一种地下核电站洞室型安全壳非能动冷却系统的制作方法

本发明涉及核电技术，尤其是涉及一种地下核电站洞室型安全壳非能动冷却系统。

背景技术：

随着世界核能技术应用的发展，核设施的安全性要求越来越高，公众对核设施建设的表决权也越来越高。这就需要从技术上提高核设施的固有安全性，降低极端事故下放射性向环境中大规模释放的概率，保证人民群众的生命财产安全。

地下核电站将反应堆等带有放射性的装置置于地下，为核设施增加了除常规安全措施外的又一道固有安全屏障——岩体屏障。利用地下洞室的岩体屏障的包容性，更利于放射性物质扩散的防控，更容易从设计上实现实际消除大量放射性物质释放的可能性。因此，地下核电站从设计上具备简化安全壳系统的可能性。地下核电站洞室型安全壳利用反应堆厂房洞室替代现有地面核电站安全壳，并利用钢衬里实现反应堆厂房洞室的密封性，实现放射性包容的功能。但与地面三代核电站相比，由于钢衬里外壁面紧贴洞室围岩衬砌，难以利用类似三代核电的非能动安全壳冷却系统对事故工况下的钢制安全壳外侧进行降温降压。

为实现地下核电站洞室型安全壳的冷却功能，以满足事故工况下为安全壳降温降压防止其密封失效的需求，需要针对地下核电站洞室型安全壳的特征专门设计安全壳冷却系统。部分设计提出潜热型地下核电站安全壳冷却系统，将雾化的液滴作为冷源喷入安全壳内，由于雾化后的液滴与安全壳内高温环境有了更大的接触面积，使得液滴气化从而使安全壳降温，并利用热交换器冷却带走安全壳内热量。但由于热交换器系统响应时间一般较长，当事故工况下将液滴喷入安全壳后，液滴迅速气化将导致安全壳内压力急剧增加，带来安全壳瞬时失效的风险。还有一部分设计采用非能动热管作为安全壳的冷源，但热管是利用工作溶剂的自然循环换热，一般作为长期低效的热交换器；若核电站安全事故时其换热效率很满足安全需求。因此，设计一种安全、高效、稳定的地下核电站安全壳冷却系统作为地下核电站专设安全设施是十分必要的。

技术实现要素：

为解决以上问题，本发明提供了一种安全、高效、稳定的地下核电站洞室型安全壳非能动冷却系统，以满足地下洞室型安全壳在事故工况下的降温降压功能需求。

本发明采用的技术方案是：一种地下核电站洞室型安全壳非能动冷却系统，包括提供冷却水的冷却水源、设置在安全壳钢衬里外侧壁面上冷却水管和与冷却水管排水口连通的排水管，其特征在于：所述冷却水源包括应急冷却水源和长期冷却水源，所述应急冷却水源所处水池底部标高高于地下洞室型安全壳顶部标高，且常年保持水装量，通过至少两段独立的主给水管与冷却水管相连；所述长期冷却水源为地下核电站洞室群疏排水系统中标高高于安全壳顶部标高的排水洞中的疏排水，通过至少两段独立长期给水管与冷却水管相连；所述排水管与地下核电站排水系统连通。

作为优选，所述冷却水管以网状或环绕状的方式均匀铺设在安全壳钢衬里外表面。

进一步的，所述冷却水管以串联加并联的混联方式连接设置。

更进一步的，所述主给水管和长期给水管的进水口处均设有电动阀和逆止阀。

更进一步的，所述冷却水管的进水口处和出水口处均设有放射性检测设备。

更进一步的，所述冷却水管管壁上设置有用于增强冷却水管承载力的加强筋条。

更进一步的，所述排水管进水口处设置有电动调节阀。

作为优选，所述应急冷却水源处设置有用于监测水位的水位监测系统和用于监测水质的水质检测系统。

本发明取得的有益效果是：

1)、本发明利用布置在洞室型安全壳钢衬里外表面的冷却水管将安全壳内温度传递给冷却水，通过调控冷却水流量、流速实现系统冷却能力的调节，优化换热，从而保证事故工况下的安全壳不因超温超压而失效，解决了地下核电站洞室型安全壳外的冷却功能；

2)、本发明利用应急冷却水源和长期冷却水源，分别可实现事故工况下大流量的用水需求和事故中后期的长期冷却小流量用水需求，并将应急冷却水源和长期冷却水源位置标高设计为高于安全壳顶部标高，即使在全厂断电工况下，系统依然可以利用重力实现安全壳的非能动冷却，确保安全壳事故工况下不超压；

3)、本发明中冷却水管进水口处与出水口处均设置有放射性检测设备，可根据放射性检测信号位置确定放射性物质是由水源而来还是由于安全壳钢衬里及冷却水管开裂导致的放射性泄漏。当检测到放射性物质时，可迅速关闭洞室型安全壳非能动冷却系统，防止放射性造成进一步冷却水污染，避免冷却水进入周围岩体中污染地下水；

4)、本发明中排水管冷却水进水口处设置有电动调节阀可满足安全壳低冷却需求时的蓄水冷却，从而减小所需用水量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中：1a、应急冷却水源；1b、长期冷却水源2a、主给水管；2b、长期给水管；3、冷却水管；3a、加强筋条；4、排水管；4a、电动调节阀；5a、电动阀；5b、逆止阀；6a、水位监测系统及水质检测系统；6b、放射性检测设备；7、安全壳钢衬里；8、地下核电站排水系统；9、地下核电站洞室群疏排水系统；9a、排水洞；10、锚杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，本发明的一种地下核电站洞室型安全壳非能动冷却系统，包括冷却水源、给水管、冷却水管3、排水管4及各部件中相关的控制系统和检测系统等。冷却水源的冷却水沿着给水管到达冷却水管3；冷却水管3位于安全壳钢衬里7外侧壁面上，并与钢衬里7外壁有一定的接触面积；冷却水在冷却水管3中流动时能够通过对流、导热等常见的传热方式将安全壳内的热量带走，以降低安全壳内部温度，从而降低安全壳内压力；升温后的冷却水通过排水管4排放至地下核电站排水系统8。

本实施例中，冷却水源包括应急冷却水源1a和长期冷却水源1b，应急冷却水源1a所处水池底部标高应高于地下洞室型安全壳顶部标高，应急冷却水源1a设置有水位监测系统及水质检测系统6a；应急冷却水源1a应常年保持一定的水装量。长期冷却水源1b为地下核电站洞室群疏排水系统9中标高高于安全壳顶部标高的排水洞9a中的疏排水；疏排水通过汇集、过滤处理等必要的措施后，可由长期给水管2b并入主给水管2a，从而进入冷却水管3以冷却安全壳。

本实施例中，给水管至少包括两段主给水管2a和两段长期给水管2b等；两段主给水管2a是两段互为冗余备用的独立给水管线，主给水管2a进水口处设置阀门组，包括电动阀5a和逆止阀5b；两段长期给水管2b互为冗余备用的独立给水管线，分别通过三通管件接入两根主给水管2a中；长期给水管2b入口设置阀门组，包括电动阀5a和逆止阀5b；主给水管2a接入冷却水管3中。

本实施例中，冷却水管3以网状、环绕状或其他方式铺设在洞室型安全壳钢衬里7外表面锚杆10之间，处于压力容器法兰口标高以上部分，冷却水管3为串联加并联的混联方式连接设置，以满足多条冷却水通路的功能，防止局部冷却水管3堵塞造成整条冷却水管3冷却功能丧失；冷却水管3固定在钢衬里7外表面并保证两者有一定的接触面积，以满足换热需求；冷却水管3进水口处与出水口处均设置有放射性检测设备6b，以确定冷却水是否携带放射性并确定放射性污染源的位置；冷却水管设置有加强筋条3a，增强冷却水管承载力防止洞室衬砌9挤压力致使其流水截面积减小。

排水管4进水口与冷却水管3出水口相连，出水口连接地下核电站排水系统8；排水管4进水口处设置有电动调节阀4a，可根据所需冷却效果调节水流量。当安全壳所需冷却能力较小时，可间隔地关闭电动调节阀5a，此时冷却水管内会逐步充满冷却水，待冷却水升温带走安全壳热量后可打开阀门排走热水，并再次关闭电动调节阀5a进行蓄水冷却。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要结构特征。本发明不受上述实例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。