一种地下核电站岩体洞室型安全壳制造技术

本实用新型专利技术公开了一种地下核电站岩体洞室型安全壳，包括位于地面上的地面水池和位于地下的安全壳壳体，安全壳壳体上开有出入孔与设备闸门，设备闸门和出入孔与地下通道相连，安全壳壳体由外向内依次设置有岩体、岩体改造层和安全壳钢衬里，岩体改造层外侧设置有伸入岩体内的强化锚杆；还包括位于地下的堆芯熔断物收集井和堆芯收集洞室，堆芯熔断物收集井位于安全壳壳体下方，并通过堆芯熔融物输送管与堆芯收集洞室相连。本实用新型专利技术利用地下厚实的岩体层作为地下核电站安全壳外层结构，具有优异的抵抗外界人为事件、提供放射性生物屏障的能力，通过设置在地下的堆芯收集洞室汇集收集严重事故中产生的堆芯熔融物，利用岩体屏障防止放射性物质向外界扩散。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及核电技术，具体地指一种地下核电站岩体洞室型安全壳。
技术介绍
日本福岛核事故以后，国家对核电项目的审批更加严格和慎重，对核电站的安全要求也提到了更高的地位。针对这种情况，地下核电站为我国核电发展提供了新思路。核电站安全壳是指包容了核蒸汽供应系统的大部分系统和设备的外壳建筑，用以容纳反应堆压力容器及部分安全系统，将其与外部环境完全隔离，提供放射性的生物屏障，同时，对外部事件(飞机撞击、龙卷风等)起到一定的防护。但张涛、方秦等人(飞机对核安全壳撞击破坏效应的数值模拟，解放军理工大学学报：自然科学版，2014,15(4)：335-340)研究发现在飞机速度为100m/s撞击下安全壳损伤严重，撞击中心发生局部穿透并很有可能引发核泄漏。而实际上现代民航飞机巡航速度近200m/s，现有安全壳技术在大型飞机撞击下很可能造成大量放射性物质向环境释放的严重后果。对地下核电站而言，地下岩体本身就具有优异的防护外部事件、提供放射性生物屏障等功能，其性能远优于普通核电站的安全壳。为提高经济性，节约建造成本、降低建造工艺复杂程度，地下核电站应考虑取消核电站通常采用的反应堆厂房，重新设计地下核电站岩体洞室型安全壳。此外，核电站严重事故中熔毁的堆芯燃料形成高温、高放射性的堆芯熔融物。为防止放射性污染范围的进一步扩大，现有技术通常通过熔融物堆内冷却和滞留(如AP1000)、堆芯熔融物捕集(如EPR)的方式进行处理。但这两种方式都需要在安全壳内设置复杂的冷却设施(如中国专利：核反应堆严重事故状态下熔融物堆内滞留非能动冷却系统，申请号：CN201510309669.3)，一方面增加了安全壳内的系统复杂程度，降低整体安全性，另一方面扩大了安全壳的容积，提高了核电站整体成本。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述现有
技术介绍
的不足之处，结合地下核电站的特点，提出一种地下核电站岩体洞室型安全壳，既具有优异的抵抗外界人为事件、提供放射性生物屏障的能力，又可以防止严重事故中堆芯熔融物放射性污染的扩大，还能因地制宜提高安全性、降低成本。为实现上述目的，本技术所设计的一种地下核电站岩体洞室型安全壳，包括位于地面上的地面水池和位于地下的安全壳壳体，所述安全壳壳体上开有出入孔与设备闸门，所述设备闸门和出入孔与地下通道相连，其特殊之处在于，所述安全壳壳体由外向内依次设置有岩体、岩体改造层和安全壳钢衬里，所述岩体改造层外侧设置有伸入岩体内的强化锚杆；还包括位于地下的堆芯熔断物收集井和堆芯收集洞室，所述堆芯熔断物收集井位于安全壳壳体下方，并通过堆芯熔融物输送管与堆芯收集洞室相连。进一步地，所述堆芯熔融物收集井位于安全壳内压力容器正下方的岩体改造层外侧，事故中堆芯熔融物在重力作用下自动落入熔融物收集井中。更进一步地，还包括设置于安全壳内的安全壳热交换器，所述安全壳热交换器通过堆芯收集洞室冷却管与地面水池连接，实现地面冷却水对地下安全壳的非能动冷却。更进一步地，所述堆芯收集洞室位于安全壳壳体底部水平面以下，所述堆芯熔融物输送管呈倾斜布置，高端连接堆芯熔融物收集井，低端连接堆芯收集洞室，堆芯熔融物可在重力作用下沿堆芯熔融物输送管滑落至堆芯收集洞室。更进一步地，所述堆芯收集洞室内设置高温热交换器，所述高温热交换器通过堆芯收集洞室冷却管与地面水池连接，实现对堆芯熔融物的长期非能动冷却过程。更进一步地，所述岩体改造层的厚度为0.8m～1.8m，所述安全壳钢衬里的厚度为6mm～40mm。所述岩体改造层至少为一层。所述强化锚杆的直径为20mm～80mm，长度为1200mm～2500mm，以加强安全壳的抗震性和洞室稳定性。更进一步地，所述堆芯熔融物收集井、堆芯熔融物输送管和堆芯收集洞室洞壁及底部设置堆芯熔融物牺牲材料，如TiO2、Fe3O4、Al2O3等。所述堆芯熔融物牺牲材料至少为一层，堆芯熔融物牺牲材料通过与堆芯材料混合，改善堆芯熔融物的物理、化学性能。本技术的有益效果如下：通过使用本技术提供的地下核电站岩体洞室型安全壳可利用地下厚实的岩体层作为地下核电站安全壳外层结构，具有优异的抵抗外界人为事件、提供放射性生物屏障的能力。通过设置在地下的堆芯收集洞室汇集收集严重事故中产生的堆芯熔融物，利用岩体屏障防止放射性物质向外界扩散。本技术优点：1、安全性高。利用岩体层优异的抗打击能力和对放射性物质的包容，提高安全性。2、提高了经济性。一方面，安全壳作为防止放射性物质泄漏的核级设备造价不菲，通过地下岩层作为安全壳外侧结构，简化现有技术中造价昂贵的钢筋混凝土外层，提高整体经济性。另一方面，取消现有技术中安全壳内处理堆芯熔融物冷却和滞留的设施，可有效减小安全壳容积，降低安全壳内设备复杂程度，进一步提高经济性。附图说明图1为本技术一种地下核电站岩体洞室型安全壳的结构示意图；图中：岩体1，岩体改造层2，强化锚杆3，安全壳钢衬里4，压力容器5，堆芯熔断物收集井6，堆芯熔融物输送管7，堆芯收集洞室8，高温热交换器9，地面10，堆芯收集洞室冷却管11，地面水池12，安全壳热交换器13。具体实施方式下面结合附图及实施例对本技术作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本技术的限制。本技术一种地下核电站岩体洞室型安全壳如图1所示，包括地面设施和地下设施，地面设施包括位于地面10以上的地面水池12，地下设施包括位于地面10以下的安全壳壳体、堆芯熔断物收集井6和堆芯收集洞室8，安全壳壳体依次通过堆芯熔融物收集井6、堆芯熔融物输送管7和堆芯收集洞室8相连。其中，安全壳壳体从外到里依次包括岩体1、岩体改造层2和安全壳钢衬里4，岩体改造层2外侧设置有伸入岩体1内的强化锚杆3。强化锚杆3的直径为20mm～80mm，长度为1200mm～2500mm；岩体改造层2的厚度为0.8m～1.8m，岩体改造层2至少为一层；安全壳钢衬里4的厚度为6mm～40mm。安全壳壳体上至少开一个出入孔与一个设备闸门，设备闸门和出入孔与地下通道相连。安全壳热交换器13设置在安全壳内，安全壳热交换器13通过堆芯收集洞室冷却管11与地面水池12连接。堆芯熔融物收集井6位于压力容器5正下方岩体改造层2外侧。堆芯收集洞室8位于安全壳壳体底部水平面以下，堆芯熔融物输送管7呈倾斜布置，高端连接堆芯熔融物收集井6，低端连接堆芯收集洞室8。堆芯熔融物收集井6、堆芯熔融物输送管7和堆芯收集洞室8洞壁及底部设置至少一层堆芯熔融物牺牲材料，如TiO2、Fe3O4、Al2O3等。堆芯收集洞室8内设置高温热交换器9，高温热交换器9通过堆芯收集洞室冷却管11与地面水池12连接。现有实验和理论均证明，岩体具有优异的抗打击能力张德志，高强钢弹对花岗岩正侵彻的实验研究；周健南，侵彻岩石深度计算公式对比分析；YoungC.W.，Penetrationequation，在抵御常规武器打击方面具有天然的优势。本技术所提的地下核电站岩体洞室型安全壳利用厚实的岩体1作为安全壳外层结构，对大型飞机撞击、常规武器攻击等外部人为事件具有优异的防护性。其次，厚实的岩体1还可对严重事故中产生的放射性物质起到包容、隔离的作用，岩体1结构对核辐射还起到距离防护和实体隔离防护的作用，发生熔堆等严重事故时，安全壳热交换器13通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地下核电站岩体洞室型安全壳，包括位于地面上的地面水池(12)和位于地下的安全壳壳体，所述安全壳壳体上开有出入孔与设备闸门，所述设备闸门和出入孔与地下通道相连，其特征在于：所述安全壳壳体由外向内依次设置有岩体(1)、岩体改造层(2)和安全壳钢衬里(4)，所述岩体改造层(2)外侧设置有伸入岩体(1)内的强化锚杆(3)；还包括位于地下的堆芯熔断物收集井(6)和堆芯收集洞室(8)，所述堆芯熔断物收集井(6)位于安全壳壳体下方，并通过堆芯熔融物输送管(7)与堆芯收集洞室(8)相连。

【技术特征摘要】
1.一种地下核电站岩体洞室型安全壳，包括位于地面上的地面水池(12)和位于地下的安全壳壳体，所述安全壳壳体上开有出入孔与设备闸门，所述设备闸门和出入孔与地下通道相连，其特征在于：所述安全壳壳体由外向内依次设置有岩体(1)、岩体改造层(2)和安全壳钢衬里(4)，所述岩体改造层(2)外侧设置有伸入岩体(1)内的强化锚杆(3)；还包括位于地下的堆芯熔断物收集井(6)和堆芯收集洞室(8)，所述堆芯熔断物收集井(6)位于安全壳壳体下方，并通过堆芯熔融物输送管(7)与堆芯收集洞室(8)相连。2.根据权利要求1所述的一种地下核电站岩体洞室型安全壳，其特征在于：所述堆芯熔融物收集井(6)位于安全壳内压力容器(5)正下方的岩体改造层(2)外侧。3.根据权利要求1所述的一种地下核电站岩体洞室型安全壳，其特征在于：还包括设置于安全壳内的安全壳热交换器(13)，所述安全壳热交换器(13)通过堆芯收集洞室冷却管(11)与地面水池(12)连接。4.根据权利要求1所述的一种地下核电站岩体洞室型安全壳，其特征在于：所述堆芯收集洞室(8)位于安全壳壳体底部水平面以下，所述堆芯熔融物...

【专利技术属性】
技术研发人员：钮新强，刘海波，赵鑫，张涛，喻飞，潘霄，袁博，李盛青，张鹏，赵珩，
申请(专利权)人：长江勘测规划设计研究有限责任公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42