CN103531256B - 压水堆预应力混凝土安全壳非能动冷却*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及压水堆预应力混凝土安全壳非能动冷却***，属于反应堆的安全设施技术领域。该***包括：贮水箱、安全壳、多根下降管、多根水冷管、热水联箱、热段；其中，所有下降管均位于安全壳钢筋混凝土结构内，所有水冷管均位于安全壳内侧；各下降管和水冷管均是竖向排列；每根水冷管下端与每根下降管下端相连，下降管上端与贮水箱底部相连；每根水冷管上端与热水联箱下端相连；热水联箱上端与热段下端相连；热段上端与贮水箱底部相连。本发明运用非能动安全设计理念，结构简单，采用较少的设备设计了单层混凝土安全壳和简单的非能动安全壳冷却***，***在运行时仅依靠自然循环，不需要任何外力驱动，有效减少了因能动部件故障而导致的***失效，提高了反应堆的经济性和安全性。
Description
技术领域
本发明属于反应堆的安全设施技术领域，尤其涉及一种压水堆预应力混凝土安全壳非能动冷却***。
背景技术
安全壳是包容核反应堆堆芯和一些***的构筑物，用来防止核安全事故时放射性物质向环境释放，并保护反应堆冷却剂承压边界和安全***免受外部事件影响。
反应堆失水事故时，堆芯热量大量释放到安全壳中，使安全壳内压力与温度剧增，需要通过专门设置的安全壳冷却***将热量载出至最终热阱，否则，壳内压力和温度的增高可能会超过安全壳设计基准，危及其安全，从而引起严重的放射性物质外泄的核安全事故，这是核反应堆设计中需要关注的最重要的安全问题之一。
传统的二代及二代加反应堆安全壳多为预应力混凝土结构，内设安全壳喷淋***，由信号传感器启动，喷淋泵为***提供动力，属于能动安全***，因此不能抵御像日本福岛发生的严重事故。
反应堆AP1000的双层安全壳由内层带椭球形封头的圆柱形钢制容器和外层的钢筋混凝土屏蔽构筑物构成。双层安全壳设计使反应堆安全壳建造成本升高。同时巨大的钢制安全壳加工、组装难度大，质量控制难，存在一定的安全隐患。另外，AP1000安全壳需要利用外部信号触发安全壳顶部水箱出水阀打开，并非完全非能动。与AP1000的双层安全壳相比，预应力混凝土安全壳造价大大降低。安装在混凝土安全壳内的冷却***取代钢制安全壳，可以进一步提高反应堆的经济性和安全性。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，设计出一种压水堆预应力混凝土安全壳非能动冷却***，该***结构简单，失效概率极低；不需要外部电源供电，完全非能动；且没有巨大的钢制安全壳，可提高安全性和经济性；可以确保对***运行工况和失效情况的及时准确监测。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种预应力混凝土安全壳非能动冷却***，其特征在于，包括：
贮水箱、安全壳、下降管、水冷管、热水联箱、热段、反应堆压力容器；
所述下降管位于安全壳混凝土结构内，水冷管位于安全壳内侧，环绕所述反应堆压力容器排布。
所述贮水箱还设有气孔，底部与下降管和热段的上端相连。
所述贮水箱位于安全壳顶部中央。
所述水冷管和下降管等间隔设置，且竖向排列。
所述热段下端与所述热水联箱相连。
所述水冷管两端分别与所述下降管下端和所述热水联箱相连。
冷却***还设有出口堵头和入口浮子，分别位于所述热段内和下降管与贮水箱连接处。
所述贮水箱、下降管、水冷管和安全壳内表面均衬有钢衬里。
所述气孔上还设有一个常开的电动蝶阀。
所述贮水箱上方还设有顶盖、空气流道和过滤网。
本发明能产生以下有益效果：
本发明提供了一种基于非能动安全设计理念的预应力混凝土安全壳冷却***。与AP1000相比，该设计取消了巨大的钢制安全壳，具有更好的安全性和经济性；与传统的二代反应堆相比，该安全壳的冷却***的运行不需要借助任何能动部件的动作，也无需在事故工况下进行启动或切换，始终自动运行，只依靠自然循环方式即可将反应堆内的热量从安全壳内传至最终热阱——大气，具有结构简单，故障率低等特点。
①***工作时冷却回路中没有任何能动部件，完全采用水自然循环方式进行换热，***结构简单，失效概率极低；
②不需要外部电源供电，自然循环的驱动力只依靠贮水箱和下降管之间的高度差，以及循环水受热后升温密度降低产生的提升压头；
③***在反应堆正常运行时维持安全壳内环境的稳定，事故工况时不需要采取任何启动或切换操作即可执行安全壳冷却功能，完全非能动；
④***设有入口堵头和出口浮子，可在发生断管事故时自动落下堵住管口，避免冷却水丧失；
⑤可通过具体***设计来保证事故条件下热段出口水温仍然低于工作压力下水的沸点，使***以单相水的方式运行，确保自然循环的有效建立；
⑥没有巨大的钢制安全壳，可提高安全性和经济性；
⑦冷却***可设置独立的水冷管进出口温度、水冷管出口流量等测点，以确保对***运行工况和失效情况的及时准确监测。
附图说明
图1为本发明的***原理结构示意图；
图2为本发明的入口小室和堵头局部结构示意图；
图3为本发明的***轴测示意图。
其中，1、贮水箱；2、安全壳；3、下降管；4、冷却管；5、热水联箱；6、热段；7、反应堆压力容器；8、气孔。
具体实施方式
下面对于本发明所提出的一种预应力混凝土安全壳非能动冷却***，结合附图和实施例详细说明。
本发明提供了一种基于非能动安全设计理念的预应力混凝土安全壳冷却***的结构如图1、3所示，由贮水箱1、安全壳2、多根下降管3、多根水冷管4、热水联箱5、热段6等部件组成。其中，所有下降管3均位于安全壳钢筋混凝土结构内，所有水冷管4均位于安全壳内侧。各下降管3和水冷管4均是竖向排列，等间隔分布。每根水冷管4下端与每根下降管3下端相连，下降管3上端与贮水箱1底部相连；每根水冷管4上端与热水联箱5下端相连，热水联箱5上端与热段6下端相连；热水联箱5将各自水冷管4中的冷却水汇集至热段6。热段6上端与贮水箱1底部相连，连接处设有出口浮子；发生断管事故时出口浮子可在连接弹簧的作用下自动落下堵住管口，防止冷却水丧失。
贮水箱1位于安全壳2上方中央，底部与各下降管3连接处设有入口小室9，内置入口堵头10，如图2所示；发生断管事故时堵头10可自动落下堵住下降管3管口，防止冷却水丧失。贮水箱1上壁还设有气孔8，气孔8上方设置顶盖11与贮水箱1侧壁相连，顶盖11与贮水箱1侧壁之间设有空气流道12和过滤网13。此外，为了在极端事故工况时隔离安全壳和外界环境，气孔8处设有一常开的电动蝶阀14（图1），只在极端事故工况时关闭。
所述贮水箱1、下降管3、水冷管4和安全壳2内表面均衬有钢衬里。
本发明的工作原理如下：由于安全壳2内气体与水冷管4之间存在较大的温差，反应堆内热量主要通过冷凝换热传至水冷管4，同时气体的自然对流和辐射也会增强与水冷管4之间的传热。热量传至水冷管4后加热水冷管4中的冷却水。由于贮水箱1和水冷管4之间存在一定的高度差，循环水受热后产生提升压头，成为自然循环的驱动力并使其向上流至贮水箱1，与贮水箱1内的冷水混合释放热量，贮水箱1中水在重力作用下经下降管3下行流至水冷管4下端，完成循环；当全部冷却水都达到100°C后，贮水箱1内水不断蒸发，通过气孔将安全壳2内热量传至最终热阱——大气。
由于本发明是非能动***，无需任何启动操作***即可自动投入运行。影响运行的关键问题是初次运行时的排气工作，应将管路中的空气完全排空，否则不能形成充分的自然循环。自然循环稳定后，在反应堆正常运行时，***可以维持安全壳内环境的稳定；在事故工况下，安全壳内温度和压力升高，冷却***的自然循环会加强，从而带出更多的热量，实现安全壳冷却的功能。
实施例
本发明以1700MW反应堆为例，本实施例的详细参数如下：管道材料均为SA516-70。下降管3长51m，是冷水下降的通道。水冷管4长50m，其中竖直方向长度为30m，水平方向长20m，是***的换热界面。热段6长6m，将热水联箱5汇集后的热水导入贮水箱1中。贮水箱1材料为碳钢，高16m，内径24m，是***的热阱。
由以上实施例可以看出，本发明运用非能动安全设计理念，没有巨大的钢制安全壳，结构简单，采用较少的设备设计了简单的非能动安全壳冷却***，***在运行时仅依靠自然循环，不需任何外力驱动，有效减少了因能动部件故障而导致的***失效，提高了反应堆的经济性和安全性。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (3)
1.一种预应力混凝土安全壳非能动冷却***，其特征在于，该***包括：贮水箱、安全壳、多根下降管、多根水冷管、热水联箱、热段；其中，所有下降管均位于安全壳钢筋混凝土结构内，所有水冷管均位于安全壳内侧；各下降管和水冷管均是竖向排列；每根水冷管下端与每根下降管下端相连，下降管上端与贮水箱底部相连；每根水冷管上端与热水联箱下端相连；热水联箱上端与热段下端相连；热段上端与贮水箱底部相连，使自然循环回路密闭，防止自然循环中断；所述贮水箱为闭式贮水箱，位于安全壳上方中央，以增强***自然循环和载热能力；上壁设有气孔，气孔上方设置顶盖与贮水箱侧壁相连，顶盖与贮水箱侧壁之间设有空气流道和过滤网；
所述热段上端与贮水箱底部连接处设有出口浮子，所述贮水箱底部与各下降管连接处设有入口小室，内置入口堵头；用于在发生断管事故时出口浮子在连接弹簧的作用下自动落下堵住管口，防止冷却水丧失。
所述气孔处设有一常开的电动蝶阀，使水蒸汽蒸发带走***热量；只在管道破裂叠加浮子及堵头失效极端事故工况时关闭，防止安全壳内放射性物质外泄。
2.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述下降管和水冷管等间隔设置，且竖向排列。
3.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述贮水箱、下降管、水冷管和安全壳内表面均衬有钢衬里。
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