一种双重屏障熔融物包容防护系统技术方案

本发明专利技术公开了一种冷却板和双重屏障熔融物包容防护系统，包括熔融物堆内滞留装置、熔融物安全壳内滞留装置和冷却系统，所述熔融物安全壳滞留装置，包括套设在压力容器外并向下延伸的熔融物延展腔、套设在熔融物延展腔外的第一冷却腔，熔融物延展腔由如前所述的冷却板制备而成的第一容器包围在压力容器外围合而成，第一冷却腔由如前所述的冷却板制备而成的第二容器沿着第一容器外周保持适当的间隙绕行围合围成。本发明专利技术提供了两个系统共同构成双重屏障熔融物包容系统，用于事故条件下核电设施带放射性的熔融物在安全壳内滞留，可以在多重极端事故条件下保障核设施的安全性，防止放射性泄漏。

【技术实现步骤摘要】
一种冷却板、双重屏障熔融物包容防护系统
本专利技术涉及核电事故缓解领域，具体涉及一种冷却板、双重屏障熔融物包容防护系统。
技术介绍
通过分析核泄漏事故的发展和处理过程可以发现，将带有放射性的堆芯熔融物滞留在安全壳内，可以保证核反应堆安全屏障的完整性，极大地缓解核反应堆严重事故的进一步发展和恶化。为了更安全可靠的将带有放射性的堆芯熔融物滞留在安全壳内，需要一种能动和非能动冷却相结合的双重屏障熔融物包容防护系统，可以在核反应堆发生堆芯熔化事故的条件下，通过外部注水冷却压力容器，实现堆芯熔融物的堆内滞留。在熔融物堆内滞留失败的条件下，通过熔融物扩展收集器收集高温熔融物，通过外部注水冷却熔融物收集冷却器的冷却板，实现堆芯熔融物在安全壳内滞留。已有的熔融物堆内滞留主要有以下三类：1.一类是采用非能动的反应堆压力容器外部冷却，基于密度差进行自然循环冷却压力容器下封头。2.另一类是兼有能动与非能动的反应堆压力容器外部冷却，其非能动系列是由高位水箱提供冷却水源，利用重力注入冷却压力容器下封头。其能动系列是由泵驱动，通过强迫循环方式冷却压力容器下封头。3.第三类也是兼有能动与非能动的反应堆压力容器外部冷却，其非能动系列是通过自然循环方式冷却压力容器下封头，其能动系列仅用于给非能动系列补水以保持自然循环的淹没液位。已有的核反应堆堆芯熔融物安全壳内滞留主要有以下两类：1.一类是采用类似坩埚类型的熔融物收集器，在坩埚内堆放牺牲性材料。在事故条件下，收集高温熔融物，通过牺牲性材料改善熔融物的流动性等物性，通过坩埚型收集器外部流道对熔融物进行冷却。2.另一类是采用熔融物引出流道和扩展冷却池的收集冷却器。在事故条件下，将熔融物通过引出流道引到扩展冷却池进行收集和冷却。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种冷却板、能动和非能动冷却结合的双重屏障熔融物包容防护系统，解决上述问题。本专利技术通过下述技术方案实现：一种冷却板，包括接触熔融物的热触层和接触冷却剂的冷接层组成，热触层和冷接层之间还设置有耐热的中间层，热触层的表面上沿长度方向铺设有一层牺牲材料层，冷接层的表面上设置有多个沿着长度方向设置的第一扰流凸起，中间层起到耐高温及导热作用，冷接层起到传热作用。牺牲材料层的材料组份包括MgAl2O4、Al2O3、Fe3O4。一种双重屏障熔融物包容防护系统，包括熔融物堆内滞留装置、熔融物安全壳内滞留装置和冷却系统，所述熔融物安全壳滞留装置，包括套设在压力容器外并向下延伸的熔融物延展腔、套设在熔融物延展腔外的第一冷却腔，熔融物延展腔由如前所述的冷却板制备而成的第一容器包围在压力容器外围合而成，第一冷却腔由如前所述的冷却板制备而成的第二容器沿着第一容器外周保持适当的间隙绕行围合围成；所述熔融物堆内滞留装置包括压力容器、第二冷却腔，第二冷却腔由套设在压力容器外的保温层和压力容器的外壁围合而成，保温层和熔融物延展腔具有间隙，；冷却系统包括相连的冷却源装置和冷却水回路，第一冷却腔和第二冷却腔均通过冷却水回路和冷却源装置相连，冷却水回路中设置有切换装置，切换装置和保温层相连且能随着保温层的掉落切换连通渠道，当仅启动熔融物堆内滞留装置时，保温层未脱落，切换装置能使得冷却源装置通过冷却水回路和第二冷却腔相连用于将冷却剂注入至第二冷却腔内，当保温层脱落，启动熔融物安全壳内滞留方式，切换装置能使得冷却源装置通过冷却水回路和第一冷却腔相连用于将冷却剂注入至第一冷却腔内。熔融物延展腔沿熔融物流向具有至少一个用于缓冲熔融物流速的第一弯曲段缓冲区、至少一个用于延长流道且缩小流道的第二弯曲段缓速区和一位于熔融物延展腔底部的装载区，第一弯曲段缓冲区和第二弯曲段缓速区二者弯度朝向为反向设置，第一容器的底部为球面型。冷却水回路包括第一冷却管道、第二冷却管道、带有容纳腔的安全壳，第一冷却管道设置在冷却源装置和第一冷却腔之间，第二冷却管道设置在冷却源装置和第二冷却腔之间，安全壳内上部设置有冷凝器，安全壳底部和第一冷却腔、第二冷却腔均相连，安全壳和第一冷却腔的连接处设置有第一浮球阀，安全壳和第二冷却腔的连接处设置有第二浮球阀。本专利技术中第一浮球阀铰接设置在第一冷却腔的排出口处，第二浮球阀铰接设置在第二冷却腔的排出口处。第一冷却腔上开设有第一出口和至少一个第二出口，第一出口为第一冷却腔底部最低处开设的竖直出口，第二个出口为第一冷却腔底部沿倾斜方向开设的倾斜出口，第一冷却管道和第一冷却腔通过第一出口和至少一个第二出口相连。第二冷却腔上开设有第三出口和至少一个第四出口，第三出口为第二冷却腔底部竖直开口，第四出口为第二冷却腔底部的倾斜开口，第二冷却管道和第二冷却腔通过第三出口和至少一个第四出口相连。冷却源装置包括：能动注水冷却系统，包括能动注水泵，能动注水泵通过连接管道和第一冷却管道相连；和/或非能动高位水箱注水冷却装置，包括高位水箱，高位水箱通过连接管道和第一冷却管道相连；和/或非能动自然循环注水冷却装置，包括冷却水收集池，冷却水收集池通过连接管道和第一冷却管道相连；当三者共存时，非能动高位水箱注水冷却装置设置在安全壳内，非能动自然循环注水冷却装置固定连接设置在安全壳下部，能动注水冷却系统设置在安全壳内。在实施时可以同时采用其中的两种或者三种。高位水箱和连接管道之间还设置有电动截止阀、冷却水收集池和连接管道之间还设置有单向流动结构、能动注水泵和水源之间还设置有断电关闭电动截止阀。压力容器底部外还包覆有一预防护层，所述预防护层的材质为碳酸钡。切换装置包括为通管的第一管和封闭的第二管，第一管和第二管呈并联连接形成翻板结构，第一管和第二管的交叉处吊设有重物，保温层未熔化掉落时，重物通过连接线和保温层相连，使得第一管和第二冷却通道连通，当保温层熔化掉落时，重物在重力作用下掉落，使得翻板结构翻转，第一管和第一冷却通道连通。本专利技术中设置第一冷却管道引入冷却剂，相比池式或者空间式注入方式，管道注入的速率更快，在发生事故条件下，可快速通过第一冷却管道注入第一冷却腔中。根据现有的在建在役电厂的情况，多数条件下，熔池对收集冷却板的传热，会导致热量出现局部峰值的现象。因此，一般推荐进行收集冷却板冷却管道底部出口和收集冷却板冷却管道倾斜出口的组合设置，收集冷却板冷却管道倾斜出口在收集冷却板冷却管道上开口为圆管开口，在冷却通道围板上开口为环形开口，中间采用平滑过渡结构，收集冷却板冷却管道倾斜出口的流通横截面积为收集冷却板冷却管道底部出口流通横截面积的1.0倍～2.5倍。本专利技术通过将滞留部设置成第一弯曲段缓冲区、第二弯曲段缓速区和装载区，能够有效增大冷却板与高温熔融物的接触面积，防止局部热量集中，提升高温熔融物的冷却效果，同时本专利技术在熔融物收集和延展的同时即可对熔融物进行冷却，缩短高温熔融物最终冷却时间，并能有效缓冲高温熔融物掉落时对熔融物收集器的冲击，有效防止高温熔融物掉落造成的收集器损坏。具体的：能够有效增大第一冷却腔与高温熔融物的接触面积，提升高温熔融物的冷却效果；在熔融物收集和延展的同时即可对熔融物进行冷却，缩短高温熔融物最终冷却时间；反向设置的第二弯曲段缓冲区，一方面能够延展熔融物的流道收集更多的熔融物，并增大冷却面积，另一方面还能够防止熔融物直接掉落至底部装载区；装载区用于掉落熔融物、及中途没被冷却的熔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冷却板，其特征在于，包括接触熔融物(1)的热触层和接触冷却剂的冷接层组成，热触层和冷接层之间还设置有耐热的中间层，热触层的表面上沿长度方向铺设有一层牺牲材料层，冷接层的表面上设置有多个沿着长度方向设置的第一扰流凸起(33)，中间层起到耐高温及导热作用，冷接层起到传热作用。

【技术特征摘要】
1.一种冷却板，其特征在于，包括接触熔融物(1)的热触层和接触冷却剂的冷接层组成，热触层和冷接层之间还设置有耐热的中间层，热触层的表面上沿长度方向铺设有一层牺牲材料层，冷接层的表面上设置有多个沿着长度方向设置的第一扰流凸起(33)，中间层起到耐高温及导热作用，冷接层起到传热作用。2.根据权利要求1所述的冷却板，其特征在于，牺牲材料层的材料组份包括MgAl2O4、Al2O3、Fe3O4。3.一种双重屏障熔融物包容防护系统，其特征在于，包括熔融物堆内滞留装置、熔融物安全壳内滞留装置和冷却系统，所述熔融物安全壳滞留装置，包括套设在压力容器(2)外并向下延伸的熔融物延展腔、套设在熔融物延展腔外的第一冷却腔(12)，熔融物延展腔由如权利要求1或2所述的冷却板制备而成的第一容器包围在压力容器(2)外围合而成，第一冷却腔(12)由钢板或者如权利要求1或2所述的冷却板制备而成的第二容器沿着第一容器外周保持适当的间隙绕行围合围成；所述熔融物堆内滞留装置包括压力容器(2)、第二冷却腔(13)，第二冷却腔(13)由套设在压力容器(2)外的保温层(3)和压力容器(2)的外壁围合而成，保温层(3)和熔融物延展腔具有间隙；冷却系统包括相连的冷却源装置和冷却水回路，第一冷却腔(12)和第二冷却腔(13)均通过冷却水回路和冷却源装置相连，冷却水回路中设置有切换装置(15)，切换装置(15)和保温层(3)相连且能随着保温层(3)的掉落切换连通渠道，当仅启动熔融物堆内滞留装置时，保温层(3)未脱落，切换装置(15)能使得冷却源装置通过冷却水回路和第二冷却腔(13)相连用于将冷却剂注入至第二冷却腔(13)内，当保温层(3)脱落时，启动熔融物安全壳内滞留方式，切换装置(15)能使得冷却源装置通过冷却水回路和第一冷却腔(12)相连用于将冷却剂注入至第一冷却腔(12)内。4.根据权利要求3所述的双重屏障熔融物包容防护系统，其特征在于，熔融物延展腔沿熔融物(1)流向具有至少一个用于缓冲熔融物(1)流速的第一弯曲段缓冲区(9)、至少一个用于延长流道且缩小流道的第二弯曲段缓速区(10)和一位于熔融物延展腔底部的装载区(11)，第一弯曲段缓冲区(9)和第二弯曲段缓速区(10)二者弯度朝向为反向设置，第一容器的底部为球面型。5.根据权利要求3所述的双重屏障熔融物包容防护系统，其特征在于，冷却水回路包括第一冷却管道(27)、第二冷却管道(8)、带有容纳腔的安全壳(17)，第一冷却管道(27)设置在冷却源装置和第一冷却腔(12)之间，第二冷却管道(8)设置在冷却源装置和第二冷却腔(13)之间，安全壳(17)内上部设置有冷凝器(18)，安全壳(17)底部和第一冷却腔...

【专利技术属性】
技术研发人员：张震，李朋洲，昝元锋，卓文彬，
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