一种核电站多样化热阱系统传热性能试验系统和方法与流程

本发明涉及核电技术领域，尤其涉及一种核电站多样化热阱系统传热性能试验系统和方法。

背景技术：

在核电站装载核燃料之前，堆芯和乏燃料水池中没有发热的核燃料，安全壳喷淋系统(pcss)换热器和乏燃料水池冷却系统(sfpc)换热器不能提供热量，pcss泵和低压安全注入(lpsi)泵提供的热量大约为多样化热阱系统(mhss)设计传热能力的2％，无法满足mhss进行性能试验的需求。

现有技术方案利用外部热源加热乏燃料水池，然后以乏燃料水池为热源，将热量通过sfpc换热器传递给mhss。如图1所示，将sfpc换热器302连接到mhss系统303的冷却管道，对sfpc换热器302进行冷却，sfpc换热器302和sfpc泵301连接并从外部引入加热装置305加热乏燃料水池304中的水，并隔离常规冷链热阱系统(ccws)冷却管道；mhss隔离对lpsi泵、pcss泵和pcss换热器的冷却管道。mhss进行性能试验需要的热功率最低为8mw，即外部加热装置305的功率至少需要8mw才能提供稳定的试验条件。

执行现有技术方案时，乏燃料水池304水温至少需要比自然环境水温高25℃才能提供稳定的热功率，因此试验启动时还需要先加热乏燃料水池304中的水。为了保障试验稳定，热源必须是稳定可靠的。假如采用电加热，则需要有相应的电气控制系统，结构复杂、操作难度较高而且成本高。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的无法满足mhss进行性能试验的需求的问题，提供一种核电站多样化热阱系统传热性能试验系统和方法，最终实现在不增加额外设备的前提下，在核电站装载核燃料之前实现mhss系统的性能试验，操作简单易行，风险可控的特点。

一方面，本发明提供了核电站多样化热阱系统传热性能试验系统，包括：反应堆冷却剂循环回路和热量导出循环回路，所述反应堆冷却剂循环回路包括：与所述反应堆冷却剂循环回路连通的反应堆冷却剂主泵以及与所述反应堆冷却剂循环回路连通的余热排出系统的热侧；

所述热量导出循环回路包括所述反应堆冷却剂主泵的冷却器和所述余热排出系统的冷侧，还包括：常规冷链热阱系统，分别与所述反应堆冷却剂主泵的冷却器和所述余热排出系统的冷侧连通；多样化热阱系统，与所述余热排出系统的冷侧连通。

优选地，所述反应堆冷却剂循环回路还包括容积控制泵，与所述反应堆冷却剂循环回路连通，用于调节所述反应堆冷却剂循环回路的压力在预设压力范围，以使所述反应堆冷却剂主泵正常运行。

优选地，所述余热排出系统包括:

换热器组件，其热侧与所述反应堆冷却剂循环回路连通，冷侧与所述常规冷链热阱系统或所述多样化热阱系统连通，用于通过所述反应堆冷却剂循环回路接收所述反应堆冷却剂主泵提供的部分热量并传递至所述常规冷链热阱系统或所述多样化热阱系统；

调节阀组件，连通接于所述反应堆冷却剂循环回路中，用于调节所述换热器组件接收到的热量，还用于与所述容积控制泵一同调节所述反应堆冷却剂循环回路的压力在预设压力范围，以使所述反应堆冷却剂主泵正常运行；

余热排出泵组件，热侧与所述反应堆冷却剂循环回路连通，冷侧与所述常规冷链热阱系统连通，用于通过所述反应堆冷却剂循环回路接收所述反应堆冷却剂主泵提供的部分热量并传递至所述常规冷链热阱系统。

优选地，所述换热器组件包括：

第一换热器，其热侧与所述反应堆冷却剂循环回路连通，冷侧与所述常规冷链热阱系统连通，用于通过所述反应堆冷却剂循环回路接收所述反应堆冷却剂主泵提供的部分热量并传递至所述常规冷链热阱系统；

第二换热器，其热侧与所述第一换热器热侧并联连通于所述反应堆冷却剂循环回路中，其冷侧与所述多样化热阱系统连通，用于通过所述反应堆冷却剂循环回路接收所述反应堆冷却剂主泵提供的部分热量并传递于所述多样化热阱系统。

优选地，所述反应堆冷却剂循环回路和所述热量导出循环回路均以水为热量传导介质，所述反应堆冷却剂主泵与其冷却器之间、余热排出泵组件的的冷侧和热侧之间分别设置有用于进行热交换的换热器。

优选地，所述调节阀组件包括：

第一调节阀，与所述第一换热器的热侧串联连通于所述反应堆冷却剂循环回路中；

第二调节阀，与所述第二换热器的热侧串联连通于所述反应堆冷却剂循环回路,所述第二调节阀和第二换热器的热侧与所述第一调节阀和所述第一换热器的热侧并联连通；

第三调节阀，分别与所述第一调节阀和所述第一换热器的热侧、以及所述第二调节阀和所述第二换热器的热侧并联连通；

所述第一调节阀、第二调节阀以及第三调节阀用于通过调节所述反应堆冷却剂循环回路中的热水流量来分别调节所述第一换热器、第二换热器接收到的热量。

优选地，所述常规冷链热阱系统还用于当所述多样化热阱系统出现故障时，冷却所述反应堆冷却剂循环回路的全部热量。

优选地，所述反应堆冷却剂循环回路的预设压力大于所述反应堆冷却剂主泵启动所需压力，并且小于所述反应堆冷却剂主泵启动所需压力的1.2倍。

本发明还提供了一种核电站多样化热阱系统传热性能试验方法，包括如下步骤：

s1、启动反应堆冷却剂主泵，所述反应堆冷却剂主泵通过自身机械功率发热为所述反应堆冷却剂循环回路提供热量；

s2、所述反应堆冷却剂主泵直接将提供的部分热量传递给热量导出循环回路的常规冷链热阱系统，同时余热排出系统接收部分所述反应堆冷却剂主泵提供的热量并分别将接收的热量传递给所述常规冷链热阱系统和多样化热阱系统。

优选地，所述步骤s1具体包括：通过容积控制泵向反应堆冷却剂循环回路中注入压力，并同时调节余热排出系统的调节阀组件，使所述反应堆冷却剂循环回路保持预设压力从而使所述反应堆冷却剂主泵正常运行。

优选地，其特征在于，所述步骤s2具体包括以下同时进行的步骤：

s21、所述反应堆冷却剂主泵直接将提供的部分热量传递给热量导出循环回路的常规冷链热阱系统；

s22、所述余热排出系统的第一换热器接收部分所述反应堆冷却剂主泵提供的热量并传递给所述常规冷链热阱系统以冷却；

s23、所述余热排出系统的第二换热器接收部分所述反应堆冷却剂主泵提供的热量并传递给所述多样化热阱系统以冷却。

优选地，所述反应堆冷却剂循环回路和所述热量导出循环回路均以水为热量传导介质，所述反应堆冷却剂主泵内设置有用于进行热量传递和交换的换热器。

优选地，当所述多样化热阱系统出现故障时，调节余热排出系统的调节阀组件，使得s2步骤中仅进行s21和s22步骤，不进行s23步骤。

优选地，所述反应堆冷却剂循环回路的预设压力大于所述反应堆冷却剂主泵启动所需压力，并且小于所述反应堆冷却剂主泵启动所需压力的1.2倍。

本发明方案提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：本发明利用反应堆冷却剂主泵(rcs泵)作为mhss系统性能试验的热源；利用容积控制泵维持一回路压力处于适当的范围；利用rhrs系统配置，控制传递给mhss系统的热负荷；利用ccws的冗余系列配置，冷却除rhrs换热器之外试验必须的其他用户，保障试验出现意外时的核电站设备安全；最终实现在不增加额外设备的前提下，在核电站装载核燃料之前实现mhss系统的性能试验，操作简单易行，风险可控的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术核电站多样化热阱系统传热性能试验系统结构图；

图2是本发明第一实施例提供的核电站多样化热阱系统传热性能试验系统结构图；

图3是本发明第一实施例提供的核电站多样化热阱系统传热性能试验系统示意图；

图4是本发明第二实施例提供的核电站多样化热阱系统传热性能试验系统流程图；

图5是本发明第三实施例提供的核电站多样化热阱系统传热性能试验系统流程图。

具体实施方式

本发明实施例通过提供一种核电站多样化热阱系统传热性能试验系统和方法，其核心思想是:通过容积控制泵和阀门组件的调节，控制反应堆冷却剂主泵通过自身机械能发热，并将产生的热量分别通过余热排出泵组件传递至ccws系统和mhss系统进行冷却，解决了现有技术中存在的需要增加外部热源才能实现mhss系统的性能试验，最终实现在不增加额外设备的前提下，在核电站装载核燃料之前实现mhss系统的性能试验，操作简单易行，风险可控的特点。

为了更好的理解本发明技术方案，下面将结合说明书附图以及具体实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

实施例一

请参考图2，本发明实施例一提供了一种核电站多样化热阱系统传热性能试验系统，包括反应堆冷却剂循环回路1和热量导出循环回路2，图中实线所示为反应堆冷却剂循环回路1，虚线所示为热量导出循环回路2，反应堆冷却剂循环回路1和热量导出循环回路2均以水为热量传导介质，反应堆冷却剂循环回路1包括：与反应堆冷却剂循环回路1连通的反应堆冷却剂主泵11,用于通过所述反应堆冷却剂主泵11自身机械功率发热为所述反应堆冷却剂循环回路1提供热量；与所述反应堆冷却剂循环回路1连通的余热排出系统12的热侧，用于接收并调节所述反应堆冷却剂主泵11提供的部分热量并传递所述热量，还用于调节所述反应堆冷却剂循环回路1压力；所述热量导出循环回路2包括所述反应堆冷却剂主泵11的冷却器和所述余热排出系统12的冷侧，还包括：常规冷链热阱系统13，分别与所述反应堆冷却剂主泵11的冷却器和所述余热排出系统12的冷侧连通，用于冷却所述反应堆冷却剂主泵11和所述余热排出系统12的部分热量；多样化热阱系统14，与所述余热排出系统12的冷侧连通，用于冷却所述余热排出系统12的部分热量。

为了使反应堆冷却剂主泵11正常运行，必须使反应堆冷却剂循环回路1维持启动反应堆冷却剂主泵11运行的压力，因此反应堆冷却剂循环回路1还包括容积控制泵15，与所述反应堆冷却剂循环回路1连通，用于调节所述反应堆冷却剂循环回路1的压力在预设压力范围，如向反应堆冷却剂循环回路1中注入压力，使反应堆冷却剂循环回路1的预设压力大于反应堆冷却剂主泵11启动所需压力，但是如果反应堆冷却剂循环回路1压力过高，会导致需要启动另一反应堆冷却剂循环回路冷却蒸汽发生器，因此需要使反应堆冷却剂循环回路1的预设压力大于反应堆冷却剂主泵11启动所需压力的同时小于所述反应堆冷却剂主泵11启动所需压力的1.2倍，以维持反应堆冷却剂主泵11的正常运行以给反应堆冷却剂循环回路提供需要的热量并且不需要启动其他额外的组件。

结合图3所示，图中实线所示为反应堆冷却剂循环回路1，虚线所示为热量导出循环回路2，余热排出系统12包括:换热器组件121，其热侧与所述反应堆冷却剂循环回路1连通，冷侧与所述常规冷链热阱系统13或所述多样化热阱系统14连通，用于通过所述反应堆冷却剂循环回路1接收所述反应堆冷却剂主泵11提供的部分热量并传递至所述常规冷链热阱系统13或所述多样化热阱系统14；调节阀组件122，连通接于所述反应堆冷却剂循环回路1中，用于调节所述换热器组件121接收到的热量，还用于与所述容积控制泵15一同调节所述反应堆冷却剂循环回路1的压力在预设压力范围，以使所述反应堆冷却剂主泵11正常运行；余热排出泵组件123，热侧与所述反应堆冷却剂循环回路1连通，冷侧与所述常规冷链热阱系统13连通，用于通过所述反应堆冷却剂循环回路1接收所述反应堆冷却剂主泵11提供的部分热量并传递至所述常规冷链热阱系统13。

具体地，换热器组件121包括：第一换热器1211，其热侧与所述反应堆冷却剂循环回路1连通，冷侧与所述常规冷链热阱系统13连通，用于通过所述反应堆冷却剂循环回路1接收所述反应堆冷却剂主泵11提供的部分热量并传递至所述常规冷链热阱系统13；第二换热器1212，其热侧与所述第一换热器1211热侧并联连通于所述反应堆冷却剂循环回路1中，其冷侧与所述多样化热阱系统14连通，用于通过所述反应堆冷却剂循环回路1接收所述反应堆冷却剂主泵11提供的部分热量并传递于所述多样化热阱系统14。在本实施例中，余热排出泵组件123包括并联的第一余热排出泵1231和第二余热排出泵1232，换热器组件121本身具有将冷侧和热侧之间的热量进行交换的功能，为了使反应堆冷却剂主泵11、余热排出泵组件123热侧的热量通过冷侧传递至常规冷链热阱系统13，反应堆冷却剂主泵11与其冷却器之间、余热排出泵组件123的冷侧和热侧之间分别设置有用于进行热交换的换热器。

为了便于控制流入第一换热器1211以及第二换热器1212的热侧的热量,调节阀组件122包括：第一调节阀1221，与所述第一换热器1211的热侧串联连通于所述反应堆冷却剂循环回路1中；第二调节阀1222，与所述第二换热器1212的热侧串联连通于所述反应堆冷却剂循环回路1,所述第二调节阀1222和第二换热器1212的热侧与所述第一调节阀1221和所述第一换热器1211的热侧并联连通；第三调节阀1223，分别与所述第一调节阀1221和所述第一换热器1211的热侧、以及所述第二调节阀1222和所述第二换热器1212的热侧并联连通；所述第一调节阀1221、第二调节阀1222以及第三调节阀1223用于通过调节所述反应堆冷却剂循环回路1中的热水流量来分别调节所述第一换热器1211、第二换热器1212接收到的热量。

由于第一调节阀1221与所述第一换热器1211的热侧串联,第二调节阀1222与所述第二换热器1212的热侧串联,而第一换热器1211和第二换热器1212并联,因此热水在分别分流至第一换热器1211和第二换热器1212之前的温度是一致的,只需要通过第一调节阀1221、第二调节阀1222和第三调节阀1223控制流入第一换热器1211和第二换热器1212的流量，即可控制第一换热器1211和第二换热器1212接收到的热量，热量与流量成正比，从而进一步控制最终分别被常规冷链热阱系统13和多样化热阱系统14冷却的热量。

当所述多样化热阱系统14出现故障时，只需要关闭第二调节阀1222，流入第二换热器1212的热水通道被关闭，第二换热器1212接收不到热量，反应堆冷却剂主泵11产生的全部热量由常规冷链热阱系统13进行冷却，操作简单易行，风险可控。

如图3所示，在本实施例中，反应堆冷却剂循环回路1和热量导出循环回路2还包括压力容器401，蒸汽发生器403，其他必需的公共用户405；常规冷链热阱系统13具体包括设备冷却水泵131和设备冷却水换热器132。

热循环具体过程包括：在容积控制泵15的控制作用和调节阀组件122的调节作用下，反应堆冷却剂主泵11产生的热量经过压力容器401之后，一部分经过蒸汽发生器403然后回到反应堆冷却剂主泵11进行热循环，另一部分热量分流依次流经余热排出泵组件123的热侧、调节阀组件122回流至压力容器401进行热循环。其中，由于余热排出泵组件123包括两个并联的第一余热排出泵1231和第二余热排出泵1232，热量经过余热排出泵组件123的热侧时分别流至第一余热排出泵1231的热侧和第二余热排出泵1232的热侧后汇合，由于第一换热器1211和第一调节阀1221串联之后与第二换热器1212和第二调节阀1222串联之后并联，并且都与第三调节阀并联，热量流经余热排出泵组件123的热侧之后，分流成三部分，第一部分流至第一调节阀1221然后流经第一换热器1211的热侧，第二部分流经第二调节阀1222然后流经第二换热器1212的热侧，第三部分流经第三调节阀1223，三部分热量进行汇合然后回流至压力容器401进行热循环。

在本实施例中，冷循环过程具体包括：反应堆冷却剂主泵11的热量通过反应堆冷却剂主泵11与其冷却器之间设置的换热器传递至设备冷却水泵131和设备冷却水换热器132，然后进入常规冷链热阱系统，即冷却水系统(cws)进行冷却，冷却水系统(cws)中的冷却水流回反应堆冷却剂主泵11的冷却器构成冷循环；与反应堆冷却剂主泵11的冷却器并联的其他必需的公共用户405产生的热量直接传递至设备冷却水泵131和设备冷却水换热器132，然后进入cws进行冷却，cws中的冷却水回流至其他必需的公共用户405构成冷循环；同时第一余热排出泵1231、第二余热排出泵1232分别通过各自冷侧和热侧之间设置的换热器将热量传递至设备冷却水泵131和设备冷却水换热器132，然后进入cws进行冷却，cws中的冷却水分别回流至第一余热排出泵1231、第二余热排出泵1232的冷侧构成冷循环；第一换热器1211直接将其热侧的热量交换至冷侧并传递至设备冷却水泵131和设备冷却水换热器132然后进入cws进行冷却，cws中的冷却水回流至第一换热器1211的冷侧构成冷循环；而第二换热器1212直接将其热侧的热量交换至冷侧并传递至多样化热阱系统14，经多样化热阱系统14冷却后的冷却水回流至第二换热器1212的冷侧构成冷循环。

实施例二

如图4所示，本发明实施例二提供了一种核电站多样化热阱系统传热性能试验方法，包括如下步骤：

s1、启动反应堆冷却剂主泵11，所述反应堆冷却剂主泵11通过自身机械功率发热为所述反应堆冷却剂循环回路1提供热量，具体地，通过容积控制泵15向反应堆冷却剂循环回路1中注入压力，并同时调节余热排出系统12的调节阀组件122，使所述反应堆冷却剂循环回路1保持预设压力从而使所述反应堆冷却剂主泵11正常运行。

s2、所述反应堆冷却剂主泵11直接将提供的部分热量传递给热量导出循环回路2的常规冷链热阱系统13，同时余热排出系统12接收部分所述反应堆冷却剂主泵11提供的热量并分别将接收的热量传递给所述常规冷链热阱系统13和多样化热阱系统14。

具体地，反应堆冷却剂循环回路1和所述热量导出循环回路2均以水为热量传导介质，所述反应堆冷却剂主泵11内设置有用于进行热量传递和交换的换热器，使得反应堆冷却剂主泵11能够将提供的部分热量传递给热量导出循环回路2的常规冷链热阱系统13。

为了使反应堆冷却剂主泵11正常运行，必须使反应堆冷却剂循环回路1维持启动反应堆冷却剂主泵11运行的压力，因此反应堆冷却剂循环回路1还包括容积控制泵15，与所述反应堆冷却剂循环回路1连通，用于调节所述反应堆冷却剂循环回路1的压力在预设压力范围，如向反应堆冷却剂循环回路1中注入压力，使反应堆冷却剂循环回路1的预设压力大于反应堆冷却剂主泵11启动所需压力，但是如果反应堆冷却剂循环回路1压力过高，会导致需要启动另一反应堆冷却剂循环回路冷却蒸汽发生器，因此需要使反应堆冷却剂循环回路1的预设压力大于反应堆冷却剂主泵11启动所需压力的同时小于所述反应堆冷却剂主泵11启动所需压力的1.2倍，以维持反应堆冷却剂主泵11的正常运行以给反应堆冷却剂循环回路提供需要的热量并且不需要启动其他额外的组件。

实施例三

如图5所示，步骤s2具体包括以下同时进行的步骤：

s21、所述反应堆冷却剂主泵11直接将提供的部分热量传递给热量导出循环回路2的常规冷链热阱系统13；

s22、所述余热排出系统12的第一换热器1211接收部分所述反应堆冷却剂主泵11提供的热量并传递给所述常规冷链热阱系统13以冷却；

s23、所述余热排出系统12的第二换热器1212接收部分所述反应堆冷却剂主泵11提供的热量并传递给所述多样化热阱系统14以冷却。

当多样化热阱系统14出现故障时，调节余热排出系统12的调节阀组件122，使得第二换热器1212接收不到热量，反应堆冷却剂主泵11产生的全部热量由常规冷链热阱系统13进行冷却，操作简单易行，风险可控。

综上所述，本申请方案相对于现有技术至少具有以下有益技术效果：利用rcs泵作为mhss系统性能试验的热源；利用容积控制泵维持一回路压力处于适当的范围；利用rhrs系统配置，控制传递给mhss系统的热负荷；利用ccws的冗余系列配置，冷却除rhrs换热器之外试验必须的其他用户，保障试验出现意外时的核电站设备安全；最终实现在不增加额外设备的前提下，在核电站装载核燃料之前实现mhss系统的性能试验，操作简单易行，风险可控的特点。

根据上面的描述，上述核电站多样化热阱系统传热性能试验系统用于实施上述核电站多样化热阱系统传热性能试验方法，所以，该系统的实施方式与上述方法的一个或多个实施方式相同，在此就不再一一赘述了。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。