小功率核反应堆安全壳氢气风险控制系统及其控制方法

文档序号:9262009阅读:736来源:国知局
小功率核反应堆安全壳氢气风险控制系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于核反应堆安全系统设计的事故(包括设计基准事故、超设计基准事故和严重事故)缓解领域的适用于核反应堆安全壳内的氢气风险控制系统,尤其适用于小功率核反应堆钢制安全壳内的防止氢燃氢爆问题,具体是小功率核反应堆安全壳氢气风险控制系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]在小功率核反应堆严重事故进程中,反应堆堆芯金属材料如锆合金、不锈钢等的氧化过程会产生大量的氢气,在极端严重的事故情况下,堆芯熔融物熔穿压力容器后,产氢主要是由于堆芯熔融物与反应堆厂房基板混凝土相互作用(CCI)。小功率核反应堆所采用的安全壳体积相对较小,氢气释放到安全壳内后,在安全壳内扩散,与水蒸气、空气混合,形成可燃混合气体。可燃混合气体一旦发生爆炸,就可能造成安全设备和系统的损坏,破坏安全壳完整性,造成放射性物质的大量释放。
[0003]美国三哩岛核电厂严重事故中发生过氢气燃烧,造成一个未超过安全壳设计压力的压力峰,而日本福岛核事故中的氢气爆炸造成反应堆厂房彻底毁坏,产生了严重的放射性后果及恶劣的社会影响。我国国家核安全局在2004年4月颁布的HAF 102《核动力厂设计安全规定》中要求“必须考虑严重事故下保持安全壳完整性的措施。特别是必须考虑预计发生的各种可燃气体的燃烧效应”。核安全与放射性污染防治“十二五”规划及2020年远景目标要求“完善严重事故下安全壳或其他厂房内消氢系统的分析评估,并实施必要的改进”。
[0004]针对严重事故下的氢气风险,大型核电厂一般采用非能动氢气催化复合器或者点火器来控制氢气风险。大型干式安全壳型核电厂如法国的M310、EPR,俄罗斯的WWER,中国的二代改进型核电厂都安装了非能动氢气催化复合器。大型钢安全壳式核电厂如美国的AP1000安装了点火器。但非能动氢气催化复合器的消氢速率较慢,不能保证氢气不可燃。而点火器在水蒸气浓度较高(失水事故发生时出现的情况)可能失效,当水蒸气冷凝后,点火器可能成为氢气浓度较高时发生爆燃甚至爆炸的点火源,并不适用于小功率核反应堆的小型安全壳。
[0005]对于小功率核反应的安全壳而言,严重事故时应尽可能保证安全壳内不发生任何形式的燃烧,以避免燃烧引起的设备及安全屏障的破坏,消除氢气爆炸的可能性。

【发明内容】

[0006]本发明的主要目的是提供一种适用于小功率核反应堆的氢气风险控制系统,使用惰性气(例如氮气)将小功率核反应堆的小型钢制承压安全壳内的气体惰化,使安全壳内事故下产生的氢气处于不可燃烧的惰性环境下,再结合非能动的氢气消除装置,逐步降低安全壳内的氢气和氧气浓度,进而消除氢爆风险,提高小功率核反应堆对抗严重事故的能力。
[0007]本发明的实现方案如下: 小功率核反应堆安全壳氢气风险控制系统,包括非能动惰性气供应系统和钢安全壳系统,钢安全壳系统包括钢制承压安全壳,在钢制承压安全壳内设置有非能动除氢装置,非能动惰性气供应系统包括与钢制承压安全壳内部连通的惰性气储存箱;钢制承压安全壳还连通有排气系统,还设置有氢氧浓度监测系统。
[0008]从上结构中可以看出,在小功率核反应堆严重事故期间,氢气生成后会进入钢制承压安全壳内,并在钢制承压安全壳内聚集,期间,氢气的浓度会逐渐增加,当到达爆炸极限浓度后是非常危险的,而一般安装在钢制承压安全壳内的非能动除氢装置的除氢气的效率很低,远远跟不上氢气的生成速度,因此会使得氢气的浓度逐渐增加,这个时候,我们设置的上述非能动惰性气供应系统会对钢制承压安全壳内注入大量的惰性气,而惰性气储存箱内的高压惰性气会进入钢制承压安全壳内,以大量的惰性气的填充,缓解氢气在气体中的含量比例,使得氢气浓度降低到低于4%或将氧气浓度降低到低于5%,这样将可燃气体混合物的状态条件控制在安全的范围内,而注入惰性气和产生的氢气会导致钢制承压安全壳负担巨大的压力,因此,本发明还设置有上述排气系统,在钢制承压安全壳内部压力过大时,会启动排气系统对钢制承压安全壳内的气体释放,达到卸压的目的。总的来说,本发明的设计原理是,利用高压惰性气的注入,使得钢制承压安全壳内的氧气、氢气的含量比例降低,将可燃气体混合物的状态条件控制在安全的范围内,这样就可以利用非能动除氢装置逐渐消除氢气的含量,达到进一步稳定系统的目的,整个系统的安全性能大大提高,生产的运行成本也很低,非常适合小功率核反应堆安全壳氢气风险控制。
[0009]在本发明的具体实施过程中,惰性气储存箱连通钢制承压安全壳的管线为非动能供气管线,所述非能动惰性气供应系统还包括手动截止阀和气动截止阀,手动截止阀和气动截止阀并联后设置在非动能供气管线上。手动截止阀和气动截止阀并联后组成2种开关,气动截止阀为自动开关,手动截止阀为手动开关,手动截止阀和气动截止阀中任意一个打开后,都可以使得非能动惰性气供应系统为钢制承压安全壳冲入惰性气,提高安全性,避免气动截止阀失效后,系统无法运行,在气动截止阀失效后,可以通过手动控制手动截止阀开启供气。
[0010]优选的,手动截止阀和气动截止阀、惰性气储存箱均设置在常规岛厂房内。气动截止阀是一台依靠压缩空气提供动力的截止阀。当接到需要开启的信号时,气动截止阀可以自动打开,当由于某些原因不能打开时,操纵员可以通过并联的手动截止阀打开系统。
[0011]优选的,为了提高安全性,惰性气储存箱连通钢制承压安全壳的管线为非动能供气管线,在非动能供气管线上还设置有安全壳外隔离阀,安全壳外隔离阀设置在钢制承压安全壳外部。安全壳外隔离阀用于避免正常工况下安全壳的隔离。
[0012]优选的,为了提高安全性,惰性气储存箱连通钢制承压安全壳的管线为非动能供气管线,非动能供气管线延伸进钢制承压安全壳内的一段管线上设置有安全壳内隔离阀和单向流动止回阀M。安全壳内隔离阀用于避免正常工况下安全壳的隔离。
[0013]还设置有氢氧浓度监测系统,氢氧浓度监测系统包括设置在钢制承压安全壳内的氢气浓度监测仪表,该氢气浓度监测仪表可实时测量钢制承压安全壳内不同点的氢氧浓度,并将浓度信息传输到数据采集显示器。
[0014]所述排气系统包括设置在钢制承压安全壳外部的非能动安全壳过滤排气装置,非能动安全壳过滤排气装置与钢制承压安全壳内部连通的管线为排气管线,在排气管线上设置有压差截止阀和单向流动止回阀N。压差截止阀可以在安全壳内外压差大于安全壳设计压力时打开。非能动安全壳过滤排气装置包括气体洗涤器、深度纤维滤网和活性炭过滤床装置,依靠安全壳内外压差驱动,安全壳内的气体能够非能动地排出安全壳,同时去除流出气体的放射性,降低安全壳内的压力,防止安全壳的压力超过安全限值。
[0015]单向流动止回阀N和单向流动止回阀M都是气体防止倒流。
[0016]为了进入钢制承压安全壳内的氢气能均匀的充斥在整个钢制承压安全壳内,避免局部区间的氢气含量过高,因此惰性气储存箱连通钢制承压安全壳的管线为非动能供气管线,非动能供气管线延伸到钢制承压安全壳内的一端为端口 A,端口 A位于钢制承压安全壳的中心,且端口 A的喷射方向朝向型钢制承压安全壳底面。从端口 A喷出的惰性气会沿钢制承压安全壳中轴线向下移动,带动钢制承压安全壳底部区域的氢气运动,使得整个钢制承压安全壳内的气体形成环流,从而避免局部区间的氢气含量过高。
[0017]小功率核反应堆安全壳氢气风险控制系统的控制方法,包括以下步骤:
步骤1:在小功率核反应堆严重事故期间,当堆芯出口温度达到设计定值时,非能动惰性气供应系统中的惰性气储存箱释放其内部的惰性气进入到钢制承压安全壳内,惰性气注入的速率应保证在氢气大量释放到安全壳前,将安全壳内的氧气浓度降低到5%或5%以下,使钢制承压安全壳的内
当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1