CN108062984B - 安全壳卸压过滤排放综合性*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种安全壳卸压过滤排放综合性***，包括从安全壳引出安全壳大气的排放管路，在排放管路位于安全壳内的管段上设置第一金属纤维过滤器，排放管路从安全壳引出后，穿过安全壳隔离阀与文丘里水洗过滤器连接，经文丘里水洗过滤器过滤后的排放气体进入第二金属纤维过滤器，第二金属纤维过滤器内形成的冷凝液通过冷凝液返回管线返回文丘里水洗过滤器，第二金属纤维过滤器的出气端经预热回路与银沸石过滤器连接，银沸石过滤器的出气端连接***膜，***膜的下游管线经排放隔离阀与核电厂烟囱连接或通过气体返回管路返回安全壳内部或连接废气贮存器。本发明能够确保严重事故后安全壳的完整性和没有放射性排到大气环境中对环境和人员产生危害。

Description

安全壳卸压过滤排放综合性***
技术领域
本发明属于核电站设计技术，具体涉及一种安全壳卸压过滤排放综合性***。
背景技术
核安全的总目标是通过建立和维持有效的放射性防护屏障以确保个人、社会和环境的安全。核电厂的设计应确保设计基准事故下乃至严重事故下，向环境排放的放射性剂量保持在合理可达尽量低的水平，放射性的后果应做到最小。
核电站安全壳是防止放射性产物释放到环境中的最后一道屏障。发生堆芯熔化的严重事故时，由于蒸汽以及熔融堆芯与混凝土反应产生的不凝结气体的不断增加，安全壳内的压力逐渐升高，最终将破坏安全壳的完整性，造成放射性物质不可控制地外泄。
我国国家核***于2004年4月18日颁布实施的新版核安全法规《核动力厂设计安全规定》(HAF102)中明确规定了在核电厂的设计中必须对严重事故序列加以研究，必须考虑严重事故的预防和缓解措施。
目前，国内沿海二代加核电厂和三代自主设计核电项目，针对严重事故均设置了安全壳过滤排放***，旨在发生严重事故工况下，当安全壳超压时，进行泄压和过滤排放，以确保安全壳的完整性。
随着经济发展，我国内陆地区能源紧缺的问题日益凸显，调整能源结构、增加内陆核电比重无疑是当前解决能源问题较为现实的措施。
然而，由于我国人口众多，内陆人口分布相对密集，内陆核电站对放射性流出物的限制要求更高，尤其是严重事故后放射性气体零排放的技术趋势，对内陆核电站的设计提出了新的挑战。
这里的“零排放”的概念就是要通过有效的技术手段，严格控制排放至环境中的气体的放射性，必要时，进行排放气体的收集和包容。
严重事故后，由于堆芯熔化，大量的放射性气体将充斥在安全壳内，压力和温度骤然升高，此时，要对安全壳进行有效的泄压，直接而有效的泄压有两种手段：1.进行安全壳大气的降压，确保安全壳大气的压力始终低于设计值，不会发生爆裂和破坏；2.打开安全壳，导出气体，释放能量以降压。在这种情况下，导出的气体组分是含有放射性的气溶胶、有机碘、碘元素、惰性气体等，要通过有效的手段过滤气体，滞留全部放射性，如果不能全部滞留，那么就要通过包容设备收集、压缩排放气体，或者通过返回管路，将排放的气体返回安全壳，来实现零排放的技术要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种零排放的安全壳卸压过滤排放综合性***，以确保严重事故后安全壳的完整性和没有放射性排到大气环境中对环境和人员产生危害。
本发明的技术方案如下：一种安全壳卸压过滤排放综合性***，包括从安全壳引出安全壳大气的排放管路，在所述排放管路位于安全壳内的管段上设置第一金属纤维过滤器，所述排放管路从安全壳引出后，穿过安全壳隔离阀与文丘里水洗过滤器连接，经文丘里水洗过滤器过滤后的排放气体进入第二金属纤维过滤器，第二金属纤维过滤器内形成的冷凝液通过冷凝液返回管线返回文丘里水洗过滤器，第二金属纤维过滤器的出气端经预热回路与银沸石过滤器连接，银沸石过滤器的出气端连接***膜，***膜的下游管线经排放隔离阀与核电厂烟囱连接。
进一步，如上所述的安全壳卸压过滤排放综合性***，其中，所述***膜的下游管线还通过气体返回管路与安全壳内部连接。
进一步，如上所述的安全壳卸压过滤排放综合性***，其中，所述***膜的下游管线还通过管线与废气贮存器连接。
进一步，如上所述的安全壳卸压过滤排放综合性***，其中，在所述银沸石过滤器的出气端与***膜之间的管路上，以及***膜的下游管线上分别设有限流孔板，限流孔板使***处于滑压运行方式。
进一步，如上所述的安全壳卸压过滤排放综合性***，其中，所述文丘里水洗过滤器还通过废液返回管线与安全壳内的废液贮存器连接；所述废液贮存器的位置低于文丘里水洗过滤器的位置，使得放射性液体通过重力作用经废液返回管线返回安全壳内的废液贮存器。
进一步，如上所述的安全壳卸压过滤排放综合性***，其中，所述的安全壳隔离阀为串联设置的两个阀门。
更进一步，在串联设置的两个所述安全壳隔离阀上再并联设置两个串联的隔离阀。
进一步，如上所述的安全壳卸压过滤排放综合性***，其中，在所述***膜与安全壳内部连接的气体返回管路上设有限流孔板和泵。
进一步，如上所述的安全壳卸压过滤排放综合性***，其中，在所述***膜的下游管线上还设有散热器和放射性检测仪。
进一步，如上所述的安全壳卸压过滤排放综合性***，其中，所述的预热回路上设有换热器和加热器。
进一步，如上所述的安全壳卸压过滤排放综合性***，其中，所述安全壳隔离阀为远传的手动控制，人员在屏蔽墙后进行阀门的开关操作；或者为远传电动控制，人员在控制室进行阀门的远传操作；或者为通过感应式设计的电液联动阀门。
本发明的有益效果如下：本发明提出了一种事故后安全壳过滤、泄压排放及废气返回的综合性***，能够使得严重事故后大气的气体进行有效的过滤，极低剂量的气体通过管路返回安全壳内，而不是释放到环境大气中，从而实现放射性气体零排放的目的，对环境大气进行有效的保护。
附图说明
图1为本发明具体实施例的***结构示意图。
图中，1.第一金属纤维过滤器，2.安全壳隔离阀，3.文丘里水洗过滤器，4.第二金属纤维过滤器，5.加热器，6.换热器，7.银沸石过滤器，8.排放隔离阀，9.限流孔板，10.***膜，11.散热器，12.放射性检测仪，13.泵，14.止回阀，15.废气贮存器，16.废液贮存器，17.烟囱，18.冷凝液返回管线，19.废液返回管线，20.屏蔽厂房
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。
在核电站严重事故下，安全壳内将产生大量带放射性的气体，如果释放到环境，将对人员及环境造成不良的核安全后果。本发明的研究从了解压水堆核电厂严重事故后长期阶段的质能释放和安全壳性能及行为开始，开展严重事故后零排放的技术探索和方案研究。通过研究安全壳降压和收集、过滤排放的几种技术手段，分析其现实性和可能性，开发***及核心设备设计组合，开展研究试制和性能验证工作。同时，在我国现役核电站的基础上，进行严重事故管理方面的研究，结合对内陆核电厂的安全壳完整性设计准则的研究，提出能用于三代自主设计核电项目内陆工程实践的有效的“零排放”设计方案。
如图1所示，本实施例提供了一种安全壳卸压过滤排放综合性***，包括一条从安全壳内引出安全壳大气的排放接管，在排放接管前设置金属纤维过滤器1作为本方案的第一级过滤，金属纤维过滤器1位于安全壳内的管段上。金属纤维过滤器1中，放置了多层金属纤维，有一定的容尘量，其可以滞留一部分气溶胶，可以根据具体计算需求，设置一台或若干台金属纤维过滤器。
排放接管从安全壳引出后，穿过串联设置的两道安全壳隔离阀2，进入第二级过滤器。安全壳隔离阀2可以是远传的手动设计，人员在屏蔽墙后进行阀门的开关操作；也可以是电动远传设计，人员可以在应急控制室等位置进行阀门的远传操作；还可以通过一种感应式设计的电液联动阀门，实现事故后的自动排放。为了确保事故后安全壳隔离阀可以有效打开，可以再设置并联的两个串联的隔离阀，以确保有效卸压，保证安全壳的完整性。
排放气体穿过安全壳隔离阀2，进入本发明的第二级过滤器-文丘里水洗过滤器3。在文丘里水洗过滤器3中盛有配置了氢氧化钠NaOH和硫代硫酸钠Na2S2O3的化学溶液，排放管进入容器，其末端设置若干个文丘里喷管，高速的气体进入溶液中，形成极为细小的气泡，可以包容滞留细小的气溶胶颗粒，从而达到过滤滞留气溶胶的效果。化学溶液中Na2S2O3可以与排放气体中的高挥发性的碘发生化学反应，形成不易挥发的碘化物，将大部分碘滞留在化学溶液中，由于有氢氧化钠NaOH形成的碱性溶液，加强了Na2S2O3对碘的吸附作用。
经过第二级过滤器-文丘里水洗过滤器过滤后的排放气体，继续进入第三级过滤器-金属纤维过滤器4。其作用一方面滞留未被水洗过滤器吸收的气溶胶，另一方面对气体进行进一步的冷凝，冷凝水通过金属纤维过滤器4和文丘里水洗过滤器3之间的冷凝液返回管线18返回到文丘里水洗器。金属纤维过滤器4内设置了多层不同目数组合叠放的金属纤维层，一方面进行气溶胶的滞留，另一方面还可以对排放气体进行进一步的冷却。
从第三级过滤器-金属纤维过滤器排放后的气体继续进入第四级过滤器-银沸石过滤器7，其主要作用是滞留未被前面三级过滤器过滤的有机碘。银沸石对有机碘的过滤非常有效，使得排放气体对环境的放射性危害进一步减少。银沸石是用银置换沸石中的钠后制得的，当它接触含碘的气体,马上就会生成化学性很稳定的碘化银，因而可用于吸附放射性碘。银沸石具有以下特点：
●吸附能力强；
●具有耐火和不易燃烧的特点；
●热稳定好，长期存放时质量变劣速度慢等；
●使用寿命长，更换次数少，工作人员受到的辐照剂小；
●抗压强度高；
●虽然价格较贵，但可回收利用，经济性好。
由于银沸石遇水对有机碘的过滤效率会大大降低，***设置了排放气体的预热回路，包括加热器5和换热器6，预热回路设置在第三级过滤器(金属纤维过滤器)和第四级过滤器(银沸石过滤器)之间，用于预热管路，确保进入银沸石过滤器的气体是干燥的，过滤效率是满足要求的。预热的方式可以为电加热等。
气体穿过银沸石过滤器，将通过一个排放隔离阀8和一个限流孔板9，限流孔板的作用是保证***处于一种滑压运行的方式。限流孔板9的下游是***膜10，当***压力达到一定数值时，***膜10破裂，排放气体得以释放。
经过四级过滤的气体穿过***膜，还仍然有一定的热量和剂量，为了保证不会有放射性的气体排向大气，将对过滤后的气体进行冷却和降压，***膜10下游的排放管路上设置了利用空气自然冷却的散热器11以及另一个限流孔板9，换热冷却后的气体可以同时或分别通过如下三种方式进行处理。
一种方式是可以通过核电厂的烟囱17排放至大气，排放管路上设置有放射性检测仪12，可以及时测得气体的放射性，如果足够低并满足大气排放要求，则通过烟囱排放至大气。
第二种方式是将换热冷却后的气体通过专门设计的管路或者可利用的其他***管路返回送至安全壳内，为了确保气体能够有效排入安全壳，可通过泵13将其送至安全壳内。气体返回管路上设有排放隔离阀8和限流孔板9。
第三种方式是将排放的气体通过管线引入一特殊设计的废气贮存器15，能够对气体进行压缩贮存。管线上设有排放隔离阀8和止回阀14。
在核电站正常运行时，***处于长期停用状态，管路进行低压充氮。***管路上设置了超压保护的安全阀和进行必要隔离的隔离阀，需要人员操作的阀门将在设备房间的屏蔽墙后通过远传杆进行操作。也可以通过远程电动操作从应急控制室进行阀门的开关操作。
本实施例中，***还设置了文丘里水位监测和报警装置，一旦文丘里水位到达低位，可以报警，从而进行及时的充水，确保***的过滤功能；并且设置了专用的文丘里溶液的再次充水装置，通过管路设计，可以进行文丘里溶液的配置、搅拌和充水。
***还设置了氮气压力测量和报警装置，可以进行必要的氮气监测。
本***各类设备的主要材质均为奥氏体不锈钢，能够耐腐蚀、耐辐照，可以长期贮存化学水溶液。
另外，本实施例还设置了事故结束之后将带有高放射性的文丘里过滤器液体返回安全壳内的废液贮存容器16，该容器的放置位置低于文丘里水洗过滤器3的放置位置，使得放射性液体通过重力作用经废液返回管线19返回安全壳内的废液贮存容器16，不会在安全壳外长期滞留，形成放射性污染源而扩散。
本发明的安全壳卸压过滤排放综合性***设置在屏蔽厂房20内，可以针对单机组设计，也可以双机组共用一个排放过滤***，根据电厂要求进行针对性的设计。
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 (7)

1.一种安全壳卸压过滤排放综合性***，包括从安全壳引出安全壳大气的排放管路，其特征在于：在所述排放管路位于安全壳内的管段上设置第一金属纤维过滤器(1)，所述排放管路从安全壳引出后，穿过安全壳隔离阀(2)与文丘里水洗过滤器(3)连接，所述文丘里水洗过滤器(3)还通过废液返回管线(19)与安全壳内的废液贮存器(16)连接，经文丘里水洗过滤器(3)过滤后的排放气体进入第二金属纤维过滤器(4)，第二金属纤维过滤器(4)内形成的冷凝液通过冷凝液返回管线(18)返回文丘里水洗过滤器(3)，第二金属纤维过滤器(4)的出气端经预热回路与银沸石过滤器(7)连接，所述的预热回路上设有换热器(6)和加热器(5)，银沸石过滤器(7)的出气端连接***膜(10)，***膜(10)的下游管线上还设有散热器(11)和放射性检测仪(12)，***膜(10)的下游管线经排放隔离阀(8)与核电厂烟囱(17)连接，所述***膜(10)的下游管线还通过气体返回管路与安全壳内部连接，并且还通过管线与能够对气体进行压缩贮存的废气贮存器(15)连接，***还设置了氮气压力测量和报警装置，可以进行氮气压力监测。
2.如权利要求1所述的安全壳卸压过滤排放综合性***，其特征在于：在所述银沸石过滤器(7)的出气端与***膜(10)之间的管路上，以及***膜(10)的下游管线上分别设有限流孔板(9)，限流孔板使***处于滑压运行方式。
3.如权利要求1所述的安全壳卸压过滤排放综合性***，其特征在于：所述废液贮存器(16)的位置低于文丘里水洗过滤器(3)的位置，使得放射性液体通过重力作用经废液返回管线(19)返回安全壳内的废液贮存器(16)。
4.如权利要求1所述的安全壳卸压过滤排放综合性***，其特征在于：所述的安全壳隔离阀(2)为串联设置的两个阀门。
5.如权利要求4所述的安全壳卸压过滤排放综合性***，其特征在于：在串联设置的两个所述安全壳隔离阀(2)上再并联设置两个串联的隔离阀，安全壳隔离阀(2)的操作方式有多种，或者为远传电动控制，人员在控制室进行阀门的远传操作，或者为通过感应式设计的自驱动电液联动阀门。
6.如权利要求1所述的安全壳卸压过滤排放综合性***，其特征在于：在所述***膜(10)与安全壳内部连接的气体返回管路上设有限流孔板和泵(13)。
7.如权利要求1所述的安全壳卸压过滤排放综合性***，其特征在于：所述排放隔离阀(8)可以通过远程电动操作从应急控制室进行阀门的开关操作。
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Assignee: JIANGSU XIJIE NEW ENERGY ENGINEERING TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Assignor: CHINA NUCLEAR POWER ENGINEERING Co.,Ltd.

Contract record no.: X2022110000057

Denomination of invention: Integrated containment pressure relief, filtration and discharge system

Granted publication date: 20210917

License type: Common License

Record date: 20221025