能动与非能动相融合的堆芯余热导出系统技术方案

本发明专利技术公开了一种能动与非能动相融合的堆芯余热导出系统，包括并联设置的反应堆及一回路系统、余热排出系统和冷却系统三个子系统；所述反应堆及一回路系统包括依次连接的主泵、反应堆和蒸汽发生器；所述余热排出系统的进口管从蒸汽发生器进口处引出，经余热排出冷却器后，其出口管接入主泵进口处，所述余热排出系统包括共用进口管系、余热排出冷却器和出口管系的能动和非能动两个环路；所述冷却系统包括冷源和冷却泵，所述冷源与余热排出冷却器并联，所述冷却系统包括共用进口管系、冷源和出口管系的能动和非能动两个环路。本发明专利技术在提高反应堆安全性的同时，能简化和优化系统、设备和布置空间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种核反应堆专设安全系统，具体涉及一种融合了能动技术和非能动技术、能够在发生全域断电事故后导出堆芯余热(包括显热和衰变热)的专设安全系统。
技术介绍
目前，国内外第三代核电技术均对专设安全系统进行了改进，核反应堆安全性得到进一步提高。例如，美国西屋的AP1000采用了非能动技术，法国阿海珐的EPR采用了能动技术并增加了冗余度，国内的华龙一号ACP1000采用了能动与非能动相结合的技术等，都是具有代表性的技术方案。实际上，能动技术和非能动技术均具有各自的优势，前者能量密度高、可调控、技术成熟可靠，后者不依赖外部动力、不需人工干预、系统配置简单，国内的华龙一号ACP1000将两者相结合，有利于综合各自的优势，提高核反应堆安全性。不过，将能动与非能动相结合会导致相关系统复杂度、设备数量、布置空间以及建设维护成本增加。为了解决这一问题，本专利技术将能动与非能动技术进行融合，提出了新的堆芯余热导出系统，既综合了能动和非能动两种技术优势，又不大量增加设备和布置空间，适用于核电厂和舰船核动力装置。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点，本专利技术提供了一种能动与非能动相融合的堆芯余热导出系统，在提高反应堆安全性的同时，能简化和优化系统、设备及布置空间。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种能动与非能动相融合的堆芯余热导出系统，包括并联设置的反应堆及一回路系统、余热排出系统和冷却系统三个子系统；所述反应堆及一回路系统包括依次连接的主泵、反应堆和蒸汽发生器；所述余热排出系统的进口管从蒸汽发生器进口处引出，经余热排出冷却器后，其出口管接入主泵进口处，所述余热排出系统包括共用进口管系、余热排出冷却器和出口管系的能动和非能动两个环路；所述冷却系统包括冷源和冷却泵，所述冷源与余热排出冷却器并联，所述冷却系统包括共用进口管系、冷源和出口管系的能动和非能动两个环路。与现有技术相比，本专利技术的积极效果是：(1)本专利技术中的反应堆及一回路系统、余热排出系统和冷却系统三个子系统为并联连接，不需要增加设备配置，通过泵阀简单操作，便能够在正常工况、停堆工况和全域断电事故工况三种不同工况下切换运行。(2)反应堆及一回路系统的主泵为非接触式泵，能够最大程度降低回路流动阻力，在正常工况和停堆工况下具有节约电力能源的优点，在事故工况下有增加自然循环流量、提高堆芯余热导出能力的作用；主泵与主止回阀一体式设计，能够缩短了主管道长度，实现紧凑式布置；主泵具有高速档和低速档两个运行档位，正常工况使用高速档，停堆工况使用低速档，通过主泵档位切换就可实现系统运行工况切换。(3)余热排出系统中的余热排出冷却器与蒸汽发生器并联，其进口管从蒸汽发生器进口处引出，经余热排出冷却器后，由出口管接入主泵进口处，该流程既适用于能动余热排出系统，又能适用于非能动余热排出系统，从而实现了能动余热排出系统和非能动余热排出系统相融合。在开启余热排出系统出口阀、投入余热排出系统的情况下，若主泵使用低速档时，则系统在停堆工况下运行；若发生全域断电事故主泵停转时，则系统在事故工况下运行；不需增加设备配置，就可自动完成运行工况切换。(4)冷却系统中的冷源可以是核电厂的高位水池，也可以是舰船核动力装置所处的海水环境。冷却泵为非接触式泵，能够最大程度降低回路流动阻力，能够在强迫循环和自然循环两种工况下运行，实现了能动冷却系统和非能动冷却系统相融合。在投入冷却系统的情况下，若启用冷却泵时，则系统在停堆工况下运行；若发生全域断电事故冷却泵停转时，则系统在事故工况下运行；不需增加设备配置，就可自动完成运行工况切换。(5)在正常工况下，主泵在高速档运转，余热排出系统出口阀关闭，冷却泵处于停转状态，堆芯热量经蒸汽发生器，导出至二回路做功发电；在停堆工况下，主泵在低速档运转，余热排出系统出口阀开启，冷却泵开启，余热排出系统和冷却系统分别建立强迫循环，堆芯余热经余热排出冷却器，以能动方式导出至冷却系统；在全域断电事故工况下，主泵停转，冷却泵停转，余热排出系统和冷却系统分别建立自然循环，堆芯余热经余热排出冷却器，以非能动方式导出至冷却系统。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1为能动与非能动相融合的堆芯余热导出系统流程图。具体实施方式如图1所示，能动与非能动相融合的堆芯余热导出系统，由反应堆及一回路系统、余热排出系统和冷却系统三个子系统并联组成。能动与非能动相融合的堆芯余热导出系统包含了两个环路。如图1所示，反应堆及一回路系统由反应堆1、稳压器2、主管道进口阀3、蒸汽发生器4、主泵及主止回阀5、主管道出口阀6及管道组成；主泵为电磁泵等非接触式泵，主止回阀为旋启式止回阀，主止回阀位于主泵出口端，两者采用一体式设计，具有高速档和低速档两个运行档位。余热排出系统由余热排出系统进口阀7、余热排出冷却器8、余热排出系统出口阀9及管道组成；余热排出系统进口管从蒸汽发生器4进口处引出，经余热排出冷却器8后，其出口管接入主泵进口处，能动余热排出系统和非能动余热排出系统共用了进口管系、余热排出冷却器8和出口管系。冷却系统由冷却系统进口阀10、冷源11、冷却泵12、冷却系统出口阀13及管道组成；冷源11与余热排出冷却器8并联，冷却泵采用电磁泵等非接触式泵，能动冷却系统和非能动冷却系统共用进口管系、冷源11和出口管系。如图1所示，在正常工况下，主泵5在高速档运转，驱动反应堆冷却剂依次流过反应堆1、进口管、主管道进口阀3、蒸汽发生器4、出口管、主泵及主止回阀5、主管道进口阀6，经过上述流程，堆芯热量经蒸汽发生器4导出至二回路，驱动汽轮机做功发电。在停堆工况下，主泵5在低速档运转，余热排出系统出口阀9开启，冷却泵12开启，主泵驱动反应堆冷却剂依次流过余热排出系统进口管、余热排出系统进口阀7、余热排出冷却器8、余热排出系统出口管、余热排出系统出口阀9，冷却泵12驱动冷却水依次流冷却系统进口管、冷却系统进口阀10、冷源11、冷却系统出口管、冷却泵12、冷却系统出口阀13，经过上述流程，堆芯余热经余热排出冷却器8，以能动导出至冷却系统。在全域断电事故工况下，主泵5停转，冷却泵12停转，此时余热排出系统和冷却系统依赖密度差和高度差均能够建立自然循环，反应堆冷却剂和冷却水的流程与停堆工况相同，堆芯余热经余热排出冷却器8，以非能动导出至冷却系统。根据上述具体实施方式可以发现，能动余热排出系统和非能动余热排出系统实现了融合，能动冷却系统和非能动冷却系统也实现了融合，没有增加设备配置，只通过泵阀简单操作，便能够在正常工况、停堆工况和全域断电事故工况三种不同工况下运行。本专利技术的工作原理是：本专利技术由反应堆及一回路系统、余热排出系统和冷却系统三个子系统并联组成，不需要增加设备配置，通过泵阀简单操作，便能够在正常工况、停堆工况和全域断电事故工况三种不同工况下切换运行。在正常工况下，主泵在高速档运转，余热排出系统出口阀9关闭，冷却泵12处于停转状态，堆芯热量经蒸汽发生器导出至二回路做功发电；在停堆工况下，主泵在低速档运转，余热排出系统出口阀9开启，冷却泵12开启，堆芯余热经余热排出冷却器以能动方式导出至冷却系统；在全域断电事故工况下，主泵停转，冷却泵停转，堆芯余热经余热排出冷却器以非能动方式导出至冷却系统。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能动与非能动相融合的堆芯余热导出系统，其特征在于：包括并联设置的反应堆及一回路系统、余热排出系统和冷却系统三个子系统；所述反应堆及一回路系统包括依次连接的主泵、反应堆和蒸汽发生器；所述余热排出系统的进口管从蒸汽发生器进口处引出，经余热排出冷却器后，其出口管接入主泵进口处，所述余热排出系统包括共用进口管系、余热排出冷却器和出口管系的能动和非能动两个环路；所述冷却系统包括冷源和冷却泵，所述冷源与余热排出冷却器并联，所述冷却系统包括共用进口管系、冷源和出口管系的能动和非能动两个环路。

【技术特征摘要】
1.一种能动与非能动相融合的堆芯余热导出系统，其特征在于：包括并联设置的反应堆及一回路系统、余热排出系统和冷却系统三个子系统；所述反应堆及一回路系统包括依次连接的主泵、反应堆和蒸汽发生器；所述余热排出系统的进口管从蒸汽发生器进口处引出，经余热排出冷却器后，其出口管接入主泵进口处，所述余热排出系统包括共用进口管系、余热排出冷却器和出口管系的能动和非能动两个环路；所述冷却系统包括冷源和冷却泵，所述冷源与余热排出冷却器并联，所述冷却系统包括共用进口管系、冷源和出口管系的能动和非能动两个环路。2.根据权利要求1所述的能动与非能动相融合的堆芯余热导出系统，其特征在于：所述主泵为非接触式泵，具有高速档和低速档两个运行档位。3.根据权利要求2所述的能动与非能动相融合的堆芯余热导出系统，其特征在于：在余热排出冷却器的出口管与主泵之间设置余热排出系统出口阀。4.根据权利要求3所述的能动与非能动相融合的堆芯余热导出系统，其特征在于：在正常工况下，主泵在高速档运转，余热...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄彦平，徐建军，周慧辉，唐瑜，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：四川;51