一种用于研究堆辐照考验回路冷却水系统及其设计和使用方法技术方案

技术编号：44132189 阅读：3 留言：0更新日期：2025-01-24 22:52

本发明专利技术提供了一种用于研究堆辐照考验回路冷却水系统及其设计和使用方法，涉及核燃料及材料堆内辐照技术领域，解决了现有冷却水系统外部水源完全断流会带来安全隐患的技术问题。本发明专利技术第一液位报警点和第二液位报警点之间对应的容积为运行缓冲容积V<subgt;1</subgt;，第二液位报警点与第一取水点之间的容积为停堆初期的最小冷却水容积V<subgt;2</subgt;，第一取水点与第二取水点之间的容积为停堆后期的最小冷却水容积V<subgt;3</subgt;；V<subgt;1</subgt;、V<subgt;2</subgt;和V<subgt;3</subgt;之和即为所述冷却水池的最佳容积V。本发明专利技术简化了系统的复杂性、减少了设备占用的空间，降低了建造成本，同时通过核安全等级保证了设备及系统可靠性；保证了燃料元件的安全，还优化了冷却水池的尺寸设计，进一步合理的利用了研究堆工艺间的空间。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及核燃料及材料堆内辐照，具体而言，涉及一种用于研究堆辐照考验回路冷却水系统及其设计和使用方法。

技术介绍

1、辐照考验回路用于模拟燃料元件真实的工作环境，提供特定的温度、流量、水化学参数，对燃料元件的物理、热工、制造工艺的性能进行验证。回路冷却水系统通常作为回路的最终热阱，导出回路中燃料元件的热量，保证燃料元件与主冷却剂系统温度维持在特定的范围内，因此冷却水系统直接关系到了主冷却剂系统和燃料元件的安全。

2、如公开号为cn116847623a的专利提出的一种用于辐照试验温度控制的模块化水冷系统，采用双回路的方式对辐照装置进行冷却降温，并采用模块化设计及布置，在核燃料及材料辐照温度控制技术中引入水冷技术，提高了辐照装置温度调节能力和控制精度，进一步确保了辐照试验温度满足要求。

3、首先，在传统的系统方案中，冷却水系统分为安全级冷却水系统与非安全级冷却水系统，其中安全级冷却水系统用于向主泵等具有安全功能的设备供水，而非安全级冷却水系统用于向换热器等非安全级设备供水，系统设计较为复杂、建造成本高。其次，传统的设计方案未对冷却水箱容积进行最佳容量计算，往往以最保守容量进行包络性分析，导致水箱体积庞大，占用面积过大，浪费了研究堆工艺间的使用效率；未对冷却水箱建立冷却水流量进行自动跟踪调整机制，导致冷却水流量不能根据设备的温度波动而及时调整。且容易在发生事故时，对冷却水箱中冷却水不能合理分配，致使优先级高的过热设备得不到有效冷却，造成一定安全隐患。

技术实现思路

1、本专利技术提供了一种用于研究堆辐照考验回路冷却水系统及其设计和使用方法，以解决现有冷却水系统外部水源完全断流会带来安全隐患的技术问题。

2、本专利技术的实施例通过以下技术方案实现：

3、一种用于研究堆辐照考验回路冷却水系统，包括冷却水池、回路主泵和回路换热设备，所述冷却水池设有用以控制最低水位的第二液位报警点、分别对所述回路主泵和回路换热设备供冷却水的第一取水点和第二取水点，所述第二液位报警点、第一取水点和第二取水点高度依次降低；

4、从停堆到核燃料缓发余热功率与系统自然散热功率相等时为停堆初期，记为t1，所述第二液位报警点与第一取水点之间的容积为停堆初期的最小冷却水容积v2；

5、从核燃料缓发余热功率与系统自然散热功率相等时到燃料组件温度达到安全温度限值60℃时为停堆后期，记为t2，所述第一取水点与第二取水点之间的容积为停堆后期的最小冷却水容积v3；

6、所述停堆初期的最小冷却水容积v2、停堆后期的最小冷却水容积v3与运行缓冲容积v1之和即为所述冷却水池的最佳容积v。

7、优选的，所述冷却水池还设有用以控制最高水位的第一液位报警点，所述第一液位报警点和第二液位报警点之间对应的容积为所述运行缓冲容积v1。

8、优选的，还包括用以分别对所述回路主泵和回路换热设备输送冷却水的第一冷却水泵和第二冷却水泵，所述第一冷却水泵进口管道及出口管道为核安全级管道，所述第二冷却水泵进口管道及出口管道为非核安全级管道。

9、优选的，所述第一冷却水泵和第二冷却水泵的进口管道和出口管道分别设有用以控制冷却水通入的截止阀和用以防止冷却水回流的止回阀；还设有用以将冷却水回流至所述冷却水池的回流支路和用以控制冷却水回流量的回流调节阀。

10、优选的，所述回路主泵和回路换热设备设有用以检测冷却水流量的流量计、用以检测出口冷却水温度的温度探测器和用以调节入口冷却水流量的流量调节阀。

11、优选的，所述回路主泵和回路换热设备还设有用以控制冷却水排放的排放口阀门。

12、一种用于研究堆辐照考验回路冷却水系统的设计方法，包括如下步骤：

13、s1：确定停堆初期的最小冷却水容积v2：在停堆初期t1内核燃料缓发余热超出系统自然散热的热量q1所对应需要的冷却水的量即为停堆初期的最小冷却水容积v2；

14、s2：确定停堆后期的最小冷却水容积v3：在停堆后期t2内燃料组件散发的热量q2对应所需的冷却水的量即为停堆后期的最小冷却水容积v3；

15、s3：确定运行缓冲容积v1：所述v1为正常工况下5min-15min冷却水系统的总流量；

16、s4：确定冷却水池的最佳容积v：

17、v＝v1+v2+v3。 (1)

18、优选的，在所述步骤s1和s2中，所述核燃料反应堆停堆后回路的缓发余热功率w：

19、w＝n(t)+ns1(t)+ns2(t) (2)

20、其中，n(t)为剩余裂变功率，n(t)＝n(0)0.15exp(-0.1t)；

21、ns1(t)为裂变产物的衰变功率，ns1(t)＝n(0)a/200[t-a-(t+to)-a]；

22、ns2(t)为中子俘获产物衰变功率，ns2(t)＝n(0)×2.28×10-3c(1+α)exp(-4.91×10-4t)+2.19×10-3c(1+α)exp(-3.14×10-6t)；

23、式中，n(0)为停堆初始功率；

24、t为从停堆时刻起的时间变量；

25、to为燃料元件初始反应时间，本处to＝20d＝1.7×106；

26、a＝26.02；

27、a＝0.2834c是转换比，α为u-235的辐射俘获与裂变数之比，c＝0.6，α＝0.2。

28、优选的，在所述步骤s1中，所述冷却水的量的计算方式为：

29、

30、其中，t1为所述冷却水池(1)中冷却水的温度；

31、t2为所述排放口阀门(17)冷却水的温度；

32、c为水的比热容，c＝4.2kj/(kg·℃)；

33、ρ为水的密度，ρ＝10-3kg/m3；

34、在所述步骤s2中，所述冷却水的量的计算方式为：

35、

36、其中，t3为所述冷却水池(1)中冷却水的温度；

37、t4为所述排放口阀门(17)冷却水的温度。

38、一种用于研究堆辐照考验回路冷却水系统的使用方法，包括如下步骤：

39、r1：注水运行：控制注水，保持液位在第一液位报警点和第二液位报警点之间；

40、r2：事故工况下运行；

41、r2.1：停堆初期：第一冷却水泵和第二冷却水泵继续分别对所述回路主泵和回路换热设备输送冷却水，直到所述冷却水池液位低于第一取水点；

42、r2.2：停堆后期：第二冷却水泵停止运行，第一冷却水泵继续向所述回路主泵输送冷却水。

43、采用本技术方案，通过对冷却水流量在燃料元件停堆后不同的时间阶段进行优化分配，得到了冷却水池的最佳容量与冷却水最佳分配方案，从而设计出了具有较高安全性的冷却水系统，消除了因外部水源完全断流而带来的安全隐患，提高了本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种用于研究堆辐照考验回路冷却水系统，包括冷却水池(1)、回路主泵(4)和回路换热设备(5)，其特征在于：所述冷却水池(1)设有用以控制最低水位的第二液位报警点(24)、分别对所述回路主泵(4)和回路换热设备(5)供冷却水的第一取水点(21)和第二取水点(22)，所述第二液位报警点(24)、第一取水点(21)和第二取水点(22)高度依次降低；

2.根据权利要求1所述的一种用于研究堆辐照考验回路冷却水系统，其特征在于：所述冷却水池(1)还设有用以控制最高水位的第一液位报警点(23)，所述第一液位报警点(23)和第二液位报警点(24)之间对应的容积为所述运行缓冲容积V1。

3.根据权利要求2所述的一种用于研究堆辐照考验回路冷却水系统，其特征在于：还包括用以分别对所述回路主泵(4)和回路换热设备(5)输送冷却水的第一冷却水泵(2)和第二冷却水泵(3)，所述第一冷却水泵(2)进口管道及出口管道为核安全级管道，所述第二冷却水泵(3)进口管道及出口管道为非核安全级管道。

4.根据权利要求3所述的一种用于研究堆辐照考验回路冷却水系统，其特征在于：所述第一

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种用于研究堆辐照考验回路冷却水系统，其特征在于：所述回路主泵(4)和回路换热设备(5)设有用以检测冷却水流量的流量计(13)、用以检测出口冷却水温度的温度探测器(15)和用以调节入口冷却水流量的流量调节阀(14)。

6.根据权利要求1-4任一项所述的一种用于研究堆辐照考验回路冷却水系统，其特征在于：所述回路主泵(4)和回路换热设备(5)还设有用以控制冷却水排放的排放口阀门(17)。

7.一种权利要求1-6任一项所述的用于研究堆辐照考验回路冷却水系统的设计方法，其特征在于：包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种用于研究堆辐照考验回路冷却水系统设计方法，其特征在于：在所述步骤S1和S2中，所述核燃料反应堆停堆后回路的缓发余热功率W：

9.根据权利要求7或8所述的一种用于研究堆辐照考验回路冷却水系统设计方法，其特征在于：在所述步骤S1中，所述冷却水的量的计算方式为：

10.一种权利要求1-6任一项所述的用于研究堆辐照考验回路冷却水系统的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：

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【技术特征摘要】

2.根据权利要求1所述的一种用于研究堆辐照考验回路冷却水系统，其特征在于：所述冷却水池(1)还设有用以控制最高水位的第一液位报警点(23)，所述第一液位报警点(23)和第二液位报警点(24)之间对应的容积为所述运行缓冲容积v1。

4.根据权利要求3所述的一种用于研究堆辐照考验回路冷却水系统，其特征在于：所述第一冷却水泵(2)和第二冷却水泵(3)的进口管道和出口管道分别设有用以控制冷却水通入的截止阀(11)和用以防止冷却水回流...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪海，孙胜，李劲松，赵光，童明炎，吴红伟，李永强，王万金，王育坤，王忠庆，许裕恒，雷晋，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：

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