通过蒸汽发生器从压水反应堆中非能动除热的系统技术方案

本发明专利技术总体涉及核能领域，更具体地涉及通过蒸汽发生器从压水反应堆非能动除热的系统，该系统设计成用于通过冷却剂(水)在系统内回路中的自然循环来冷却反应堆。技术结果是除热效率、冷却剂在回路中的流动稳定性且因此系统的运行可靠性提高。该非能动除热系统包括至少一个用于冷却剂(水)循环的回路，其包括蒸汽发生器和在冷却水存储箱中位于蒸汽发生器上方的区段式热交换器，所述热交换器通过入口管道和出口管道连接到蒸汽发生器。热交换器包括通过热交换管互相连接的上集管和下集管；出口管道上安装有具有不同流面积的启动阀。另外，热交换器根据条件L/D≤20被分成平行的区段，其中L是半区段(即，区段的一半)长度，D是集管的孔径。循环回路的入口管道和出口管道段的一部分被配置成一组分支的平行管道，所述平行管道分别连接到热交换器的每个前述区段。

System for non thermal removal of heat from a pressurized water reactor by means of a steam generator

The invention relates to the field of nuclear energy, more specifically relates to the steam generator from a pressurized water reactor passive heat removal system, the system is designed for the coolant (water) system in the inner loop in natural circulation to cool the reactor. The technical result is the heat removal efficiency and the flow stability of the coolant in the loop, and therefore the operational reliability of the system is improved. The passive heat removal system comprises at least one for the coolant (water) circuit, which comprises a steam generator and the cooling water storage box is located in the upper section of the steam generator heat exchanger, the heat exchanger pipe through the entrance and outlet pipe connected to the steam generator. The heat exchanger comprises an upper header and a lower collector connected to each other through a heat exchange tube; the outlet pipe is provided with a starting valve with different flow areas. In addition, the heat exchanger according to the conditions of L/D = 20 is divided into parallel segments, where L is the half section (i.e., half of the section length, D) is set aperture tube. The part of the inlet pipe and the outlet pipe section of the loop circuit is configured as a parallel pipe with a set of branches, each of which is connected to each of the aforementioned sections of the heat exchanger.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过蒸汽发生器从压水反应堆中非能动除热的系统
本专利技术总体涉及核能领域，更具体地涉及通过蒸汽发生器从压水反应堆非能动除热的系统(SGPHRS)，该系统被设计成用于通过冷却剂(水)在系统回路中的自然循环来冷却反应堆。
技术介绍
根据本专利技术的背景，存在许多类似的解决方案，其公开了非能动除热系统的不同配置。公开日为2008年11月27日、国际分类号为G21C15/18的俄罗斯技术专利RU78600公开了一种包括蒸汽线路和水线路、冷凝器-蒸发器以及直流式蒸汽发生器的应急除热系统。此外，供水箱与冷凝器-蒸发器并行地连接到蒸汽线路和水线路上，所述供水箱相对于冷凝器-蒸发器定位成使得供水箱的顶部低于冷凝器-蒸发器工作表面的顶部。公开日为2006年3月10日、国际分类号为G21C15/18的俄罗斯技术专利RU52245描述了一种非能动式反应堆冷却系统，其包括位于排放管中的水热交换器和空气热交换器。空气热交换器包括安装在排放管中的喷射器，由水热交换器产生的蒸汽是喷射器工作介质。与所要求保护的本专利技术最接近的类似物是在公开日为2010年7月20日、国际分类号为G21C15的俄罗斯技术专利RU96283中公开的通过蒸汽发生器从压水反应堆非能动除热的系统。该系统包括冷却剂循环回路，该冷却剂循环回路包括通过入口管道和出口管道与在蒸汽发生器上方安装的位于冷却剂供给箱内的热交换器连接的蒸汽发生器。包括具有不同标称孔径的两个启动阀的启动装置安装在热交换器的出口管道上。热交换器表面积满足以下标准：其中Qphrs＝Gsteam·r是系统输出，Gsteam是循环回路入口处的蒸汽流量，r是蒸汽生热，Khe是通过热交换器管道的热传递系数，Δthe是核反应堆内容物饱和温度与大气压下饱和温度之间的差。然而，所述设计不能提供足够的系统除热。此外，在已知系统的热交换回路中，可能发生水锤现象。
技术实现思路
本专利技术的目的是产生一种高效可靠的通过蒸汽发生器除热的系统。本专利技术的技术结果是提高了除热效率、回路中的流动稳定性和因此系统运行可靠性。所述技术结果通过以下内容实现：通过蒸汽发生器从压水反应堆非能动除热的系统包括至少一个冷却剂(水)循环回路，所述冷却剂(水)循环回路包括蒸汽发生器和在冷却水供给箱中且位于蒸汽发生器上方的分段式热交换器，所述热交换器通过入口管道和出口管道连接到蒸汽发生器。热交换器包括通过热交换管相互连接的下集管和上集管，在出口管道上安装有具有不同标称孔径的启动阀，并且热交换器基于以下设定被分成平行的区段：L/D≤20，其中L是半区段(区段的一半)长度，D是区段集管孔径，并且循环回路的入口管道和出口管道段被设计为一组分支的平行管道，所述平行管道分别连接到每个上述热交换器区段。上述技术效果也在本专利技术的具体可选方案中由于以下内容而实现：-热交换器被设计成使得热交换器管中的压力损失ΔРtube与沿着上集管长度的压力损失ΔРhead的关系满足以下标准：ΔPtube/ΔРhead≥1.5,-入口管道的从公共线路分支点到顶部的至少一部分具有相对水平线至少10°角的向上倾斜，-入口管道从公共线路分支点到顶部包括相对水平线以小于10°角向上倾斜的区段，其长度Lsec1和直径Dsec1满足以下标准：Lsec1/Dsec1≤10，-入口管道的从顶部到热交换器上集管的至少一部分具有相对水平线至少10°的向下倾斜，-入口管道从顶部到热交换器上集管具有相对水平线以小于10°角向下倾斜的区段，其长度Lsec2和直径Dsec2满足以下标准：Lsec2/Dsec2≤10，-出口管道的从热交换器下集管到接入公共线路的分支接入点的至少一部分具有相对水平线至少10°的向下倾斜，-出口管道从热交换器下集管到接入公共线路的分支接入点具有相对于水平线以小于10°角向下倾斜的区段，其长度Lsec3和直径Dsec3满足以下标准：Lsec3/Dsec3≤10，-入口管道的顶点位于冷却水供给箱的外部，-热交换器区段具有以交错位置成排布置的热交换管，-热交换器区段中任何相邻的热交换管之间的最小间距为50mm，-热交换器区段中的热交换管具有相对水平线以至少10°角向下倾斜的区段，-该系统包括四个独立的通道，每个通道包含一个所述循环回路。实验表明，上述系统参数关系提供了最有效的从蒸汽发生器的除热，这是由于系统的入口管道和出口管道的优化设计、各热交换器区段的单独的冷却剂供给和移除，半区段长度和热交换器集管孔径之间系数最佳地最小化以及热交换器管的最佳相对定位。半区段长度与热交换器集管的孔径的相互关系被选择成使热交换器管中冷却剂流动分布的不均匀性最小化，即减少所谓的“集管效应”。管道中流的均匀分布是改善能源效率和热交换器性能的主要条件之一。用于改善集管热交换器通道之间的冷却剂分布的方法之一是减小集管中的介质流的压力损失。这通过在装置制造工艺能力和其它设计特征范围内减少集管长度并增加其孔径来实现。对于满足L/D≤20标准的集管，沿集管长度的压力损失最小，冷却剂流在热交换器管中的分布最均匀。当超出所述标准时，热交换器通道之间的介质分布的均匀性降低，这导致冷却剂质量流量不稳定以及因此降低的热交换器热输出。附图说明本专利技术的设计由附图示出，其中：图1示出了冷却水循环回路设计，图2示出了入口管道和出口管道到热交换器区段的连接点的设计，图3示出了热交换器区段的设计，图4示出了在发生事故的情况中当反应堆设备冷却时，计算的(I)和实验的(II)蒸汽发生器中的压力、热交换器热输出和SGPHRS回路中的冷却剂流量随时间的变化，图5示出了在事故发生的情况中当反应堆设备冷却时，堆芯上方的压力、堆芯出口处的冷却剂温度、系统通道容量和燃料元件包层的最高温度随时间的变化。具体实施方式所要求保护的系统是冷却剂(水)循环回路的组合。在本专利技术的优选实施例中，所要求保护的系统由四个完全独立的通道组成，每个通道包括一个这样的循环回路。循环回路(图1)包括蒸汽发生器(1)和位于蒸汽发生器(1)上方且在冷却水供给箱(3)内的分段式热交换器(2)。热交换器(2)的区段通过入口管道(4)和出口管道(5)连接到蒸汽发生器(1)，使得热交换器(2)的内部空间连接到蒸汽发生器(1)的蒸汽空间，即系统循环回路在其内部空间中封闭。热交换器被分成十六个平行的热交换区段，每个热交换区段包括两个半区段(见图2、3)。区段中的半区段长度(L)和集管孔径(D)之间的关系应满足以下标准：L/D≤20。热交换器(2)的区段(图3a和3c)包括通过热交换管(8)以及上T形件(9)和下T形件(10)互相连接的上集管(6)和下集管(7)，所述T形件安装在所述集管上以用于连接入口管道(4)和出口管道(5)。在优选实施例中，管(8)具有弯曲的端部区段(与集管连接)和直的中心区段。弯曲区段具有相对于水平线至少10°的向下倾斜。该区段包括具有不同弯曲构型的两种类型的管(8)：“短”管(8a)和“长”管(8b)(图3b)。上述管是交替的，提供了成排的热交换管的交错布置。在本专利技术的用于列宁格勒-2NPP的具体实施例中，热交换区段在箱(3)下部中的水位(H＝5.8m)下方。每个区段的热交换束由140个外/内径为16/12mm的弯管组成，这些弯管通过具有108/90mm外/内径的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过蒸汽发生器从压水反应堆非能动除热的系统，其包括至少一个冷却剂循环回路，所述冷却剂循环回路包括蒸汽发生器(1)和在冷却水供给箱(3)内部且位于蒸汽发生器(1)上方的分段式热交换器(2)，所述热交换器(2)通过入口管道(4)和出口管道(5)连接到所述蒸汽发生器(1)，所述热交换器(2)包括通过热交换管(8)相互连接的下集管(7)和上集管(6)，在所述出口管道(5)上安装有具有不同标称孔径的启动阀(13)，其中所述热交换器基于以下设定被分成平行定位的区段：L/D≤20，其中L是半区段长度，D是集管孔径，并且循环回路的入口管道(4)和出口管道(5)区段被设计为一组分支的平行管道，所述平行管道分别连接到热交换器(2)的每个区段。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.04 RU 20141489091.一种通过蒸汽发生器从压水反应堆非能动除热的系统，其包括至少一个冷却剂循环回路，所述冷却剂循环回路包括蒸汽发生器(1)和在冷却水供给箱(3)内部且位于蒸汽发生器(1)上方的分段式热交换器(2)，所述热交换器(2)通过入口管道(4)和出口管道(5)连接到所述蒸汽发生器(1)，所述热交换器(2)包括通过热交换管(8)相互连接的下集管(7)和上集管(6)，在所述出口管道(5)上安装有具有不同标称孔径的启动阀(13)，其中所述热交换器基于以下设定被分成平行定位的区段：L/D≤20，其中L是半区段长度，D是集管孔径，并且循环回路的入口管道(4)和出口管道(5)区段被设计为一组分支的平行管道，所述平行管道分别连接到热交换器(2)的每个区段。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述热交换器(2)被设计成使得热交换器管中的压力损失ΔРtube与沿着上集管长度的压力损失ΔРhead的关系满足以下标准：ΔPtube/ΔРhead≥1.5。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述入口管道(4)的从公共线路分支点到顶部的至少一部分具有相对水平线至少10°角的向上倾斜。4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述入口管道(4)从公共线路分支点到顶部包括相对水平线以小于10°角向上倾斜的区段，其长度Lsec1和直径Dsec1满足以下标准...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·V·别兹列普金，V·G·西多罗夫，S·B·阿列克谢耶夫，S·V·斯韦特洛夫，V·O·库赫特维赫，S·E·谢马什科，T·G·瓦尔达尼德泽，I·M·伊夫科夫，
申请(专利权)人：原子能技术科学研究设计院股份公司，
类型：发明
国别省市：俄罗斯,RU