一种乏燃料水池冷却系统的制作方法

本发明涉及冷却技术领域，尤其涉及一种乏燃料水池冷却系统。

背景技术：

乏燃料通常由核电站的核反应堆产生。乏燃料水池是用于湿法贮存乏燃料的设施。乏燃料水池冷却系统是为了使乏燃料水池持久冷却。乏燃料水池的冷却系统功能是在机组正常运行、设计基准事故期间，带出乏燃料衰变热，维持乏燃料水池温度在相应限值之内。

现有的乏燃料冷却系统采用三个独立取水口和三列独立的取水管线，每列均设置一台冷却水泵和一台热交换器，采用三列支持系统配置方案。若冷却水泵出现故障时，该列乏燃料冷却系统不能继续运行，乏燃料水池冷却系统的安全性较低。并且方案要求完全独立的三列配置，并需有三列独立支持系统(冷却水和供电)，冗余度高造成高的系统造价，系统的经济性较差。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种乏燃料水池冷却系统，满足系统安全要求前提下，解决现有的乏燃料水池冷却系统的安全性和经济性较低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

本发明实施例提供了一种乏燃料水池冷却系统，所述乏燃料水池冷却系统包括乏燃料水池和第一冷却回路，所述乏燃料水池和所述第一冷却回路形成第一闭合回路；

所述乏燃料水池包括容纳乏燃料的腔体和侧壁，所述侧壁设有第一通孔；

所述第一冷却回路包括第一取水管路、至少两个第一冷却水泵、第一热交换器和第一排水管路；

所述第一取水管路的第一端穿过所述乏燃料水池的第一通孔；所述第一热交换器经由并联连接的至少两个第一冷却水泵连接至所述第一取水管路的第二端，所述第一热交换器的第二端连接所述第一排水管路的第一端；所述第一排水管路的第二端设于所述乏燃料水池的腔体内的第一预设高度。

可选的，所述第一取水管路设有至少一个第一电动隔离阀。

可选的，沿所述第一排水管路的第一端至所述第一排水管路的第二端依次设有第一流量计和第一限流孔板。

可选的，靠近所述第一排水管路的第二端设有虹吸破坏器。

可选的，所述乏燃料水池冷却系统还包括至少一个第二热交换器，所述至少一个第二热交换器的第一端与所述第一热交换器的第一端连接，所述至少一个第二热交换器的第二端与所述第一热交换器的第二端连接。

所述系统还包括第二冷却回路，所述乏燃料水池和所述第二冷却回路形成第二闭合回路；

所述乏燃料水池的侧壁设有第二通孔，所述第二通孔设于所述第一通孔下方；

所述第二冷却回路包括第二取水管路、至少两个第二冷却水泵、第三热交换器和第二排水管路；

所述第二取水管路的第一端穿过所述乏燃料水池的第一通孔；所述第三热交换器经由并联连接的至少两个第二冷却水泵连接至所述第二取水管路的第二端，所述第三热交换器的第二端连接所述第二排水管路的第一端；所述第二排水管路的第二端设于所述乏燃料水池的腔体内的第二预设高度。

可选的，所述第二取水管路设有至少一个第二电动隔离阀。

可选的，沿所述第二排水管路的第一端至所述第二排水管路的第二端依次设有第二流量计和第二限流孔板。

可选的，靠近所述第二排水管路的第二端设有第二虹吸破坏器。

可选的，所述乏燃料水池冷却系统还包括至少一个第四热交换器，所述至少一个第四热交换器的第一端与所述第三热交换器的第一端连接，所述至少一个第四热交换器的第二端与所述第三热交换器的第二端连接。

本发明实施例中，乏燃料水池冷却系统包括乏燃料水池、和第一冷却回路，所述乏燃料水池和所述第一冷却回路形成第一闭合回路；所述第一冷却回路包括第一取水管路、至少两个第一冷却水泵、第一热交换器和第一排水管路；所述第一热交换器经由并联连接的至少两个冷却水泵连接至所述第一取水管路的第二端。这样，当第一冷却回路中的一个冷却水泵出现故障时，乏燃料冷却系统仍然能继续运行，乏燃料水池冷却系统的安全性较高，并且，在第一冷却回路设置的两个冷却水泵只需要一列供电支持系统热交换器只需一列冷却水支持系统，系统的经济性较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的乏燃料水池冷却系统的结构图之一；

图2是本发明实施例提供的乏燃料水池冷却系统的结构图之二；

图3是本发明实施例提供的乏燃料水池冷却系统的结构图之三。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，图1是本发明实施例提供的一种乏燃料水池冷却系统的结构图之一，如图1所示，乏燃料水池冷却系统包括乏燃料水池1和第一冷却回路2，乏燃料水池1和第一冷却回路2形成第一闭合回路；

乏燃料水池1包括容纳乏燃料的腔体11和侧壁12，侧壁12设有第一通孔121；

第一冷却回路2包括第一取水管路21、至少两个第一冷却水泵22、第一热交换器23和第一排水管路24；

第一取水管路21的第一端穿过乏燃料水池1的第一通孔121；第一热交换器23经由并联连接的至少两个第一冷却水泵22连接至第一取水管路21的第二端，第一热交换器23的第二端连接第一排水管路24的第一端；第一排水管路24的第二端设于乏燃料水池的腔体内的第一预设高度。

本实施例中，乏燃料水池冷却系统包括形成第一闭合回路的乏燃料水池1和第一冷却回路2。乏燃料水池1用于贮存乏燃料，通过第一闭合回路从乏燃料水池1取水，冷却，再送回乏燃料水池1。将乏燃料进行冷却。

其中，乏燃料水池1包括腔体11和侧壁12，第一冷却回2包括第一取水管路21、至少两个第一冷却水泵22、第一热交换器23和第一排水管路24。

乏燃料水池1的侧壁12设有第一通孔121。第一取水管路21的第一端穿过乏燃料水池1的第一通孔121，这样，第一取水管路21可以从乏燃料水池1中取出一定的乏燃料。优选的，第一通孔121可以设于侧壁12的中间位置，这样，能够更好地取出乏燃料。

另外，第一热交换器23经由并联连接的至少两个第一冷却水泵22连接至第一取水管路21的第二端，第一热交换器23的第二端连接第一排水管路24的第一端。也就是说，第一冷却回路2包括并联连接的至少两个第一冷却水泵22，至少两个第一冷却水泵22的第一端汇合后连接第一取水管路21的第二端，至少两个第一冷却水泵22的第二端汇合后连接第一热交换器23的第一端。图1以两个第一冷却水泵22为例。当其中一路第一冷却水泵出现故障时，另一路第一冷却水泵还能继续工作，这样，不会因为第一冷却回路的冷却水泵出现故障，导致该列冷却回路不能使用。提高了乏燃料水池冷却系统的安全性。再者，第一排水管路24的第二端设于乏燃料水池1的腔体11内的第一预设高度。其中，第一预设高度是指低于乏燃料水池1的水面的第一预设高度。这样，能够使得冷却后的乏燃料再次进入乏燃料水池1。

需要说明的是，为了在第一冷却回路2的第一取水管路21出现故障的情况下，保持乏燃料水池冷却系统还能正常运行，可以再设置第二冷却回路，该第二冷却回路可以是包括一个冷却水泵和一个热交换器的回路，也可以是包括至少两个冷却水泵和一个热交换器的回路，或者其他能够使得乏燃料冷却的冷却回路。这样，在第一冷却回路2的第一取水管路21出现故障时，乏燃料水池冷却系统仍然可以正常工作。

本实施例中，乏燃料水池冷却系统1的第一冷却回路2包括第一取水管路21、至少两个第一冷却水泵22；第一热交换器23经由并联连接的至少两个冷却水泵22连接至第一取水管路21的第二端。这样，当第一冷却回路2中的一个冷却水泵出现故障时，乏燃料冷却系统仍然能继续运行，乏燃料水池冷却系统的安全性较高，并且，在第一冷却回路设置两个冷却水泵只需要一个供电支持系统，热交换器仅需一列冷却水支持系统，系统的经济性较高。

作为一种可选的实施例，第一取水管路21设有至少一个第一电动隔离阀211。

本实施例中，第一电动隔离阀211可以使得两侧的乏燃料分离。当第一取水管路21正常工作时，第一电动隔离阀211处于开启状态，当第一取水管路21出现故障时，第一电动隔离阀211转换为关闭状态，可以及时分离第一电动隔离阀211两边的乏燃料，停止对应的第一冷却回路2的工作状态。有效地提高了系统的安全性。

作为一种可选的实施例，沿第一排水管路24的第一端至第一排水管路24的第二端依次设有第一流量计241和第一限流孔板242。

本实施例中，第一流量计241用于测量第一冷却回路2的流量。第一限流孔板242可以作为流量测量原件来测量流量，也可以作为节流元件来限定流量和降低压力。本实施例设置第一流量计241和第一限流孔板242，可以实时监控第一冷却回路2的流量，也可以限定流量和降低压力。可以对乏燃料的流量进行调节，提高系统的安全性。

作为一种可选的实施例，靠近第一排水管路24的第二端设有虹吸破坏器243。

本实施例中，第一排水管路24的第二端设于乏燃料水池1的腔体11内的预设高度。其中，预设高度应低于乏燃料水池1的水面高度。也就是说，第一排水管路24的第二端是设于乏燃料水池1的水面中。虹吸是利用液面高度差的作用力现象，将液体充满一根倒u形的管状结构内后，将开口高的一端置于装满液体的容器中，容器内的液体会持续通过虹吸管向更低的位置流出。第一虹吸破坏器243是防止第一排水管路24中冷却后的乏燃料回流的仪器。其中，第一虹吸破坏器243应设于乏燃料水池1的水面上方。这样，能够防止第一排水管路24中的乏燃料冷却水回流。

作为一种可选的实施例，乏燃料水池冷却系统还包括至少一个第二热交换器25，至少一个第二热交换器25的第一端与第一热交换器23的第一端连接，至少一个第二热交换器25的第二端与第一热交换器23的第二端连接。

本实施例中，乏燃料水池冷却系统还可以包括至少一个第二热交换器25，如图3所示，也就是说，至少一个第二热交换器25与第一热交换器23并联连接。这样，当第一热交换器23出现故障时，还可以通过第二热交换器25中的一路进行冷却循环，保证第一冷却回路2的正常工作，提高工作效率，提高乏燃料冷却水系统的安全性。

作为一种可选的实施例，参见图2，图2是本发明实施例提供的一种乏燃料水池冷却系统的结构图之二。所述系统还包括第二冷却回路3，乏燃料水池1和第二冷却回路3形成第二闭合回路；

乏燃料水池1的侧壁设有第二通孔122，第二通孔122设于第一通孔121下方；

第二冷却回路3包括第二取水管路31、至少两个第二冷却水泵32、第三热交换器33和第二排水管路34；

第二取水管路31的第一端穿过乏燃料水池1的第一通孔121；第三热交换器33经由并联连接的至少两个第二冷却水泵32连接至第二取水管路31的第二端，第三热交换器33的第二端连接第二排水管路34的第一端；第二排水管路34的第二端设于乏燃料水池1的腔体11内的第二预设高度。

本实施例中，乏燃料水池冷却系统还包括与乏燃料水池1形成第二闭合回路的第二冷却回路3。第二冷却回路3与第一冷却回路2的组成结构相同。包括第二取水管路31、至少两个第二冷却水泵32、第三热交换器33和第二排水管路34。第二取水管路31连接的第二通孔122低于第一取水管路31连接的第一通孔121。这样，当第一冷却回路2出现故障时，水位可能会有一定的下降，此时可以通过第二冷却回路3对乏燃料进行冷却。

另外，第二冷却回路3包括并联连接的至少两个第二冷却水泵32，至少两个第二冷却水泵32的第一端汇合后连接第二取水管路31的第二端，至少两个第二冷却水泵32的第二端汇合后连接第三热交换器33的第一端。图1以两个第二冷却水泵32为例。当其中一路第二冷却水泵出现故障时，另一路第二冷却水泵还能继续工作，这样，不会因为第二冷却回路的冷却水泵出现故障，导致该列冷却回路不能使用。提高了乏燃料水池冷却系统的安全性。再者，第二排水管路34的第二端设于乏燃料水池1的腔体11内的第二预设高度。其中，第二预设高度是指低于乏燃料水池1的水面的第二预设高度，且第二预设高度要低于第一预设高度。两个安全冷却回路取水口应该位于不同高度，保证安全冷却回路的可用性。冷却回路返回乏燃料水池的管线上均安装有止回阀和虹吸破坏器，以防止冷却回路的回水管线破裂造成的虹吸现象引起水池的过分失水。同时，能够使得冷却后的乏燃料再次进入乏燃料水池1。

本实施例中，乏燃料水池冷却系统1的第二冷却回路3包括第二取水管路31、至少两个第二冷却水泵32；第三热交换器33经由并联连接的至少两个第二冷却水泵32连接至第二取水管路31的第二端。这样，当第二冷却回路3中的一个冷却水泵出现故障时，乏燃料冷却系统仍然能继续运行，乏燃料水池冷却系统的安全性较高。

作为一种可选的实施例，第二取水管路31设有至少一个第二电动隔离阀311。

本实施例中，本实施例中，第二电动隔离阀311可以使得两侧的乏燃料分离。当第二取水管路31正常工作时，第二电动隔离阀311处于开启状态，当第二取水管路31出现故障时，第二电动隔离阀311转换为关闭状态，可以及时分离第二电动隔离阀311两边的乏燃料，停止对应的第二冷却回路3的工作状态。有效地提高了系统的安全性。

作为一种可选的实施例，沿第二排水管路34的第一端至第二排水管路34的第二端依次设有第二流量计341和第二限流孔板342。

本实施例中，第二流量计341用于测量第二冷却回路3的流量。第二限流孔板342可以作为流量测量原件来测量流量，也可以作为节流元件来限定流量和降低压力。本实施例设置第二流量计341和第二限流孔板342，可以实时监控第二冷却回路3的流量，也可以限定流量和降低压力。可以对乏燃料的流量进行调节，提高系统的安全性。

作为一种可选的实施例，靠近第二排水管路34的第二端设有第二虹吸破坏器343。

本实施例中，第二排水管路34的第二端设于乏燃料水池1的腔体11内的第二预设高度。其中，第二预设高度应低于乏燃料水池1的水面高度。也就是说，第二排水管路34的第二端是设于乏燃料水池1的水面中。虹吸是利用液面高度差的作用力现象，将液体充满一根倒u形的管状结构内后，将开口高的一端置于装满液体的容器中，容器内的液体会持续通过虹吸管向更低的位置流出。第二虹吸破坏器343是防止第二排水管路34中冷却后的乏燃料回流的仪器。其中，第二虹吸破坏器343应设于乏燃料水池1的水面上方。这样，能够防止第二排水管路34中的乏燃料冷却水回流。

作为一种可选的实施例，乏燃料水池冷却系统还包括至少一个第四热交换器35，如图3所示，至少一个第四热交换器35的第一端与第三热交换器33的第一端连接，至少一个第四热交换器35的第二端与第三热交换器33的第二端连接。

本实施例中，乏燃料水池冷却系统还可以包括至少一个第四热交换器35，也就是说，至少一个第四热交换器35与第三热交换器33并联连接。这样，当第三热交换器33出现故障时，还可以通过第四热交换器35中的一路进行冷却循环，保证第二冷却回路3的正常工作，提高工作效率，提高乏燃料冷却水系统的安全性。

需要说明的是，第一冷却回路2和第二冷却回路3的冷却水泵及其相应用电设施(如热交换器、电动阀等)分别由核岛两个独立的应急供电列供电，并配备相应列的应急柴油发电机作为后备电源。第一冷却回路2和第二冷却回路3还应有一列可由移动电源供电。也就是说，第二冷却回路与第一冷却回路完全独立的冗余设配置(双列配置)。这样，针对每一冷却回路，当回路中的一个冷却水泵出现故障时，回路中另一泵可正常运行。当出现一列供电失去或一列冷却水失去时，另一冷却回路不受影响，系统仍能保证乏燃料水池的冷却。这样采用完全独立的两列冷却回路和两列支持系统(供电和冷却水)，便可满足系统安全要求。同时，与三列配置方案相比提高了系统经济性。

以乏燃料水池冷却系统包括第一冷却回路2和第二冷却回路3为例，在不同工况下，乏燃料水池冷却系统会有不同的工作方式。

工况一：核电厂正常运行工况；

1、乏燃料水冷却-功率运行到维修冷停堆工况；

乏燃料水冷却系统投运任一列中的一台冷却水泵和一热交换器，其他三台冷却水泵备用，可满足带走贮存在乏燃料水池中的热负荷。正常运行中建议投运第一冷却回路2的一个第一冷却水泵22中与第一热交换器23。操作员可通过监测乏燃料水池的温度来判断是否处于正常运行配置。正常工况下乏燃料水池温度不高于50℃。

2、乏燃料水池冷却-机组换料停堆工况；

因本工况采用全堆芯换料模式，乏燃料池热负荷比正常贮存工况有所增加(约为正常贮存时热负荷的两倍)，冷却系统可运行任一大列两台泵(a列或b列)来带走贮存在乏燃料水池中的热负荷，建议优先启动第一冷却回路2的两个第一冷却水泵22和第一热交换器23。最大热负荷出现在卸料结束的时候，两台第一冷却水泵22的流量可满足本工况的换热要求。操作员可用监测乏燃料水池的温度来判断是否处于正常运行配置。正常工况温度不高于50℃。

3、乏燃料水池冷却——一列冷却回路维修；

冷却回路自身的维修应该在功率运行时进行，最好在循环末期。此时，乏燃料水池的热负荷最小。此时一列冷却回路按照功率运行到维修冷停堆工况的配置运行。可根据需求对备用列冷却回路进行维修。维修时，应有一个冷却水泵处于备用状态，在正常冷却水泵出现故障后可以切换到备用冷却水泵，以避免乏燃料水池完全丧失冷却状况发生。

工况二：核电厂事故工况；

1、失去一列冷却回路或失去一列支持系统(在功率运行，热停堆和中间停堆工况下)，运行另外一列冷却回路的可运行列。

2、失去厂外电源；

系统的两列冷却回路中四台冷却水泵均由急柴油发电机后备供电，失去厂外电后冷却系统的两列冷却回路均可用。

3、失去一列冷却系统或其支持系统(机组换料停堆工况下)；

有两个完全列配置，失去一列冷却系统或其支持系统，需投运另一冷却回路。一列冷却回路中仅有一台冷却水泵在运行的冷却回路可以带走乏燃料水池中的热负荷，此时系统的配置参照乏燃料水冷却-功率运行到维修冷停堆工况的配置。乏燃料水池的温度不超过80℃。两台泵同时运行，乏燃料水池的温度将不超过50℃。

4、一个取水口不可用或一条取水管路发生破口；

系统设有两个独立取水口和取水管路，当一个取水管路不可用或一条取水管路发生破口时，不影响另一个取水口和取水管路的使用。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。