本發(fā)明涉及的是一種核安全和熱工水力技術(shù)領(lǐng)域的安全殼，具體地說(shuō)是安全殼的熱量導(dǎo)出系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
安全殼是核電站發(fā)生事故時(shí)，防止放射性物質(zhì)外泄的最后一道安全屏障。在發(fā)生LOCA、MSLB等嚴(yán)重事故時(shí)，安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)必須保證安全殼內(nèi)溫度、壓力不超過(guò)設(shè)計(jì)許用范圍，從而保持安全殼的完整性。目前，美國(guó)AP1000提出的壓水堆核電站非能動(dòng)安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)主要是針對(duì)鋼—混凝土安全殼設(shè)計(jì)的。該方案需要在安全殼上方設(shè)置重力注水箱，并以鋼制安全殼作為事故隔離邊界和熱量導(dǎo)出界面，主要的冷卻方式是液膜蒸發(fā)和空氣自然對(duì)流。而對(duì)于雙層混凝土安全殼來(lái)說(shuō)，由于混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)很低，不能作為熱量導(dǎo)出的界面，因此在安全殼內(nèi)部設(shè)置換熱器是一種可行的方案(CSByun，DWJerng，NETodreas，etal.Conceptualdesignandanalysisofasemi-passivecontainmentcoolingsystemforalargeconcretecontainment.NuclearEngineeringandDesign，2000，199：227-242；SJCho，BSKim，MGKang，etal.ThedevelopmentofpassivedesignfeaturesfortheKoreanNextGenerationReactor.NuclearEngineeringandDesign，2000，201：259-271；SWLee，WPBaek，SHChang.Assessmentofpassivecontainmentcoolingconceptsforadvancedpressurizedwaterreactors.Ann.Nucl.Energy，1997，24(6)：467-475)。依靠外部水箱與內(nèi)部換熱器間的高度差，以自然循環(huán)的方式導(dǎo)出熱量，同時(shí)也將使水箱內(nèi)的水大量蒸發(fā)。可見(jiàn)，上述包括AP1000在內(nèi)的安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中都存在一個(gè)主要的問(wèn)題，就是只能在一段時(shí)間內(nèi)保證安全殼的溫度和壓力不超過(guò)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，提供冷卻的時(shí)間最長(zhǎng)為72小時(shí)，超過(guò)這個(gè)時(shí)限則系統(tǒng)會(huì)因?yàn)樗鋬?nèi)的水被耗盡而失效。72小時(shí)后需依靠外部動(dòng)力重新給水箱注水后才能使系統(tǒng)重新發(fā)揮作用，要想在無(wú)人為干預(yù)的前提下延長(zhǎng)冷卻時(shí)間，則只能靠進(jìn)一步增加水箱的容積來(lái)實(shí)現(xiàn)，但水箱容積的增大又會(huì)使發(fā)生地震時(shí)帶來(lái)的影響大幅增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供不需要提供外部動(dòng)力，可以在事故工況下為安全殼提供長(zhǎng)期的有效冷卻的一種長(zhǎng)期非能動(dòng)安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：本發(fā)明一種長(zhǎng)期非能動(dòng)安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)，其特征是：包括安全殼、內(nèi)部換熱器、冷卻水箱、空冷冷凝-冷卻器，安全殼包括內(nèi)層混凝土安全殼和外層混凝土安全殼，外層混凝土安全殼位于內(nèi)層混凝土安全殼外部，兩者之間存在氣體流通通道，冷卻水箱安裝在外層混凝土安全殼外壁上，內(nèi)部換熱器安裝在內(nèi)層混凝土安全殼內(nèi)，空冷冷凝-冷卻器位于冷卻水箱內(nèi)部，冷卻水箱遠(yuǎn)離外層混凝土安全殼一側(cè)的下部設(shè)置空氣側(cè)入口，冷卻水箱與外層混凝土安全殼接觸一側(cè)的上部設(shè)置空氣側(cè)出口，空冷冷凝-冷卻器的下封頭連通空氣側(cè)入口，空冷冷凝-冷卻器的上封頭連通空氣側(cè)出口，空氣側(cè)出口連通氣體流通通道，外層混凝土安全殼穹頂中部的上方設(shè)有空氣出口，內(nèi)部換熱器的兩端分別通過(guò)上升管路和下降管路連通冷卻水箱。本發(fā)明還可以包括：1、空冷冷凝-冷卻器為無(wú)殼換熱器，在冷卻水箱中傾斜布置，其傳熱管部分至于冷卻水箱的水空間，其余部分至于冷卻水箱的汽空間，下封頭位于傳熱管部分的端部，上封頭位于空冷冷凝-冷卻器另一側(cè)的端部。2、上升管路位于內(nèi)層混凝土安全殼內(nèi)的部分安裝第一內(nèi)部隔離閥，上升管路位于外層混凝土安全殼外的部分安裝第一外部隔離閥，下降管路位于內(nèi)層混凝土安全殼內(nèi)的部分安裝第二內(nèi)部隔離閥，下降管路位于外層混凝土安全殼外的部分安裝第二外部隔離閥。3、還包括水封裝置，水封裝置的上部連接管與冷卻水箱的汽空間連通，水封裝置的下部連接管與冷卻水箱的水空間連通，位于水封裝置和冷卻水箱之間的上部連接管和下部連接管間有管道跨接。4、內(nèi)部換熱器采用外翅片管或整體針翅管，空冷冷凝-冷卻器采用內(nèi)翅片管或內(nèi)肋管。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于：在發(fā)生LOCA、MSLB等事故時(shí)，能夠?yàn)榘踩珰ぬ峁╅L(zhǎng)期冷卻，保證安全殼內(nèi)溫度、壓力不超過(guò)設(shè)計(jì)限值，從而保持安全殼的完整性。該裝置可實(shí)現(xiàn)：(1)在事故工況下，內(nèi)部換熱器與水箱之間可以直接通過(guò)單相水和汽水混合物之間的密度差產(chǎn)生自然循環(huán)，不需要人為干預(yù)；(2)空冷冷凝-冷卻器與外部大氣之間可實(shí)現(xiàn)空氣自然循環(huán)，及時(shí)排走水箱內(nèi)的熱量，大大延長(zhǎng)熱量導(dǎo)出系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間，當(dāng)水箱內(nèi)熱量的增加值小于等于空冷冷凝-冷卻器的換熱功率時(shí)，則系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)安全殼內(nèi)的長(zhǎng)期冷卻。(3)空冷冷凝-冷卻器可以同時(shí)對(duì)冷卻水箱內(nèi)的水和蒸汽進(jìn)行冷卻，顯著減少冷卻水的消耗，提高冷卻水的利用率，大幅減小冷卻水箱的水裝量。(4)空冷冷凝-冷卻器可以對(duì)冷卻水箱內(nèi)的水進(jìn)行冷卻，使水溫下降，從而使下降管路和上升管路內(nèi)的密度差增加，自然循環(huán)驅(qū)動(dòng)力加大，內(nèi)部換熱器的冷卻水流量增加，換熱器換熱功率提高，可以更有效的導(dǎo)出安全殼內(nèi)的熱量。(5)水封裝置的設(shè)置可以避免冷卻水箱受到外部環(huán)境的污染，也可以在水箱內(nèi)壓力較高時(shí)自動(dòng)打開(kāi)，避免冷卻水箱超壓破壞。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述：結(jié)合圖1，本發(fā)明一種長(zhǎng)期非能動(dòng)安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括內(nèi)部換熱器1、上升管路2、下降管路3、隔離閥4、5、冷卻水箱6、空冷冷凝-冷卻器7和水封裝置8。其中，內(nèi)部換熱器1位于內(nèi)層混凝土安全殼12內(nèi)靠近側(cè)壁的上部空間；冷卻水箱6位于外層混凝土安全殼13的外側(cè)，相對(duì)位置高于內(nèi)部換熱器，與內(nèi)部換熱器之間分別通過(guò)上升管路2和下降管路3相連，構(gòu)成閉合回路；空冷冷凝-冷卻器7為無(wú)殼換熱器，位于冷卻水箱6的內(nèi)部，傾斜布置，傳熱管一部分置于水空間，另一部分置于汽空間，用于冷卻水箱內(nèi)的水和蒸汽，顯著減少冷卻水的消耗量，大幅延長(zhǎng)熱量導(dǎo)出系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)安全殼的長(zhǎng)期冷卻；冷凝-冷卻器空氣側(cè)入口9開(kāi)于水箱側(cè)壁靠近底面位置，通過(guò)管道聯(lián)通外部大氣環(huán)境與空冷冷凝-冷卻器7的下封頭；冷凝-冷卻器空氣側(cè)出口10開(kāi)于水箱側(cè)壁靠近上表面的位置，通過(guò)管道聯(lián)通空冷冷凝-冷卻器7的上封頭和內(nèi)層混凝土安全殼12與外層混凝土安全殼13構(gòu)成的環(huán)形空間。內(nèi)部換熱器1使用高效強(qiáng)化傳熱管，如外翅片管、整體針翅管等，來(lái)提高傳熱效率；外部空氣冷凝-冷卻器7使用高效強(qiáng)化傳熱管，如內(nèi)翅片管、內(nèi)肋管等，來(lái)提高傳熱效率，減小換熱器體積。在上升管路2和下降管路3上，均設(shè)有內(nèi)部和外部隔離閥組4，5，防止非能動(dòng)熱量導(dǎo)出系統(tǒng)因管路破損帶來(lái)的放射性物質(zhì)外泄。冷卻水箱6的側(cè)壁連接有水封裝置8，在非運(yùn)行工況時(shí)將冷卻水箱6與外部環(huán)境隔離，避免水箱中的水受到污染，進(jìn)而導(dǎo)致管道發(fā)生阻塞；在事故工況時(shí)，冷卻水箱6由于工質(zhì)被加熱而壓力上升，從而打破水封，使冷卻水箱6經(jīng)由水封裝置8與外部大氣聯(lián)通。水封裝置8的上部連接管與冷卻水箱6的氣空間聯(lián)通，下部連接管與冷卻水箱6的水空間聯(lián)通，上、下連接管間有管道跨接。在外層混凝土安全殼13穹頂中部的上方設(shè)有空氣出口11，起到引導(dǎo)雙層安全殼間空氣流動(dòng)的作用，使空氣由冷凝-冷卻器入口9流經(jīng)空冷冷凝-冷卻器7和空冷冷凝-冷卻器出口10后，由空氣出口11流出，從而與外部大氣環(huán)境構(gòu)成空氣自然循環(huán)，為空冷冷凝-冷卻器7提供足夠的空氣流量。該系統(tǒng)在安全殼內(nèi)采用多組布置及冗余布置的方案，以提高系統(tǒng)的固有安全性。本發(fā)明的工作原理如下：當(dāng)反應(yīng)堆主管道發(fā)生斷裂或主蒸汽管道發(fā)生破裂時(shí)，會(huì)有大量蒸汽被釋放進(jìn)入安全殼，并與安全殼內(nèi)的空氣混合，使安全殼內(nèi)的溫度和壓力升高。當(dāng)安全殼內(nèi)的壓力達(dá)到某一閾值時(shí)，安全殼內(nèi)的壓力傳感器會(huì)將高壓信號(hào)發(fā)送至電站主控制室，啟動(dòng)安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)。當(dāng)安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)啟動(dòng)后，冷卻水箱內(nèi)的水由下降管路3流入內(nèi)部換熱器1，并逐步被加熱升溫，下降管路和上升管路內(nèi)的水依靠密度差產(chǎn)生自然循環(huán)，將安全殼內(nèi)的熱量導(dǎo)入冷卻水箱，使冷卻水箱6內(nèi)的溫度上升，空冷冷凝-冷卻器隨之啟動(dòng)運(yùn)行，空氣由冷凝-冷卻器空氣側(cè)入口9進(jìn)入空冷冷凝-冷卻器7，充分換熱后由冷凝-冷卻器空氣側(cè)出口10流出，經(jīng)內(nèi)層混凝土安全殼12和外層混凝土安全殼13的環(huán)形空間，最終由空氣出口11排入大氣，實(shí)現(xiàn)空氣自然循環(huán)，帶走冷卻水箱內(nèi)的熱量。在事故發(fā)生的初期，由于排入安全殼內(nèi)的蒸汽量較大，使得安全殼內(nèi)溫度上升很快，由內(nèi)部換熱器導(dǎo)入冷卻水箱的熱量可能高于空冷冷凝-冷卻器7的換熱功率，使得冷卻水箱6內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，水箱內(nèi)壓力升高，當(dāng)水箱壓力高于水封裝置8的開(kāi)啟壓力時(shí)，水封裝置自動(dòng)打開(kāi)，冷卻水箱6直接對(duì)空排放，泄壓后水封重新建立，隔離冷卻水箱6和外部環(huán)境。在事故中后期，排入安全殼內(nèi)的蒸汽量逐漸趨于穩(wěn)定或隨著時(shí)間的增加而減少。此時(shí)，內(nèi)部換熱器導(dǎo)入冷卻水箱的熱量將小于等于空冷冷凝-冷卻器7的換熱能力，空冷冷凝-冷卻器7對(duì)冷卻水箱6內(nèi)的剩余水和上部蒸汽進(jìn)行有效的冷卻和冷凝，避免冷卻水的損耗，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)安全殼內(nèi)的長(zhǎng)期冷卻，大大提高了安全殼的安全性。