小模塊化反應(yīng)堆安全系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本發(fā)明涉及與本文同時提交的美國專利申請序列號No. _(代理檔RTU 2011-010)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明整體涉及一種小模塊化壓水反應(yīng)堆，并且更加特別地涉及一種在已經(jīng)停堆 之后無源冷卻小模塊化反應(yīng)堆的系統(tǒng)。
[0004] 相關(guān)技術(shù)
[0005] 在諸如壓水反應(yīng)堆的發(fā)電核反應(yīng)堆中，通過諸如濃縮鈾的核燃料的裂變產(chǎn)生熱量 并且將所述熱量傳遞到流經(jīng)反應(yīng)堆堆芯的冷卻劑。堆芯包括細長的核燃料棒，所述細長的 核燃料棒彼此相鄰安裝在核燃料組件結(jié)構(gòu)中，冷卻劑流經(jīng)所述核燃料棒并且到達所述核燃 料棒上方。在共同延伸的平行陣列中燃料棒相互間隔開。在給定燃料棒的燃料原子的核衰 變期間釋放的中子和其它原子粒子中的一些通過燃料棒之間的空間，并且撞擊毗鄰燃料棒 中的可裂變材料，從而促進核反應(yīng)并且有助于堆芯產(chǎn)生的熱量。
[0006] 可動控制棒分散在整個反應(yīng)堆堆芯中，以便能夠憑借吸收中子的一部分而控制裂 變反應(yīng)的整體速率，否則它們將促進裂變反應(yīng)?？刂瓢敉ǔ０ㄖ凶游詹牧系募氶L棒并 且裝配到燃料組件中的縱向開口或者導(dǎo)向套管中，所述控制棒平行于燃料棒并且在燃料棒 之間行進。將控制棒更深入地插入到反應(yīng)堆堆芯中還致使吸收更多的中子而同時又不會促 進在毗鄰燃料棒中發(fā)生裂變；收回控制棒減小了中子吸收的程度而增加了核反應(yīng)速率以及 提高了反應(yīng)堆堆芯的功率輸出。
[0007] 圖1示出了簡化的傳統(tǒng)核反應(yīng)堆一級系統(tǒng)，其包括大體圓筒形的壓力容器10,所 述壓力容器10具有包封堆芯14的堆芯封頭12,所述堆芯14支撐包含可裂變材料的燃料 棒。諸如水或者含硼水的液體冷卻劑由泵16泵入到容器10中通過堆芯14,在所述堆芯14 處熱能被吸收并且被排放到通常稱作蒸汽發(fā)生器的換熱器18中，在所述換熱器18中，熱量 被傳遞到諸如蒸汽驅(qū)動的渦輪發(fā)電機的利用電路（未示出）。然后反應(yīng)堆冷卻劑返回到泵 16,從而完成一級回路。通常，多條上述回路通過反應(yīng)堆冷卻劑管道20連接到單個反應(yīng)堆 容器10。
[0008] 采用這個設(shè)計的商用發(fā)電廠一般為1，100兆瓦或更大數(shù)量級的。最近，西屋電氣 公司LLC已經(jīng)提出了 200兆瓦級別的小模塊化反應(yīng)堆。小模塊化反應(yīng)堆為全部主要環(huán)路部 件均定位于反應(yīng)堆容器內(nèi)的一體化壓水反應(yīng)堆。反應(yīng)堆容器被緊湊的高壓安全殼包圍。由 于安全殼內(nèi)的受限空間以及一體化加壓輕水反應(yīng)堆對低成本的需要，需要最小化輔助系統(tǒng) 的總體數(shù)量而不損害安全性或功能性。為此，理想的是維持大部分部件與在緊湊高壓安全 殼內(nèi)的反應(yīng)堆系統(tǒng)的主要環(huán)路流體連通。
[0009] 通常，傳統(tǒng)壓水反應(yīng)堆設(shè)計使用有源安全系統(tǒng)，所述有源安全系統(tǒng)在發(fā)生事故之 后依賴于緊急AC電源向冷卻反應(yīng)堆和廢燃料池的泵提供電力。如由西屋電氣公司LLC提供 的AP1000'?·的先進設(shè)計使用了無源安全系統(tǒng)，所述無源安全系統(tǒng)僅僅依賴于自然循環(huán)、 沸騰和冷凝從堆芯和廢燃料池排出衰變熱。理想的是將這些無源安全系統(tǒng)原理應(yīng)用于小模 塊化反應(yīng)堆設(shè)計并且優(yōu)選地簡化設(shè)計，與此同時仍然保持安全界限。
[0010] 因此，本發(fā)明的目的是向小模塊化反應(yīng)堆提供一種無源安全系統(tǒng)，所述無源安全 系統(tǒng)能夠識別冷卻劑損失事故的發(fā)生或者主蒸汽管道破裂、以及啟動小模塊化反應(yīng)堆的壓 力安全殼內(nèi)的一系列事件，以便在無外界干擾的情況下在大約五至七天的持續(xù)期內(nèi)冷卻反 應(yīng)堆。
[0011] 本發(fā)明的其它目的是提供這樣一種無源安全系統(tǒng)，所述無源安全系統(tǒng)具有簡化的 設(shè)計，所述無源安全系統(tǒng)合并了先前應(yīng)用在先進大型反應(yīng)堆設(shè)計中的部件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 通過如下的模塊化核反應(yīng)堆系統(tǒng)實現(xiàn)這些和其它目的，所述模塊化反應(yīng)堆系統(tǒng)具 有帶可移除封頭的反應(yīng)堆壓力容器；包封在反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)的核反應(yīng)堆的一級冷卻劑回 路；和安全殼壓力容器，其包封反應(yīng)堆壓力容器，其中，安全殼壓力容器基本潛入在液池中。
[0013] 在一個實施例，模塊化核反應(yīng)堆系統(tǒng)包括安全殼內(nèi)的池系統(tǒng)，其包括用于收集從 一級系統(tǒng)逃出的反應(yīng)堆冷卻劑的地坑。安全殼內(nèi)的池系統(tǒng)位于安全殼壓力容器內(nèi)反應(yīng)堆壓 力容器外部，并且包括在冷卻劑損失的意外事件中用于使得所述安全殼內(nèi)的池系統(tǒng)和所述 地坑內(nèi)的反應(yīng)堆冷卻劑無源再循環(huán)到所述反應(yīng)堆壓力容器中的再循環(huán)裝置。優(yōu)選地，安全 殼內(nèi)的池系統(tǒng)通過止回閥連接到一級冷卻劑回路的冷管段。安全殼內(nèi)的池系統(tǒng)還可以包括 安全殼內(nèi)的反應(yīng)堆冷卻劑儲液器，所述安全殼內(nèi)的反應(yīng)堆冷卻劑儲液器通過止回閥連接到 地坑，所述止回閥在地坑的液位高于安全殼內(nèi)的池系統(tǒng)的液位時自動打開。理想地，模塊化 核反應(yīng)堆系統(tǒng)包括降壓系統(tǒng)，以便使得反應(yīng)堆壓力容器和安全殼壓力容器內(nèi)的壓力相等， 以便有助于在冷卻劑損失的意外事件期間使得反應(yīng)堆冷卻劑無源再循環(huán)。優(yōu)選地，降壓系 統(tǒng)連接到一級冷卻劑回路的熱管段。安全殼內(nèi)的池系統(tǒng)還可以包括包含反應(yīng)堆冷卻劑的一 個或者多個安全殼內(nèi)的池罐，所述池罐支撐在反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)的反應(yīng)堆堆芯上方的高度 處，其中，安全殼內(nèi)的池罐與安全殼內(nèi)的儲液器流體連通。
[0014] 模塊化核反應(yīng)堆系統(tǒng)還可以包括一個或者多個堆芯補充罐，所述堆芯補充罐包含 壓力基本等于反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)的壓力的反應(yīng)堆冷卻劑。堆芯補充罐理想地在反應(yīng)堆堆芯 上方的高度處支撐在安全殼壓力容器內(nèi)，并且在堆芯補充罐的上部分處連接到一級冷卻劑 回路的熱管段而在堆芯補充罐的下部分處連接到一級冷卻劑回路的冷管段，所述隔離閥位 于堆芯補充罐的下部分和冷管段之間，以便在正常反應(yīng)堆運轉(zhuǎn)期間隔離開堆芯補充罐的下 部分與一級冷卻劑回路的冷管段。第二降壓子系統(tǒng)連接到堆芯補充罐的頂部。
[0015] 模塊化核反應(yīng)堆系統(tǒng)還可以包括無源余熱移除系統(tǒng)，用于當(dāng)隔離閥處于打開狀態(tài) 中時冷卻堆芯補充罐內(nèi)的反應(yīng)堆冷卻劑。優(yōu)選地，無源熱量移除系統(tǒng)具有包括一級側(cè)和二 級側(cè)的第一換熱器。第一換熱器的一級側(cè)與堆芯補充罐中的反應(yīng)堆冷卻劑流體連通，而第 一換熱器的二級側(cè)與第二換熱器的一級側(cè)流體連通，所述第二換熱器具有與最終熱阱池流 體連通的二級側(cè)；其中，最終熱阱池延伸到安全殼壓力容器上方的高度處。在一個實施例 中，當(dāng)池中的液體下降到預(yù)定液位下方時，最終熱阱池與用于補充液體池的補充裝置流體 連通，安全殼壓力容器基本潛入在所述液體池中。
[0016] 模塊化核反應(yīng)堆系統(tǒng)還可以包括保護和安全監(jiān)測系統(tǒng)，所述保護和安全監(jiān)測系統(tǒng) 構(gòu)造成監(jiān)測任何設(shè)計基準事件的發(fā)生，所述設(shè)計基準事件包括冷卻劑損失事故或者蒸汽管 道破裂，并且在發(fā)生這些事件時發(fā)出控制信號以打開與堆芯補充罐相聯(lián)的隔離閥。保護和 安全監(jiān)測系統(tǒng)還可以額外地監(jiān)測堆芯補充罐內(nèi)的反應(yīng)堆冷卻劑液位，并且當(dāng)堆芯補充罐中 的反應(yīng)堆冷卻劑低于預(yù)選液位時，保護和安全監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出控制信號，以激活降壓系統(tǒng)。理 想地，降壓系統(tǒng)的激活還激活了安全殼內(nèi)的池內(nèi)部的通氣閥，所述通氣閥使得安全殼內(nèi)的 池罐的內(nèi)部與安全殼壓力容器的內(nèi)部通氣。安全殼內(nèi)的池罐構(gòu)造成當(dāng)反應(yīng)堆壓力容器中的 壓力基本等于安全殼壓力容器中的壓力時通過安全殼內(nèi)的儲液器排入到堆芯中。
[0017] 在其它實施例中，反應(yīng)堆壓力容器包括蒸汽發(fā)生器換熱器，所述蒸汽發(fā)生器換熱 器具有作為核反應(yīng)堆的一級冷卻劑回路的一部分的一級側(cè)和在封閉回路中與汽包連接的 二級側(cè)，所述汽包位于安全殼壓力容器外部。蒸汽發(fā)生器換熱器的二級側(cè)具有蒸汽發(fā)生器 隔離閥，用于隔離開蒸汽發(fā)生器換熱器的二級側(cè)與汽包。保護和安全監(jiān)測系統(tǒng)額外地構(gòu)造 成監(jiān)測一級或者二級側(cè)破裂并且當(dāng)檢測到破裂時，保護和安全監(jiān)測系統(tǒng)向蒸汽發(fā)生器隔離 閥發(fā)出保護信號，所述蒸汽發(fā)生器隔離閥響應(yīng)保護信號將蒸汽發(fā)生器換熱器與汽包隔離 開。
【附圖說明】
[0018] 當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時能夠從優(yōu)選實施例的以下描述中進一步理解在下文中聲明權(quán) 益的本發(fā)明，其中：
[0019] 圖1是傳統(tǒng)核反應(yīng)堆系統(tǒng)的簡化示意圖；
[0020] 圖2是局部剖開的透視圖，其示出了包含本發(fā)明的一個實施例的小模塊化一體化 反應(yīng)堆系統(tǒng)；
[0021] 圖3是在圖2中示出的反應(yīng)堆的放大視圖；