本公開涉及一種用于在核反應堆正常停機時或當事故發(fā)生時對核反應堆進行停機冷卻(停止冷卻)的停機(停止)冷卻系統(tǒng)以及一種具有該停機(停止)冷卻系統(tǒng)的核設施。

背景技術(shù)：

核反應堆根據(jù)主要設備(蒸汽發(fā)生器、加壓器、泵等)的安裝位置分類成其中主要設備安裝在反應堆容器外的分離式反應堆(例如，商用反應堆：韓國)和其中主要設備安裝在反應堆容器內(nèi)的一體式反應堆(例如，smart反應堆：韓國)。

與一般工業(yè)鍋爐不同，核設施(核電廠)即使在反應堆堆芯通過控制棒關(guān)閉之后也會從反應堆堆芯產(chǎn)生余熱相當長的一段時間。因此，各種安全設施集中安裝在核設施中，以便在發(fā)生事故時通過去除反應堆堆芯的余熱來將反應堆維持在穩(wěn)定狀態(tài)。此外，諸如次級系統(tǒng)、停機冷卻系統(tǒng)等的各種設施在正常反應堆停機運行期間運行。

商用分離式反應堆的蒸汽發(fā)生器與反應堆分開并且安裝在比反應堆高的位置。在商用分離式核設施中，在正常反應堆冷卻操作期間，反應堆冷卻劑系統(tǒng)使用次級系統(tǒng)進行初級冷卻，并且此后初級系統(tǒng)通過使用停機冷卻系統(tǒng)直接注入冷卻水進行冷卻。并且，在商用分離式核設施中，在正常冷卻操作或因事故進行的冷卻操作期間，反應堆冷卻劑系統(tǒng)使用主給水系統(tǒng)或輔助給水系統(tǒng)和次級系統(tǒng)進行初級冷卻，并且此后初級系統(tǒng)通過使用構(gòu)成安全系統(tǒng)的一部分的停機冷卻系統(tǒng)直接注入冷卻水進行冷卻。

諸如smart的一體式反應堆的蒸汽發(fā)生器安裝在反應堆容器內(nèi)并且安裝在高于反應堆堆芯的位置但低于商用分離式核反應堆的蒸汽發(fā)生器的位置的位置。在具有無源余熱去除系統(tǒng)的一體式反應堆中，在正常反應堆冷卻操作期間，反應堆冷卻劑系統(tǒng)使用給水系統(tǒng)和次級系統(tǒng)進行初級冷卻，并且此后初級系統(tǒng)通過使用停機冷卻系統(tǒng)直接注入冷卻水進行冷卻。此外，在一體式反應堆中，在因事故進行的冷卻操作期間，反應堆冷卻劑系統(tǒng)使用無源余熱去除系統(tǒng)和蒸汽發(fā)生器進行初級冷卻，并且此后初級系統(tǒng)通過使用停機冷卻系統(tǒng)直接注入冷卻水進行冷卻。

然而，具有這種結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)的停機冷卻系統(tǒng)設置有直接連接到反應堆容器的管線(或管道)。因此，當管線損壞時，冷卻劑損失事故可能發(fā)生。而且，在現(xiàn)有技術(shù)的停機冷卻系統(tǒng)中，反應堆容器在冷卻操作期間是打開的。因此，為了確保停機冷卻泵的吸頭，停機冷卻泵通常安裝在核設施安全殼建筑物的最下部并且其抽吸部分的管線設計為很好。

對于一體式反應堆，用于將管線連接到反應堆容器的連接管嘴的直徑與管線破裂事故的強度有關(guān)。因此，當管嘴的直徑增大時，消除大的冷卻劑損失事故的效果受到影響，該效果是一體式反應堆的固有特性。因此，通常，一體式反應堆通過減小連接到反應堆容器(反應堆冷卻劑系統(tǒng))的管嘴的直徑并且此后增大連接管線的直徑來滿足吸頭條件。然而，在該一體式反應堆中，由反應堆容器的連接管嘴占據(jù)的流阻非常大，因此存在對減小流阻的限制。因此，通過采用減小停機冷卻系統(tǒng)中的流量的方法來逐漸冷卻反應堆冷卻劑系統(tǒng)的設計得到應用。由于該設計特性，一體式反應堆通常需要比商用反應堆更多的時間來執(zhí)行停機冷卻操作(達到重新加載溫度)。

而且，通常，現(xiàn)有技術(shù)的停機冷卻系統(tǒng)直接連接到反應堆冷卻劑系統(tǒng)。停機冷卻系統(tǒng)此后連接到部件冷卻系統(tǒng)，并且部件冷卻系統(tǒng)接著連接到海水系統(tǒng)。部件冷卻系統(tǒng)安裝在停機冷卻系統(tǒng)與海水系統(tǒng)之間的原因是為了防止直接連接到核反應堆堆芯且因此含有放射性物質(zhì)的反應堆冷卻劑系統(tǒng)的冷卻水直接與海水進行換熱。換言之，中間循環(huán)通道(回路)(部件冷卻系統(tǒng))被提供來防止反應堆冷卻劑系統(tǒng)的冷卻水在換熱器損壞時直接排出到海水。利用這種構(gòu)型，現(xiàn)有技術(shù)的停機冷卻系統(tǒng)需要很多相關(guān)系統(tǒng)和換熱器。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，為了避免這些問題，詳細描述的一方面是提供一種使用蒸汽發(fā)生器的次級流路構(gòu)造以解決現(xiàn)有技術(shù)的停機冷卻系統(tǒng)的限制的停機冷卻系統(tǒng)以及一種具有該停機冷卻系統(tǒng)的核設施。

詳細描述的另一方面是提供一種能夠通過采用壓力控制器來緩解吸頭的停機冷卻系統(tǒng)以及一種具有該停機冷卻系統(tǒng)的核設施。

詳細描述的另一方面是提供一種通過排除使用蒸汽發(fā)生器的次級流路構(gòu)造的部件冷卻系統(tǒng)來簡化，以克服現(xiàn)有技術(shù)的停機冷卻系統(tǒng)的限制的停機冷卻系統(tǒng)以及一種具有該停機冷卻系統(tǒng)的核設施。

為了實現(xiàn)這些及其它優(yōu)點，且根據(jù)本發(fā)明的目的，如本文具體實現(xiàn)且寬泛描述的，有提供一種停機冷卻系統(tǒng)，包括：

蒸汽管線連接部，其連接到蒸汽管線以通過蒸汽管線接收冷卻水，蒸汽管線連接到蒸汽發(fā)生器的出口；停機冷卻換熱器，其用于接收通過蒸汽管線連接部引入停機冷卻系統(tǒng)的冷卻水，并且冷卻在沿蒸汽發(fā)生器的次級流路循環(huán)時被加熱的冷卻水以排出到換熱器通道中；停機冷卻泵，其在反應堆的正常停機時在反應堆冷卻劑系統(tǒng)的初級冷卻之后或在事故發(fā)生時啟動以執(zhí)行反應堆的停機冷卻，從而形成沿蒸汽發(fā)生器和停機冷卻換熱器循環(huán)的冷卻水的循環(huán)流動；以及給水管線連接部，其連接到換熱器通道和連接蒸汽發(fā)生器的入口的給水管線，從而將在停機冷卻換熱器中冷卻的冷卻水沿給水管線供應到蒸汽發(fā)生器。

根據(jù)本文所公開的一個實施例，蒸汽管線連接部可包括連接到蒸汽管線和停機冷卻泵的抽吸管線以及安裝在抽吸管線中的第一閥，第一閥在反應堆的正常運行期間關(guān)閉而在反應堆冷卻劑系統(tǒng)的初級冷卻之后打開。給水管線連接部可包括連接到換熱器通道和給水管線的排出管線以及安裝在排出管線的第二閥，第二閥在反應堆的正常運行期間關(guān)閉而在反應堆冷卻劑系統(tǒng)的初級冷卻之后打開。

停機冷卻系統(tǒng)還可以包括連接通道，該連接通形成連接停機冷卻泵和停機冷卻換熱器的流路，以及止回閥，該止回閥安裝在連接通道中，以防止從停機冷卻換熱器向停機冷卻泵的逆向流動的形成。

停機冷卻系統(tǒng)還可以包括旁通通道，該旁通通道從連接通道分支并連接到排出管線，以控制從停機冷卻泵供應到停機冷卻換熱器的冷卻水的流量。

停機冷卻系統(tǒng)還可以包括再循環(huán)通道，該再循環(huán)通道從換熱器通道分支并連接到抽吸管線，以形成用于將從停機冷卻換熱器排出的冷卻水重新供應到停機冷卻泵的流路。

根據(jù)本文公開的另一實施例，停機冷卻系統(tǒng)還可以包括壓力控制器，該壓力控制器連接到循環(huán)流動的流路，以對循環(huán)流動的流路進行加壓，使得停機冷卻系統(tǒng)的運行壓力保持為高于預設壓力。

壓力控制器可以使用氣體而對循環(huán)流動的流路進行加壓。

壓力控制器可以通過使用加熱器加熱蒸汽而對循環(huán)流動的流路進行加壓。

根據(jù)本文公開的另一個實施例，蒸汽發(fā)生器可以包括管殼式蒸汽發(fā)生器、板式蒸汽發(fā)生器以及管殼式蒸汽發(fā)生器和板式蒸汽發(fā)生器的混合式蒸汽發(fā)生器中的至少一種，該管殼式蒸汽發(fā)生器設置有被配置為外殼和管之一的初級流路以及被配置為外殼和管中的另一個的次級流路，該板式蒸汽發(fā)生器被配置為印刷電路式蒸汽發(fā)生器和板式蒸汽發(fā)生器中的至少一種。

根據(jù)本文公開的另一實施例，停機冷卻換熱器可以包括管殼式蒸汽換熱器和板式換熱器中的至少一種，該管殼式換熱器設置有被配置為外殼和管之一的次級流路以及被配置為外殼和管中的另一個的三級流路，該板式換熱器被配置為印刷電路式蒸汽發(fā)生器和板式蒸汽發(fā)生器中的至少一種。

停機冷卻換熱器的三級流路可以供應有從部件冷卻系統(tǒng)供應的部件冷卻水、從大海供應的海水和從冷卻塔供應的大氣中的至少一種。

根據(jù)本文公開的另一實施例，停機冷卻泵可以是給水泵或輔助給水泵。

此外，為了實現(xiàn)這些方面，本發(fā)明提供一種具有停機冷卻系統(tǒng)的核設施。核設施可以包括蒸汽發(fā)生器，其具有連接到給水管線用于從給水系統(tǒng)接收次級流體的入口和連接到蒸汽管線用于將次級流體供應到渦輪機系統(tǒng)的出口，以及停機冷卻系統(tǒng)，以在反應堆的正常停機或事故期間執(zhí)行反應堆的停機冷卻。停機冷卻系統(tǒng)可以包括蒸汽管線連接部，其連接到蒸汽管線，用于通過蒸汽管線接收冷卻水，蒸汽管線連接到蒸汽發(fā)生器的出口；停機冷卻換熱器，其用于通過蒸汽管線連接部接收冷卻水并且在沿蒸汽發(fā)生器的次級流路循環(huán)時冷卻被加熱的冷卻水；停機冷卻泵，其在反應堆的正常停機時在反應堆冷卻劑系統(tǒng)的初級冷卻之后或在事故發(fā)生時啟動以執(zhí)行反應堆的停機冷卻，進而形成沿蒸汽發(fā)生器和停機冷卻換熱器循環(huán)的冷卻水的循環(huán)流動；以及給水管線連接部，其連接到與蒸汽發(fā)生器的入口連接的給水管線，以將在停機冷卻換熱器中冷卻的冷卻水沿給水管線供應到蒸汽發(fā)生器。

根據(jù)本文公開的一個實施例，核設施還可以包括(a)無源余熱去除系統(tǒng)或(b)給水系統(tǒng)和次級系統(tǒng)，該次級系統(tǒng)構(gòu)造成在事故期間在停機冷卻系統(tǒng)運行之前對反應堆冷卻劑系統(tǒng)進行初級冷卻。

有利效果

根據(jù)具有這種構(gòu)型的本發(fā)明，已經(jīng)提出了一種連接到給水管線和蒸汽發(fā)生器的蒸汽管線并使用次級系統(tǒng)的停機冷卻系統(tǒng)。因此，本發(fā)明能夠消除由于具有用于核設施的維護等的低溫冷卻功能的停機冷卻系統(tǒng)中的管線損壞而可能引起的冷卻劑損失事故。

本發(fā)明可以提供一種通過使用壓力控制器來確保停機冷卻泵的吸頭和停機冷卻流量的問題的根本解決方案。

本發(fā)明提出了一種方法，該方法通過選擇性地使用蒸汽發(fā)生器的邊界去除中間循環(huán)回路(部件冷卻系統(tǒng))來簡化停機冷卻系統(tǒng)，以提高核設施的經(jīng)濟效率。

本發(fā)明提出了一種方法，該方法允許當以現(xiàn)有技術(shù)的方式選擇性地采用中間循環(huán)回路(部件冷卻系統(tǒng))時額外提供在反應堆冷卻劑和環(huán)境(海水或大氣)之間的蒸汽發(fā)生器的邊界，以提高核設施的安全性。

本發(fā)明還提出了用于根據(jù)取決于核設施的停機冷卻系統(tǒng)的要求選擇性地提高蒸汽發(fā)生器的能力的各種構(gòu)型。

附圖說明

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的停機冷卻系統(tǒng)和具有該停機冷卻系統(tǒng)的核設施的概念圖。

圖2是示出了圖1所示的停機冷卻系統(tǒng)在停機冷卻操作期間的狀態(tài)的概念圖。

圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的停機冷卻系統(tǒng)和具有該停機冷卻系統(tǒng)的核設施的概念圖。

圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的停機冷卻系統(tǒng)和具有該停機冷卻系統(tǒng)的核設施的概念圖。

圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的停機冷卻系統(tǒng)和具有該停機冷卻系統(tǒng)的核設施的概念圖。

圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的停機冷卻系統(tǒng)和具有該停機冷卻系統(tǒng)的核設施的概念圖。

圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的停機冷卻系統(tǒng)和具有該停機冷卻系統(tǒng)的核設施的概念圖。

圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的停機冷卻系統(tǒng)和具有該停機冷卻系統(tǒng)的核設施的概念圖。

具體實施方式

在下文中，將參照附圖更詳細地描述根據(jù)本發(fā)明的停機冷卻系統(tǒng)(或停止冷卻系統(tǒng))和具有該停機冷卻系統(tǒng)的核設施。為了參照附圖進行簡要說明，相同或相當?shù)牟考⒃O置有相同的附圖標記，并且其描述不再重復。本文中使用的單數(shù)表示可以包括多個表示，除非它表示與上下文明確不同的含義。

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的停機冷卻系統(tǒng)100和具有該停機冷卻系統(tǒng)的核設施10的概念圖。

核設施10包括安全殼12、反應堆冷卻劑系統(tǒng)11、堆芯11a、蒸汽發(fā)生器11b、反應堆冷卻劑泵11c和加壓器11d。除了圖1所示的那些部件外，核設施10可包括核設施10的正常運行的系統(tǒng)以及確保核設施10的安全的各種系統(tǒng)。

反應堆冷卻劑系統(tǒng)11安裝在安全殼12內(nèi)部。反應堆冷卻劑系統(tǒng)11是用于傳遞和傳輸由堆芯11a中的核裂變產(chǎn)生的熱能的冷卻系統(tǒng)。反應堆冷卻劑系統(tǒng)11的內(nèi)部充滿初級流體。當發(fā)生諸如冷卻劑損失的事故時，蒸汽可以從反應堆冷卻劑系統(tǒng)11排出，并且安全殼12可以防止放射性物質(zhì)泄漏到外部。

蒸汽發(fā)生器11b形成在初級流體(反應堆冷卻劑)和次級流體(給水、蒸汽)之間的邊界并通過使用從堆芯11a傳遞的熱量來產(chǎn)生蒸汽。蒸汽發(fā)生器11b的下入口通過給水管線13a連接到給水系統(tǒng)13，并且蒸汽發(fā)生器11b的上出口通過蒸汽管線14a連接到渦輪系統(tǒng)14。通過給水管線13a供給到蒸汽發(fā)生器11b的水在蒸汽發(fā)生器11b中蒸發(fā)成蒸汽。蒸汽通過蒸汽管線14a供應到渦輪系統(tǒng)14。

通常，具有相對較大直徑的管線通常用作連接到蒸汽發(fā)生器11b的次級流路的給水管線13a和蒸汽管線14a。此外，對于一體式反應堆，當停機冷卻系統(tǒng)使用蒸汽發(fā)生器11b的次級流路而不是使用連接到反應堆容器的連接管嘴構(gòu)造時，可以設計大容量停機冷卻管線。當使用蒸汽發(fā)生器11b的次級流路時，泵吸頭和停機冷卻流量可以充分確保，這可以導致縮短停機冷卻所需的時間?？s短停機冷卻所需的時間可能引起減少重新加載和維護的停機周期的效果，從而提高核設施10的經(jīng)濟效率。

此外，停機冷卻系統(tǒng)100通常直接連接到反應堆冷卻劑系統(tǒng)11。停機冷卻系統(tǒng)100接著連接到部件冷卻系統(tǒng)(未示出)，并且部件冷卻系統(tǒng)連接到海水系統(tǒng)或冷卻塔(未示出)。插入部件冷卻系統(tǒng)的原因在于，當停機冷卻系統(tǒng)100的換熱器被損壞時，部件冷卻系統(tǒng)起到防止反應堆冷卻劑系統(tǒng)11的冷卻水直接排出到海水或大氣中的作用。

反應堆冷卻劑泵11c引起初級流體的循環(huán)，并且加壓器11d保持大于飽和壓力的加壓狀態(tài)，以抑制加壓水反應堆的堆芯11a中的冷卻劑的沸騰。

安全殼12包圍反應堆冷卻劑系統(tǒng)11以防止放射性物質(zhì)泄漏到外部環(huán)境中。當諸如冷卻劑損失或無冷卻劑損失的事故發(fā)生時，放射性物質(zhì)可能從反應堆冷卻劑系統(tǒng)11泄漏。因此，安全殼12構(gòu)造成將反應堆冷卻劑系統(tǒng)11包圍在反應堆冷卻劑系統(tǒng)11的外部，以防止放射性物質(zhì)泄漏。

安全殼12用作防止放射性物質(zhì)從核設施10泄漏到外部環(huán)境的最終屏障。安全殼12根據(jù)構(gòu)成壓力邊界的材料分為由鋼筋混凝土制成的安全殼建筑物(或反應堆建筑物)、容器安全殼容器和由鋼制成的保護容器。安全殼容器是設計成在低壓下的類似安全殼建筑物的大型容器，而保護容器是通過提高設計壓力設計為小的小型容器。除非另有說明，在本發(fā)明中，安全殼12用作包括所有安全殼建筑物、反應堆建筑物、安全殼容器或保護容器的術(shù)語。

停機冷卻系統(tǒng)100是用于在反應堆正常停機或者事故發(fā)生在反應堆中時對反應堆進行停機冷卻的系統(tǒng)。在正常停機或因反應堆事故而停機期間，反應堆通過給水系統(tǒng)、次級系統(tǒng)或無源余熱去除系統(tǒng)從正常工作溫度初級冷卻至大約200℃。停機冷卻系統(tǒng)100是隨后的冷卻系統(tǒng)，其在初級冷卻完成之后被驅(qū)動，以將反應堆冷卻至大約50℃的重新加載溫度。

停機冷卻系統(tǒng)100包括蒸汽管線連接部110、停機冷卻換熱器130、停機冷卻泵120和給水管線連接單元140。

蒸汽管線連接部110和供水管線連接部140是停機冷卻系統(tǒng)100利用蒸汽發(fā)生器11b的次級流路所必需的部件。蒸汽管線14a連接到蒸汽發(fā)生器11b的次級流路的出口，而給水管線13a連接到蒸汽發(fā)生器11b的次級流路的入口。蒸汽管線連接部110連接到蒸汽管線14a以通過蒸汽管線14a接收冷卻水。給水管線連接部140連接到給水管線13a，以將冷卻水供應到蒸汽發(fā)生器11b。

蒸汽管線連接部110包括抽吸管線111和第一閥112a、112b、112c。

抽吸管線111連接到蒸汽管線和停機冷卻泵120。抽吸管線111形成一流路，冷卻水通過該流路從蒸汽管線14a引入。為了充分確保停機冷卻系統(tǒng)100的吸頭，抽吸管線111通常具有大的直徑。抽吸管線111設置有第一閥112a、112b、112c。第一閥112a、112b、112c包括隔離閥112a、112b、112c和止回閥(未示出)中的至少一個，并且可以多個設置。具體地，隔離閥112a、112b、112c通常多個設置用于安全隔離。第一閥112a、112b、112c在反應堆的正常運行期間關(guān)閉，并且在反應堆冷卻劑系統(tǒng)11的初級冷卻之后打開。

給水管線連接部140包括排出管線141和第二閥142a、142b、142c。

排出管線141連接到換熱器通道191和給水管線13a。排出管141連接到換熱器通道191以形成一流路，停機冷卻換熱器130中冷卻的冷卻水通過該流路供給到蒸汽發(fā)生器11b中。排出管線141設置有第二閥142a、142b、142c。類似于第一閥112a、112b、112c的第二閥142a、142b、142c包括隔離閥142c和止回閥141a、141b中的至少一個，并且多個設置。具體地，隔離閥141c通常安裝多個用于安全隔離，但是在核設施10的正常運行期間止回閥141a、141b安裝在與流動方向相反的方向上的情況下可以是除外的。第二閥142a、142b、142c在反應堆的正常運行期間關(guān)閉，并且在反應堆冷卻劑系統(tǒng)11的初級冷卻之后打開。

隔離閥112a、112b、112c和142c可以在需要停機冷卻操作的時刻通過操作者的確定來打開。此外，當隔離閥112a、112b、112c和142c在需要停機冷卻操作和運行停機冷卻泵120的時刻打開時，止回閥142a、142b可以打開。這同樣適用于圖1所示的其它隔離閥162、172、173和183以及止回閥。然而，為維護等而安裝的閥也可以在核電廠10的正常運行期間在打開狀態(tài)下運行。在本發(fā)明中，隔離閥通常是指通過諸如電動機、空氣或?qū)蚱鞯鹊母鞣N電動機驅(qū)動方法操作的閥，并且不限于只執(zhí)行隔離功能的閥。

停機冷卻系統(tǒng)100通過蒸汽管線連接部110和給水管線連接部140連接到蒸汽發(fā)生器11b。因此，蒸汽發(fā)生器11b、蒸汽管線連接部110和給水管線連接部140形成用于冷卻水的循環(huán)通道。停機冷卻系統(tǒng)100通過蒸汽管線連接部110接收在經(jīng)過蒸汽發(fā)生器11b的次級流路時被加熱的冷卻水，并通過給水管線連接部140將在停機冷卻換熱器130中冷卻的冷卻水供給到蒸汽發(fā)生器11b的次級流路中。冷卻水通過蒸汽管線連接部110流入停機冷卻系統(tǒng)100，并通過給水管線連接部140從停機冷卻系統(tǒng)100排出。

安裝在圖1的核設施10中的蒸汽發(fā)生器11b是管殼式蒸汽發(fā)生器11b。管殼式蒸汽發(fā)生器11b具有被配置為殼或管之一的初級流路和被配置為殼或管的另一個的次級流路。管可形成為直管或螺線管。在圖1的核設備10中，初級流路被配置為殼，而次級流路被配置為管。

停機冷卻換熱器130接收通過蒸汽管線連接部110引入的冷卻水。停機冷卻換熱器130構(gòu)造成冷卻在沿蒸汽發(fā)生器11b的次級流路循環(huán)時被反應堆冷卻劑系統(tǒng)11的顯熱和堆芯11a的余熱加熱的冷卻水。在圖1中，在停機冷卻換熱器130上給出的箭頭表示海水、外部大氣或部件冷卻水的引入和排出。

當使用蒸汽發(fā)生器11b時，部件冷卻系統(tǒng)可以去除。然而，根據(jù)核設施10，部件冷卻系統(tǒng)也可以用于諸如安全性改進等的特殊目的。此外，停機冷卻系統(tǒng)100的最終散熱器當核設施10安裝在靠近海邊時可以是海水，或者當其安裝在遠離海邊時，可以是使用冷卻塔的外部大氣。

通過蒸汽發(fā)生器11b和停機冷卻系統(tǒng)100循環(huán)的冷卻水通過停機冷卻換熱器130的運行進行冷卻。當冷卻水沿連接到蒸汽發(fā)生器11b的循環(huán)通道連續(xù)循環(huán)時，冷卻水接收反應堆冷卻劑系統(tǒng)11的顯熱和堆芯11a的余熱并在停機冷卻換熱器130中被冷卻。通過重復該過程，反應堆可冷卻至大約50℃的重新加載溫度。

停機冷卻泵120運行，以用于在反應堆冷卻劑系統(tǒng)11在反應堆的正常停機或事故發(fā)生時通過無源余熱去除系統(tǒng)或給水系統(tǒng)和次級系統(tǒng)進行初級冷卻之后對反應堆進行停機冷卻。停機冷卻泵120形成沿蒸汽發(fā)生器11b和停機冷卻換熱器130循環(huán)的冷卻水的循環(huán)流動。此外，停機冷卻泵120不一定要獨立地安裝，并且停機冷卻泵120的功能也可以通過使用諸如給水泵或輔助給水泵的其它泵來替代以提高核電廠10的經(jīng)濟效率。

停機冷卻系統(tǒng)100還包括連接通道150、旁通通道161和再循環(huán)通道171。

停機冷卻泵120通過連接通道150連接到停機冷卻換熱器130。連接通道150形成連接停機冷卻泵120和停機冷卻換熱器130的流路。冷卻水通過停機冷卻泵120供應到停機冷卻換熱器130。冷卻水接著沿連接通道150從停機冷卻泵120流到停機冷卻換熱器130。

止回閥151可以安裝在連接通道150中。從停機冷卻泵120向停機冷卻換熱器130的冷卻水的流動相當于正向流動，而從停機冷卻換熱器130向停機冷卻泵120的冷卻水的流動相當于逆向流動。止回閥151防止逆向流動的產(chǎn)生。

換熱器通道191連接到停機冷卻換熱器130和排出管線141。換熱器通道191在停機冷卻系統(tǒng)100的運行期間相當于使冷卻水正常循環(huán)的主流路。在停機冷卻換熱器130中冷卻的冷卻水沿換熱器通道流向排出管線141。換熱器通道191可以設置有隔離閥192和流量控制部193。流量控制部193可以包括孔或文氏管，并且可以構(gòu)造成將流量限制到停機冷卻系統(tǒng)100所需的設計流量。

旁通通道161用于通過停機冷卻系統(tǒng)100來控制冷卻速度。旁通通道161從連接通道150分支并連接到排出管線141，以控制從停機冷卻泵120供應到停機冷卻換熱器130的冷卻水的流量。

當反應堆冷卻劑系統(tǒng)11通過停機冷卻系統(tǒng)100的運行過快地冷卻時，冷卻速度應進行控制。旁通通道161構(gòu)造成使從停機冷卻泵120排出的冷卻水的一部分旁通以流向停機冷卻換熱器130。

再循環(huán)通道171用于保護停機冷卻泵120。再循環(huán)通道171從換熱器通道191分支并連接到抽吸管線111，以形成用于將從停機冷卻換熱器130排出的冷卻水重新供應到停機冷卻泵120的流路。即使在停機冷卻泵120運行并且安裝在排出管線141中的第二閥142a、142b、142c不打開的情況下，也可以通過再循環(huán)通道171將抽吸流量供應到停機冷卻泵120。再循環(huán)通道171還可以用于在停機冷卻泵120的運行期間檢查停機冷卻泵120。

壓力控制器180用于控制停機冷卻系統(tǒng)100的運行壓力。壓力控制器180連接到循環(huán)流動的流路，以對循環(huán)流動的流路進行加壓，使得停機冷卻系統(tǒng)100的運行壓力保持為高于預設壓力。冷卻水的蒸發(fā)溫度(或飽和溫度)通過壓力控制器180升高。蒸發(fā)溫度隨著壓力升高而升高，并且因此吸頭的條件可被改進。即使泵葉輪中的壓力降低，背壓通過壓力控制器180提高，從而將壓力保持為高于飽和壓力。

壓力控制器180可以以使用氣體或用加熱器加熱蒸汽的方式對循環(huán)流動的流路進行加壓。使用氣體的方法可以使用施加到安全注入罐的氮氣的加壓方式構(gòu)造。用加熱器加熱蒸汽的方法可以施加到商用反應堆的加壓器11d的加熱器噴射方式構(gòu)造。

圖1所示的壓力控制器180采用使用氣體的方法。壓力控制罐181通過管線182連接到排出管線141，并且隔離閥183設置在排出管線141上。循環(huán)流動的流路通過存儲在壓力控制罐181中的氮氣進行加壓。

然而，為了說明起見，本發(fā)明描述了停機冷卻系統(tǒng)100單獨構(gòu)造?；蛘撸C冷卻系統(tǒng)100可以與部件冷卻系統(tǒng)組合的形式，例如以直接接收從現(xiàn)有技術(shù)部件冷卻系統(tǒng)到蒸汽發(fā)生器11b的冷卻水并接著收集已經(jīng)在蒸汽發(fā)生器11b中加熱再回到部件冷卻系統(tǒng)中的冷卻水的形式構(gòu)造。

圖1示出了其中停機冷卻系統(tǒng)100未運行的核設施10的正常運行狀態(tài)。

在核設施10的正常運行狀態(tài)期間，設置在給水管線13a和蒸汽管線14a中的閥13b、14b打開。因此，水從給水系統(tǒng)13沿給水管線13a供給到蒸汽發(fā)生器11b并且通過蒸汽發(fā)生器11b加熱變成蒸汽。蒸汽沿蒸汽管線13a供應到渦輪系統(tǒng)14。蒸汽用于在渦輪系統(tǒng)14中發(fā)電。

在核設施10的正常運行期間，設置在蒸汽管線連接部110和給水管線連接部140中的閥112a、112b、112c、142a、142b和142c關(guān)閉。因此，在核電廠10的正常運行期間，冷卻水流未在循環(huán)通道中形成，并且冷卻水流也未在連接通道150、換熱器通道191、旁通通道161和再循環(huán)通道171中形成。停機冷卻泵120和停機冷卻換熱器130也未運行。

圖2是示出了圖1所示的停機冷卻系統(tǒng)100在停機冷卻操作期間的狀態(tài)的概念圖。

在反應堆的正常停機期間，反應堆通過使用給水系統(tǒng)13和蒸汽發(fā)生器11b進行初級冷卻。當反應堆冷卻劑系統(tǒng)11的溫度達到約200℃時，盡管存在取決于核設施10的特性的溫差，使用給水系統(tǒng)13和蒸汽發(fā)生器11b的初級冷卻停止。然后，停機冷卻系統(tǒng)100運行以將反應堆冷卻系統(tǒng)11從大約200℃次級冷卻至大約50℃的重新加載溫度。

即使在事故期間，反應堆冷卻劑系統(tǒng)11也通過使用給水系統(tǒng)13(主給水系統(tǒng)或輔助給水系統(tǒng))和蒸汽發(fā)生器11b或無源余熱去除系統(tǒng)(未示出)進行初級冷卻。當反應堆冷卻劑系統(tǒng)11的溫度達到大約200℃時，盡管存在取決于核設施10的特性的溫差，停機冷卻系統(tǒng)100運行以將反應堆冷卻劑系統(tǒng)11從大約200℃次級冷卻至大約50℃的重新加載溫度。

反應堆冷卻劑系統(tǒng)11的溫度通過初級冷卻達到預設溫度時，輔助系統(tǒng)(未示出)用于填充停機冷卻系統(tǒng)100的循環(huán)通道。給水系統(tǒng)也可以用作輔助系統(tǒng)。此后，停機冷卻泵120運行，海水、外部大氣或部件冷卻水(未示出)通過海水系統(tǒng)、冷卻塔或部件冷卻系統(tǒng)供應到停機冷卻換熱器130。

當停機冷卻泵120運行但設置在排出管線141中的第二閥142a、142b、142c沒有打開時，冷卻水沿循環(huán)通道171循環(huán)。因此，本發(fā)明可以為停機冷卻泵120供應足夠的抽吸流量并保護停機冷卻泵120。

設置在抽吸管線111和排出管線141上的第一閥112a、112b、112c以及第二閥142a、142b、142c打開，并且因此冷卻水的循環(huán)流動形成在停機冷卻系統(tǒng)100的循環(huán)通道中。從蒸汽發(fā)生器11b沿蒸汽管線13a排出的冷卻水通過蒸汽管線連接部110流入停機冷卻系統(tǒng)100以供應到停機冷卻換熱器130中。

當需要調(diào)節(jié)反應堆冷卻劑系統(tǒng)11的冷卻速率時，設置在旁路通道161中的隔離閥162打開。因此，一部分冷卻水經(jīng)過旁通流路161，并且供應到停機冷卻換熱器130的冷卻水的流量減少，這可能導致調(diào)節(jié)冷卻速率。

如圖2所示，在采用由隔離閥182關(guān)閉的壓力控制器180的停機冷卻系統(tǒng)100中，隔離閥182打開，使得停機冷卻系統(tǒng)100的壓力保持為高于飽和壓力。

在停機冷卻操作期間，供應到蒸汽發(fā)生器11b的停機冷卻系統(tǒng)100的冷卻水通過在沿蒸汽發(fā)生器11b的次級流路向上流動時與反應堆冷卻劑系統(tǒng)11進行熱交換而被加熱。反應堆冷卻系統(tǒng)11中的冷卻劑被冷卻。停機冷卻系統(tǒng)100中的溫度升高的冷卻水通過停機冷卻泵120的驅(qū)動力供應到停機冷卻換熱器130。冷卻水接著被冷卻并循環(huán)回到蒸汽發(fā)生器11b。反應堆通過停機冷卻系統(tǒng)100的運行次級冷卻至低溫，冷卻水在停機冷卻系統(tǒng)100中連續(xù)循環(huán)。

本發(fā)明已構(gòu)造了連接到蒸汽發(fā)生器11b的停機冷卻系統(tǒng)100。與現(xiàn)有技術(shù)相比，這種構(gòu)型可以去除與停機冷卻系統(tǒng)100相關(guān)的反應堆容器連接管嘴。因此，可以簡化反應堆冷卻劑系統(tǒng)11的管線構(gòu)型，并且可從根本上降低發(fā)生冷卻劑事故的可能性。此外，由于停機冷卻系統(tǒng)100的流動條件不管反應堆冷卻劑系統(tǒng)11的狀態(tài)如何都可以保持相對恒定，因此可以簡化停機冷卻系統(tǒng)100的運行。

當反應堆冷卻劑系統(tǒng)11的溫度達到大約50℃時，商用分離式反應堆打開反堆器的上蓋。當上蓋打開時，蒸汽發(fā)生器11b大部分暴露于直到其下端的水位。這導致使用蒸汽發(fā)生器11b構(gòu)造停機冷卻系統(tǒng)100變得困難。在另一方面，對于一體式反應堆，即使反應堆容器的上蓋打開，蒸汽發(fā)生器11b也能保持水位，并且因此容易使用蒸汽發(fā)生器11b構(gòu)造停機冷卻系統(tǒng)100。此外，因為蒸汽發(fā)生器11b多個安裝，所以即使某些蒸汽發(fā)生器11b進行局部保養(yǎng)，停機冷卻系統(tǒng)100也可以有利地以循環(huán)的方式運行。

具體地，與商用分離式反應堆不同，一體式反應堆非常有利于使用蒸汽發(fā)生器11b對反應堆冷卻劑系統(tǒng)11進行冷卻，因為蒸汽發(fā)生器11b安裝在反應堆容器內(nèi)部。因此，本發(fā)明在應用于一體式反應堆時可以使其優(yōu)點最大化。

此外，與反應堆容器連接管嘴相比，一體式反應堆因其固有特性而具有管線尺寸上的限制，但采用非常大的給水管線13a和蒸汽管線14a。因此，當停機冷卻系統(tǒng)100連接到給水管線13a和蒸汽管線14a時，有利于確保停機冷卻泵120的循環(huán)流量和吸頭。

此外，因為蒸汽發(fā)生器11b可以形成另一個邊界，所以為相同目的而安裝的部件冷卻系統(tǒng)可以去除，這從經(jīng)濟效率的觀點來看是非常有利的。

下文中將描述本發(fā)明的不同實施例。

圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的停機冷卻系統(tǒng)200和具有該停機冷卻系統(tǒng)的核設施20的概念圖。

核設施20的管殼式蒸汽發(fā)生器21b的流路可以選擇性地改變。與圖1的核設施10不同，圖3的核設施20所采用的管殼式蒸汽發(fā)生器21b具有被配置為殼的次級流路和被配置為管的初級流路。

如從圖1和圖3中可以看出的，本文所公開的管殼式蒸汽發(fā)生器11b、21b中的殼體和管的配置方法可以選擇性地實施為將殼用作初級流路且將管用作次級流路的方法以及將殼用作次級流路且將管用作初級流路的方法中的一個。

圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的停機冷卻系統(tǒng)300和具有該停機冷卻系統(tǒng)的核設施30的概念圖。

板式蒸汽發(fā)生器31b以印刷電路式蒸汽發(fā)生器和板式蒸汽發(fā)生器中的至少一種的形式構(gòu)造。

印刷電路式蒸汽發(fā)生器是具有通過使用通過光化學蝕刻技術(shù)和擴散結(jié)合技術(shù)的致密流路布置而在蒸汽發(fā)生器的板之間沒有焊接部分的結(jié)構(gòu)的換熱器。因此，印刷電路式蒸汽發(fā)生器可以應用于高溫高壓環(huán)境，并且具有高集成度和優(yōu)異換熱性能。印刷電路式蒸汽發(fā)生器具有諸如耐高溫高壓環(huán)境的耐久性、高集成性和優(yōu)異換熱性能等的優(yōu)點，并且因此其應用范圍擴展到諸如在空調(diào)系統(tǒng)、燃料電池、汽車、化學工藝、醫(yī)療設備、核電、信息通信設備、低溫環(huán)境等的領(lǐng)域中的蒸發(fā)器、冷凝器、冷卻器、散熱器、換熱器、反應堆等的非常不同領(lǐng)域。

板式蒸汽發(fā)生器通常以通過壓制板形成流動通道并且通過使用墊圈或以通用焊接或釬焊的方式聯(lián)接板的方式構(gòu)造。因此，盡管板式蒸汽發(fā)生器的應用領(lǐng)域類似于印刷電路式蒸汽發(fā)生器的應用領(lǐng)域，但板式蒸汽發(fā)生器更廣泛地用于具有低壓的低壓環(huán)境中。板式蒸汽發(fā)生器的換熱性能低于印刷電路式蒸汽發(fā)生器的換熱性能，且高于管殼式蒸汽發(fā)生器的換熱性能。此外，與印刷電路式蒸汽發(fā)生器11b相比，板式蒸汽發(fā)生器制造更簡單。

在本發(fā)明中，除非另有說明，板式蒸汽發(fā)生器31b不僅指通用板式蒸汽發(fā)生器和印刷電路式蒸汽發(fā)生器，而且指采用不同板加工或結(jié)合方式的任何蒸汽發(fā)生器。

可以各種形式設計板式蒸汽發(fā)生器31b的初級流路和次級流路。由于與相同容積的管殼式蒸汽發(fā)生器31b相比，板式蒸汽發(fā)生器31b呈現(xiàn)高數(shù)十倍或以上的集成傳熱性能，因此蒸汽發(fā)生器31b的尺寸可以容易減小。由于蒸汽發(fā)生器31b的尺寸減小，因此可以節(jié)省蒸汽發(fā)生器31b的布置空間。此外，當將板式蒸汽發(fā)生器應用于一體式反應堆時，反應堆容器的尺寸也可以減小。

圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的停機冷卻系統(tǒng)400和具有該停機冷卻系統(tǒng)的核設施40的概念圖。

蒸汽發(fā)生器41b包括通過組合管殼式蒸汽發(fā)生器41b1和板式蒸汽發(fā)生器41b2構(gòu)造成的混合式蒸汽發(fā)生器41b。圖5所示的管殼式蒸汽發(fā)生器41b1設置在板式蒸汽發(fā)生器41b2下方。管殼式蒸汽發(fā)生器41b1的初級流路由殼形成，而次級流路由管形成。給水管線43a連接到管的入口，并且蒸汽管線44a連接到板式蒸汽發(fā)生器41b2的出口。

管殼式蒸汽發(fā)生器41b1和板式蒸汽發(fā)生器41b2可以通過連接管嘴或連接管線(未示出)彼此連接。管殼式蒸汽發(fā)生器41b1和板式蒸汽發(fā)生器41b2的位置可以彼此切換，并且多個管殼式蒸汽發(fā)生器41b1和多個板式蒸汽發(fā)生器41b2也可以彼此組合。

圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的停機冷卻系統(tǒng)500和具有該停機冷卻系統(tǒng)的核設施50的概念圖。

蒸汽發(fā)生器51b相當于圖5所示的混合式蒸汽發(fā)生器51b。然而，管殼式蒸汽發(fā)生器51b1的初級流路由管形成，而次級流路由殼形成。給水管線連接到殼的入口，并且蒸汽管線連接到板式蒸汽發(fā)生器51b2的出口。

圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的停機冷卻系統(tǒng)600和具有該停機冷卻系統(tǒng)的核設施60的概念圖。

在本發(fā)明的停機冷卻系統(tǒng)600中，壓力控制器是可選的。因此，在運行壓力在停機冷卻系統(tǒng)600中充分產(chǎn)生的條件下，或者在包括具有功能類似于壓力控制器的功能的設施的條件下，可以不包括壓力控制器。與上述其它停機冷卻系統(tǒng)不同，圖7所示的停機冷卻系統(tǒng)600不包括壓力控制器。

圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的停機冷卻系統(tǒng)700和具有該停機冷卻系統(tǒng)的核設施70的概念圖。

核設施70包括停機冷卻系統(tǒng)700和無源余熱去除系統(tǒng)75。

在事故發(fā)生期間，無源余熱去除系統(tǒng)75在停機冷卻系統(tǒng)700的運行之前對反應堆冷卻劑系統(tǒng)71進行初級冷卻。類似于停機冷卻系統(tǒng)700的無源余熱去除系統(tǒng)75可以通過使冷卻水沿蒸汽發(fā)生器71b的次級流路循環(huán)以去除反應堆冷卻劑系統(tǒng)71的顯熱和堆芯71a的余熱。

當事故在核設施70中發(fā)生時，安裝在連接到無源余熱去除系統(tǒng)75的管線75a中的閥75b打開。無源余熱去除系統(tǒng)75接著將反應堆從正常運行溫度冷卻至大約200℃。在無源余熱去除系統(tǒng)75運行之后，停機冷卻系統(tǒng)700運行以將反應堆冷卻至大約50℃的重新加載溫度。

本發(fā)明提出了停機冷卻系統(tǒng)的管線連接到蒸汽發(fā)生器的給水管線和蒸汽管線，并且通過使用次級系統(tǒng)來構(gòu)造停機冷卻系統(tǒng)。同時，停機冷卻系統(tǒng)已構(gòu)造成選擇性地使用壓力控制器來緩解吸頭。此外，本發(fā)明提出了通過選擇性地去除部件冷卻系統(tǒng)來提高經(jīng)濟效率或通過根據(jù)取決于核設施的停機冷卻系統(tǒng)的要求采用部件冷卻系統(tǒng)來提高安全性的構(gòu)型。

因此，本發(fā)明能夠消除由于用于核設施的維護等的低溫冷卻的停機冷卻系統(tǒng)的管線損壞而可能引起的冷卻劑損失事故。本發(fā)明提出了一種簡化停機冷卻操作并確保停機冷卻泵的吸頭和停機冷卻流量的問題的根本解決方案。

因此，當根據(jù)本發(fā)明的停機冷卻系統(tǒng)應用時，冷卻劑損失事故發(fā)生的可能性可以因去除了反應堆容器的停機冷卻系統(tǒng)的連接管嘴而大大降低，從而提高安全性，停機冷卻系統(tǒng)的吸頭條件可以大大改善，從而顯著地簡化泵的設計和運行條件，并且停機冷卻流量可以增加，從而減少停機冷卻所需的時間并且因此提高經(jīng)濟效率。同時，當根據(jù)本發(fā)明的停機冷卻系統(tǒng)應用于一體式反應堆時，即使根據(jù)諸如用于維護的反應堆容器打開的反應堆冷卻劑系統(tǒng)的狀態(tài)，停機冷卻系統(tǒng)的流動狀態(tài)也可能不會很大地改變，這可能導致停機冷卻系統(tǒng)的操作簡化。

上述停機冷卻系統(tǒng)和具有該停機冷卻系統(tǒng)的核設施不限于上述實施例的構(gòu)型和方法，但這些實施例可以通過選擇性地組合每個實施例的全部或部分來構(gòu)造，以導出各種變型。

附圖標記說明

10,20,30,40,50,60,70:核設施

11b,21b,31b,41b,51b,61b,71b:蒸汽發(fā)生器

100,200,300,400,500,600,700:停機冷卻系統(tǒng)

110,210,310,410,510,610,710:蒸汽管線連接部

120,220,320,420,520,620,720:停機冷卻泵

130,230,330,430,530,630,730:停機冷卻換熱器

140,240,340,440,540,640,740:給水管線連接部

160,260,360,460,560,660,760:旁通通道

170,270,370,470,570,670,770:再循環(huán)通道

180,280,380,480,580,780:壓力控制器

工業(yè)應用性

本發(fā)明可以應用于涉及包括停機冷卻系統(tǒng)的核設施的工業(yè)領(lǐng)域。