一種液態(tài)金屬冷卻池式反應堆多功能堆內熱分隔系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于反應堆系統(tǒng)部件設計技術領域，具體涉及一種液態(tài)金屬冷卻池式反應 堆多功能堆內熱分隔系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 液態(tài)金屬冷卻池式反應堆采用一體化設計，所有的堆內部件均浸沒于主容器的液 態(tài)金屬內，有效降低了一回路冷卻劑喪失事故（LOCA)的發(fā)生概率；主容器內裝載大量的液 態(tài)金屬，使反應堆具有良好的熱惰性；液態(tài)金屬具有良好的中子性能，可設計為增殖快堆。 這些優(yōu)點使液態(tài)金屬冷卻池式反應堆具有良好的固有安全性和經(jīng)濟性，是先進反應堆的重 要候選堆型之一。
[0003] 堆內熱分隔系統(tǒng)是液態(tài)金屬冷卻池式反應堆的重要系統(tǒng)之一。熱分隔系統(tǒng)將液態(tài) 金屬冷卻池式反應堆主容器內的液態(tài)金屬分為上部的熱池和下部的冷池，用于減小熱池向 冷池傳遞的熱量，維持熱池和冷池的溫差。在液態(tài)重金屬冷卻自然循環(huán)池式反應堆中，主冷 卻劑系統(tǒng)的驅動力主要來源于熱池和冷池液態(tài)重金屬由于溫度不同而產(chǎn)生的密度差，堆內 熱分隔系統(tǒng)的性能將直接影響主冷卻劑系統(tǒng)的自然循環(huán)能力。同時熱分隔系統(tǒng)的隔熱能力 將影響液態(tài)金屬冷卻池式反應堆的熱效率及事故情況下主容器內液態(tài)金屬的自然循環(huán)能 力，進而影響反應堆的經(jīng)濟性和安全性。
[0004] 在現(xiàn)有的液態(tài)金屬冷卻池式反應堆中，堆內熱分隔系統(tǒng)多采用單層或多層鋼板結 構的熱分隔設計。在中國實驗快堆（CEFR)中，堆內熱分隔系統(tǒng)的水平方向采用彼此間隔的 三層熱隔板、豎直方向采用彼此間隔的雙層鋼板，隔板間隙內通有液態(tài)金屬循環(huán)冷卻。該方 案可降低熱分隔板兩側的溫差，減小熱隔板上的熱應力，但是進入熱隔板間隙內的液態(tài)金 屬采用強迫循環(huán)驅動，不適合采用自然循環(huán)驅動的液態(tài)重金屬池式反應堆。中國科學院合 肥物質科學研宄院設計的一種液態(tài)金屬冷卻池式反應堆堆內冷熱池分隔系統(tǒng)，該方案采用 彼此間隔的雙層熱分隔板設計，依靠熱隔板間隙內的空氣達到熱分隔效果，但是該方案的 所設計的熱分隔板彼此之間沒有支撐，內層熱隔板需要承受熱池內液態(tài)金屬的全部重量， 外層熱隔板需要承受冷池內液態(tài)金屬的壓力，該設計方案對于熱隔板材料的選擇和加工挑 戰(zhàn)較大，工程可行性不高。
[0005] 比利時鉛鉍冷卻反應堆（MYRRHA)、法國鳳凰快堆（Phoenix)和印度原型快堆 (PFBR)的設計中，熱分隔系統(tǒng)僅為單層鋼板，鋼板上熱應力較大，對材料屬性要求較高，實 現(xiàn)難度大，隔熱效果不好。同時采用這種熱分隔設計方案的反應堆均采用強迫循環(huán)，熱池向 冷池的傳熱對齊冷卻劑循環(huán)能力影響有限，如果液態(tài)重金屬冷卻自然循環(huán)池式反應堆采用 這種設計，不利于維持熱池和冷池的溫差，會降低主冷卻劑系統(tǒng)的自然循環(huán)能力，影響反應 堆的熱效率和冷卻劑系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
[0006] 堆內輔助加熱系統(tǒng)是液態(tài)金屬冷卻池式反應堆的另一個重要系統(tǒng)。當反應堆處于 低功率或停堆工況時，堆芯所產(chǎn)生的熱量將不足以維持主容器內的液態(tài)金屬溫度在熔點以 上。若冷卻劑一旦發(fā)生凝固，將會對反應堆堆本體的系統(tǒng)和設備造成嚴重的破壞。因此，當 反應堆處于低功率或停堆工況時，必須對液態(tài)金屬冷卻池式反應堆主容器內的液態(tài)重金屬 進行輔助加熱，以維持其為液態(tài)。
[0007] 目前液態(tài)金屬冷卻池式反應堆的輔助加熱系統(tǒng)，主要有以下幾種方式：
[0008] 其中一種方式的典型代表是中國實驗快堆（CEFR)的輔助加熱系統(tǒng)，當反應堆處 于低功率或停堆工況時，如果此時主泵仍能正常運行，使用主泵驅動堆池內的冷卻劑鈉，依 靠主泵與鈉的摩擦生熱，對冷卻劑進行加熱。同時在二回路和事故余熱排出系統(tǒng)中間回路 布有電跟蹤加熱器，電跟蹤加熱器直接加熱二回路和事故余熱排出系統(tǒng)中間回路內的液態(tài) 鈉，然后分別通過置于堆池內的主熱交換器和余熱排出系統(tǒng)獨立熱交換器，將熱量傳遞給 主容器內的鈉，同時依靠主泵維持堆池內冷卻劑的正常循環(huán)，將熱量傳遞給整個主容器內 的冷卻劑；如果此時主泵無法正常運行，僅依靠布置在二回路和事故余熱排出系統(tǒng)中間回 路上的電跟蹤加熱器將熱量傳遞給主容器內的液態(tài)鈉。但是這種輔助加熱方式適用于采用 強迫循環(huán)的液態(tài)金屬冷卻池式反應堆，同時當主泵無法運行，主要依靠二回路和事故余熱 排出系統(tǒng)中間回路給堆池冷卻劑進行輔助加熱時，會導致反應堆熱池內冷卻劑的流動出現(xiàn) 反轉，給堆內系統(tǒng)和設備帶來較大的熱應力危害。而且這種輔助加熱方式不適合于主冷卻 劑系統(tǒng)采用自然循環(huán)驅動的液態(tài)重金屬冷卻池式反應堆
[0009] 另一種典型方式為比利時設計的鉛鉍冷卻反應堆（MYRRHA)的輔助加熱系統(tǒng)，該 系統(tǒng)直接置于堆芯下部，系統(tǒng)中安裝電加熱器，以此來直接加熱主容器內的液態(tài)鉛鉍，維持 主容器內的鉛鉍冷卻劑溫度在熔點以上。但這種方式的加熱裝置位于反應堆冷池內部，增 加了堆內結構的復雜性，同時需要考慮鉛鉍對電加熱器的腐蝕作用，且系統(tǒng)檢查和維修也 不方便。
[0010] 同時中國科學院合肥物質研宄科學院所設計的一種液態(tài)金屬冷卻池式反應堆堆 內冷熱池分隔系統(tǒng)具備輔助加熱功能，該方案設計在反應堆處于停堆工況下時，打開與熱 隔板間隙相連的進氣閥門和排氣閥門，啟動氣體加熱器和風機分別加熱和驅動氣體對主容 器內的液態(tài)金屬進行輔助加熱，系統(tǒng)結構簡單，啟動方便。但是該方案在進行輔助加熱時， 對熱池和冷池內的液態(tài)金屬都進行加熱，會降低熱池和冷池的溫差，不利于當反應堆處于 低功率或停堆工況時主容器內液態(tài)金屬自然循環(huán)的建立；同時該系統(tǒng)在進行輔助加熱時， 所導入的熱氣體溫度相對熱隔板間隙內的空氣溫度高，密度較小，因此氣體均浮在氣體輸 入管周圍，部分起來還未通過熱隔板與堆池內的液態(tài)金屬進行熱交換就被抽氣機抽出。以 上這兩個因素將會導致整個系統(tǒng)的輔助加熱效率降低。
【發(fā)明內容】
[0011] 本發(fā)明的目的之一是針對液態(tài)金屬冷卻池式反應堆冷熱池分隔和堆內液態(tài)金屬 輔助加熱的需要，克服現(xiàn)有技術適用范圍較窄、系統(tǒng)結構復雜、維修不便的不足，提供一種 啟動方便、可靠性高，不但適用于強迫循環(huán)，而且適用于自然循環(huán)的液態(tài)金屬冷卻池式反應 堆多功能堆內熱分隔系統(tǒng)，以提高液態(tài)金屬冷卻池式反應堆的經(jīng)濟性和安全性。
[0012] 本發(fā)明提供一種液態(tài)金屬冷卻池式反應堆多功能堆內熱分隔系統(tǒng)，包括：氣體貯 存罐、氣體過濾器、氣體加熱器、氣體輸入管、進氣閥門、內層熱隔板、中層熱隔板、外層熱隔 板、內層隔板固定鋼板、外層隔板固定鋼板、氣體輸出管、排氣閥門、抽氣機及用于設備與設 備之間相連的管道和閥門；所述內層熱隔板、中層熱隔板和外層熱隔板依次平行鋪設成上 部豎直、中部水平和下部豎直的組合板，所述內層熱隔板和中層熱隔板之間留有間隙，形成 內層熱隔板間隙，所述中層熱隔板和外層熱隔板之間留有間隙，形成外層熱隔板間隙；所述 外層熱隔板的上部豎直段緊貼主容器的內壁面，所述內層熱隔板的下部豎直段與堆芯徑向 間隔為15~20cm，所述內層熱隔板、中層熱隔板和外層熱隔板的上端均懸掛在堆頂蓋上， 下端連接堆芯冷卻劑入口擋板并與所述堆芯相連；在所述內層熱隔板間隙和外層熱隔板間 隙的上部豎直段、中部水平段和下部豎直段分別設置有所述內層隔板固定鋼板和外層隔板 固定鋼板，在內層熱隔板間隙正上方的所述堆頂蓋部位、內層隔板固定鋼板上均開有氣體 輸入管的通過小孔，同時在內層熱隔板間隙正上方的所述堆頂蓋上開有氣體輸出管通過小 孔；氣體貯存罐與氣體過濾器相連后再連接氣體加熱器，氣體輸入管一端與氣體加熱器相 連接，一端裝設進氣閥門后通過所述堆頂蓋上的開孔進入內層熱隔板間隙，分別穿過上部 豎直段、中部水平段和下