壓水堆核電站分離式熱管式非能動余熱排出系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及的是一種核電站安全裝置，具體地說是余熱排出系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于衰變熱等大量余熱的產(chǎn)生，在反應(yīng)堆停堆后，需要設(shè)置專門的余熱排出系統(tǒng)來保證堆芯余熱的排出，否則將導(dǎo)致壓力容器內(nèi)壓力和溫度的持續(xù)升高，對壓力容器的完整性造成威脅。現(xiàn)有核電站設(shè)置的余熱排出系統(tǒng)絕大多數(shù)為能動設(shè)備，在運行時需要外部設(shè)備提供動力，這就使得余排設(shè)備存在當(dāng)外部動力源喪失時喪失功能的風(fēng)險，對反應(yīng)堆安全造成威脅。
[0003]隨著核電工業(yè)的發(fā)展，新一代先進(jìn)核電站的設(shè)計中基本都采用了非能動技術(shù)來提高系統(tǒng)的固有安全性。非能動安全系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單且不易失效，在投入運行時依靠系統(tǒng)的固有特性和自然規(guī)律來保障反應(yīng)堆的安全，不需過分依賴運行人員的判斷和外部能源的供給就能完成相應(yīng)的安全功能?，F(xiàn)有非能動余熱排出系統(tǒng)設(shè)計大多通過對一回路冷卻劑的直接冷卻實現(xiàn)余熱排出的功能，這種余熱排出方式具有明顯的換熱效果，但是對換熱器設(shè)計的要求較高，增加了一回路放射性冷卻劑泄漏的概率。此外目前以大氣為最終熱阱的非能動余熱排出系統(tǒng)回路循環(huán)工質(zhì)在運行過程中大多數(shù)保持單相，換熱效率較低，且需要較大的高度差以獲得穩(wěn)定的自然循環(huán)流量，這都將導(dǎo)致?lián)Q熱設(shè)備尺寸過大等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的在于提供在滿足事故初期快速冷卻和事故后期長期冷卻要求的同時，獲得較大的換熱效率和較小設(shè)備尺寸的壓水堆核電站分離式熱管式非能動余熱排出系統(tǒng)。
[0005]本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0006]本實用新型壓水堆核電站分離式熱管式非能動余熱排出系統(tǒng)，其特征是:包括蒸汽發(fā)生器、換熱器、空氣冷卻塔，蒸汽發(fā)生器上分別設(shè)置主蒸汽管道、給水管道、排污孔，換熱器里安裝分離式熱管蒸發(fā)段，分離式熱管蒸發(fā)段的上方通過蒸汽管與主蒸汽管道相連，分離式熱管蒸發(fā)段的下方通過凝水管與排污孔相連，空氣冷卻塔里安裝熱管冷凝段，換熱器的進(jìn)口通過下降管與熱管冷凝段的出口相連，換熱器的出口通過上升管與熱管冷凝段的進(jìn)口相連，空氣冷卻塔的下端部為冷空氣進(jìn)口，空氣冷卻塔的上端部為熱空氣出口，給水管道上設(shè)置第一隔離閥。
[0007]本實用新型還可以包括:
[0008]1、主蒸汽管道上設(shè)置常開的第二隔離閥，凝水管上設(shè)置并聯(lián)且常閉的第三隔離閥和第四隔離閥，并聯(lián)的第三隔離閥和第四隔離閥與排污孔之間的凝水管上設(shè)置止回閥，熱管冷凝段上設(shè)置釋放閥。
[0009]2、分離式熱管冷凝段的海拔高于熱管蒸發(fā)段的海拔。
[0010]本實用新型的優(yōu)勢在于:
[0011]1、非能動余熱排出系統(tǒng)連接在蒸汽發(fā)生器二次側(cè)，保證了一回路主冷卻系統(tǒng)邊界的完整性，有效控制事故條件下放射性物質(zhì)的擴(kuò)散；
[0012]2、非能動余熱排出換熱器管側(cè)為分離式熱管蒸發(fā)段，對蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽直接冷卻，與最終熱阱間形成較大的溫差以能獲得穩(wěn)定循環(huán)，將熱量及時帶出。
[0013]3、采用分離式熱管作為中間回路，熱管中工質(zhì)的相變換熱使得其具有很高的換熱效率，顯著減小設(shè)備尺寸；
[0014]4、大氣環(huán)境作為最終熱阱，將熱量最終排入大氣環(huán)境中，滿足反應(yīng)堆需要長期冷卻的要求。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖舉例對本實用新型做更詳細(xì)地描述:
[0017]結(jié)合圖1，壓水堆核電站分離式熱管式非能動余熱排出系統(tǒng)，包括非能動余熱導(dǎo)出系統(tǒng)和分離式熱管回路系統(tǒng)，所述的非能動余熱導(dǎo)出系統(tǒng)包括蒸汽管5，非能動余熱排出換熱器6和凝水管7 ;所述非能動余熱排出換熱器6為余熱導(dǎo)出系統(tǒng)和熱管回路系統(tǒng)共用設(shè)備；所述的分離式熱管回路系統(tǒng)由非能動余熱排出換熱器6，上升管13，分離式熱管冷凝段15以及下降管16組成；所述分離式熱管冷凝段15位于煙囪17下部。
[0018]所述的非能動余熱排出換熱器6為管殼式換熱器，為兩個系統(tǒng)共用設(shè)備，換熱器殼側(cè)與蒸汽管道5相連，換熱器管側(cè)為分離式熱管蒸發(fā)段12，殼側(cè)出口的海拔略低于蒸汽發(fā)生器I的水位。
[0019]所述的蒸汽管5與主蒸汽管道2底部相連，沿一定的傾斜角度向下連接到非能動余熱排出換熱器6。
[0020]所述的凝水管7與蒸汽發(fā)生器排污孔11相連，凝水管7上設(shè)有兩個并聯(lián)的常閉隔離閥，隔離閥9為能動隔離閥，隔離閥8為非能動隔離閥，隔離閥下游設(shè)一個止回閥10。
[0021]所述的熱管蒸發(fā)段12的進(jìn)口通過下降管16與熱管冷凝段15出口相連，熱管蒸發(fā)段12的出口通過上升管13與熱管冷凝段15進(jìn)口相連。
[0022]所述的分離式熱管冷凝段15位于空氣冷卻塔17中，分離式熱管冷凝段15的海拔高于熱管蒸發(fā)段12的海拔。分離式熱管冷凝段15上端裝有釋放閥14。
[0023]所述的空氣冷卻塔17位于安全殼外部，空氣冷卻塔17下部為冷空氣進(jìn)口，上部為熱空氣出口。
[0024]所述的主蒸汽管道2上設(shè)有常開的電動隔離閥3 ;蒸汽發(fā)生器I給水管道上設(shè)有常開的電動隔離閥4，所述的隔離閥3和隔離閥4應(yīng)能在事故條件下自動關(guān)閉。
[0025]所述的非能動分離式熱管系統(tǒng)內(nèi)流動的工質(zhì)為滿足系統(tǒng)工作所需沸點的水或其它載熱工質(zhì)。
[0026]如圖1所示的壓水堆核電站非能動余熱排出系統(tǒng)，包括非能動余熱導(dǎo)出系統(tǒng)和分離式熱管回路系統(tǒng)，非能動余熱導(dǎo)出系統(tǒng)由蒸汽管5，非能動余熱排出換熱器6和凝水管7組成，非能動余熱排出換熱器6殼側(cè)與蒸發(fā)器I 二次側(cè)相連，進(jìn)口與蒸汽管5相連；殼側(cè)出口的海拔略低于蒸汽發(fā)生器I的水位，通過凝水管7與蒸汽發(fā)生器排污孔11相連；蒸汽管5與主蒸汽管道2底部相連，并向下傾斜連接到換熱器6殼側(cè)進(jìn)口，防止蒸汽在管內(nèi)凝結(jié)而阻塞蒸汽管；凝水管7上設(shè)有兩個并聯(lián)的常閉隔離閥，隔離閥9為能動隔離閥，用于正常余熱排出時手動打開，隔離閥8為非能動隔離閥，用于事故條件下自動打開，隔離閥下游設(shè)有一個止回閥10 ;主蒸汽管道2上設(shè)有常開的電動隔離閥3，蒸汽發(fā)生器I給水管道上設(shè)有常開的電動隔離閥4，隔離閥3和隔離閥4應(yīng)能在事故條件下自動關(guān)閉。
[0027]分尚式熱管回路系統(tǒng)由分尚式熱管蒸發(fā)段12，上升管13，熱管冷凝段15以及下降管16組成；熱管蒸發(fā)段12的進(jìn)口通過下降管16與熱管冷凝段15出口相連，熱管蒸發(fā)段12的出口通過上升管13與熱管冷凝段15進(jìn)口相連，形成分離式熱管回路將水箱內(nèi)的熱量排入大氣環(huán)境中；空氣冷卻塔17位于安全殼外部，下部為冷空氣進(jìn)口，上部為熱空氣出口 ；分離式熱管回路系統(tǒng)內(nèi)流動的工質(zhì)為水或其它載熱工質(zhì)。
[0028]正常運行時，連接余熱排出系統(tǒng)出口的兩個凝水隔離閥門8、9都處于關(guān)閉狀態(tài)，非能動余熱排出回路內(nèi)充滿水，蒸汽管道5內(nèi)具有一定水位，使得蒸汽只能通過主蒸汽管3向二回路系統(tǒng)流動；熱管回路內(nèi)沒有流量；空氣冷卻塔17內(nèi)的空氣流量幾乎為零。
[0029]在事故工況下或正常停堆需要進(jìn)行余熱排出時，常開主給水閥門4和主蒸汽閥門3自動關(guān)閉，連接非能動余熱排出換熱器6的常閉非能動閥門8或常閉能動閥門9打開。余熱排出系統(tǒng)內(nèi)的冷水在重力作用下通過蒸汽發(fā)生器排污孔11流入蒸汽發(fā)生器二次側(cè)，蒸汽通過蒸汽管5進(jìn)入非能動余熱排出換熱器6內(nèi)冷凝。由于凝水腔室的海拔比蒸汽發(fā)生器水位低，所以穩(wěn)定運行時在非能動余熱排出換熱器6殼側(cè)內(nèi)會形成一個穩(wěn)定的水位。隨著冷凝水的增多，當(dāng)換熱器6殼側(cè)內(nèi)冷凝水的水位高于蒸汽發(fā)生器水位時，冷凝水在水位高度差的作用下經(jīng)凝水管流入蒸汽發(fā)生器二次側(cè)，蒸汽發(fā)生器內(nèi)的蒸汽在非能動余熱排出換熱器6殼側(cè)蒸汽冷凝產(chǎn)生的負(fù)壓作用下進(jìn)入非能動余熱排出換熱器6，如此形成汽水回路的循環(huán)。由于蒸汽發(fā)生器I的冷卻作用，蒸汽發(fā)生器一次側(cè)出口冷卻劑溫度降低，一回路冷卻劑在自然循環(huán)密度差的作用下流動，將反應(yīng)堆余熱導(dǎo)出。
[0030]分離式熱管內(nèi)在投入使用前處于真空狀態(tài)，熱管回路蒸發(fā)段12內(nèi)的傳熱工質(zhì)吸收由蒸發(fā)器產(chǎn)生的蒸汽冷凝釋放的熱量，發(fā)生蒸發(fā)或沸騰，產(chǎn)生的蒸汽由于浮升力通過上升管13進(jìn)入熱管冷凝段15。冷凝段15通過管外空氣的冷卻釋放熱量，熱管中氣態(tài)工質(zhì)發(fā)生冷凝，冷凝工質(zhì)通過下降管16回到蒸發(fā)段換熱器15中，從而熱管回路形成穩(wěn)定的自然循環(huán)?？諝庋乩鋮s塔17底部入口進(jìn)入，在空氣冷卻換熱器管外被加熱，密度變小而浮升，熱空氣由冷卻塔17上部出口流出。最終將熱量導(dǎo)入大氣環(huán)境中。
[0031]由于熱管中傳熱過程伴隨著沸騰和冷凝的相變過程，因此系統(tǒng)具有很大的換熱效率。反應(yīng)堆停堆初期衰變熱功率較大，分離式熱管啟動快并且工作溫度穩(wěn)定，其內(nèi)工質(zhì)保持飽和狀態(tài)，能夠及時排除熱量；反應(yīng)堆停堆后期余熱減少，分離式熱管在較小的溫差下仍能穩(wěn)定運行，保證預(yù)熱的排出，此外在排出余熱條件下，由于分離式熱管具有較高的換熱效率可以顯著減小設(shè)備尺寸，優(yōu)化反應(yīng)堆布置。
【主權(quán)項】
1.壓水堆核電站分離式熱管式非能動余熱排出系統(tǒng)，其特征是:包括蒸汽發(fā)生器、換熱器、空氣冷卻塔，蒸汽發(fā)生器上分別設(shè)置主蒸汽管道、給水管道、排污孔，換熱器里安裝分離式熱管蒸發(fā)段，分離式熱管蒸發(fā)段的上方通過蒸汽管與主蒸汽管道相連，分離式熱管蒸發(fā)段的下方通過凝水管與排污孔相連，空氣冷卻塔里安裝熱管冷凝段，換熱器的進(jìn)口通過下降管與熱管冷凝段的出口相連，換熱器的出口通過上升管與熱管冷凝段的進(jìn)口相連，空氣冷卻塔的下端部為冷空氣進(jìn)口，空氣冷卻塔的上端部為熱空氣出口，給水管道上設(shè)置第一隔離閥。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓水堆核電站分離式熱管式非能動余熱排出系統(tǒng)，其特征是:主蒸汽管道上設(shè)置常開的第二隔離閥，凝水管上設(shè)置并聯(lián)且常閉的第三隔離閥和第四隔離閥，并聯(lián)的第三隔離閥和第四隔離閥與排污孔之間的凝水管上設(shè)置止回閥，熱管冷凝段上設(shè)置釋放閥。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓水堆核電站分離式熱管式非能動余熱排出系統(tǒng)，其特征是:分離式熱管冷凝段的海拔高于熱管蒸發(fā)段的海拔。
【專利摘要】本實用新型的目的在于提供壓水堆核電站分離式熱管式非能動余熱排出系統(tǒng)，包括蒸汽發(fā)生器、換熱器、空氣冷卻塔，蒸汽發(fā)生器上分別設(shè)置主蒸汽管道、給水管道、排污孔，換熱器里安裝分離式熱管蒸發(fā)段，分離式熱管蒸發(fā)段的上方通過蒸汽管與主蒸汽管道相連，分離式熱管蒸發(fā)段的下方通過凝水管與排污孔相連，空氣冷卻塔里安裝熱管冷凝段，換熱器的進(jìn)口通過下降管與熱管冷凝段的出口相連，換熱器的出口通過上升管與熱管冷凝段的進(jìn)口相連，空氣冷卻塔的下端部為冷空氣進(jìn)口，空氣冷卻塔的上端部為熱空氣出口，給水管道上設(shè)置第一隔離閥。本實用新型在滿足事故初期快速冷卻和事故后期長期冷卻要求的同時，能夠獲得較大的換熱效率。
【IPC分類】G21C15/18
【公開號】CN204680390
【申請?zhí)枴緾N201520401230
【發(fā)明人】彭敏俊, 呂星, 夏庚磊, 鄭勇, 孫林
【申請人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年6月11日