核蒸汽供給系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】核蒸汽供給系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2012年8月14日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)為No，61/683，021的權(quán)益，該申請(qǐng)的全文通過引用并入本文。
發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及核蒸汽供給系統(tǒng)，特別涉及到用來加熱蒸汽供給系統(tǒng)中一次冷卻劑的啟動(dòng)子系統(tǒng)。
[0004]發(fā)明背景
[0005]為了啟動(dòng)典型壓水堆中核蒸汽供給系統(tǒng)，必須將反應(yīng)堆的冷卻水加熱到工作溫度，在所屬領(lǐng)域，人們將這種溫度稱之為反應(yīng)堆冷卻水的空載工作溫度。此外，在傳統(tǒng)的核蒸汽供給系統(tǒng)中，必須確保完全流過冷卻劑回路和堆芯。必須確保在控制棒抽出時(shí)完全湍流流過燃料芯，以避免局部加熱和沸騰，并確保水的反應(yīng)性在啟動(dòng)和正常運(yùn)行期間在理想范圍內(nèi)。
[0006]在現(xiàn)有技術(shù)中，采用反應(yīng)堆冷卻劑泵來完成期望的啟動(dòng)條件，泵的主要作用是在正常使用條件下使冷卻劑在反應(yīng)堆芯中循環(huán)，在正常使用時(shí)，反應(yīng)堆冷卻劑泵所產(chǎn)生的大量摩擦熱量通過外部冷卻設(shè)備(熱交換器)排放以保持安全工作溫度。然而，在啟動(dòng)期間，外部冷卻是不起作用的，結(jié)果，摩擦熱量被直接傳輸?shù)椒磻?yīng)堆冷卻水中，使其達(dá)到空載工作溫度。在反應(yīng)堆冷卻劑水被加熱時(shí)，反應(yīng)堆冷卻劑回路中的壓力因?yàn)槭褂昧艘慌艃?nèi)部加熱器而升高，通過保持兩相平衡，這些加熱器蒸發(fā)部分反應(yīng)堆冷卻劑水并增加了反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)中的壓力。
[0007]在無源(passively)安全核蒸汽供給系統(tǒng)中，啟動(dòng)期間對(duì)反應(yīng)堆存量水加熱的上述過程是不存在的。這是因?yàn)檫@種無源安全核蒸汽供給系統(tǒng)并不包括或不要求使用任何泵，為此，使用摩擦熱量來加熱反應(yīng)堆存量水是不存在的。于是，在無源安全核蒸汽供給系統(tǒng)中，就需要一種可加熱反應(yīng)堆存量水的啟動(dòng)系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提出了一種改進(jìn)的核蒸汽供給系統(tǒng)和由此克服了上述現(xiàn)有裝置中的缺陷的啟動(dòng)子系統(tǒng)。本發(fā)明還提供了一種加熱核蒸汽供給系統(tǒng)中一次冷卻劑至空載運(yùn)行溫度的改進(jìn)方法。
[0009]在一個(gè)方面，本發(fā)明可以是一種核蒸汽供給系統(tǒng)，包括:帶有內(nèi)腔的反應(yīng)堆容器，由位于內(nèi)腔內(nèi)的核燃料組成的反應(yīng)堆芯，流體連接到反應(yīng)堆容器上的蒸汽發(fā)生容器；位于蒸汽發(fā)生容器內(nèi)并流體連接到反應(yīng)堆容器上的立管；一次冷卻劑至少部分地填充位于反應(yīng)堆容器和蒸汽發(fā)生容器內(nèi)形成的一次冷卻劑回路；以及啟動(dòng)子系統(tǒng)，包括:帶有位于一次冷卻劑回路上的入口的進(jìn)口管道；與進(jìn)口管道流體連接的泵，用來將來自一次冷卻劑回路的一部分一次冷卻劑通過進(jìn)口管道而泵入到注入管道內(nèi)；至少一個(gè)加熱元件，用來對(duì)所述部分的一次冷卻劑進(jìn)行加熱以形成一次冷卻劑的已加熱部分；以及流體連接到注入管道上并位于立管內(nèi)的噴嘴，以便將所述一次冷卻劑的已加熱部分注入到立管內(nèi)。
[0010]在另一個(gè)方面，本發(fā)明可以是一種核蒸汽供給系統(tǒng)，包括:帶有內(nèi)腔的反應(yīng)堆容器，位于內(nèi)腔內(nèi)的核燃料組成的反應(yīng)堆芯，流體連接到反應(yīng)堆容器上的蒸汽發(fā)生容器；在反應(yīng)堆容器和蒸汽發(fā)生容器內(nèi)形成的一次冷卻劑回路，一次冷卻劑回路內(nèi)的一次冷卻劑；以及流體連接到一次冷卻劑回路上的啟動(dòng)子系統(tǒng)，所述啟動(dòng)子系統(tǒng)配置成:(I)接收一部分來自一次冷卻劑回路的一次冷卻劑；(2)對(duì)所述的一次冷卻劑部分進(jìn)行加熱以形成一次冷卻劑的已加熱部分；以及(3)將所述一次冷卻劑的已加熱部分注入到一次冷卻劑回路中。
[0011]再一個(gè)方面，本發(fā)明是提出一種在核蒸汽供給系統(tǒng)內(nèi)加熱一次冷卻劑至空載使用溫度的方法，所述方法包括:a)填充反應(yīng)堆容器和蒸汽發(fā)生容器內(nèi)的一次冷卻劑回路，反應(yīng)堆容器與蒸汽發(fā)生容器通過一次冷卻劑而流體連接到一起；b)從一次冷卻劑回路中抽出一部分一次冷卻劑并注入到啟動(dòng)子系統(tǒng)內(nèi)；c)對(duì)啟動(dòng)子系統(tǒng)內(nèi)的這部分一次冷卻劑進(jìn)行加熱以形成一次冷卻劑的已加熱部分；以及d)將一次冷卻劑的已加熱部分注入到一次冷卻劑回路中。
[0012]再一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種啟動(dòng)核蒸汽供給系統(tǒng)的方法，所述方法包括:a)至少部分地填充經(jīng)由一次冷卻劑而流體連接到一起的反應(yīng)堆容器和蒸汽發(fā)生容器內(nèi)的一次冷卻劑回路，其中，一次冷卻劑回路包括蒸汽發(fā)生容器內(nèi)的立管山)從一次冷卻劑回路中抽出一部分一次冷卻劑并注入到啟動(dòng)子系統(tǒng)內(nèi)；c)對(duì)啟動(dòng)子系統(tǒng)內(nèi)的這部分一次冷卻劑進(jìn)行加熱以形成一次冷卻劑的已加熱部分；以及d)將所述一次冷卻劑的已加熱部分引入蒸汽發(fā)生容器的立管中。
[0013]通過如下給出的詳細(xì)說明，本發(fā)明的進(jìn)一步應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)顯現(xiàn)出來。應(yīng)該了解的是，盡管給出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但詳細(xì)說明和具體示例都僅作為示例說明，并不是對(duì)本發(fā)明的范圍的限制。
[0014]附圖簡要說明
[0015]下面參照附圖，介紹本發(fā)明示例性實(shí)施方式的特性，附圖中相同的部件標(biāo)以相同符號(hào)，附圖如下:
[0016]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的核蒸汽供給系統(tǒng)的主視圖，包括反應(yīng)堆容器、蒸汽發(fā)生容器和啟動(dòng)子系統(tǒng)；
[0017]圖2為圖1所示反應(yīng)堆容器的立視剖面圖；
[0018]圖3為圖1所示蒸汽發(fā)生容器的底部的立視剖面圖；
[0019]圖4為圖1所示蒸汽發(fā)生容器的頂部的立視剖面圖；
[0020]圖5A為圖1所示反應(yīng)堆容器的和一部分蒸汽發(fā)生容器的特寫圖，示出了根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方式的啟動(dòng)子系統(tǒng)的進(jìn)口管道的部位；
[0021]圖5B為圖5A的特寫圖，示出了根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施方式的啟動(dòng)子系統(tǒng)的進(jìn)口管道的部位；
[0022]圖5C為圖5A的特寫圖，示出了根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施方式的啟動(dòng)子系統(tǒng)的進(jìn)口管道的部位；
[0023]圖6為圖1所示VI區(qū)域的特寫圖；
[0024]圖7示出了啟動(dòng)子系統(tǒng)和反應(yīng)堆容器之間連接示意圖；以及
[0025]圖8為一次冷卻劑壓力與一次冷卻劑溫度的關(guān)系曲線圖。
[0026]所有附圖都是示意性的，并不一定按規(guī)定比例。
[0027]發(fā)明的具體說明
[0028]下面參照示例性實(shí)施方式介紹并描述本發(fā)明的特征和益處。示例性實(shí)施方式的如下描述旨在結(jié)合附圖一起閱讀，這些附圖被認(rèn)為是整個(gè)書面描述的組成部分。在本文所公開的實(shí)施方式的描述中，有關(guān)方向或方位的任何參照都僅在便于介紹，決不是限定本發(fā)明的范圍。相關(guān)術(shù)語，諸如“下方的”、“上方的”、“水平的”、“垂直的”、“在…正上方”、“在…正下方”、“向上”、“向下”、“頂部”和“底部”以及這些術(shù)語的派生詞(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)，都應(yīng)被解釋為是指當(dāng)時(shí)所描述的或所述圖所示的方位。這些相對(duì)術(shù)語都僅僅是為了描述方便，并不要求裝置按特定方位來建造或操作使用。術(shù)語，諸如“附著”、“固定”、“連接”、“耦合”、“互連”，以及類似術(shù)語，都是指一種關(guān)系，其中各個(gè)構(gòu)件通過中間結(jié)構(gòu)件以及活動(dòng)或剛性固定件或連接關(guān)系而直接地或間接地相互固定或連接在一起，除非另有明確說明。為此，很顯然，本發(fā)明公開內(nèi)容應(yīng)不限定在這些示例性實(shí)施方式上，這些實(shí)施方式說明了發(fā)明特征的一些可能的非限定性結(jié)合形式，這些特性可以獨(dú)立存在，也可以以其它結(jié)合形式存在。
[0029]首先參照?qǐng)D1，附圖示出了根據(jù)本發(fā)明的核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)100。盡管此處所述的是一種核蒸汽供給系統(tǒng)，在某些實(shí)施方式中，該系統(tǒng)在本文中一般可指一種蒸汽供給系統(tǒng)。本發(fā)明的核蒸汽供給系統(tǒng)100 —般用在核壓水堆中，通常包括反應(yīng)堆容器200、蒸汽發(fā)生容器300和啟動(dòng)子系統(tǒng)500。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解，該核蒸汽供給系統(tǒng)100可使用在除核壓水堆之外的其它用途中。
[0030]在核蒸汽供給系統(tǒng)100正常使用期間，一次冷卻劑流過反應(yīng)堆容器200和蒸汽發(fā)生容器300內(nèi)的一次冷卻劑回路190。該一次冷卻劑回路190如圖1中箭頭所示。特別是，一次冷卻劑向上流過反應(yīng)堆容器200內(nèi)的提升管柱(risercolumn)224，經(jīng)過流體接頭270，從反應(yīng)堆容器200流到蒸汽發(fā)生容器300，向上流過蒸汽發(fā)生容器300內(nèi)的立管337到達(dá)蒸汽發(fā)生容器300的頂部(S卩，到達(dá)穩(wěn)壓器380)，然后，向下流過蒸汽發(fā)生容器300管子304側(cè)邊的管子332 (見圖3和圖4)，從蒸汽發(fā)生容器300經(jīng)過流體接頭270到反應(yīng)堆容器200，向下流過反應(yīng)堆容器200的溢流管(downcorner) 222，然后，從反應(yīng)堆容器200的溢流管222流回到反應(yīng)堆容器200的提升管柱224。根據(jù)需要，在核蒸汽供給系統(tǒng)100的正常使用期間，一次冷卻劑繼續(xù)沿該一次冷卻劑回路流動(dòng)，不需要使用任何泵。
[0031]應(yīng)該清楚的是，在某些實(shí)施方式中，一次冷卻劑回路190在核蒸汽供給系統(tǒng)100關(guān)閉和不工作時(shí)會(huì)填充或局部填充一次冷卻劑。因?yàn)樘畛淅鋮s劑，這意味著整個(gè)一次冷卻劑回路190被完全充滿了一次冷卻劑，或者說，一次冷卻劑回路190幾乎完全充滿了一次冷卻劑，而留出一些空氣空間，以便在空氣排出后可根據(jù)需要再補(bǔ)充一次冷卻劑，或用于下述的啟動(dòng)程序期間由于一次冷卻劑受熱而膨脹。在某些實(shí)施方式中，在啟動(dòng)前，一次冷卻劑在一次冷卻劑回路190中是靜止的，這是因?yàn)橐淮卫鋮s劑并沒有沿一次冷卻劑回路流動(dòng)。然而，在下面詳細(xì)討論的利用啟動(dòng)子系統(tǒng)500進(jìn)行啟動(dòng)期間，因?yàn)闊岷缥?thermosiphon flow)的物理原理，一次冷卻劑被加熱且被迫流過一次冷卻劑回路190，最終，在未借助任何泵的情況下，能夠無源地流過一次冷卻劑回路190。
[0032]在反應(yīng)堆芯內(nèi)的核燃料開始裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)生熱量前，使用啟動(dòng)子系統(tǒng)500的啟動(dòng)程序開始將一次冷卻劑加熱到空載運(yùn)行溫度，如下將詳細(xì)介紹。在核蒸汽供給系統(tǒng)100正常運(yùn)行期間，一次冷卻劑因?yàn)槠淞鬟^反應(yīng)堆芯而具有極高的溫度。特別是，反應(yīng)堆容器200內(nèi)的核燃料開始裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，這會(huì)產(chǎn)生熱量，當(dāng)一次冷卻劑流過反應(yīng)堆容器200反應(yīng)堆芯時(shí)，對(duì)一次冷卻劑進(jìn)行加熱。如下所述，這種經(jīng)過加熱的一次冷卻劑用來對(duì)二次冷卻劑進(jìn)行相變，使其從液相改變?yōu)檎羝唷?br>[0033]在正常運(yùn)行期間，在一次冷卻劑流過一次冷卻劑回路190的同時(shí)，二次冷卻劑流過二次冷卻劑回路。特別是，在圖1所示的二次冷卻劑部位處，二次冷卻劑被引入蒸汽發(fā)生容器300的殼體側(cè)305 (圖3和圖4)。然后，二次冷卻劑流