专利名称:带蓄水钢管柱的非能动双层安全壳的制作方法
技术领域：
本实用新型属于核电安全结构设计技术领域：
，具体涉及一种带蓄水钢管柱的非能动双层安全壳。
背景技术：
安全壳/屏蔽厂房是核电厂最重要的构筑物，其主要功能是在假想的设计基准事故后，承受内压，包容气载放射性释放物，并在正常运行期间为反应堆堆芯和冷却剂系统提供屏障。同时，安全壳/屏蔽厂房也是反应堆的热力边界，具有将设计基准事故后产生的热量排入大气、防止超压的功能。
目前较为流行的安全壳/屏蔽厂房的类型主要包括带钢衬里的预应力混凝土安全壳、由预应力混凝土安全壳和普通混凝土安全壳组成的双层安全壳和由钢安全壳与钢筋/预应力钢筋混凝土屏蔽厂房共同组成的双层安全壳。我国的秦山一期便是采用自主设计的带钢衬里的预应力混凝土安全壳。采用法国技术的EPR核电厂和采用俄罗斯技术的VVER核电厂采用了由预应力混凝土安全壳和普通混凝土安全壳组成的双层安全壳。而目前正在大批量兴建的AP1000核电厂，则是采用由钢安全壳与钢筋混凝土屏蔽厂房共同组成的双层安全壳，该安全壳采用了非能动技术，具有更高的可靠性。
AP1000核电厂在基准事故下的安全壳非能动冷却，是通过屏蔽厂房顶部的非能动安全壳冷却水箱所储水的喷淋来进行的。相比以往的安全壳/屏蔽厂房，在热力学性能上，这是一个显著的进步。日本福岛核电危机之所以恶化，便是因为在极端工况下能动冷却失效。但是AP1000核电厂也存在一定的问题:将如此巨大的水箱置于屏蔽厂房的顶部，显然对结构的抗震是不利的。而喷淋系统本身能否在事故状态下顺利开启，也将大大影响系统的可靠性。
中国发明专利03143620.X提出了一种新型的沸水反应堆安全壳，该专利对安全壳内部结构进行了调整，具有一定的创新性。但未对安全壳本身做出重大改进，在余热排出和防止超压方面，未有显著进步。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种带蓄水钢管柱的非能动双层安全壳，以克服现有技术存在的不足。
为达到上述目的，本实用新型所采取的技术方案为:
—种带蓄水钢管柱的非能动双层安全壳，该安全壳包括钢安全壳、外侧板、底板、顶板、上部冷却水箱、上部冷却水、下部进气孔、上部排气孔、空气导流板、流量分配盘；
所述底板坐落于地基上；钢安全壳坐落于底板上；钢安全壳的外侧设置有外侧板，外侧板坐落于底板上；外侧板上设置有顶板，上部冷却水箱坐落于顶板上且位于钢安全壳正上方；上部冷却水储存于上部冷却水箱中；下部进气孔和上部排气孔位于外侧板上；流量分配盘悬挂焊接在顶板上，且位于上部冷却水箱与钢安全壳之间；空气导流板焊接在外侧板内侧。[0010]所述钢安全壳由圆柱筒状的钢安全壳主体及其两端半椭球形的顶封头和底封头 组成，钢安全壳通过底封头与底板连接。[0011]所述钢安全壳主体由均匀排布的蓄水钢管柱及其之间的柱间板组成。[0012]所述蓄水钢管柱中储存有柱间冷却水。[0013]所述蓄水钢管柱的数量为16根，以22.5°间距绕钢安全壳平面中心均匀布置。[0014]所述蓄水钢管柱是由钢材整体灌注而成的带翼缘无缝钢管，其内侧进行防腐处理 后再挂胶。[0015]所述顶封头为由半圆槽型梁、梁间板、顶封头顶板和槽型梁加劲板组成的半椭球 状；半圆槽型梁的下端与相应蓄水钢管柱上端焊接，半圆槽型梁的上端与顶封头顶板焊接， 半圆槽型梁的侧面通过梁间板连接，梁间板的上端与顶封头顶板焊接，梁间板的下端与相 应的柱间板焊接；槽型梁加劲板焊接在半圆槽型梁上，槽型梁加劲板的平面垂直于半圆槽 型梁轴线。[0016]所述外侧板是内部带有不锈钢衬里、施加了环向预应力、具有较强结构承载能力 和辐射屏蔽能力的圆筒状结构。[0017]所述外侧板与底板通过插筋连接。[0018]本实用新型所取得的有益效果为:[0019]本实用新型所述带蓄水钢管柱的非能动双层安全壳利用水和空气的固有物理特 性，采用对流散热的原理，具有良好的余热排出性能，在事故工况下不需外接能源的支持。 与AP1000的非能动冷却相比，本发明增加了柱间冷却水来辅助冷却，大大提高了事故工况 下安全壳的冷却性能，提高了事故工况下的核电站生存能力。本发明的结构设计还可以大 大提高安全壳的结构性能，使钢安全壳的结构形式更加合理，使钢安全壳刚度得以较大提 高，提高了钢安全壳的抗震性能；[0020]普通的安全壳/屏蔽厂房，通过专设的安全系统进行余热排出，而这些安全系统 是需要动力驱动的，在事故工况下，安全系统自身的可靠性存在很大问题。而本发明通过水 的热对流的固有物理特性进行余热排出，可靠性更高；[0021]AP1000的安全壳/屏蔽厂房通过屏蔽厂房顶部的非能动安全壳冷却水箱所储存 的水的喷淋来进行余热排出。本发明使用上部冷却水箱和钢管柱进行蓄水，蓄水量更大，即 使在事故工况下上部冷却水箱阀门无法打开，也可以通过柱间冷却水的蒸发实现一定程度 的非能动冷却；[0022]呈环状分布的钢管柱群形成筒群结构，大大有利于结构安全性。
[0023]图1为本实用新型所述带蓄水钢管柱的非能动双层安全壳纵剖面图；[0024]图2为钢安全壳纵剖面图；[0025]图3为钢安全壳主体横截面图；[0026]图4为钢安全壳顶封头俯视图；[0027]图中:1、钢安全壳；2、柱间冷却水；3、安全壳内部结构；4、外侧板；5、底板；6、顶 板；7、上部冷却水箱；8、上部冷却水；9、下部进气孔；10、上部排气孔；11、空气导流板；12、流量分配盘；13、钢安全壳主体；14、顶封头；15、底封头；16、蓄水钢管柱；17、柱间板；18、 半圆槽型梁；19、梁间板；20、顶封头顶板；21、槽型梁加劲板。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。[0029]如图1所示，本实用新型所述带蓄水钢管柱的非能动双层安全壳包括钢安全壳1、 柱间冷却水2、外侧板4、底板5、顶板6、上部冷却水箱7、上部冷却水8、下部进气孔9、上部 排气孔10、空气导流板11、流量分配盘12 ；[0030]底板5坐落于地基上；钢安全壳I坐落于底板5上；钢安全壳I的外侧设置有外侧 板4，外侧板4坐落于底板5上,外侧板4与底板5通过插筋连接；外侧板4上设置有顶板 6，上部冷却水箱7坐落于顶板6上且位于钢安全壳I正上方；上部冷却水8储存于上部冷 却水箱7中；下部进气孔9和上部排气孔10位于外侧板4上；流量分配盘12悬挂焊接在顶 板6上，且位于上部冷却水箱7与钢安全壳I之间；空气导流板11焊接在外侧板4内侧；[0031]如图2所示，所述钢安全壳I由圆柱筒状的钢安全壳主体13及其两端半椭球形的 顶封头14和底封头15组成，其主体部分直径约为40m，总高度约为60m，各部分所用钢材厚 度约为4.5cm ;钢安全壳I通过钢安全壳底封头15与底板5连接；[0032]如图3所示，所述钢安全壳主体13由均匀排布的蓄水钢管柱16及其之间的柱间 板17组成；柱间冷却水2储存于蓄水钢管柱16中；所述蓄水钢管柱16的数量为16根，以 22.5°间距绕钢安全壳I平面中心均匀布置；蓄水钢管柱16是由钢材整体灌注而成的带翼 缘无缝钢管，翼缘的目的是便于与柱间板17焊接；蓄水钢管柱16直径为lm，其内侧进行防 腐处理后再挂胶，以防锈蚀。[0033]如图4所示，所述顶封头14为由半圆槽型梁18、梁间板19、顶封头顶板20和槽型 梁加劲板21组成的半椭球状；半圆槽型梁18的下端与相应蓄水钢管柱16上端焊接，半圆 槽型梁18的上端与顶封头顶板20焊接，半圆槽型梁18的侧面通过梁间板19连接，梁间板 19的上端与顶封头顶板20焊接，梁间板19的下端与相应的柱间板17焊接；槽型梁加劲板 21焊接在半圆槽型梁18上，槽型梁加劲板21的平面垂直于半圆槽型梁18轴线。[0034]所述外侧板4的内径比钢安全壳I的直径大3m，外径比内径大2.2m左右，高度(从 底板5的顶面算起)约为55m ;所述外侧板4是内部带有不锈钢衬里、施加了环向预应力、具 有较强结构承载能力和辐射屏蔽能力的圆筒状结构；所述上部冷却水箱7支撑于顶板6上， 采用钢板混凝土结构，钢板厚度取4.5cm，其容量约为3000吨；所述柱间冷却水2是注入蓄 水钢管柱16的冷却用淡水；所述安全壳内部结构3是指坐落于钢安全壳I内的各种结构和 设备；所述底板5的主要作用是作为双层安全壳的基础，并防止事故工况下放射性物质向 地下扩散；所述顶板6作为钢安全壳I上侧的屏蔽，并支撑上部冷却水箱7 ;所述上部冷却 水箱7支撑于顶板6上，用于储存上部冷却水8 ;所述上部冷却水8位于上部冷却水箱7内， 用于事故工况下的非能动冷却；所述下部进气孔9，事故工况下用于导入冷空气；所述上部 排气孔10，事故工况下用于排出热空气；所述空气导流板11，事故工况下用于引导空气的 流向；所述流量分配盘12，事故工况下用于分配上部冷却水；[0035]本实用新型使用时，先布置底板5的钢筋和模板，将钢安全壳I的底封头15与底 板5的钢筋牢固连接，随后浇注底板5混凝土 ；之后再按各部件的连接关系，分层逐步建造。当本实用新型按前述连接顺序建造完成后，向蓄水钢管柱16和上部冷却水箱7分别注入柱 间冷却水2和上部冷却水8。在事故工况下，上部冷却水箱7的阀门开启，上部冷却水8通 过流量分配盘12均匀喷洒在钢安全壳I上，同时，柱间冷却水2开始蒸发，生成水蒸汽。在 空气导流板11引导下，冷空气从下部引入，带走水蒸气，水蒸气从上部排气孔10和上部冷 却水箱7间的空隙排出，并带走余热。通过水和空气的固有物理特性，本实用新型可以快速 将事故工况下生成的余热排入大气中，从而减少熔芯等特大事故发生的概率。
权利要求
1.一种带蓄水钢管柱的非能动双层安全壳，其特征在于:该安全壳包括钢安全壳(I)、 外侧板(4)、底板(5)、顶板(6)、上部冷却水箱(7)、上部冷却水(8)、下部进气孔(9)、上部 排气孔(10)、空气导流板(11)、流量分配盘(12)；所述底板(5)坐落于地基上；钢安全壳(I)坐落于底板(5)上；钢安全壳(I)的外侧设 置有外侧板(4)，外侧板(4)坐落于底板(5)上；外侧板(4)上设置有顶板(6),上部冷却水 箱(7 )坐落于顶板(6 )上且位于钢安全壳(I)正上方；上部冷却水(8 )储存于上部冷却水箱(7)中；下部进气孔(9)和上部排气孔(10)位于外侧板(4)上；流量分配盘(12)悬挂焊接 在顶板(6)上，且位于上部冷却水箱(7)与钢安全壳(I)之间；空气导流板(11)焊接在外侧 板(4)内侧。
2.根据权利要求
1所述的带蓄水钢管柱的非能动双层安全壳，其特征在于:所述钢安 全壳(I)由圆柱筒状的钢安全壳主体(13)及其两端半椭球形的顶封头(14)和底封头(15) 组成，钢安全壳(I)通过底封头(15 )与底板(5 )连接。
3.根据权利要求
2所述的带蓄水钢管柱的非能动双层安全壳，其特征在于:所述钢安 全壳主体(13)由均匀排布的蓄水钢管柱(16)及其之间的柱间板(17)组成。
4.根据权利要求
3所述的带蓄水钢管柱的非能动双层安全壳，其特征在于:所述蓄水 钢管柱(16)中储存有柱间冷却水(2)。
5.根据权利要求
3所述的带蓄水钢管柱的非能动双层安全壳，其特征在于:所述蓄水 钢管柱(16)的数量为16根，以22.5°间距绕钢安全壳(I)平面中心均匀布置。
6.根据权利要求
3所述的带蓄水钢管柱的非能动双层安全壳，其特征在于:所述蓄水 钢管柱(16)是由钢材整体灌注而成的带翼缘无缝钢管，其内侧进行防腐处理后再挂胶。
7.根据权利要求
3所述的带蓄水钢管柱的非能动双层安全壳，其特征在于:所述顶封 头(14)为由半圆槽型梁(18)、梁间板(19)、顶封头顶板(20)和槽型梁加劲板(21)组成的 半椭球状；半圆槽型梁(18)的下端与相应蓄水钢管柱(16)上端焊接，半圆槽型梁(18)的上 端与顶封头顶板(20)焊接，半圆槽型梁(18)的侧面通过梁间板(19)连接，梁间板(19)的 上端与顶封头顶板(20)焊接，梁间板(19)的下端与相应的柱间板(17)焊接；槽型梁加劲板(21)焊接在半圆槽型梁(18)上，槽型梁加劲板(21)的平面垂直于半圆槽型梁(18)轴线。
8.根据权利要求
1所述的带蓄水钢管柱的非能动双层安全壳，其特征在于:所述外侧 板(4)是内部带有不锈钢衬里、施加了环向预应力、具有较强结构承载能力和辐射屏蔽能力 的圆筒状结构。
9.根据权利要求
1所述的带蓄水钢管柱的非能动双层安全壳，其特征在于:所述外侧 板(4 )与底板(5 )通过插筋连接。
专利摘要
本实用新型属于核电安全结构设计技术领域：
，具体涉及一种带蓄水钢管柱的非能动双层安全壳。所述底板坐落于地基上；钢安全壳坐落于底板上；钢安全壳的外侧设置有外侧板，外侧板坐落于底板上；外侧板上设置有顶板，上部冷却水箱坐落于顶板上且位于钢安全壳正上方；上部冷却水储存于上部冷却水箱中；下部进气孔和上部排气孔位于外侧板上；流量分配盘悬挂焊接在顶板上，且位于上部冷却水箱与钢安全壳之间；空气导流板焊接在外侧板内侧。本实用新型提高了事故工况下安全壳的冷却性能及核电站生存能力；还可以大大提高安全壳的结构性能，使钢安全壳的结构形式更加合理，使钢安全壳刚度得以较大提高，提高了钢安全壳的抗震性能。
文档编号G21C15/02GKCN203070784SQ201320016652
公开日2013年7月17日 申请日期2013年1月14日
发明者程书剑, 夏祖讽, 李彦锋, 黄小林, 马云飞 申请人:上海核工程研究设计院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan