CN104934078B - 一种保持冷却水动态循环的非能动安全壳冷却*** - Google Patents

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Abstract

本发明属于核电厂安全壳冷却***设计，具体涉及一种保持冷却水动态循环的非能动安全壳冷却***。其结构包括设置在屏蔽厂房内的钢制安全壳，在屏蔽厂房上部设有置顶水箱，设置于钢制安全壳上方的安全壳喷淋管线与置顶水箱连接，所述的安全壳喷淋管线与广义非能动流量控制单元和喷头相连构成喷淋路径，所述广义非能动流量控制单元保持常开，使置顶水箱内水源经由所述喷淋路径的喷淋过程持续进行，喷淋水在钢制安全壳外表面形成液膜，汇集后经由回水管线输送回置顶水箱。本发明能够使安全壳冷却***的换热能力更强，使其启动及运行具有更高的可靠性。

Description

一种保持冷却水动态循环的非能动安全壳冷却***
技术领域
本发明属于核电厂安全壳冷却***设计，具体涉及一种保持冷却水动态循环的非能动安全壳冷却***。
背景技术
AP1000是美国西屋公司研发的第三代核电***，其非能动安全壳冷却***(PCS)用于事故情况下安全壳的降压和反应堆余热导出，是核电厂的核心安全***之一。AP1000-PCS具有非能动特性，它利用冷却水的重力下泄喷淋及安全壳附近流场的热压通风效应实现热量导出，具有较高的可靠性。但这个喷淋过程的启动并不是非能动的，受多种条件制约，电动/气动截止阀需要外部电源/动力源供电/供气，其控制指令由PMS下达。这意味着，一个高可靠性的非能动冷却过程，可能因为启动失效无法开始。
第三代核电***多具有非能动安全壳热量导出***(PCCS),如：AP600&1000-PCS、ABWRII-PCCS、AHWR-PCCS、ESBWR-PCCS、SWR1000-PCCS、WWER640-PCCS及WWER1000-PCCS等。这些***或者采用专门的静态水源，或者采用应急接入水源，本发明技术方案采用了在***备用期间对安全壳维持喷淋的运行方式，这在同类***设计中尚无先例。上述各非能动安全壳热量导出***所涉及的专利包括：1991年美国西屋公司申请的PASSIVECONTAINMENT COOLING SYSTEM(US5049353)；1962年题为SAFETY EQUIPMENT FOR NUCLEARPOWER-REACTOR PLANTS(US31684454)的美国专利；1994年GE公司申请的PASSIVECONTAINMENT COOLING SYSTEM(US5282230)；1994年GE公司申请的PRESSURE SUPPRESSIONCONTAINMENT SYSTEM(US5295168)；1996年GE公司申请的WATER INVENTORY MANAGEMENT INCONDENSER POOL OF BOLING WATER REACTOR(US5499278)；2000年GE公司申请的MODIFIEDPASSIVE CONTAINMENT COOLING SYSTEM FOR NUCLEAR REACTOR(US6069930)等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种保持冷却水动态循环的非能动安全壳冷却***，以期使***的换热能力更强，使其启动及运行具有更高的可靠性。
本发明的技术方案如下：一种保持冷却水动态循环的非能动安全壳冷却***，包括设置在屏蔽厂房内的钢制安全壳，在屏蔽厂房上部设有置顶水箱，设置于钢制安全壳上方的安全壳喷淋管线与置顶水箱连接，其中，所述的安全壳喷淋管线与广义非能动流体控制单元和喷头相连构成喷淋路径，所述广义非能动流体控制单元保持常开，使置顶水箱内水源经由所述喷淋路径的喷淋过程持续进行，喷淋水在钢制安全壳外表面形成液膜，汇集后经由回水管线输送回置顶水箱。
进一步，如上所述的保持冷却水动态循环的非能动安全壳冷却***，其中，喷淋水经钢制安全壳外表面流过并最终流至屏蔽厂房底部，经由排水管线排至中间水池，一台或多台循环泵并联形成的泵组将中间水池中的水经由回水管线输送回置顶水箱。
更进一步，所述回水管线还与置顶水箱补水管线相连接；所述中间水池还设有中间水池补水管线。
进一步，如上所述的保持冷却水动态循环的非能动安全壳冷却***，其中，中间水池中的水体总量为置顶水箱中水体总量的0.5-3.0倍。
进一步，如上所述的保持冷却水动态循环的非能动安全壳冷却***，其中，所述钢制安全壳的穹顶顶部具有安全壳穹顶水分配池；所述安全壳穹顶水分配池底面水平，安全壳穹顶水分配池的深度与水池底面直径之比小于0.005；钢制安全壳穹顶外表面具有阶梯结构。
进一步，如上所述的保持冷却水动态循环的非能动安全壳冷却***，其中，所述钢制安全壳的立面外表面具有周期性的台阶状凹凸结构，相邻两级台阶状凹凸结构的竖直高差为10-100mm，台阶宽度为10-100mm。
进一步，如上所述的保持冷却水动态循环的非能动安全壳冷却***，其中，钢制安全壳立面外表面凹凸结构的外包络面为锥面，该锥面母线向安全壳轴线内倾，内倾角α小于等于5°。
进一步，如上所述的保持冷却水动态循环的非能动安全壳冷却***，其中，在所述屏蔽厂房的进气口内侧设有空气折流板。
本发明的有益效果如下：(1)持续喷淋的工作模式可使***长期处于备用状态，这使得***功能的生效无需任何能动的操作或转换，使其可靠性大为提高；(2)持续喷淋的工作模式可以使液膜始终完全覆盖安全壳外表面，避免安全壳过热后干斑的形成，使***性能更为稳定；(3)安全壳穹顶及立面的阶梯及凸凹结构使换热面的面积增大，提升了***的换热能力；(4)安全壳穹顶及立面的阶梯及凸凹结构使液膜流动呈震荡状态，这使液膜湍流强度增加，对换热过程有强化作用。
附图说明
图1一种保持冷却水动态循环的非能动安全壳冷却***结构示意图；
图2安全壳穹顶外表面结构示意图(剖面)；
图3安全壳穹顶外表面局部结构示意图；
图4安全壳穹顶外表面俯视图；
图5安全壳立面外表面结构示意图(剖面)；
图6安全壳立面外表面局部结构示意图；
图中，1.钢制安全壳，2.屏蔽厂房，3.置顶水箱，4.安全壳喷淋管线，5.广义非能动流体控制单元，6.喷头，7.排水管线，8.中间水池，9.循环泵，10.回水管线，11.中间水池补水管线，12.置顶水箱补水管线，13.安全壳穹顶外表面阶梯结构，14.安全壳穹顶水分配池，15.安全壳立面外表面台阶状凹凸结构，16.空气折流板，17.屏蔽厂房进气口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，一种保持冷却水动态循环的非能动安全壳冷却***，包括设置在屏蔽厂房2内的钢制安全壳1，屏蔽厂房的进气口17内侧设有空气折流板16，在屏蔽厂房2上部设有置顶水箱3，设置于钢制安全壳1上方的安全壳喷淋管线4与置顶水箱3连接，所述的安全壳喷淋管线4与广义非能动流体控制单元5和喷头6相连构成喷淋路径，所述广义非能动流体控制单元5保持常开，使置顶水箱3内水源经由所述喷淋路径的喷淋过程持续进行，喷淋水在钢制安全壳1外表面形成液膜，汇集后经由回水管线10输送回置顶水箱3。
广义非能动流体控制单元是一种流体控制设备，其构造原则是按照非能动***子功能分划模式，将若干具有独立功能的子***集成为符合设计要求的大***。一般来说，广义非能动流体控制单元可包括传感器子***、执行子***、能源子***、智能子***、I/O子***、联结子***。具体技术特征可参见《广义非能动流体控制单元的设计及试验研究》(核动力工程，2011第6期，第32卷)。
在整个核电厂寿期内，除了***本身需要维修时，安全壳始终保持被喷淋状态，这可以使得***功能的生效无需任何能动的操作或转换，使其可靠性大为提高。广义非能动流体控制单元的设置，用以实现事故后可能需要的对喷淋流量的控制，由于处于常开状态，它对***基本的冷却功能不构成影响。
喷淋水在钢制安全壳1表面形成液膜并最终流至屏蔽厂房2底部，经由排水管线7排水至中间水池8，一台或多台循环泵9并联形成的泵组将中间水池8中的水源经由回水管线10输送回置顶水箱3，保持置顶水箱3的水位。中间水池8中的水体总量为置顶水箱3中水体总量的0.5-3.0倍，并设有中间水池补水管线11。另外，回水管线10还与置顶水箱补水管线12相连，可获得应急补水。置顶水箱3水位的维持，意味着任意时刻发生事故时，即使失去能动循环，水箱内的水量也能满足设计需求。多台循环泵的冗余设置用以提高***事故条件下的可用性。
如图2、图3、图4所示，钢制安全壳1穹顶顶部具有安全壳穹顶水分配池14，穹顶外表面具有安全壳穹顶阶梯结构13。安全壳穹顶水分配池14底面水平，安全壳穹顶水分配池14的深度与水池底面直径之比小于0.005。安全壳穹顶水分配池14的扁平状结构有利于喷淋水的平均分配，穹顶外表面的阶梯结构13则可以促进水膜对穹顶外表面的覆盖，避免安全壳过热后干斑的形成，使***性能更为稳定。阶梯结构13使液膜流动呈震荡状态，这使液膜湍流强度增加，同时也使换热面的面积增大，这对于换热过程均有明显的强化作用。
如图5、6所示，钢制安全壳1立面外表面具有周期性的安全壳立面台阶状凹凸结构15，相邻两级台阶状凹凸结构的竖直高差h为10-100mm，台阶宽度w为10-100mm。安全壳立面台阶状凹凸结构的作用与穹顶外表面的阶梯结构作用类似，均可使水膜覆盖更为充分，并使换热过程得以强化。安全壳立面外表面台阶状凹凸结构15的外包络面为锥面，该锥面母线向安全壳轴线内倾，内倾角α为0-5°。内倾的安全壳立面台阶状凹凸结构的外包络面可使水膜对表面的覆盖更为充分。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种保持冷却水动态循环的非能动安全壳冷却***，包括设置在屏蔽厂房(2)内的钢制安全壳(1)，在屏蔽厂房(2)上部设有置顶水箱(3)，设置于钢制安全壳(1)上方的安全壳喷淋管线(4)与置顶水箱(3)连接，其特征在于：所述的安全壳喷淋管线(4)与广义非能动流体控制单元(5)和喷头(6)相连构成喷淋路径，所述广义非能动流体控制单元(5)保持常开，使置顶水箱(3)内水源经由所述喷淋路径的喷淋过程持续进行，喷淋水在钢制安全壳(1)外表面形成液膜，汇集后经由回水管线(10)输送回置顶水箱(3)；所述钢制安全壳(1)的穹顶顶部具有安全壳穹顶水分配池(14)，钢制安全壳穹顶外表面具有阶梯结构(13)。
2.如权利要求1所述的保持冷却水动态循环的非能动安全壳冷却***，其特征在于：喷淋水经钢制安全壳(1)外表面流过并最终流至屏蔽厂房(2)底部，经由排水管线(7)排至中间水池(8)，一台或多台循环泵(9)并联形成的泵组将中间水池(8)中的水经由回水管线(10)输送回置顶水箱(3)。
3.如权利要求2所述的保持冷却水动态循环的非能动安全壳冷却***，其特征在于：所述回水管线(10)还与置顶水箱补水管线(12)相连接；所述中间水池(8)还设有中间水池补水管线(11)。
4.如权利要求2或3所述的保持冷却水动态循环的非能动安全壳冷却***，其特征在于：中间水池(8)中的水体总量为置顶水箱(3)中水体总量的0.5-3.0倍。
5.如权利要求1所述的保持冷却水动态循环的非能动安全壳冷却***，其特征在于：所述安全壳穹顶水分配池(14)底面水平，安全壳穹顶水分配池(14)的深度与安全壳穹顶水分配池底面直径之比小于0.005。
6.如权利要求1所述的保持冷却水动态循环的非能动安全壳冷却***，其特征在于：所述钢制安全壳(1)的立面外表面具有周期性的台阶状凹凸结构(15)，相邻两级台阶状凹凸结构的竖直高差为10-100mm，台阶宽度为10-100mm。
7.如权利要求6所述的保持冷却水动态循环的非能动安全壳冷却***，其特征在于：钢制安全壳立面外表面的所述台阶状凹凸结构(15)的外包络面为锥面，该锥面母线向安全壳轴线内倾，内倾角α小于等于5°。
8.如权利要求1所述的保持冷却水动态循环的非能动安全壳冷却***，其特征在于：在所述屏蔽厂房的进气口(17)内侧设有空气折流板(16)。
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