一种液态重金属冷却反应堆冷却剂排空系统及排空方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及核反应堆的冷却剂辅助系统，特别涉及到液态种金属冷却反应堆的辅 助系统及排空方法。
【背景技术】
[0002] 液态重金属反应堆冷却剂密度大，对于铅或铅合金的冷却剂，其密度超过水或钠 的10倍。在进行堆内构建的检修或者维护，以及在反应堆最终退役时，都需要将冷却剂排 出堆容器外，以便提供一个合适的环境进行操作。
[0003] 传统压水堆或钠冷快堆在需要将冷却剂排空时，通过堆外的栗就可以将冷却剂 "抽"出反应堆，但是对于液态重金属，通过栗"抽"冷却剂，在覆盖气体为1个大气压的情况 下，最多只能"抽"出1米的高度（对于水为10米），而这个高度则无法实现将冷却剂提升 至堆顶盖以上（通常需要2米以上），而随着堆内液面的下降，抽送的要求则更加高。
[0004] 通常实现以上目的的手段具有如下几种：
[0005] (1)堆内布置一个备用栗，放置在堆底部附近，将冷却剂"推"出堆外，但所需的栗 由于压头高（~5倍主栗压头），并且运动部件长时间在液态重金属环境中浸泡，可能存在 黏接而影响运动；
[0006] (2)预留孔道直通堆底，在需要进行排空操作时临时放置一个栗进入堆底，进行排 空操作，但是操作极为复杂；
[0007] (3)采用覆盖气体增压的方式进行实现，通过在液态重金属的液位上面的覆盖 气体增加压力，配合出口管道将液态重金属"压"出堆池，一方面提高了对堆顶盖的承压 (0.IMPa提高到IMPa)和密封要求，另一方面当堆顶出现泄漏而又很难修复时，则无法进行 冷却剂的排空。
[0008]目前为止，除了俄罗斯的核潜艇以外，还未有建造液态重金属反应堆，目前的概念 设计通常均采取以上方式。
【发明内容】
[0009] 本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种结构简单，可靠性高的液态 重金属冷却反应堆冷却剂排空系统及排空方法，不依赖与液态金属接触的机械能动部件， 可以实现液态重金属反应堆冷却剂的排出，确保反应堆内部构件维修或退役时合适的环 境。
[0010] 为实现所述方法的功能，本发明利用管道的连接设计，通过钨球和配合封头的配 合，获取在不同的两侧压力下的开启和关闭，实现冷却剂的进出，由下降管的气体加压最终 实现冷却剂的流出和排空。
[0011] 本发明采用的技术方案：一种液态重金属冷却反应堆冷却剂排空系统，由下降管 道（1)、钨球（2)、配合封头（3)、排空管道（4)、挡板（5)、排空阀门（6)、钨球操作口（7)和 压力控制系统（8)组成；其中下降管道（1)贯穿堆顶盖（9)，上端连接压力控制系统（8)和 钨球操作口（7)，下降管道（1)下端布置在堆池（10)的底部，下降管道（1)底部连接有配合 封头（3);排空管道（4)连接至下降管道下端的侧面，连接处在排空管道（4)内布置有挡板 (5)，排空管道上端贯穿出堆顶盖（9)，并布置有阀门（6)。
[0012] 其中，反应堆正常运行时，钨球（2)位于排空系统外，配合封头（3)此时完全开启， 系统内和堆池（10)内连通。
[0013] 排空方法实现步骤如下：
[0014] (1)反应堆正常运行时，钨球（2)位于系统外，配合封头（3)此时完全开启，冷却剂 排空系统和堆池（10)连通；
[0015] (2)冷却剂排空前，将钨球⑵由钨球操作口（7)放入下降管道⑴内，妈球（2) 由于重力作用下降至配合封头（3)内，钨球操作口（7)关闭；
[0016] (3)压力控制系统⑶增加压力，钨球由于上部压力大，因此钨球向下与配合封头 压紧，实现密封效果，随着压力增加，下降管道（1)内和排空管道（4)内的冷却剂从排空管 道（4)出口处压出；
[0017] (4)当冷却剂液位下降到下降管道底部附近，通过压力控制系统⑶停止并逐步 减小压力，此时堆池（10)内压力大于冷却剂排空系统内压力，钨球（2)将被冷却剂向上冲 开，冷却剂将充入排口系统中，下降管道（1)和排空管道（4)中的液位重新上升；
[0018] (5)重复（3)-⑷的过程，则将实现堆池（10)内的冷却剂经由配合封头⑶和排 空管道⑷排出反应堆。
[0019] 本发明的有益效果：本发明利用管道的连接设计，以及钨球和封头的配合，不依赖 与液态金属接触的任何机械能动部件，实现一种新的液态重金属冷却反应堆冷却剂排空系 统。本发明克服了已有方案的缺点：（1)无须使用液态重金属栗及任何与液态重金属接触 的能动机械设备，仅使用气体控制系统和阀门进行操作；(2)对反应堆顶盖设计以及堆密 封无任何要求。此外，采用了钨球的控制方式，可以在正常运行时不布置于堆内，以免由于 液态重金属对系统的侵蚀、腐蚀等引起的氧化物等杂质导致粘结，只在需要使用时置入。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明系统结构示意图；
[0021] 图2为本发明在液态重金属排空系统排出冷却剂时的状态示意图；
[0022] 图3为本发明在液态重金属排空系统充入冷却剂时的状态示意图。
【具体实施方式】
[0023] 本发明的排空系统，能够基于现有技术，通过布置较为简单的设备，通过气体压力 实现液态重金属反应堆的冷却剂排空功能，确保反应堆内部构件维修或退役时合适的环 境。相比起以往方式，具备设备简单，易实现，占用空间小和可靠性高等优点。
[0024] 如图1所示，本发明排空系统系统由下降管道1、钨球2、配合封头3、排空管道4、 挡板5、排空阀门6、钨球操作口 7和压力控制系统8组成；其中下降管道1贯穿堆顶盖9， 上端连接压力控制系统8和钨球操作口 7,下降管道1下端布置在堆池10的底部，连接有 配合封头3 ;排空管道4连接至下降管道1下端的侧面，连接处在排空管道4内布置有挡板 5，排空管道4上端贯穿出堆顶盖9，并布置有阀门6。
[0025] 其中，反应堆正常运行时，钨球2不置于反应堆内，位于排空系统外，配