CN109166638A - 一种用于小型堆的冷却剂加氢***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于小型堆的冷却剂加氢***及方法，涉及核电反应堆冷却剂加氢***领域，该用于小型堆的冷却剂加氢***，包括：除盐水供应***，包括依次管路连接的除盐水供应装置和水泵；除盐水回路，其入口连接所述除盐水供应***出口，其出口连接冷却剂***入口；储氢装置，其出口通入所述除盐水回路。本发明的用于小型堆的冷却剂加氢***原理简单，结构紧凑，适用于空间有限尤其是不加硼的小型堆应用，可操作性强，加氢压力较大，输送安全高效。

Description

一种用于小型堆的冷却剂加氢***及方法

技术领域

本发明涉及核电反应堆冷却剂加氢***领域，具体涉及一种用于小型堆的冷却剂加氢***及方法。

背景技术

在压水堆核电功率运行期间，反应堆冷却剂***(以下简称一回路)内的冷却剂会在辐照条件下分解为氢气和氧气，氧气会加剧材料腐蚀，降低设备可靠性的同时增加放射性活化产物。目前核电厂普遍使用一回路加氢技术，通过向冷却剂中加氢并维持一定的冷却剂氢浓度的方式来抑制水的辐照分解。

现有技术中陆上核电站基本采用加硼控制反应性，核电站功率运行期间，氢气由于下泄调硼和除气而损耗量较大，加之考虑了较大的蒸汽发生器泄漏基准，为维持氢浓度一回路加氢均为连续添加方式。

现有加氢技术分为两大类，一类是通过化容***容控箱气相注入氢气，容控箱顶部喷头的雾状冷却剂与容控箱气相的氢气充分接触使得氢气能够充分溶解到冷却剂中，加氢后的冷却剂从容控箱下部排出，从而完成冷却剂的加氢，加氢量通过控制容控箱的气相压力完成。但是通过调节或控制气相压力进而调节或维持冷却剂压力耗时长且调节精度低，机组启动和停堆阶段容控箱的气体覆盖种类更换繁琐。另一类加氢是通过高压气瓶直接向化容***上充管线注氢，有研究人员提出了不依赖于容控箱的高压连续加氢***，直接向上充管路分不同工况注氢，但该***对氢气的调节精度要求较高，由于上充流管路中的流体温度大于250℃，压力为15.5MPa abs，为保证氢气能注入，氢气瓶需更高的压力，否则气瓶利用率较低或频繁更换气瓶导致经济性不高。另有研究人员提出模块式加氢装置，提出的模块式加氢装置具有运行可靠、安装、调试、使用和维修均安全方便的优点，但是该装置除氧装置结构复杂，占空间大。

综上所述，目前亟需一种工艺简单、氢耗量较小、精度控制简单、占用空间适宜，适用于小型堆工作实际的冷却剂加氢***。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于小型堆的冷却剂加氢***及方法，可解决现有加氢技术氢耗量过大、加氢工艺复杂且控制精度要求较高的问题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种用于小型堆的冷却剂加氢***，包括：

除盐水供应***，包括依次管路连接的除盐水供应装置和水泵；

除盐水回路，其入口连接所述除盐水供应***出口，其出口连接冷却剂***入口，所述除盐水回路包括用于暂存加入氢气的中转箱；

储氢装置，其出口通入所述中转箱前的所述除盐水回路管路。

在上述技术方案的基础上，所述除盐水回路包括相互并联的第一支路和第二支路，所述第一支路设置除盐水隔离阀，所述第二支路依次设置通气入口阀、中转箱及通气出口阀。

在上述技术方案的基础上，所述储氢装置出口依次通过管路连接气瓶隔离阀、气瓶截止止回阀，最终接入所述通气入口阀与所述中转箱间的所述第二支路。

在上述技术方案的基础上，所述中转箱为立式圆柱型高压容器，其底部设有氢气进口和除盐水出口，其顶部连接所述通气出口阀入口。

在上述技术方案的基础上，所述冷却剂***设有溶氢仪表，所述中转箱箱体上设有压力表。

在上述技术方案的基础上，所述储氢装置包括设置于所述储氢装置出口处且口径可调的连接部件，以及可拆卸的连接于所述连接部件的高压气瓶。

在上述技术方案的基础上，所述***还包括疏水管路，所述疏水管路入口接入所述第二支路，且接入口位于所述通气入口阀与所述中转箱间。

在上述技术方案的基础上，所述疏水管路包括依次管路连接的疏水阀和U形密封管。

本发明还提供一种使用如上所述的小型堆冷却剂加氢***的冷却剂加氢方法，包括以下步骤：

预设冷却剂中的溶解氢浓度的最低值和最高值，在反应堆冷启动之初加氢至管路中溶解氢浓度达到预设最高值；

功率运行期间，测得冷却剂***氢浓度达到预设最低值时，通过氢气瓶自压输送所需氢气至中转箱；

隔离气瓶后，等待下次供应除盐水时再将氢气注入冷却剂至预设最高值。

在上述技术方案的基础上，所述方法包括以下步骤：

预设冷却剂中的溶解氢浓度的最低值和最高值，打开疏水阀，将中转箱内残留的原水排空，直至弯管后不再出水后关闭疏水阀，待残留少量水在U形密封管处形成水密封；

打开气瓶隔离阀，待中转箱内压力达到所需添加氢气体积对应压力值时，关闭气瓶隔离阀；

打开通气入口阀、通气出口阀，关闭除盐水隔离阀，启动水泵将氢气经除盐水供应***管路注入反应堆冷却剂***；

打开除盐水隔离阀，关闭***其他所有阀门，将***切换至备用状态。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的用于小型堆的冷却剂加氢***原理简单，结构紧凑，适用于空间有限的小型堆应用，其在工作过程中加硼时氢气的损失量较少，仅可能通过冷却剂损失或除气而耗散，最终均是通过除盐水供应***补充水源，除盐水供应***为间断运行方式，加氢装置适用性广泛，可操作性强，且加氢***并联于除盐水供应***且位于水泵出口，加氢压力较大，输送安全高效。

(2)本发明的用于小型堆的冷却剂加氢***中高压氢气瓶通过自压方式输送所需氢气至中转箱，除盐水供应***无需运行，此时除盐水供应***为低压状态，氢气瓶利用率高。若后期气瓶剩余压力小于所需的中转箱压力时，可分多次注氢来保证所需添加的氢气量，无需借用外力且气瓶利用率较高。

(3)本发明的用于小型堆的冷却剂加氢***中通过将中转箱疏水管采用U型管结构密封，避免了漏入氢气的可能性，氢气***风险低，装置安全性能较强。

(4)本发明的用于小型堆的冷却剂加氢方法针对反应堆冷启动之初大量注氢操作和功率运行期间由于损耗而补充注氢两种常见工况提供不同处理方式，适用工况广泛。

附图说明

图1为本发明实施例中用于小型堆的冷却剂加氢***的结构示意图。

图中：1-氢气瓶，2-中转箱，3-水泵，4-气瓶隔离阀，5-气瓶截止止回阀，6-除盐水隔离阀，7-通气入口阀，8-通气出口阀，9-疏水阀，10-U型密封管，11-除盐水供应装置，12-冷却剂***，13-溶氢仪表，14-压力表，15-除盐水回路。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例提供一种用于小型堆的冷却剂加氢***，包括：

除盐水供应***，包括依次管路连接的除盐水供应装置11和水泵3；除盐水回路15，其入口连接除盐水供应***出口，其出口连接冷却剂***12入口；储氢装置，其出口通入除盐水回路15。

在一个实施例中，除盐水回路15包括相互并联的第一支路和第二支路，第一支路设置除盐水隔离阀6，气路和除盐水管路两条管路通过除盐水隔离阀6切换；第二支路依次设置通气入口阀7、中转箱2及通气出口阀8。具体的，可将储氢装置出口设置为依次通过管路连接气瓶隔离阀4、气瓶截止止回阀5，最终通入通气入口阀7与中转箱2间的所述第二支路。

为了保障中转箱2的稳定运行，发挥其可通过储氢装置自压低压输氢和保障氢气稳定输入的功效，可将中转箱2设置为立式圆柱型高压容器，并在中转箱2底部设有氢气进口、除盐水出口，在中转箱2顶部连接通气出口阀8的入口。必要时中转箱2也可另留置其他接口，用于注入其他化学药剂以控制冷却剂水质。

为灵活监控加氢***中冷却剂的氢浓度，保障加氢控制的准确性和精度，可在冷却剂***12上设置溶氢仪表13；中转箱2箱体上设置压力表14，用于监测氢气的压力以反映氢气的体积。

在一个优选的实施例中，储氢装置包括设置于所述储氢装置出口处、口径可调的连接部件和可拆卸的连接于连接部件的高压氢气瓶1。这种设置结构可保障根据氢气用量需求配置选型，在氢气用完后可以更换新瓶，便于实际使用需求。

为了还可在除盐水回路15中设置疏水管路，所述疏水管路入口与所述通气入口阀与所述中转箱间的所述第二支路相连。本实施例中，疏水管路包括依次管路连接的疏水阀9和U形密封管10，在开始工作后通过操作在U形密封管10中形成水封，避免管路中氢气发生泄漏或空气混入管路使得氢气纯度不高，降低了氢气***风险。

本实施例中的用于小型堆的冷却剂加氢***工作过程中，正常补水时除盐水隔离阀6为开启状态，气瓶隔离阀4、气瓶截止止回阀5、通气入口阀7、通气出口阀8、疏水阀9为关闭状态，需要加氢时以上阀门状态变为相反状态；气瓶截止止回阀5可有效防止除盐水倒流进入氢气瓶，除盐水隔离阀6可以有效防止除盐水侧降压后的倒流现象，除盐水供应***11按需间断地向冷却剂***12提供除盐水或加氢，由水泵3提供注入动力。

本发明还提供一种基于上述***的小型堆冷却剂加氢方法，其可用于反应堆启动之初加氢和功率运行期间补氢，在两种工况下方法步骤大体一致。

具体的，在反应堆启动之初***充水与加氢配合运行使冷却剂溶氢浓度达到要求值，水泵3为手动启停操作；功率运行期间除盐水的补充由稳压器水位信号自动控制，加氢为手动操作，根据冷却剂***12的溶氢仪表14在线监测冷却剂溶氢浓度来判断是否需加氢。具体步骤如下：

反应堆启动之初，充注除盐水过程后期冷却剂升温时，水泵3为手动启停操作，停水泵后，关闭通气入口阀7和通气出口阀8，打开疏水阀9，将中转箱2内残留原水排空，直至弯管后不再出水后关闭疏水阀9，待残留原水在U型密封管10处形成密封；打开气瓶隔离阀4和气瓶截止止回阀5，氢气由自压输送至中转箱2，待压力表14至计算所需的压力值时关闭氢气瓶1相连的气瓶隔离阀4和气瓶截止止回阀5，再关闭除盐水隔离阀6；随后启动水泵将氢气注入冷却剂***12，若溶氢仪表14显示氢气读数未达到要求的上限值，则重复开启气瓶隔离阀4加氢后再开启水泵3加氢，直至溶氢浓度达到要求限值即结束加氢，***恢复至备用状态。

反应堆功率运行期间，当冷却剂溶氢浓度即将达到预设下限值时，在下次自动补充除盐水前，与反应堆启动之初实施上述同样操作加氢，随后氢气随水泵自动启动时注入冷却剂***，每次补氢时将其浓度由下限值升高到上限值所需的氢气添加量应相当。

在本实施例中，***提供的除盐水供应***均为已除氧的水，加氢的目的是在反应堆运行期间抑制冷却剂辐照产生氧，只要冷却剂氢浓度控制在有效范围内，冷却剂溶氧量势必会得到较好的控制，功率运行期间补水量及频次较少，每次补氢比反应堆启动之初的加氢量要小的多。

在实际应用中，高压氢气瓶1与中转箱2中的氢气压力与氢气体积均成正比，当输送氢气过程中，中转箱压力表14读数接近所需值时，可通过调节气瓶截止止回阀5开度来调节氢气流量以避免加氢量过多。氢气瓶1内氢气自压输送至中转箱2后，气瓶内的气体压力随氢气体积减小，而中转箱内所需添加的氢气量是根据所需浓度计算的确定值，所需压力值亦为定值，当剩余气瓶的氢气压力比中转箱所需定压值低时，不满足气瓶自压输送条件，此时可分多次将氢气输送至中转箱，压力表14显示为较低压力值，再重复启动补水泵3完成注氢。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种用于小型堆的冷却剂加氢***，其特征在于，包括：

除盐水供应***，包括依次管路连接的除盐水供应装置和水泵；

除盐水回路，其入口连接所述除盐水供应***出口，其出口连接冷却剂***入口，所述除盐水回路包括用于暂存加入氢气的中转箱；

储氢装置，其出口通入所述中转箱前的所述除盐水回路管路。

2.如权利要求1所述的用于小型堆的冷却剂加氢***，其特征在于：所述除盐水回路包括相互并联的第一支路和第二支路，所述第一支路设置除盐水隔离阀，所述第二支路依次设置通气入口阀、中转箱及通气出口阀。

3.如权利要求2所述的用于小型堆的冷却剂加氢***，其特征在于：所述储氢装置出口依次通过管路连接气瓶隔离阀、气瓶截止止回阀，最终接入所述通气入口阀与所述中转箱间的所述第二支路。

4.如权利要求2所述的用于小型堆的冷却剂加氢***，其特征在于：所述中转箱为立式圆柱型高压容器，其底部设有氢气进口和除盐水出口，其顶部连接所述通气出口阀入口。

5.如权利要求2所述的用于小型堆的冷却剂加氢***，其特征在于：所述冷却剂***设有溶氢仪表，所述中转箱箱体上设有压力表。

6.如权利要求1所述的用于小型堆的冷却剂加氢***，其特征在于：所述储氢装置包括设置于所述储氢装置出口处且口径可调的连接部件，以及可拆卸的连接于所述连接部件的高压气瓶。

7.如权利要求2-6任意一项所述的用于小型堆的冷却剂加氢***，其特征在于：所述***还包括疏水管路，所述疏水管路入口接入所述第二支路，且接入口位于所述通气入口阀与所述中转箱间。

8.如权利要求7所述的用于小型堆的冷却剂加氢***，其特征在于：所述疏水管路包括依次管路连接的疏水阀和U形密封管。

9.一种使用如权利要求8所述的小型堆冷却剂加氢***的冷却剂加氢方法，其特征在于，包括以下步骤：

预设冷却剂中的溶解氢浓度的最低值和最高值，在反应堆冷启动之初加氢至管路中溶解氢浓度达到预设最高值；

功率运行期间，测得冷却剂***氢浓度达到预设最低值时，通过氢气瓶自压输送所需氢气至中转箱；

隔离气瓶后，等待下次供应除盐水时再将氢气注入冷却剂至预设最高值。

10.如权利要求9所述的小型堆的冷却剂加氢方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

预设冷却剂中的溶解氢浓度的最低值和最高值，打开疏水阀，将中转箱内残留的原水排空，直至弯管后不再出水后关闭疏水阀，待残留少量水在U形密封管处形成水密封；

打开气瓶隔离阀，待中转箱内压力达到所需添加氢气体积对应压力值时，关闭气瓶隔离阀；

打开通气入口阀、通气出口阀，关闭除盐水隔离阀，启动水泵将氢气经除盐水供应***管路注入反应堆冷却剂***；

打开除盐水隔离阀，关闭***其他所有阀门，将***切换至备用状态。