核電站非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于核電站反應(yīng)堆設(shè)計(jì)領(lǐng)域，更具體地說，本實(shí)用新型涉及一種核電站非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]日本福島核事故發(fā)生后，全球?qū)τ诤穗娬踞槍?duì)全廠斷電(甚至完全喪失交流電源)和喪失最終熱阱等超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故緩解措施的可靠性，以及持續(xù)提高核電站總體安全水平給予了越來越多的關(guān)注。
[0003]核電站的安全殼是防止放射性物質(zhì)釋放到環(huán)境中的最后一道包容屏障，在任何事故工況下，都應(yīng)控制安全殼內(nèi)的溫度和壓力，以確保安全殼的完整性。因此，研究可靠的安全殼冷卻系統(tǒng)成為核電站設(shè)計(jì)、研發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域。目前，核電站安全殼冷卻系統(tǒng)包括能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)和非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)。
[0004]目前，能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)的研發(fā)已較成熟，但是，非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)研究進(jìn)展緩慢。上世紀(jì)八十年代，美國、法國、德國、日本、俄羅斯等國開始了非能動(dòng)技術(shù)的研究，產(chǎn)生了第三代核電技術(shù)。在事故工況下，非能動(dòng)安全先進(jìn)核電機(jī)組不需要交流電源和應(yīng)急發(fā)電機(jī)，利用地球引力、氣體膨脹、密度差引起的對(duì)流、蒸發(fā)、冷凝等自然現(xiàn)象來驅(qū)動(dòng)核電站的安全系統(tǒng)，帶走堆芯余熱，從而控制事故工況，顯著提高了核電站的安全性。
[0005]現(xiàn)有一種非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)采用非能動(dòng)的方式將安全殼內(nèi)熱量散發(fā)到最終熱阱-大氣中，其中，正常運(yùn)行工況下，空氣從屏蔽構(gòu)筑物頂部入口進(jìn)入，流過下降通道后又反向通過上升流道，帶走安全殼內(nèi)壁傳遞的熱量，最后從煙囪排至大氣。安全殼頂部設(shè)有重力注水箱，接收到安全殼高壓信號(hào)后，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，只需開啟三個(gè)常關(guān)隔離閥中的任一個(gè)，不需其他動(dòng)作即可啟動(dòng)系統(tǒng)，系統(tǒng)的啟動(dòng)還可由操縱員在主控室或遠(yuǎn)程停堆工作站手動(dòng)啟動(dòng)。
[0006]現(xiàn)有另一種非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)中，增設(shè)了全殼內(nèi)蒸發(fā)器、安全殼外冷凝器和安全殼外冷卻水箱等主要設(shè)備。但是，上述技術(shù)中，安全殼外冷凝器布置在安全殼外冷卻水箱底部平底之上，此布置方式要求冷卻水箱容積較大，并且大容量的水在安全殼高位，對(duì)安全殼的整體抗震不利。
[0007]有鑒于此，卻有必要提供一種具有理想抗震性能的核電站非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型的目的在于:提供一種具有理想抗震性能的核電站非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型提供了一種核電站非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)，其包括安全殼內(nèi)蒸發(fā)器、安全殼外冷凝器，以及連接安全殼內(nèi)蒸發(fā)器和安全殼外冷凝器的工質(zhì)上升管道和工質(zhì)下降管道，其中，安全殼外設(shè)有冷卻水箱，冷卻水箱底部設(shè)有局部凹陷，安全殼外冷凝器容置于局部凹陷中。
[0010]作為本實(shí)用新型核電站非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)的一種改進(jìn)，所述局部凹陷的高度大于安全殼外冷凝器的高度。
[0011]作為本實(shí)用新型核電站非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)的一種改進(jìn)，所述安全殼內(nèi)蒸發(fā)器工質(zhì)與安全殼外冷凝器工質(zhì)的密度差為950kg/立方米以上。
[0012]作為本實(shí)用新型核電站非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)的一種改進(jìn)，所述工質(zhì)上升管道上設(shè)有隔離閥，所述工質(zhì)下降管道上設(shè)有隔離閥。
[0013]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型核電站非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0014]I)冷卻水箱底部局部凹陷，可保證安全殼外冷凝器長時(shí)間浸沒，提高了換熱效率，在同樣排出熱量負(fù)荷下，可減少冷卻水箱容積，降低冷卻水箱的高度和重量，提高安全殼的整體抗震性能。
[0015]2)冷凝器下沉布置，有效增加了冷凝器的浸沒時(shí)間，保證了系統(tǒng)的安全性。能保證超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故(包括嚴(yán)重事故工況)下，長時(shí)間對(duì)安全殼的內(nèi)部進(jìn)行非能動(dòng)冷卻，保證安全殼的完整性，提高核電站的安全性。
[0016]3)降低了冷卻水箱的高度，提高了冷卻水箱內(nèi)設(shè)備、冷卻水箱外管道、閥門的操作、檢修的便利性，降低核電站的建造成本。
【附圖說明】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本實(shí)用新型核電站非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說明，附圖中:
[0018]圖1為本實(shí)用新型核電站非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為本實(shí)用新型核電站非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)的循環(huán)原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了使本實(shí)用新型的發(fā)明目的、技術(shù)方案及其有益技術(shù)效果更加清晰，以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書中描述的【具體實(shí)施方式】僅僅是為了解釋本實(shí)用新型，并非為了限定本實(shí)用新型。
[0021]請(qǐng)參閱圖1所示，本實(shí)用新型核電站非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)包括:安全殼內(nèi)蒸發(fā)器
10、安全殼外冷凝器20，以及連接安全殼內(nèi)蒸發(fā)器10和安全殼外冷凝器20的工質(zhì)上升管道30和工質(zhì)下降管道40。安全殼外設(shè)有冷卻水箱50，冷卻水箱50的底部設(shè)有局部凹陷502，局部凹陷502的高度大于安全殼外冷凝器20的高度，安全殼外冷凝器20容置并浸沒于局部凹陷502中。
[0022]此外，為了保證本實(shí)用新型非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)的安全運(yùn)行，工質(zhì)上升管道30上設(shè)有隔離閥302，工質(zhì)下降管道40上設(shè)有隔離閥402。
[0023]本實(shí)用新型核電站非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)的循環(huán)原理為:安全殼內(nèi)蒸發(fā)器10和安全殼外冷凝器20采用分離設(shè)置，并通過工質(zhì)上升管道30和工質(zhì)下降管道40連通形成一個(gè)自然循環(huán)回路。
[0024]工作時(shí)，熱管內(nèi)的工質(zhì)匯集在安全殼內(nèi)蒸發(fā)器10，安全殼內(nèi)蒸發(fā)器10被安全殼內(nèi)高溫水蒸汽-空氣混合物加熱后，工質(zhì)蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽通過工質(zhì)上升管道30到達(dá)安全殼外冷凝器20釋放出潛熱而凝結(jié)成液體，在重力作用下，經(jīng)工質(zhì)下降管道40回到安全殼內(nèi)蒸發(fā)器10，如此循環(huán)往復(fù)運(yùn)行。整個(gè)回路循環(huán)不需要外部驅(qū)動(dòng)力，僅靠工質(zhì)上升管道30和工質(zhì)下降管道40的密度差即可形成自然循環(huán)，通過吸熱蒸發(fā)和冷凝放熱將安全殼內(nèi)大氣的熱量導(dǎo)出至安全殼外冷卻水箱50中。冷卻水箱50中的水溫升高至飽和蒸發(fā)，最終將安全殼內(nèi)熱量導(dǎo)出至環(huán)境大氣中。
[0025]在圖示循環(huán)回路中，為了確保工質(zhì)上升管道30和工質(zhì)下降管道40之間形成一定的密度差，其所能提供的壓頭足以平衡蒸汽流動(dòng)和液體流動(dòng)的壓力損失，維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行而不再需要增加額外的動(dòng)力，安全殼內(nèi)蒸發(fā)器10和安全殼外冷凝器20之間必須有足夠的高位差。
[0026]請(qǐng)參閱圖2所示，分離式熱管的循環(huán)壓頭由三部分產(chǎn)生:對(duì)應(yīng)高度區(qū)間H2的安全殼內(nèi)蒸發(fā)器10工質(zhì)與下降管道40工質(zhì)之間的密度差、對(duì)應(yīng)高度區(qū)間Hl的安全殼外冷凝器20工質(zhì)與上升管道30工質(zhì)之間的密度差、以及對(duì)應(yīng)高度區(qū)間H的上升管道30與下降管道40之間的密度差，可以用公式A P= (pL-pv)gH表示。根據(jù)該公式可知，高度差的增大可使自然循環(huán)推動(dòng)力提高，循環(huán)流量也越大，從而傳熱能力也越強(qiáng)。
[0027]由于熱管回路內(nèi)主要依靠相變來進(jìn)行傳熱，安全殼外冷凝器20工質(zhì)與安全殼內(nèi)蒸發(fā)器10內(nèi)的工質(zhì)密度差較大，可達(dá)950kg/m3以上，同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)換熱前后焓差較大，因而所需自然循環(huán)流量較小(即要克服的阻力較小)，因而系統(tǒng)對(duì)冷熱芯的高位差要求較小。此外，由于驅(qū)動(dòng)力增大引起蒸發(fā)段工質(zhì)流動(dòng)阻力增大必然會(huì)影響工質(zhì)的自然循環(huán)。因此，存在一個(gè)最優(yōu)高位差，工程中需根據(jù)試驗(yàn)、理論分析結(jié)果和工程實(shí)際情況來確定優(yōu)化高度差。
[0028]需要說明的是，雖然本說明書中僅以閉式熱管非能動(dòng)安全殼熱量排出系統(tǒng)為例描述了本實(shí)用新型核電站非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)，但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，本實(shí)用新型也適用于所有在安全殼外冷卻水箱內(nèi)設(shè)置冷凝器的非能動(dòng)安全殼熱量排出系統(tǒng)。
[0029]結(jié)合以上對(duì)本實(shí)用新型的詳細(xì)描述可以看出，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型核電站非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)至少具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0030]I)冷卻水箱底部局部凹陷，可保證安全殼外冷凝器長時(shí)間浸沒，提高了換熱效率，在同樣排出熱量負(fù)荷下，可減少冷卻水箱容積，降低冷卻水箱的高度和重量，提高安全殼的整體抗震性能。
[0031]2)冷凝器下沉布置，有效增加了冷凝器的浸沒時(shí)間，保證了系統(tǒng)的安全性。能保證超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故(包括嚴(yán)重事故工況)下，長時(shí)間對(duì)安全殼的內(nèi)部進(jìn)行非能動(dòng)冷卻，保證安全殼的完整性，提高核電站的安全性。
[0032]3)降低了冷卻水箱的高度，提高了冷卻水箱內(nèi)設(shè)備、冷卻水箱外管道、閥門的操作、檢修的便利性，降低核電站的建造成本。
[0033]根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本實(shí)用新型所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兏托薷摹Ｒ虼?，本?shí)用新型并不局限于上面揭示和描述的【具體實(shí)施方式】，對(duì)本實(shí)用新型的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本實(shí)用新型的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對(duì)本實(shí)用新型構(gòu)成任何限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種核電站非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)，其包括安全殼內(nèi)蒸發(fā)器、安全殼外冷凝器，以及連接安全殼內(nèi)蒸發(fā)器和安全殼外冷凝器的工質(zhì)上升管道和工質(zhì)下降管道，其特征在于:所述安全殼外設(shè)有冷卻水箱，冷卻水箱底部設(shè)有局部凹陷，安全殼外冷凝器容置于局部凹陷中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核電站非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)，其特征在于:所述局部凹陷的高度大于安全殼外冷凝器的高度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核電站非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)，其特征在于:所述安全殼內(nèi)蒸發(fā)器工質(zhì)與安全殼外冷凝器工質(zhì)的密度差為950kg/立方米以上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核電站非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)，其特征在于:所述工質(zhì)上升管道上設(shè)有隔離閥，所述工質(zhì)下降管道上設(shè)有隔離閥。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種核電站非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)，其包括：安全殼內(nèi)蒸發(fā)器、安全殼外冷凝器，以及連接安全殼內(nèi)蒸發(fā)器和安全殼外冷凝器的工質(zhì)上升管道和工質(zhì)下降管道，其中，安全殼外設(shè)有冷卻水箱，冷卻水箱底部設(shè)有局部凹陷，安全殼外冷凝器容置于局部凹陷中。本實(shí)用新型核電站非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)中，冷卻水箱底部局部凹陷，可保證安全殼外冷凝器長時(shí)間浸沒，提高換熱效率，在排出同樣熱量負(fù)荷下，可減少冷卻水箱容積，降低冷卻水箱的高度和重量，提高安全殼的整體抗震性能。
【IPC分類】G21C15/18
【公開號(hào)】CN205230605
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521037123
【發(fā)明人】彭國勝, 周媛霞, 程浩
【申請(qǐng)人】中廣核工程有限公司, 中國廣核集團(tuán)有限公司
【公開日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2015年12月14日