CN117790019A - 一种核反应堆非能动喷射冷却***及冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核反应堆非能动喷射冷却***及冷却方法，将蒸汽发生器的蒸汽管道与两相喷射器的蒸汽入了相连，便于对蒸汽管道注气；将蒸汽发生器的给水管道与两相喷射器的出口相连，便于对给水管道注水。具体的，本发明提出的冷却***，用于蒸汽发生器丧失全部给水事故，将蒸汽发生器划分为动力蒸汽发生器和冷却蒸汽发生器，通过调低冷却蒸汽发生器的压力值，形成动力蒸汽发生器与冷却蒸汽发生器之间的压差，以利于向冷却蒸汽发生器给水。同时利用动力蒸汽发生器的高压水蒸气，驱动两相喷射器进而带动水源，通过非能动方式实现向冷却蒸汽发生器给水并维持水位，带出反应堆堆芯余热。

Description

一种核反应堆非能动喷射冷却***及冷却方法

技术领域

本发明属于核反应堆注水领域，涉及一种核反应堆非能动喷射冷却***及冷却方法。

背景技术

为了更安全的利用核能，更为先进的非能动安全防护理念。非能动的核心理念，是在核电站发生事故后，尤其是电源失效的恶劣情况下，非能动冷却***能够不需要操纵人员控制或者外部能源输入的情况下，仅依靠***自身特性排出反应堆堆芯释放的衰变热，使得机组最终停堆在安全状态。

然而，目前存在的非能动冷却***仍然存在不确定性，如非能动堆芯余热排出***启动需要较长时间、关键参数波动较大、非能动换热稳定性较低等。因此，很有必要在对非能动安全***继续探索和优化，以进一步提升非能动安全冷却***的安全性和可靠性。

气液两相喷射器具有不需要外部动力进行驱动，直接通过蒸汽和水之间接触进行冷凝换热，装置形式简单，换热效率高的特点，是一种非常可靠、高效的非能动安全装置。故而，将两相喷射器作为非能动冷却***建立非能动冷却***，可以让非能动冷却***快速投入并提高稳定性。

现有技术提出的一种核电站非能动应急给水***及一种浮动核电站的长期非能动应急给水***，都是在丧失主给水和丧失厂外电源事故时，利用蒸汽发生器中的蒸汽通过蒸汽两相喷射器，驱动水源的冷却水向该蒸汽发生器补水，带出堆芯热量。但是，根据Cattadori等研究者对沸水堆中应用蒸汽两相喷射器的可行性所进行的试验和理论研究结果，具体研究了以两相喷射器为核心部件的沸水堆紧急补水供应***，并采用1:6的尺寸建立实验装置对***可行性进行分析，获得的结论为：在冷却水入口压力为0.2MPa，冷却水入口温度为15～37℃，蒸汽工作压力为2.5～8.7MPa条件下，蒸汽两相喷射泵出口压力可以维持在入口蒸汽压力的1.1倍左右。因此，两相喷射器提升的压力较小，可能不足以克服整个流动过程中的阻力，导致给水流量不足甚至没有给水流量。同时，以上两个专利也没有办法应对主给水管道破裂导致的丧失主给水事故，如果位于主给水隔离阀和蒸汽发生器之间的主给水管道破裂，蒸汽发生器中的存水会从破损处泄漏至安全壳环境内，从而使得蒸汽发生器内水位压力下降，产生的蒸汽压力及流量不足以维持两相喷射器驱动给水。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中蒸汽压力及流量不足以维持两相喷射器驱动给水的问题，提供一种核反应堆非能动喷射冷却***及冷却方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明提出的一种核反应堆非能动喷射冷却***，包括两相喷射器和三个蒸汽发生器；

三个蒸汽发生器的给水侧均与两相喷射器的水侧出口相连；三个蒸汽发生器的蒸汽侧均与两相喷射器的蒸汽侧出口相连，两相喷射器上连接有蒸汽发生器给水箱。

优选地，蒸汽发生器的给水侧与两相喷射器的水侧出口通过给水管道相连；

在给水管道上设有给水侧隔离阀。

优选地，在蒸汽发生器的给水侧设有主给水隔离阀。

优选地，在蒸汽发生器的蒸汽侧与两相喷射器的蒸汽侧出口通过蒸汽管道相连；

在蒸汽管道上设有蒸汽侧隔离阀。

优选地，在蒸汽发生器的蒸汽侧设有主蒸汽隔离阀。

优选地，在蒸汽发生器的蒸汽侧与主蒸汽隔离阀之间设有大气释放阀。

优选地，在两相喷射器与蒸汽发生器给水箱之间设有给水侧入口隔离阀。

优选地，所述两相喷射器采用射汽抽水式两相喷射器或射水抽汽式两相喷射器。

本发明提出的一种核反应堆非能动喷射冷却方法，包括如下步骤：

将蒸汽发生器划分为动力蒸汽发生器和冷却蒸汽发生器；

对动力蒸汽发生器加压，降低冷却蒸汽发生器的压力值；

采用两相喷射器向冷却蒸汽发生器中注水；

根据冷却蒸汽发生器高低水位控制两相喷射器的注水工作，实现喷射冷却。

优选地，若蒸汽发生器的给水侧管道破裂且蒸汽发生器丧失给水事故，则蒸汽发生器划分为冷却蒸汽发生器；若蒸汽发生器的给水侧管道完好，则蒸汽发生器划分为动力蒸汽发生器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提出的一种核反应堆非能动喷射冷却***，将蒸汽发生器的蒸汽管道与两相喷射器的蒸汽入了相连，便于对蒸汽管道注气；将蒸汽发生器的给水管道与两相喷射器的出口相连，便于对给水管道注水。具体的，本发明提出的冷却***，用于蒸汽发生器丧失全部给水事故，将蒸汽发生器划分为动力蒸汽发生器和冷却蒸汽发生器，通过调低冷却蒸汽发生器的压力值，形成动力蒸汽发生器与冷却蒸汽发生器之间的压差，以利于向冷却蒸汽发生器给水。同时利用动力蒸汽发生器的高压水蒸气，驱动两相喷射器进而带动水源，通过非能动方式实现向冷却蒸汽发生器给水并维持水位，带出反应堆堆芯余热。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的核反应堆非能动喷射冷却***结构图。

图2为本发明的核反应堆非能动喷射冷却方法流程图。

图3为本发明的一个动力蒸汽发生器两个冷却蒸汽发生器工作流程示意图。

图4为本发明的两个动力蒸汽发生器一个冷却蒸汽发生器工作流程示意图。

其中：11-给水侧隔离阀，12-主给水隔离阀，13-蒸汽侧隔离阀，14-主蒸汽隔离阀，15-大气释放阀，30-两相喷射器，31-给水侧入口隔离阀。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明提出的一种核反应堆非能动喷射冷却***，如图1所示，包括两相喷射器30和三个蒸汽发生器；

三个蒸汽发生器的给水侧均与两相喷射器30的水侧出口相连，蒸汽发生器的给水侧与两相喷射器30的水侧出口通过给水管道相连，在给水管道上设有给水侧隔离阀11，在蒸汽发生器的给水侧设有主给水隔离阀12；三个蒸汽发生器的蒸汽侧均与两相喷射器30的蒸汽侧出口相连，在蒸汽发生器的蒸汽侧与两相喷射器30的蒸汽侧出口通过蒸汽管道相连，在蒸汽管道上设有蒸汽侧隔离阀13，在蒸汽发生器的蒸汽侧设有主蒸汽隔离阀14，在蒸汽发生器的蒸汽侧与主蒸汽隔离阀之间设有大气释放阀15。两相喷射器30上连接有蒸汽发生器给水箱，在两相喷射器30与蒸汽发生器给水箱之间设有两相喷射器的给水侧入口隔离阀31。

本发明提出的一种核反应堆非能动喷射冷却方法，包括如下步骤：

步骤1、将蒸汽发生器划分为动力蒸汽发生器和冷却蒸汽发生器；

若蒸汽发生器的给水侧管道破裂且蒸汽发生器丧失给水事故，则蒸汽发生器划分为冷却蒸汽发生器；若蒸汽发生器的给水侧管道完好，则蒸汽发生器划分为动力蒸汽发生器。

步骤2、蒸汽发生器为动力蒸汽发生器，降低冷却蒸汽发生器的压力值；

步骤3、蒸汽发生器为冷却蒸汽发生器，两相喷射器向冷却蒸汽发生器注水；

步骤4、根据冷却蒸汽发生器高低水位控制两相喷射器的注水工作，实现喷射冷却。

参照图2，详细步骤如下：

步骤一：蒸汽发生器隔离：隔离各蒸汽发生器的蒸汽侧和给水侧，即关闭各蒸汽发生器的主蒸汽隔离阀14和主给水隔离阀12。

步骤二：蒸汽发生器功能分离：将蒸汽发生器划分为动力蒸汽发生器和冷却蒸汽发生器。

根据事故特征对蒸汽发生器进行功能分离：

若蒸汽发生器丧失全部给水事故，针对三个蒸汽发生器环路，任意选取一个(或两个)蒸汽发生器划分为动力蒸汽发生器，另外两个(或一个)蒸汽发生器划分为冷却蒸汽发生器；针对两个蒸汽发生器环路，任意选取一个蒸汽发生器划分为动力蒸汽发生器，另外一个蒸汽发生器划分为冷却蒸汽发生器；

若出现主给水隔离阀与蒸汽发生器之间的主给水管道破裂事故叠加蒸汽发生器丧失全部给水事故，则破损蒸汽发生器划分为冷却蒸汽发生器，完好蒸汽发生器划分为动力蒸汽发生器，且冷却蒸汽发生器不需要卸压，跨过步骤三进入步骤四。

步骤三：冷却蒸汽发生器卸压：调低冷却蒸汽发生器的大气排放阀的压力设定值，形成动力蒸汽发生器与冷却蒸汽发生器之间的压差位于0.2MPa到0.8MPa之间，以利于向冷却蒸汽发生器给水。

步骤四：两相喷射器30投入、向冷却蒸汽发生器注水：开启两相喷射器30的蒸汽侧隔离阀13、给水侧入口隔离阀31以及给水侧隔离阀11；

开启动力蒸汽发生器的蒸汽管道与两相喷射器蒸汽入口的蒸汽侧隔离阀13，蒸汽发生器给水箱与两相喷射器给水侧入口隔离阀31，以及两相喷射器出口与冷却蒸汽发生器给水管道的给水侧隔离阀11，投入两相喷射器30，向冷却蒸汽发生器注水。

来自于动力蒸汽发生器的高压蒸汽进入两相喷射器30的喷嘴高速喷出，使压力能转化为速度能，在喷嘴出口区域形成真空，从而将蒸汽发生器给水箱的水吸引出来，并在扩压管内进行混合及能量交换，并使速度能还原成压力能，最终水被排出进入冷却蒸汽发生器。

步骤五：冷却蒸汽发生器水位控制：根据冷却蒸汽发生器高低水位控制两相喷射器30的给水侧隔离阀11开关。

冷却蒸汽发生器水位达到高水位时，关闭两相喷射器30出口与冷却蒸汽发生器给水管道的给水侧隔离阀11，停止向冷却蒸汽发生器补水；冷却蒸汽发生器水位达到低水位时，开启两相喷射器30出口与冷却蒸汽发生器给水管道的给水侧隔离阀11，继续向冷却蒸汽发生器补水。

实施例：三环路蒸汽发生器丧失全部给水事故

参考图3，核反应堆非能动喷射冷却方法如下：

步骤一：蒸汽发生器隔离：隔离各蒸汽发生器的蒸汽侧和给水侧，即关闭1号、2号、3号蒸汽发生器的主蒸汽隔离阀14和主给水隔离阀12。

步骤二：蒸汽发生器功能分离：将蒸汽发生器划分为动力蒸汽发生器和冷却蒸汽发生器。

选取1号蒸汽发生器划分为动力蒸汽发生器，2号、3号蒸汽发生器划分为冷却蒸汽发生器。

步骤三：冷却蒸汽发生器卸压：调低2号、3号冷却蒸汽发生器的大气释放阀15的压力设定值，形成1号动力蒸汽发生器与2号、3号冷却蒸汽发生器之间的压差位于0.2MPa到0.8MPa之间，以利于向2号、3号冷却蒸汽发生器给水。

步骤四：两相喷射器30投入、向冷却蒸汽发生器注水：开启两相喷射器30的蒸汽侧隔离阀13、给水侧入口隔离阀31以及给水侧隔离阀11；

开启1号动力蒸汽发生器的蒸汽管道与两相喷射器蒸汽入口的蒸汽侧隔离阀13，蒸汽发生器给水箱与两相喷射器给水入口隔离阀31，以及两相喷射器出口与2号、3冷却蒸汽发生器给水管道的给水侧隔离阀11，投入两相喷射器30，向冷却蒸汽发生器注水。

来至于1号动力蒸汽发生器的高压蒸汽进入两相喷射器30的喷嘴高速喷出，使压力能转化为速度能，在喷嘴出口区域形成真空，从而将蒸汽发生器给水箱的水吸引出来，并在扩压管内进行混合及能量交换，并使速度能还原成压力能，最终水被排出进入2号、3冷却蒸汽发生器。

步骤五：冷却蒸汽发生器水位控制：根据2号、3冷却蒸汽发生器高低水位控制两相喷射器30的水侧出口给水侧隔离阀11开关。

2号、3冷却蒸汽发生器水位达到高水位时，关闭两相喷射器30出口与2号、3冷却蒸汽发生器给水管道的给水侧隔离阀11，停止向2号、3冷却蒸汽发生器补水；2号、3冷却蒸汽发生器水位达到低水位时，开启两相喷射器30出口与2号、3冷却蒸汽发生器给水管道的给水侧隔离阀11，继续向2号、3冷却蒸汽发生器补水。

实施例：3号蒸汽发生器与主给水隔离阀之间的主给水管道破裂事故叠加蒸汽发生器丧失全部给水事故

参考图4，核反应堆非能动喷射冷却方法如下：

步骤一：蒸汽发生器隔离：隔离各蒸汽发生器的蒸汽侧和给水侧，即关闭1号、2号、3号蒸汽发生器的主蒸汽隔离阀14和主给水隔离阀12。

步骤二：蒸汽发生器功能分离：将蒸汽发生器划分为动力蒸汽发生器和冷却蒸汽发生器。

3号破损蒸汽发生器划分为冷却蒸汽发生器，1号、2号完好蒸汽发生器划分为动力蒸汽发生器。3号冷却蒸汽发生器不需要卸压，跨过步骤三进入步骤四。

步骤四：两相喷射器投入、向冷却蒸汽发生器注水：开启两相喷射器30的蒸汽侧隔离阀、水侧出口隔离阀以及水侧入口隔离阀；

开启1号、2号动力蒸汽发生器的蒸汽管道与两相喷射器蒸汽入口的蒸汽侧隔离阀13，蒸汽发生器给水箱与两相喷射器给水入口隔离阀31，以及两相喷射器出口与3冷却蒸汽发生器给水管道的给水侧隔离阀11，投入两相喷射器30，向冷却蒸汽发生器注水。

来至于1号、2号动力蒸汽发生器的高压蒸汽进入两相喷射器30的喷嘴高速喷出，使压力能转化为速度能，在喷嘴出口区域形成真空，从而将蒸汽发生器给水箱的水吸引出来，并在扩压管内进行混合及能量交换，并使速度能还原成压力能，最终水被排出进入3冷却蒸汽发生器。

步骤五：冷却蒸汽发生器水位控制：根据3冷却蒸汽发生器高低水位控制两相喷射器30的水侧出口隔离阀开关。

3冷却蒸汽发生器水位达到高水位时，关闭两相喷射器30出口与3冷却蒸汽发生器给水管道的给水侧隔离阀11，停止向3冷却蒸汽发生器补水；3冷却蒸汽发生器水位达到低水位时，开启两相喷射器30出口与3冷却蒸汽发生器给水管道的给水侧隔离阀11，继续向3冷却蒸汽发生器补水。

本发明提出的一种核反应堆非能动喷射冷却***及方法，蒸汽发生器丧失全部给水事故时，本发明将多个蒸汽发生器功能分离为动力蒸汽发生器和冷却蒸汽发生器，通过冷却蒸汽发生器卸压(调低冷却蒸汽发生器的大气排放阀的压力设定值)，形成动力蒸汽发生器与冷却蒸汽发生器之间的压差，并同时利用动力蒸汽发生器的高压水蒸气，驱动两相喷射器带动蒸汽发生器给水箱的水源，通过非能动方式实现向冷却蒸汽发生器给水并维持水位，带出反应堆堆芯余热。本发明对核反应堆现有设备功能深度挖潜，对现有***改造小、成本低，不影响现有***正常运行，不依赖电源，操作简单，而且能够快速投入运行，并长期运行保证堆芯安全。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种核反应堆非能动喷射冷却***，其特征在于，包括两相喷射器(30)和三个蒸汽发生器；

三个蒸汽发生器的给水侧均与两相喷射器(30)的水侧出口相连；三个蒸汽发生器的蒸汽侧均与两相喷射器(30)的蒸汽侧出口相连，两相喷射器(30)上连接有蒸汽发生器给水箱。

2.根据权利要求1所述的核反应堆非能动喷射冷却***，其特征在于，蒸汽发生器的给水侧与两相喷射器(30)的水侧出口通过给水管道相连；

在给水管道上设有给水侧隔离阀(11)。

3.根据权利要求2所述的核反应堆非能动喷射冷却***，其特征在于，在蒸汽发生器的给水侧设有主给水隔离阀(12)。

4.根据权利要求1所述的核反应堆非能动喷射冷却***，其特征在于，在蒸汽发生器的蒸汽侧与两相喷射器(30)的蒸汽侧出口通过蒸汽管道相连；

在蒸汽管道上设有蒸汽侧隔离阀(13)。

5.根据权利要求4所述的核反应堆非能动喷射冷却***，其特征在于，在蒸汽发生器的蒸汽侧设有主蒸汽隔离阀(14)。

6.根据权利要求4所述的核反应堆非能动喷射冷却***，其特征在于，在蒸汽发生器的蒸汽侧与主蒸汽隔离阀(14)之间设有大气释放阀(15)。

7.根据权利要求1所述的核反应堆非能动喷射冷却***，其特征在于，在两相喷射器(30)与蒸汽发生器给水箱之间设有给水侧入口隔离阀(31)。

8.根据权利要求1所述的核反应堆非能动喷射冷却***，其特征在于，所述两相喷射器(30)采用射汽抽水式两相喷射器或射水抽汽式两相喷射器。

9.一种核反应堆非能动喷射冷却方法，其特征在于，包括如下步骤：

将蒸汽发生器划分为动力蒸汽发生器和冷却蒸汽发生器；

对动力蒸汽发生器加压，降低冷却蒸汽发生器的压力值；

采用两相喷射器向冷却蒸汽发生器中注水；

根据冷却蒸汽发生器高低水位控制两相喷射器的注水工作，实现喷射冷却。

10.根据权利要求9所述的核反应堆非能动喷射冷却方法，其特征在于，若蒸汽发生器的给水侧管道破裂且蒸汽发生器丧失给水事故，则蒸汽发生器划分为冷却蒸汽发生器；若蒸汽发生器的给水侧管道完好，则蒸汽发生器划分为动力蒸汽发生器。