本發(fā)明涉及核電技術(shù),具體地指一種地下核電站洞室型雙層安全殼。
背景技術(shù):
安全殼作為地面核電站最后一道防御屏障,其作用是在嚴(yán)重事故中起到包容氣載放射性釋放物,防止放射性物質(zhì)向環(huán)境大量釋放的目的。地下核電站將核島等涉核廠房置于地下,極大地提高了核電站整體的安全性,為我國(guó)核電安全發(fā)展提供了新思路。
嚴(yán)重事故中,安全殼內(nèi)壓力隨溫度升高,進(jìn)而在安全殼內(nèi)形成高溫、高壓、高濕、高輻射的大氣環(huán)境。此時(shí),為防止安全殼失效,通常采取導(dǎo)出熱量,給安全殼降溫的方式降低安全殼壓力。典型的雙安全殼如AP1000核電站,通過(guò)設(shè)置在安全殼頂部的水箱向鋼制安全殼淋水,利用水的蒸發(fā)帶走安全殼的熱量。這種開(kāi)式散熱方式中,作為冷卻源的水會(huì)因不斷蒸發(fā)而消耗,最終很可能造成事故后期冷卻水不夠的局面。安全殼頂部設(shè)置水箱的設(shè)計(jì)也一定程度上降低安全殼整體抗震性能。此外,這種設(shè)計(jì)的安全殼內(nèi)部與外界大氣之間僅通過(guò)一層鋼制安全殼隔開(kāi),如事故中安全殼出現(xiàn)破損,則安全殼內(nèi)放射性物質(zhì)會(huì)由破口處通過(guò)煙囪效應(yīng)的抽吸作用加速向外界環(huán)境泄漏,擴(kuò)大事故危害。現(xiàn)有雙層安全殼基本都存在這種風(fēng)險(xiǎn),如中國(guó)專利:環(huán)境風(fēng)冷卻系統(tǒng)以及具有該系統(tǒng)的非能動(dòng)安全殼(申請(qǐng)?zhí)枺篊N201310576926.0;中國(guó)專利)僅在空氣入口處設(shè)置導(dǎo)流裝置,安全殼本身無(wú)實(shí)質(zhì)改變;中國(guó)專利:大容量完全非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)(申請(qǐng)?zhí)枺篊N200910226276.0)僅對(duì)冷卻水箱進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化,通過(guò)流量調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)冷卻功率的動(dòng)態(tài)控制;以上發(fā)明均存在擴(kuò)大事故危害的潛在風(fēng)險(xiǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有背景技術(shù)的不足之處,結(jié)合地下核電站的特點(diǎn),提出一種地下核電站洞室型雙層安全殼,既可通過(guò)長(zhǎng)期閉式冷卻循環(huán)導(dǎo)出安全殼熱量,又能通過(guò)地下巖層實(shí)現(xiàn)安全殼和外部環(huán)境的絕對(duì)隔離,避免因安全殼損壞造成大量放射性向環(huán)境釋放。
本發(fā)明的目的是通過(guò)如下措施來(lái)達(dá)到的:一種地下核電站洞室型雙層安全殼,包括位于地面上的地面水池和位于地下巖層內(nèi)的安全殼,其特殊之處在于,所述安全殼由外向內(nèi)依次設(shè)置外層巖體改造層和內(nèi)層鋼制安全殼,所述外層巖體改造層和內(nèi)層鋼制安全殼之間構(gòu)成環(huán)形的安全殼夾層空間,所述安全殼夾層空間內(nèi)設(shè)置有閉式循環(huán)換熱系統(tǒng),所述閉式循環(huán)換熱系統(tǒng)包括位于安全殼夾層空間底部的噴淋水收集過(guò)濾井,所述噴淋水收集過(guò)濾井依次通過(guò)第一逆止閥、數(shù)控加壓泵、安全殼熱交換器和第二逆止閥與位于內(nèi)層鋼制安全殼上方的安全殼噴淋口連接,所述安全殼噴淋口還通過(guò)地面連接管與地面水池連接,所述安全殼熱交換器與安全殼外部的外接冷源連接。
進(jìn)一步地,所述內(nèi)層鋼制安全殼外表面設(shè)置配水槽,方便噴淋水導(dǎo)流并均勻分布到內(nèi)層鋼制安全殼表面。
更進(jìn)一步地,所述安全殼夾層空間內(nèi)還包括位于底部的盛裝液體的抑壓池,所述內(nèi)層鋼制安全殼上設(shè)置有貫穿件和貫穿件管道,所述貫穿件管道依次連接第一隔離閥、貫穿件、第二隔離閥、爆破閥和鼓泡管自內(nèi)向外貫穿所述內(nèi)層鋼制安全殼,所述鼓泡管位于抑壓池的液體液面以下。通過(guò)抑壓池實(shí)現(xiàn)安全殼內(nèi)部的非能動(dòng)卸壓,并對(duì)卸壓排放氣體進(jìn)行過(guò)濾。
更進(jìn)一步地,所述外層巖體改造層內(nèi)表面設(shè)置厚度不小于5mm的防輻射、防水涂層。
更進(jìn)一步地,所述閉式循環(huán)換熱系統(tǒng)至少為兩套,對(duì)稱分布在安全殼夾層空間內(nèi)。
更進(jìn)一步地,所述外接冷源為廠用水系統(tǒng)或地面水源,或兩者結(jié)合一用一備。
更進(jìn)一步地,所述爆破閥設(shè)置爆破壓力為內(nèi)層鋼制安全殼設(shè)計(jì)最大壓力的0.95倍。
更進(jìn)一步地,所述外層巖體改造層厚度為0.5m~2.0m,所述內(nèi)層鋼制安全殼厚度為5mm~50mm,所述外層巖體改造層和內(nèi)層鋼制安全殼之間間距為0.5m~2.5m。
更進(jìn)一步地,所述抑壓池內(nèi)溶液為硫代硫酸鈉溶液,液面高于鼓泡管出口至少1.0m。
本發(fā)明的有益效果如下:本發(fā)明利用地下巖層作為安全殼最外層屏障可極大地提高抗震性能和抵御外界事件的能力。通過(guò)外層巖體改造層和內(nèi)層鋼制安全殼組成雙層安全殼結(jié)構(gòu),利用處于高位的地面水池實(shí)現(xiàn)安全殼非能動(dòng)冷卻,同時(shí)通過(guò)位于安全殼夾層空間內(nèi)的閉式循環(huán)換熱系統(tǒng)導(dǎo)出安全殼內(nèi)熱量,防止安全殼破損時(shí)因散熱導(dǎo)致放射性物質(zhì)向環(huán)境泄漏。
本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)包括:
1、實(shí)現(xiàn)安全殼能動(dòng)、非能動(dòng)結(jié)合散熱,事故初期通過(guò)地面水池非能動(dòng)噴淋過(guò)程散熱,事故中、后期通過(guò)閉式循環(huán)換熱系統(tǒng)導(dǎo)出安全殼熱量,且這兩個(gè)過(guò)程均可實(shí)現(xiàn)安全殼內(nèi)部與外界環(huán)境的絕對(duì)隔離,防止放射性泄漏。
2、通過(guò)安全殼夾層空間的升壓平衡內(nèi)層鋼制安全殼內(nèi)外兩側(cè)的壓力,提高內(nèi)層鋼制安全殼承壓能力,進(jìn)一步降低安全殼失效概率。
3、通過(guò)抑壓池實(shí)現(xiàn)安全殼內(nèi)部的非能動(dòng)卸壓,并對(duì)卸壓排放氣體進(jìn)行過(guò)濾。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明一種地下核電站洞室型雙層安全殼的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖中:1、地下巖層;2、外層巖體改造層;3、內(nèi)層鋼制安全殼;3-1、壓力容器;4、安全殼夾層空間;5、安全殼熱交換器;6、數(shù)控加壓泵;7、第一逆止閥;8、噴淋水收集過(guò)濾井;9、第二逆止閥;10、外接冷源;11、安全殼噴淋口;12、地面連接管;13、地面水池;14、第一隔離閥;15、貫穿件;16、第二隔離閥;17、爆破閥;18、抑壓池;19、鼓泡管;20、貫穿件管道。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述,但該實(shí)施例不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
本發(fā)明一種地下核電站洞室型雙層安全殼如圖1所示,包括位于地面上的地面水池13和位于地下巖層1內(nèi)的安全殼。安全殼由外向內(nèi)依次設(shè)置外層巖體改造層2和內(nèi)層鋼制安全殼3,核電站壓力容器3-1置于內(nèi)層鋼制安全殼3內(nèi)。外層巖體改造層2和內(nèi)層鋼制安全殼3之間構(gòu)成環(huán)形的安全殼夾層空間4,安全殼夾層空間4內(nèi)設(shè)置有閉式循環(huán)換熱系統(tǒng)。閉式循環(huán)換熱系統(tǒng)包括位于安全殼夾層空間4底部的噴淋水收集過(guò)濾井8,噴淋水收集過(guò)濾井8依次通過(guò)第一逆止閥7)、數(shù)控加壓泵6、安全殼熱交換器5和第二逆止閥9與位于內(nèi)層鋼制安全殼3上方的安全殼噴淋口11連接,安全殼噴淋口11還通過(guò)地面連接管12與地面水池13連接,安全殼熱交換器5與安全殼外部的外接冷源10連接。外接冷源10為廠用水系統(tǒng)或地面水源,或兩者結(jié)合一用一備。閉式循環(huán)換熱系統(tǒng)至少為兩套,對(duì)稱分布在安全殼夾層空間4內(nèi)。
外層巖體改造層2厚度為0.5m~2.0m,內(nèi)層鋼制安全殼3厚度為5mm~50mm,外層巖體改造層2和內(nèi)層鋼制安全殼3之間間距為0.5m~2.5m。外層巖體改造層2內(nèi)表面設(shè)置防輻射、防水涂層,如采用酚醛改性環(huán)氧涂料、氯化橡膠等,涂層厚度不小于5mm。內(nèi)層鋼制安全殼3外表面設(shè)置配水槽,方便噴淋水導(dǎo)流并均勻分布到內(nèi)層鋼制安全殼3表面。
安全殼夾層空間4內(nèi)還包括位于底部的盛裝液體的抑壓池18,內(nèi)層鋼制安全殼3上設(shè)置有貫穿件15和貫穿件管道20,貫穿件管道20依次連接第一隔離閥14、貫穿件15、第二隔離閥16、爆破閥17和鼓泡管19自內(nèi)向外貫穿內(nèi)層鋼制安全殼3,鼓泡管19位于抑壓池18的液體液面以下。爆破閥17設(shè)置爆破壓力為內(nèi)層鋼制安全殼3設(shè)計(jì)最大壓力的0.95倍。抑壓池18內(nèi)溶液為硫代硫酸鈉溶液,液面高于鼓泡管19出口至少1.0m。
發(fā)生熔堆等嚴(yán)重事故時(shí),安全殼內(nèi)溫度、壓力不斷升高。此時(shí),首先是非能動(dòng)安全殼冷卻過(guò)程啟動(dòng):地面水池13的儲(chǔ)水在重力作用下由地面連接管12流下,在內(nèi)層鋼制安全殼3頂端通過(guò)安全殼噴淋口11噴向內(nèi)層鋼制安全殼3,在內(nèi)層鋼制安全殼3表面的配水槽分配下均勻流下,給內(nèi)層鋼制安全殼3降溫,同時(shí)噴淋水吸熱蒸發(fā),安全殼夾層空間4內(nèi)壓力逐漸上升,上升的壓力不斷平衡內(nèi)層鋼制安全殼3壓力,增強(qiáng)其耐壓性能,保障壓力容器3-1的安全。這一過(guò)程中,第二逆止閥9始終逆向關(guān)閉,防止噴淋水從第二逆止閥9向下注入。事故中后期,安全殼夾層空間4內(nèi)積累一定深度噴淋水后,閉式循環(huán)換熱系統(tǒng)啟動(dòng)能動(dòng)散熱過(guò)程。數(shù)控加壓泵6將噴淋水從噴淋水收集過(guò)濾井8處抽出并排向安全殼熱交換器5,在安全殼熱交換器5處,外接冷源10將熱量導(dǎo)出安全殼,被冷卻的噴淋水被數(shù)控加壓泵6經(jīng)過(guò)第二逆止閥進(jìn)一步壓入安全殼噴淋口11,繼續(xù)循環(huán)冷卻內(nèi)層鋼制安全殼。
若嚴(yán)重事故造成壓力和溫度升高過(guò)快,內(nèi)層鋼制安全殼3壓力達(dá)到爆破閥17的啟動(dòng)壓力時(shí),壓差頂開(kāi)爆破閥17進(jìn)行自動(dòng)卸壓,卸壓氣體在抑壓池18經(jīng)鼓泡管19排出,排出的卸壓氣體經(jīng)過(guò)抑壓池18內(nèi)溶液過(guò)濾后排出。
其它未詳細(xì)說(shuō)明的部分均為現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明并不嚴(yán)格地局限于上述實(shí)施例。