專利名稱:一種安全殼外與安全殼內(nèi)、能動與非能動結(jié)合的消氫系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于反應(yīng)堆設(shè)計技術(shù)，具體涉及一種安全殼外與安全殼內(nèi)、能動與非能動結(jié)合的消氫系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
在核電廠發(fā)生設(shè)計基準事故或嚴重事故后，可能產(chǎn)生大量氫氣積聚在安全殼內(nèi)，并可能與安全殼中的氧氣發(fā)生反應(yīng)而導(dǎo)致爆燃和爆炸，使安全殼內(nèi)產(chǎn)生高溫和超壓，從而危及安全殼的完整性和造成安全殼的放射性泄漏超過規(guī)定值，還可能引起事故后所必需的系統(tǒng)和部件的損壞。日本福島事故進一步證實了氫爆極大的危害和采取消氫措施的必要性。因此，在核電廠設(shè)計中，必須提供安全殼內(nèi)的消氫手段。目前核電廠設(shè)計中采用的消氫
手段主要有能動的消氫手段和非能動的消氫手段。
能動消氫手段主要有兩種移動式氫復(fù)合器和氫氣點火器。
移動式氫復(fù)合器布置在安全殼外，在安全殼上預(yù)留有帶隔離閥的接口。在事故工況下，當(dāng)監(jiān)測到安全殼內(nèi)的氫氣濃度達到設(shè)定值后，操作人員將移動式氫復(fù)合器接入，安全殼內(nèi)的含氫氣體通過風(fēng)機和抽氣管進入移動式氫復(fù)合器，經(jīng)復(fù)合器除氫后再通過排氣管送回安全殼內(nèi)，以此達到消氫目的。
氫氣點火器是通過模擬計算事故工況下氫氣的分布情況，將點火器布置在安全殼內(nèi)的不同區(qū)域。在事故工況下，當(dāng)監(jiān)測到安全殼內(nèi)的氫氣濃度達到設(shè)定值后，點火器自動啟動，將相對較低濃度的氫氣通過主動點火燃燒來消除，防止氫氣積累達到高的燃爆濃度。
非能動的消氫手段主要是通過布置在安全殼內(nèi)的非能動氫復(fù)合器來實現(xiàn)的。通過模擬計算事故工況下氫氣的分布情況，非能動氫復(fù)合器被布置在安全殼內(nèi)最有可能出現(xiàn)氫氣聚集的區(qū)域。非能動氫復(fù)合器的運行不需要供電、監(jiān)測和其他支持，在事故工況下，當(dāng)安全殼內(nèi)的氫氣濃度達到一定值時，非能動氫復(fù)合器自動運行將氫氣催化復(fù)合，從而達到消除氫氣的目的。
目前核電廠采用的單一消氫手段都難以排除事故時失效的風(fēng)險。對于安全殼外能動的移動式氫復(fù)合器，事故時需要與安全殼預(yù)留的接口連接，可能由于操作人員不可達和能動設(shè)備的失效而不可用。對于安裝在安全殼內(nèi)的固定式的點火器和非能動氫復(fù)合器，可能由于安全殼內(nèi)發(fā)生的內(nèi)部事件導(dǎo)致失效；同時，點火器和非能動氫復(fù)合器的布置需要通過模擬計算事故工況下氫氣的分布來確定布置位置，由于計算的不確定性，在事故工況下，某些區(qū)域可能出現(xiàn)氫氣的積累而無法消除，而且在這種情況下如果沒有額外的消氫手段，氫氣可能聚集進而引發(fā)氫爆的危險。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中單一消氫手段的設(shè)計缺陷，提供一種新的核電廠消氫系統(tǒng)及方法，將安全殼外能動的消氫手段和安全殼內(nèi)非能動的消氫手段相結(jié)合，增加消氫系統(tǒng)的多樣性，提高事故工況下消氫系統(tǒng)的可靠性。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種安全殼外與安全殼內(nèi)、能動與非能動相結(jié)合的消氫系統(tǒng)，包括安全殼氫氣監(jiān)測子系統(tǒng)、非能動安全殼消氫子系統(tǒng)和能動氫復(fù)合器子系統(tǒng)，所述的安全殼氫氣監(jiān)測子系統(tǒng)包括設(shè)置在安全殼內(nèi)部上方的氫濃度測量儀，氫濃度測量儀通過管道和電纜與設(shè)置在主控制室的氫濃度顯示儀表相連接；所述的非能動安全殼消氫子系統(tǒng)包括設(shè)置在安全殼內(nèi)部的非能動氫復(fù)合器；所述的能動氫復(fù)合器子系統(tǒng)包括設(shè)置在安全殼外部的與安全殼連接的空氣循環(huán)管道，在空氣循環(huán)管道上連接氫復(fù)合器，氫復(fù)合器與用于遠距離手動啟動、關(guān)閉的控制盤相連接，氫復(fù)合器固定安裝在安全殼外(比如燃料廠房)。
·[0010]進一步，上述非能動安全殼消氫子系統(tǒng)設(shè)置一臺非能動氫復(fù)合器用于設(shè)計基準事故，滿足設(shè)計基準事故下IX100%的消氫能力。
進一步，上述能動氫復(fù)合器子系統(tǒng)的氫復(fù)合器包括一臺用于從安全殼吸入含氫空氣的風(fēng)機，一臺加熱催化反應(yīng)器，一臺氣體冷卻器。
進一步，上述能動氫復(fù)合器子系統(tǒng)的空氣循環(huán)管道上設(shè)有若干個接口，可根據(jù)需要并聯(lián)多套氫復(fù)合器。該子系統(tǒng)既用于設(shè)計基準事故也用于嚴重事故。
更進一步，上述能動氫復(fù)合器固定安裝在安全殼外(比如燃料廠房)，可遠程操控。
一種安全殼外與安全殼內(nèi)、能動與非能動相結(jié)合的消氫方法，在事故工況下，當(dāng)安全殼內(nèi)的氫氣濃度達到設(shè)定值時，安全殼內(nèi)非能動氫復(fù)合器自動運行消除氫氣，同時氫濃度測量儀對安全殼內(nèi)的氫濃度進行測量并將測量數(shù)據(jù)傳輸給安全殼外的氫濃度顯示儀表；當(dāng)安全殼內(nèi)氫濃度測量儀檢測到氫氣濃度大于報警值時，操縱員啟動安全殼外的能動氫復(fù)合器，與安全殼內(nèi)非能動氫復(fù)合器一起工作，消除安全殼內(nèi)的氫氣，將氫氣濃度控制在安全限值以內(nèi)；當(dāng)安全殼內(nèi)氫濃度降低到設(shè)定的安全限值以下時，操縱員關(guān)閉安全殼外的能動氫復(fù)合器。
本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明提供了一種新的消氫系統(tǒng)設(shè)計思路，通過安全殼內(nèi)與安全殼外、非能動與能動相結(jié)合的消氫手段，增加了消氫措施的多樣性，解決了現(xiàn)有消氫手段的設(shè)計缺陷，提高了消氫系統(tǒng)的可靠性，將消氫系統(tǒng)失效風(fēng)險降至最低，從而在事故情況下將安全殼內(nèi)的氫濃度控制在安全范圍之內(nèi)，避免發(fā)生氫氣爆炸。


圖I為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制原理示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明所提供的安全殼外與安全殼內(nèi)、能動與非能動相結(jié)合的消氫系統(tǒng)由安全殼氫氣監(jiān)測子系統(tǒng)、非能動安全殼消氫子系統(tǒng)和能動氫復(fù)合器子系統(tǒng)組成，每個子系統(tǒng)均與現(xiàn)有設(shè)計存在區(qū)別，是在現(xiàn)有設(shè)計基礎(chǔ)上進行了改進和優(yōu)化，以保證該組合消氫的可靠性和設(shè)計的最優(yōu)化。
安全殼氫氣監(jiān)測子系統(tǒng)用以監(jiān)測事故工況下(包括設(shè)計基準事故和嚴重事故)安全殼內(nèi)的氫氣濃度，該系統(tǒng)在發(fā)生事故后由操縱員在控制室手動啟動，之后連續(xù)運行以監(jiān)測安全殼內(nèi)的氫氣濃度，為操縱員啟動和關(guān)閉能動氫復(fù)合器提供信號。該系統(tǒng)由氫濃度測量儀表、管道、閥門和電纜等組成。[0019]目前，國內(nèi)核電廠還沒有實現(xiàn)在安全殼內(nèi)設(shè)置氫濃度測量儀監(jiān)測嚴重事故下氫氣濃度。本專利中氫濃度測量儀表及相關(guān)管道、閥門和電纜均滿足設(shè)計基準事故和嚴重事故下可靠性要求，可在事故情況下連續(xù)監(jiān)測安全殼內(nèi)的氫氣濃度。
非能動安全殼消氫子系統(tǒng)由完全獨立的非能動催化氫復(fù)合器組成，通過模擬計算事故工況下安全殼內(nèi)的氫氣產(chǎn)生量和分布情況，在安全殼內(nèi)布置一定數(shù)量的非能動氫復(fù)合器，在設(shè)計基準事故和嚴重事故下限制安全殼內(nèi)的氫氣濃度在爆炸限值以下。當(dāng)安全殼內(nèi)的氫濃度達到一定數(shù)值時，氫復(fù)合器自動工作，將安全殼內(nèi)的氫濃度控制在安全范圍之內(nèi)，系統(tǒng)運行不依賴于供電和氫濃度監(jiān)測以及其他支持。
非能動安全殼消氫子系統(tǒng)在現(xiàn)有核電廠設(shè)計基礎(chǔ)上對非能動氫復(fù)合器的布置和數(shù)量進行了優(yōu)化設(shè)置一臺非能動氫復(fù)合器用于設(shè)計基準事故下的消氫，該臺氫復(fù)合器滿足1X100%的消氫能力；現(xiàn)有核電廠一般設(shè)置兩臺非能動氫復(fù)合器用于設(shè)計基準事故下的消氫。根據(jù)氫濃度的產(chǎn)生量來確定用于嚴重事故下的非能動氫復(fù)合器數(shù)量，滿足1X100%的消氫能力；與現(xiàn)有核電廠設(shè)置相比，減少了非能動氫復(fù)合器數(shù)量，優(yōu)化了布置。安全殼外能動氫復(fù)合器子系統(tǒng)包括全套的強迫循環(huán)的氫復(fù)合器系統(tǒng)，安裝固定在安全殼外(比如燃料廠房)。該系統(tǒng)留有接口，可根據(jù)設(shè)計要求并聯(lián)若干套能動氫復(fù)合器，滿足消氫能力要求。在事故工況下(包括設(shè)計基準事故和嚴重事故)，當(dāng)操作員接到安全殼內(nèi)氫濃度報警信號后，將能動氫復(fù)合器子系統(tǒng)與安全殼連通，安全殼內(nèi)的含氫空氣通過風(fēng)機和抽氣管進入氫復(fù)合器，經(jīng)處理后再通過排氣管送回到安全殼內(nèi)，如此循環(huán)除氫，從而使安全殼內(nèi)的氫濃度控制在安全范圍之內(nèi)。該系統(tǒng)由能動氫復(fù)合器、電源及控制盤、閥門、管道、電線及儀表組成。
能動氫復(fù)合器子系統(tǒng)與現(xiàn)有核電廠移動式氫復(fù)合器的設(shè)計(包括設(shè)備要求與配置)是不一樣的(I)該系統(tǒng)固定安裝在安全殼外，事故情況下不用操作人員到現(xiàn)場連接，可在遠程連通與啟閉；而現(xiàn)有核電廠移動式氫復(fù)合器在事故情況下，需要操作員將其移動到連接位置并手動連接，在事故情況下往往難以實現(xiàn)。(2)該系統(tǒng)留有接口，可根據(jù)需要并聯(lián)多套設(shè)備；現(xiàn)有核電廠的移動式氫復(fù)合器沒有該接口。(3)該系統(tǒng)設(shè)計滿足設(shè)計基準事故和嚴重事故消氫要求，而現(xiàn)有核電廠的移動式氫復(fù)合器只能用于設(shè)計基準事故。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。
實施例
如圖I所示，本發(fā)明所提供的安全殼外與安全殼內(nèi)、能動與非能動相結(jié)合的消氫系統(tǒng)，包括安全殼氫氣監(jiān)測子系統(tǒng)、非能動安全殼消氫子系統(tǒng)和能動氫復(fù)合器子系統(tǒng)。所述的安全殼氫氣監(jiān)測子系統(tǒng)包括設(shè)置在安全殼I內(nèi)部上方的氫濃度測量儀2，氫濃度測量儀2通過管道和電纜與設(shè)置在主控制室3的氫濃度顯示儀表相連接；所述的非能動安全殼消氫子系統(tǒng)包括設(shè)置在安全殼I內(nèi)部的非能動氫復(fù)合器4 ;所述的能動氫復(fù)合器子系統(tǒng)包括設(shè)置在安全殼I外部的與安全殼連接的空氣循環(huán)管道5，在空氣循環(huán)管道5上連接氫復(fù)合器6，氫復(fù)合器6與用于遠距離手動啟動、關(guān)閉的控制盤(可設(shè)置在主控制室3 )相連接。
本發(fā)明的非能動安全殼消氫子系統(tǒng)只需設(shè)置一臺非能動氫復(fù)合器4用于設(shè)計基準事故下的消氫，該臺氫復(fù)合器滿足1X100%的消氫能力，從而減少了非能動氫復(fù)合器數(shù)量，優(yōu)化了布置。
能動氫復(fù)合器子系統(tǒng)的空氣循環(huán)管道5上設(shè)有若干個接口，可根據(jù)需要并聯(lián)多套氫復(fù)合器6。每一套氫復(fù)合器6包括一臺用于從安全殼吸入含氫空氣的風(fēng)機，一臺加熱催化反應(yīng)器，一臺氣體冷卻器(包括強制對流冷卻所需的風(fēng)機和電動機)。含氫空氣在加熱催化反應(yīng)器中被加熱并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成水(氫氣和氧氣發(fā)生反應(yīng))，再將反應(yīng)后的氣體冷卻，送回安全殼內(nèi)。
上述安全殼外與安全殼內(nèi)、能動與非能動相結(jié)合的消氫系統(tǒng)的運行方式如下
在事故工況下，當(dāng)安全殼內(nèi)的氫氣濃度達到設(shè)定值時，安全殼內(nèi)非能動氫復(fù)合器自動運行消除氫氣，同時氫濃度測量儀對安全殼內(nèi)的氫濃度進行測量并將測量數(shù)據(jù)傳輸給安全殼外的氫濃度顯示儀表；當(dāng)安全殼內(nèi)氫濃度測量儀檢測到氫氣濃度大于報警值時，操縱員啟動安全殼外的能動氫復(fù)合器，與安全殼內(nèi)非能動氫復(fù)合器一起工作，消除安全殼內(nèi)的氫氣，將氫氣濃度控制在安全限值以內(nèi)；當(dāng)安全殼內(nèi)氫濃度降低到設(shè)定的安全限值以下時，操縱員關(guān)閉安全殼外的能動氫復(fù)合器。
本發(fā)明由安裝在安全殼內(nèi)的非能動氫復(fù)合器和布置在安全殼外的能動氫復(fù)合器 共同作用，將安全殼內(nèi)的氫氣限制在爆炸限值以下。通過安全殼內(nèi)與安全殼外、非能動與能動相結(jié)合的消氫措施，將消氫系統(tǒng)失效風(fēng)險降至最低。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求
及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種安全殼外與安全殼內(nèi)、能動與非能動相結(jié)合的消氫系統(tǒng)，其特征在于包括安全殼氫氣監(jiān)測子系統(tǒng)、非能動安全殼消氫子系統(tǒng)和能動氫復(fù)合器子系統(tǒng)，所述的安全殼氫氣監(jiān)測子系統(tǒng)包括設(shè)置在安全殼(I)內(nèi)部上方的氫濃度測量儀(2 )，氫濃度測量儀(2 )通過管道和電纜與設(shè)置在主控制室(3)的氫濃度顯示儀表相連接；所述的非能動安全殼消氫子系統(tǒng)包括設(shè)置在安全殼內(nèi)部的非能動氫復(fù)合器(4);所述的能動氫復(fù)合器子系統(tǒng)包括設(shè)置在安全殼外部的與安全殼連接的空氣循環(huán)管道(5)，在空氣循環(huán)管道(5)上連接氫復(fù)合器(6)，氫復(fù)合器(6)與用于遠距離手動啟動、關(guān)閉的控制盤相連接，氫復(fù)合器(6)固定安裝在安全殼(I)外。
2.如權(quán)利要求
I所述的消氫系統(tǒng)，其特征在于所述非能動安全殼消氫子系統(tǒng)設(shè)置一臺非能動氫復(fù)合器(4)用于設(shè)計基準事故，滿足設(shè)計基準事故下1X100%的消氫能力。
3.如權(quán)利要求
I所述的消氫系統(tǒng)，其特征在于所述能動氫復(fù)合器子系統(tǒng)的氫復(fù)合器包括一臺用于從安全殼吸入含氫空氣的風(fēng)機，一臺加熱催化反應(yīng)器，一臺氣體冷卻器。
4.如權(quán)利要求
3所述的消氫系統(tǒng)，其特征在于所述能動氫復(fù)合器子系統(tǒng)的空氣循環(huán)管道上設(shè)有若干個接口，可根據(jù)需要并聯(lián)多套氫復(fù)合器，能動氫復(fù)合器子系統(tǒng)既用于設(shè)計基準事故也用于嚴重事故。
5.如權(quán)利要求
I所述的消氫系統(tǒng)，其特征在于所述能動氫復(fù)合器子系統(tǒng)的氫復(fù)合器固定安裝在安全殼外，可遠程操控。
6.一種安全殼外與安全殼內(nèi)、能動與非能動相結(jié)合的消氫方法，其特征在于在事故工況下，當(dāng)安全殼內(nèi)的氫氣濃度達到設(shè)定值時，安全殼內(nèi)非能動氫復(fù)合器自動運行消除氫氣，同時氫濃度測量儀對安全殼內(nèi)的氫濃度進行測量并將測量數(shù)據(jù)傳輸給安全殼外的氫濃度顯示儀表；當(dāng)安全殼內(nèi)氫濃度測量儀檢測到氫氣濃度大于報警值時，操縱員啟動安全殼外的能動氫復(fù)合器，與安全殼內(nèi)非能動氫復(fù)合器一起工作，消除安全殼內(nèi)的氫氣，將氫氣濃度控制在安全限值以內(nèi)；當(dāng)安全殼內(nèi)氫濃度降低到設(shè)定的安全限值以下時，操縱員關(guān)閉安全殼外的能動氫復(fù)合器。
專利摘要
本發(fā)明屬于反應(yīng)堆設(shè)計技術(shù)，具體涉及一種安全殼外與安全殼內(nèi)、能動與非能動結(jié)合的消氫系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括安全殼氫氣監(jiān)測子系統(tǒng)、非能動安全殼消氫子系統(tǒng)和能動氫復(fù)合器子系統(tǒng)，通過安全殼內(nèi)與安全殼外、非能動與能動相結(jié)合的消氫手段，增加了消氫措施的多樣性，解決了現(xiàn)有消氫手段的設(shè)計缺陷，提高了消氫系統(tǒng)的可靠性，將消氫系統(tǒng)失效風(fēng)險降至最低，從而在事故情況下將安全殼內(nèi)的氫濃度控制在安全范圍之內(nèi)，避免發(fā)生氫氣爆炸。
文檔編號G21C9/06GKCN102945685SQ201210410274
公開日2013年2月27日 申請日期2012年10月24日
發(fā)明者于勇, 趙俠, 宋代勇, 黃偉峰, 諶登華, 趙德鵬 申請人:中國核電工程有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan