一种铅冷快堆余热排出系统及排出方法技术方案

本发明专利技术公开了一种铅冷快堆余热排出系统及方法，所述余热排出系统由磁吸式换热器主动余热排出系统、余热驱动非能动堆芯冷却系统及非能动余热排出系统三个独立工作的子系统组成，本发明专利技术通过用气动泵向蒸汽发生器的二次侧供水，解决了因断电工况下主给水泵无法正常工作时，二回路释热功能丧失的问题；同时在主动余热排出系统中采用独立于主动余热排出系统的磁吸式热交换器自然循环冷却回路，解决了传统换热器在断电工况下无法对堆芯进行换热的缺点；从而大大提升了堆芯内冷却剂的换热流量，加快堆芯余热的排出，不仅为反应堆安全提供了保障，同时也为以铅冷快堆为动力的核潜艇研究提供了安全保障，达到了增强反应堆本质安全性的目的。

A Lead-cooled Fast Reactor Waste Heat Removal System and Removal Method

【技术实现步骤摘要】
一种铅冷快堆余热排出系统及排出方法
本专利技术属于核安全控制
，具体涉及一种能动与非能动相结合的本质安全型一体化铅冷快堆余热排出系统及排出方法。
技术介绍
近年来，铅冷快堆因其中子能谱硬、冷却剂载热及传热能力强、结构紧凑的特点在核潜艇动力装置领域应用前景广阔。我国也在大力推进以铅冷快堆为动力的核潜艇研制进程。新型核动力潜艇必须满足安全准则，首要问题之一就是在任何情况下保证核燃料释热的疏导。目前堆芯停堆后核燃料释放的热能主要是依靠蒸汽发生器和余热排出系统导出，且增大冷却剂流量、提高热交换效率是加快堆芯余热导出的根本方式，但一旦出现断电工况，堆芯需进行停堆，此时堆芯余热排出系统的主泵、主给水泵及余热排出泵因断电将无法正常工作，因此会导致堆芯热量无法及时排出，从而存在反应堆安全隐患问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的断电工况下堆芯热量无法及时排出而存在安全隐患的问题，提供一种能动与非能动相结合的本质安全型一体化铅冷快堆余热排出系统及排出方法，通过采用气动泵向蒸汽发生器的二次侧供水，解决了断电工况下能动堆芯冷却系统中主给水泵无法正常工作时，二回路释热功能丧失的问题；同时在主动余热排出系统中采用独立于主动余热排出系统的磁吸式热交换器自然循环冷却回路，解决了传统换热器在断电工况下无法对堆芯进行换热的缺点，从而实现了断电工况下堆芯余热的及时排出。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种铅冷快堆余热排出系统，包括包含堆芯的反应堆压力容器、安全壳容器，所述安全壳容器上方设置有非能动余热排出系统，所述安全壳容器上方还设有独立工作的磁吸式换热器主动余热排出系统及余热驱动非能动堆芯冷却系统，所述磁吸式换热器主动余热排出系统包括由水箱、余热排出泵和磁吸式热交换器构成的循环回路；所述磁吸式热交换器位于所述反应堆压力容器内部；所述余热驱动非能动堆芯冷却系统包括由管路将主给水泵、蒸汽发生器、加热管及汽轮机连通构成的一回路，所述加热管位于所述反应堆压力容器内部；作为上述方案的进一步优选，所述安全壳容器内部还设有用于驱动冷却剂流动的主泵，从而达到辅助排除堆芯热量的目的。作为上述方案的进一步优选，所述非能动余热排出系统包括冷却水箱、出水管和蒸汽管，所述出水管的一端与所述冷却水箱的底部相连、另一端伸入所述反应堆压力容器；所述蒸汽管的集气口位于所述反应堆压力容器内、所述蒸汽管的末端设有逆止阀，所述逆止阀位于所述冷却水箱的液面以下。作为上述方案的进一步优选，所述余热驱动非能动堆芯冷却系统还包括与所述一回路并联设置的由管路将供水箱、气动泵、所述蒸汽发生器、所述加热管连通构成的二回路。当堆芯出现断电工况时，所述余热驱动非能动堆芯冷却系统将利用停堆后的余热驱动气动泵，将热能转换为机械能，气动泵代替主给水泵向蒸汽发生器的二次侧打水，保证二回路处于有水的可降温状态，解决了失电情况下堆芯冷却系统便会失效的缺点，防止出现装置管道破损导致的放射性物质外泄。作为上述方案的进一步优选，所述蒸汽发生器的进水端并列连接有所述主给水泵及气动泵。作为上述方案的进一步优选，所述非能动余热排出系统两侧对称设有两个所述磁吸式换热器主动余热排出系统。作为上述方案的进一步优选，所述磁吸式热交换器包括换热器容器、上端盖、下端盖、磁吸式屏蔽盖及螺旋式换热管道，所述换热器容器与所述上端盖、下端盖过盈配合构成中空腔体；所述螺旋式换热管道的入水口、出水口分别穿过所述下端盖、上端盖的中心圆孔与所述余热排出泵、水箱分别连通；所述换热器容器的上下两端与所述磁吸式屏蔽盖通过磁吸方式相连接；所述换热器容器的上下两端侧壁各设有多个进液口，所述进液口下部均设有用于对所述磁吸式屏蔽盖进行限位的圆环。作为上述方案的更进一步优选，所述进液口呈方形，且多个所述进液口沿所述换热器容器侧壁的同一圆周周向均匀分布。本专利技术的另一目的是提供所述的铅冷快堆余热排出系统的余热排出方法，包括以下步骤：S1、当反应堆正常工作时，堆芯内产生的热能传递给所述反应堆压力容器中的冷却剂，冷却剂吸热后上升与所述加热管内的水进行热量交换，所述加热管内的水受热蒸发后进入所述蒸汽发生器汽化，然后进入所述汽轮机；S2、所述冷却剂经过步骤S1的热量交换后，在所述主泵的驱动作用下回流至所述堆芯下部；判断堆芯是否出现正常停堆工况，若是，在冷却剂和汽轮机进行换热的同时进行步骤S3，否则继续步骤S1、S2；S3、余热排出泵开启，所述磁吸式热交换器参与热量交换过程，实现余热排出；判断堆芯是否存在断电工况，若是，进行步骤S4，否则继续步骤S3；S4、所述磁吸式热交换器的磁吸式屏蔽盖下滑，同时所述非能动余热排出系统及所述气动泵阀门打开同时对堆芯进行余热排出。作为上述方案的进一步优选，所述冷却剂为铅铋合金冷却剂。作为上述方案的进一步优选，步骤S4具体为：(1)所述磁吸式热交换器的磁吸式屏蔽盖下滑，冷却剂通过孔道进入热交换器内部，在自然循环的作用下维持部分余热排出能力；(2)所述非能动余热排出系统的出水管和蒸汽管上的阀门打开，所述冷却水箱中的水在重力作用下从所述出水管流入堆芯，水直接与冷却剂接触后沸腾，水受热产生的蒸汽经所述蒸汽管回流至所述冷却水箱；(3)受热上升的冷却剂与所述余热驱动非能动堆芯冷却系统的加热管进行热交换，使热管内的水受热蒸发后进入所述汽轮机；当监测到所述一回路内蒸汽压力过低时，汽轮机停止工作且所述气动泵打开以启动所述二回路，将所述供水箱中的水输送至所述加热管进行热量交换。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术余热排出系统由磁吸式换热器主动余热排出系统、余热驱动非能动堆芯冷却系统、铅铋-水直接接触非能动余热排出系统三个独立工作的子系统组成，有效避免了共模故障的发生。(2)本专利技术在系统现有余热排出系统的基础上，又创新性地运用气动泵向能动余热排出系统中蒸汽发生器的二次侧供水，解决了断电工况下能动余热排出系统中主给水泵失效的情况下，二回路释热功能丧失的问题。(3)基于“N+1”原则，在主动余热排出系统中采用磁吸式热交换器，创新性地设计了一个独立于主动余热排出系统的自然循环冷却回路，两套余热排出系统独立作用，解决了传统换热器在断电工况下无法对堆芯进行换热的缺点，满足纵深防御准则，符合国际标准。(4)本专利技术气动泵的运用和磁吸式热交换器独立自然循环冷却回路的引入，大大增大了堆芯内冷却剂的流量，加快了断电工况下，堆芯余热的排出，不仅为反应堆安全提供了保障，同时也为以铅冷快堆为动力的核潜艇研究提供了安全保障，达到了增强反应堆本质安全性的目的。附图说明图1为本专利技术一种铅冷快堆余热排出系统的结构示意图。图2为本专利技术磁吸式换热器主动余热排出系统的结构示意图。图3为本专利技术磁吸式热交换器的爆炸结构示意图。图4为本专利技术磁吸式热交换器通电关闭状态下的结构示意图。图5为本专利技术磁吸式热交换器断电开启状态下的结构示意图。图6为反应堆正常工作下铅冷快堆余热排出系统的余热排出方法流程图。图7为堆芯正常停堆工况下铅冷快堆余热排出系统的余热排出方法流程图。图8为堆芯断电工况下铅冷快堆余热排出系统的余热排出方法流程图。图中：1、反应堆压力容器；2、堆芯；3、主泵；4、蒸汽发生器；5、磁吸式热交换器；501、换热器容器；502、上端盖；503、下端盖；50本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铅冷快堆余热排出系统，包括包含堆芯(2)的反应堆压力容器(1)、安全壳容器(14)，所述安全壳容器(14)上方设置有非能动余热排出系统，其特征在于，所述安全壳容器(14)上方还设有独立工作的磁吸式换热器主动余热排出系统及余热驱动非能动堆芯冷却系统；所述磁吸式换热器主动余热排出系统包括由水箱(16)、余热排出泵(8)和磁吸式热交换器(5)构成的循环回路；所述磁吸式热交换器(5)位于所述反应堆压力容器(1)内部；所述余热驱动非能动堆芯冷却系统包括由管路将主给水泵(9)、蒸汽发生器、加热管及汽轮机(15)连通构成的一回路，所述加热管位于所述反应堆压力容器(1)内部。

【技术特征摘要】
1.一种铅冷快堆余热排出系统，包括包含堆芯(2)的反应堆压力容器(1)、安全壳容器(14)，所述安全壳容器(14)上方设置有非能动余热排出系统，其特征在于，所述安全壳容器(14)上方还设有独立工作的磁吸式换热器主动余热排出系统及余热驱动非能动堆芯冷却系统；所述磁吸式换热器主动余热排出系统包括由水箱(16)、余热排出泵(8)和磁吸式热交换器(5)构成的循环回路；所述磁吸式热交换器(5)位于所述反应堆压力容器(1)内部；所述余热驱动非能动堆芯冷却系统包括由管路将主给水泵(9)、蒸汽发生器、加热管及汽轮机(15)连通构成的一回路，所述加热管位于所述反应堆压力容器(1)内部。2.根据权利要求1所述的一种铅冷快堆余热排出系统，其特征在于，所述非能动余热排出系统包括冷却水箱(11)、出水管(13)和蒸汽管，所述出水管(13)的一端与所述冷却水箱(11)的底部相连、另一端伸入所述反应堆压力容器(1)；所述蒸汽管的集气口(12)位于所述反应堆压力容器(1)内、所述蒸汽管的末端设有逆止阀(10)，所述逆止阀(10)位于所述冷却水箱(11)的液面以下。3.根据权利要求1所述的一种铅冷快堆余热排出系统，其特征在于，所述余热驱动非能动堆芯冷却系统还包括与所述一回路并联设置的由管路将供水箱(6)、气动泵(7)、所述蒸汽发生器(4)、所述加热管连通构成的二回路。4.根据权利要求3所述的一种铅冷快堆余热排出系统，其特征在于，所述蒸汽发生器(4)的进水端并列连接有所述主给水泵(9)及气动泵。5.根据权利要求1所述的一种铅冷快堆余热排出系统，其特征在于，所述非能动余热排出系统两侧对称设有两个所述磁吸式热交换器(5)主动余热排出系统。6.根据权利要求1所述的一种铅冷快堆余热排出系统，其特征在于，所述磁吸式热交换器(5)包括换热器容器(501)、上端盖(502)、下端盖(503)、磁吸式屏蔽盖(504)及螺旋式换热管道(505)，所述换热器容器(501)与所述上端盖(502)、下端盖(503)过盈配合构成中空腔体；所述螺旋式换热管道(505)的入水口(509)、出水口(510)分别穿过所述下端盖(503)、上端盖(502)的中心圆孔(508)与所述余热排出泵(8)、水箱(16)分...

【专利技术属性】
技术研发人员：章求才，陈逸凡，刘佳宁，罗温伟，陈林，胡方俊，黄麟钦，储志豪，何依琳，张利强，李苏哲，熊中祥，
申请(专利权)人：南华大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43