用于水冷卻慢化核反應(yīng)堆的安全殼的制作方法
【專利說明】用于水冷卻慢化核反應(yīng)堆的安全殼
【背景技術(shù)】
[0001] 下面是一些相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)參考文獻(xiàn)的列表。

[0004] 現(xiàn)如今運(yùn)轉(zhuǎn)的水冷卻慢化核電站配備有安全殼，該安全殼用作在反應(yīng)堆冷卻劑系 統(tǒng)泄漏或破裂的情況下容納放射性物質(zhì)的釋放。在正常操作中，反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)將使高 壓水和/或蒸汽循環(huán)W便將產(chǎn)生于反應(yīng)堆忍中的熱量傳遞至發(fā)電設(shè)施，比如，蒸汽輪機(jī)及 其發(fā)電機(jī)。
[0005] 若干種類的安全殼在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。在當(dāng)前運(yùn)行的電站中使用最多的兩類 安全殼是壓力抑制安全殼W及全壓力安全殼。壓力抑制安全殼被用于所謂的沸水反應(yīng)堆 度WR)，同時(shí)，全壓力安全殼和壓力抑制型安全殼兩者都用于增壓水反應(yīng)堆（PWR)。BWR與 PWR都使用輕水作為反應(yīng)堆冷卻劑和慢化劑。重水冷卻劑和慢化劑被用于重水反應(yīng)堆，并且 運(yùn)些已采用全壓力型安全殼。
[0006] 在BWR中，處于高壓（大約70己）下的水在反應(yīng)堆忍中沸騰，并且產(chǎn)生的蒸汽被 直接送至蒸汽輪機(jī)設(shè)施。容置有反應(yīng)堆忍的壓力容器（反應(yīng)堆壓力容器）連同其相應(yīng)的主 要和輔助管路連接件位于安全殼廠房的一個(gè)隔間一-通常被稱為干井一一內(nèi)。在反應(yīng)堆冷 卻劑系統(tǒng)泄漏或破裂的情況下，排放入干井中的高壓蒸汽連同通常存在于干井中不可凝的 氣體將經(jīng)由適當(dāng)?shù)耐L(fēng)管道被指引朝向安全殼廠房的第二個(gè)隔間，該安全殼廠房的第二個(gè) 隔間由于其包含通常保持在環(huán)境壓力和溫度下的大量水而通常被稱為濕井。從干井中排放 的蒸汽在與濕井中的水團(tuán)混合之后將被壓縮。在從反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)排污結(jié)束之后，濕井 和干井內(nèi)的壓力達(dá)到與安全殼廠房設(shè)計(jì)相兼容的穩(wěn)態(tài)平衡水平。同時(shí)，緊急關(guān)閉和冷卻系 統(tǒng)將已經(jīng)啟動(dòng)W確保反應(yīng)堆忍的繼續(xù)冷卻。
[0007] 在PWR中，在反應(yīng)堆忍中產(chǎn)生的能量被用于加熱高壓水流（通常被稱為初級(jí)水 流），該高壓水流接著被送至一個(gè)或若干個(gè)熱交換器一一通常被稱為蒸汽發(fā)生器，在一個(gè)或 若干個(gè)熱交換器中，其熱量被傳遞至第二水流（被稱為次級(jí)水流），從而允許第二水流沸騰 (處于大約70己的壓強(qiáng)）并且因此產(chǎn)生蒸汽W被引導(dǎo)至蒸汽輪機(jī)設(shè)施。在蒸汽發(fā)生器初級(jí) 側(cè)的出口處，初級(jí)水流通過使用反應(yīng)堆冷卻劑累重新引導(dǎo)返回至反應(yīng)堆忍。分離部件一一 被稱為增壓器一一連接至反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)并且用作保持反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)內(nèi)的壓力處 于飽和壓力之上。運(yùn)通過使用安裝在增壓器的下部中的液位下方的電加熱器在增壓器的上 部中產(chǎn)生蒸汽泡而實(shí)現(xiàn)。反應(yīng)堆壓力容器、增壓器、蒸汽發(fā)生器、反應(yīng)堆冷卻劑累、連接運(yùn)些 主要部件的管道部段W及各種相關(guān)的輔助管道和設(shè)備全部位于安全殼廠房中。如在大多數(shù) (但不是全部，見下文）PWR設(shè)施中采用的全壓力安全殼中，在泄漏或破裂的情況下會(huì)從反 應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)中排出的高壓蒸汽被允許膨脹，使得所述高壓蒸汽更夠充滿安全殼廠房的 整個(gè)容積。在反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的排污端處，安全殼氣氛將被升高至大約5己的壓強(qiáng)并且 溫度接近運(yùn)個(gè)壓強(qiáng)下的飽和溫度。
[0008] 確保在反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的排污端處安全殼設(shè)計(jì)壓力將不會(huì)超過的所需用于全 壓力安全殼的總廠房容積通常大于壓力抑制型安全殼中的總?cè)莘e。因此，一些PWR設(shè)施建 設(shè)項(xiàng)目也已經(jīng)采用壓力抑制概念，例如冰冷凝器型安全殼（參見美國專利no3423286)， W及目前仍然在俄國和東歐運(yùn)行的俄國設(shè)計(jì)的早期PWR設(shè)施（指定為WER型，特別地是 VV邸-414模型）。
[0009] W上簡單描述的基本設(shè)計(jì)概念的修改與改進(jìn)已經(jīng)被提出。例如，美國專利號(hào) 393765U4131509W及8126107設(shè)及將全壓力型安全殼分隔成兩個(gè)區(qū)域或隔室的實(shí)踐，其 中一個(gè)區(qū)域或隔室容置反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)W及其主要部件。在反應(yīng)堆的動(dòng)力操作期間，運(yùn) 個(gè)第一區(qū)域?qū)υO(shè)施操作人員來說是不可進(jìn)入的。包括消耗燃料存儲(chǔ)池和各種輔助系統(tǒng)及設(shè) 備的第二區(qū)域在反應(yīng)堆動(dòng)力操作期間是可進(jìn)入的。在反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)破裂的情況下，無 論怎樣，對(duì)于經(jīng)由安裝在兩個(gè)區(qū)域之間的分隔封套中的合適的排污面板排放的蒸汽膨脹而 言整個(gè)安全殼容積是可供使用的。
[0010] 具有不同隔室的安全殼設(shè)計(jì)的其他示例是美國專利4587080和6173027。在US 4587080的全壓力PWR安全殼中，分離的隔室設(shè)置在安全殼的下部中W便改進(jìn)在冷卻劑回 路下方來自反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)中斷流動(dòng)W及來自隨該流動(dòng)流出的蒸汽的冷凝的溢出水收 集的控制。此外，對(duì)于蒸汽排放的膨脹整個(gè)安全殼容積保持可用，因?yàn)楦羰揖哂兄涟踩珰さ?上部區(qū)域的通風(fēng)口。在美國專利6173027的BWR壓力抑制安全殼中，干井空間被分隔為兩 個(gè)區(qū)域，上部區(qū)域和下部區(qū)域，并且在運(yùn)兩個(gè)區(qū)域中的一個(gè)區(qū)域泄漏或破裂的情況下，使另 一個(gè)干井空間可用作用于濕井的膨脹容積，因此，增大整個(gè)濕井膨脹容積并且允許對(duì)整個(gè) 廠房容積進(jìn)行相應(yīng)的節(jié)省。
[0011] 在所描述的另一示例的設(shè)計(jì)選項(xiàng)中，旨在用于PWR設(shè)施安全殼概念的美國專利no 5388130,蒸汽發(fā)生器安裝在分離的隔室（在美國專利no5388130中還稱為"結(jié)構(gòu)"）中并 且僅反應(yīng)堆壓力容器位于"初級(jí)"安全殼中。冗余的快速作用W及自動(dòng)隔離的閥安裝在反 應(yīng)堆壓力容器與蒸汽發(fā)生器之間的管道連接件中。由于自動(dòng)隔離特征，蒸汽發(fā)生器隔室不 需要與完整的反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)排污瞬態(tài)相關(guān)的全壓力保留能力。對(duì)運(yùn)些隔室提供有防爆 板或蒸汽釋放閥W避免超過隔室的設(shè)計(jì)壓力限制。由于蒸汽發(fā)生器的自動(dòng)隔離，需要用于 容置反應(yīng)堆忍和反應(yīng)堆壓力容器的全壓力初級(jí)安全殼的總?cè)莘e可W減小。在所需的建造容 積方面的減小是W復(fù)雜化為代價(jià)實(shí)現(xiàn)的，該復(fù)雜化是由于對(duì)可靠的自動(dòng)隔離閥（用于每個(gè) 蒸汽發(fā)生器的4個(gè)隔離閥）的需要W及在大直徑初級(jí)冷卻劑管道布置與安全殼管道貫穿件 的設(shè)計(jì)中所增加的復(fù)雜性。
[0012] 如今的水冷卻慢化操作設(shè)施W及W上簡要回顧的所有變型的安全殼設(shè)計(jì)選項(xiàng)將 導(dǎo)致由來自反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)中的破裂或泄漏，或者一一在PWR情況下一一來自反應(yīng)堆冷 卻劑系統(tǒng)或者次級(jí)冷卻劑蒸汽或給水管道的蒸汽排放造成的安全殼內(nèi)部的壓力、溫度W及 濕度的嚴(yán)峻的環(huán)境狀況。運(yùn)些狀況通常為大約5己、150攝氏度W及100%的飽和濕度。需 要用于緊急關(guān)閉W及用于反應(yīng)堆忍的冷卻的安全系統(tǒng)的部件一一還包括用于事故后情況 監(jiān)測的儀器一一將需要可靠地承受運(yùn)樣的操作環(huán)境。它們的操作能力需要用適當(dāng)?shù)臏y試W 及質(zhì)量確保程序來證明。
[0013] 現(xiàn)有技術(shù)還包括到目前為止在操作設(shè)施中還未被采用的新版安全殼的提案。特殊 意義之一在于小容積、高壓力安全殼概念。在運(yùn)種類型的設(shè)計(jì)中，反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)排污 導(dǎo)致安全殼壓力更快并且更顯著的增大，并且運(yùn)個(gè)增大的背壓導(dǎo)致了在更高的平衡壓力下 W及保持在反應(yīng)堆壓力容器中的足夠的冷卻劑水物料量的情況下排污階段的更早結(jié)束，W 確保堆忍保持被覆蓋并且堆忍冷卻保持有效。因此，對(duì)于被設(shè)置用于應(yīng)急堆忍冷卻的安全 系統(tǒng)的需求可W減少。美國專利no3984282和4050983根據(jù)用于當(dāng)前操作設(shè)施（例如， 3800MW堆忍熱功率、常規(guī)的再循環(huán)BWR堆忍設(shè)計(jì)W及常規(guī)的四回路PWR)中普遍使用的功 率級(jí)和設(shè)施構(gòu)型的反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的運(yùn)種概念，描述了分別用于PWR和BWR的反應(yīng)堆設(shè)施設(shè)計(jì)。 運(yùn)種設(shè)施概念中的小容積安全殼將必然導(dǎo)致對(duì)于空間和通道設(shè)備的容限減少，并且因此將 意味著更難W進(jìn)行設(shè)備維護(hù)與運(yùn)行中檢查（參見美國專利3984282中指出的說明，19頁，左 列，29至36行）。
[0014] 小容積、高壓力安全殼還被提出用于美國專利no6795518和美國專利申請公開 no20090161812中所謂的集成的或一體式PWR概念，或者用于其他所謂的PWR類型的小型 模塊化反應(yīng)堆（SMR)。在運(yùn)些一體的PWR概念中，反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的所有主要部件一一比 如反應(yīng)堆忍、蒸汽發(fā)生器、反應(yīng)堆冷卻劑累一一容置在單個(gè)的反應(yīng)堆壓力容器中。
[0015] 美國專利申請公開no20090161812呈現(xiàn)了排空安全殼概念，在該排空安全殼概 念中，正常設(shè)施操作下，在正常氣氛壓力下或者在部分真空下的干燥空氣氣氛保持在安全 殼區(qū)域中，因此，允許對(duì)緊急情況下衰變熱移除進(jìn)行改進(jìn)。運(yùn)個(gè)概念的示例實(shí)施方式的描述 包括下述一個(gè)示例：在運(yùn)個(gè)示例中，安全殼包括多個(gè)區(qū)域，該多個(gè)區(qū)域的一些區(qū)域通常處于 大氣壓力，同時(shí)，其他區(qū)域處于部分真空。然而，在緊急情況下，區(qū)域之間的連通是預(yù)見的W 允許運(yùn)些區(qū)域之間的壓力釋放W及冷卻劑流動(dòng)，使得在緊急情況下，整個(gè)安全殼構(gòu)成一個(gè) 單一容積。
[0016] 在法國專利no96 08479(國際公開noWO9801863)中提出的構(gòu)型呈現(xiàn)出獲得大 大簡化并且緊湊的反應(yīng)堆設(shè)施布置的另一方法。通過采用利用連接反應(yīng)堆壓力容器與蒸 汽發(fā)生器的同軸雙管道組件的反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)構(gòu)型、此外使用來自美國專