一种具有反应堆堆芯熔融物堆内滞留和堆外滞留功能的系统技术方案

本发明专利技术属于核安全控制技术领域，涉及一种具有反应堆堆芯熔融物堆内滞留和堆外滞留功能的系统。所述的系统包括反应堆压力容器、保温层、冷却水入口组件、蒸汽出口组件、分隔混凝土层、环形阀门、坩埚、IVR供水管线、EVR供水管线、温度传感器、低熔点熔融塞,所述的反应堆压力容器中置有反应堆堆芯。利用本发明专利技术的系统，能够在反应堆发生严重事故，堆芯熔融时降低熔融物外泄的风险，增加熔融物被捕获的几率，从而提高反应堆的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种具有反应堆堆芯熔融物堆内滞留和堆外滞留功能的系统
本专利技术属于核安全控制
，涉及一种具有反应堆堆芯熔融物堆内滞留和堆外滞留功能的系统。
技术介绍
在三哩岛和切尔诺贝利核电站的严重事故之后，核电界开始集中力量对严重事故的预防和后果缓解进行研究和攻关，诸多结论明确了防范与缓解严重事故、提高安全可靠性和改善人因工程等方面的要求。当压水堆核电站发生严重事故时，堆芯余热排出手段的丧失将使冷却剂蒸发耗尽，堆芯裸露并持续升温，燃料元件由于失去冷却而发生融化，堆芯熔融物落入压力容器(RPV)下腔室，继而造成压力容器下封头失效，如果不能采取有效措施对其冷却，堆芯熔融物有可能将压力容器熔穿。压力容器熔穿后，熔融物直接喷射到安全壳筏基上与结构混凝土相互作用(MCCI)、一定时间内以较快的速度逐渐向下侵蚀安全壳的筏基。若筏基厚度不足，则底板可能被熔穿，并导致安全壳的完整性破坏，随后放射性物质将直接进入土壤，对环境造成严重影响。为了避免堆芯熔融物导致的大规模放射性物质释放，堆芯捕集器的相关设计逐渐产生。目前针对严重事故下，堆芯熔融物的冷却与收集的策略主要可分为两种：压力容器内熔融物的冷却与保持(IVR)，在美国的AP1000机型设计中采用；压力容器外熔融物冷却与收集(EVR)，在俄罗斯的WWER1000机型和法国的EPR机型中采用。WWER1000机型采用“坩埚”式堆芯捕集器，它是位于压力容器下部的一个独立的容器结构，主要由下底板、牺牲材料和扇形热交换器组成。EPR机型采用“铺展”式堆芯捕集器，严重事故情况下，堆芯形成可流动液态熔融物，直接流入反应堆堆坑中，在高温作用下熔融物与堆坑牺牲性混凝土发生反应，逐渐消融牺牲混凝土，达到初步冷却、收集熔融物的功能。关于堆芯捕集器的研究，国外起步较早，相关专利公开也较多，较重要的如：US4,113,560(美国麻省理工大学，1978年)可视为EVR的设计雏形；US4,280,872(法国原子能机构，1981年)将EVR技术提升到了工程应用的水平；US4,342,621(1982年)提出将热管技术用于EVR；US4,412,969(美国能源部，1983年)首次提出了IVR的概念。此外，US4,442,065、US5,263,066、US5,343,506、US6,353,651、US7,558,360、US8,358,732也公开了相关技术。中国对堆芯捕集器的研究在从俄罗斯引进WWER核电系统之后逐渐增多，在引进美国AP1000核电技术之后更是形成了一系列专利。国内外申请人在中国申请的此类专利包括：CN200410031091.1(俄罗斯申请，2007年)涉及损坏的LWR核反应堆的衬层定位和冷却系统，该专利即为WWER的EVR方案；CN201010529073.1(中核工业二十三建设有限公司，2010年)为申请人在WWER施工过程中形成的专利技术，涉及一种核电站堆芯捕集器的安装方法；CN201080068588.4(韩国水力原子力株式会社，2010年)涉及具有集成冷却通道的堆芯捕集器，其主旨在于对熔融物覆盖底板的冷却；CN201310005308.0、CN201310005342.8、CN201310005579.6、CN201320007203.4、CN201320007218.0、CN201320007347.X、CN20132000752.2(上海核工程研究设计院)为申请人在AP1000引进消化吸收及CAP1400设计过程中逐渐形成的EVR技术，分别涉及底部注水叠加外部冷却的大型非能动核电厂堆芯捕集器、一种大型非能动压水堆核电厂坩埚型堆芯捕集器、有熔融物扩展室的大型非能动压水堆核电厂堆芯捕集器、有熔融物扩展室的大型非能动压水堆核电厂堆芯捕集器、一种大型非能动压水堆核电厂堪竭型堆芯捕集器、大型非能动核电厂熔融物堆内和堆外滞留相结合的装置、底部注水叠加外部冷却的大型非能动核电厂堆芯捕集器。CN201310264749.2(上海核工程研究设计院)提出的大型非能动核电厂熔融物堆内和堆外滞留相结合的装置虽然也涉及熔融物堆内和堆外滞留相结合，但该装置未考虑IVR失效后的排水措施，可能会有蒸汽爆炸的风险。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对核安全控制的要求，提供一种具有反应堆堆芯熔融物堆内滞留和堆外滞留功能的系统，以在反应堆发生严重事故，堆芯熔融时降低熔融物外泄的风险，增加熔融物被捕获的几率，从而提高反应堆的安全性。为实现此目的，在基础的实施方案中，本专利技术提供一种具有反应堆堆芯熔融物堆内滞留和堆外滞留功能的系统，所述的系统包括反应堆压力容器、保温层、冷却水入口组件、蒸汽出口组件、分隔混凝土层、环形阀门、坩埚、IVR供水管线、EVR供水管线、温度传感器、低熔点熔融塞，所述的反应堆压力容器中置有反应堆堆芯；所述的保温层包围所述的反应堆压力容器并在两者之间形成一定的IVR冷却水冷却空间，所述的温度传感器设置在所述的IVR冷却水冷却空间中及所述的反应堆压力容器的外壁上；所述的冷却水入口组件设置于所述的保温层底部的开口处，可用于向所述的IVR冷却水冷却空间中通过所述的IVR供水管线导入IVR冷却水；所述的蒸汽出口组件设置在所述的IVR冷却水冷却空间的上方，用于导出气化后的IVR冷却水；所述的分隔混凝土层用于分割上方的所述的保温层与下方的所述的坩埚，其中部设置有低熔点熔融塞，接近外周处设置有环形阀门，所述的低熔点熔融塞用于反应堆堆芯熔融物将其熔融后进入所述的坩埚，所述的环形阀门用于当所述的温度传感器监测温度超过1300℃时打开其以将所述的IVR冷却水冷却空间中的冷却水全部排至所述的坩埚外；所述的坩埚的外侧可通过所述的EVR供水管线导入EVR冷却水，以降低所述的坩埚中落入的反应堆堆芯熔融物的温度，确保所述的反应堆堆芯熔融物滞留在所述的坩埚内。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种具有反应堆堆芯熔融物堆内滞留和堆外滞留功能的系统，其中所述的系统还包括混凝土屏蔽层，其设置在所述的反应堆压力容器的上方外侧、所述的保温层上方内侧、所述的蒸汽出口组件上方，用于减弱熔融物的辐射。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种具有反应堆堆芯熔融物堆内滞留和堆外滞留功能的系统，其中所述的系统还包括牺牲材料，所述的牺牲材料置于所述的坩埚中，用于和落入所述的坩埚中的反应堆堆芯熔融物相互作用后降低反应堆堆芯熔融物的温度，增大反应堆堆芯熔融物的体积，降低反应堆堆芯熔融物对所述的坩埚的壁面的热负荷。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种具有反应堆堆芯熔融物堆内滞留和堆外滞留功能的系统，其中所述的牺牲材料的主要成分为不锈钢、氧化铁和氧化铝。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种具有反应堆堆芯熔融物堆内滞留和堆外滞留功能的系统，其中所述的低熔点熔融塞的材质为铝镁合金，结构强度足以承受15m水位的压力。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种具有反应堆堆芯熔融物堆内滞留和堆外滞留功能的系统，其中所述的系统还包括IVR水箱，用于向其连接的所述的IVR供水管线中提供冷却水。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种具有反应堆堆芯熔融物堆内滞留和堆外滞留功能的系统，其中所述的系统还包括IVR供水管线阀门，其设置在所述的IVR供水管线上。在一种优选的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有反应堆堆芯熔融物堆内滞留和堆外滞留功能的系统，其特征在于，所述的系统包括反应堆压力容器、保温层、冷却水入口组件、蒸汽出口组件、分隔混凝土层、环形阀门、坩埚、IVR供水管线、EVR供水管线、温度传感器、低熔点熔融塞，所述的反应堆压力容器中置有反应堆堆芯；所述的保温层包围所述的反应堆压力容器并在两者之间形成一定的IVR冷却水冷却空间，所述的温度传感器设置在所述的IVR冷却水冷却空间中及所述的反应堆压力容器的外壁上；所述的冷却水入口组件设置于所述的保温层底部的开口处，可用于向所述的IVR冷却水冷却空间中通过所述的IVR供水管线导入IVR冷却水；所述的蒸汽出口组件设置在所述的IVR冷却水冷却空间的上方，用于导出气化后的IVR冷却水；所述的分隔混凝土层用于分割上方的所述的保温层与下方的所述的坩埚，其中部设置有低熔点熔融塞，接近外周处设置有环形阀门，所述的低熔点熔融塞用于反应堆堆芯熔融物将其熔融后进入所述的坩埚，所述的环形阀门用于当所述的温度传感器监测温度超过1300℃时打开其以将所述的IVR冷却水冷却空间中的冷却水全部排至所述的坩埚外；所述的坩埚的外侧可通过所述的EVR供水管线导入EVR冷却水，以降低所述的坩埚中落入的反应堆堆芯熔融物的温度，确保所述的反应堆堆芯熔融物滞留在所述的坩埚内。...

【技术特征摘要】
1.一种具有反应堆堆芯熔融物堆内滞留和堆外滞留功能的系统，其特征在于，所述的系统包括反应堆压力容器、保温层、冷却水入口组件、蒸汽出口组件、分隔混凝土层、环形阀门、坩埚、IVR供水管线、EVR供水管线、温度传感器、低熔点熔融塞，所述的反应堆压力容器中置有反应堆堆芯；所述的保温层包围所述的反应堆压力容器并在两者之间形成一定的IVR冷却水冷却空间，所述的温度传感器设置在所述的IVR冷却水冷却空间中及所述的反应堆压力容器的外壁上；所述的冷却水入口组件设置于所述的保温层底部的开口处，可用于向所述的IVR冷却水冷却空间中通过所述的IVR供水管线导入IVR冷却水；所述的蒸汽出口组件设置在所述的IVR冷却水冷却空间的上方，用于导出气化后的IVR冷却水；所述的分隔混凝土层用于分割上方的所述的保温层与下方的所述的坩埚，其中部设置有低熔点熔融塞，接近外周处设置有环形阀门，所述的低熔点熔融塞用于反应堆堆芯熔融物将其熔融后进入所述的坩埚，所述的环形阀门用于当所述的温度传感器监测温度超过1300℃时打开其以将所述的IVR冷却水冷却空间中的冷却水全部排至所述的坩埚外；所述的坩埚的外侧可通过所述的EVR供水管线导入EVR冷却水，以降低所述的坩埚中落入的反应堆堆芯熔融物的温度，确保所述的反应堆堆芯熔融物滞留在所述的坩埚内。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的系统还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晨，王长东，元一单，马卫民，韩旭，
申请(专利权)人：中国核电工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11