一种液态金属冷却池式反应堆多功能堆内热分隔系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于反应堆系统部件设计技术领域，具体涉及一种液态金属冷却池式反应 堆多功能堆内热分隔系统。
【背景技术】
[0002] 液态金属冷却池式反应堆采用一体化设计，所有的堆内部件均浸没于主容器的液 态金属内，有效降低了一回路冷却剂丧失事故（LOCA)的发生概率；主容器内装载大量的液 态金属，使反应堆具有良好的热惰性；液态金属具有良好的中子性能，可设计为增殖快堆。 这些优点使液态金属冷却池式反应堆具有良好的固有安全性和经济性，是先进反应堆的重 要候选堆型之一。
[0003] 堆内热分隔系统是液态金属冷却池式反应堆的重要系统之一。热分隔系统将液态 金属冷却池式反应堆主容器内的液态金属分为上部的热池和下部的冷池，用于减小热池向 冷池传递的热量，维持热池和冷池的温差。在液态重金属冷却自然循环池式反应堆中，主冷 却剂系统的驱动力主要来源于热池和冷池液态重金属由于温度不同而产生的密度差，堆内 热分隔系统的性能将直接影响主冷却剂系统的自然循环能力。同时热分隔系统的隔热能力 将影响液态金属冷却池式反应堆的热效率及事故情况下主容器内液态金属的自然循环能 力，进而影响反应堆的经济性和安全性。
[0004] 在现有的液态金属冷却池式反应堆中，堆内热分隔系统多采用单层或多层钢板结 构的热分隔设计。在中国实验快堆（CEFR)中，堆内热分隔系统的水平方向采用彼此间隔的 三层热隔板、竖直方向采用彼此间隔的双层钢板，隔板间隙内通有液态金属循环冷却。该方 案可降低热分隔板两侧的温差，减小热隔板上的热应力，但是进入热隔板间隙内的液态金 属采用强迫循环驱动，不适合采用自然循环驱动的液态重金属池式反应堆。中国科学院合 肥物质科学研宄院设计的一种液态金属冷却池式反应堆堆内冷热池分隔系统，该方案采用 彼此间隔的双层热分隔板设计，依靠热隔板间隙内的空气达到热分隔效果，但是该方案的 所设计的热分隔板彼此之间没有支撑，内层热隔板需要承受热池内液态金属的全部重量， 外层热隔板需要承受冷池内液态金属的压力，该设计方案对于热隔板材料的选择和加工挑 战较大，工程可行性不高。
[0005] 比利时铅铋冷却反应堆（MYRRHA)、法国凤凰快堆（Phoenix)和印度原型快堆 (PFBR)的设计中，热分隔系统仅为单层钢板，钢板上热应力较大，对材料属性要求较高，实 现难度大，隔热效果不好。同时采用这种热分隔设计方案的反应堆均采用强迫循环，热池向 冷池的传热对齐冷却剂循环能力影响有限，如果液态重金属冷却自然循环池式反应堆采用 这种设计，不利于维持热池和冷池的温差，会降低主冷却剂系统的自然循环能力，影响反应 堆的热效率和冷却剂系统的稳定运行。
[0006] 堆内辅助加热系统是液态金属冷却池式反应堆的另一个重要系统。当反应堆处于 低功率或停堆工况时，堆芯所产生的热量将不足以维持主容器内的液态金属温度在熔点以 上。若冷却剂一旦发生凝固，将会对反应堆堆本体的系统和设备造成严重的破坏。因此，当 反应堆处于低功率或停堆工况时，必须对液态金属冷却池式反应堆主容器内的液态重金属 进行辅助加热，以维持其为液态。
[0007] 目前液态金属冷却池式反应堆的辅助加热系统，主要有以下几种方式：
[0008] 其中一种方式的典型代表是中国实验快堆（CEFR)的辅助加热系统，当反应堆处 于低功率或停堆工况时，如果此时主泵仍能正常运行，使用主泵驱动堆池内的冷却剂钠，依 靠主泵与钠的摩擦生热，对冷却剂进行加热。同时在二回路和事故余热排出系统中间回路 布有电跟踪加热器，电跟踪加热器直接加热二回路和事故余热排出系统中间回路内的液态 钠，然后分别通过置于堆池内的主热交换器和余热排出系统独立热交换器，将热量传递给 主容器内的钠，同时依靠主泵维持堆池内冷却剂的正常循环，将热量传递给整个主容器内 的冷却剂；如果此时主泵无法正常运行，仅依靠布置在二回路和事故余热排出系统中间回 路上的电跟踪加热器将热量传递给主容器内的液态钠。但是这种辅助加热方式适用于采用 强迫循环的液态金属冷却池式反应堆，同时当主泵无法运行，主要依靠二回路和事故余热 排出系统中间回路给堆池冷却剂进行辅助加热时，会导致反应堆热池内冷却剂的流动出现 反转，给堆内系统和设备带来较大的热应力危害。而且这种辅助加热方式不适合于主冷却 剂系统采用自然循环驱动的液态重金属冷却池式反应堆
[0009] 另一种典型方式为比利时设计的铅铋冷却反应堆（MYRRHA)的辅助加热系统，该 系统直接置于堆芯下部，系统中安装电加热器，以此来直接加热主容器内的液态铅铋，维持 主容器内的铅铋冷却剂温度在熔点以上。但这种方式的加热装置位于反应堆冷池内部，增 加了堆内结构的复杂性，同时需要考虑铅铋对电加热器的腐蚀作用，且系统检查和维修也 不方便。
[0010] 同时中国科学院合肥物质研宄科学院所设计的一种液态金属冷却池式反应堆堆 内冷热池分隔系统具备辅助加热功能，该方案设计在反应堆处于停堆工况下时，打开与热 隔板间隙相连的进气阀门和排气阀门，启动气体加热器和风机分别加热和驱动气体对主容 器内的液态金属进行辅助加热，系统结构简单，启动方便。但是该方案在进行辅助加热时， 对热池和冷池内的液态金属都进行加热，会降低热池和冷池的温差，不利于当反应堆处于 低功率或停堆工况时主容器内液态金属自然循环的建立；同时该系统在进行辅助加热时， 所导入的热气体温度相对热隔板间隙内的空气温度高，密度较小，因此气体均浮在气体输 入管周围，部分起来还未通过热隔板与堆池内的液态金属进行热交换就被抽气机抽出。以 上这两个因素将会导致整个系统的辅助加热效率降低。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的之一是针对液态金属冷却池式反应堆冷热池分隔和堆内液态金属 辅助加热的需要，克服现有技术适用范围较窄、系统结构复杂、维修不便的不足，提供一种 启动方便、可靠性高，不但适用于强迫循环，而且适用于自然循环的液态金属冷却池式反应 堆多功能堆内热分隔系统，以提高液态金属冷却池式反应堆的经济性和安全性。
[0012] 本发明提供一种液态金属冷却池式反应堆多功能堆内热分隔系统，包括：气体贮 存罐、气体过滤器、气体加热器、气体输入管、进气阀门、内层热隔板、中层热隔板、外层热隔 板、内层隔板固定钢板、外层隔板固定钢板、气体输出管、排气阀门、抽气机及用于设备与设 备之间相连的管道和阀门；所述内层热隔板、中层热隔板和外层热隔板依次平行铺设成上 部竖直、中部水平和下部竖直的组合板，所述内层热隔板和中层热隔板之间留有间隙，形成 内层热隔板间隙，所述中层热隔板和外层热隔板之间留有间隙，形成外层热隔板间隙；所述 外层热隔板的上部竖直段紧贴主容器的内壁面，所述内层热隔板的下部竖直段与堆芯径向 间隔为15~20cm，所述内层热隔板、中层热隔板和外层热隔板的上端均悬挂在堆顶盖上， 下端连接堆芯冷却剂入口挡板并与所述堆芯相连；在所述内层热隔板间隙和外层热隔板间 隙的上部竖直段、中部水平段和下部竖直段分别设置有所述内层隔板固定钢板和外层隔板 固定钢板，在内层热隔板间隙正上方的所述堆顶盖部位、内层隔板固定钢板上均开有气体 输入管的通过小孔，同时在内层热隔板间隙正上方的所述堆顶盖上开有气体输出管通过小 孔；气体贮存罐与气体过滤器相连后再连接气体加热器，气体输入管一端与气体加热器相 连接，一端装设进气阀门后通过所述堆顶盖上的开孔进入内层热隔板间隙，分别穿过上部 竖直段、中部水平段和下