核反應(yīng)堆直接安注系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種核反應(yīng)堆安全設(shè)備，尤其涉及一種為核反應(yīng)堆的壓力容器提供冷卻液的核反應(yīng)堆直接安注系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著核能利用技術(shù)的成熟，核電站的安全性也得到不斷提高，核電站的建設(shè)逐漸的成為國(guó)家發(fā)展的重要能源保障。
[0003]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，在壓力容器中設(shè)置吊籃，核反應(yīng)堆芯設(shè)置在吊籃內(nèi)。壓力容器連接有冷熱管，通過(guò)冷管段注入冷卻液，對(duì)壓力容器進(jìn)行冷卻，然后通過(guò)熱管段排出。
[0004]核電站必須被設(shè)計(jì)能抵御各種突發(fā)事故，包括設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故和超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故。其中，失水事故(英文:Lost of coolant accident，中文:失水事故，簡(jiǎn)稱(chēng)L0CA)作為一種重要的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故，一直被用來(lái)檢驗(yàn)反應(yīng)堆核電廠的安全性和引導(dǎo)專(zhuān)設(shè)安全設(shè)施的設(shè)計(jì)。在核反應(yīng)堆發(fā)生冷管段斷裂事故時(shí)，注入到發(fā)生斷裂的冷管段的冷卻液將大部分通過(guò)破口直接流入安全殼，從而不能對(duì)堆芯進(jìn)行有效冷卻；為了解決上述事故所造成的不能對(duì)堆芯進(jìn)行有效冷卻的技術(shù)問(wèn)題，因此需要設(shè)置安全注入系統(tǒng)。冷卻液的安全注入系統(tǒng)作為專(zhuān)設(shè)安全設(shè)施的一部分，通常用于LOCA事故后的核反應(yīng)堆芯應(yīng)急冷卻和硼化，以控制和緩解事故，防止擴(kuò)展為超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故。在發(fā)生大破口喪失冷卻液事故(LBLOCA)后，核反應(yīng)堆冷卻液系統(tǒng)的原有水裝量幾乎完全排空，安全注入系統(tǒng)快速向壓力容器注水并再淹沒(méi)堆芯，以持續(xù)導(dǎo)出堆芯衰變熱。
[0005]安全注入系統(tǒng)又叫“應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)”，其主要功能是:當(dāng)核電設(shè)備一回路系統(tǒng)破裂或斷裂引起失水事故(英文:Lost of coolant accident，中文:失水事故，簡(jiǎn)稱(chēng)L0CA)時(shí)，安全注入系統(tǒng)向堆芯(核反應(yīng)堆芯，簡(jiǎn)稱(chēng)堆芯)注水，保證淹沒(méi)和冷卻堆芯，防止堆芯熔化，保持堆芯的完整性；當(dāng)發(fā)生主蒸汽管破裂時(shí)，反應(yīng)堆冷卻液由于受到過(guò)度冷卻而收縮，穩(wěn)壓器水位下降，安全注入系統(tǒng)向一回路注入高濃度含硼水，重新建立穩(wěn)壓器水位，迅速停堆并防止反應(yīng)堆由于過(guò)冷而重返臨界。為實(shí)現(xiàn)上述功能，安全注入系統(tǒng)必須能夠根據(jù)事故時(shí)一回路系統(tǒng)壓力下降的情況，在不同的壓力水平下注入。
[0006]安全注入系統(tǒng)通常包括高壓、中壓和低壓安注，以在LOCA后不同壓力階段均能實(shí)施有效的安全注入。安注注入系統(tǒng)接入冷卻液系統(tǒng)的位置通常有冷管段、下降段環(huán)腔、或上封頭。比如接入點(diǎn)為冷管段，安注系統(tǒng)的冷卻水進(jìn)入兩個(gè)(或三個(gè))冷管段之后，通過(guò)壓力容器管嘴進(jìn)入下降段環(huán)腔，在這里向下流動(dòng)進(jìn)入下封頭，然后折流向上，進(jìn)一步流入核反應(yīng)堆芯。
[0007]在LOCA后噴放階段，除了在下腔室仍保留部分液體以外，壓力容器中冷卻液都逐漸閃蒸為蒸汽。當(dāng)安全注入冷卻水開(kāi)始注入后，大流量的欠冷水使蒸汽冷凝并在注入口附近形成了水塞，水塞的振蕩引起進(jìn)入下降腔的安注水的波動(dòng)。堆芯和下降腔中的反向流動(dòng)蒸汽阻止了安注水進(jìn)入下降腔，直到噴放階段結(jié)束前、反向流動(dòng)蒸汽足夠低時(shí)，才允許安注水進(jìn)入下降腔。該階段稱(chēng)為安注旁通階段，即安注水旁通堆芯直接通過(guò)冷段破口排泄的階段，這個(gè)階段的時(shí)間范圍約為20-30s。在LOCA后再灌水期間，雖然安注箱有較高的流量注入，但幾乎沒(méi)有流量通過(guò)堆芯，以至包殼溫度再次上升，直到再淹沒(méi)開(kāi)始為止。
[0008]安全注入系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)于冷卻液進(jìn)入堆芯的效果十分重要，而目前現(xiàn)有的安全注入系統(tǒng)一般設(shè)計(jì)成非直接到達(dá)堆芯式結(jié)構(gòu)，從而影響其應(yīng)急效果；即使采用的是直接安注的方式，也由于其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致其安注效果和防旁流性差。以下分別對(duì)現(xiàn)有的安注系統(tǒng)進(jìn)行必要說(shuō)明:
[0009]在壓水反應(yīng)堆早年的設(shè)計(jì)中，安注系統(tǒng)的安注管是安裝在一回路主管上，如我國(guó)大亞灣核電站以及后續(xù)大量建設(shè)的CPR1000反應(yīng)堆，該種非直接到達(dá)堆芯式的安注系統(tǒng)，如中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為CN104064230A公開(kāi)的核反應(yīng)堆雙端安注系統(tǒng)。
[0010]為了提高安注有效性，一些反應(yīng)堆采用了安注管安裝在反應(yīng)堆壓力容器上的設(shè)計(jì)，如AP1000反應(yīng)堆。采用主管安注，在主管斷裂或破口時(shí)，可能出現(xiàn)安注水不能有效安注的情況。直接安注由于直接進(jìn)入反應(yīng)堆下降環(huán)腔，所以提高了安注有效性。
[0011]雖然直接安注提高了安注的有效性，如果設(shè)計(jì)不夠合理，在主管斷裂或破口時(shí)，在堆內(nèi)汽體的作用下，仍然可能會(huì)出現(xiàn)安注效果差及旁流的情況，為了提高安注有效性，一些設(shè)計(jì)通過(guò)特定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了安注流體向下轉(zhuǎn)彎流動(dòng)。如圖1所示，美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為US5377242公開(kāi)了一種安注裝置，該安注裝置是在壓力容器10'與吊籃20'之間設(shè)置一矩形腔室30'，直接安注管嘴40'的出口 41'與此矩形腔室30'的進(jìn)口相對(duì)，二者之間并未設(shè)置起到過(guò)渡作用的導(dǎo)流部件，從而直接使冷卻液沿矩形腔室30'向壓力容器10'底部流動(dòng)，加快冷卻液向堆芯的流動(dòng)；該安注裝置由于中間未設(shè)置導(dǎo)流裝置，致使安注過(guò)程中管及壓力容器10'所承受的熱沖擊力較大，冷卻液沿矩形腔室30'向下流動(dòng)不均勻，從而產(chǎn)生震蕩，安注效果及防旁流性差。
[0012]如圖2、圖3a及圖3b所示，美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為US7889830B2公開(kāi)了一種安注裝置，該安注裝置具有導(dǎo)流裝置50'，該導(dǎo)流裝置50'為具有溝槽51'的淺槽結(jié)構(gòu)，在正對(duì)直接安注管嘴40'的位置，加工有引導(dǎo)冷卻液改變方向的弧度結(jié)構(gòu)52'，當(dāng)高速的冷卻液水平射入該導(dǎo)流裝置50'內(nèi)時(shí)，在弧度結(jié)構(gòu)52'的導(dǎo)流作用下，冷卻液的流動(dòng)方向發(fā)生改變，即向下流動(dòng)；該導(dǎo)流裝置由于安裝于吊籃20'上，受吊籃20'厚度限制，其弧度半徑非常小，從而使得冷卻液轉(zhuǎn)彎過(guò)于劇烈，不能很好有序組織冷卻液向下流動(dòng)，使得冷卻液向下流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生劇烈震蕩，安注效果及防旁流性差；并且尤其增加了導(dǎo)流裝置，且該導(dǎo)流裝置是焊接在吊籃20'上的，給后續(xù)吊籃20'安裝過(guò)程及與直接安注管嘴10'的對(duì)接工作帶來(lái)一定的技術(shù)難題，并且也增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。
[0013]如圖4所示，美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為US7983377B2公開(kāi)了一種安注裝置，該專(zhuān)利公開(kāi)的安注裝置在吊籃20'上安裝導(dǎo)流槽道21'，直接安注管嘴40'正對(duì)導(dǎo)流槽道21'的開(kāi)口，一方面，當(dāng)安注過(guò)程發(fā)生時(shí)，冷卻液的初始流量及沖擊力較大，且冷卻液在導(dǎo)流槽道21'內(nèi)的轉(zhuǎn)彎半徑較小，使得冷卻液不能完全沿導(dǎo)流槽道21'有序的向下流動(dòng)，使得冷卻液向下流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生劇烈震蕩，安注效果及防旁流性差。
[0014]因此，亟需一種能直接到達(dá)核反應(yīng)堆芯且具有良好導(dǎo)流性、引導(dǎo)性及防旁流性的核反應(yīng)堆直接安注系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的在于提供一種能直接到達(dá)核反應(yīng)堆芯且具有良好導(dǎo)流性、引導(dǎo)性及防旁流性的核反應(yīng)堆直接安注系統(tǒng)。
[0016]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種核反應(yīng)堆直接安注系統(tǒng)，用于直接對(duì)核反應(yīng)堆的壓力容器提供冷卻液，所述壓力容器內(nèi)設(shè)置有吊籃，核反應(yīng)堆芯設(shè)置于所述吊籃內(nèi)，所述壓力容器與所述吊籃之間形成環(huán)腔，其中，所述核反應(yīng)堆直接安注系統(tǒng)包括用于存儲(chǔ)冷卻液的安注冷源及用于傳輸冷卻液的直接安注管，所述直接安注管具有入口和出口，所述入口與所述安注冷源連通，所述直接安注管穿入所述壓力容器內(nèi)并伸入所述環(huán)腔中，且所述出口位于所述核反應(yīng)堆芯的正下方。
[0017]較佳地，所述出口朝向所述核反應(yīng)堆芯。
[0018]較佳地，所述直接安注管的自由端呈弧形結(jié)構(gòu)，所述自由端的末尾形成所述出口。
[0019]較佳地，所述直接安注管包括均呈中空結(jié)構(gòu)的且對(duì)接連通的管體及管嘴，所述管體的開(kāi)口形成所述入口，所述管嘴的開(kāi)口形成所述出口，所述管嘴呈水平狀的貫穿設(shè)置于所述壓力容器的下封頭上且所述出口位于所述核反應(yīng)堆芯的正下方。
[0020]較佳地，所述核反應(yīng)堆直接安注系統(tǒng)還包括呈中空結(jié)構(gòu)的半球狀的流量