一种缓冲装置及非能动余热排出系统的制作方法

1.本发明涉及非能动余热排出系统技术领域，尤其涉及一种缓冲装置及非能动余热排出系统。


背景技术：

2.在核反应堆安全专设系统的设计中，采用非能动余热排出系统导出核反应堆停堆后产生的堆芯余热，保证反应堆的安全。非能动余热排出系统与热源的二次侧连接，以安全壳外的冷却水侧作为最终热阱，换热器布置高度高于热源，换热器管侧为被热源加热的流体，换热器壳侧为冷却水，系统投入运行时，通过流体的位差和温度导致密度差实现流体的自然循环，将堆芯余热导出至冷却水侧。
3.然而，在非能动余热排出系统运行过程中发现，冷却水在经过换热器加热后流经出口管道的过程中，会出现大量气泡产生及溃灭，产生的压力振荡将对周围的设备与管路结构完整性造成危害，即两相振荡现象。相应的研究发现，尽管两相振荡对换热功率影响不大，但两相振荡导致的对系统设备与管路的压力冲击效应明显，严重降低系统的使用寿命。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种缓冲装置及非能动余热排出系统，通过将该缓冲装置应用于非能动余热排出系统，能够有效消除系统出口管道内的两相振荡，延长系统和设备的使用寿命。
5.本发明通过下述技术方案实现：
6.在本技术的第一个方面中，本技术提供了一种缓冲装置，应用于非能动余热排出系统，包括缓冲箱，所述缓冲箱设置有用于连接换热器壳侧出口管道的管口；还设置有用于将安全壳外的流体引入所述缓冲箱的入口管道以及将所述缓冲箱的流体引出所述安全壳的出口管道。
7.现有技术中的非能动余热排出系统，换热器壳侧(换热器的空腔)设置有换热器壳侧入口管道和换热器壳侧出口管道，换热器壳侧入口管道用于将安全壳外的冷流体(冷却水)引入至换热器壳侧，引入至换热器壳侧的冷流体与换热器管侧(换热器的换热管道)的热流体(被热源加热的流体)进行热交换，由于热流体的温度很高，换热器管侧的冷流体很可能被加热至沸腾状态，因此被加热后的冷流体在通过换热器壳侧出口管道流出安全壳的过程中，被加热后的冷流体会出现大量的气泡产生及溃灭，气泡产生及溃灭过程产生的压力振荡将对周围的设备与管路结构的完整性造成危害，即两相振荡现象。基于此，本技术提供了一种缓冲装置，该缓冲装置设置在安全壳内，使得被加热后的冷流体不直接通过管路排出至冷却水系统，而是先将被加热后的冷流体输送至缓冲箱中，使得气泡在大空间的缓冲箱中冷却，冷却过程中产生的冲击得到缓冲，从而避免上述较小空间内大量气泡产生和冷却而引起的两相振荡。
8.优选地，所述管口设置在所述缓冲箱的侧壁底部。
9.优选地，所述出口管道设置在所述缓冲箱的侧壁顶部。
10.优选地，所述入口管道设置在所述缓冲箱的侧壁顶部，且设置于所述出口管道的下方。
11.优选地，所述入口管道和所述出口管道连通设置，且所述出口管道和所述入口管道通过隔断件隔开。
12.优选地，所述隔断件为l型，且所述隔断件的长边与所述入口管道或所述出口管道的端面平齐，所述隔断件的短边设置于靠近所述缓冲箱的底部侧。
13.优选地，所述出口管道设置于所述入口管道的上方。
14.优选地，所述隔断件的外表面覆盖有保温层。
15.优选地，所述管口和所述出口管道对向设置。
16.在本技术的第二个方面中，本技术提供了一种非能动余热排出系统，包括如上所述的缓冲装置，所述缓冲装置设置安全壳内，且所述换热器壳侧出口管道设置在所述缓冲装置的管口处，所述入口管道和所述出口管道贯穿所述安全壳设置于所述安全壳外的冷水侧。
17.现有技术中的非能动余热排出系统，换热器壳侧(换热器的空腔)设置有换热器壳侧入口管道和换热器壳侧出口管道，换热器壳侧入口管道用于将安全壳外的冷流体(冷却水)引入至换热器壳侧，引入至换热器壳侧的冷流体与换热器管侧(换热器的换热管道)的热流体(被热源加热的流体)进行热交换，由于热流体的温度很高，换热器管侧的冷流体很可能被加热至沸腾状态，因此被加热后的冷流体在通过换热器壳侧出口管道流出安全壳的过程中，被加热后的冷流体会出现大量的气泡产生及溃灭，气泡产生及溃灭过程产生的压力振荡将对周围的设备与管路结构的完整性造成危害，即两相振荡现象。基于此，本技术提供了一种非能动余热排出系统，相对于现有技术中的非能动余热排出系统，本技术中的非能动余热排出系统增设了一个缓冲装置，该缓冲装置设置在冷却水系统和换热器壳侧出口管道之间，且靠近换热器壳侧，使得换热后的冷却水不直接通过管路排出至冷却水系统，而是先将换热后的冷却水输送至缓冲箱中，使得气泡在大空间的缓冲箱中冷却，冷却过程中产生的冲击得到缓冲，从而避免上述较小空间内大量气泡产生和冷却而引起的两相振荡。
18.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
19.1、相比于常见的在管内添加孔板消除振荡措施，本发明采用缓冲箱设计，使得气团在大空间内实现冷却，同时使得冷却过程造成的压力波在传至管路及水箱结构之前通过缓冲箱内的存水得到缓冲，避免了对结构的冲击；
20.2、隔断件的外表面覆盖有保温层，能够实现在缓冲箱与最终热阱之间建立自然循环流动，将缓冲箱中的热量最终导入冷却水；
21.3、入口管道和出口管道由同一孔口从安全壳伸出的管道布置方式，避免了安全壳壁面上多余的开孔。
附图说明
22.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
23.图1为现有技术中非能动余热排出系统的结构示意图；
24.图2为本发明非能动余热排出系统的结构示意图；
25.附图中标记及对应的零部件名称：
26.1、换热器；2、换热器壳侧出口管道；3、换热器壳侧入口管道；4、缓冲箱；5、入口管道；6、出口管道；7、隔断件；8、安全壳壳体；9、热源。
具体实施方式
27.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
28.实施例1
29.一种缓冲装置，应用于非能动余热排出系统，如图2所示，包括缓冲箱4，缓冲箱4上设置有用于连接换热器壳侧出口管道2的管口；还设置有用于将安全壳外的冷却水引入缓冲箱4的入口管道5以及将缓冲箱4内的经热交换后的冷却水引出安全壳的出口管道6。
30.现有技术中的非能动余热排出系统如图1所示，安全壳壳体8的左侧为安全壳内部，安全壳壳体8的右侧为安全壳外部，且安全壳外部充满冷却水。换热器1和热源9设置于安全壳内部，换热器壳侧(换热器1的空腔)设置有换热器壳侧入口管道3和换热器壳侧出口管道2，换热器壳侧入口管道3用于将安全壳外的冷流体(冷却水)引入至换热器壳侧，引入至换热器壳侧的冷流体与换热器管侧(换热器1的换热管道)的热流体(被热源9加热的流体)进行热交换，由于热流体的温度很高，换热器管侧的冷流体很可能被加热至沸腾状态，因此被加热后的冷流体在通过换热器壳侧出口管道2流出安全壳的过程中，被加热后的冷流体会出现大量的气泡产生及溃灭，气泡产生及溃灭过程产生的压力振荡将对周围的设备与管路结构的完整性造成危害，即两相振荡现象。基于此，本技术提供了一种缓冲装置，该缓冲装置设置在安全壳内部，使得被加热后的冷流体不立即通过管路排出至安全壳外部，而是先将被加热后的冷流体输送至缓冲箱4中，使得气泡在大空间的缓冲箱4中冷却，冷却过程中产生的冲击得到缓冲，从而避免上述较小空间内大量气泡产生和冷却而引起的两相振荡。
31.具体地，在本实施例中，考虑到被加热后的冷流体的密度比未加热的冷流体的密度小，为了增加被加热后的冷流体与未加热的冷流体的换热时间，提高被加热后的冷流体的冷却效果，管口和出口管道6设置在缓冲箱4的两个相对侧壁上，且出口管道6设置在侧壁的顶部，管口设置在侧壁的底部，从而增加了被加热后的冷流体在缓冲箱4中的运动时间，进而使得被加热后的冷流体能在缓冲箱4中进行充分的冷却，也使得冷却过程中产生的冲击得到缓冲；同时为了维持管路的自然循环条件，入口管道5设置在出口管道6的下方，且设置于侧壁的顶部。
32.实施例2
33.进一步地，由于本技术的运用场景为核反应堆，核反应堆内设备的开孔数量有严格要求，当需要对核反应堆内的设备进行开孔操作时，需要对核反应堆内设备的结构强度进行评估，而评估的流程十分复杂。基于此，本实施例在实施例1的基础上，作出如下改进，不重新在安全壳壳体8上进行开孔，而是以现有技术中用于穿过换热器壳侧出口管道2的通孔为基础，将入口管道5和出口管道6均通过该通孔从安全壳中伸出。
34.具体地，本实施例中的入口管道5和出口管道6由一个管道通过隔断件7隔开而形成；本实施例中的隔断件7设置为l型，隔断件7的长边与入口管道5或出口管道6的端面平齐，隔断件7的短边设置于靠近缓冲箱4的底部侧，同时为了维持管路的自然循环条件，出口管道6设置于入口管道5的上方。
35.进一步地，为了尽量避免缓冲箱4内的被加热的冷流体与入口管道5中未加热的冷流体之间的热交换，隔断件7的外表面还覆盖有保温层。
36.实施例3
37.本实施例提供了一种非能动余热排出系统，如图2所示，包括如实施例1所提供的缓冲装置，缓冲装置设置安全壳内，且靠近换热器1设置，换热器壳侧出口管道2设置在缓冲箱4的管口处，用于将换热后的冷却水输送至缓冲箱4中冷却；入口管道5和出口管道6贯穿安全壳设置于安全壳外的冷水侧，分别用于将冷却水输入至缓冲箱4内对换热后的冷却水进行冷却，以及将换热后的冷却水输出至安全壳外的冷水侧。
38.具体地：
39.冷却水通过非能动余排系统的换热器壳侧入口管道3进入安全壳内，流经换热器壳侧时与换热器管侧的蒸汽发生器二次侧流体之间产生热量交换，换热器壳侧的冷却水很可能被加热至沸腾状态，两相流体由换热器壳侧出口管道2进入空间较大的缓冲箱4，使得气泡在大空间中冷却，冷却过程中产生的冲击得到缓冲，从而避免上述较小空间内大量气泡产生和冷却而引起的两相振荡。此外，由于入口管道5与缓冲箱4的下部相连、同时出口管道6开在箱体上部，入口管道5开在缓冲箱4的下部，因此，一方面允许温度较低、密度较大的外部冷却水从入口管道5进入缓冲箱4，另一方面，原本缓冲箱4内温度较高、密度较小的两相流体可从上部流出，同时冷热流体之间又加了一层保温材料以尽量避免两者之间的换热，从而以自然循环的方式实现热量的导出。
40.现有技术中的非能动余热排出系统如图1所示，换热器壳侧(换热器1的空腔)设置有换热器壳侧入口管道3和换热器壳侧出口管道2，换热器壳侧入口管道3用于将安全壳外的冷流体(冷却水)引入至换热器壳侧，引入至换热器壳侧的冷流体与换热器管侧(换热器1的换热管道)的热流体(被热源9加热的流体)进行热交换，由于热流体的温度很高，换热器管侧的冷流体很可能被加热至沸腾状态，因此被加热后的冷流体在通过换热器壳侧出口管道2流出安全壳的过程中，被加热后的冷流体会出现大量的气泡产生及溃灭，气泡产生及溃灭过程产生的压力振荡将对周围的设备与管路结构的完整性造成危害，即两相振荡现象。基于此，本技术提供了一种非能动余热排出系统，相对于现有技术中的非能动余热排出系统，本技术中的非能动余热排出系统增设了一个缓冲装置，该缓冲装置设置在冷却水侧和换热器壳侧出口管道2之间，且靠近换热器壳侧，使得换热后的冷却水不立即通过管路排出至安全壳外，而是先将换热后的冷却水输送至缓冲箱4中，使得气泡在大空间的缓冲箱4中冷却，冷却过程中产生的冲击得到缓冲，从而避免上述较小空间内大量气泡产生和冷却而引起的两相振荡。
41.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不
能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
42.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
43.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。