用于冷卻核電站的供水裝置，以及包括這種裝置的核電站的制作方法
【專利說(shuō)明】用于冷卻核電站的供水裝置，以及包括這種裝置的核電站
[0001]本發(fā)明涉及一個(gè)用于至少一個(gè)基于熱交換器的冷卻回路的取水裝置，包括一個(gè)進(jìn)水的抽水池，該站的至少一個(gè)栗站從抽水池抽水以將其在所述冷卻回路內(nèi)循環(huán)，而且進(jìn)一步包括至少一個(gè)抽水隧道，與至少一個(gè)沉在某種水體例如海洋，湖泊或河流中的主進(jìn)水口連接，所述抽水隧道為抽水池提供水以便維持抽水池的水位，足夠用于栗站的運(yùn)行。
[0002]基于熱交換器的冷卻回路被代表性地設(shè)計(jì)為冷卻從一個(gè)核電站反應(yīng)器的二次回路中的水輪發(fā)電機(jī)中出來(lái)的蒸汽以凝結(jié)該蒸汽，以便返回到液體狀態(tài)的水被反饋到二次回路的蒸汽發(fā)生器中。蒸汽發(fā)生器通過(guò)初級(jí)回路與二次回路之間的熱交換從一個(gè)密封的初級(jí)回路中吸取熱量以冷卻反應(yīng)器。初級(jí)與二次回路時(shí)液體型封閉系統(tǒng)，而基于熱交換器的冷卻回路是打開的而且與二次回路完全隔離，二次回路反過(guò)來(lái)與初級(jí)回路完全隔離。從一熱交換器中退出的水因此是非放射性的，而且可以被排盡，例如以返回到供應(yīng)回路的水體中。
[0003]已知如上述定義的取水裝置，特別是西布魯克核電站，建造在南新罕布什爾(美國(guó))的海岸線附近而且1990年被委托修建。裝置包括一個(gè)幾千米長(zhǎng)的單獨(dú)抽水隧道，連接到三個(gè)吸水豎井上。每個(gè)吸水豎井剛好在海床以上大約平均水位以下15米處開口，而且包括一個(gè)構(gòu)成所述水下進(jìn)水口之一的上部。
[0004]同樣，從1985年6月17日出版的編號(hào)JP60111089A日本專利申請(qǐng)書，已知一種取水裝置，包括一抽水池，通過(guò)一個(gè)地下抽水隧道被供水，隧道連接在一個(gè)潛入海洋相當(dāng)淺的深度處的進(jìn)水口上。進(jìn)水口可能在海嘯浪之前暴露在外。
[0005]這些取水裝置并非設(shè)置用于處理抽水隧道中臨界崩潰的公認(rèn)不可能情形，該情形可能導(dǎo)致隧道的完全阻塞，結(jié)果是幾乎完全中斷向抽水池的供水以及供給核電站栗站的備用栗的水不足的風(fēng)險(xiǎn)。備用栗是典型的輔助栗，用于補(bǔ)充在電力生產(chǎn)過(guò)程中使用的栗站的栗(“生產(chǎn)水栗”)，而且當(dāng)生產(chǎn)水栗關(guān)閉時(shí)用于為以熱交換器為基礎(chǔ)的冷卻回路提供縮減流量。這些備用栗用于在核反應(yīng)器關(guān)閉很長(zhǎng)時(shí)間或持續(xù)一段時(shí)間時(shí)對(duì)其進(jìn)行冷卻。
[0006]即使有兩個(gè)抽水隧道，我們也不能忽略在抽水隧道中發(fā)生臨界坍塌的可能性，幾乎會(huì)完全切斷向抽水池的供水，從而切斷向栗站的供水，特別是在相對(duì)高地震危險(xiǎn)性區(qū)域。此外，通過(guò)一個(gè)與沉在海中的進(jìn)水口連接的隧道向抽水池供水的優(yōu)勢(shì)是顯著降低了與海平面上的水的最高溫度相比的抽水池中水的最高溫度，這一低溫主要與進(jìn)水口被放置在平均海平面之下的深度相關(guān)。用以補(bǔ)充第一抽水隧道從而限制在第一隧道中發(fā)生臨界坍塌時(shí)抽水池供水的中斷風(fēng)險(xiǎn)，第二抽水隧道的添加涉及將新的進(jìn)水口至少放置在與第一進(jìn)水口實(shí)質(zhì)上相同的深度處以避免抽水池中的水被明顯加熱。
[0007]將抽水池中的水加溫實(shí)際上會(huì)導(dǎo)致核電站二次回路的效率η的增加。效率取決于冷源的溫度Tf，即位于熱交換器入口處的水的溫度，而且定義如下:
[0008]η = (Tc - Tf) /Tc
[0009]Tc為熱源的溫度，即從熱交換器中出來(lái)的水的溫度。效率η因此隨著冷源溫度Tf的下降而上升。
[0010]根據(jù)水下地志學(xué)，抽水隧道的必要長(zhǎng)度通常隨進(jìn)水口設(shè)置處的深度而增加。此外，除了建造一額外隧道的成本，隧道臨界坍塌的風(fēng)險(xiǎn)也通常隨隧道長(zhǎng)度增加，特別是在處于主要地震事件危險(xiǎn)的區(qū)域。添加抽水隧道以便為抽水池提供更安全供水的解決方案因此并不盡如人意，或者由于附加進(jìn)水口不夠深時(shí)核電站二次回路的較低效率，或者根據(jù)附加進(jìn)水口更深時(shí)的成本和/或安全性。
[0011]本發(fā)明的目的是提供一種取水裝置，其中當(dāng)在為抽水池供水的抽水隧道中發(fā)生臨界坍塌時(shí)，由于至少核電站栗站的備用栗而向抽水池持續(xù)供水；該裝置沒(méi)有在核電站的正常運(yùn)行期間影響核電站二次回路的效率，即當(dāng)水通過(guò)一個(gè)抽水隧道或多個(gè)抽水隧道以正常方式向抽水池供應(yīng)時(shí)。
[0012]為此，本發(fā)明涉及一種如上述前言中定義的取水裝置，特點(diǎn)在于其進(jìn)一步包括一個(gè)用于供應(yīng)補(bǔ)給水的系統(tǒng)，與所述至少一個(gè)抽水隧道不同而且能夠從至少一個(gè)應(yīng)急儲(chǔ)水池向抽水池供水，所述用于供應(yīng)補(bǔ)給水的系統(tǒng)包括是找一個(gè)將抽水池連接到所述應(yīng)急儲(chǔ)水池的輸水管以及一個(gè)封鎖所述輸水管的阻隔裝置，如果抽水池的水位像之前定義的反常方式下降的話，阻隔裝置能夠至少部分打開所述輸水管，這樣如果通過(guò)所述至少一個(gè)抽水隧道所供應(yīng)的水不足的話，則抽水池通過(guò)所述用于供應(yīng)補(bǔ)給水的系統(tǒng)被供水。
[0013]利用這些方案，抽水池的水通常在電站運(yùn)行過(guò)程中不予來(lái)自應(yīng)急儲(chǔ)水池的水混合，因此核電站二次回路的效率不受應(yīng)急儲(chǔ)水池的存在的影響。如果抽水池的水位以事先所定義的非正常方式下降的話，則僅起動(dòng)應(yīng)急儲(chǔ)水池的使用。水位以事先所定義的非正常方式的下降通常與一個(gè)或多個(gè)抽水隧道的臨界坍塌相對(duì)應(yīng)，導(dǎo)致向抽水池供水的持續(xù)中斷或者至少大幅下降。這種水位的下降可能也相當(dāng)于水體相對(duì)短時(shí)間內(nèi)的異常下降，正如可能發(fā)生在例如易于發(fā)生海嘯區(qū)域的海岸線附近。本發(fā)明因此也可以應(yīng)用于偶爾海平面可能下降到最低潮位下的海岸線上的核電站的取水裝置，在海嘯的第一次浪潮之前有時(shí)是這樣。
[0014]依照根據(jù)本發(fā)明的一取水裝置的有利實(shí)施例，所述水體構(gòu)成了所述應(yīng)急儲(chǔ)水池。這樣，通過(guò)所述用于供應(yīng)補(bǔ)給水的系統(tǒng)向抽水池供水可以持續(xù)無(wú)限的時(shí)間而且不需要栗送裝置來(lái)維持應(yīng)急儲(chǔ)水池中的水位。
[0015]在根據(jù)本發(fā)明的取水裝置的其他優(yōu)選實(shí)施例中，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)以下方案進(jìn)行使用:
[0016]所述水體是海洋，而且所述用于供應(yīng)補(bǔ)給水的系統(tǒng)被設(shè)置在抽水池和一部分與海洋連通的通道之間；
[0017]所述用于供應(yīng)補(bǔ)給水的系統(tǒng)包括一個(gè)備用隧道，與至少一個(gè)沉入在所述水體中的備用進(jìn)水口連接，所述備用進(jìn)水口被設(shè)置在所述主進(jìn)水口之上至少十米的高度；
[0018]所述至少一個(gè)應(yīng)急儲(chǔ)水池包括一個(gè)包含大量水的儲(chǔ)水池，當(dāng)水通過(guò)所述至少一個(gè)抽水隧道被正常供應(yīng)到抽水池時(shí)，大量水仍然本質(zhì)上保持不變。
[0019]所述至少一個(gè)主進(jìn)水口被放置在相對(duì)于所述水體的平均參照水面的一定深度處，所述深度是預(yù)先確定的，這樣流入抽水池中的水在一年當(dāng)中的至少一個(gè)階段，其最高溫度至少為4°C，小于所述水體表面水的最高溫度；
[0020]所述阻隔裝置包括一個(gè)阻隔件，能夠圍繞樞軸旋轉(zhuǎn)以打開所述輸水管；
[0021]所述阻隔裝置被調(diào)適以便所述阻隔件根據(jù)抽水池水位的下降自動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；
[0022]所述阻隔件的旋轉(zhuǎn)通過(guò)一個(gè)起動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，該起動(dòng)裝置連接在一個(gè)能夠?yàn)槠饎?dòng)裝置生成觸發(fā)控制的控制系統(tǒng)上，控制系統(tǒng)與一個(gè)接收一用于測(cè)量抽水池水位的裝置所提供的數(shù)據(jù)的分析系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)。所述分析系統(tǒng)能夠確定抽水池水位是否以事先界定的非正常方式下降；
[0023]如果起動(dòng)裝置不執(zhí)行其功能，則所述起動(dòng)裝置適于使待通過(guò)所述阻隔裝置自動(dòng)執(zhí)行的所述阻隔件能夠轉(zhuǎn)動(dòng):
[0024]當(dāng)應(yīng)急儲(chǔ)水池水位與抽水池水位之間的高度差超過(guò)一定閾值時(shí)，所述阻隔件轉(zhuǎn)動(dòng)以打開所述輸水管；
[0025]所述阻隔裝置包括一個(gè)設(shè)置在相對(duì)于所述樞軸的側(cè)對(duì)面阻隔件上的平衡工具上，所述平衡工具包括一個(gè)同所述樞軸具有一定距離的主配重部件，而且所述主配重部件重量為所述阻隔件重量的80%到200%之間。
[0026]所述阻隔裝置包括一個(gè)漂浮裝置，其設(shè)置為當(dāng)水通過(guò)所述至少一個(gè)抽水隧道被正常供應(yīng)時(shí)，該漂浮裝置完全沉入水中，而且如果抽水池水位下降到最低潮預(yù)定水位之下以達(dá)到預(yù)定觸發(fā)水位時(shí)，漂浮裝置至少部分暴露，所述漂浮裝置適于在達(dá)到所述觸發(fā)水位時(shí)使所述阻隔件轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0027]本發(fā)明也涉及一個(gè)核電站，包括一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的取水裝置，其中抽水池被一個(gè)構(gòu)成一實(shí)質(zhì)為防水蓋的裝置覆蓋，而且在封蓋裝置上或附近開設(shè)至少一個(gè)標(biāo)刻度的開口以便如果抽水池由于所述水體的異常上漲而溢出的話，使有限流量的水能夠流到抽水池外，核電站進(jìn)一步包括至少一個(gè)排放豎井，為流出隧道供水，所述排放豎井也設(shè)有一個(gè)封蓋裝置，具有至少一個(gè)標(biāo)刻度的開口以使有限流量的水流在排放豎井溢流時(shí)流到外面。
[0028]根據(jù)這種核電站的一個(gè)有利實(shí)施例，所述應(yīng)急儲(chǔ)水池包括一個(gè)儲(chǔ)水池，其頂部朝外開放而且包含大量水，當(dāng)水通過(guò)所述至少一個(gè)抽水隧道被正常供應(yīng)到抽水池時(shí)，大量水仍然本質(zhì)上保持不變，而且所述至少一個(gè)標(biāo)刻度的開口通向所述儲(chǔ)水池以便能夠在其中收集所述有限流量的水。
[0029]本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)一些非限定性例證實(shí)施例的以下描述變得更加明顯，參考圖示，其中:
[0030]圖1以圖示代表海岸線附近一核電站的頂視圖，包括一個(gè)能夠被修改的取水裝置以為其配備一個(gè)用于供應(yīng)補(bǔ)給水的系統(tǒng)。
[0031]圖2以圖示代表圖1中表示的取水裝置的一個(gè)側(cè)視圖，以及在設(shè)計(jì)中需要考慮在內(nèi)的不同潮位。
[0032]圖3以圖示代表圖1中核電站的頂視圖，處于坍塌之后抽水隧道的高度降級(jí)運(yùn)行情況中；這種情況不允許核電站繼續(xù)正常運(yùn)行。
[0033]圖4以圖示代表圖1的取水裝置所作修改的一個(gè)局部側(cè)視圖以實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的用于供應(yīng)補(bǔ)給水的系統(tǒng)，所示系統(tǒng)的阻隔裝置位于其封鎖輸水管的位置。
[0034]圖5代表圖4中用于供應(yīng)補(bǔ)給水的系統(tǒng)，其阻隔裝置位于打開輸水管的位置，將抽水池放置成與隧道連通。
[0035]圖6以圖示代表圖4中用于供應(yīng)補(bǔ)給水的系統(tǒng)的局部頂視圖。
[0036]圖7以圖示代表圖4中用于供應(yīng)補(bǔ)給水的系統(tǒng)的局部頂視圖，其阻隔裝置位于圖5的開口位置。
[0037]圖8以圖示代表圖4中一部分阻隔裝置的局部側(cè)視圖。
[0038]圖9以圖示代表圖8中阻隔裝置的局部側(cè)視圖，加上一個(gè)配重調(diào)整工具。
[0039]圖10以圖示代表與圖9相似的阻隔裝置的局部側(cè)視圖。
[0040]圖11以圖示代表本發(fā)明用于供應(yīng)補(bǔ)給水的系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例的局部側(cè)視圖，該實(shí)施例可以作為圖4中用于供應(yīng)補(bǔ)給水的系統(tǒng)的替代物而使用。
[0041]圖12代表圖11中用于供應(yīng)補(bǔ)給水的系統(tǒng)，其阻隔裝置位于完全打開輸水管的位置。
[0042]圖13以圖示代表圖11中用于供應(yīng)補(bǔ)給水的系統(tǒng)的一個(gè)變體的局部側(cè)視圖，其阻隔裝置位于關(guān)閉輸水管的位置。
[0043]圖14以圖示代表圖13中用于供應(yīng)補(bǔ)給水的系統(tǒng)，其阻隔裝置位于完全打開輸水管的位置。
[0044]圖15以圖不代表與圖11相似的用于供應(yīng)補(bǔ)給水的系統(tǒng)的另一個(gè)變體的局部側(cè)視圖，帶有根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的阻隔裝置。
[0045]圖16代表圖15中用于供應(yīng)補(bǔ)給水的系統(tǒng)，阻隔裝置其阻隔裝置位于完全打開輸水管的位置。
[0046]圖17以圖示代表一可能遭受浪潮的核電站的本發(fā)明取水裝置的另一個(gè)實(shí)施例的局部側(cè)視圖，供水系統(tǒng)的阻隔裝置在關(guān)閉輸水管的位置上表示。
[0047]圖18代表圖17用于供應(yīng)補(bǔ)給水的系統(tǒng)，阻隔裝置位于打開輸水管的位置以便抽水池通過(guò)備用隧道與海洋連通。
[0048]圖19以圖示代表圖17中用于供應(yīng)補(bǔ)給水的系統(tǒng)的局部側(cè)視圖，裝配一個(gè)根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的阻隔裝置。
[0049]圖20以圖示代表本發(fā)明取水裝置另一個(gè)