一种基于真空腔室的压力容器冷却系统的制作方法

本发明涉及小型反应堆技术领域，具体涉及一种基于真空腔室的压力容器冷却系统。

背景技术

反应堆发生严重事故后，高温熔融物落入下腔室内，对下封头产生巨大的热负荷，进而可能导致下封头失效，放射性产物大量释放。为了防止放射性产物的释放，目前会采用压力容器外部冷却技术，通过冷却压力容器下封头，实现熔融物堆内滞留，进而实际消除大量放射性释放的重要方法。

压力容器外部冷却技术在陆上先进压水堆电站如ap1000、华龙一号中已经得到了应用，并得到了广泛的认可。在ap1000电站中，当外部冷却策略开始后，冷却水注入到反应堆堆腔中，并通过保温层内的冷却通道冷却压力容器外壁面。基于真空腔室的压力容器冷却系统与陆地电站在设计和建造中存在差别，其压力容器外部没有陆上堆所具有的典型堆腔结构，且其保温层与压力容器壁面间也没有专用的冷却通道，实现外部冷却存在一定的困难。

有鉴于此，急需对现有的基于真空腔室的压力容器冷却系统的结构进行改进，以提高冷却效果。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有的基于真空腔室的压力容器冷却系统冷却效果差问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种基于真空腔室的压力容器冷却系统，包括：

不锈钢外筒，设置在压力容器的外周，并与压力容器之间形成真空腔；

屏蔽层，设置在所述不锈钢外筒的外围，进水管和出水管分别穿过所述屏蔽层与所述真空腔相通；

钢质安全壳，所述钢质安全壳外周设有冷却水源，通过管道连通到所述钢质安全壳的内侧，所述不锈钢外筒和所述屏蔽层固定在所述钢质安全壳内，所述管道、所述进水管和所述出水管上分别对应设有电磁阀，各所述电磁阀通过控制模块启动。

在另一个优选的实施例中，所述屏蔽层和所述不锈钢外筒之间设有保温层。

在另一个优选的实施例中，所述压力容器高出所述不锈钢外筒的顶面，所述不锈钢外筒、所述保温层和所述屏蔽层等高。

在另一个优选的实施例中，所述进水管、所述出水管分别设置在所述不锈钢外筒的下部、上部，所述管道的高度在所述进水管和所述出水管之间。

在另一个优选的实施例中，所述钢质安全壳的顶部为弧形，所述钢质安全壳的高度为所述不锈钢外管的高度的3～5倍。

在另一个优选的实施例中，所述外部水源内部的液位高度为所述真空腔的两倍。

在另一个优选的实施例中，所述压力容器设置在远离所述管道的一侧。

与现有技术相比，本发明，能在发生反应堆正常运行工况下保证压力容器的保温效果，在发生严重事故后实现对压力容器壁面的外部冷却，避免压力容器的失效和放射性产物的大量释放，采用循环冷却方式，节省能源，利用率高。

附图说明

图1为本发明的真空腔室的结构示意图；

图2为本发明在严重事故下的工作流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于真空腔室的压力容器冷却系统，正常运行工况下保证压力容器的保温效果，在发生严重事故后实现对压力容器壁面的外部冷却。下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细说明。

如图1所示，本发明提供的一种基于真空腔室的压力容器冷却系统，包括不锈钢外筒20、屏蔽层30和钢质安全壳70。不锈钢外筒20设置在压力容器10的外周，并与压力容器10之间形成真空腔60。屏蔽层30设置在不锈钢外筒20的外围，进水管11和出水管12分别穿过屏蔽层30与真空腔60相通。钢质安全壳70外周设有冷却水源，通过管道72连通到钢质安全壳70的内侧，不锈钢外筒20和屏蔽层30固定在钢质安全壳70内，管道72、进水管11和出水管12上分别对应设有电磁阀，各电磁阀通过控制模块启动。电磁阀具有可远程操作、灵敏度高的优点，并且安装简单易维护，适合应用在钢质安全壳70内。

如图2所示，在严重事故发生后，打开进水管11和出水管12的电磁阀，同时开通外部水源71的管道72，为冷却水提供流动通道。外部水源71进钢质安全壳70内使水位不断升高，底部集聚的冷却水从下部的进水管11进入真空腔60，与压力容器10外壁面接触并对其降温，真空腔60成为冷却通道。由于在严重事故工况特别是熔融物已落入压力容器10下封头内的工况下，压力容器10的外壁面可能维持较高温度。被加热的冷却水或加热形成的蒸汽通过上部的出水管12排出真空腔60并进入到钢质安全壳70内，蒸汽或高温水在钢制安全壳70内壁面冷却回流，重新集聚在钢质安全壳70的底部，作为冷却水再次流入真空腔60，形成自然循环，将热量最终导出至钢质安全壳70的外部。这个自然循环能够将压力容器10外壁面维持在较低温度，从而保持压力容器10的完整性，实现熔融物的堆内滞留，实际消除大量放射性物质释放的后果。

屏蔽层30和不锈钢外筒20之间设有保温层40，保温层40和真空腔60一起，避免压力容器10的高温向外扩散，保证钢质安全壳70内的冷却水不受高温影响。

压力容器10高出不锈钢外筒20的顶面，不锈钢外筒20、保温层40和屏蔽层30等高。在本实施例中，不锈钢外筒20将压力容器10法兰以下部位包裹在内，不锈钢外筒20的上部与压力容器10的外壁相连，并采用不锈钢板封闭，下部固定于安全壳70地板之上，从而形成可抽真空的真空腔60。

进水管11、出水管12分别设置在不锈钢外筒20的下部、上部，管道72的高度在进水管11和出水管12之间。进水管11设置在下部，方便冷却水快速进入，并且管道72的出水口与进水管11形成高度差，防止管道72的水回流。

钢质安全壳70的顶部为弧形，钢质安全壳70的高度为不锈钢外管的高度的3～5倍。弧形的形状能够为蒸汽液化后提供良好的下滑轨迹，将具有较大的散热面，满足热量散发的要求，并且钢质安全壳70的高度足够能满足蒸汽液化空间，提高液化降温能力。钢制安全壳需要一定的高度来保证液化空间和循环能力，但是具体高度可以根据实际需要进行调整，使得与其他设计参数相适应。

外部水源71内部的液位高度为真空腔60的两倍，这种设置可使得外部的冷却水快速进入钢质安全壳70内，并能保证真空腔60的水压不会影响冷却水的流入速度。外部水源71需要一定的水位和水量来保证冷却水的注入和压力容器外部冷却，但是具体水量和水位也可以根据需要进行调整。

压力容器10设置在远离管道72的一侧，避免管道72的入口从出水管12的距离过近，防止冷却水直接与温度较高的水进行直接接触，从而降低整个循环的冷却能力。

本发明的有益效果为：

1.在反应堆正常运行工况下，系统中的真空腔60室可以起到保温作用，维持压力容器10的温度；

2.发生严重事故后，外部水源71可以对压力容器10进行外部冷却，保证压力容器10的完整性，实现熔融物的堆内滞留；

3.进行降温后的水可以采用钢质安全壳70的内壁进行冷却，从而形成自然循环，将堆芯及熔融物的热量导出至安全壳70外，利用率高。

本发明并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。