CN107767973A - 核电厂乏燃料水池补充冷却装置 - Google Patents

核电厂乏燃料水池补充冷却装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种核电厂乏燃料水池补充冷却装置，其包括位于核岛厂房内的一回路和位于核岛厂房外的二回路，乏燃料水池中的乏池水能够在一回路中循环流动，一回路通过中间热交换器将热量输送至二回路，二回路中的流体通过冷却塔将热量排出。与现有技术相比，本发明通过双回路冷链设计，将乏池水限制在核岛厂房内，防止放射性物质发生意外在核岛厂房外泄漏，提升了装置的安全可靠性，显著提升了乏燃料水池的冷却能力，同时，本发明采用双模供电，并新增独立热阱，提高了乏燃料水池对全厂断电事故和热阱丧失事故的应急处理能力。

Description

核电厂乏燃料水池补充冷却装置
技术领域
本发明属于核电领域，更具体地说，本发明涉及一种核电厂乏燃料水池补充冷却装置。
背景技术
核电厂中的乏燃料水池，用于存放历次换料中从堆芯卸出的乏燃料组件。乏燃料组件在乏燃料水池中产生一定的衰变热，需要乏燃料水池冷却***对其进行冷却，维持乏池水水温在一定温度以下，正常工况下防止水池温度过高损坏设备，事故工况下抑制乏池水沸腾，防止乏池水蒸干、燃料组件裸露融化而造成大量放射性物质外泄。
在压水堆核电厂中，已公开的乏燃料水池冷却***如图1虚线部分所示，其由两列冷却子***组成，每列子***包含1台循环冷却泵和1台管壳式换热器。核电厂换料大修时，两列冷却子***均投入运行，保持乏燃料水池水温低于某一限定值。这种乏燃料水池冷却***的工艺配置设计基准为：反应堆以12个月为换料周期，每次换料有1/3堆芯乏燃料组件卸入乏燃料水池。
然而，随着燃料管理技术的改进，核电厂换料模式升级为以18个月为周期换料、每次换料时全堆芯燃料组件卸入乏燃料水池。新换料模式下，乏燃料水池中燃料组件的衰变热负荷更高，原有冷却***冷却能力不能满足新换料模式的要求，核电厂只能在冷却水温度较低(低于设计基准温度一定范围)的冬季进行换料，换料运行策略、核电厂正常运行受到很大影响。
此外，已公开的乏燃料水池冷却***的热量排出依赖于“设备冷却水/海水”这一冷链，当这一冷链由于设备故障不可用时，或者核电厂发生全厂断电时，乏燃料水池冷却即告中断，若乏池水长期沸腾，则会导致乏燃料厂房内部分设备损坏，部分放射性物质外泄，影响公众人身安全。
有鉴于此，有必要提供一种能够解决上述问题的核电厂乏燃料水池补充冷却装置。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种具有理想的冷却能力、安全可靠性强的核电厂乏燃料水池补充冷却装置。
为了实现上述目的，本发明提供一种核电厂乏燃料水池补充冷却装置，其包括位于核岛厂房内的一回路和位于核岛厂房外的二回路，乏燃料水池中的乏池水能够在一回路中循环流动，一回路通过中间热交换器将热量输送至二回路，二回路中的流体通过冷却塔将热量排出。
作为本发明核电厂乏燃料水池补充冷却装置的一种改进，所述一回路中除乏燃料水池外，其其他部分中的流体封闭运行，所述二回路为闭式回路。
作为本发明核电厂乏燃料水池补充冷却装置的一种改进，所述核电厂乏燃料水池补充冷却装置中的所有动力设备均采用双模供电方式。
作为本发明核电厂乏燃料水池补充冷却装置的一种改进，所述双模供电的其中一模为柴油发电机供电。
作为本发明核电厂乏燃料水池补充冷却装置的一种改进，所述冷却塔为逆流闭式冷却塔。
作为本发明核电厂乏燃料水池补充冷却装置的一种改进，所述冷却塔包括四台小冷却塔，当核电厂乏燃料水池补充冷却装置运行时，其中三台小冷却塔投运，另一台小冷却塔备用。
作为本发明核电厂乏燃料水池补充冷却装置的一种改进，所述二回路中的流体通过两台并联的冷却泵输送，当核电厂乏燃料水池补充冷却装置运行时，一台冷却泵投运，另一台冷却泵备用。
作为本发明核电厂乏燃料水池补充冷却装置的一种改进，所述中间热交换器为板式热交换器。
作为本发明核电厂乏燃料水池补充冷却装置的一种改进，所述二回路中设置有容积控制波动箱。
作为本发明核电厂乏燃料水池补充冷却装置的一种改进，所述二回路中的流体介质为非放射性冷却水。
与现有技术相比，本发明核电厂乏燃料水池补充冷却装置至少具有以下技术效果：
(1)显著提升了乏燃料水池的冷却能力，使核电厂能够适应以18个月为周期换料、每次换料时全堆芯燃料组件卸入乏燃料水池为特征的燃料管理模式运行要求，保证核电厂正常运作。
(2)动力设备预留外部柴油机供电接口，当核电厂发生全厂断电事故时，乏燃料水池可正常冷却，防止放射性物质外泄引起安全事故。
(3)以大气环境为热阱，为乏燃料水池提供新的独立的冷链***，当核电厂发生热阱丧失事故时，乏燃料水池可正常冷却，防止放射性物质外泄引起安全事故。
(4)通过双回路冷链设计，将乏池水限制在核岛厂房内，防止放射性物质发生意外在核岛厂房外泄漏，提升了装置的安全可靠性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电厂乏燃料水池补充冷却装置及其有益技术效果进行详细说明。
图1为本发明核电厂乏燃料水池补充冷却装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。
请参阅图1，图1中虚线所示回路为已公开的核电厂乏燃料水池冷却装置，实线所示回路为本发明核电厂乏燃料水池补充冷却装置。
本发明核电厂乏燃料水池补充冷却装置包括位于核岛厂房内的一回路和位于核岛厂房外的二回路，乏燃料水池中的乏池水能够在一回路中循环流动，一回路通过中间热交换器将热量输送至二回路，二回路中的流体通过冷却塔将热量排出。
一回路包括一回路管道、乏燃料水池、中间热交换器和一回路冷却泵。乏燃料水池中容纳有温度较高的乏池水。中间热交换器为板式热交换器。乏燃料水池、中间热交换器和一回路冷却泵串联在一回路管道中。包括中间热交换器、一回路冷却泵在内，一回路中所有的动力设备均采用双模供电方式，即采用核电厂厂用电源和外部应急柴油发电机供电两路供电的方式。在正常运行期间使用核电厂厂用电源供电，发生全厂断电事故时使用外部应急柴油发电机供电，从而提高供电的灵活性和***运行的独立性。
在一回路中，乏池水在一回路冷却泵的输送下，流经中间热交换器，在中间热交换器中被二回路中的流体冷却后，不与已公开的冷却回路汇合，直接返回乏燃料水池。乏池水在一回路中经过多次循环，其热量传递给二回路的流体。乏池水在一回路中除乏燃料水池外的其他部分中封闭运行，具有放射性的乏池水限制在核岛厂房内流动，避免放射性物质排放到核岛厂房外的环境中。
二回路包括二回路管道、冷却塔、容积控制波动箱，以及两台并联的二回路冷却泵。冷却塔为逆流闭式冷却塔，其盘管外循环喷淋水，吸收盘管内流体热量，喷淋水蒸发并将热量最终传递到大气环境中。冷却塔通风方式为引风式机械通风。冷却塔采用4×33％的配置模式，即冷却塔包括四台小冷却塔。正常运行时，三台小冷却塔投入使用，另一台小冷却塔备用。两台并联的二回路冷却泵容量为2×100％。正常运行时只有一台二回路冷却泵投入运行，另一台二回路冷却泵备用。二回路的能动设备冷却塔和冷却泵设置冗余配置，能够增强冷却装置的设备总体可靠性，提高***可用率。容积控制波动箱用于应对二回路的流体容积变化。冷却塔、容积控制波动箱、两台并联的二回路冷却泵串联在二回路中。二回路经过中间热交换器。包括冷却塔、二回路冷却泵、容积控制波动箱在内，二回路中所有的动力设备均采用双模供电方式，即采用核电厂厂用电源和外部应急柴油发电机供电两路供电的方式。在正常运行期间使用核电厂厂用电源供电，发生全厂断电事故时使用外部应急柴油发电机供电，从而提高供电的灵活性和***运行的独立性。
在二回路中，流体通过中间热交换器在不与一回路乏池水接触的情况下接收乏池水的热量、冷却乏池水，之后流体在二回路冷却泵的输送下，进入冷却塔的盘管内，冷却塔通过在盘管外表面布水蒸发和通风对流等换热方式对管内热流体进行冷却。流体在二回路中经过多次循环，其热量最终传递到大气环境中。二回路的流体介质为非放射性冷却水，且二回路为闭式回路、与一回路不相交，因此放射性物质不会泄漏至核岛厂房外。
结合以上对本发明的详细描述可以看出，相对于现有技术，本发明核电厂乏燃料水池补充冷却装置的有益技术效果包括但不限于：
(1)通过双回路冷链设计，将乏池水限制在核岛厂房内，防止放射性物质发生意外在核岛厂房外泄漏，提升了装置的安全可靠性。
(2)显著提升了乏燃料水池的冷却能力，使核电厂能够适应以18个月为周期换料、每次换料时全堆芯燃料组件卸入乏燃料水池为特征的燃料管理模式运行要求，保证了核电厂的正常运作。
(3)动力设备预留外部柴油机供电接口，当核电厂发生全厂断电事故时，乏燃料水池可正常冷却，防止放射性物质外泄引起安全事故。
(4)以大气环境为热阱，为乏燃料水池提供新的独立的冷链***，当核电厂发生热阱丧失事故时，乏燃料水池可正常冷却，防止放射性物质外泄引起安全事故。
根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种核电厂乏燃料水池补充冷却装置，其特征在于：所述核电厂乏燃料水池补充冷却装置包括位于核岛厂房内的一回路和位于核岛厂房外的二回路，乏燃料水池中的乏池水能够在一回路中循环流动，一回路通过中间热交换器将热量输送至二回路，二回路中的流体通过冷却塔将热量排出。
2.根据权利要求1所述的核电厂乏燃料水池补充冷却装置，其特征在于：所述一回路中除乏燃料水池外，其其他部分中的流体封闭运行，所述二回路为闭式回路。
3.根据权利要求1所述的核电厂乏燃料水池补充冷却装置，其特征在于：所述核电厂乏燃料水池补充冷却装置中的所有动力设备均采用双模供电方式。
4.根据权利要求3所述的核电厂乏燃料水池补充冷却装置，其特征在于：所述双模供电的其中一模为柴油发电机供电。
5.根据权利要求1所述的核电厂乏燃料水池补充冷却装置，其特征在于：所述冷却塔为逆流闭式冷却塔。
6.根据权利要求5所述的核电厂乏燃料水池补充冷却装置，其特征在于：所述冷却塔包括四台小冷却塔，当核电厂乏燃料水池补充冷却装置运行时，其中三台小冷却塔投运，另一台小冷却塔备用。
7.根据权利要求1所述的核电厂乏燃料水池补充冷却装置，其特征在于：所述二回路中的流体通过两台并联的冷却泵输送，当核电厂乏燃料水池补充冷却装置运行时，一台冷却泵投运，另一台冷却泵备用。
8.根据权利要求1所述的核电厂乏燃料水池补充冷却装置，其特征在于：所述中间热交换器为板式热交换器。
9.根据权利要求1所述的核电厂乏燃料水池补充冷却装置，其特征在于：所述二回路中设置有容积控制波动箱。
10.根据权利要求1所述的核电厂乏燃料水池补充冷却装置，其特征在于：所述二回路中的流体介质为非放射性冷却水。
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