CN117637219A - 一种高温气冷堆蒸汽发生器非能动断水保护***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温气冷堆蒸汽发生器非能动断水保护***及方法，蒸汽发生器的管侧出口分为两路，其中，一路与汽轮机高压缸的入口相连通，汽轮机高压缸的出口与汽轮机低压缸的入口相连通，汽轮机低压缸的输出轴与发电机的驱动轴相连通；另一路与空冷塔中换热器的管侧入口相连通，空冷塔中换热器的管侧出口与蒸汽发生器的管侧入口相连通；汽轮机低压缸的出口与凝汽器的入口相连通，凝汽器的出口分为两路，其中，一路与蒸汽发生器的管侧入口相连通；另一路与蒸汽发生器的管侧入口相连通，蓄压补水箱的出口与蒸汽发生器的管侧入口相连通，该***及方法能够在给水***异常情况下，保证机组安全稳定运行。

Description

一种高温气冷堆蒸汽发生器非能动断水保护***及方法

技术领域

本发明属于核电安全设施技术领域，涉及一种高温气冷堆蒸汽发生器非能动断水保护***及方法。

背景技术

高温气冷堆蒸汽发生器采用立式、直流螺旋管式，当机组运行过程中，给水***发生异常无法提供蒸汽发生器给水流量时，将导致反应堆堆芯热量无法带出，极端情况下将造成堆芯破损事故。因此，现有设计在给水***发生异常后进入紧急停堆运行工况，反应堆和蒸汽发生器均停止运行。该停堆设计方案虽然能够保证堆芯安全性，但至少存在以下弊端：紧急停堆属于机组非正常运行工况，一旦给水***不稳定并频繁发生异常故障，频繁紧急停堆将会影响蒸汽发生器和堆芯寿命；另外，当给水***异常是由全厂断电或丧失厂外交流电源造成时，蒸汽发生器和堆芯事故冷却***无法正常运行，紧急停堆后堆芯和蒸汽发生器中热量靠自然冷却来导出，存在所需时间较长和冷却效果较差的问题，不利于机组安全稳定运行。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种高温气冷堆蒸汽发生器非能动断水保护***及方法，该***及方法能够在给水***异常情况下，保证机组安全稳定运行。

为达到上述目的，本发明公开了一种高温气冷堆蒸汽发生器非能动断水保护***，包括蒸汽发生器、第一电动阀、汽轮机高压缸、汽轮机低压缸、发电机、第一气动阀、空冷塔、凝汽器、第二气动阀、第二电动阀及蓄压补水箱；

蒸汽发生器的管侧出口分为两路，其中，一路经第一电动阀与汽轮机高压缸的入口相连通，汽轮机高压缸的出口与汽轮机低压缸的入口相连通，汽轮机低压缸的输出轴与发电机的驱动轴相连通；另一路经第一气动阀与空冷塔中换热器的管侧入口相连通，空冷塔中换热器的管侧出口与蒸汽发生器的管侧入口相连通；汽轮机低压缸的出口与凝汽器的入口相连通，凝汽器的出口分为两路，其中，一路经第二气动阀与蒸汽发生器的管侧入口相连通；另一路经第二电动阀与蒸汽发生器的管侧入口相连通，蓄压补水箱的出口与蒸汽发生器的管侧入口相连通。

空冷塔中换热器的管侧出口经第一逆止阀与蒸汽发生器的管侧入口相连通。

第二气动阀的出口经第二逆止阀与蒸汽发生器的管侧入口相连通。

第二电动阀依次经给水泵及第三电动阀与蒸汽发生器的管侧入口相连通。

蓄压补水箱的出口经第三气动阀与蒸汽发生器的管侧入口相连通。

空冷塔上设置有进风百叶窗及出风百叶窗。

换热器的底部标高位置高于蒸汽发生器的顶部标高位置。

本发明所述的高温气冷堆蒸汽发生器非能动断水保护方法包括以下步骤：

在蒸汽发生器运行期间，当给水***异常，则关闭第一电动阀、第二电动阀及第三电动阀，停运发电机，汽轮机高压缸的转子和汽轮机低压缸的转子惰走直至转速至零，再打开第一气动阀、第二气动阀及第三气动阀；

第一电动阀的出口管道中存留的蒸汽依次流入汽轮机高压缸及汽轮机低压缸，再排入凝汽器中，在凝汽器中冷凝后经第二气动阀注入蒸汽发生器的管侧入口中，以保证蒸汽发生器供水；

蒸汽发生器中的蒸汽经第一气动阀排入换热器中，在换热器中被空冷塔内的冷空气吸收热量后成为冷凝水，冷凝水注入蒸汽发生器的管侧入口中，继续吸收蒸汽发生器一回路壳侧热量后成为蒸汽，继续排入换热器中放热，整个循环过程依靠温度差和重力差进行的，形成非能动循环供水回路；

当驱动非能动循环供水回路的动力源减弱时，则将蓄压补水箱中的给水注入蒸汽发生器的管侧入口中，以补充蒸汽发生器的供水。

空冷塔上设置有进风百叶窗及出风百叶窗。

通过调节进风百叶窗及出风百叶窗的开度，以调节蒸汽发生器的给水流量。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的高温气冷堆蒸汽发生器非能动断水保护***及方法在具体操作时，在蒸汽发生器给水***出现异常时，通过将凝汽器中凝结水快速供给蒸汽发生器，有效避免蒸汽发生器断水事故发生；同时投入空冷塔，形成蒸汽发生器非能动循环供水回路，进一步保证蒸汽发生器给水稳定；并通过蓄压补水箱及时补充蒸汽发生器给水量，通过多回路来保证蒸汽发生器不发生断水事故，极大地提高蒸汽发生器给水可靠性，从而降低反应堆堆芯损坏概率。

进一步，本发明中，蒸汽发生器各种运行回路通过设置逆止阀来隔离各回路及给水流程，能够在蒸汽发生器断水保护的各阶段自动投入，***可靠性较高。

进一步，在发生全厂断电或丧失厂外交流电源，备用柴油发电机组也即将停运的极端事故情况下，本发明的非能动断水保护***采用气动阀，通过温度差和重力差来实现非能动供给蒸汽发生器给水，保证机组安全性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，1为蒸汽发生器、2为空冷塔、3为汽轮机高压缸、4为汽轮机低压缸、5为发电机、6为凝汽器、7为给水泵、8为蓄压补水箱、9为第一气动阀、10为第一电动阀、11为第一逆止阀、12为第二电动阀、13为第二气动阀、14为第二逆止阀、15为第三电动阀、16为第三气动阀、2-1为换热器、2-2为进风百叶窗、2-3为出风百叶窗。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。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，都应当属于本发明保护的范围。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

参考图1，本发明所述的高温气冷堆蒸汽发生器非能动断水保护***包括蒸汽发生器1、空冷塔2、汽轮机高压缸3、汽轮机低压缸4、发电机5、凝汽器6、给水泵7、蓄压补水箱8、第一气动阀9、第一电动阀10、第一逆止阀11、第二电动阀12、第二气动阀13、第二逆止阀14、第三电动阀15及第三气动阀16；

蒸汽发生器1的管侧出口分为两路，其中，一路经第一电动阀10与汽轮机高压缸3的入口相连通，汽轮机高压缸3的出口与汽轮机低压缸4的入口相连通，汽轮机低压缸4的输出轴与发电机5的驱动轴相连通；另一路经第一气动阀9与空冷塔2中换热器2-1的管侧入口相连通，空冷塔2中换热器2-1的管侧出口与第一逆止阀11的入口相连通，第一逆止阀11的出口与蒸汽发生器1的管侧入口相连通；汽轮机低压缸4的出口与凝汽器6的入口相连通，凝汽器6的出口分为两路，其中，一路与第二气动阀13的入口相连通，第二气动阀13的出口与第二逆止阀14的入口相连通，第二逆止阀14的出口与蒸汽发生器1的管侧入口相连通；另一路与第二电动阀12的入口相连通，第二电动阀12的出口与给水泵7的入口相连通，给水泵7的出口与第三电动阀15的入口相连通，第三电动阀15的出口与蒸汽发生器1的管侧入口相连通，第三气动阀16出口与蒸汽发生器1的管侧入口相连通，第三气动阀16的入口与蓄压补水箱8的出口相连通。

空冷塔2内设置有换热器2-1，空冷塔2上设置有进风百叶窗2-2及出风百叶窗2-3，空冷塔2放置于高处，换热器2-1的底部标高位置高于蒸汽发生器1的顶部标高位置。

蓄压补水箱8内储存有给水，由高压氮气维持其压力。

参考图1，基于所述高温气冷堆蒸汽发生器典型运行工况的***，本发明公开了一种高温气冷堆蒸汽发生器非能动断水保护方法，包括以下步骤：

在蒸汽发生器1运行期间，当给水***异常，例如，发生全厂断电或丧失厂外交流电源，备用柴油发电机组也即将停运，或者给水泵7无法正常工作等紧急运行事故时，则关闭第一电动阀10、第二电动阀12及第三电动阀15，停运发电机5，汽轮机高压缸3的转子和汽轮机低压缸4的转子惰走直至转速至零转速，打开第一气动阀9、第二气动阀13及第三气动阀16。

第一电动阀10的出口管道中存留蒸汽依次流入汽轮机高压缸3及汽轮机低压缸4，再排入凝汽器6中，在凝汽器6中冷凝后经第二气动阀13及第二逆止阀14注入蒸汽发生器1的管侧入口中，该回路作为蒸汽发生器1断水后的快速供水回路。

蒸汽发生器1中的蒸汽经第一气动阀9排入换热器2-1中，在换热器2-1中被空冷塔2内的冷空气吸收热量后成为冷凝水，冷凝水经第一逆止阀11注入蒸汽发生器1的管侧入口中，继续吸收蒸汽发生器1一回路壳侧热量后成为蒸汽，继续排入换热器2-1中放热，整个循环过程是依靠温度差和重力差进行的，不需要动力源，形成非能动循环供水回路，该过程中通过调节进风百叶窗2-2及出风百叶窗2-3的开度，以控制蒸汽冷凝量，从而调节蒸汽发生器1给水流量。

随着蒸汽发生器1一回路壳侧热量的不断释放，当驱动非能动循环供水回路的动力源减弱时，则将蓄压补水箱8中的给水注入蒸汽发生器1的管侧入口中，该回路作为蒸汽发生器1断水后的补充供水回路，期间通过蓄压补水箱8中的高压氮气压力来调节蒸汽发生器1的补水流量。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高温气冷堆蒸汽发生器非能动断水保护***，其特征在于，包括蒸汽发生器(1)、第一电动阀(10)、汽轮机高压缸(3)、汽轮机低压缸(4)、发电机(5)、第一气动阀(9)、空冷塔(2)、凝汽器(6)、第二气动阀(13)、第二电动阀(12)及蓄压补水箱(8)；

蒸汽发生器(1的管侧出口分为两路，其中，一路经第一电动阀(10)与汽轮机高压缸(3)的入口相连通，汽轮机高压缸(3)的出口与汽轮机低压缸(4)的入口相连通，汽轮机低压缸(4)的输出轴与发电机(5)的驱动轴相连通；另一路经第一气动阀(9)与空冷塔(2)中换热器(2-1)的管侧入口相连通，空冷塔(2)中换热器(2-1)的管侧出口与蒸汽发生器(1)的管侧入口相连通；汽轮机低压缸(4)的出口与凝汽器(6)的入口相连通，凝汽器(6)的出口分为两路，其中，一路经第二气动阀(13)与蒸汽发生器(1)的管侧入口相连通；另一路经第二电动阀(12)与蒸汽发生器(1)的管侧入口相连通，蓄压补水箱(8)的出口与蒸汽发生器(1)的管侧入口相连通。

2.根据权利要求1所述的高温气冷堆蒸汽发生器非能动断水保护***，其特征在于，空冷塔(2)中换热器(2-1)的管侧出口经第一逆止阀(11)与蒸汽发生器(1)的管侧入口相连通。

3.根据权利要求1所述的高温气冷堆蒸汽发生器非能动断水保护***，其特征在于，第二气动阀(13)的出口经第二逆止阀(14)与蒸汽发生器(1)的管侧入口相连通。

4.根据权利要求1所述的高温气冷堆蒸汽发生器非能动断水保护***，其特征在于，第二电动阀(12)依次经给水泵(7)及第三电动阀(15)与蒸汽发生器(1)的管侧入口相连通。

5.根据权利要求4所述的高温气冷堆蒸汽发生器非能动断水保护***，其特征在于，蓄压补水箱(8)的出口经第三气动阀(16)与蒸汽发生器(1)的管侧入口相连通。

6.根据权利要求1所述的高温气冷堆蒸汽发生器非能动断水保护***，其特征在于，空冷塔(2)上设置有进风百叶窗(2-2)及出风百叶窗(2-3)。

7.根据权利要求1所述的高温气冷堆蒸汽发生器非能动断水保护***，其特征在于，换热器(2-1)的底部标高位置高于蒸汽发生器(1)的顶部标高位置。

8.一种高温气冷堆蒸汽发生器非能动断水保护方法，其特征在于，基于权利要求5所述的高温气冷堆蒸汽发生器非能动断水保护***，包括以下步骤：

在蒸汽发生器(1)运行期间，当给水***异常，则关闭第一电动阀(10)、第二电动阀(12)及第三电动阀(15)，停运发电机(5)，汽轮机高压缸(3)的转子和汽轮机低压缸(4)的转子惰走直至转速至零，再打开第一气动阀(9)、第二气动阀(13)及第三气动阀(16)；

第一电动阀(10)的出口管道中存留的蒸汽依次流入汽轮机高压缸(3)及汽轮机低压缸(4)，再排入凝汽器(6)中，在凝汽器(6)中冷凝后经第二气动阀(13)注入蒸汽发生器(1)的管侧入口中，以保证蒸汽发生器(1)供水；

蒸汽发生器(1)中的蒸汽经第一气动阀(9)排入换热器(2-1)中，在换热器(2-1)中被空冷塔(2)内的冷空气吸收热量后成为冷凝水，冷凝水注入蒸汽发生器(1)的管侧入口中，继续吸收蒸汽发生器(1)一回路壳侧热量后成为蒸汽，继续排入换热器(2-1)中放热，整个循环过程依靠温度差和重力差进行的，形成非能动循环供水回路；

当驱动非能动循环供水回路的动力源减弱时，则将蓄压补水箱(8)中的给水注入蒸汽发生器(1)的管侧入口中，以补充蒸汽发生器(1)的供水。

9.根据权利要求8所述的高温气冷堆蒸汽发生器非能动断水保护***，其特征在于，空冷塔(2)上设置有进风百叶窗(2-2)及出风百叶窗(2-3)。

10.根据权利要求9所述的高温气冷堆蒸汽发生器非能动断水保护方法，其特征在于，通过调节进风百叶窗(2-2)及出风百叶窗(2-3)的开度，以调节蒸汽发生器(1)的给水流量。