專利名稱:一種安全殼外與安全殼內(nèi)、能動(dòng)與非能動(dòng)結(jié)合的消氫系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于反應(yīng)堆設(shè)計(jì)技術(shù)，具體涉及一種安全殼外與安全殼內(nèi)、能動(dòng)與非能動(dòng)結(jié)合的消氫系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在核電廠發(fā)生設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故或嚴(yán)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(jìn)一步證實(shí)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(jì)中，必須提供安全殼內(nèi)的消氫手段。目前核電廠設(shè)計(jì)中采用的消氫手段主要有能動(dòng)的消氫手段和非能動(dòng)的消氫手段。
能動(dòng)消氫手段主要有兩種:移動(dòng)式氫復(fù)合器和氫氣點(diǎn)火器。
移動(dòng)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(dá)到設(shè)定值后，操作人員將移動(dòng)式氫復(fù)合器接入，安全殼內(nèi)的含氫氣體通過風(fēng)機(jī)和抽氣管進(jìn)入移動(dòng)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(dá)到消氫目的。
氫氣點(diǎn)火器是通過模擬計(jì)算事故工況下氫氣的分布情況，將點(diǎn)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(dá)到設(shè)定值后，點(diǎn)火器自動(dòng)啟動(dòng)，將相對較低濃度的氫氣通過主動(dòng)點(diǎn)火燃燒來消除，防止氫氣積累達(dá)到高的燃爆濃度。
非能動(dòng)的消氫手段主要是通過布置在安全殼內(nèi)的非能動(dòng)氫復(fù)合器來實(shí)現(xiàn)的。通過模擬計(jì)算事故工況下氫氣的分布情況，非能動(dòng)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(dòng)氫復(fù)合器的運(yùn)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(dá)到一定值時(shí)，非能動(dòng)氫復(fù)合器自動(dòng)運(yùn)行將氫氣催化復(fù)合，從而達(dá)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(shí)失效的風(fēng)險(xiǎn)。對于安全殼外能動(dòng)的移動(dòng)式氫復(fù)合器，事故時(shí)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(dá)和能動(dòng)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(diǎn)火器和非能動(dòng)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(shí)，點(diǎn)火器和非能動(dòng)氫復(fù)合器的布置需要通過模擬計(jì)算事故工況下氫氣的分布來確定布置位置，由于計(jì)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(jìn)而引發(fā)氫爆的危險(xiǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中單一消氫手段的設(shè)計(jì)缺陷，提供一種新的核電廠消氫系統(tǒng)，將安全殼外能動(dòng)的消氫手段和安全殼內(nèi)非能動(dòng)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。[0009]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:一種安全殼外與安全殼內(nèi)、能動(dòng)與非能動(dòng)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(dòng)安全殼消氫子系統(tǒng)和能動(dòng)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(dòng)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(dòng)氫復(fù)合器；所述的能動(dòng)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(yuǎn)距離手動(dòng)啟動(dòng)、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)。
進(jìn)一步，上述非能動(dòng)安全殼消氫子系統(tǒng)設(shè)置一臺非能動(dòng)氫復(fù)合器用于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故，滿足設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故下IX100%的消氫能力。
進(jìn)一步，上述能動(dòng)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(jī)，一臺加熱催化反應(yīng)器，一臺氣體冷卻器。
進(jìn)一步，上述能動(dòng)氫復(fù)合器子系統(tǒng)的空氣循環(huán)管道上設(shè)有若干個(gè)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(jì)基準(zhǔn)事故也用于嚴(yán)重事故。
更進(jìn)一步，上述能動(dòng)氫復(fù)合器固定安裝在安全殼外(比如燃料廠房)，可遠(yuǎn)程操控。
本實(shí)用新型的有益效果如下:本實(shí)用新型提供了一種新的消氫系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，通過安全殼內(nèi)與安全殼外、非能動(dòng)與能動(dòng)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(jì)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(xiǎn)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1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制原理示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型所提供的安全殼外與安全殼內(nèi)、能動(dòng)與非能動(dòng)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(dòng)安全殼消氫子系統(tǒng)和能動(dòng)氫復(fù)合器子系統(tǒng)組成，每個(gè)子系統(tǒng)均與現(xiàn)有設(shè)計(jì)存在區(qū)別，是在現(xiàn)有設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，以保證該組合消氫的可靠性和設(shè)計(jì)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(jì)基準(zhǔn)事故和嚴(yán)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(dòng)啟動(dòng)，之后連續(xù)運(yùn)行以監(jiān)測安全殼內(nèi)的氫氣濃度，為操縱員啟動(dòng)和關(guān)閉能動(dòng)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。
目前，國內(nèi)核電廠還沒有實(shí)現(xiàn)在安全殼內(nèi)設(shè)置氫濃度測量儀監(jiān)測嚴(yán)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(jì)基準(zhǔn)事故和嚴(yán)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(dòng)安全殼消氫子系統(tǒng)由完全獨(dú)立的非能動(dòng)催化氫復(fù)合器組成，通過模擬計(jì)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(dòng)氫復(fù)合器，在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故和嚴(yán)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(dá)到一定數(shù)值時(shí)，氫復(fù)合器自動(dòng)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(yùn)行不依賴于供電和氫濃度監(jiān)測以及其他支持。
非能動(dòng)安全殼消氫子系統(tǒng)在現(xiàn)有核電廠設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上對非能動(dòng)氫復(fù)合器的布置和數(shù)量進(jìn)行了優(yōu)化:設(shè)置一臺非能動(dòng)氫復(fù)合器用于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)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(dòng)氫復(fù)合器用于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故下的消氫。根據(jù)氫濃度的產(chǎn)生量來確定用于嚴(yán)重事故下的非能動(dòng)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(dòng)氫復(fù)合器數(shù)量，優(yōu)化了布置。
安全殼外能動(dòng)氫復(fù)合器子系統(tǒng)包括全套的強(qiáng)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(jì)要求并聯(lián)若干套能動(dòng)氫復(fù)合器，滿足消氫能力要求。在事故工況下(包括設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故和嚴(yán)重事故)，當(dāng)操作員接到安全殼內(nèi)氫濃度報(bào)警信號后，將能動(dòng)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(jī)和抽氣管進(jìn)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(dòng)氫復(fù)合器、電源及控制盤、閥門、管道、電線及儀表組成。
能動(dòng)氫復(fù)合器子系統(tǒng)與現(xiàn)有核電廠移動(dòng)式氫復(fù)合器的設(shè)計(jì)(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(yuǎn)程連通與啟閉；而現(xiàn)有核電廠移動(dòng)式氫復(fù)合器在事故情況下，需要操作員將其移動(dòng)到連接位置并手動(dòng)連接，在事故情況下往往難以實(shí)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(dòng)式氫復(fù)合器沒有該接口。(3)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故和嚴(yán)重事故消氫要求，而現(xiàn)有核電廠的移動(dòng)式氫復(fù)合器只能用于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。
實(shí)施例
如圖1所示，本實(shí)用新型所提供的安全殼外與安全殼內(nèi)、能動(dòng)與非能動(dòng)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(dòng)安全殼消氫子系統(tǒng)和能動(dòng)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(dòng)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(dòng)氫復(fù)合器4 ;所述的能動(dòng)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(yuǎn)距離手動(dòng)啟動(dòng)、關(guān)閉的控制盤(可設(shè)置在主控制室3)相連接。
本實(shí)用新型的非能動(dòng)安全殼消氫子系統(tǒng)只需設(shè)置一臺非能動(dòng)氫復(fù)合器4用于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)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(dòng)氫復(fù)合器數(shù)量，優(yōu)化了布置。
能動(dòng)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(gè)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(jī)，一臺加熱催化反應(yīng)器，一臺氣體冷卻器(包括強(qiáng)制對流冷卻所需的風(fēng)機(jī)和電動(dòng)機(jī))。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(dòng)與非能動(dòng)相結(jié)合的消氫系統(tǒng)的運(yùn)行方式如下:
在事故工況下，當(dāng)安全殼內(nèi)的氫氣濃度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，安全殼內(nèi)非能動(dòng)氫復(fù)合器自動(dòng)運(yùn)行消除氫氣，同時(shí)氫濃度測量儀對安全殼內(nèi)的氫濃度進(jìn)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(bào)警值時(shí)，操縱員啟動(dòng)安全殼外的能動(dòng)氫復(fù)合器，與安全殼內(nèi)非能動(dòng)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(shí)，操縱員關(guān)閉安全殼外的能動(dòng)氫復(fù)合器。
本實(shí)用新型由安裝在安全殼內(nèi)的非能動(dòng)氫復(fù)合器和布置在安全殼外的能動(dòng)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(dòng)與能動(dòng)相結(jié)合的消氫措施，將消氫系統(tǒng)失效風(fēng)險(xiǎn)降至最低。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本實(shí)用新型進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍。這樣，倘若對本實(shí)用新型的這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求
及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也意圖包含這些改動(dòng)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(dòng)與非能動(dòng)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(dòng)安全殼消氫子系統(tǒng)和能動(dòng)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(dòng)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(dòng)氫復(fù)合器(4);所述的能動(dòng)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(yuǎn)距離手動(dòng)啟動(dòng)、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
1所述的消氫系統(tǒng)，其特征在于:所述非能動(dòng)安全殼消氫子系統(tǒng)設(shè)置一臺非能動(dòng)氫復(fù)合器(4)用于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故，滿足設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故下1X100%的消氫能力。
3.如權(quán)利要求
1所述的消氫系統(tǒng)，其特征在于:所述能動(dòng)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(jī)，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(dòng)氫復(fù)合器子系統(tǒng)的空氣循環(huán)管道上設(shè)有若干個(gè)接口，可根據(jù)需要并聯(lián)多套氫復(fù)合器，能動(dòng)氫復(fù)合器子系統(tǒng)既用于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故也用于嚴(yán)重事故。
5.如權(quán)利要求
1所述的消氫系統(tǒng)，其特征在于:所述能動(dòng)氫復(fù)合器子系統(tǒng)的氫復(fù)合器固定安裝在安全殼外。
專利摘要
本實(shí)用新型屬于反應(yīng)堆設(shè)計(jì)技術(shù)，具體涉及一種安全殼外與安全殼內(nèi)、能動(dòng)與非能動(dòng)結(jié)合的消氫系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括安全殼氫氣監(jiān)測子系統(tǒng)、非能動(dòng)安全殼消氫子系統(tǒng)和能動(dòng)氫復(fù)合器子系統(tǒng)，通過安全殼內(nèi)與安全殼外、非能動(dòng)與能動(dòng)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(jì)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(xiǎn)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G21C9/06GKCN202976862SQ201220547986
公開日2013年6月5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