一种反应堆熔融物堆外滞留系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于反应堆严重事故预防与缓解技术领域，具体涉及一种反应堆熔融物堆外滞留系统。
【背景技术】
[0002]我国目前在建和在运行着数十座大型二代改进型核电厂，但多数未设置有效的堆外熔融物滞留系统。日本福岛事故后，核电站安全问题特别是针对严重事故的预防和缓解更为坡迫切。目前针对严重事故下，堆芯熔融物的冷却与滞留策略主要可分为两种:I)压力容器内熔融物的冷却与保持(IVR)，在美国西屋公司的AP-1000机型设计中得到应用；2)压力容器外熔融物冷却与收集(EVR)，在俄罗斯设计的VVER-1000机型与法国ANP设计的先进压水堆EPR机型中得到应用，1995年法国CEA曾提出由三层复合材料(从内到外分别为MgAl 2Ο4，Zr02，钢)构筑一端封闭的试管型i甘祸，并排布成群进行外部冷却的捕集方案。对于堆外冷却策略，俄罗斯的VVER-1000 “it祸”式捕集器综合了AP600非能动供水冷却熔融物包容体金属表面的设计特点和欧洲先进压水堆堆芯捕集器通过牺牲材料改善熔融物特性和降低热流密度的技术特点；法国的ANP “扩展”式堆芯捕集器的设计思路是使熔融物直接流入反应堆堆坑，在高温作用下熔融物与堆坑牺牲性混凝土发生化学反应，逐渐消融牺牲混凝土，达到初步冷却、收集熔融物的功能，且整个化学反应过程在堆坑保护层保护下进行，确保熔融物不会穿透堆坑进入结构混凝土，以控制核辐射扩散。国内关于堆芯捕集器的研究也有相关专利见报，如上海核工程研究设计院1、Π、IV型底部开口蒸汽管道壁式堆芯熔融物滞留装置(0附033777244，0附03377723々，0附0337772(^)，具有集成冷却通道的堆芯捕集器(CNl 0308 I 023A)，底部注水叠加外部冷却的大型非能动核电厂堆芯捕集器(CNl 03 I 77778A)以及有熔融物扩展室的大型非能动压水堆核电厂堆芯捕集器(CN103165198A)等。
[0003]但以上专利都没有涉及多层螺旋扩展冷却式滞留，也没有实现熔融物在初始状态可控条件下的逐层扩展冷却及蒸汽冷凝回收设计，因而可以基于上述的思路，研发冷却能力强，占用空间更少，安全可靠效率更高的堆芯熔融物滞留系统。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种反应堆熔融物堆外滞留系统，在核电站发生堆芯熔毁的严重事故时，能够实现在小空间内将堆芯熔融物最大程度快速有效地扩展冷却，从而降低堆坑熔穿及放射性物质的释放风险，提高反应堆事故下的安全性。
[0005]为达到以上目的，本发明采用的技术方案是:提供一种反应堆熔融物堆外滞留系统，包括设置在反应堆堆坑底部的收集和滞留装置，该收集和滞留装置与反应堆堆坑通过设置在收集和滞留装置顶部的熔融塞相连通，所述收集和滞留装置内设有扩展和冷却子系统，该扩展和冷却子系统包括扩展和冷却子系统主体，该扩展和冷却子系统主体为板状螺旋体，其内部设置多根冷却管道，多根所述冷却管道的两端分别与扩展和冷却子系统输水Λ 口管线及扩展和冷却子系统输水出口管线相连接，扩展和冷却子系统输水入口管线及扩展和冷却子系统输水出口管线之间通过冷凝器相连通。
[0006]进一步，所述板状螺旋体为多材料复合结构，其包括顶部牺牲层、底部牺牲层以及设置在顶部牺牲层和底部牺牲层之间的金属导热层，多根所述冷却管道设置在金属导热层内。
[0007]进一步，所述顶部牺牲层与金属导热层之间及底部牺牲层与金属导热层之间均设有耐高温稳定层。
[0008]进一步，所述板状螺旋体最上层、靠近熔融塞的下方设有抗冲击承接装置。
[0009]进一步，所述板状螺旋体通过贯穿该主体中心的支撑装置支撑，该支撑装置包括设置在收集和滞留装置的底部的中心支撑柱及围绕中心支撑柱按螺旋板层倾角依次穿插的多根支撑杆，该支撑杆的另一端插入收集滞留装置四壁预设的固定孔内。
[0010]进一步，该滞留系统还包括设置在反应堆堆坑的底部的熔融物收集和前期滞留装置。
[0011 ]进一步，所述熔融塞的下端设有温度检测装置。
[0012]进一步，所述收集和滞留装置上设有废气回收系统，该废气回收系统包括储气罐及设置在储气罐上的超压保护装置。
[0013]进一步，所述扩展和冷却子系统输水入口管线和扩展和冷却子系统输水出口管线之间还设有内置换料水箱。
[0014]进一步，所述收集和滞留装置包括外侧的支撑外墙和内侧的隔热防护内墙。
[0015]本发明的有益技术效果在于:(I)采用熔融物收集和前期滞留设计，使熔融物体量集中并相对可控；(2)逐层扩展冷却，减小热流集中的风险；(3)采用多层复合材料设计，有效降低熔融物熔点、粘度并使其快速扩展、冷却，同时保护本体结构不被破坏；(4)冷却管道的水带热蒸发后可由冷凝器收集，提高了水源的利用率，同时对有害带放废气的回收装置能有效地实现放射性包容；(5)整个系统采用立体扩展冷却，占用空间有限，资源利用率高。
【附图说明】
[0016]图1反应堆熔融物堆外滞留系统的结构图；
[0017]图2扩展与冷却子系统主体的剖面图；
[0018]图3扩展与冷却子系统主体的结构示意图；
[0019]图4扩展与冷却系统主体支撑结构的结构示意图。
[0020]图中，01压力容器;02熔融物收集和前期滞留装置;03熔融塞;04扩展和冷却子系统;05支撑外墙;06隔热防护内墙;07、10内置换料水箱;08冷凝器;09扩展和冷却子系统输水入口管线；11收集和滞留装置输水管线；12扩展和冷却子系统输水出口管线；13底板加厚牺牲混凝土层；14储气罐；15安全泄压阀；16危险性混合气体收集管线；17顶部牺牲层；18、20耐高温稳定层；19金属导热层;21底部牺牲层;22冷却管道;23扩展和冷却子系统外沿;24扩展和冷却子系统内沿;25抗冲击承接装置;26中心支撑柱;27水平支撑杆;28反应堆堆坑；29收集和滞留装置
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的描述。
[0022]如图1所示，是本发明提供反应堆熔融物堆外滞留系统，该系统包括设置在反应堆堆坑28底部的收集和滞留装置29，该收集和滞留装置29与反应堆堆坑28通过熔融塞03相连通，收集和滞留装置29内设有扩展和冷却子系统04，反应堆堆坑28内设有熔融物收集和前期滞留装置02。收集和滞留装置的顶部连接有废气回收系统，收集和滞留装置的底部连接有冷却系统。
[0023]熔融物收集和前期滞留装置02为具有上部开口的容器，该容器的底部设有倒角或呈楔形，横向段与水平方向成1-10°，该装置耐高温，优选坩祸。
[0024]熔融塞03位于压力容器01正下方，其与熔融物收集和前期滞留装置02相接并卡于收集和滞留装置29上，材质为牺牲混凝土，呈圆形或矩形，尺寸为40cm-80cm，厚度为20-40cm，其底部设置有温度检测装置，进行温度监视，优选热电偶。
[0025]如图2、3所不，扩展和冷却子系统04包括扩展和冷却子系统主体，该扩展和冷却子系统主体为板状螺旋体，该板状螺旋体为多材料复合结构，包括顶部牺牲层17、底部牺牲层21以及设置在顶部牺牲层17和底部牺牲层21之间的金属导热层19，金属导热层19内设有15-30根平行排布的冷却管道22，顶部牺牲层17与金属导热层19之间及底部牺牲层21与金属导热层19之间均设有耐高温稳定层18、20，板状螺旋体竖直侧壁上设有扩展和冷却子系统外沿23和扩展和冷却子系统内沿24，包覆多材料复合结构。板状螺旋体上的板在纵向有介于20° -40°之间的倾斜角度，该角度可决定螺旋层数，在展向也可向内或向外倾斜0° -10°，以使熔融物尽可能均匀地摊薄在板的扩展面上。扩展和冷却子系统最上层、靠近熔融塞03的下方设有抗冲击承接装置25，该抗冲击承接装