核能小型堆海水淡化系统的制作方法

1.本发明属于海水淡化技术领域，具体涉及一种核能小型堆海水淡化系统。


背景技术：

2.海水淡化作为解决淡水资源紧缺的重要途径而备受瞩目。目前，全球主流的海水淡化方法分为热法和膜法两大类。热法是利用热源将海水加热蒸发得到蒸汽，然后将蒸汽冷凝得到淡水；膜法则是利用水泵将海水增压后流经选择透过性高分子膜而得到淡水。热法主要包括多级闪蒸技术(msf)和低温多效技术(med)，膜法则主要使用反渗透技术(ro)。
3.目前国内已建大型核电站海水淡化工艺多采用膜法反渗透技术(ro)，该工艺具有成本低，不会存在放射性物质泄漏到产品水的可能等优点，但对原水水质有较高要求，且产品水水质不高；而热法海水淡化工艺对原水水质要求不高，且出水水质好，其中多级闪蒸技术(msf)产品水成本要远高于反渗透技术(ro)和低温多效技术(med)的成本，故低温多效技术(med)在核电站海水淡化利用中具有一定优势。但低温多效技术(med)在核电站海水淡化应用中运行安全有待进一步提高，需确保不会存在放射性物质泄漏到产品水的可能。
4.核电小型反应堆具有高度的安全性、良好的经济性，能够满足中小型电网的供电、城市供热、工业供汽和海水淡化等各种领域应用的需求。基于核电小型反应堆多用途功能，在核能海水淡化利用方面，从产品水品质和成本考虑，优先选用低温多效技术(med)。但现有技术在利用核能进行海水淡化的过程中，淡化海水中会引入放射性物质。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种核能小型堆海水淡化系统，保证海水淡化产品水的安全，避免核蒸汽中的放射性物质进入淡化产品水的可能。
6.解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种核能小型堆海水淡化系统，包括：
7.核电汽轮机抽汽装置，用于提供核电汽轮机抽汽；
8.中间回路装置，包括：换热器，换热器包括：换热器管程、设置于换热器管程外的换热器壳程，中间回路装置还包括：与换热器管程连接的中间回路，中间回路用于通入循环水，换热器壳程与核电汽轮机抽汽装置连接，中间回路装置还包括：设置于中间回路上的稳压机构，稳压机构用于稳压使得中间回路工作压力大于核电汽轮机抽汽压力；
9.海水淡化装置，与中间回路连接，中间回路为海水淡化装置淡化蒸发海水提供热量。
10.优选的是，稳压机构包括：用于升压的升压泵。
11.优选的是，所述的核能小型堆海水淡化系统，还包括：控制器，稳压机构包括：至少两台并联的升压泵，其中至少一台升压泵使用，至少一台升压泵备用，控制器与升压泵连接，当正在使用的升压泵故障或换热器管程压力降低到设定值且仍高于核电汽轮机抽汽压
力，控制器用于控制备用升压泵启动。
12.优选的是，稳压机构包括：通过连接管道与中间回路连接的压力控制箱，压力控制箱用于充氮气调节中间回路的压力，系统正常运行时，压力控制箱中的压力与中间回路中的压力平衡，当升压泵故障或换热器管程压力降低到设定值且仍高于核电汽轮机抽汽压力，压力控制箱自动投入使用，压力控制箱中的氮气自动充入中间回路，使得中间回路工作压力大于核电汽轮机抽汽压力。
13.优选的是，中间回路装置还包括：与换热器管程入口连接的中间回路的部分管道上设置的第三调节阀，与换热器管程出口连接的中间回路的部分管道上设置的第四调节阀，压力控制箱通过连接管道与中间回路的连接处位于换热器管程入口与第三调节阀之间，当升压泵故障或换热器管程压力降低到设定值且仍高于核电汽轮机抽汽压力，关闭第三调节阀、第四调节阀。
14.优选的是，中间回路装置还包括：设置于中间回路上的止回阀，止回阀位于升压泵下游。
15.优选的是，中间回路装置还包括：核电汽轮机抽汽装置与换热器壳程入口之间的管道上设置的第一调节阀、换热器壳程出口与核电汽轮机凝汽器之间的管道上设置的第二调节阀，换热器壳程出口用于与核电汽轮机凝汽器连接。
16.优选的是，中间回路装置还包括：设置于核电汽轮机抽汽装置管道的第一压力计、设置于中间回路管道的第二压力计，第一压力计用于检测核电汽轮机抽汽装置管道的压力并发送给控制器，第二压力计用于检测中间回路管道的压力并发送给控制器，控制器分别与第一调节阀连接、第二调节阀连接，当正在使用的稳压机构故障或换热器管程压力降低到设定值且仍高于核电汽轮机抽汽压力，控制器用于控制关闭第一调节阀、第二调节阀。
17.优选的是，中间回路装置还包括：设置于中间回路上的闪蒸罐，闪蒸罐与换热器的管程连接，换热器管程内被加热的水流入闪蒸罐，闪蒸罐还与海水淡化装置连接，闪蒸罐用于将中间回路中的循环水闪蒸汽化，生成的蒸汽通过闪蒸罐中的汽水分离板进入海水淡化装置作为海水淡化蒸发的热源，未闪蒸的水在中间回路内继续循环。
18.优选的是，海水淡化装置包括：凝汽室、蒸发室、凝结水箱，凝汽室与蒸发室联通，凝汽室内设置有凝汽管道，凝汽管道延伸至凝汽室外，凝汽管道出口与蒸发室连接，凝汽管道入口用于通入海水，凝汽管道出口用于向蒸发室内喷淋海水，蒸发室内设置有蒸发管道，蒸发管道入口与闪蒸罐连接，蒸发管道出口与凝结水箱连接，喷淋到蒸发室内的海水蒸发后进入凝汽室凝结，喷淋到蒸发室内的未蒸发的海水通过蒸发室出口排出，凝汽室出口与凝结水箱连接，凝结水箱与中间回路连接，凝结水箱中的水流入中间回路。
19.本发明中的核能小型堆海水淡化系统，充分发挥核能小型反应堆多用途示范功能，利用低位热能，将汽轮机抽汽作为海水淡化的热源，同时设置中间回路装置，设置中间回路的工作压力高于汽轮机抽汽压力，保证海水淡化产品水的安全，避免核蒸汽中的放射性物质进入淡化产品水的可能，实现系统安全运行。该系统布置结构简单，方法可靠，有效利用核电站余热，增强核电站海水淡化可靠性。
附图说明
20.图1是本发明实施例2中的核能小型堆海水淡化系统的结构示意图。
21.图2本发明实施例3中的稳压机构的结构示意图；
22.图3本发明实施例4中的稳压机构的结构示意图；
23.图4本发明实施例5中的稳压机构的结构示意图。
24.图中：1、换热器；2、闪蒸罐；3、海水淡化装置；31、蒸发室；32、凝汽室；4、凝结水箱；5、凝结水泵；6、升压泵；7、汽轮机抽汽；8、去往汽轮机凝汽器；9、海水；10、浓盐水；11、淡化产品水；12、循环水补充水；13、压力控制箱；14、补充氮气；001、第一调节阀；002、第二调节阀；103、第三调节阀；104、第四调节阀；105、第五调节阀；101、第六调节阀；107、第七调节阀；108、第八调节阀；109、第九调节阀；15
‑
止回阀；102、第一止回阀；202、第二止回阀；106、第三止回阀；61
‑
第一升压泵；62
‑
第二升压泵。
具体实施方式
25.为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
26.下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
27.实施例1
28.本实施例提供一种核能小型堆海水淡化系统，包括：
29.核电汽轮机抽汽装置，用于提供核电汽轮机抽汽；
30.中间回路装置，包括：换热器，换热器包括：换热器管程、设置于换热器管程外的换热器壳程，中间回路装置还包括：与换热器管程连接的中间回路，中间回路用于通入循环水，换热器壳程与核电汽轮机抽汽装置连接，中间回路装置还包括：设置于中间回路上的稳压机构，稳压机构用于稳压使得中间回路工作压力大于核电汽轮机抽汽压力；
31.海水淡化装置，与中间回路连接，中间回路为海水淡化装置淡化蒸发海水提供热量。
32.本实施例中的核能小型堆海水淡化系统，充分发挥核能小型反应堆多用途示范功能，利用低位热能，将汽轮机抽汽作为海水淡化的热源，同时设置中间回路装置，设置中间回路的工作压力高于汽轮机抽汽压力，保证海水淡化产品水的安全，避免核蒸汽中的放射性物质进入淡化产品水的可能，实现系统安全运行。该系统布置结构简单，方法可靠，有效利用核电站余热，增强核电站海水淡化可靠性。
33.实施例2
34.如图1所示，本实施例提供一种核能小型堆海水淡化系统，包括：
35.核电汽轮机抽汽7装置，用于提供核电汽轮机抽汽7；
36.中间回路装置，包括：换热器1，换热器1包括：换热器1管程、设置于换热器1管程外的换热器1壳程，中间回路装置还包括：与换热器1管程连接的中间回路，中间回路用于通入循环水，换热器1壳程与核电汽轮机抽汽7装置连接，中间回路装置还包括：设置于中间回路上的稳压机构，稳压机构用于稳压使得中间回路工作压力大于核电汽轮机抽汽7压力；
37.海水淡化装置3，与中间回路连接，中间回路为海水淡化装置3淡化蒸发海水9提供热量。
38.本实施例中的换热器1为管壳式换热器1，核电汽轮机抽汽7装置提供的核电汽轮机抽汽7，进入换热器1壳程，将热量传输给中间回路中的循环水，中间回路中的循环水被加热后，将热量传输给海水淡化装置3，生产安全可靠的淡化产品水11。通过在中间回路上设置中间回路稳压机构，防止核蒸汽中放射性物质进入淡化产品水11。设置中间回路压力高于汽轮机抽汽7压力，从而保证汽轮机抽汽7中的可能存在的放射性物质不会进入到淡化海水中去。中间回路作用为隔离作用，将核电汽轮机抽汽7装置与海水淡化装置3隔离，防止放射性物质进入到淡化海水中。
39.进一步地，汽轮机抽汽7通过换热器1与中间回路中循环水进行换热，冷凝后去汽轮机凝汽器。
40.优选的是，稳压机构包括：用于升压的升压泵6。
41.优选的是，中间回路装置还包括：设置于中间回路上的止回阀15，止回阀15位于升压泵6下游。
42.具体的，本实施例中的第三调节阀103与止回阀15相邻，且第三调节阀103位于止回阀15的下游。在中间回路上设置有第六调节阀101，第六调节阀101与升压泵6相邻，第六调节阀101位于升压泵6上游。
43.优选的是，中间回路装置还包括：核电汽轮机抽汽7装置与换热器1壳程入口之间的管道上设置的第一调节阀001、换热器1壳程出口与核电汽轮机凝汽器之间的管道上设置的第二调节阀002，换热器1壳程出口用于与核电汽轮机凝汽器连接。
44.优选的是，中间回路装置还包括：设置于中间回路上的闪蒸罐2，闪蒸罐2与换热器1的管程连接，换热器1管程内被加热的水流入闪蒸罐2，闪蒸罐2还与海水淡化装置3连接，闪蒸罐2用于将中间回路中的循环水闪蒸汽化，生成的蒸汽通过闪蒸罐2中的汽水分离板进入海水淡化装置3作为海水淡化蒸发的热源，未闪蒸的水在中间回路内继续循环。进一步地，中间回路循环水经过中间换热器1加热后，热水通过闪蒸罐2闪蒸生成蒸汽，进入海水淡化装置3，未闪蒸热水直接进入中间回路中循环利用，海水淡化装置3采用热法海水淡化。
45.优选的是，海水淡化装置3包括：凝汽室32、蒸发室31、凝结水箱4，凝汽室32与蒸发室31联通，凝汽室32内设置有凝汽管道，凝汽管道延伸至凝汽室32外，凝汽管道出口与蒸发室31连接，凝汽管道入口用于通入海水9，凝汽管道出口用于向蒸发室31内喷淋海水9，蒸发室31内设置有蒸发管道，蒸发管道入口与闪蒸罐2连接，蒸发管道出口与凝结水箱4连接，喷淋到蒸发室31内的海水9蒸发后进入凝汽室32凝结，喷淋到蒸发室31内的未蒸发的海水为浓盐水10通过蒸发室31出口排出，凝汽室32出口与凝结水箱4连接，凝结水箱4与中间回路连接，凝结水箱4中的水流入中间回路。通过凝结水箱4入口向凝结水箱4中补充加入循环水补充水12。凝汽室32出口还连接有排水管用于排出凝结生成的淡化产品水11，在凝汽室32出口连接的排水管上设置有第八调节阀108，在凝汽室32出口与凝结水箱4之间的连接管道上设置有第九调节阀109，
46.具体的，本实施例在中间回路上依次设置有第五调节阀105，第五调节阀105位于闪蒸罐2与升压泵6之间的中间回路上，且第五调节阀105位于闪蒸罐2下游。凝结水箱4与中间回路之间的连接管路上由上游到下游依次设置有凝结水泵5、第三止回阀106、第七调节阀107。在中间回路上设置有第六调节阀101，且第六调节阀101与升压泵6相邻且位于升压泵6上游。
47.汽轮机抽汽7通过第一调节阀001进入到换热器1，加热中间回路循环水，乏汽经由第二调节阀002去往汽轮机凝汽器8。中间回路中的循环水通过凝结水泵5和升压泵6实现在管道中循环流动。经由升压泵6升压后的循环水进入中间回路换热器1，水被加热后进入闪蒸罐2。由于压力降低，低于循环水温度对应的饱和蒸汽压,循环水进入闪蒸罐2后迅速汽化，生成的蒸汽通过闪蒸罐2中汽水分离板进入海水淡化装置3作为海水淡化的热源，未闪蒸的水经由第五调节阀105和升压泵6后继续循环。
48.海水9进入海水淡化装置3中，经过凝汽室32预热后，通过喷淋进入蒸发室31。蒸发室31中的蒸发管道为换热管，蒸发管道内是来自闪蒸罐2温度较高的蒸汽，通过喷淋进入蒸发室31的海水9，吸热汽化成为蒸汽，进入到相邻的凝汽室32，冷凝成为淡化水，未蒸发的海水9汇聚后成为浓盐水10排放处理。淡化水一部分经由第八调节阀108后去往淡化产品水11，一部分经由第九调节阀109后进入的凝结水箱4。蒸发室31中的蒸发管道内蒸汽换热后冷凝也进入凝结水箱4。凝结水箱4中冷凝水经由凝结水泵5补入中间回路循环水。中间回路循环水在系统启动时需由循环补充水补充，系统运行之后可以通过海水淡化装置3实现供给。在中间回路上设置稳压机构，保证中间回路换热器1管侧压力始终高于壳侧压力，即高于汽轮机抽汽7的压力。
49.本实施例中的核能小型堆海水淡化系统，充分发挥核能小型反应堆多用途示范功能，利用低位热能，将汽轮机抽汽7作为海水淡化的热源，同时设置中间回路装置，设置中间回路的工作压力高于汽轮机抽汽7压力，保证海水淡化产品水11的安全，避免核蒸汽中的放射性物质进入淡化产品水11的可能，实现系统安全运行。该系统布置结构简单，方法可靠，有效利用核电站余热，增强核电站海水淡化可靠性。
50.实施例3
51.如图2所示，本实施例提供一种核能小型堆海水淡化系统，与实施例2中的区别为：还包括：控制器，稳压机构包括：至少两台并联的升压泵，其中至少一台升压泵使用，至少一台升压泵备用，控制器与升压泵连接，当正在使用的升压泵故障或换热器1管程压力降低到设定值且仍高于核电汽轮机抽汽7压力，控制器用于控制备用升压泵启动。具体的，本实施例中稳压机构包括：两台并联的第一升压泵61、第二升压泵62，其中第一升压泵61使用，第二升压泵62备用。止回阀15包括：第一止回阀102、第二止回阀202，其中第一止回阀102设置于并联的第一升压泵61所在的支路管路上，且第一止回阀102位于第一升压泵61的下游；第二止回阀202设置于并联的第二升压泵62所在的支路管路上，第二止回阀202位于第二升压泵62的下游，该方案采取能动设计，设置两台升压泵，当一台升压泵故障时，通过压力联锁反馈迅速调节另一台升压泵流量，从而维持中间回路海水淡化侧压力高于汽轮机抽汽7侧压力。升压泵可维持正常工况、事故停机工况下中间回路压力均高于汽轮机抽汽7压力。
52.优选的是，中间回路装置还包括：设置于核电汽轮机抽汽7装置管道的第一压力计、设置于中间回路管道的第二压力计，第一压力计用于检测核电汽轮机抽汽7装置管道的压力并发送给控制器，第二压力计用于检测中间回路管道的压力并发送给控制器，控制器分别与第一调节阀001连接、第二调节阀002连接，当正在使用的稳压机构故障或换热器1管程压力降低到设定值且仍高于核电汽轮机抽汽7压力，控制器用于控制关闭第一调节阀001、第二调节阀002，系统通过控制器自动启动第二升压泵62，保证中间回路压力。
53.实施例4
54.如图3所示，本实施例提供一种核能小型堆海水淡化系统，与实施例2中的区别为：
55.稳压机构包括：通过连接管道与中间回路连接的压力控制箱13，压力控制箱13用于充氮气调节中间回路的压力，系统正常运行时，压力控制箱13中的压力与中间回路中的压力平衡，当升压泵6故障或换热器1管程压力降低到设定值且仍高于核电汽轮机抽汽7压力，压力控制箱13自动投入使用，压力控制箱13中的氮气自动充入中间回路，使得中间回路工作压力大于核电汽轮机抽汽7压力。
56.优选的是，中间回路装置还包括：设置于核电汽轮机抽汽7装置管道的第一压力计、设置于中间回路管道的第二压力计，第一压力计用于检测核电汽轮机抽汽7装置管道的压力并发送给控制器，第二压力计用于检测中间回路管道的压力并发送给控制器，控制器分别与第一调节阀001连接、第二调节阀002连接，当升压泵6故障或换热器1管程压力降低到设定值且仍高于核电汽轮机抽汽7压力，压力控制箱13自动投入使用，压力控制箱13中氮气自动冲入中间回路管路，控制器通过压力联锁反馈迅速关闭第一调节阀001、第二调节阀002，实现抽汽侧隔离，保证中间回路压力。
57.优选的是，中间回路装置还包括：与换热器1管程入口连接的中间回路的部分管道上设置的第三调节阀103，与换热器1管程出口连接的中间回路的部分管道上设置的第四调节阀104，压力控制箱13通过连接管道与中间回路的连接处位于换热器1管程入口与第三调节阀103之间，当升压泵6故障或换热器1管程压力降低到设定值且仍高于核电汽轮机抽汽7压力，控制器通过压力联锁反馈迅速关闭第一调节阀001、第二调节阀002，实现抽汽侧隔离，保证中间回路压力，关闭第三调节阀103、第四调节阀104，系统重新达到平衡状态，换热器1管侧压力仍高于壳侧压力。具体的，第三调节阀103位于止回阀15的下游。待故障排除后，通过向压力控制箱13中补充氮气14实现压力控制箱13压力稳定。
58.该方案采取非能动设计，在中间回路中设置压力控制箱13，对中间回路中的压力进行控制，如遇升压泵6停机等事故情况，压力控制箱13中氮气自动冲入中间回路，维持中间回路压力高于汽轮机抽汽7压力，尤其在第三调节阀103、第四调节阀104关闭前维持中间回路海水淡化侧压力高于汽轮机抽汽7侧压力。
59.实施例5
60.如图4所示，本实施例提供一种核能小型堆海水淡化系统，与实施例2中的区别为：还包括：控制器，稳压机构包括：至少两台并联的升压泵，其中至少一台升压泵使用，至少一台升压泵备用，控制器与升压泵连接，当正在使用的升压泵故障或换热器1管程压力降低到设定值且仍高于核电汽轮机抽汽7压力，控制器用于控制备用升压泵启动。具体的，本实施例中稳压机构包括：两台并联的第一升压泵61、第二升压泵62，其中第一升压泵61使用，第二升压泵62备用。止回阀15包括：第一止回阀102、第二止回阀202，其中第一止回阀102设置于并联的第一升压泵61所在的支路管路上，且第一止回阀102位于第一升压泵61的下游；第二止回阀202设置于并联的第二升压泵62所在的支路管路上，第二止回阀202位于第二升压泵62的下游。设置两台升压泵，当一台升压泵故障时，通过压力联锁反馈迅速调节另一台升压泵流量，从而维持中间回路海水淡化侧压力高于汽轮机抽汽7侧压力。
61.优选的是，中间回路装置还包括：设置于核电汽轮机抽汽7装置管道的第一压力计、设置于中间回路管道的第二压力计，第一压力计用于检测核电汽轮机抽汽7装置管道的压力并发送给控制器，第二压力计用于检测中间回路管道的压力并发送给控制器，控制器
分别与第一调节阀001连接、第二调节阀002连接，当正在使用的稳压机构故障或换热器1管程压力降低到设定值且仍高于核电汽轮机抽汽7压力，控制器用于控制关闭第一调节阀001、第二调节阀002。
62.优选的是，稳压机构包括：通过连接管道与中间回路连接的压力控制箱13，压力控制箱13用于充氮气调节中间回路的压力，系统正常运行时，压力控制箱13中的压力与中间回路中的压力平衡，当升压泵故障或换热器1管程压力降低到设定值且仍高于核电汽轮机抽汽7压力，压力控制箱13自动投入使用，压力控制箱13中的氮气自动充入中间回路，使得中间回路工作压力大于核电汽轮机抽汽7压力。
63.该方案采用能动和非能动设计相结合，同时设置两台升压泵和压力控制箱13，实现双重保障。
64.正常运行时压力控制箱13中压力和中间回路管路压力平衡，只有第一升压泵61投入使用，第二升压泵62备用。如遇第一升压泵61故障或中间回路换热器1管侧压力降低，压力控制箱13自动投入使用，同时第二升压泵62启动，中间回路压力升高，压力控制箱13和中间回路管路压力重新实现平衡，系统重新正常运行，接着可对第一升压泵61进行运维检修和对压力控制箱13进行补充氮气14。该方案可保证系统连续运行，避免因升压泵故障造成系统停机。
65.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。