專利名稱:非能動的固有安全的管池式反應(yīng)堆的制作方法
非能動的固有安全的管池式反應(yīng)堆技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種核反應(yīng)堆，具體涉及一種多功能研究堆及燃料、材料考 驗用的工具堆。
技術(shù)背景對于多功能研究堆以及燃料、材料考驗用的工具堆，要充分考慮固有安 全和非能動安全系統(tǒng)。對于己建的研究型管池式反應(yīng)堆，從現(xiàn)有安全標準要求看，都有不夠完善的地方。如日本的JMTR、美國的ATR以及中國的HFETR 和CARR研究堆的堆芯水流方向均自上向下，堆芯斷流后有一流量反轉(zhuǎn)過程； 沒有第二套停堆系統(tǒng)；余熱導出系統(tǒng)為能動式，可靠電源故障或余熱導出泵 啟動不起來會造成嚴重后果；在主管道破裂失水事故(主泵出口止回閥前)， 穩(wěn)壓器與堆容器連通閥未能關(guān)閉時，穩(wěn)壓器內(nèi)氣體會壓入堆內(nèi)，造成堆芯失 水加速，尤其是斷流后主泵出口止回閥自動關(guān)閉，氣體從堆進口管跑不出去， 氣壓壓堆芯水向下流，有可能造成堆芯失水。國際上燃料組件承受高壓的研 究堆以及燃料、材料考驗工具堆都未能很好的解決上述問題。為追求多用途的研究堆和以燃料材料考驗為主的工具堆的安全性，必須 采用固有安全性和可靠的非能動安全系統(tǒng)，以滿足研究型管池式反應(yīng)堆的核 安全要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有非能動安全系統(tǒng)的固有安全的管池式反 應(yīng)堆。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種非能動的固有安全的管池式反應(yīng)堆，包括反應(yīng)堆水池、位于反應(yīng)堆 水池中的反應(yīng)堆壓力容器和位于反應(yīng),堆壓力容器中的堆芯，反應(yīng)堆壓力容器 上部通過反應(yīng)堆冷卻水出口管與主換熱器連通；主換熱器通過兩條并聯(lián)管路 與反應(yīng)堆冷卻水進口管連通，其中一條管路上設(shè)有反應(yīng)堆冷卻水主泵、主泵 出口止回閥，另一條管路上設(shè)有余熱導出泵、余熱導出泵出口止回閥、余熱 換熱器，余熱換熱器位于水池中；反應(yīng)堆冷卻水進口管與反應(yīng)堆壓力容器下 部連通；反應(yīng)堆冷卻水出口管旁路上連有穩(wěn)壓器。所述的反應(yīng)堆冷卻水出口管(5)旁路上設(shè)有余熱導出出口閥(4)，反應(yīng) 堆冷卻水進口管(6)旁路上設(shè)有余熱導出入口閥(15)，兩者均為水力控制 閥，閥門的另一端與反應(yīng)堆水池(2)相通，水力控制閥包括閥體(20)中的 活塞套筒(26)、正腔活塞(25)和負腔活塞(19);正腔活塞(25)與正腔 通反應(yīng)堆水池閥(23)和正腔通高壓水閥(24)相通；負腔活塞(19)與負 腔通反應(yīng)堆水池閥(21)和負腔通高壓水閥(22)相通。所述的余熱導出出口閥(4)和余熱導出入口閥(15)能在余熱導出泵(10) 停止和堆芯(1)溫度高"與門"連鎖信號下打開。所述的反應(yīng)堆水池(2)的上方設(shè)置有主回路間(11)，主換熱器(8)、 主泵(9)、余熱導出泵(10)置于主回路間(11)中，主回路間(11)的底 部有一疏水管(12)穿過反應(yīng)堆水池壁(14)與反應(yīng)堆水池(2)水面以下相通o本發(fā)明的優(yōu)點在于l.由于余熱換熱器放在主換熱器的后面，當反應(yīng)堆 水池中水的溫度與主換熱器出口溫度相同時就不會向反應(yīng)堆水池中的水傳 熱。只有主換熱器不導熱(主泵停止運行或二次側(cè)水流量停止)，主換熱器出 口溫度升高時，余熱換熱器才向池水傳熱，使反應(yīng)堆具有固有安全性；3.當 余熱導出泵發(fā)生故障時，靠堆芯溫度高信號打開余熱導出出口閥和余熱導出 入口閥，反應(yīng)堆堆芯與反應(yīng)堆水池形成自然循環(huán)，導出反應(yīng)堆堆芯的余熱至 反應(yīng)堆水池，保障了反應(yīng)堆堆芯的安全；2.由于主回路間布置在反應(yīng)堆水池 的上方，在正常運行時有水封，將主回路間與反應(yīng)堆堆水池上面的空間隔離， 在主管道發(fā)生失水事故時水可回到堆水池，由于反應(yīng)堆容器壓力低，自動打 開堆芯進出口水力控制開關(guān)閥，使反應(yīng)堆堆芯與反應(yīng)堆水池形成自然循環(huán)， 導出反應(yīng)堆堆芯的余熱至反應(yīng)堆水池，使反應(yīng)堆具有可靠的非能動安全系統(tǒng)。
圖l為一種管池式反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為一種水力控制閥的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中、 l.堆芯4.余熱導出出口閥 7.穩(wěn)壓器IO.余熱導出泵 13.余熱換熱器 16.反應(yīng)堆壓力容器 19.負腔活塞 22.負腔通高壓水閥 25.正腔活塞具體實施方式
如圖1所示的管池式反應(yīng)堆，反應(yīng)堆壓力容器16安裝在反應(yīng)堆水池2中， 堆芯1安裝在反應(yīng)堆壓力容器16內(nèi)，反應(yīng)堆壓力容器16上部通過反應(yīng)堆冷卻 水出口管5與主換熱器8連通；主換熱器8通過兩條并聯(lián)管路與反應(yīng)堆冷卻水 進口管6連通，其中一條管路上依次連接有反應(yīng)堆冷卻水主泵9、主泵出口止 回閥17，另一條管路上依次連接有余熱導出泵10、余熱導出泵出口止回閥18、 余熱換熱器13，余熱換熱器13位于水池2中；反應(yīng)堆冷卻水進口管6與反應(yīng) 堆壓力容器16下部連通；反應(yīng)堆冷卻水出口管5旁路上連有穩(wěn)壓器7;反應(yīng) 堆冷卻水出口管5旁路上安裝有余熱導出出口闊4，反應(yīng)堆冷卻水進口管6旁 路上安裝有余熱導出入口闊15，兩者均為水力控制閥，閥門的另一端與反應(yīng) 堆水池2相通；在反應(yīng)堆水池2的上方設(shè)置有主回路間11，主換熱器8、主泵 9、余熱導出泵10、主泵出口止回閥17、余熱導出泵出口止回閥置于主回路間 11中，主回路間11的底部有一疏水管12穿過反應(yīng)堆水池壁14與反應(yīng)堆水池 2水面以下相通，疏水管12有一 "幾"字形彎曲。反應(yīng)堆冷卻水流過的回路構(gòu)成了反應(yīng)堆的一回路，即主回路。 圖2表示了水力控制閥的結(jié)構(gòu)，水力控制閥包括閥體20、閥體20中的活^ 塞套筒26、正腔活塞25和負腔活塞19;正腔活塞25與正腔通反應(yīng)堆水池闊 23和正腔通高壓水閥24相通；負腔活塞19與負腔通反應(yīng)堆水池閥21和負腔 通高壓水閥22相通。余熱導出出口閥4和余熱導出入口闊15能在余熱導出泵2.反應(yīng)堆水池5.反應(yīng)堆冷卻水出口管8.主換熱器ll.主回路間14.反應(yīng)堆水池壁17.主泵出口止回閥20.水力控制閥閥體23.正腔通反應(yīng)堆水池閥26.活塞套筒3.水管快拆接頭6.反應(yīng)堆冷卻水進口管9.主泵12.疏水管15.余熱導出入口閥18.余熱導出泵出口止回閥21.負腔通反應(yīng)堆水池閥24.正腔通高壓水閥IO停止和堆芯1溫度高"與門"連鎖信號下打開。本發(fā)明的這種實施方式中，堆芯1為套管承壓環(huán)形堆芯，為了方便換料，在反應(yīng)堆壓力容器冷卻水出口管5上安裝有水管快拆接頭3，換料時，將水管 快拆接頭3拆開，吊起堆芯1容器的上蓋進行換料。對于堆芯1為整體蜂巢環(huán) 形堆芯1等實施方式，并不需要安裝水管快拆接頭3。反應(yīng)堆運行時，反應(yīng)堆冷卻水主泵9與余熱導出泵10同時運行，經(jīng)反應(yīng) 堆容器內(nèi)的堆芯1加熱的熱水通過反應(yīng)堆冷卻水出口管5，經(jīng)穩(wěn)壓器7穩(wěn)壓， 流入主換熱器8，再經(jīng)過并聯(lián)的反應(yīng)堆冷卻水主泵9和余熱導出泵10、余熱換 熱器13，最后經(jīng)反應(yīng)堆冷卻水進口管6回到堆芯1中。余熱換熱器13放在主 換熱器8的后面，當反應(yīng)堆水池2中水的溫度與主換熱器8出口溫度相同時就 不會向池水傳熱。只有主換熱器8不導熱(主換熱器8 二次側(cè)水流量停止等情 況下)，主換熱器8出口溫度升高時，余熱換熱器13才向池水傳熱。余熱導出泵10由可靠電源供電，水泵特性為軟特性，在水泵流量為零時， 其揚程稍大于主泵9工作點揚程。在主泵9停止運行時，余熱導出泵10繼續(xù) 運行，此時系統(tǒng)阻力下降，余熱導出泵10流量增大，將余熱導至反應(yīng)堆水池 2。上述水力控制閥的工作過程是正腔活塞16經(jīng)正腔通高壓水閥19通高壓水，負腔活塞17經(jīng)負腔通反應(yīng)堆水池閥21通反應(yīng)堆水池2，由水的壓力 將止回閥關(guān)閉。堆及一回路升壓至額定壓力后，正腔活塞16由升壓后的回路 水加壓，然后，經(jīng)正腔通反應(yīng)堆水池閥18向反應(yīng)堆水池2泄壓，負腔活塞 17經(jīng)負腔通高壓水閥22加定值水壓。定值水壓乂負腔面積=水力控制開關(guān)閥 打開時回路水壓X正腔面積。此時水力控制開關(guān)閥在開堆運行時關(guān)閉，當壓 力低至整定值時，水力控制開關(guān)閥時自動打開，調(diào)整水力控制開關(guān)閥負腔面 積，實現(xiàn)失水事故時先打開余熱導出出口閥4，釋放穩(wěn)壓器中的氣體，然后 再打開余熱導出入口閥15，反應(yīng)堆堆芯的水位就不會下降。此時，反應(yīng)堆容 器l內(nèi)的堆芯與反應(yīng)堆水池2形成自然循環(huán)，導出堆芯的余熱至反應(yīng)堆水池 2。在余熱導出泵10也發(fā)生故障的情況下，余熱導出泵10停止和堆芯1溫 度高兩信號"與門"連鎖打開余熱導出出口闊4、余熱導出入口閥15，反應(yīng)
堆容器內(nèi)的堆芯1與反應(yīng)堆水池2形成自然循環(huán)，導出堆芯1余熱至反應(yīng)堆水池2。在反應(yīng)堆正常運行時，主回路間底部的輸水管12的"幾"字型彎曲結(jié)構(gòu) 形成水封，使主回路間11與反應(yīng)堆水池2上面的空間隔離；在發(fā)生失水事故時， 泄漏的水可以通過輸水管12流回水池2，若主回路溫度高，失水中夾雜蒸汽， 則蒸汽從疏水管12逸出時，在水池2水面下很快冷凝。
權(quán)利要求
1、一種非能動的固有安全的管池式反應(yīng)堆，包括反應(yīng)堆水池(2)、位于反應(yīng)堆水池(2)中的反應(yīng)堆壓力容器(16)、反應(yīng)堆壓力容器(16)中的堆芯(1)，反應(yīng)堆壓力容器(16)上部通過反應(yīng)堆冷卻水出口管(5)與主換熱器(8)連通，反應(yīng)堆冷卻水出口管(5)旁路上連有穩(wěn)壓器(7)，其特征在于主換熱器(8)通過兩條并聯(lián)管路與反應(yīng)堆冷卻水進口管(6)連通，其中一條管路上依次設(shè)有反應(yīng)堆冷卻水主泵(9)、主泵出口止回閥(17)，另一條管路上依次設(shè)有余熱導出泵(10)、余熱導出泵出口止回閥(18)、余熱換熱器(13)，余熱換熱器(13)位于水池(2)中；反應(yīng)堆冷卻水進口管(6)與反應(yīng)堆壓力容器(16)下部連通。
2、 如權(quán)利要求
1所述的非能動的固有安全的管池式反應(yīng)堆，其特征在于所 述的反應(yīng)堆冷卻水出口管(5)旁路上設(shè)有余熱導出出口閥(4)，反應(yīng)堆冷卻 水進口管(6)旁路上設(shè)有余熱導出入口閥(15)，兩者均為水力控制閥，閥門 的另一端與反應(yīng)堆水池(2)相通，水力控制閥包括閥體(20)中的活塞套筒(26)、正腔活塞(25)和負腔活塞(19);正腔活塞(25)與正腔通反應(yīng)堆水 池閥(23)和正腔通高壓水閥(24)相通；負腔活塞(19)與負腔通反應(yīng)堆水 池閥(21)和負腔通高壓水閥(22)相通。
3、 如權(quán)利要求
2所述的非能動的固有安全的管池式反應(yīng)堆，其特征在于余 熱導出出口閥(4)和余熱導出入口閥(15)能在余熱導出泵(10)停止和堆 芯(1)溫度高"與門"連鎖信號下打開。
4、 如權(quán)利要求
1或2或3所述的非能動的固有安全的管池式反應(yīng)堆，其特征 在于在反應(yīng)堆水池(2)的上方設(shè)置有主回路間(11)，主換熱器(8)、主泵(9)、余熱導出泵(10)置于主回路間(11)中，主回路間(11)的底部有一 疏水管(12)穿過反應(yīng)堆水池壁(14)與反應(yīng)堆水池(2)水面以下相通。
專利摘要
本發(fā)明屬于一種核反應(yīng)堆，具體為一種固有安全的管池式研究堆。該堆的反應(yīng)堆冷卻水主泵和余熱導出泵設(shè)置在主換熱器的后面，在主回路間并聯(lián)，余熱換熱器設(shè)置在反應(yīng)堆水池中。主回路間設(shè)置在反應(yīng)堆水池的上方，主回路間的底部有一管道與反應(yīng)堆水池水面以下相通。在反應(yīng)堆堆芯的進出口處各有一個水力控制開關(guān)閥與反應(yīng)堆水池相通，在主管道失水事故時，主回路間的水可回到反應(yīng)堆水池，同時由于反應(yīng)堆容器的壓力低，自動打開堆芯進出口水力控制開關(guān)閥；當余熱導出泵發(fā)生故障時，靠堆芯溫度高信號打開堆芯進出口水力控制開關(guān)閥，使反應(yīng)堆堆芯與反應(yīng)堆水池形成自然循環(huán)，導出反應(yīng)堆堆芯的余熱至反應(yīng)堆水池。
文檔編號G21C15/18GKCN101149990SQ200710166285
公開日2008年3月26日 申請日期2007年11月9日
發(fā)明者丁曉亭, 吳英華, 牛文華 申請人:中國核動力研究設(shè)計院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan