专利名称:一种应对全厂断电事故的非能动排热装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及反应堆设计技术，具体涉及一种应对全厂断电事故的非能动排热装置。
背景技术：
全厂断电定义为电厂内交流电源全部丧失。传统能动型核电厂由于堆芯冷却、衰变热排出和安全壳冷却均依赖于交流电源，因此全厂断电的后果比较严重。传统能动型核电厂全厂断电的缓解措施包括当发生全厂断电时，经水压试验泵发电机组或移动式的柴油发电机启动，通过给水压试验泵供电，将来自换料水箱的含硼水注入主泵轴封，保证轴封 的完整性，保证主冷却剂泵密封的完整性、确保一回路的硼酸浓度、维持一回路的水装量以及保证余热排出，并为运行提供必要信息的重要仪表供电。此时汽动辅助给水泵为蒸汽发生器提供给水，通过大气排放系统导出堆芯余热。该种能动型的应对全厂断电事故的装置过于复杂，过分依赖汽源和柴油发电机。
从上世纪八十年代开始，美国、日本、法国、德国、俄罗斯等国家开展了非能动技术的研究，其中以非能动安全先进核电厂AP1000第三代核电机组为代表。
美国AP1000的非能动余热排出系统采用非能动方式在全厂断电事故工况下把堆芯衰变热导出到安全壳内置换料水箱。该系统通过布置在换料水箱(IRWST)内的非能动余热排出热交换器，通过反应堆和反应堆余热排出热交换器之间的自然循环将堆芯衰变热传至换料水箱内的冷却水。只需开启该系统热交换器出口两个启动隔离阀的任一个，同时关闭两个串联的安全壳凝水回流槽疏水气动隔离阀的任一个即可使系统投入运行。4个隔离阀均有压缩气体(储能)、蓄电池(储能)作为动力源。
美国AP1000的非能动安全壳冷却系统采用非能动方式把安全壳内的热量散发到最终热阱一大气。正常运行工况下，空气从屏蔽构筑物顶部入口进入，流过下降通道后又反向通过上升流道，带走安全壳容器壁传递的热量，最后从烟 排至环境。接到安全壳高-2压力信号后，系统的事故后运行自动启动，只需开启三个常关隔离阀中的任何一个，不需其他动作即可启动系统。系统的启动也可由操纵员在主控室或远程停堆工作站手动启动。
美国AP1000的非能动系统可以有效应对全厂断电事故，但仅适用于非能动安全系统核电厂。对于能动型专设安全设施的核电厂，上述系统很难满足应对全厂断电事故的要求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种应对全厂断电事故的非能动排热装置，在全厂断电事故工况下导出堆芯衰变热及其释放到安全壳空间内的热量，显著降低堆芯融化概率和放射性物质向环境释放的概率。
本发明的技术方案如下一种应对全厂断电事故的非能动排热装置，包括二次侧非能动余热排出系统和非能动安全壳热量导出系统，其中，所述的二次侧非能动余热排出系统包括与蒸汽发生器的主蒸汽管道相连接的两路蒸汽管线，第一路蒸汽管线与应急余热排出冷却器连接，第二路蒸汽管线与应急补水箱连接，所述的应急余热排出冷却器设置在安全壳外部的换热水箱内，应急余热排出冷却器的出口管道与应急补水箱出口的注入管线合为一条凝水管道，与下方的蒸汽发生器的主给水管道相连接；所述的非能动安全壳热量导出系统包括设置在安全壳内部的换热器或换热器组，所述的换热器或换热器组通过上升管线和下降管线与设置在安全壳外部的换热水箱相连接；二次侧非能动余热排出系统和非能动安全壳热量导出系统共用同一个换热水箱，换热水箱的高度高于换热器或换热器组的高度。
进ー步，如上所述的应对全厂断电事故的非能动排热装置，其中，在所述的与蒸汽发生器的主蒸汽管道相连接的两路蒸汽管线的上均设置常开电动隔离阀，在应急余热排出冷却器的出ロ管道上设置常闭气动隔离阀。
进ー步，如上所述的应对全厂断电事故的非能动排热装置，其中，在所述的应急补水箱出口的注入管线上设有常闭气动隔离阀。
更进一歩，如上所述的应对全厂断电事故的非能动排热装置，其中，所述的应急补水箱设置在安全壳的外部。
进ー步，如上所述的应对全厂断电事故的非能动排热装置，其中，在安全壳外部的换热水箱内设有汽水分离器，所述的非能动安全壳热量导出系统的换热器或换热器组的上升管线与汽水分离器连接。
进ー步，如上所述的应对全厂断电事故的非能动排热装置，其中，在所述的非能动安全壳热量导出系统的上升管线和下降管线上分別设有隔离阀。
进ー步，如上所述的应对全厂断电事故的非能动排热装置，其中，所述的换热水箱为封闭的钢筋混凝土结构，并设有不锈钢村里。
本发明的有益效果如下本发明将二次侧非能动余热排出系统(PRS)和非能动安全壳热量导出系统(PCS)相结合来应对核电站全厂断电事故，可以有效地应对以全厂断电为始发事件叠加ー回路或ニ回路不完整的事故序列，PRS系统用来导出堆芯余热和反应堆冷却剂系统各设备的显热，使反应堆维持在安全停堆状态；PCS系统用来导出堆芯释放到安全壳内的热量，維持安全壳的完整性。因此，PRS系统与PCS系统相结合的方式应对全厂断电事故比单独设置PRS系统或PCS系统更有优势，同时，也是应对核电站全厂断电事故的最佳组合方案，PRS系统与PCS系统可以共用同一个换热水箱，简化了系统设备，换热水箱的水量可以确保无需操作员操作而实现72小时的系统非能动运行。
图I为本发明的系统结构示意图。
图中，I.蒸汽发生器2.主蒸汽管道3.主给水管道4.第一路蒸汽管线5.第二路蒸汽管线6.应急补水箱7.补水箱出口的注入管线8.应急余热排出冷却器9.换热水箱10.凝水管道11.电动隔离阀12.气动隔离阀13.气动隔离阀14.换热器或换热器组15.上升管线16.下降管线17.汽水分离器18.隔离阀19.隔离阀20.电动隔离阀
具体实施方式
[0018]本发明所提供的应对全厂断电事故的非能动排热装置，在发生全厂断电事故后，二次侧非能动余热排出系统(PRS)用来导出堆芯余热和反应堆冷却剂系统各设备的显热，使反应堆维持在安全停堆状态；非能动安全壳热量导出系统(PCS)用来导出堆芯释放到安全壳内的热量，维持安全壳的完整性。二次侧非能动余热排出系统(PRS)和非能动安全壳热量导出系统(PCS)共用换热水箱。
传统的核电厂执行安全功能的系统均由能动设备、部件完成，因此事故后安全功能的实现依赖安全级电源。一旦厂内外电源丧失，安全功能将无法实现。应对全厂断电的非能动排热装置可以在全厂断电的超设计基准事故工况下排出堆芯余热和释放到安全壳内的热量。当发生全厂断电时，经水压试验泵发电机组或移动式的柴油发电机启动，通过给水压试验泵供电，将来自换料水箱的含硼水注入主泵轴封，保证轴封的完整性，保证主冷却剂泵密封的完整性、确保一回路的硼酸浓度、维持一回路的水装量以及保证余热排出，并为运行提供必要信息的重要仪表供电。此时汽动辅助给水泵为蒸汽发生器提供给水，通过大气排放系统导出堆芯余热；如果汽动辅助给水泵失效，在一回路和二回路完整的情况下，可以 采用二次侧非能动余热排出系统(PRS)，导出堆芯余热及反应堆冷却剂系统各设备的显热，在规定时间内将反应堆维持在安全状态。因此PRS系统可以有效应对全厂断电事故，但PRS系统不能应对以全厂断电为始发事件叠加一回路或二回路不完整的事故序列，因此需要设置非能动安全壳热量导出系统(PCS)应对这种事故序列。如果一回路或二回路不完整，热量释放到安全壳空间内，可以采用PCS系统，将安全壳压力和温度降低至可接受的水平，以保持安全壳的完整性。所以PRS系统与PCS系统相结合的方式应对全厂断电事故比单独设置PRS系统或PCS系统更有优势，PRS系统与PCS系统相结合的方式可以应对全厂断电和以全厂断电为始发事件的事故序列。另外，PRS系统与PCS系统可以共用换热水箱，换热水箱的水量可以确保无需操作员操作而实现72小时的系统非能动运行。
PRS系统通过换热水箱内的应急余热排出冷却器将蒸汽发生器二次侧的热量导出到换热水箱。在全厂断电事故叠加辅助给水系统汽动泵启动失效事故工况下，由于主泵停运，反应堆冷却剂系统利用系统在反应堆部分及蒸汽发生器部分的温差和高度差，具有一定的自然循环能力，将反应堆的热量向蒸汽发生器传递，完成反应堆冷却剂回路的自然循环。
PRS系统的蒸汽管线接在主蒸汽管道上。蒸汽管线分成两条支路，一条与应急余热排出冷却器相连，另一条与应急补水箱相连，两路蒸汽管线上均设置常开电动隔离阀，应急余热排出冷却器布置在换热水箱底部。应急余热排出冷却器出口管道与应急补水箱出口的注入管线合为一条凝水管道，与蒸汽发生器给水管道相连。机组正常运行期间，PRS系统蒸汽管道上的电动隔离阀保持常开，凝水管道上的气动隔离阀保持常关，应急余热排出冷却器管侧充满水。在系统投入信号发出后，凝水管道上的隔尚阀开启，系统投入运行，应急余热排出冷却器管侧的水在重力作用下注入蒸汽发生器二次侧，被堆芯余热加热后变成蒸汽，蒸汽经PRS蒸汽管道进入应急余热排出冷却器管侧，与换热水箱里的冷却水进行热量交换，蒸汽将热量传递给冷却水后被冷凝为水，冷凝水在重力的作用下返回蒸汽发生器二次侧，从而完成蒸汽一凝水回路的自然循环。每个PRS系列设置一台应急补水箱，其上部与PRS系统的蒸汽管道相连，下部与PRS系统的凝水管道相连。在PRS系统投入运行时，补水箱注入管线上的隔离阀按信号开启，应急补水箱中的水注入蒸汽发生器二次侧，以补偿蒸汽发生器二次侧蒸汽的丧失和水体积的收缩。
PCS系统利用安全壳内布置的换热器组与安全壳内的高温空气进行冷凝、对流和辐射传热，换热器的冷却水吸收安全壳内高温空气的热量升温，密度降低，与冷管段的水形成密度差，完成自然循环，在安全壳外设置换热水箱，最终热阱为大气，通过换热器管内水的流动，连续不断地将安全壳内的热量带到安全壳外，以实现超设计基准事故和严重事故工况下持续地非能动安全壳热量排出。
PCS系统包括一台或一组换热器、一台汽水分离器、一台换热水箱，分别设置在安全壳外部的阀门操作间的一个电动隔离阀、二个并联的气动阀。换热器布置在安全壳内的圆周上；换热水箱是钢筋混凝土结构不锈钢衬里的设备，布置在双层安全壳外部的环形建筑物内。下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的描述。
如图I所示，本发明提供的应对全厂断电事故的非能动排热装置包括二次侧非能动余热排出系统(PRS)和非能动安全壳热量导出系统(PCS)，所述的二次侧非能动余热排出系统(PRS)包括与蒸汽发生器I的主蒸汽管道2相连接的两路蒸汽管线，第一路蒸汽管线4与应急余热排出冷却器8连接，第二路蒸汽管线5与应急补水箱6连接，应急补水箱6设置在安全壳的外部，所述的应急余热排出冷却器8设置在安全壳外部的换热水箱9内，换热水箱9为封闭的钢筋混凝土结构，并设有不锈钢衬里，应急余热排出冷却器8的出口管道与应急补水箱出口的注入管线7合为一条凝水管道10，与下方的蒸汽发生器I的主给水管道3相连接；所述的非能动安全壳热量导出系统(PCS)包括设置在安全壳内部的换热器或换热器组14，所述的换热器或换热器组14通过上升管线15和下降管线16与设置在安全壳外部的换热水箱9相连接；PRS系统和PCS系统共用同一个换热水箱9，换热水箱9的高度高于换热器或换热器组14的高度。
在所述的与蒸汽发生器I的主蒸汽管道2相连接的两路蒸汽管线上均设置常开电动隔离阀11、20，在应急余热排出冷却器8的出口管道上设置常闭气动隔离阀12，在所述的应急补水箱6出口的注入管线7上设有气动隔离阀13。机组正常运行期间，PRS系统的电动隔离阀11保持常开，应急余热排出冷却器的出口管道上的气动隔离阀12保持常关，应急余热排出冷却器8管侧充满水。在系统投入信号发出后,凝水管道10上的气动隔尚阀12开启，系统投入运行，应急余热排出冷却器8管侧的水在重力作用下注入蒸汽发生器二次侧，被堆芯余热加热后变成蒸汽，蒸汽经PRS蒸汽管道进入应急余热排出冷却器8管侧，与换热水箱9里的冷却水进行热量交换，蒸汽将热量传递给冷却水后被冷凝为水，冷凝水在重力的作用下返回蒸汽发生器二次侧，从而完成蒸汽一凝水回路的自然循环。在PRS系统投入运行时，应急补水箱6注入管线上的隔离阀13按信号开启，应急补水箱6中的水注入蒸汽发生器二次侧，以补偿蒸汽发生器二次侧蒸汽的丧失和水体积的收缩。
在安全壳外部的换热水箱9内设有汽水分离器17，PCS系统的换热器或换热器组14的上升管线15与汽水分离器17连接。PCS系统的上升管线15和下降管线16上分别设有隔离阀18、19。通过信号控制自动开启或在主控室手动开启气动隔离阀19，系统投入运行。
本发明利用二次侧非能动余热排出系统(PRS)和非能动安全壳热量导出系统(PCS)在全厂断电事故工况下共同导出堆芯衰变热及其释放到安全壳空间内的热量。采用非能动设计理念，可以应对全厂断电事故。本发明的设计原理简单、清晰、先进，可以显著降低堆芯融化概率(CDF)和放射性物质向环境释放的概率(LERF)。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求
及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动 和变型在内。
权利要求
1.一种应对全厂断电事故的非能动排热装置，包括二次侧非能动余热排出系统和非能动安全壳热量导出系统，所述的二次侧非能动余热排出系统包括与蒸汽发生器(I)的主蒸汽管道(2)相连接的两路蒸汽管线，第一路蒸汽管线(4)与应急余热排出冷却器(8)连接，第二路蒸汽管线(5)与应急补水箱(6)连接，其特征在于所述的应急余热排出冷却器(8)设置在安全壳外部的换热水箱(9)内，应急余热排出冷却器(8)的出口管道与应急补水箱出口的注入管线(7)合为一条凝水管道(10)，与下方的蒸汽发生器(I)的主给水管道(3)相连接；所述的非能动安全壳热量导出系统包括设置在安全壳内部的换热器或换热器组(14)，所述的换热器或换热器组(14)通过上升管线(15)和下降管线(16)与设置在安全壳外部的换热水箱(9)相连接；二次侧非能动余热排出系统和非能动安全壳热量导出系统共用同一个换热水箱(9)，换热水箱(9)的高度高于换热器或换热器组(14)的高度。
2.如权利要求
I所述的应对全厂断电事故的非能动排热装置，其特征在于在所述的与蒸汽发生器(I)的主蒸汽管道(2 )相连接的两路蒸汽管线上均设置常开电动隔离阀(11、20)，在应急余热排出冷却器(8)的出口管道上设置常闭气动隔离阀(12)。
3.如权利要求
I或2所述的应对全厂断电事故的非能动排热装置，其特征在于在所述的应急补水箱(6)出口的注入管线(7)上设有常闭气动隔离阀(13)。
4.如权利要求
3所述的应对全厂断电事故的非能动排热装置，其特征在于所述的应急补水箱(6)设置在安全壳的外部。
5.如权利要求
I所述的应对全厂断电事故的非能动排热装置，其特征在于在安全壳外部的换热水箱(9)内设有汽水分离器(17)，所述的非能动安全壳热量导出系统的换热器或换热器组(14)的上升管线(15)与汽水分离器(17)连接。
6.如权利要求
I或5所述的应对全厂断电事故的非能动排热装置，其特征在于在所述的非能动安全壳热量导出系统的上升管线(15)和下降管线(16)上分别设有隔离阀(18、19)。
7.如权利要求
I所述的应对全厂断电事故的非能动排热装置，其特征在于所述的换热水箱(9)为封闭的钢筋混凝土结构，并设有不锈钢村里。
专利摘要
本发明涉及反应堆设计技术，具体涉及一种应对全厂断电事故的非能动排热装置。其结构包括二次侧非能动余热排出系统和非能动安全壳热量导出系统，二次侧非能动余热排出系统用来导出堆芯余热和反应堆冷却剂系统各设备的显热，使反应堆维持在安全停堆状态；非能动安全壳热量导出系统用来导出堆芯释放到安全壳内的热量，维持安全壳的完整性。二次侧非能动余热排出系统和非能动安全壳热量导出系统共用换热水箱。本发明能够在全厂断电事故工况下导出堆芯衰变热及其释放到安全壳空间内的热量，显著降低堆芯融化概率和放射性物质向环境释放的概率。
文档编号G21C15/18GKCN102867550SQ201210375119
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月27日
发明者于勇, 赵侠, 宋代勇, 袁霞, 李军, 赵光辉, 王志刚, 李伟, 赵斌 申请人:中国核电工程有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan