一種船用核動力裝置的非能動余熱排出系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及反應(yīng)堆的安全設(shè)施技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種船用核動力裝置的非能動余熱排出系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在當(dāng)今世界能源危機(jī)日益凸顯、環(huán)境日益惡化的情況下，核能的利用吸引了越來越多的關(guān)注。由于核燃料的能量密度高，且核動力裝置運行特性易于控制、發(fā)電功率大，核動力船舶相比于常規(guī)動力船舶有得天獨厚的優(yōu)勢。美國、俄羅斯、中國、日本等國家都在大力發(fā)展核動力船舶，為了避免類似切爾諾貝利核事故、福島核事故的發(fā)生，船用核動力裝置的安全成為重中之重。
[0003]核反應(yīng)堆停堆后，堆芯內(nèi)由裂變生成的裂變碎片及它們的衰變物在放射性衰變過程中仍會產(chǎn)生較大的剩余功率，同時一回路冷卻劑和設(shè)備存在顯熱，主泵運轉(zhuǎn)時也會放出熱量，這些熱量如果不及時導(dǎo)出，有可能會導(dǎo)致堆芯熔化，危害核反應(yīng)堆運行安全。因此，船用核動力裝置都配備有余熱排出系統(tǒng)來導(dǎo)出這部分熱量。
[0004]目前，應(yīng)用于船用核動力裝置的大多是能動式余熱排出系統(tǒng)，它的結(jié)構(gòu)緊湊、動力強(qiáng)、工作穩(wěn)定，但是一旦發(fā)生全船斷電事故，所有能動設(shè)備將不能工作，反應(yīng)堆的安全無法得到保障。而非能動余熱排出系統(tǒng)由冷、熱工質(zhì)的密度差形成的熱驅(qū)動壓頭提供驅(qū)動力，利用自然循環(huán)導(dǎo)出反應(yīng)堆一回路余熱，在外部電力無法供應(yīng)時仍可以穩(wěn)定地工作。由于核動力船舶需要面對復(fù)雜的海洋條件，并且在海洋中孤立無援，沒有外部電力供應(yīng)，為了避免發(fā)生核泄漏事故，設(shè)計一種安全可靠的非能動余熱排出系統(tǒng)十分有必要。
[0005]現(xiàn)已應(yīng)用于核電廠的AP1000核電技術(shù)所采用的非能動余熱排出系統(tǒng)存在如下兩個問題，一是安全冗余性低，余熱排出換熱器僅與一回路相連，在主冷卻劑泵停運后自然循環(huán)流量有限，余熱排出的速度因此受到限制；二是沒有將熱量帶出安全殼，在吸收了余熱排出換熱器帶來的熱量后，換料水箱中的水直接蒸發(fā)至安全殼空間，增加了安全殼內(nèi)的壓力和溫度控制的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:本發(fā)明提供一種適用于船用核動力裝置的采用兩個以冷、熱工質(zhì)柱重差為驅(qū)動力的余熱排出自然循環(huán)同時工作，并最終將熱量排向大海的，在發(fā)生全船斷電事故時仍能長期、穩(wěn)定地導(dǎo)出堆芯余熱的非能動余熱排出系統(tǒng)。
[0007]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種船用核動力裝置的非能動余熱排出系統(tǒng)，包括布置在船體內(nèi)的安全殼和設(shè)在船體外的冷卻換熱器；所述安全殼內(nèi)設(shè)有反應(yīng)堆壓力容器、一回路冷管段、一回路熱管段、蒸汽發(fā)生器、換料水箱、1#余熱排出換熱器、2#余熱排出換熱器和設(shè)在換料水箱中的冷卻水管束；所述換料水箱為開口箱體結(jié)構(gòu)，設(shè)在安全殼頂部空間，箱體內(nèi)設(shè)有去尚子冷卻水，1#余熱排出換熱器和2#余熱排出換熱器均設(shè)在換料水箱側(cè)壁；所述反應(yīng)堆壓力容器的進(jìn)、出口分別通過一回路冷管段和熱管段與蒸汽發(fā)生器相連；1#余熱排出換熱器的進(jìn)、出口分別與一回路熱管段和一回路冷管段相連；蒸汽發(fā)生器頂部設(shè)有主蒸汽管路，側(cè)壁設(shè)有給水管路；2#余熱排出換熱器的進(jìn)、出口分別連接有二回路上升管、二回路下降管，二回路上升管和二回路下降管分別與主蒸汽管路、給水管路連接；冷卻水管束的出、進(jìn)口分別與冷卻換熱器進(jìn)、出口連接；1#余熱排出換熱器、2#余熱排出換熱器和冷卻水管束均位于換料水箱內(nèi)液面以下，冷卻換熱器的中心線水平位置高于冷卻水管束的中心線水平位置。
[0008]所述一回路冷管段上設(shè)有主冷卻劑泵，能為余熱排出系統(tǒng)提供循環(huán)動力。
[0009]蒸汽發(fā)生器一次側(cè)的中心線水平位置高于反應(yīng)堆壓力容器的中心線水平位置，能使一回路冷卻劑在兩邊柱重差的作用下建立起自然循環(huán)。
[0010]所述2#余熱排出換熱器的二回路下降管上還設(shè)有余熱排出泵以及余熱排出泵的旁路，旁路上設(shè)有隔離閥，2#余熱排出換熱器的冷凝水通過余熱排出泵或旁路均能通過給水管路流回蒸汽發(fā)生器，當(dāng)外部電力可用時，泵旁路上的隔離閥關(guān)閉，該泵可以為二回路的余熱排出循環(huán)提供動力，增加循環(huán)流量，加快余熱排出的速度。
[0011]所述安全殼內(nèi)還設(shè)有補(bǔ)水箱，補(bǔ)水箱底部出水口與給水管路連接，補(bǔ)水箱水位的高度與蒸汽發(fā)生器標(biāo)準(zhǔn)水位高度相當(dāng)，當(dāng)蒸汽發(fā)生器標(biāo)準(zhǔn)水位低于補(bǔ)水箱水位的高度時，補(bǔ)水箱通過給水管線向蒸汽發(fā)生器供水。
[0012]所述補(bǔ)水箱與給水管路之間設(shè)有逆止閥，能防止蒸汽發(fā)生器中水倒流回補(bǔ)水箱。
[0013]優(yōu)選，所述一回路熱管段與1#余熱排出換熱器的入口之間、一回路冷管段與1#余熱排出換熱器的出口之間、給水管路上、給水管路與補(bǔ)水箱之間、主蒸汽管路與二回路上升管之間、冷卻水管束的上端與冷卻換熱器進(jìn)口之間、冷卻水管束的下端與冷卻換熱器出口之間均設(shè)有隔離閥。
[0014]工作原理:本發(fā)明船用核動力裝置的非能動余熱排出系統(tǒng)以冷、熱工質(zhì)的密度差形成的熱驅(qū)動壓頭為動力，在發(fā)生全船斷電事故時，系統(tǒng)依然可以長期、穩(wěn)定地運行，將反應(yīng)堆的余熱導(dǎo)出到最終冷源一一大海，保障反應(yīng)堆的運行安全。反應(yīng)堆壓力容器的一回路熱管段與1#余熱排出換熱器的進(jìn)口相連，一回路冷管段與1#余熱排出換熱器的出口相連，形成第一路余熱排出循環(huán)；2#余熱排出換熱器的進(jìn)、出口分別于蒸汽發(fā)生器的主蒸汽管道和給水管路相連，蒸汽經(jīng)過換熱器冷凝后流回蒸汽發(fā)生器二次側(cè)，形成第二路余熱排出循環(huán)；布置在換料水箱液位以下的冷卻水管束與安置在船體外的冷卻換熱器相連，形成第三路余熱排出循環(huán)；在輔助給水不可用時，補(bǔ)水箱能自動向蒸汽發(fā)生器供水，防止蒸汽發(fā)生器水位下降導(dǎo)致蒸汽發(fā)生器內(nèi)U型換熱管裸露，增加了蒸汽發(fā)生器運行的安全性。
[0015]上述第一路余熱排出循環(huán)位于一回路，第二路余熱排出循環(huán)位于二回路。
[0016]本發(fā)明未提及的技術(shù)均為現(xiàn)有技術(shù)。
[0017]有益效果:本發(fā)明船用核動力裝置的非能動余熱排出系統(tǒng)不依賴于外部電力，充分利用自然循環(huán)，以冷、熱工質(zhì)的密度差形成的熱驅(qū)動壓頭為驅(qū)動力，穩(wěn)定地導(dǎo)出反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)余熱，保障了核反應(yīng)堆的運行安全；同時在一回路和二回路設(shè)置了余熱排出自然循環(huán)，不僅提升了系統(tǒng)排出堆芯余熱的能力，而且增加了系統(tǒng)的安全冗余性；冷卻換熱器將安全殼內(nèi)換料水箱吸收的熱量傳導(dǎo)至最終冷源一一大海，減小了換料水箱內(nèi)水的蒸發(fā)給安全殼內(nèi)的壓力和溫度控制帶來的壓力，使系統(tǒng)在停堆后可以長期持續(xù)工作排出反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)余熱；設(shè)置在第二路余熱排出循環(huán)的余熱排出泵給系統(tǒng)帶來了一定的能動性，增加了系統(tǒng)的動力和運行的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明船用核動力裝置非能動余熱排出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中，I為反應(yīng)堆壓力容器，2為主冷卻劑泵，3為蒸汽發(fā)生器，4為換料水箱，5為1#余熱排出換熱器，6為2#余熱排出換熱器，7為冷卻水管束，8為冷卻換熱器，9為補(bǔ)水箱，10為余熱排出泵，11為安全殼，12為旁路，13為一回路冷管段，14為一回路熱管段，15為主蒸汽管路，16為給水管路，17為二回路上升管，18為二回路下降管，19為隔離閥，20為逆止閥，A為反應(yīng)堆壓力容器的中心線水平位置，B為蒸汽發(fā)生器一次側(cè)的中心線水平位置，C為補(bǔ)水箱水位的高度，D為蒸汽發(fā)生器標(biāo)準(zhǔn)水位高度，E為冷卻換熱器的中心線水平位置，F(xiàn)為冷卻水管束的中心線水平位置。
【具體實施方式】
[0019]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。
[0020]實施例1
如圖1所示，一種船用核動力裝置的非能動余熱排出系統(tǒng)，包括布置在船體內(nèi)的安全殼11和設(shè)在船體外的冷卻換熱器8 ;所述安全殼11內(nèi)設(shè)有反應(yīng)堆壓力容器1、一回路冷管段13、一回路熱管段14、蒸汽發(fā)生器3、換料水箱4、1#余熱排出換熱器5、2#余熱排出換熱器6和設(shè)在換料水箱4中的冷卻水管束7 ;所述換料水箱4為開口箱體結(jié)構(gòu)，設(shè)在安全殼11頂部空間，箱體內(nèi)設(shè)有去離子冷卻水，1#余熱排出換熱器5和2#余熱排出換熱器6均設(shè)在換料水箱4側(cè)壁；所述反應(yīng)堆壓力容器I的進(jìn)、出口分別通過一回路冷管段13和熱管段與蒸汽發(fā)生器3相連；1#余熱排出換熱器5的進(jìn)、出口分別與一回路熱管段14和一回路冷管段13相連；蒸汽發(fā)生器3頂部設(shè)有主蒸汽管路15，側(cè)壁設(shè)有給水管路16 ;2#余熱排出換熱器6的進(jìn)、出口分別連接有二回路上升管17、二回路下降管18，二回路上升管17和二回路下降管18分別與主蒸汽管路15、給水管路16連接；冷卻水管束7的出、進(jìn)口分別與冷卻換熱器8進(jìn)、出口連接；1#余熱排出換熱器5、2#余熱排出換熱器6和冷卻水管束7均位于換料水箱4內(nèi)液面以下，冷卻換熱器的中心線水平位置E高于冷卻水管束的中心線水平位置F ;一回路冷管段13上設(shè)有主冷卻劑泵2 ;蒸汽發(fā)生器一次側(cè)的中心線水平位置B高于反應(yīng)堆壓力容器