CN105551541A - 一种堆芯熔融物分组捕集和冷却*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种堆芯熔融物分组捕集和冷却***,包括设置在反应堆堆腔底部的分组捕集***及设置在分组捕集***下方的冷却***;分组捕集***包括熔融物分配装置、与熔融物分配装置对应设置的熔融物捕集容器、设置在熔融物捕集容器下方用于将熔融物捕集容器转移到冷却***中的捕集容器转移装置;冷却***包括熔融物冷却水池及熔融物冷却水池的冷却回路。本发明的分组捕集和冷却***,将增大堆芯熔融物与冷却水之间的换热面积,提高熔融物衰变热导出功率;堆芯熔融物分组捕集并冷却后,反应堆的事故后处理工作将大为简化,工作人员的辐照剂量可显著降低;空冷配合水冷的堆芯熔融物冷却方式更为可靠,将使严重事故后核电厂的长期安全性得以提升。
Description
技术领域
本发明属于反应堆堆芯熔融物堆外捕集***,具体涉及一种堆芯熔融物分组捕集和冷却***。
背景技术
在三里岛和切尔诺贝利核电站的严重事故之后,核电界开始集中力量对严重事故的预防和后果缓解进行研究和攻关,诸多结论明确了防范与缓解严重事故、提高安全可靠性和改善人因工程等方面的要求。当压水堆核电站发生严重事故时,堆芯余热排出手段的丧失将使冷却剂蒸发耗尽,堆芯裸露并持续升温,燃料元件由于失去冷却而发生融化,堆芯熔融物落入压力容器(RPV)下腔室,继而造成压力容器下封头失效,如果不能采取有效措施对其冷却,堆芯熔融物有可能将压力容器熔穿。压力容器熔穿后,熔融物直接喷射到安全壳筏基上与结构混凝土相互作用(MCCI)、一定时间内以较快的速度逐渐向下侵蚀安全壳的筏基,若筏基厚度不足,则底板可能被熔穿,并导致安全壳的完整性破坏,随后放射性物质将直接进入土壤,对环境造成严重影响。为了避免堆芯熔融物导致的大规模放射性物质释放,堆芯捕集器的相关设计逐渐产生。目前针对严重事故下,堆芯熔融物的冷却与收集策略主要可分为两种:压力容器内熔融物的冷却与保持(IVR),在美国的AP1000机型设计中采用;压力容器外熔融物冷却与收集(EVR),在俄罗斯的WWER1000机型和法国的EPR机型中采用。WWER1000机型采用“坩埚”式堆芯捕集器,它是位于压力容器下部的一个独立的容器结构,主要由下底板、牺牲材料和扇形热交换器组成。EPR机型采用“铺展”式堆芯捕集器,严重事故情况下,堆芯形成可流动液态熔融物,直接流入反应堆堆坑中,在高温作用下熔融物与堆坑牺牲性混凝土发生反应,逐渐消融牺牲混凝土,达到初步冷却、收集熔融物的功能。
关于堆芯捕集器的研究,国外起步较早,相关专利较多,如:美国麻省理工大学于1978年的专利,Corecatcherfornuclearreactorcoremeltdowncontainment(US4113560),该专利可视为EVR的设计雏形;法国***于1981年的专利,Corecatcherdevice(US4280872),该专利将EVR技术提升到了工程应用的水平;1982年的专利,Moltencorecatcherandcontainmentheatremovalsystem(US4,342,621)提出将热管技术用于EVR;美国能源部1983年的专利,Combinationpiperupturemitigatorandin-vesselcorecatcher(US4,412,969),首次提出了IVR的概念;此外的相关专利还有Retrofittablenuclearreactorcorecatcher(US4442065)、Nuclearreactorequippedwithacorecatcher(US5263066)、Nuclearreactorinstallationwithacorecatcherdeviceandmethodforexteriorcoolingofthelatterbynaturalcirculation(US5343506)、Corecatchercoolingbyheatpipe(US6353651)、CorecatcherCooling(US7558360)、Corecatcher,manufacturingmethodthereof,reactorcontainmentvesselandmanufacturingmethodthereof(US8358732)等。中国对堆芯捕集器的研究在从俄罗斯引进WWER核电***之后逐渐增多,在引进美国AP1000核电技术之后形成了一系列专利,如:俄罗斯2007年在我国申请的专利,损坏的LWR核反应堆的衬层定位和冷却***(CN200410031091.1),该专利即为WWER的EVR方案;中核工业二十三建设有限公司2010年在WWER施工过程中形成的专利技术,一种核电站堆芯捕集器的安装方法(CN201010529073.1);韩国水力原子力株式会社2010年的专利,具有集成冷却通道的堆芯捕集器(CN201080068588.4),其主旨在于对熔融物覆盖底板的冷却;上海和工程研究设计院在AP1000引进消化吸收及CAP1400设计过程中逐渐形成的EVR技术,底部注水叠加外部冷却的大型非能动核电厂堆芯捕集器(CN201310005308.0)、一种大型非能动压水堆核电厂坩埚型堆芯摧集器(CN201310005342.8)、有熔融物扩展室的大型非能动压水堆核电厂堆芯捕集器(CN201310005579.6)、大型非能动核电厂熔融物堆内和堆外滞留相结合的装置(CN201310264749.2)、有熔融物扩展室的大型非能动压水堆核电厂堆芯捕集器(CN201320007203.4)、一种大型非能动压水堆核电厂堪竭型堆芯捕集器(CN201320007218.0)、大型非能动核电厂熔融物堆内和堆外滞留相结合的装置(CN201320007347.X)、底部注水叠加外部冷却的大型非能动核电厂堆芯捕集器(CN201320007522)。
上述所有堆芯捕集器相关专利均未考虑采用独立容器对堆芯熔融物分组进行捕集并进行冷却。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷,本发明提供一种堆芯熔融物分组捕集和冷却***,旨在实现反应堆压力容器出现严重事故工况下,藉由多个独立的熔融物封装容器对反应堆堆芯熔融物实现分组捕集并冷却,提高熔融物衰变热导出功率,避免局部过热导致的防护屏障失效。
为达到以上目的,本发明采用的技术方案是:提供一种堆芯熔融物分组捕集和冷却***,包括设置在反应堆堆腔底部的分组捕集***及设置在分组捕集***下方的冷却***,所述分组捕集***包括熔融物分配装置、设置在熔融物分配装置下方的多个熔融物捕集容器以及设置在多个熔融物捕集容器下方用于将熔融物捕集容器转移到冷却***的捕集容器转移装置,所述熔融物分配装置与多个熔融物捕集容器通过各自的熔融物转移通道连接;所述冷却***包括熔融物冷却水池及熔融物冷却水池的冷却回路。
进一步,所述熔融物分配装置为多孔格栅状,格栅上的每个孔与每个熔融物捕集容器一一对应。
进一步,多个所述熔融物捕集容器通过熔融物捕集容器固定结构固定。
进一步,所述捕集容器转移装置包括捕集容器转移装置支撑结构及设置在捕集容器转移装置支撑结构两侧的支架,所述支架为锥形斜面、沟槽或管道结构。
进一步,所述熔融物分配装置由三层材料构成,最外层为在高温下腊化的牺牲层、中间层为耐高温陶瓷基复合层及最内层为耐高温金属或陶瓷层。
进一步,所述熔融物捕集容器为易滚动的旋转体。
进一步,所述熔融物冷却水池为整体结构或分体结构;所述熔融物冷却水池的冷却回路包括依次连接的循环冷却水泵、空气冷却器以及热交换器。
进一步,所述分组捕集***为树式结构,包括锥形斜面、设置在锥形斜面上的熔融物通流孔以及设置在熔融物流通孔下方的用于悬吊熔融物捕集容器的悬吊结构。
本发明的有益技术效果在于:
(1)分组捕集将增大堆芯熔融物与冷却水之间的换热面积,有利于提高熔融物衰变热导出功率,避免局部过热导致的防护屏障失效;
(2)堆芯熔融物分组捕集并冷却后,反应堆的事故后处理工作将大为简化,工作人员的辐照剂量可显著降低;
(3)能动结合非能动、空冷配合水冷的堆芯熔融物冷却方式更为可靠,将使严重事故后核电厂的长期安全性得以提升。
附图说明
图1是本发明堆芯熔融物分组捕集和冷却***的结构示意图;
图2a是单层树式分组捕集***的结构示意图;
图2b是图2a的俯视图;
图2c是图2a中悬挂结构的结构示意图;
图3a是多层树式分组捕集***的结构示意图;
图3b是图3a中A处的放大图;
图4球形堆芯熔融物捕集容器的结构示意图。
图中,01.反应堆压力容器,02.反应堆堆腔,03.堆芯熔融物,04.熔融物分配装置,05.熔融物转移通道,06.熔融物捕集容器,07.熔融物捕集容器固定结构,08.捕集容器转移装置,09.捕集容器转移装置支撑结构,10.分离结构的熔融物冷却水池,11.整体结构的熔融物冷却水池,12.循环冷却水泵,13.空气冷却器,14.热交换器,15.沸腾及蒸发冷却水蒸汽,16.应急补水管线,17.锥形斜面,18.熔融物通流孔,19.悬吊结构,20.外壳,21.内胆22、23.熔融物进入口
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
如图1所示,是本发明提供的堆芯熔融物分组捕集和冷却***,包括分组捕集***和冷却***。分组捕集***包括熔融物分配装置04、多条熔融物转移通道05、多个熔融物捕集容器06、熔融物捕集容器固定结构07、捕集容器转移装置08;融物分配装置04设置在反应堆堆腔02的底部,多个熔融物捕集容器06设置在熔融物分配装置04下方,且通过多条熔融物转移通道05与融物分配装置04相连接,多个熔融物捕集容器06固定在熔融物捕集容器固定结构07上,捕集容器转移装置08设置在熔融物捕集容器固定结构07的下方,用于将熔融物捕集容器06转移到冷却***中。冷却***包括熔融物冷却水池及熔融物冷却水池的冷却回路。
其中,熔融物分配装置04为多孔格栅状,其材料为多层结构,最外层为牺牲层材料,可在高温下腊化,如Fe2O3、Al2O3等;中间层为耐高温陶瓷基复合材料,如SiC、SiN等;最内层为耐高温结构材料,可为耐高温金属或陶瓷。
每条熔融物转移通道05的入口与熔融物分配装置04格栅上的流出孔一一对应,每条熔融物转移通道05出口与每个熔融物捕集容器06的入口一一对应。
熔融物捕集容器06为易于滚动的旋转体,如球体、椭球体,或为棱边采用圆角过度的多面体。图4为球形熔融物捕集容器,该球形熔融物捕集容器包括外壳20和设置外壳内的内胆21,外壳和内胆上均设有堆芯熔融物的进入口22、23。
熔融物捕集容器固定装置07可在高温条件下失去机械强度,使熔融物捕集容器06失去固定,其材质为塑料或其它软化温度较低的材料。
捕集容器转移装置08包括捕集容器转移装置支撑结构09及设置在捕集容器转移装置支撑结构09两侧的支架,该支架为向下倾斜的斜面、沟槽或管道结构。熔融物捕集容器06在失去熔融物捕集容器固定装置07的固定后,可延捕集容器转移装置08滚下,并落至熔融物冷却水池。
熔融物冷却水池为整体结构的熔融物冷却水池11或分离结构的熔融物冷却水池10。熔融物冷却水池具有应急补水管线16,便于对熔融物冷却水池及时补水。熔融物冷却水池的冷却回路包括依次连接的循环冷却水泵12、空气冷却器13以及热交换器14,该熔融物冷却水池的冷却回路用于对熔融物冷却水池进行循环冷却。本发明的冷却***,能动结合非能动,空冷配合水冷的堆芯熔融物冷却方式,即熔融物捕集容器掉入冷却水池后,一方面通过沸腾及蒸发冷却水蒸气15与空气结合进行冷却,另一方面通过冷却回路进行循环冷却。
如图2a-2c、3a-3b所示,为本发明分组捕集***的另一个实施方案,该分组捕集***可采用单层树式结构或多层树式结构,其包括锥形斜面17、设置在锥形斜面17上的熔融物通流孔18以及设置在熔融物流通孔18下方用于放置熔融物捕集容器的悬吊结构19。该分组捕集***的特点是具有作为捕集容器转移装置08的锥形斜面17,作为熔融物转移通道05的多个熔融物通流孔18,作为熔融物捕集容器固定装置07的熔融物悬吊结构19。此种分组捕集***,结构紧凑,占用空间少。
综上所述,本发明的捕集与冷却***,在反应堆压力容器01出现严重的工况下,堆芯熔融物03通过熔融物分配装置04分流至多条熔融物转移通道05,通过多条熔融物转移通道05注入到多个相互独立的熔融物捕集容器06,此时,熔融物捕集容器固定装置07将在特定熔融物捕集容器06被注满后腊化使之解锁,失去固定,再通过捕集容器转移装置08将注满熔融物的熔融物捕集容器06转移至熔融物冷却水池。
本发明的堆芯熔融物分组捕集和冷却***并不限于上述具体实施方式,本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式,同样属于本发明的技术创新范围。
Claims (8)
1.一种堆芯熔融物分组捕集和冷却***,包括设置在反应堆堆腔(02)底部的分组捕集***及设置在分组捕集***下方的冷却***,其特征是:所述分组捕集***包括熔融物分配装置(04)、设置在熔融物分配装置(04)下方的多个熔融物捕集容器(06)以及设置在多个熔融物捕集容器(06)下方用于将熔融物捕集容器转移到冷却***的捕集容器转移装置(08),所述熔融物分配装置(04)与多个熔融物捕集容器(06)通过各自的熔融物转移通道(05)连接;所述冷却***包括熔融物冷却水池及熔融物冷却水池的冷却回路。
2.如权利要求1所述的一种堆芯熔融物分组捕集和冷却***,其特征是:所述熔融物分配装置(04)为多孔格栅状,格栅上的每个孔与每个熔融物捕集容器一一对应。
3.如权利要求2所述的一种堆芯熔融物分组捕集和冷却***,其特征是:多个所述熔融物捕集容器(06)通过熔融物捕集容器固定结构(07)固定。
4.如权利要求3所述的一种堆芯熔融物分组捕集和冷却***,其特征是:所述捕集容器转移装置(08)包括捕集容器转移装置支撑结构(09)及设置在捕集容器转移装置支撑结构(09)两侧的支架,所述支架为锥形斜面、沟槽或管道结构。
5.如权利要求4所述的一种堆芯熔融物分组捕集和冷却***,其特征是:所述熔融物分配装置(04)由三层材料构成,最外层为在高温下腊化的牺牲层、中间层为耐高温陶瓷基复合层及最内层为耐高温金属或陶瓷层。
6.如权利要求5所述的一种堆芯熔融物分组捕集和冷却***,其特征是:所述熔融物捕集容器(06)为易滚动的旋转体。
7.如权利要求1-6任一项所述的一种堆芯熔融物分组捕集和冷却***,其特征是:所述熔融物冷却水池为整体结构或分体结构;所述熔融物冷却水池的冷却回路包括依次连接的循环冷却水泵(12)、空气冷却器(13)以及热交换器(14)。
8.如权利要求1所述的一种堆芯熔融物分组捕集和冷却***,其特征是:所述分组捕集***为树式结构,包括锥形斜面(17)、设置在锥形斜面(17)上的熔融物通流孔(18)以及设置在熔融物流通孔(18)下方的用于悬吊熔融物捕集容器的悬吊结构(19)。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |