CN104916334A - 压水堆核电站分离式热管式非能动余热排出系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供压水堆核电站分离式热管式非能动余热排出系统，包括蒸汽发生器、换热器、空气冷却塔，蒸汽发生器上分别设置主蒸汽管道、给水管道、排污孔，换热器里安装分离式热管蒸发段，分离式热管蒸发段的上方通过蒸汽管与主蒸汽管道相连，分离式热管蒸发段的下方通过凝水管与排污孔相连，空气冷却塔里安装热管冷凝段，换热器的进口通过下降管与热管冷凝段的出口相连，换热器的出口通过上升管与热管冷凝段的进口相连，空气冷却塔的下端部为冷空气进口，空气冷却塔的上端部为热空气出口，给水管道上设置第一隔离阀。本发明在满足事故初期快速冷却和事故后期长期冷却要求的同时，能够获得较大的换热效率。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种核电站安全装置，具体地说是余热排出系统。
背景技术
由于衰变热等大量余热的产生，在反应堆停堆后，需要设置专门的余热排出系统来保证堆芯余热的排出，否则将导致压力容器内压力和温度的持续升高，对压力容器的完整性造成威胁。现有核电站设置的余热排出系统绝大多数为能动设备，在运行时需要外部设备提供动力，这就使得余排设备存在当外部动力源丧失时丧失功能的风险，对反应堆安全造成威胁。
随着核电工业的发展，新一代先进核电站的设计中基本都采用了非能动技术来提高系统的固有安全性。非能动安全系统结构简单且不易失效，在投入运行时依靠系统的固有特性和自然规律来保障反应堆的安全，不需过分依赖运行人员的判断和外部能源的供给就能完成相应的安全功能。现有非能动余热排出系统设计大多通过对一回路冷却剂的直接冷却实现余热排出的功能，这种余热排出方式具有明显的换热效果，但是对换热器设计的要求较高，增加了一回路放射性冷却剂泄漏的概率。此外目前以大气为最终热阱的非能动余热排出系统回路循环工质在运行过程中大多数保持单相，换热效率较低，且需要较大的高度差以获得稳定的自然循环流量，这都将导致换热设备尺寸过大等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供在满足事故初期快速冷却和事故后期长期冷却要求的同时，获得较大的换热效率和较小设备尺寸的压水堆核电站分离式热管式非能动余热排出系统。
本发明的目的是这样实现的：
本发明压水堆核电站分离式热管式非能动余热排出系统，其特征是：包括蒸汽发生器、换热器、空气冷却塔，蒸汽发生器上分别设置主蒸汽管道、给水管道、排污孔，换热器里安装分离式热管蒸发段，分离式热管蒸发段的上方通过蒸汽管与主蒸汽管道相连，分离式热管蒸发段的下方通过凝水管与排污孔相连，空气冷却塔里安装热管冷凝段，换热器的进口通过下降管与热管冷凝段的出口相连，换热器的出口通过上升管与热管冷凝段的进口相连，空气冷却塔的下端部为冷空气进口，空气冷却塔的上端部为热空气出口，给水管道上设置第一隔离阀。
本发明还可以包括：
1、主蒸汽管道上设置常开的第二隔离阀，凝水管上设置并联且常闭的第三隔离阀和第四隔离阀，并联的第三隔离阀和第四隔离阀与排污孔之间的凝水管上设置止回阀，热管冷凝段上设置释放阀。
2、分离式热管冷凝段的海拔高于热管蒸发段的海拔。
本发明的优势在于：
1、非能动余热排出系统连接在蒸汽发生器二次侧，保证了一回路主冷却系统边界的完整性，有效控制事故条件下放射性物质的扩散；
2、非能动余热排出换热器管侧为分离式热管蒸发段，对蒸汽发生器产生蒸汽直接冷却，与最终热阱间形成较大的温差以能获得稳定循环，将热量及时带出。
3、采用分离式热管作为中间回路，热管中工质的相变换热使得其具有很高的换热效率，显著减小设备尺寸；
4、大气环境作为最终热阱，将热量最终排入大气环境中，满足反应堆需要长期冷却的要求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1，压水堆核电站分离式热管式非能动余热排出系统，包括非能动余热导出系统和分离式热管回路系统，所述的非能动余热导出系统包括蒸汽管5，非能动余热排出换热器6和凝水管7；所述非能动余热排出换热器6为余热导出系统和热管回路系统共用设备；所述的分离式热管回路系统由非能动余热排出换热器6，上升管13，分离式热管冷凝段15以及下降管16组成；所述分离式热管冷凝段15位于烟囱17下部。
所述的非能动余热排出换热器6为管壳式换热器，为两个系统共用设备，换热器壳侧与蒸汽管道5相连，换热器管侧为分离式热管蒸发段12，壳侧出口的海拔略低于蒸汽发生器1的水位。
所述的蒸汽管5与主蒸汽管道2底部相连，沿一定的倾斜角度向下连接到非能动余热排出换热器6。
所述的凝水管7与蒸汽发生器排污孔11相连，凝水管7上设有两个并联的常闭隔离阀，隔离阀9为能动隔离阀，隔离阀8为非能动隔离阀，隔离阀下游设一个止回阀10。
所述的热管蒸发段12的进口通过下降管16与热管冷凝段15出口相连，热管蒸发段12的出口通过上升管13与热管冷凝段15进口相连。
所述的分离式热管冷凝段15位于空气冷却塔17中，分离式热管冷凝段15的海拔高于热管蒸发段12的海拔。分离式热管冷凝段15上端装有释放阀14。
所述的空气冷却塔17位于安全壳外部，空气冷却塔17下部为冷空气进口，上部为热空气出口。
所述的主蒸汽管道2上设有常开的电动隔离阀3；蒸汽发生器1给水管道上设有常开的电动隔离阀4，所述的隔离阀3和隔离阀4应能在事故条件下自动关闭。
所述的非能动分离式热管系统内流动的工质为满足系统工作所需沸点的水或其它载热工质。
如图1所示的压水堆核电站非能动余热排出系统，包括非能动余热导出系统和分离式热管回路系统，非能动余热导出系统由蒸汽管5，非能动余热排出换热器6和凝水管7组成，非能动余热排出换热器6壳侧与蒸发器1二次侧相连，进口与蒸汽管5相连；壳侧出口的海拔略低于蒸汽发生器1的水位，通过凝水管7与蒸汽发生器排污孔11相连；蒸汽管5与主蒸汽管道2底部相连，并向下倾斜连接到换热器6壳侧进口，防止蒸汽在管内凝结而阻塞蒸汽管；凝水管7上设有两个并联的常闭隔离阀，隔离阀9为能动隔离阀，用于正常余热排出时手动打开，隔离阀8为非能动隔离阀，用于事故条件下自动打开，隔离阀下游设有一个止回阀10；主蒸汽管道2上设有常开的电动隔离阀3，蒸汽发生器1给水管道上设有常开的电动隔离阀4，隔离阀3和隔离阀4应能在事故条件下自动关闭。
分离式热管回路系统由分离式热管蒸发段12，上升管13，热管冷凝段15以及下降管16组成；热管蒸发段12的进口通过下降管16与热管冷凝段15出口相连，热管蒸发段12的出口通过上升管13与热管冷凝段15进口相连，形成分离式热管回路将水箱内的热量排入大气环境中；空气冷却塔17位于安全壳外部，下部为冷空气进口，上部为热空气出口；分离式热管回路系统内流动的工质为水或其它载热工质。
正常运行时，连接余热排出系统出口的两个凝水隔离阀门8、9都处于关闭状态，非能动余热排出回路内充满水，蒸汽管道5内具有一定水位，使得蒸汽只能通过主蒸汽管3向二回路系统流动；热管回路内没有流量；空气冷却塔17内的空气流量几乎为零。
在事故工况下或正常停堆需要进行余热排出时，常开主给水阀门4和主蒸汽阀门3自动关闭，连接非能动余热排出换热器6的常闭非能动阀门8或常闭能动阀门9打开。余热排出系统内的冷水在重力作用下通过蒸汽发生器排污孔11流入蒸汽发生器二次侧，蒸汽通过蒸汽管5进入非能动余热排出换热器6内冷凝。由于凝水腔室的海拔比蒸汽发生器水位低，所以稳定运行时在非能动余热排出换热器6壳侧内会形成一个稳定的水位。随着冷凝水的增多，当换热器6壳侧内冷凝水的水位高于蒸汽发生器水位时，冷凝水在水位高度差的作用下经凝水管流入蒸汽发生器二次侧，蒸汽发生器内的蒸汽在非能动余热排出换热器6壳侧蒸汽冷凝产生的负压作用下进入非能动余热排出换热器6，如此形成汽水回路的循环。由于蒸汽发生器1的冷却作用，蒸汽发生器一次侧出口冷却剂温度降低，一回路冷却剂在自然循环密度差的作用下流动，将反应堆余热导出。
分离式热管内在投入使用前处于真空状态，热管回路蒸发段12内的传热工质吸收由蒸发器产生的蒸汽冷凝释放的热量，发生蒸发或沸腾，产生的蒸汽由于浮升力通过上升管13进入热管冷凝段15。冷凝段15通过管外空气的冷却释放热量，热管中气态工质发生冷凝，冷凝工质通过下降管16回到蒸发段换热器15中，从而热管回路形成稳定的自然循环。空气沿冷却塔17底部入口进入，在空气冷却换热器管外被加热，密度变小而浮升，热空气由冷却塔17上部出口流出。最终将热量导入大气环境中。
由于热管中传热过程伴随着沸腾和冷凝的相变过程，因此系统具有很大的换热效率。反应堆停堆初期衰变热功率较大，分离式热管启动快并且工作温度稳定，其内工质保持饱和状态，能够及时排除热量；反应堆停堆后期余热减少，分离式热管在较小的温差下仍能稳定运行，保证预热的排出，此外在排出余热条件下，由于分离式热管具有较高的换热效率可以显著减小设备尺寸，优化反应堆布置。
Claims (3)
1.压水堆核电站分离式热管式非能动余热排出系统，其特征是：包括蒸汽发生器、换热器、空气冷却塔，蒸汽发生器上分别设置主蒸汽管道、给水管道、排污孔，换热器里安装分离式热管蒸发段，分离式热管蒸发段的上方通过蒸汽管与主蒸汽管道相连，分离式热管蒸发段的下方通过凝水管与排污孔相连，空气冷却塔里安装热管冷凝段，换热器的进口通过下降管与热管冷凝段的出口相连，换热器的出口通过上升管与热管冷凝段的进口相连，空气冷却塔的下端部为冷空气进口，空气冷却塔的上端部为热空气出口，给水管道上设置第一隔离阀。
2.根据权利要求1所述的压水堆核电站分离式热管式非能动余热排出系统，其特征是：主蒸汽管道上设置常开的第二隔离阀，凝水管上设置并联且常闭的第三隔离阀和第四隔离阀，并联的第三隔离阀和第四隔离阀与排污孔之间的凝水管上设置止回阀，热管冷凝段上设置释放阀。
3.根据权利要求1或2所述的压水堆核电站分离式热管式非能动余热排出系统，其特征是：分离式热管冷凝段的海拔高于热管蒸发段的海拔。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150916 |