CN110911020B - 一种压力容器顶部双层的先进专设安全设施配置方案 - Google Patents

一种压力容器顶部双层的先进专设安全设施配置方案 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种压力容器顶部双层壳体设计的先进专设安全设施配置方案，包括固定在安全壳内的压力容器，所述压力容器由压力容器第一层壳体、压力容器顶部第二层壳体组成，且压力容器第二层壳体固定在压力容器第一层壳体的顶部。优点在于：本发明通过设计一体化反应堆，消除大破口的可能性，可最大限度缓解设计基准小LOCA事故和非LOCA事故，压力容器采用顶部部分双层壳体设计，将稳压器、主回路管线等布置在双层壳体间，通过有效隔离破口，维持压力边界，有效缓解因小破口对反应堆安全性的挑战，保证反应堆安全性，并简化***设计，同时，减小全双层压力容器壳体设计带来的不利经济性以及维修的复杂性。

Description

一种压力容器顶部双层的先进专设安全设施配置方案
技术领域
本发明涉及核电厂***和安全技术领域，尤其涉及一种压力容器顶部双层的先进专设安全设施配置方案。
背景技术
小型反应堆可以单独或作为一个较大联合体的模块建造，容量可随需求的增长而增加，可满足不同应用场景的需求；一体化设计的小型反应堆其主冷却剂***主要设备均位于压力容器内，无主管道，消除了大破口事故发生的可能性。
专设安全设施配置方案的优劣直接决定了反应堆堆型设计的成败，如何采用最优化的专设安全设施配置方案缓解设计基准事故，在保证安全性的前提下简化***设计，提升经济性，提高反应堆安全性，有效应对核电厂设计基准事故，历来是反应堆堆型研发中需要重点关注的内容。
发明内容
本发明的目的是基于一体化小型反应堆的设计理念，提出一种压力容器顶部双层的先进专设安全设施配置方案，使其满足反应堆设计基准事故(LOCA与非LOCA事故)缓解需求，保证反应堆安全性，并简化***设计，同时，减小全双层压力容器壳体设计带来的不利经济性以及维修的复杂性。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种压力容器顶部双层的先进专设安全设施配置方案，包括固定在安全壳内的压力容器，所述压力容器由压力容器第一层壳体、压力容器顶部第二层壳体组成，且压力容器顶部第二层壳体固定在压力容器第一层壳体的顶部，所述压力容器第一层壳体的内部安装有两个或偶数个主回路换热器以及一个反应堆堆芯，且主回路换热器位于反应堆堆芯上方，所述安全壳的外壁固定有安全壳外水箱，所述安全壳外水箱内布置有两个系列的二次侧非能动余热排出热交换器，且二次侧非能动余热排出***与相应系列的主回路换热器匹配；
两个系列的所述二次侧非能动余热排出***均由非能动余热排出热交换器进口管线、非能动余热排出热交换器、非能动余热排出热交换器出口管线以及非能动余热排出热交换器出口隔离阀组成，所述非能动余热排出热交换器固定在安全壳外水箱内，且同一系列的非能动余热排出热交换器进口管线、非能动余热排出热交换器出口管线均安装在同一系列的非能动余热排出热交换器、同一系列的主回路换热器之间，且非能动余热排出热交换器出口隔离阀安装在非能动余热排出热交换器出口管线上；
所述压力容器顶部第二层壳体内固定安装有稳压器，且稳压器与压力容器第一层壳体之间连接有稳压器波动管，所述压力容器第二层壳体上连通有多个主回路相关管线，每个所述主回路相关管线的上端均贯穿压力容器第二层壳体并延伸至其上方，每个所述主回路相关管线上均安装有一个双层壳体间主回路管线隔离阀以及一个壳体外主回路管线隔离阀，且双层壳体间主回路管线隔离阀位于压力容器顶部第二层壳体、压力容器第一层壳体之间，且壳体外主回路管线隔离阀位于压力容器第二层壳体、安全壳之间。
与现有的技术相比，本发明优点在于：
1：在压力容器第一层壳体顶部设置压力容器第二层壳体，将稳压器、主回路相关管线布置在二者之间，通过有效隔离破口，维持压力边界，有效缓解因小LOCA对反应堆安全性的挑战，一体化设计的反应堆可降低大破口发生的可能性，保证反应堆的安全性，并简化***设计，同时，减小全双层压力容器壳体设计带来的不利经济性以及维修的复杂性。
2：设计二次侧非能动余热排出***，利用非能动余热排出热交换器进口管线、非能动余热排出热交换器出口管线的配合使得主回路换热器的流体进入非能动余热排出热交换器内，流体被冷却后可重新流入主回路换热器，形成自然循环回路，利用自然循环带出设计基准LOCA与非LOCA事故下的堆芯释热。
3：在安全壳外设置安全壳外水箱，作为非能动余热排出热交换器的热阱，并在安全壳外水箱内水蒸发后，采用空冷继续冷却非能动余热排出热交换器，从而继续带出反应堆堆芯释热，实现长期阶段无限时冷却的目的。
综上所述，本发明通过设计一体化反应堆，消除大破口的可能性，可最大限度缓解设计基准小LOCA事故和非LOCA事故，压力容器采用顶部部分双层壳体设计，将稳压器、主回路管线等布置在双层壳体间，通过有效隔离破口，维持压力边界，有效缓解因小破口对反应堆安全性的挑战，保证反应堆安全性，并简化***设计，同时，减小全双层压力容器壳体设计带来的不利经济性以及维修的复杂性。
附图说明
图1为本发明提出的一种压力容器顶部双层的先进专设安全设施配置方案的结构示意图。
图中：1压力容器顶部第二层壳体、2稳压器、3稳压器波动管、4非能动余热排出热交换器进口管线、5安全壳外水箱、6非能动余热排出热交换器、7非能动余热排出热交换器出口管线、8非能动余热排出热交换器出口隔离阀、9主回路换热器、10压力容器第一层壳体、11反应堆堆芯、12双层壳体间主回路管线隔离阀、13主回路相关管线、14压力容器第二层壳体外主回路管线隔离阀、15安全壳。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1，一种压力容器顶部双层的先进专设安全设施配置方案，包括固定在安全壳15内的压力容器，压力容器由压力容器第一层壳体10、压力容器顶部第二层壳体1组成，且压力容器顶部第二层壳体1固定在压力容器第一层壳体10的顶部；
压力容器第一层壳体10的内部安装有两个或偶数个主回路换热器9以及一个反应堆堆芯11，且主回路换热器9位于反应堆堆芯11上方，值得注意的是，主回路换热器9以及反应堆堆芯11均为现有部分，在此不做具体阐。
安全壳15的外壁固定有安全壳外水箱5，安全壳外水箱5内布置有两个系列的二次侧非能动余热排出热交换器，且二次侧非能动余热排出***与相应系列的主回路换热器9匹配；
两个系列的二次侧非能动余热排出***均由非能动余热排出热交换器进口管线4、非能动余热排出热交换器6、非能动余热排出热交换器出口管线7以及非能动余热排出热交换器出口隔离阀8组成；
非能动余热排出热交换器6固定在安全壳外水箱5内，且同一系列的非能动余热排出热交换器进口管线4、非能动余热排出热交换器出口管线7均安装在同一系列的非能动余热排出热交换器6、主回路换热器9之间，且非能动余热排出热交换器出口隔离阀8安装在非能动余热排出热交换器出口管线7上。
压力容器第二层壳体1内固定安装有稳压器2，且稳压器2与压力容器第一层壳体10之间连接有稳压器波动管3，压力容器第二层壳体1上连通有多个主回路相关管线13，每个主回路相关管线13的上端均贯穿压力容器第二层壳体1并延伸至其上方，每个主回路相关管线13上均安装有一个双层壳体间主回路管线隔离阀12以及一个壳体外主回路管线隔离阀14，且双层壳体间主回路管线隔离阀12位于压力容器第二层壳体1、压力容器第一层壳体10之间，且壳体外主回路管线隔离阀14位于压力容器第二层壳体1、安全壳15之间。
将稳压器2、稳压器波动管3、双层壳体间主回路管线隔离阀12设置在压力容器第二层壳体1、压力容器第一层壳体10之间具有两大好处：一是主回路相关管线13穿过压力容器第二层壳体1、压力容器第一层壳体10，可有效隔离破口，减少甚至取消LOCA下的主回路补水；二是有效利用两层壳体，最大限度地通过二次侧非能动余排***对主回路降温降压，有效缓解LOCA事故后果，从而可取消典型堆型中采用低压注射或蓄压注射冷却增加的设备。
进一步说明，上述固定连接，除非另有明确的规定和限定，否则应做广义理解，例如，可以是焊接，也可以是胶合，或者一体成型设置等本领域技术人员熟知的惯用手段。
本发明中，当监测到位于安全壳15与压力容器第二层壳体1之间的主回路相关管线13发生破裂出现破口时，关闭双层壳体间主回路管线隔离阀12，则反应堆冷却剂仍被包容在第一层压力壳体内，仍可有效冷却反应堆堆芯11；事故后反应堆堆芯11释热将通过二次侧非能动余热排出***带至安全壳外水箱5内，实现主回路的降温降压。短期阶段，安全壳外水箱5内存储的水可保证将反应堆带至安全稳定状态，长期冷却阶段，安全壳外水箱5的水将逐步沸腾并蒸发，此后，非能动余热排出热交换器6通过空冷继续带出反应堆堆芯11的热量，实现长期阶段无限时冷却的目的。
当监测到位于压力容器第一层壳体10与压力容器顶部第二层壳体1之间的主回路相关管线13发生破口时，快速关闭壳体外主回路管线隔离阀14，则冷却剂被包容在第二层壳体内，仍可有效冷却反应堆堆芯11；事故后反应堆堆芯11释热将通过二次侧非能动余热排出***带至安全壳外水箱5内，实现主回路的降温降压；短期阶段，安全壳外水箱5内存储的水可保证将反应堆带至安全稳定状态，长期冷却阶段，安全壳外水箱5内的水将逐步沸腾并蒸发，此后，非能动余热排出热交换器6通过空冷继续带出反应堆堆芯11的热量，实现长期阶段无限时冷却的目的。
当稳压器波动管3发生破裂时，喷放的冷却剂仍被包容在压力容器第二层壳体1内，对堆芯冷却仍起缓解作用；该工况下，反应堆压力边界并未遭到破坏(属于设计基准非LOCA事故)。该事故进程与发生于压力容器顶部第二层壳体1与压力容器第一层壳体10之间的主回路相关管线13破口事故类似，事故缓解方式亦相同。
对于其他设计基准非LOCA事故(任意一层反应堆压力边界均不出现破损，如丧失正常给水事故)的缓解方式与LOCA事故类似：事故后反应堆堆芯11释热将通过二次侧非能动余热排出***带至安全壳外水箱5内，实现主回路的降温降压；短期阶段，安全壳外水箱5内存储的水可保证将反应堆带至安全稳定状态，长期冷却阶段，安全壳外水箱5内存储的水将逐步沸腾并蒸发，此后，非能动余热排出热交换器6通过空冷继续带出反应堆堆芯11的热量，实现长期阶段无限时冷却的目的。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种压力容器顶部双层的先进专设安全设施***，包括固定在安全壳(15)内的压力容器，其特征在于，所述压力容器由压力容器第一层壳体(10)、压力容器顶部第二层壳体(1)组成，且压力容器顶部第二层壳体(1)固定在压力容器第一层壳体(10)的顶部，所述压力容器第一层壳体(10)的内部安装有偶数个主回路换热器(9)以及一个反应堆堆芯(11)，且主回路换热器(9)位于反应堆堆芯(11)上方，所述安全壳(15)的外壁固定有安全壳外水箱(5)，所述安全壳外水箱(5)内布置有两个系列的非能动余热排出热交换器(6)，且二次侧非能动余热排出***与相应系列的主回路换热器(9)相匹配；
两个系列的所述二次侧非能动余热排出***均由非能动余热排出热交换器进口管线(4)、非能动余热排出热交换器(6)、非能动余热排出热交换器出口管线(7)以及非能动余热排出热交换器出口隔离阀(8)组成，所述非能动余热排出热交换器(6)固定在安全壳外水箱(5)内，且同一系列的非能动余热排出热交换器进口管线(4)、非能动余热排出热交换器出口管线(7)均安装在同一系列的非能动余热排出热交换器(6)、同一系列的主回路换热器(9)之间，且非能动余热排出热交换器出口隔离阀(8)安装在非能动余热排出热交换器出口管线(7)上；
所述压力容器顶部第二层壳体(1)内固定安装有稳压器(2)，且稳压器(2)与压力容器第一层壳体(10)之间连接有稳压器波动管(3)，所述压力容器第二层壳体(1)上连通有多个主回路相关管线(13)，每个所述主回路相关管线(13)的上端均贯穿压力容器顶部第二层壳体(1)并延伸至其上方，每个所述主回路相关管线(13)上均安装有一个双层壳体间主回路管线隔离阀(12)以及一个壳体外主回路管线隔离阀(14)，且双层壳体间主回路管线隔离阀(12)位于压力容器第二层壳体(1)、压力容器第一层壳体(10)之间，且壳体外主回路管线隔离阀(14)位于压力容器第二层壳体(1)、安全壳(15)之间；
当第一层壳体与压力容器顶部第二层壳体之间的主回路管线发生破口时，关闭壳体外主回路管线隔离阀（14），冷却剂被包容在第二层壳体内，对反应堆堆芯（11）进行冷却。
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