CN110024046A - 包括安全壳过滤排放***的核电站 - Google Patents
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Abstract
一种核电站(4)包括安全壳(8)和安全壳过滤排放***(2)，·安全壳过滤排放***(2)包括从安全壳(8)内部通向外部的压力释放管线(10)，·用于去除氢的催化复合器(20)位于压力释放管线(10)的入口(12)处或压力释放管线(10)的入口(12)以外不远处，并且在更下游处，湿式洗涤器(48)被接入到压力释放管线(10)中，·湿式洗涤器(48)位于所述安全壳(8)内部并且包括用于容纳冲洗液(54)的冲洗液腔室(50)和其上方的集气圆顶(52)，以使得在排放操作期间排放流被冲洗液(54)冲洗并且然后进入集气圆顶(52)，·集气圆顶(52)相对于安全壳大气(110)是密封的。本发明的目的是提供一种上述类型的安全壳过滤排放***(2)，其避免了在排放操作期间湿式洗涤器(4)变干的风险。因此，根据本发明，冲洗液腔室(50)是位于安全壳(8)内部的较大的储液器(68)的一部分，其中冲洗液腔室(50)与储液器(68)的其余部分流动连通，以使得由于蒸发引起的冲洗液腔室(50)中损失的冲洗液(54)被储液器(68)中的液体(70)自动补充。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有安全壳和安全壳过滤排放***(filtered containmentventing system，FCVS)的核电站。
背景技术
AREVA GmbH的现有技术文献US 2016/0019987A1公开了一种用于核反应堆的安全壳4的安全壳过滤排放***(FCVS)(见附图)。它包括从安全壳内部通向外部的压力释放管线28。在压力释放管线28(也称为排放管线)的进口处，存在用于去除氢(H2)的催化复合器96。在更下游处(仍在安全壳内部)，压力释放管线通向湿式洗涤器36，所述湿式洗涤器36具有包含在底部区域中的冲洗液和在其上方的集气圆顶(gas dome)。集气圆顶相对于安全壳是密封的，以使得在排放操作期间存在从安全壳大气到集气圆顶、到外部环境的压力梯度，从而驱动排放操作。压力释放管线28从集气圆顶通过安全壳壁并通过节流阀64行进到烟道68处的出口。
如果湿式洗涤器36中的冲洗液由于蒸发而下降到临界水平以下，则自动进行重新填充或补充。经由供应管线72将来自安全壳集水坑100的水吸入湿式洗涤器36中。由于当时的(prevailing)压力梯度，这是以被动(passive)方式发生的。
然而，由于在严重的事故条件下，来自安全壳大气的和来自催化复合器处的放热反应的大量热量可能被输送到湿式洗涤器中，经由供应管线的补充可能不会足够快到避免湿式洗涤器暂时性地变干，所以放射性颗粒的滞留产生负面影响。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于上述类型的核电站的安全壳过滤排放***，其包括用于排放流的湿式洗涤器，所述湿式洗涤器可靠地避免了氢***的风险，并且避免了在排放操作期间湿式洗涤器变干的风险。
该目的通过具有根据权利要求1的特征的核电站来实现。
因此，本发明提供一种核电站，其包括安全壳和安全壳过滤排放***，
·所述安全壳过滤排放***包括从所述安全壳内部通向外部的压力释放管线，
·用于去除氢的催化复合器位于所述压力释放管线的入口处或所述压力释放管线的入口以外不远处，并且在更下游处，湿式洗涤器被接入到所述压力释放管线中，
·所述湿式洗涤器位于所述安全壳内部并且包括用于容纳冲洗液的冲洗液腔室以及其上方的集气圆顶，以使得在排放操作期间排放流被所述冲洗液冲洗，并且然后进入所述集气圆顶，
·所述集气圆顶相对于安全壳大气是密封的，
其中，所述冲洗液腔室是位于安全壳内部的较大的储液器的一部分，其中冲洗液腔室与储液器的其余部分流动连通，以使得由于蒸发而引起的冲洗液腔室中损失的冲洗液被储液器中的液体自动补充。
由于在压力释放管线的进口处的催化复合器，避免了更下游处的临界氢浓度。与具有封闭式冲洗液箱的湿式洗涤器相比，在湿式洗涤器被实现为较大的储液器的腔室的现在指定的配置中，蒸发的冲洗液被自动地快速补充，并且如果大量需要，则从储液器的其余部分自动地快速补充冲洗液。即使排放流包含过热部分，这也可靠地工作，从而导致冲洗液的相对大速率的蒸发。
优选地，储液器位于安全壳建筑物的集水坑中。
优选地，储液器中的液体的体积为至少50m3，更优选至少100m3。
优选地，对冲洗液腔室和集气圆顶进行限制的壁具有盖子或(翻转的)锅或钟的形状，所述盖子或(翻转的)锅或钟部分地浸入储液器中的液体中。
优选地，关于冲洗液腔室中的冲洗液的表面积A2与储液器的其余部分中的液体的表面积A1的比率A1/A2在2至10的范围内。该比率实现了：在排放管线中以范围在0.1m/s至20m/s内的流速将范围在0.2kg/s至20kg/s的排放质量流动注射到冲洗液腔室中。
优选地，所述腔室壁浸入储液器内部的液体中的浸入深度在1.5h至2h的范围内，其中h是在其出口喷嘴处测量的压力释放管线浸入液体中的浸入深度。
优选地，核电站包括与催化复合器平行布置的再循环管线，从而使一部分排放流从催化复合器的出口再循环到其入口。该特征用于针对氢来稀释进入催化复合器的排放流，以便限制FCVS的后续组件上的热负荷。
优选地，由排放流驱动的喷射泵被提供用于将再循环部分重新注射到所述排放流中。
优选地，在湿式洗涤器的下游处，存在接入到压力释放管线中的节流阀，该节流阀被设计成以临界膨胀的模式来操作，从而促进恒定的体积流量。在通过参考并入此的DE10328773 B3中更详细地解释了该概念。
优选地，在湿式洗涤器的下游但在所述节流阀的上游处，存在具有接入到压力释放管线中的分子筛或类似的吸附式过滤器的过滤器单元，其主要起到碘保留的目的。
优选地，核电站包括分支管线，所述分支管线从压力释放管线分支出来并且沿着分子筛热接触地引导，从而促进分子筛的加热。
优选地，在湿式洗涤器的下游处，存在接入到压力释放管线中的旋风分离器和/或兰美拉(lamella)分离器。
优选地，湿式洗涤器包括多个文丘里(Venturi)喷嘴，所述文丘里喷嘴至少部分地浸入冲洗液中。
总之，本发明尤其提供了以下优点：
·即使在安全壳大气内存在大部分过热气体或蒸汽，也可以启动排放过程，从而导致高水平的热量被输入到FCVS中。例如，当核电站的反应堆压力容器内部的原子核堆芯变干并且开始与周围的混凝土结构相互作用时，在安全壳大气内可能发生这样的过热状态。
·将完全被动冷却***集成在FCVS中，从而利用原本未使用的现有大型液体储液器作为散热器(诸如安全壳集水坑)。
·储液器中的液体也用作针对放射性活度的充裕的储液库。
·由于进口侧的催化复合器，FCVS内不存在着火或***的风险。当排放流(还)没有被蒸汽惰化时或当由于FCVS内的蒸汽凝结而失去这样的蒸汽惰性时，在排放过程的启动时就已经如此了。
·用于过滤和保留放射性活度的整体装置可以保持在安全壳之内。
·此外，FCVS的整个高压部分(包括用于滑动压力膨胀的节流阀)可以保持在安全壳之内。
·湿式洗涤器不需要笨重的密闭容器，而是要浸入储液器中的更紧凑得多的盖子/圆顶就足够了。
·可以改进现有核电站的FCVS。
在随后的详细描述中，与本发明相关的这些和其他优点以及结构和功能上的细节将变得更加明显。
附图说明
现在参考附图来讨论本发明的示例性实施例。
图1提供了关于核电站的安全壳过滤排放***的第一变体的示意图。
图2示出了第二变体。
在两个图中同样的技术元件被指定相同的附图标记。
具体实施方式
图1以示意性方式示出了核电站4的安全壳过滤排放***(FCVS)2。核电站4包括包围安全壳8的安全壳壁6，因此安全壳8相对于外部环境密封。在安全壳8内伴随蒸汽释放和超压状况的严重事故的情况下，FCVS 2通过将安全壳大气110的一部分释放到外部环境中来为安全壳大气110提供压力释放。在压力释放操作(其也称为排放)期间，集成到FCVS 2中的过滤器被配置用于保留包含在排放流中的气溶胶、碘、碘化合物和其他放射性颗粒。
FCVS 2包括压力释放管线10(也被称为排放管线)，其从安全壳8内的入口12通向外部的出口14，从而在馈通件(lead-through)16处通过安全壳壁6。在核电站4的正常运行期间，借助于多个隔离阀18来将压力释放管线10关闭，如沿着箭头指示的排放流的流动方向观看的，所述隔离阀18优选地位于安全壳壁6以外不远的位置。在排放操作期间，隔离阀18被打开，以使得(仅)由当时的压力差驱动的排放流从入口12经过压力释放管线10流到出口14。
在入口12以外不远处，就在压力释放管线10的开始处，存在接入到压力释放管线10中的催化复合器20(也称为被动自催化复合器(PAR))。催化复合器20被配置用于包含在排放流中的氢和氧的无焰催化复合。在此处催化复合器20的目的是，无论安全壳大气110的状态和组成如何，防止达到可燃性气体混合物在FCVS 2的后续区段中的临界浓度。
此外，存在与催化复合器20平行布置的再循环管线22，其在催化复合器20的出口24处从压力释放管线10分支出来并且引导回到其入口26。该布置使得离开催化复合器20的出口24的具有相对低的氢浓度的排放流的一部分再循环到入口26，在该入口26处它与来自压力释放管线10的入口12的具有相对高的氢浓度的进入的排放流混合。优选地，该排放流的再循环部分在由(主)排放流驱动的喷射泵28的帮助下被动地重新注射到排放流中。也就是说，喷射泵28在催化复合器20的上游处接入到压力释放管线10中，其中再循环管线22被连接到喷射泵的吸入口(suction port)32。可选地，在催化复合器20的入口侧处简单管线接合可能就足够了。为了补偿催化复合器20的入口26和出口24处的不同压力水平，存在接入到再循环管线22中的节流阀30。
以这种方式，在进入催化复合器20之前，针对氢浓度来将排放流稀释。这样做是为了限制催化复合器20处的氢浓度，并且因此限制催化复合器20上的热负荷和输入到FCVS 2中更下游处的后续组件中的热量。
在更下游处，可以存在分支管线34，该分支管线34在接合36处从压力释放管线10分支出来并且随后在接合38处引导回到压力释放管线10中，其中节流阀40防止回流。分支管线34中承载的热流体可以被用于FCVS 2中的其他组件(诸如分子筛)的回热式加热(如下文所述)。
在更下游处，可以存在经由注射管线46附接到压力释放管线10的用于化学试剂44的储存容器42。通过将合适的试剂注射到排放流中(或者可选地直接注射到湿式洗涤器48中)，可以以有利的方式来调节在更下游处的湿式洗涤器48(见下文)中的冲洗液的pH值，以改善特别地碘和/或碘化合物的保留。
在更下游处，压力释放管线10通向湿式洗涤器48。湿式洗涤器48位于安全壳8内部，并且包括冲洗液腔室50和其上方的集气圆顶52。冲洗液腔室50填充有冲洗液54，在优选实施例中所述冲洗液54基本上是水。集气圆顶52通过圆顶形的覆盖物56相对于安全壳大气110密封。压力释放管线10进入冲洗液腔室50中，在那里通过一些出口喷嘴58(优选地处于平行配置的多个出口喷嘴58)将排放流喷射到冲洗液54中。在优选实施例中，出口喷嘴58被设计为文丘里喷嘴，每个喷嘴都具有变窄的入口部分60、中间部分62和变宽的出口部分64，出口66优选地向下指向到冲洗液54中。狭窄的中间部分60可以包括多个入口孔，以用于通过排放流来带走冲洗液54。换言之，该布置使得在排放操作期间，借助于浸没在冲洗液54中的出口喷嘴58，来使被喷射的排放流的气态部分与冲洗液54混合并被冲洗液54冲洗，并且然后气泡通过冲洗液54上升并进入集气圆顶52。优选地，出口喷嘴58被布置在冲洗液腔室50的中心部分内。
在一个替代实施例中，出口喷嘴58可以被布置成诸如将排放流沿向上方向喷射到冲洗液54中或喷射到其上方的集气圆顶52中。在这种情况下，喷嘴管的中间部分60优选地包括多个入口孔，以用于通过排放流带走冲洗液54以及使冲洗液54与排放流混合。
冲洗液腔室50是位于安全壳8内部的较大的储液器68的一部分，其中容纳在冲洗液腔室50中的冲洗液54与容纳在储液器68的其余部分中的液体70流动连通(因此，冲洗液54和液体70实际上是相同的液体)。优选地，储液器68位于安全壳建筑物的集水坑中，并且优选地，储液器中的液体70的总体积在50m3至300m3的范围内，特别地至少100m3，而冲洗液腔室50中的冲洗液54的体积通常在10m3至150m3的范围内。这样的布置确保了在排放操作期间由于蒸发而引起的冲洗液腔室50中丢失的任何冲洗液54几乎立即被从储液器68的其余部分流入的液体70替换。由于储液器68中的大体积的液体70，储液器68中的以及因此冲洗液腔室50中的液位71的下降可以忽略不计，即使在几小时的排放操作之后。作为补充说明，要指出的是，在排放操作期间，由于与安全壳大气110的压力相比的集气圆顶52中的较低的压力，冲洗液腔室50内的液位通常略高于外部的液位71(见下文)。但是，出于以下考虑，可以忽略该差异。
在优选实施例中，对冲洗液腔室50和集气圆顶52进行限定的壁或覆盖物56具有部分地浸入储液器68中的液体70中的盖子74的形状。优选地，在冲洗液腔室50与储液器68的其余部分之间的流通式横截面具有高度在1米至5米的范围内的间隙79，其中所述流通式横截面是由盖子74的下边缘76与储液器68的底面(ground)78之间的周边区域实现的。因此，腔室壁或盖子74浸入储液器68内的液体70中的浸入深度80优选地略大于出口喷嘴58浸入冲洗液54中的浸入深度h。优选地，浸入深度80处于1.5h至2h的范围内。
因此，一方面，盖子74的下边缘76与储液器68的底面78之间的间隙足够大，以实现上述特定的流通式横截面。另一方面，盖子74的浸入深度80足够大，以确保当储液器68中的液位71由于蒸发而以范围例如为0.2m至1.5m下降时，大部分喷射的气泡聚集在上方的集气圆顶52中并且保持盖子74的浸入状态。这种液体密封(捕集器(trap))是重要的，以便保持集气圆顶52相对于安全壳大气110的压力密封，使得在排放操作期间从安全壳大气110到集气圆顶52并且然后到外部大气的压力梯度被保持。该压力梯度在不需要任何主动泵等的情况下以被动方式驱动排放操作。
在更下游处，被冲洗并冷却的排放流离开集气圆顶52并流动通过压力释放管线10的后续部分。在该管线部分的开始处，可以提供旋风分离器82和/或兰美拉分离器以便移除来自排放流的液滴和雾。被分离的液体部分经由返回管线84被引回到湿式洗涤器48中。在更下游处，可以将气溶胶过滤器86接入到压力释放管线10中。
还在湿式洗涤器48的更下游处，可以存在接入到压力释放管线10中的节流阀88，以便提供排放流的膨胀干燥连同相对小的压力降。
在更下游处，但优选仍然在安全壳8内，可以存在接入到压力释放管线10中的碘过滤器90，该碘过滤器90优选地包括分子筛92。如上面已经指出的，优选地经由热交换器93通过来自压力释放管线10的上游部分的热排放流分支来加热分子筛92，以便避免排放流的冷凝。这是为了确保敏感的过滤材料不会因液滴和潮湿而损坏。
还在湿式洗涤器48和(可选的)碘过滤器90的更下游处，并且优选地仍然在安全壳8内，存在接入到压力释放管线10中的节流阀94，其被设计成(在滑动压力动态内)以临界膨胀的模式来操作，以促进恒定的体积流量。
压力释放管线10的剩余的低压部分最终在馈通件16处穿过安全壳壁6，并且然后通向通常处在排烟或烟囱96处的排气装置或出口14。
图2中所示的实施例与图1中的不同之处主要在于，存在在安全壳8外部接入压力释放管线10中的附加湿式洗涤器98。该附加湿式洗涤器98包括：封闭的容器100，其底部容纳有冲洗液102并且在上方具有集气圆顶104；多个出口喷嘴106(优选地文丘里喷嘴)，其将排放流喷射到冲洗液102中或喷射到集气圆顶104中；以及集气圆顶104内的颗粒过滤器108。在安全壳8内部的湿式洗涤器48的目的主要是冷却或“冷浸”热的排放流，而第二湿式洗涤器98的主要目的是冲洗被冷却的排放流，从而实现放射性颗粒在冲洗液102内的保留。
在根据图2的实施例中，第一湿式洗涤器48以与图1中的湿式洗涤器相似的方式来布置，从而确保被蒸发的冲洗液从周围的储液器70或水池的快速且可靠地补充。(一个或多个)出口喷嘴58的设计可以比图1中的稍微简单一些。由于第一湿式洗涤器48的初始冷却，第二湿式洗涤器98中的蒸发速率相当低。因此，可能没有必要为第二湿式洗涤器98提供补充装置。
与图1相比，另一个区别是：在根据图2的实施例中，针对临界膨胀而设计的节流阀94被放置在第二湿式洗涤器98的下游的压力释放管线10的端部处。
图2中没有示出分子筛，但是它也可以存在，优选地存在于湿式洗涤器98的下游的压力释放管线10的管线区段中。虽然这里没有示出，但是在根据图2的***中还可以存在图1中示出的其他组件，诸如用于化学试剂的注射装置或气溶胶过滤器。
参考标记的列表
2 FCVS 64 出口部分
4 核电站 66 出口
6 安全壳壁 68 储液器
8 安全壳 70 液体
10 压力释放管线 71 液位
12 入口 74 盖子
14 出口 76 边缘
16 馈通件 78 底面
18 隔离阀 79 间隙
20 催化复合器 80 浸入深度
22 再循环管线 82 旋风分离器
24 出口 84 返回管线
26 入口 86 气溶胶过滤器
28 喷射泵 88 节流阀
30 节流阀 90 碘过滤器
32 吸入口 92 分子筛
34 分支管线 93 热交换器
36 接合 94 节流阀
38 接合 96 烟囱
40 节流阀 98 湿式洗涤器
42 储存容器 100 容器
44 化学试剂 102 冲洗液
46 注射管线 104 集气圆顶
48 湿式洗涤器 106 喷嘴
50 冲洗液腔室 108 颗粒过滤器
52 集气圆顶 110 安全壳大气
54 冲洗液
56 覆盖物 h 出口喷嘴58的浸入深度
58 出口喷嘴
60 入口部分
62 中间部分
Claims (15)
1.核电站(4)，其包括安全壳(8)和安全壳过滤排放***(2)，
·所述安全壳过滤排放***(2)包括从所述安全壳(8)内部通向外部的压力释放管线(10)，
·用于去除氢的催化复合器(20)位于所述压力释放管线(10)的入口(12)处或所述压力释放管线(10)的入口(12)以外不远处，并且在更下游处，湿式洗涤器(48)被接入到所述压力释放管线(10)中，
·所述湿式洗涤器(48)位于所述安全壳(8)内部并且包括用于容纳冲洗液(54)的冲洗液腔室(50)和其上方的集气圆顶(52)，以使得在排放操作期间排放流被所述冲洗液(54)冲洗然后进入所述集气圆顶(52)，
·所述集气圆顶(52)相对于安全壳大气(110)是密封的，
其中，所述冲洗液腔室(50)是位于所述安全壳(8)内部的较大的储液器(68)的一部分，并且其中所述冲洗液腔室(50)与所述储液器(68)的其余部分流动连通，以使得由于蒸发引起的所述冲洗液腔室(50)中损失的冲洗液(54)被所述储液器(68)中的液体(70)自动补充。
2.根据权利要求1所述的核电站(4)，其中，所述储液器(68)位于安全壳建筑物的集水坑中。
3.根据权利要求1或2所述的核电站(4)，其中，所述储液器(68)中的液体(70)的体积在50m3至300m3的范围内。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的核电站(4)，其中，关于所述冲洗液腔室(50)中的冲洗液(54)的表面积A2与所述储液器(68)的其余部分中的液体(70)的表面积A1的比率A1/A2在2至10的范围内。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的核电站(4)，其中，对所述冲洗液腔室(50)和所述集气圆顶(52)进行限定的覆盖物(56)具有部分地浸入所述储液器(68)中的液体(70)中的盖子(74)的形状。
6.根据权利要求5所述的核电站(4)，其中，所述压力释放管线(10)具有喷射喷嘴(58)，所述喷射喷嘴(58)浸入所述冲洗液(54)之中并在浸入深度h处喷射所述排放流，并且其中，所述覆盖物(56)浸入所述储液器(68)内部的液体(70)中的浸入深度(80)在h的1.5倍到2倍的范围内。
7.根据权利要求4或5所述的核电站(4)，其中，所述盖子(74)的下边缘(76)与所述储液器(70)的底面(78)之间的间隙(79)的高度在1米到5米的范围内。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的核电站(4)，包括与所述催化复合器(20)平行布置的再循环管线(22)，以使所述排放流的一部分从所述催化复合器的出口(24)再循环到其入口(26)。
9.根据权利要求8所述的核电站(4)，其中，由所述排放流驱动的喷射泵(28)被提供用来将再循环部分重新注射到所述排放流中。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的核电站(4)，其中，在所述湿式洗涤器(48)的下游处，存在接入到所述压力释放管线(10)中的节流阀(94)，所述节流阀(94)被设计成以临界膨胀的模式来操作，以促进恒定的体积流量。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的核电站(4)，其中，在所述湿式洗涤器(48)的下游处，存在具有接入到所述压力释放管线(10)中的分子筛(92)的过滤器单元。
12.根据权利要求11所述的核电站(4)，包括分支管线(34)，所述分支管线(34)从所述压力释放管线(10)分支出来并且沿着所述分子筛(92)热接触地引导，从而加热所述分子筛(92)。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的核电站(4)，其中，在所述湿式洗涤器(48)的下游处，存在接入到所述压力释放管线(10)中的旋风分离器(82)和/或兰美拉分离器。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的核电站(4)，其中，所述湿式洗涤器(48)包括多个文丘里喷嘴，所述文丘里喷嘴至少部分地浸入所述冲洗液(54)中。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的核电站(4)，包括接入到所述压力释放管线(10)的在所述安全壳(8)外部的管线区段中的附加湿式洗涤器(98)。
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