一种非能动与能动相结合的熔融物堆内滞留冷却系统技术方案

本发明专利技术涉及核冷却系统技术领域，具体涉及一种非能动与能动相结合的熔融物堆内滞留冷却系统，所采用的技术方案是：包括压力容器外部冷却结构、非能动冷却子系统和能动冷却子系统，所述压力容器外部冷却结构包括一次侧屏蔽水箱；所述非能动冷却子系统包括第一冷却器，所述第一冷却器与保温层流道相连；所述能动冷却子系统包括第二冷却器、二回路备用水箱和注水泵，所述第二冷却器、二回路备用水箱和注水泵依次串接在保温层流道出口和进口之间。能够实现快速淹没保温层流道、冷却压力容器外部，并且降低一次侧屏蔽水箱或二回路备用水箱对水装量、水位高度的要求，非常适合于空间、水源受限制的浮动核电站等核反应堆。

【技术实现步骤摘要】
一种非能动与能动相结合的熔融物堆内滞留冷却系统
本专利技术涉及核冷却系统
，具体涉及一种非能动与能动相结合的熔融物堆内滞留冷却系统。
技术介绍
福岛核事故之后，国际社会对核电厂严重事故的关注显著增强。该事故后，堆芯丧失冷却而裸露、升温、熔化，堆芯熔融物迁移重定位于压力容器下封头，可能继续熔穿压力容器下封头，导致放射性物质大量释放。因此，在第三代核电技术中，堆芯熔融物的冷却与滞留措施成为国际消除大量放射性释放的关键策略。虽然目前都采用熔融物压力容器内冷却与滞留策略，但具体实施方案却各有差异。目前国际上大多采用了基于自然循环的非能动堆腔注水冷却系统设计方案，少部分采用了能动堆腔注水系统设计方案。严重事故后通过冷却水箱向堆腔重力注水、淹没堆腔，浮力作用导致压力容器保温层流道的底部入口浮塞开启，经压力容器保温层流道冷却压力容器下封头及筒体外壁面。汽水混合物推开压力容器保温层流道的顶部盖板，回流到堆腔外部回水通道，堆腔外部回水通道与堆腔下部连通，形成循环。保温层流道内的水作为上升段与堆腔外部回水通道的下降段形成自然循环流动，实现压力容器的长期冷却。目前，在役的海上核反应堆并没有考虑严重事故的应对及缓解措施，而新设计的浮动核电站等核反应堆要求具有严重事故的应对及缓解措施。因此，基于浮动核电站等核反应堆的运行环境及空间水源限制等因素，需研究并开发设计一种非能动与能动相结合的熔融物堆内滞留冷却系统，实现堆芯熔融物在核反应堆压力容器内的冷却与滞留。
技术实现思路
针对上述需要实现堆芯熔融物在核反应堆压力容器内的冷却与滞留的技术问题，本专利技术提供了一种非能动与能动相结合的熔融物堆内滞留冷却系统，能够在严重事故下对反应堆压力容器进行有效冷却，以实现堆芯熔融物在核反应堆压力容器内的冷却与滞留。本专利技术通过下述技术方案实现：一种非能动与能动相结合的熔融物堆内滞留冷却系统，包括压力容器外部冷却结构，所述压力容器外部冷却结构包括一次侧屏蔽水箱，所述一次侧屏蔽水箱出水端依次连接第一截止阀和第一止回阀后与保温层流道进水端相连；还包括非能动冷却子系统和能动冷却子系统；所述非能动冷却子系统包括第一冷却器，所述第一冷却器热管进水端与保温层流道出水端相连，所述第一冷却器与保温层流道之间连接有第二截止阀；所述第一冷却器热管出水端连接第三截止阀后与保温层流道进水端相连；所述能动能却子系统包括第二冷却器，所述第二冷却器热管进水端与第二止回阀出水端相连，所述第二冷却器与第二止回阀之间连接有第四截止阀；所述第二冷却器热管出水端依次连接二回路备用水箱、注水泵和第五截止阀后与保温层流道进水端相连。本专利技术在使用时，当反应堆正常运行工况，压力容器、保温层流道及进出口管道处于空气状态，压力容器外部冷却结构的阀门、第一截止阀和第二截止阀关闭，第一冷却器的海水进口和出口均与海水相连；由于保温层流道间隙小，因此进行压力容器外部冷却的水容积要求小，非常适合于空间、水源受限制的浮动核电站等核反应堆。当反应堆发生严重事故时，非能动注水工况：首先打开压力容器外部冷却结构的阀门向保温层流道重力注水，浮力作用导致压力容器保温层流道的底部入口浮塞开启，经压力容器保温层流道冷却压力容器下封头及筒体外壁面，由于压力容器壁面处于高温状态，部分水汽化，水蒸气与空气通过保温层流道出口排到堆舱内淹没堆腔，部分水汽化，水蒸气与空气通过保温层流道出口排到堆舱内。同时打开第一冷却器出口管道第二截止阀和出口管道上的第三截止阀，从而使得第一冷却器回路与保温层流道连通、形成闭式循环流动回路。其中汽水混合物经过第一冷却器传热管内侧，从上向下流动，被第一冷却器传热管外侧的海水冷却为过冷水；第一冷却器传热管外侧的海水被加热，从下向上非能动流动，较冷的海水通过底部入口管道进入第一冷却器底部海水侧，被加热的海水通过上部出口管道进入海水，过冷的海水是带出堆芯热量的最终热阱。进而使得保温层流道内的汽水混合物作为上升段，第一冷却器下部传热管内侧冷水为下降段，依靠冷热流体的密度差和位差形成闭式自然循环流动，通过压力容器外部的长期非能动冷却实现堆芯熔融物在压力容器内的冷却与滞留。当反应堆发生严重事故时，此时系统的能动注水工况：首先打开二回路备用水箱的注水管道截止阀和第五截止阀，并启动注水泵；使二回路备用水箱内的水向保温层流道注水，由于压力容器壁面处于高温状态，部分水汽化，汽水混合物与空气通过出口总道进入第二冷却器被海水冷却，冷却水回流到二回路备用水箱。即第二冷却器回路通过二回路备用水箱、注水泵与保温层流道连通，形成闭式能动循环流动回路。继而通过压力容器外部的长期能动冷却实现堆芯熔融物在压力容器内的冷却与滞留，海水是带出堆芯热量的最终热阱。其中能动注水工况，根据堆芯衰变热大小和能动注水流量共同确定保温层流道出口流体形式。堆芯衰变热较小且能动注水流量较大时，保温层流道出口流体可能为单相流或者为汽水混合物甚至为水蒸气。因此，需根据堆芯衰变热大小确定能动注水流量大小，确保保温层流道出口流体为单相流或汽水混合物。综上，能动冷却子系统单独运行、压力容器外部冷却结构结合非能动冷却子系统单独运行，均能够实现向压力容器保温层流道直接注水，实现快速淹没保温层流道、冷却压力容器外部，并且降低一次侧屏蔽水箱或二回路备用水箱对水装量、水位高度的要求，非常适合于空间、水源受限制的浮动核电站等核反应堆。且综合了非能动与能动冷却系统的优点，并降低第一冷却器的布置高度要求，有利于系统设备布置。优选的，所述第三截止阀与保温层流道进水端之间连接有第三止回阀，以防止保温层流道内的流体回流至第一冷却器。进一步的，所述第一冷却器与第二截止阀之间连接有波动水箱，所述波动水箱出水端连接有第四止回阀。由于在冷却器系统运行后期，系统带出的热量随着熔融物热量衰减而减少，保温层流道将由汽水混合物逐渐变成单相水，系统体积收缩；因此通过设置波动水箱，可补充而系统收缩的水体积。优选的，所述第一冷却器的传热管底端高于堆芯活性区域中心线，以通过提高冷热流体位差进一步提高自然循环能力。进一步的，所述第二截止阀与保温层流道出水端之间连接有第二止回阀，以防止流体回流至保温层流道。优选的，所述第二止回阀与保温层流道出水端之间还连接有安全阀，以防止整个冷却系统压力过高，确保系统运行安全。优选的，所述保温层流道的顶部环形均匀分布有2n个出口管道，n为大于零的自然数，所述出口管道两两汇合最终形成出口总管。优选的，所述安全阀设置于出口总管上，且位于堆舱壁内侧。优选的，保温层结构内侧壁衬有不锈钢挡板，以防止保温层流道内的流体从保温层结构泄漏。具体而言，所述保温层结构包裹压力容器下封头和直筒体。本专利技术具有如下的优点和有益效果：1、采用一次侧屏蔽水箱和/或二回路备用水箱向压力容器保温层流道直接注水，由于保温层流道容积很小，因此能够实现快速淹没保温层流道、冷却压力容器外部，并且降低一次侧屏蔽水箱或二回路备用水箱对水装量、水位高度的要求，非常适合于空间、水源受限制的浮动核电站等核本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非能动与能动相结合的熔融物堆内滞留冷却系统，包括压力容器外部冷却结构，所述压力容器外部冷却结构包括一次侧屏蔽水箱(100)，所述一次侧屏蔽水箱(100)出水端依次连接第一截止阀(101)和第一止回阀(102)后与保温层流道(105)进水端相连，其特征在于，还包括非能动冷却子系统、能动冷却子系统；/n所述非能动冷却子系统包括第一冷却器(115)，所述第一冷却器(115)热管进水端与保温层流道(105)出水端相连，所述第一冷却器(115)与保温层流道(105)之间连接有第二截止阀(111)，所述第一冷却器(115)热管出水端连接第三截止阀(116)后与保温层流道(105)进水端相连；/n所述能动冷却子系统包括第二冷却器(125)，所述第二冷却器(125)热管进水端与第二止回阀(110)出水端相连，所述第二冷却器(125)与第二止回阀(110)之间连接有第四截止阀(121)，所述第二冷却器(125)热管出水端依次连接二回路备用水箱(130)、注水泵(135)和第五截止阀(132)后与保温层流道(105)进水端相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种非能动与能动相结合的熔融物堆内滞留冷却系统，包括压力容器外部冷却结构，所述压力容器外部冷却结构包括一次侧屏蔽水箱(100)，所述一次侧屏蔽水箱(100)出水端依次连接第一截止阀(101)和第一止回阀(102)后与保温层流道(105)进水端相连，其特征在于，还包括非能动冷却子系统、能动冷却子系统；
所述非能动冷却子系统包括第一冷却器(115)，所述第一冷却器(115)热管进水端与保温层流道(105)出水端相连，所述第一冷却器(115)与保温层流道(105)之间连接有第二截止阀(111)，所述第一冷却器(115)热管出水端连接第三截止阀(116)后与保温层流道(105)进水端相连；
所述能动冷却子系统包括第二冷却器(125)，所述第二冷却器(125)热管进水端与第二止回阀(110)出水端相连，所述第二冷却器(125)与第二止回阀(110)之间连接有第四截止阀(121)，所述第二冷却器(125)热管出水端依次连接二回路备用水箱(130)、注水泵(135)和第五截止阀(132)后与保温层流道(105)进水端相连。


2.根据权利要求1所述的非能动与能动相结合的熔融物堆内滞留冷却系统，其特征在于，所述第三截止阀(116)与保温层流道(105)进水端之间连接有第三止回阀(117)。


3.根据权利要求1所述的非能动与能动相结合的熔融物堆内滞留冷却系统，其特征在于，所述第一冷却器(115)与第二截止阀(111)之间连接有波动水箱(140)，所述波动水箱(140)出水端连接有第四止回阀(141)。

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宝文，向清安，邓坚，卢庆，高颖贤，刘兆东，刘余，邓纯锐，邱志方，武小莉，蔡容，王玮，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：四川;51