專利名稱:一種反應(yīng)堆的衰變熱排出系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及核電站反應(yīng)堆的安全系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域，特別涉及一種小型反應(yīng)堆的非能動堆芯衰變熱排出系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
反應(yīng)堆在正常停堆或事故停堆后，必須通過有效的措施將衰變熱(或稱余熱)排出堆芯，否則堆芯和壓力邊界將因超溫超壓而損壞。一般，正常停堆時的余熱排出渠道和事故時的余熱排出渠道是各自獨立的，前者稱為停堆冷卻系統(tǒng)或正常余熱排出系統(tǒng)，后者稱為應(yīng)急冷卻系統(tǒng)或余熱排出系統(tǒng)。
停堆冷卻系統(tǒng)主要在核電廠冷卻第二階段帶走堆芯和冷卻劑系統(tǒng)的余熱和顯熱。冷卻第二階段指冷卻劑系統(tǒng)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(tǒng)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(shè)計壓力和設(shè)計溫度處于低溫低壓工況。
應(yīng)急冷卻系統(tǒng)的設(shè)計在二代反應(yīng)堆和三代反應(yīng)堆中差別很大。
二代反應(yīng)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(tǒng)向蒸汽發(fā)生器應(yīng)急供水，排出堆芯余熱直至達到正常余熱排出系統(tǒng)投入的運行條件。
三代反應(yīng)堆(如三門核電站)在事故工況下，利用放置在換料水箱中的余排熱交換器排出堆芯余熱。具體地說，該余排熱交換器和冷卻劑系統(tǒng)相連，其入口管線與冷卻劑系統(tǒng)熱管段相連接，其出口管線與蒸汽發(fā)生器下封頭冷腔室相連接，從而余排熱交換器與冷卻劑系統(tǒng)的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。
簡而言之，二代電站在事故下的余熱排出依靠外部電源提供動力，蒸汽發(fā)生器作為傳熱渠道；三代電站在事故下的余熱排出依靠自然循環(huán)動力，專設(shè)的余排熱交換器作為傳熱渠道。
就事故下余熱排出而言，三代電站的非能動余排系統(tǒng)要優(yōu)于二代電站依靠輔助給水提供的余熱排出渠道。因為前者一方面是專設(shè)安全系統(tǒng)，另一方面不需要外部動力，因此系統(tǒng)的可靠性更高。
然而三代電站的非能動余排系統(tǒng)也有缺陷:在發(fā)生冷卻劑系統(tǒng)破口而導致的失水事故中，由于冷卻劑急速降壓而閃蒸，使余排系統(tǒng)的自然循環(huán)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，可以不考慮非能動余排系統(tǒng)對堆芯的冷卻貢獻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于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(yīng)堆的衰變熱排出系統(tǒng)。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案:一種反應(yīng)堆的衰變熱排出系統(tǒng)，其包含一個置于壓力容器內(nèi)并且位于反應(yīng)堆堆芯上方的的堆內(nèi)熱交換器，以及一套連接堆內(nèi)熱交換器并提供循環(huán)水的二次回路系統(tǒng)；所述的二次回路系統(tǒng)設(shè)置在壓力容器外，包括一個與堆內(nèi)熱交換器通過管路串聯(lián)的堆外熱交換器；所述的堆內(nèi)熱交換器為管殼式熱交換器，殼側(cè)走反應(yīng)堆冷卻劑，管側(cè)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(gòu)成二次回路。
如上所述的一種反應(yīng)堆的衰變熱排出系統(tǒng)，其所述的入口管線與循環(huán)水泵通過管路并聯(lián)。
如上所述的一種反應(yīng)堆的衰變熱排出系統(tǒng)，其所述的循環(huán)水泵在管路上設(shè)有控制閥二，控制閥二是常開失效關(guān)閥門；所述的入口管線上設(shè)置有與循環(huán)水泵并聯(lián)的止回閥。
如上所述的一種反應(yīng)堆的衰變熱排出系統(tǒng)，其二次回路運行于低壓工況3MPa以下。
如上所述的一種反應(yīng)堆的衰變熱排出系統(tǒng)，其所述的堆內(nèi)熱交換器為“腎型”結(jié)構(gòu)，包括弧形的內(nèi)壁、弧形的外壁、兩個半圓形的側(cè)壁一和側(cè)壁二、扇形的頂蓋；在內(nèi)壁、夕卜壁、側(cè)壁一和側(cè)壁二形成的空腔內(nèi)布置傳熱管組；在頂蓋一端上設(shè)有二次側(cè)入口接管，二次側(cè)入口接管連通傳熱管組與側(cè)壁一之間形成的入口水室；在頂蓋另一端上設(shè)有二次側(cè)出口接管，二次側(cè)出口接管連通傳熱管組與側(cè)壁二之間形成的出口水室；在頂蓋的中間設(shè)有一次側(cè)冷卻劑入口接管。
如上所述的一種反應(yīng)堆的衰變熱排出系統(tǒng)，其二次側(cè)入口接管穿過壓力容器并且焊接在壓力容器上，另一端連接入口管線；二次側(cè)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(yīng)堆的衰變熱排出系統(tǒng)，其所述的傳熱管組包括多根相同形狀的弧形管，以及兩側(cè)管板。
如上所述的一種反應(yīng)堆的衰變熱排出系統(tǒng)，其一次側(cè)冷卻劑入口接管與壓力容器內(nèi)的吊籃連接，該連接處設(shè)置止回閥。
本發(fā)明的效果在于:
本發(fā)明提供的衰變熱排出系統(tǒng)，將堆內(nèi)熱交換器置于壓力容器內(nèi)，冷卻劑通過沖刷堆內(nèi)熱交換器將熱量傳遞給二次回路。二次回路屬于低壓回路，通過連接一個低壓的堆外熱交換器將熱量傳給最終熱阱。由于堆外熱交換器中的循環(huán)水不屬于冷卻劑系統(tǒng)，因此堆外熱交換器可以置于安全殼外，這一點對于小型安全殼有較大的價值。此外，在二次回路中并聯(lián)一個低壓循環(huán)泵，即可在電源有效時提供循環(huán)動力。因為并聯(lián)了循環(huán)泵，該系統(tǒng)又可作為正常余熱排出系統(tǒng)使用。另外，在發(fā)生破口事故時，由于二次回路依然是封閉回路，所以可以有效工作，承擔破口事故時的余熱排出功能。
本發(fā)明提出的衰變熱排出系統(tǒng)，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(tǒng)完整時和冷卻劑系統(tǒng)破口時有效導出堆芯衰變熱。該衰變熱排出系統(tǒng)的二次回路運行于低壓工況，從而減少高壓回路和設(shè)備。該衰變熱排出系統(tǒng)的堆外熱交換器可以置于安全殼外，從而不必在安全殼內(nèi)放置冷卻水源，極大地節(jié)省安全殼空間。該衰變熱系統(tǒng)的堆內(nèi)熱交換器能極大地利用壓力容器內(nèi)空間，且流動阻力小，支撐結(jié)構(gòu)簡單。


圖1為本發(fā)明所述的反應(yīng)堆衰變熱排出系統(tǒng)示意圖；
圖2為本發(fā)明所述的堆內(nèi)熱交換器示意圖；[0024]圖3圖2的剖視圖。
圖中:1-反應(yīng)堆堆芯；2_壓力容器；3_堆內(nèi)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(huán)水泵；12-入口管線；13_止回閥；14 二次側(cè)入口接管；15_ —次側(cè)冷卻劑入口接管；16_內(nèi)壁；17-二次側(cè)出口接管；18_外壁；19-傳熱管組；20_出口水室；21_入口水室；22_側(cè)壁一；23-側(cè)壁二 ；24_頂蓋。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明所述的一種反應(yīng)堆的衰變熱排出系統(tǒng)作進一步描述。
如圖1所示，本發(fā)明所述的一種反應(yīng)堆的衰變熱排出系統(tǒng)包含一個置于壓力容器2內(nèi)、位于反應(yīng)堆堆芯I上方的堆內(nèi)熱交換器3，以及一套連接堆內(nèi)熱交換器3并提供循環(huán)水的二次回路系統(tǒng)；
所述的二次回路系統(tǒng)設(shè)置在壓力容器2外，包括一個與堆內(nèi)熱交換器3通過管路串聯(lián)的堆外熱交換器7，利用自然循環(huán)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(xiàn)。
所述的堆內(nèi)熱交換器3為“腎型”結(jié)構(gòu)，如圖2和圖3所示，包括弧形的內(nèi)壁16、弧形的外壁18、兩個半圓形的側(cè)壁一 22和側(cè)壁二 23、扇形的頂蓋24 ;在內(nèi)壁16、外壁18、側(cè)壁一 22和側(cè)壁二 23形成的空腔內(nèi)布置傳熱管組19。在頂蓋24 —端上設(shè)有二次側(cè)入口接管14，二次側(cè)入口接管14連通傳熱管組19與側(cè)壁一 22之間形成的入口水室21。在頂蓋24另一端上設(shè)有二次側(cè)出口接管17，二次側(cè)出口接管17連通傳熱管組19與側(cè)壁二 23之間形成的出口水室20。在頂蓋24的中間設(shè)有一次側(cè)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(cè)管板。
堆內(nèi)熱交換器3的殼側(cè)走一次側(cè)冷卻劑(反應(yīng)堆冷卻劑)。即一次側(cè)冷卻劑入口接管15與壓力容器內(nèi)的吊籃連接，該連接處可設(shè)置止回閥，從而在正常情況下，冷卻劑不會從一次側(cè)冷卻劑入口接管15倒流進入吊籃。一次側(cè)冷卻劑入口接管15是一次側(cè)冷卻劑流入堆內(nèi)熱交換器3的傳熱區(qū)的通道。堆內(nèi)熱交換器3的最下方是通透的，一次側(cè)冷卻劑在流過傳熱管組之后可直接流出。
堆內(nèi)熱交換器3的管側(cè)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(gòu)成二次回路，即二次側(cè)入口接管14連接入口管線12，二次側(cè)出口接管17連接出口管線4。
入口管線12與循環(huán)水泵11通過管路并聯(lián)。循環(huán)水泵11在管路上設(shè)有控制閥二10，控制閥二 10是常開失效關(guān)閥門。入口管線12上還設(shè)置有與循環(huán)水泵11并聯(lián)的止回閥
13。循環(huán)水泵11在電源可用時提供循環(huán)動力。二次回路運行于低壓工況(3MPa以下)。
在出口管線4上設(shè)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(cè)入口接管14和二次側(cè)出口接管17分別穿過壓力容器并且焊接在壓力容器上。
另外，可以將多套本發(fā)明所述的反應(yīng)堆的衰變熱排出系統(tǒng)布置在壓力容器2內(nèi)。例如:在壓力容器和吊籃之間的環(huán)腔內(nèi)均布了三臺堆內(nèi)熱交換器3，從而有三套衰變熱排出系統(tǒng)。[0035]本發(fā)明所述的一種反應(yīng)堆的衰變熱排出系統(tǒng)工作時:
反應(yīng)堆在正常運行時，由于一次側(cè)冷卻劑入口接管15與吊籃連接處設(shè)置了止回閥，因此堆內(nèi)熱交換器3并不參與冷卻劑循環(huán)。當發(fā)生事故后，冷卻劑失去主泵提供的循環(huán)動力，從而吊籃內(nèi)的熱水通過一次側(cè)冷卻劑入口接管15進入堆內(nèi)熱交換器3 (連接主泵的冷卻劑回路由于阻力過大處于停滯狀態(tài))。冷卻劑沖刷堆內(nèi)熱交換器的傳熱管組19之后，變冷，直接流入下降段環(huán)腔的下部，然后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(huán)回路。
該系統(tǒng)的二次回路如果循環(huán)水泵可用，則循環(huán)水泵提供動力；如果循環(huán)水泵不可應(yīng)用，則利用水密度差提供的自然循環(huán)動力。二次回路的堆外熱交換器可以通過多種方式與最終熱阱連接，比如直徑浸泡于最終熱阱中，或通過管線與最終熱阱連接，其視實際應(yīng)用而定。
另外，可以將多套本發(fā)明所述的反應(yīng)堆的衰變熱排出系統(tǒng)布置在壓力容器2內(nèi)。例如:在壓力容器和吊籃之間的環(huán)腔內(nèi)均布了三臺堆內(nèi)熱交換器3，三臺堆內(nèi)熱交換器3分別連接三套二次回路系統(tǒng)，從而設(shè)置成三套衰變熱排出系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種反應(yīng)堆的衰變熱排出系統(tǒng)，其特征在于:它包含一個置于壓力容器(2)內(nèi)并且位于反應(yīng)堆堆芯(I)上方的的堆內(nèi)熱交換器(3)，以及一套連接堆內(nèi)熱交換器(3)并提供循環(huán)水的二次回路系統(tǒng)； 所述的二次回路系統(tǒng)設(shè)置在壓力容器(2)外，包括一個與堆內(nèi)熱交換器(3)通過管路串聯(lián)的堆外熱交換器(7); 所述的堆內(nèi)熱交換器(3)為管殼式熱交換器，殼側(cè)走反應(yīng)堆冷卻劑，管側(cè)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(gòu)成二次回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種反應(yīng)堆的衰變熱排出系統(tǒng)，其特征在于:所述的入口管線(12 )與循環(huán)水泵(11)通過管路并聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的一種反應(yīng)堆的衰變熱排出系統(tǒng)，其特征在于:所述的循環(huán)水泵(11)在管路上設(shè)有控制閥二(10)，控制閥二(10)是常開失效關(guān)閥門；所述的入口管線(12)上設(shè)置有與循環(huán)水泵(11)并聯(lián)的止回閥(13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種反應(yīng)堆的衰變熱排出系統(tǒng)，其特征在于:二次回路運行于低壓工況3MPa以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種反應(yīng)堆的衰變熱排出系統(tǒng)，其特征在于:所述的堆內(nèi)熱交換器(3)為“腎型”結(jié)構(gòu)，包括弧形的內(nèi)壁(16)、弧形的外壁(18)、兩個半圓形的側(cè)壁一(22)和側(cè)壁二(23)、扇形的頂蓋(24);在內(nèi)壁(16)、外壁(18)、側(cè)壁一(22)和側(cè)壁二(23)形成的空腔內(nèi)布置傳熱管組(19)；在頂蓋(24) —端上設(shè)有二次側(cè)入口接管(14)，二次側(cè)入口接管(14)連通傳熱管組(19)與側(cè)壁一(22)之間形成的入口水室(21);在頂蓋(24)另一端上設(shè)有二次側(cè)出口接管(17), 二次側(cè)出口接管(17)連通傳熱管組(19)與側(cè)壁二(23)之間形成的出口水室(20); 在頂蓋(24)的中間設(shè)有一次側(cè)冷卻劑入口接管(15)。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的一種反應(yīng)堆的衰變熱排出系統(tǒng)，其特征在于:二次側(cè)入口接管(14)穿過壓力容器并且焊接在壓力容器(2)上，另一端連接入口管線(12);二次側(cè)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(jù)權(quán)利要求
5所述的一種反應(yīng)堆的衰變熱排出系統(tǒng)，其特征在于:所述的傳熱管組(19)包括多根相同形狀的弧形管，以及兩側(cè)管板。
8.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的一種反應(yīng)堆的衰變熱排出系統(tǒng)，其特征在于:一次側(cè)冷卻劑入口接管(15)與壓力容器(2)內(nèi)的吊籃連接，該連接處設(shè)置止回閥。
專利摘要
本發(fā)明提供一種反應(yīng)堆的衰變熱排出系統(tǒng)，其包含一個置于壓力容器內(nèi)并且位于反應(yīng)堆堆芯上方的堆內(nèi)熱交換器，以及一套連接堆內(nèi)熱交換器并提供循環(huán)水的二次回路系統(tǒng)；所述的二次回路系統(tǒng)設(shè)置在壓力容器外，包括一個與堆內(nèi)熱交換器通過管路串聯(lián)的堆外熱交換器；所述的堆內(nèi)熱交換器為管殼式熱交換器，殼側(cè)走反應(yīng)堆冷卻劑，管側(cè)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(gòu)成二次回路。本發(fā)明提出的衰變熱排出系統(tǒng)，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(tǒng)完整時和冷卻劑系統(tǒng)破口時有效導出堆芯衰變熱。堆內(nèi)熱交換器能極大地利用壓力容器內(nèi)空間，且流動阻力小，支撐結(jié)構(gòu)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(fā)明者申屠軍, 廖亮, 林千, 司勝義 申請人:上海核工程研究設(shè)計院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan