專利名稱:一種非能動安全殼冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種冷卻系統(tǒng)，具體地說是核安全和熱工水力技術(shù)領(lǐng)域：
的冷卻系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
安全殼是核電站發(fā)生事故時，防止放射性物質(zhì)泄漏的最后一道安全屏障。在發(fā)生L0CA、MSLB等嚴(yán)重事故時，安全殼冷卻系統(tǒng)必須保證安全殼內(nèi)溫度、壓力不超過設(shè)計許用范圍，從而保持安全殼的完整性。目前壓水堆核電站采用的雙層安全殼設(shè)計包括鋼-混凝土安全殼和混凝土 -混凝土安全殼兩種。針對鋼-混凝土安全殼提出的非能動冷卻系統(tǒng)都是以鋼安全殼作為事故隔離邊界和熱量導(dǎo)出界面，其換熱性能直接關(guān)系到整個核電站的安全。如AP1000的非能動冷卻系統(tǒng)能在所有DBA情況下，有效控制安全殼內(nèi)溫度、壓力，保證安全殼的完整性。雖然其對安全殼噴淋冷卻的實(shí)現(xiàn)不用外源維持，但是其啟動是需要外部供電或供汽的。一旦這些外部動力供應(yīng)中斷，則該系統(tǒng)就可能無法啟動，難以發(fā)揮其設(shè)計功能。另外，由于制造成本、熱處理和腐蝕方面的問題，鋼-混凝土安全殼這種組合形式不適宜在大型核電站中使用。對于雙層混凝土安全殼來說，雖然不存在上述問題，但由于混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)很低，不能作為熱量導(dǎo)出的界面，因此在安全殼內(nèi)部設(shè)置換熱器是一種可行的方案(C S Byun,D W Jerng, N E Todreas, et al. Conceptual design and analysis of a semi-passivecontainment cooling system for a large concrete containment. Nuclear Engineeringand Design，2000，199 :227-242 ；S J Cho, B S Kim, M G Kang, et al. The developmentof passive design features for the Korean Next Generation Reactor. NuclearEngineering and Design，2000，201 :259-271 ；S W Lee,W P Baek，S H Chang. Assessmentof passive containment cooling concepts for advanced pressurized waterreactors. Ann. NucI. Energy,1997，24 (6) :467-475)。
然而，上述包括APlOOO在內(nèi)的安全殼冷卻系統(tǒng)的設(shè)計都包含有冷卻水池，并且冷卻水池中的水只能得到一次利用，因此，為了獲得盡量長的噴淋和冷卻時間，水池的設(shè)計容積都很龐大。另外，為了建立自然循環(huán)，水池主要放置在安全殼頂部或露天修建在安全殼外部較高的位置。這樣就會帶來與地震相關(guān)的問題以及寒冷氣候條件下冷卻水的凍結(jié)問題。為了保證安全殼冷卻系統(tǒng)的正常工作，則必須在水池內(nèi)部設(shè)置加熱器，這就需要提供一部分外部能源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供可以在事故工況下提供安全殼內(nèi)的長期、有效冷卻，從而保證事故工況下反應(yīng)堆安全殼內(nèi)的溫度和壓力在允許的限值以下的一種非能動安全殼冷卻系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的[0007]本發(fā)明一種非能動安全殼冷卻系統(tǒng)，包括內(nèi)層混凝土安全殼、外層混凝土安全殼，其特征是還包括水池、內(nèi)部蒸發(fā)器管束、汽水分離器、外部空氣冷卻器，水池位于內(nèi)層混凝土安全殼和外層混凝土安全殼組成的環(huán)形腔內(nèi)，夕卜部空氣冷卻器位于內(nèi)層混凝土安全殼和外層混凝土安全殼穹頂之間，內(nèi)部蒸發(fā)器和汽水分離器均位于內(nèi)層混凝土安全殼里，內(nèi)部蒸發(fā)器的兩端分別通過兩根管連接汽水分離器，汽水分離器通過第一根伸出內(nèi)層混凝土安全殼的管連接外部空氣冷卻器，內(nèi)部蒸發(fā)器管束通過第二根伸出內(nèi)層混凝土安全殼的管連通水池。
本發(fā)明還可以包括
I、內(nèi)部蒸發(fā)器管束兩端分別安裝內(nèi)部蒸發(fā)器上封頭和內(nèi)部蒸發(fā)器下封頭，內(nèi)部蒸發(fā)器管束采用水平向上傾斜布置的方式、與水平面的夾角為0° 45°。
2、還包括蒸汽導(dǎo)流板，所述的蒸汽導(dǎo)流板設(shè)置在內(nèi)層混凝土安全殼里。
3、所述的外部空氣冷卻器采用水平向下傾斜布置的方式，外部空氣冷卻器的低位端安裝排放管，排放管位于水池的上方。
4、外層混凝土安全殼上開有空氣入口和空氣出口。
本發(fā)明的優(yōu)勢在于在發(fā)生LOCA、MSLB等事故時，能夠長期安全可靠地導(dǎo)出安全殼內(nèi)的熱量，保證安全殼內(nèi)溫度、壓力不超過設(shè)計限值，從而保持安全殼的完整性。該裝置可實(shí)現(xiàn)(1)在事故工況下，整個系統(tǒng)可以直接通過單相水和汽水混合物之間的密度差啟動自然循環(huán)，不需要人為干預(yù)；(2)冷卻水池修建在雙層混凝土安全殼之間，有效解決了寒冷氣候條件下外置水池的凍結(jié)問題；(3)汽水分離器下部與內(nèi)部蒸發(fā)器下封頭連接，實(shí)現(xiàn)了安全殼內(nèi)部冷卻水的再循環(huán)，不僅可以提高冷卻效率，而且大幅減小了安全殼上貫穿管路的直徑，提高了安全殼的強(qiáng)度，降低了密封要求；(4)外部空氣冷卻器的設(shè)置可以有效回收部分冷卻水，提高了冷卻水的利用率，這樣不但可以減小環(huán)形水池的容積，而且能夠大幅延長對內(nèi)部安全殼的冷卻時間；(5)蒸汽導(dǎo)流板的設(shè)置不僅可以保護(hù)內(nèi)部蒸發(fā)器及其相關(guān)管路，而且可以有效引導(dǎo)內(nèi)層混凝土安全殼內(nèi)部氣體的流動方向，建立內(nèi)部循環(huán)，從而使安全殼內(nèi)的氣體充分混合，防止因局部氫氣濃度過高而引起氫爆。


圖I為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述
結(jié)合圖1，該系統(tǒng)主要包括環(huán)形水池I、隔離閥2、7、內(nèi)部蒸發(fā)器管束4、汽水分離器6和外部空氣冷卻器8。其中，內(nèi)部蒸發(fā)器管束4和汽水分離器6位于內(nèi)層混凝土安全殼10內(nèi)靠近側(cè)壁的上部空間；環(huán)形水池I位于內(nèi)層混凝土安全殼10和外層混凝土安全殼11側(cè)壁間的環(huán)形腔內(nèi)；外部空氣冷卻器8位于內(nèi)層混凝土安全殼10和外層混凝土安全殼11穹頂間靠近外層側(cè)壁的位置。所述的環(huán)形水池I下部通過管線依次連接隔離閥2、內(nèi)部蒸發(fā)器下封頭3、內(nèi)部蒸發(fā)器管束4、內(nèi)部蒸發(fā)器上封頭5、汽水分離器6、隔離閥7和外部空氣冷卻器8 ;所述的汽水分離器6下部，通過管線連接內(nèi)部蒸發(fā)器下封頭3 ;所述的外部空氣冷卻器8采用水平向下傾斜布置的方式，以利于冷卻水的排出，排放管位于環(huán)形水池上方。內(nèi)部、蒸發(fā)器管束4和外部空氣冷卻器8均使用高效強(qiáng)化傳熱管，如外翅片管、整體針翅管等，以提高傳熱效率，從而減小換熱器體積。內(nèi)部蒸發(fā)器管束4采用水平向上傾斜布置的方式，與水平面的夾角在O。 45°之間。在貫穿內(nèi)層混凝土安全殼10的管路上設(shè)有內(nèi)部和外部隔離閥組2、7，防止冷卻系統(tǒng)因管路破損帶來的放射性物質(zhì)外泄。在內(nèi)層混凝土安全殼10內(nèi)部設(shè)有蒸汽導(dǎo)流板12，該導(dǎo)流板位于內(nèi)部蒸發(fā)器內(nèi)側(cè)，靠近內(nèi)層混凝土安全殼中部，起到引導(dǎo)內(nèi)部氣體流動方向和保護(hù)設(shè)備、管道的作用。在外層混凝土安全殼11側(cè)壁靠近穹頂?shù)纳戏皆O(shè)有空氣入口 9，在外層混凝土安全殼11穹頂中部的上方設(shè)有空氣出口 13，起到引導(dǎo)雙層安全殼間空氣流動的作用，為外部空氣冷卻器8提供足夠的空氣流量。該系統(tǒng)在安全殼內(nèi)采用多組布置及冗余布置的方案，以提高系統(tǒng)的固有安全性。
本發(fā)明的工作原理如下當(dāng)反應(yīng)堆主蒸汽管道發(fā)生破口或斷裂時，大量蒸汽由反應(yīng)堆釋放進(jìn)入安全殼，并與安全殼內(nèi)的空氣混合，使安全殼內(nèi)的溫度和壓力升高。當(dāng)安全殼內(nèi)的壓力達(dá)到某一閾值時，安全殼內(nèi)的壓力傳感器會將高壓信號發(fā)送至電站總監(jiān)控室，啟動安全殼冷卻系統(tǒng)。由于安全殼中心部分氣體的流速較高,混合氣體由中部上沖至安全殼 頂部后，會向周圍分散，因此，混合氣體由蒸汽導(dǎo)流板12的上邊緣引入，由內(nèi)部蒸發(fā)器管束4冷卻后，蒸汽凝結(jié)成水，空氣由于密度較大而下沉，由此建立起安全殼內(nèi)的氣體循環(huán)，使安全殼內(nèi)的氣體由于流動而充分混合，避免局部氫氣濃度過高而產(chǎn)生氫爆。內(nèi)部蒸發(fā)器管束4的冷卻水由環(huán)形水池I提供，當(dāng)冷卻水被混合氣體加熱而汽化后，經(jīng)內(nèi)部蒸發(fā)器上封頭5進(jìn)入汽水分離器6。未汽化的冷卻水被分離后經(jīng)管路回到內(nèi)部蒸發(fā)器下封頭3繼續(xù)參與循環(huán)，而蒸汽則進(jìn)入外部空氣冷卻器8，由空氣進(jìn)行冷卻后，大部分蒸汽凝結(jié)成水，回到環(huán)形水池I中，而未被凝結(jié)的蒸汽則由兩層安全殼間的流動空氣帶走。由于外部空氣冷卻器8的存在，使得事故初期大部分的冷卻水得以回收，而在事故后期，環(huán)形水池I中剩余的冷卻水可以提供長期的熱量導(dǎo)出，從而大大提高了安全殼的固有安全性。
權(quán)利要求
1.一種非能動安全殼冷卻系統(tǒng),包括內(nèi)層混凝土安全殼、外層混凝土安全殼，其特征是還包括水池、內(nèi)部蒸發(fā)器管束、汽水分離器、外部空氣冷卻器，水池位于內(nèi)層混凝土安全殼和外層混凝土安全殼組成的環(huán)形腔內(nèi)，外部空氣冷卻器位于內(nèi)層混凝土安全殼和外層混凝土安全殼穹頂之間，內(nèi)部蒸發(fā)器和汽水分離器均位于內(nèi)層混凝土安全殼里，內(nèi)部蒸發(fā)器的兩端分別通過兩根管連接汽水分離器，汽水分離器通過第一根伸出內(nèi)層混凝土安全殼的管連接外部空氣冷卻器，內(nèi)部蒸發(fā)器管束通過第二根伸出內(nèi)層混凝土安全殼的管連通水池。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種非能動安全殼冷卻系統(tǒng)，其特征是內(nèi)部蒸發(fā)器管束兩端分別安裝內(nèi)部蒸發(fā)器上封頭和內(nèi)部蒸發(fā)器下封頭，內(nèi)部蒸發(fā)器管束采用水平向上傾斜布置的方式、與水平面的夾角為0° 45°。
3.根據(jù)權(quán)利要求
I或2所述的一種非能動安全殼冷卻系統(tǒng)，其特征是還包括蒸汽導(dǎo)流板，所述的蒸汽導(dǎo)流板設(shè)置在內(nèi)層混凝土安全殼里。
4.根據(jù)權(quán)利要求
I或2所述的一種非能動安全殼冷卻系統(tǒng)，其特征是所述的外部空氣冷卻器采用水平向下傾斜布置的方式，外部空氣冷卻器的低位端安裝排放管，排放管位于水池的上方。
5.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的一種非能動安全殼冷卻系統(tǒng)，其特征是所述的外部空氣冷卻器采用水平向下傾斜布置的方式，外部空氣冷卻器的低位端安裝排放管，排放管位于水池的上方。
6.根據(jù)權(quán)利要求
I或2所述的一種非能動安全殼冷卻系統(tǒng)，其特征是外層混凝土安全殼上開有空氣入口和空氣出口。
7.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的一種非能動安全殼冷卻系統(tǒng)，其特征是外層混凝土安全殼上開有空氣入口和空氣出口。
8.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的一種非能動安全殼冷卻系統(tǒng)，其特征是外層混凝土安全殼上開有空氣入口和空氣出口。
9.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的一種非能動安全殼冷卻系統(tǒng)，其特征是外層混凝土安全殼上開有空氣入口和空氣出口。
專利摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種非能動安全殼冷卻系統(tǒng)，包括水池、內(nèi)部蒸發(fā)器管束、汽水分離器、外部空氣冷卻器，水池位于內(nèi)層混凝土安全殼和外層混凝土安全殼組成的環(huán)形腔內(nèi)，外部空氣冷卻器位于內(nèi)層混凝土安全殼和外層混凝土安全殼穹頂之間，內(nèi)部蒸發(fā)器和汽水分離器均位于內(nèi)層混凝土安全殼里，內(nèi)部蒸發(fā)器的兩端分別通過兩根管連接汽水分離器，汽水分離器通過第一根伸出內(nèi)層混凝土安全殼的管連接外部空氣冷卻器，內(nèi)部蒸發(fā)器管束通過第二根伸出內(nèi)層混凝土安全殼的管連通水池。本發(fā)明在發(fā)生LOCA、MSLB等事故時，能夠長期安全可靠地導(dǎo)出安全殼內(nèi)的熱量，保證安全殼內(nèi)溫度、壓力不超過設(shè)計限值，從而保持安全殼的完整性。
文檔編號G21C15/18GKCN102637465SQ201210131314
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月2日
發(fā)明者丁銘, 孫中寧, 孫立成, 曹夏昕, 王建軍, 范廣銘, 谷海峰, 閻昌琪 申請人:哈爾濱工程大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan