量的汽動泵；兩臺電動泵由應急電源供電，兩臺汽動泵由蒸汽發(fā)生器主蒸汽隔離閥上游的主蒸汽管線供汽；兩臺電動泵和兩臺汽動泵的排出管合并成一條母管后，分別與各蒸汽發(fā)生器的主給水管道連接。
進一步，如上所述的先進的二次側(cè)堆芯熱量導出裝置，其中，所述的能動子系統(tǒng)的每臺電動泵和汽動泵的排出管上分別設有止回閥。
進一步，如上所述的先進的二次側(cè)堆芯熱量導出裝置，其中，所述的能動子系統(tǒng)的兩個供水系列中，每個供水系列包括兩臺并聯(lián)的50%容量的電動泵，四臺電動泵由應急電源供電；四臺電動泵的排出管合并成一條母管后，分別與各蒸汽發(fā)生器的主給水管道連接； 每臺電動泵的排出管上分別設有止回閥。
進一步，如上所述的先進的二次側(cè)堆芯熱量導出裝置，其中，在所述的非能動余熱排出冷卻器與蒸汽發(fā)生器的主蒸汽管道連接的蒸汽管線上設有一個隔離閥，與蒸汽發(fā)生器的主給水管道連接的凝水管線上設有兩個并聯(lián)的隔離閥，兩個并聯(lián)的隔離閥下游設置一個止回閥。
進一步，如上所述的先進的二次側(cè)堆芯熱量導出裝置，其中，在所述的非能動補水箱與非能動余熱排出冷卻器的上游蒸汽管線相連接的管線上設有一個隔離閥，與非能動余熱排出冷卻器的下游凝水管線相連接的管線上設有兩個并聯(lián)的隔離閥，兩個并聯(lián)的隔離閥下游設置一個止回閥。
本發(fā)明的有益效果如下
(I)采用能動與非能動相結(jié)合的二次側(cè)余熱導出方案排出堆芯的熱量，提高了反應堆的安全性；
(2)系統(tǒng)保證在事故工況下能動高效的排出堆芯余熱，以及在事故情況下長期非能動的排出堆芯余熱，改進傳統(tǒng)能動型核電廠對安全級電源的依賴，提高電廠的安全性；
(3)設置事故冷卻水箱作為能動子系統(tǒng)和非能動子系統(tǒng)的供水水源，整合了水源配置，簡化了系統(tǒng)設置，節(jié)約了工程造價；
(4)由于采用非能動系統(tǒng)，可以滿足系統(tǒng)設置多樣性的要求，從而可以采用電動泵代替汽動泵，不僅在投資費用和維修費用上節(jié)省大量資金，另外也減少的占地面積，為布置提供了更有利的條件；
(5)大大降低了人因失誤的可能性；
(6)可以顯著降低堆芯損壞概率及大量放射性向環(huán)境釋放概率。


圖I為現(xiàn)有技術中AP1000的非能動余熱排出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為先進的二次側(cè)堆芯熱量導出裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
[0021]本發(fā)明所提供的先進的二次側(cè)堆芯熱量導出裝置，在核電站發(fā)生事故的情況下，當主給水設施不能使用時，通過能動的方式，依靠能動子系統(tǒng)，將堆芯內(nèi)的熱量導出。在發(fā)生全廠斷電事故且能動子系統(tǒng)汽動泵喪失的情況下，非能動子系統(tǒng)自動投入運行，并建立穩(wěn)定的兩相自然循環(huán)流動，同時一回路冷卻劑也形成穩(wěn)定的自然循環(huán)流動，最終通過一回路和二回路的自然循環(huán)流動將堆芯熱量傳遞到作為最終熱阱的事故冷卻水箱。
能動子系統(tǒng)是在電源有保障的情況下，通過給水泵強迫將堆芯余熱導出，非能動設計是利用二回路和冷卻回路冷熱工質(zhì)的密度差，以及冷熱工質(zhì)豎直位差，來建立自然循環(huán)。采用能動與非能動相結(jié)合的方案能夠應對設計基準事故和嚴重事故下主給水喪失，維持堆芯熱量的長期導出。
非能動子系統(tǒng)包括若干個非能動余熱排出系列，每個非能動余熱排出系列與一個反應堆環(huán)路的蒸汽發(fā)生器相對應，包括一臺非能動余熱排出冷卻器，非能動余熱排出冷卻器的上游蒸汽管線連接蒸汽發(fā)生器的主蒸汽管道，其下游凝水管線與蒸汽發(fā)生器的主給水管道連接，非能動余熱排出冷卻器置于事故冷卻水箱內(nèi)，在非能動余熱排出冷卻器的上游蒸汽管線和下游凝水管線之間還設有非能動補水箱。能動子系統(tǒng)包括兩個冗余的供水系 列，每個供水系列的一端連接所有非能動子系統(tǒng)的事故冷卻水箱，另一端與蒸汽發(fā)生器的主給水管道相連接。能動子系統(tǒng)的兩個供水系列可分別從若干個非能動余熱排出系列的事故冷卻水箱取水。
采用能動與非能動相結(jié)合的二次側(cè)余熱排出系統(tǒng)來提高核電廠的安全水平是先進核電站設計的趨勢，本發(fā)明能夠保證在事故情況下堆芯熱量的長期導出，保證了堆芯的完整性，緩解嚴重事故后果。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。
實施例
如圖2所示，能動子系統(tǒng)有兩個冗余的供水系列，一種具體的實施方式中，可以包括電動泵子系統(tǒng)和汽動泵子系統(tǒng)，以及與泵吸入管和排出管有關的閥門等。其中，一個供水系列包括兩臺并聯(lián)的50%容量的電動泵6，另一個供水系列包括兩臺并聯(lián)的50%容量的汽動泵7，每臺電動泵和汽動泵的排出管上分別設有止回閥；兩臺電動泵6由應急電源供電，兩臺汽動泵7由蒸汽發(fā)生器主蒸汽隔離閥上游的主蒸汽管線供汽；兩臺電動泵6和兩臺汽動泵7的排出管合并成一條母管后，可以分別與多臺蒸汽發(fā)生器的主給水管道連接。給水泵從非能動子系統(tǒng)的事故冷卻水箱中吸水。在失去主給水的情況下，水泵能夠提供足夠的流量，以導出堆芯余熱，防止冷卻劑通過穩(wěn)壓器卸壓閥泄出和蒸汽發(fā)生器管板裸露。
在主給水系統(tǒng)發(fā)生事故時，能動子系統(tǒng)投入運行，向蒸汽發(fā)生器供水，反應堆冷卻劑系統(tǒng)的熱量通過蒸汽發(fā)生器傳給二回路系統(tǒng)，二回路系統(tǒng)通過汽輪機旁通系統(tǒng)排入凝汽器或排向大氣冷卻。這樣導出堆芯余熱，直到反應堆冷卻劑系統(tǒng)達到正常余熱排出系統(tǒng)可投入運行的工況。
在能動子系統(tǒng)的另一種實施方式中，將兩臺汽動泵用電動泵替代，即每個供水系列包括兩臺并聯(lián)的50%容量的電動泵，四臺電動泵由應急電源供電，每臺電動泵的排出管上分別設有止回閥；四臺電動泵的排出管合并成一條母管后，可以分別與多臺蒸汽發(fā)生器的主給水管道連接。這種方式可以明顯降低設備的投資和維護成本，并減少系統(tǒng)的占地面積。能動子系統(tǒng)中之所以能采用電動泵替代汽動泵，實現(xiàn)成本的降低，主要是因為非能動子系統(tǒng)的結(jié)合設置，保證了系統(tǒng)設置多樣性的要求。
非能動子系統(tǒng)包括若干個非能動余熱排出系列，反應堆每個環(huán)路的蒸汽發(fā)生器二次側(cè)都設置一個非能動余熱排出系列，每個系列包括一臺非能動余熱排出冷卻器13，非能動余熱排出冷卻器13的上游蒸汽管線連接蒸汽發(fā)生器8的主蒸汽管道10，其下游凝水管線與蒸汽發(fā)生器8的主給水管道9連接，非能動余熱排出冷卻器13置于事故冷卻水箱12內(nèi)，在非能動余熱排出冷卻器13的上游蒸汽管線和下游凝水管線之間還設有非能動補水箱11。
在發(fā)生全廠斷電事故且能動子系統(tǒng)汽動泵系列失效工況下，非能動子系統(tǒng)投入運行，在不超過規(guī)定的燃料設計限值和冷卻劑壓力邊界設計條件的前提下，導出堆芯余熱及反應堆冷卻劑系統(tǒng)各設備的儲熱，在72小時內(nèi)將反應堆維持在安全的停堆狀態(tài)。
蒸汽管線與非能動余熱排出冷卻器13入口接管嘴相連，非能動余熱排出冷卻器13布置在事故冷卻水箱12中。在整個運行期間，要求非能動余熱排出冷卻器13浸泡在水中，不允許裸露。凝水管由非能動余熱排出冷卻器出口引出，凝水管出口與蒸汽發(fā)生器的主 給水管道和輔助給水管道相連。凝水管道上設置了兩個并聯(lián)的常關氣動隔離閥，實現(xiàn)系統(tǒng)備用期間的隔離，同時保證在需要系統(tǒng)投入時凝水管線能夠順利連通，下游設置一個止回閥，以防止蒸汽發(fā)生器給水通過凝水管道旁流。
在所述的非能動余熱排出冷卻器13與蒸汽發(fā)生器8的主蒸汽管道10連接的蒸汽管線上設有一個電動隔離閥，機組正常運行期間，系統(tǒng)蒸汽管線上的電動隔離閥保持常開，凝水管線上的氣動隔離閥保持常關，非能動余熱排出冷卻器管側(cè)充滿水。在系統(tǒng)投入信號發(fā)出后，凝水管線上的氣動隔離閥開啟，系統(tǒng)投入運行，非能動余熱排出冷卻器管內(nèi)的水在重力作用下注入蒸汽發(fā)生器二次側(cè)，被堆芯余熱加熱后變成蒸汽，蒸汽進入非能動余熱排出冷卻器管內(nèi)，與事故冷卻水箱里的冷卻水進行熱量交換，蒸汽將熱量傳遞給冷卻水后被冷凝為水，冷凝水在重力的作用下返回蒸汽發(fā)生器二次側(cè)，從而完成蒸汽-凝水回路的自然循環(huán)。事故冷卻水箱中的水由于持續(xù)受熱蒸發(fā)而減少，其水容積能夠保證系統(tǒng)持續(xù)運行72小時。
每個系列設置一臺非能動補水箱11，其上部通過一個隔離閥與非能動余熱排出冷卻器13的上游蒸汽管線相連，下部通過兩個并聯(lián)布置的隔離閥和一臺止回閥與非能動余熱排出冷卻器的下游凝水管線相連。在系統(tǒng)投入運行時，非能動補水箱中的水注入蒸汽發(fā)生器二次側(cè)，以補償蒸汽發(fā)生器二次側(cè)蒸汽的喪失和水體積的收縮。
在全廠斷電事故疊加能動子系統(tǒng)汽動泵失效事故工況下，由于主泵停運，非能動子系統(tǒng)利用系統(tǒng)在反應堆部分及蒸汽發(fā)生器部分的溫差和高度差，具有一定的自然循環(huán)能力，將反應堆的熱量向蒸汽發(fā)生器傳遞，完成反應堆冷卻劑回路的自然循環(huán)，導出堆芯余熱，保障堆芯的安全。
本發(fā)明將能動系統(tǒng)和非能動系統(tǒng)相結(jié)合，從總體上提高了事故工況下核電站的安全性。同時，將系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計，事故冷卻水箱作為能動子系統(tǒng)和非能動子系統(tǒng)的供水水源，整合了水源配置，簡化了系統(tǒng)設置，節(jié)約了工程造價。另外，由于采用了非能動系統(tǒng)，可以滿足系統(tǒng)設置多樣性的要求，能動子系統(tǒng)可以進行相應的改進設計，用電動泵代替汽動泵，在投資費用和維修費用上能夠節(jié)省大量資金，并減少占地面積，為系統(tǒng)布置提供了更加有利的條件。[0037]顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求
及其同等技術的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)?！?br>權利要求
1.一種先進的二次側(cè)堆芯熱量導出裝置，其特征在于包括非能動子系統(tǒng)和能動子系統(tǒng)，所述的非能動子系統(tǒng)包括若干個非能動余熱排出系列，每個非能動余熱排出系列與一個反應堆環(huán)路的蒸汽發(fā)生器相對應，包括一臺非能動余熱排出冷卻器(13)，非能動余熱排出冷卻器(13)的上游蒸汽管線連接蒸汽發(fā)生器(8)的主蒸汽管道(10)，其下游凝水管線與蒸汽發(fā)生器(8)的主給水管道(9)連接，非能動余熱排出冷卻器(13)置于事故冷卻水箱(12)內(nèi)，在非能動余熱排出冷卻器(13)的上游蒸汽管線和下游凝水管線之間還設有非能動補水箱(11);所述的能動子系統(tǒng)包括兩個冗余的供水系列，每個供水系列的一端連接非能動子系統(tǒng)的事故冷卻水箱(12)，另一端與蒸汽發(fā)生器的主給水管道(9)相連接。
2.如權利要求
I所述的先進的二次側(cè)堆芯熱量導出裝置，其特征在于所述的能動子系統(tǒng)的兩個供水系列中，一個供水系列包括兩臺并聯(lián)的50%容量的電動泵(6)，另一個供水系列包括兩臺并聯(lián)的50%容量的汽動泵(7);兩臺電動泵(6)由應急電源供電，兩臺汽動泵(7)由蒸汽發(fā)生器主蒸汽隔離閥上游的主蒸汽管線供汽；兩臺電動泵和兩臺汽動泵的排出管合并成一條母管后，分別與各蒸汽發(fā)生器的主給水管道連接。
3.如權利要求
2所述的先進的二次側(cè)堆芯熱量導出裝置，其特征在于所述的能動子系統(tǒng)的每臺電動泵和汽動泵的排出管上分別設有止回閥。
4.如權利要求
I所述的先進的二次側(cè)堆芯熱量導出裝置，其特征在于所述的能動子系統(tǒng)的兩個供水系列中，每個供水系列包括兩臺并聯(lián)的50%容量的電動泵，四臺電動泵由應急電源供電；四臺電動泵的排出管合并成一條母管后，分別與各蒸汽發(fā)生器的主給水管道連接。
5.如權利要求
4所述的先進的二次側(cè)堆芯熱量導出裝置，其特征在于所述的能動子系統(tǒng)的每臺電動泵的排出管上分別設有止回閥。
6.如權利要求
I所述的先進的二次側(cè)堆芯熱量導出裝置，其特征在于在所述的非能動余熱排出冷卻器(13)與蒸汽發(fā)生器的主蒸汽管道(10)連接的蒸汽管線上設有一個隔離閥，與蒸汽發(fā)生器的主給水管道(9)連接的凝水管線上設有兩個并聯(lián)的隔離閥，兩個并聯(lián)的隔離閥下游設置一個止回閥。
7.如權利要求
I所述的先進的二次側(cè)堆芯熱量導出裝置，其特征在于在所述的非能動補水箱(11)與非能動余熱排出冷卻器(13)的上游蒸汽管線相連接的管線上設有一個隔離閥，與非能動余熱排出冷卻器(13)的下游凝水管線相連接的管線上設有兩個并聯(lián)的隔離閥，兩個并聯(lián)的隔離閥下游設置一個止回閥。
專利摘要
本發(fā)明屬于反應堆設計技術，具體涉及一種先進的二次側(cè)堆芯熱量導出裝置。其結(jié)構(gòu)包括非能動子系統(tǒng)和能動子系統(tǒng)，非能動子系統(tǒng)包括若干個非能動余熱排出系列，每個非能動余熱排出系列包括一臺置于事故冷卻水箱內(nèi)的非能動余熱排出冷卻器，其上游蒸汽管線連接蒸汽發(fā)生器的主蒸汽管道，其下游凝水管線與蒸汽發(fā)生器的主給水管道連接，在非能動余熱排出冷卻器的上游蒸汽管線和下游凝水管線之間還設有非能動補水箱；能動子系統(tǒng)包括兩個冗余的供水系列，每個供水系列的一端連接非能子系統(tǒng)的事故冷卻水箱，另一端與蒸汽發(fā)生器的主給水管道相連接。本發(fā)明能夠保證在事故情況下堆芯熱量的長期導出，緩解嚴重事故后果。
文檔編號G21C15/18GKCN102903402SQ201210369362
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月27日
發(fā)明者史海富, 李京彥, 袁霞, 于勇 申請人:中國核電工程有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan